TW201914181A - 電源轉換裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源轉換裝置包含：一電流補償模組，根據一第一控制信號及一直流輸入電壓調整並產生一補償電流；一降壓轉換模組，包括一適用於接收該直流輸入電壓的第一電晶體，及一電連接該第一電晶體的第一電感，該降壓轉換模組根據該直流輸入電壓、該補償電流及一第二控制信號調整並輸出一直流輸出電壓；及一控制模組，感測流經該第一電晶體的一電流，並根據該直流輸入電壓、該直流輸出電壓、一預設參考電壓及其所感測到的該電流產生該等第一及第二控制信號，並使流經該第一電感的一漣波電流與該補償電流的大小相同且相位相反。

Description

電源轉換裝置

本發明是有關於一種轉換裝置，特別是指一種電源轉換裝置。

習知電源轉換裝置接收一直流輸入信號，並根據一脈寬調變技術來週期性的切換習知電源轉換裝置中的開關，以將該直流輸入信號轉換成一直流輸出信號。然而，該脈寬調變技術的使用會使得該直流輸出信號中的電流及電壓具有漣波，造成習知電源轉換裝置的輸出信號具有諧波，並產生電磁干擾現象。因此，習知電源轉換裝置仍有改進的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術缺點的電源轉換裝置。

於是，本電源轉換裝置用於將一直流輸入電壓轉換成一直流輸出電壓。該電源轉換裝置包含一電流補償模組、一降壓轉換模組及一控制模組。

該電流補償模組接收一第一控制信號，且適用於接收該直流輸入電壓，並根據該第一控制信號及該直流輸入電壓調整並產生一補償電流。

該降壓轉換模組接收一第二控制信號，且電連接該電流補償模組以接收該補償電流，並包括一適用於接收該直流輸入電壓且受控於該第二控制信號而於導通與不導通之間切換的第一電晶體，及一電連接該第一電晶體的第一電感，該降壓轉換模組根據該直流輸入電壓、該補償電流及該第二控制信號調整並輸出該直流輸出電壓，該第二控制信號與該第一控制信號的相位互補。

該控制模組適用於接收該直流輸入電壓與一預設參考電壓，且電連接該降壓轉換模組以接收該直流輸出電壓，並電連接該第一電晶體與該第一電感的一共同接點以感測流經該第一電晶體的一電流，該控制模組根據該直流輸入電壓、該直流輸出電壓、該預設參考電壓及其所感測到的該電流產生該等第一及第二控制信號，且將該等第一及第二控制信號分別傳輸至該電流補償模組及該降壓轉換模組，並使流經該第一電感的一漣波電流與該補償電流的大小相同且相位相反。

本發明之功效在於：藉由該電流補償模組產生該補償電流來與流經該第一電感之該漣波電流互相抵消，可使本實施例該電源轉換裝置達到零輸出電流漣波，使得該直流輸出電壓不具有漣波，進而避免本實施例該電源轉換裝置的輸出信號諧波失真，並避免產生電磁干擾現象。

參閱圖1與圖2，本發明電源轉換裝置的一實施例適用於電連接一直流電源(圖未示)以接收一直流輸入電壓Vin，並將該直流輸入電壓Vin轉換成一直流輸出電壓Vout，以供電給一負載100。本實施例之該電源轉換裝置包含一電流補償模組1、一降壓轉換模組2及一控制模組3。

該電流補償模組1接收一第一控制信號Vg1，且適用於接收該直流輸入電壓Vin，並根據該第一控制信號Vg1及該直流輸入電壓Vin調整並產生一補償電流Ic。在本實施例中，該電流補償模組1包括一第三電晶體11、一第四電晶體12、一第二電感13及一第二電容14。

該第三電晶體11具有一接收該直流輸入電壓Vin的第一端、一第二端，及一接收該第一控制信號Vg1的控制端。該第四電晶體12具有一電連接該第三電晶體11之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第一控制信號Vg1的控制端。該等第三及第四電晶體11、12各自受控於該第一控制信號Vg1而於導通與不導通之間切換。該第二電感13具有一電連接該第三電晶體11之該第二端的第一端，及一第二端。該第二電容14具有一電連接該第二電感13之該第二端的第一端，及一輸出該補償電流Ic的第二端。

該降壓轉換模組2接收一第二控制信號Vg2，且電連接該電流補償模組1以接收該補償電流Ic。該降壓轉換模組2根據該直流輸入電壓Vin、該補償電流Ic及該第二控制信號Vg2調整並輸出該直流輸出電壓Vout。在本實施例中，該第二控制信號Vg2與該第一控制信號Vg1的相位互補。該降壓轉換模組2包括一第一電晶體21、一第二電晶體22、一第一電感23及一第一電容24。

