TW201725859A - 回授控制電路及其方法 - Google Patents

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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本發明實施例提供一種回授控制電路及其方法。回授控制電路包括電壓比較器、校正電壓產生器與處理器。電壓比較器接收中點電壓與校正電壓並且予以比較後輸出一參考電壓脈波訊號。校正電壓產生器用以產生校正電壓並且傳送至開關驅動電路與電壓比較器。處理器比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值。開關驅動電路根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間。

Description

回授控制電路及其方法
本發明乃是關於一種回授控制電路，特別是指一種用來自動校正開關調節電路中開關啟閉時間的回授控制電路。
就目前的常用之開關調節器而言，為了提高開關調節器於輕載情況下的效率，當電感電流降為零時，會將下橋開關關閉，使電路進入不連續模式(Discontinuous Conduction Mode；DCM)。通常的作法係使用比較器來判斷電感電流是否降至零，但由於比較器有其偏移電壓，故無法準確判定真正零電感電流的時點，而造成下橋開關提早在電感電流下降至零之前關閉，或是過了電感電流下降至零的時點之後才關閉，使得開關調節器之整體電路效率下降。
本發明實施例提供一種回授控制電路，用以修正開關調節電路的開關啟閉時間並且開關調節電路連接至開關驅動電路。回授控制電路包括電壓比較器、校正電壓產生器與處理器。電壓比較器接收開關調節電路之中點電壓與校正電壓並且予以比較後輸出一參考電壓脈波訊號。校正電壓產生器電性連接至電壓比較器與開關驅動電路，校正電壓產生器用以產生校正電壓並且傳送至開關驅動電路與電壓比較器。處理器電性連接參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號，並且比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微 調校正電壓的電壓值。開關驅動電路根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間。
在本發明其中一個實施例中，當參考電壓脈波訊號的脈波寬度大於預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則校正電壓產生器根據控制訊號調降校正電壓的電壓值。另一方面，當參考電壓脈波訊號的脈波寬度小於預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則校正電壓產生器根據控制訊號調昇校正電壓的電壓值。
在本發明其中一個實施例中，其中處理器包括第一計數器，第二計數器與控制器。第一計數器電性連接電壓比較器以接收參考電壓脈波訊號，並且將參考電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為第一計數值。第二計數器電性接收預設定電壓脈波訊號，並且將預設定電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為第二計數值。控制器電性連接第一及第二計數器以分別接收第一及第二計數值並且予以進行數值比較，藉此數值比較結果輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值。
本發明實施例提供一種回授控制方法，用於回授控制電路並且回授控制電路包括電壓比較器、校正電壓產生器與處理器，其中回授控制電路用以修正開關調節電路的開關啟閉時間並且開關調節電路連接至開關驅動電路，校正電壓產生器電性連接至電壓比較器與開關驅動電路並且處理器電性連接電壓比較器與校正電壓產生器。回授控制方法包括以下步驟：透過電壓比較器，接收開關調節電路之中點電壓與校正電壓並且予以比較後輸出參考電壓脈波訊號；透過校正電壓產生器，產生校正電壓並且傳送至開關驅動電路與電壓比較器；以及透過處理器，接收預設定電壓脈波訊號並且比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值，其中開關驅動電路根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間。
綜上所述，本發明實施例所提出之回授控制電路與回授控制方法，透過比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值。之後，透過開關驅動電路來根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間。接下來，透過調整開關啟閉時間來準確地關閉下橋開關，所以當開關調節電路從重載切換至輕載時，開關調節電路內的電感電流不會產生負電流，因此能夠提升開關調節電路的整體效率。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧回授控制電路
110‧‧‧電壓比較器
120‧‧‧處理器
122‧‧‧第一計數器
124‧‧‧第二計數器
126‧‧‧控制器
130‧‧‧校正電壓產生器
140‧‧‧開關調節電路
150‧‧‧開關驅動電路
CS‧‧‧控制訊號
CLK‧‧‧時脈訊號
COUT‧‧‧電容
CUT1‧‧‧第一計數值
CUT2‧‧‧第二計數值
GND‧‧‧接地電壓
LX‧‧‧中點電壓
LOUT‧‧‧電感
MP‧‧‧上橋開關
MN‧‧‧下橋開關
NG‧‧‧下橋開關驅動訊號
PG‧‧‧上橋開關驅動訊號
S410、S420、S430‧‧‧步驟
VZ‧‧‧參考電壓脈波訊號
VTH‧‧‧校正電壓
VDD‧‧‧電源電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VW‧‧‧預設定電壓脈波訊號
WTH‧‧‧脈波寬度
R‧‧‧電阻
IL‧‧‧電感電流
ZTH‧‧‧脈波寬度
圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之回授控制電路之電路方塊圖。
圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之電感電流之波形示意圖。
圖3為根據本發明例示性另一實施例所繪示之回授控制電路之電路方塊圖。
圖4為根據本發明例示性實施例所繪示之回授控制方法之流程圖。
以下將以多種實施例配合圖式來說明所述回授控制電路，然而，下述實施例並非用以限制本發明。
〔回授控制電路的實施例〕
請同時參照圖1與圖2，圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之回授控制電路之電路方塊圖，圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之電感電流之波形示意圖。如圖1所示，回授控制電路100包括電壓比較器110、處理器120與校正電壓產生器130。回授控制電 路100用以修正開關調節電路140的開關啟閉時間，並且開關調節電路140連接至開關驅動電路150。電壓比較器110之正向輸入端連接於開關調節電路140，且電壓比較器110之反向輸入端連接於校正電壓產生器130。校正電壓產生器130電性連接開關驅動電路150。處理器120電性連接電壓比較器110之輸出端與校正電壓產生器130。
關於開關調節電路140，開關調節電路140包括上橋開關MP、下橋開關MN、電感LOUT、電阻R與電容COUT，其中該組開關驅動訊號包括上橋開關驅動訊號PG與下橋開關驅動訊號NG。上橋開關MP之閘極接收上橋開關驅動訊號PG，上橋開關MP之源極接收電源電壓VDD。下橋開關MN之閘極接收下橋開關驅動訊號NG，下橋開關MN之汲極連接上橋開關MP的汲極，下橋開關MN之源極連接接地電壓GND，其中中點電壓LX為下橋開關MN之汲極電壓。電感LOUT之一端連接下橋開關MN之汲極。電阻R之一端連接電感LOUT之另一端。電容COUT之一端連接電阻R之另一端，電容COUT之另一端連接接地電壓GND。開關調節電路140透過上橋與下橋開關MP及MN的切換以產生連續的脈波訊號且透過電感LOUT與電容COUT組成的低頻濾波器產生一個直流電壓。輸出電壓VOUT提供穩定的直流電壓準位且傳送至一重載或一輕載。
於以下的說明中，將進一步闡述回授控制電路100的工作原理。
在本實施例中，電壓比較器110接收開關調節電路140之中點電壓LX與校正電壓VTH並且予以比較後輸出一參考電壓脈波訊號VZ至處理器120，其中校正電壓VTH是由校正電壓產生器130所產生。接下來，處理器120接收參考電壓脈波訊號VZ與預設定電壓脈波訊號VW並且比較參考電壓脈波訊號VZ與預設定電壓脈波訊號VW的脈波寬度，進而根據比較結果輸出控制訊號CS至校正電壓產生器130以微調校正電壓VTH的電壓值並且新產生的校正電壓 VTH的電壓值會回授至開關驅動電路150。詳細來說，當參考電壓脈波訊號VZ的脈波寬度ZTH大於預設定電壓脈波訊號VW的脈波寬度WTH時，則校正電壓產生器130根據控制訊號CS來對應調降校正電壓VTH的電壓值。當參考電壓脈波訊號VZ的脈波寬度ZTH小於預設定電壓脈波訊號VW的脈波寬度WTH時，則校正電壓產生器130根據控制訊號CS來對應調昇校正電壓的電壓值，其中上述之預設定電壓脈波訊號VW的脈波寬度WTH為預設寬度值。最後，開關驅動電路150會根據校正電壓VTH的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號PG及NG至開關調節電路140以調整開關啟閉時間。如此一來，透過開關驅動電路150調整開關啟閉時間來準確地關閉下橋開關MN，故如圖2所示，當開關調節電路140從重載切換至輕載時(由圖2所示之重載的波形切換至輕載的波形)，開關調節電路140內的電感電流IL不會產生負電流(由圖2所示為輕載的波形中IL(t)為零之各區段)，因此能夠提升開關調節電路140的整體效率。
在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述圖1實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖1實施例之部分相同。此外，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。
〔回授控制電路的另一實施例〕
請參照圖3，圖3為根據本發明例示性另一實施例所繪示之回授控制電路之電路方塊圖。與上述圖1實施例不同的是，本實施例之處理器120包括第一計數器122、第二計數器124與控制器126。第一計數器122電性連接電壓比較器110之輸出端與控制器126之間，控制器126電性連接第一計數器122、第二計數器124，與校正電壓產生器130。
詳細來說，第一計數器122接收參考電壓脈波訊號VZ並且將參考電壓脈波訊號VZ的脈波寬度轉換為第一計數值CUT1。此外，第二計數器電性接收預設定電壓脈波訊號VW，並且將預設定電壓脈波訊號VW的脈波寬度轉換為第二計數值CUT2。須說明的是，第 一及第二計數器會同步接收時脈訊號CLK，並且第二計數值CUT2為預設計數值。接下來，控制器126會分別接收第一及第二計數值CUT1、CUT2並且予以進行數值比較，藉此數值比較結果輸出控制訊號CS至校正電壓產生器130以微調校正電壓VTH的電壓值，並且此校正電壓VTH的電壓值會被回授至開關驅動電路150以調整開關驅動訊號PG及NG，進而調整上橋開關MP與下橋開關MN的開關啟閉時間。
當第一計數值CUT1大於第二計數值CUT2時，則校正電壓產生器130會根據控制訊號CS來調降校正電壓VTH的電壓值。另一方面，當第一計數值CUT1小於第二計數值CUT2時，則校正電壓產生器130會根據控制訊號CS來調昇校正電壓VTH的電壓值。透過上述工作機制，當開關調節電路140從重載切換至輕載時，開關調節電路140內的電感電流IL不會產生負電流，因此能夠提升開關調節電路140的整體效率。
〔回授控制方法的一實施例〕
請參照圖4，圖4為根據本發明實施例之回授控制方法之流程圖。本例所述的方法可以在圖1或圖3所示的回授控制電路執行，因此請一併照圖1或圖3以利理解。
回授控制方法包括以下步驟：透過電壓比較器，接收開關調節電路之中點電壓與校正電壓並且予以比較後輸出參考電壓脈波訊號(步驟S410)。透過校正電壓產生器，產生校正電壓並且傳送至開關驅動電路與電壓比較器(步驟S420)。透過處理器，接收預設定電壓脈波訊號並且比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值，其中開關驅動電路根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間(步驟S430)。
關於回授控制電路之回授控制方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖3實施例已詳細說明，在此恕不贅述。
在此須說明的是，圖4實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例所提出之回授控制電路與回授控制方法，透過比較參考電壓脈波訊號與預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出控制訊號至校正電壓產生器以微調校正電壓的電壓值。之後，透過開關驅動電路來根據校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至開關調節電路以調整開關啟閉時間。接下來，透過調整開關啟閉時間來準確地關閉下橋開關，所以當開關調節電路從重載切換至輕載時，開關調節電路內的電感電流不會產生負電流，因此能夠提升開關調節電路的整體效率。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
100‧‧‧回授控制電路
110‧‧‧電壓比較器
120‧‧‧處理器
130‧‧‧校正電壓產生器
140‧‧‧開關調節電路
150‧‧‧開關驅動電路
CS‧‧‧控制訊號
COUT‧‧‧電容
GND‧‧‧接地電壓
LX‧‧‧中點電壓
LOUT‧‧‧電感
MP‧‧‧上橋開關
MN‧‧‧下橋開關
NG‧‧‧下橋開關驅動訊號
PG‧‧‧上橋開關驅動訊號
VZ‧‧‧參考電壓脈波訊號
VTH‧‧‧校正電壓
VDD‧‧‧電源電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VW‧‧‧預設定電壓脈波訊號
WTH‧‧‧脈波寬度
R‧‧‧電阻
IL‧‧‧電感電流
ZTH‧‧‧脈波寬度

Claims (10)

  1. 一種回授控制電路，用以修正一開關調節電路的一開關啟閉時間並且該開關調節電路連接至一開關驅動電路，該回授控制電路包括：一電壓比較器，接收該開關調節電路之一中點電壓與一校正電壓並且予以比較後輸出一參考電壓脈波訊號；一校正電壓產生器，電性連接至該電壓比較器與該開關驅動電路，該校正電壓產生器用以產生該校正電壓並且傳送至該開關驅動電路與該電壓比較器；以及一處理器，電性連接該參考電壓脈波訊號與一預設定電壓脈波訊號，並且比較該參考電壓脈波訊號與該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出一控制訊號至該校正電壓產生器以微調該校正電壓的電壓值，其中該開關驅動電路根據該校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至該開關調節電路以調整該開關啟閉時間。
  2. 如請求項1所述之回授控制電路，其中當該參考電壓脈波訊號的脈波寬度大於該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調降該校正電壓的電壓值；以及其中當該參考電壓脈波訊號的脈波寬度小於該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調昇該校正電壓的電壓值。
  3. 如請求項1所述之回授控制電路，其中該組開關驅動訊號包括一上橋開關驅動訊號與一下橋開關驅動訊號，並且該開關調節電路包括：一上橋開關，其閘極接收該上橋開關驅動訊號，其源極接收一 電源電壓；以及一下橋開關，其閘極接收該下橋開關驅動訊號，其汲極連接該上橋開關的汲極，其源極連接一接地電壓，其中該中點電壓為該下橋開關之汲極電壓；一電感，其一端連接該下橋開關之汲極；一電阻，其一端連接該電感之另一端；以及一電容，其一端連接該電阻之另一端，其另一端連接該接地電壓。
  4. 如請求項1所述之回授控制電路，其中該處理器包括：一第一計數器，電性連接該電壓比較器以接收該參考電壓脈波訊號，並且將該參考電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為第一計數值；一第二計數器，電性接收該預設定電壓脈波訊號，並且將該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為一第二計數值；以及一控制器，電性連接該第一及該第二計數器以分別接收該第一及該第二計數值並且予以進行數值比較，藉此數值比較結果輸出該控制訊號至該校正電壓產生器以微調該校正電壓的電壓值。
  5. 如請求項4所述之回授控制電路，其中該第一及該第二計數器同步接收一時脈訊號，並且該第二計數值為一預設計數值。
  6. 如請求項4所述之回授控制電路，其中當該第一計數值大於該第二計數值時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調降該校正電壓的電壓值；以及其中當該第一計數值小於該第二計數值時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調昇該校正電壓的電壓值。
  7. 一種回授控制方法，用於一回授控制電路並且該回授控制電路包括一電壓比較器、一校正電壓產生器與一處理器，其中該回授控制電路用以修正一開關調節電路的一開關啟閉時間並且 該開關調節電路連接至一開關驅動電路，該校正電壓產生器電性連接至該電壓比較器與該開關驅動電路並且該處理器電性連接該電壓比較器與該校正電壓產生器，該回授控制方法包括：透過該電壓比較器，接收該開關調節電路之一中點電壓與一校正電壓並且予以比較後輸出一參考電壓脈波訊號；透過該校正電壓產生器，產生一校正電壓並且傳送至該開關驅動電路與該電壓比較器；以及透過該處理器，接收一預設定電壓脈波訊號並且比較該參考電壓脈波訊號與該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度並據此輸出一控制訊號至該校正電壓產生器以微調該校正電壓的電壓值，其中該開關驅動電路根據該校正電壓的電壓值調整且輸出一組開關驅動訊號至該開關調節電路以調整該開關啟閉時間。
  8. 如請求項7所述之回授控制方法，其中當該參考電壓脈波訊號的脈波寬度大於該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調降該校正電壓的電壓值；以及其中當該參考電壓脈波訊號的脈波寬度小於該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調昇該校正電壓的電壓值。
  9. 如請求項7所述之回授控制方法，其中該處理器包括：一第一計數器，電性連接該電壓比較器以接收該參考電壓脈波訊號，並且將該參考電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為第一計數值；一第二計數器，電性接收該預設定電壓脈波訊號，並且將該預設定電壓脈波訊號的脈波寬度轉換為一第二計數值；以及一控制器，電性連接該第一及該第二計數器以分別接收該第一 及該第二計數值並且予以進行數值比較，藉此數值比較結果輸出該控制訊號至校正電壓產生器以微調該校正電壓的電壓值。
  10. 如請求項9所述之回授控制方法，其中當該第一計數值大於該第二計數值時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調降該校正電壓的電壓值；以及其中當該第一計數值小於該第二計數值時，則該校正電壓產生器根據該控制訊號調昇該校正電壓的電壓值。
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