該第一電晶體21具有一適用於接收該直流輸入電壓Vin的第一端、一第二端，及一接收該第二控制信號Vg2的控制端。該第二電晶體22具有一電連接該第一電晶體21之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第二控制信號Vg2的控制端。該等第一及第二電晶體21、22各自受控於該第二控制信號Vg2而於導通與不導通之間切換。該第一電感23具有一電連接該第一電晶體21之該第二端的第一端，及一第二端。該第一電容24具有一電連接該第一電感23之該第二端的第一端，及一接地的第二端。該第一電容24的該第一端還電連接該電流補償模組1之該第二電容14之該第二端以接收該補償電流Ic。該第一電容24的一跨壓作為該直流輸出電壓Vout。

需說明的是，該等第一及第三電晶體21、11各自為一P型金氧半場效電晶體，其中源極、汲極及閘極分別為該等第一及第三電晶體21、11中的每一者的第一端、第二端及控制端。該等第二及第四電晶體22、12各自為一N型金氧半場效電晶體，其中汲極、源極及閘極分別為該等第二及第四電晶體22、12中的每一者的第一端、第二端及控制端。在本實施例中，該電流補償模組1是應用於一降壓型直流-直流(DC/DC)電源轉換裝置，但不限於此。在其他實施例中，該電流補償模組1也可應用於其它類型的DC/DC電源轉換裝置，如升壓型DC/DC電源轉換裝置或升降壓型DC/DC電源轉換裝置。

參閱圖3，為本實施例該電流補償模組1及該降壓轉換模組2的操作時序圖。參數Vg1、Vg2分別為該等第一及第二控制信號，參數D為該第一電晶體21的責任導通週期，參數Ts為該等第一及第二控制信號Vg1、Vg2各自的一切換週期的長度，參數Ic為流經該第二電感13的該補償電流(為一交流電流分量)，參數Io為流經該第一電感23的電流，該電流Io包含一交流電流分量(即，流經該第一電感23的一漣波電流)及一直流電流分量，參數Iout為該等電流Ic、Io相加的一總電流。

在操作時，於直流分析時，該第二電容14會阻擋流經該第二電感13的直流電流(即，流經該第二電感13的一直流電流分量為零)，因此流經該第二電感13的電流僅剩該補償電流Ic。另外，由於該第二控制信號Vg2與該第一控制信號Vg1的相位互補，因此，當該等第一及第四電晶體21、12導通時，該等第二及第三電晶體22、11不導通。當該等第一及第四電晶體21、12不導通時，該等第二及第三電晶體22、11導通。此外，在本實施例中，該等第一及第二電感23、13的電感值相同，如此，使得該補償電流Ic與流經該第一電感23的該電流Io的該交流電流分量(即，流經該第一電感23的該漣波電流)的大小相同且相位相反，進而使得該等電流Ic、Io相加後的該總電流Iout僅具有該電流Io的該直流電流分量，而該總電流Iout的交流電流分量為零(即，該總電流Iout不具有漣波)。也就是說，本實施例該電源轉換裝置可達到零輸出電流漣波，使得該直流輸出電壓Vout不具有漣波，可避免本實施例該電源轉換裝置的輸出信號具有諧波，並避免產生電磁干擾現象。

此外，本實施例基於以下假設進行理論直流分析：1）該第一電容24的電容值遠大於該第二電容14的電容值，且該等第一及第二電容24、14各自的跨壓是與該直流輸入電壓Vin及該等第一及第二控制信號Vg1、Vg2之占空比有關的常數值；2）該等第一及第二電感23、13的電感值相同；3）該等第一至第四電晶體21、22、11、12皆為理想電晶體；4）該等第一及第四電晶體21、12的導通時間為DTs，該等第二及第三電晶體22、11的導通時間為(1- D)Ts。

當該第一電晶體21導通時，該第一電感23的跨壓V1約為該直流輸入電壓Vin減該直流輸出電壓Vout(即，V1=Vin-Vout)。當該第二電晶體22導通時，該第一電感23的跨壓V1約為負的該直流輸出電壓Vout(即，V1=-Vout)。根據該第一電感23的電感伏秒平衡(volt-second balance)，該直流輸出電壓Vout的平均值＜Vout＞可以表示成以下方程式(1)： ＜Vout＞=D×Vin　　　　　 方程式(1)， 其中，D代表該第一電晶體21的責任導通週期，Vin代表該直流輸 入電壓。

同理，當該第四電晶體12導通時，該第二電感13的跨壓V2約為負的該第二電容14的一跨壓Vc1減該直流輸出電壓Vout(即，V2=-Vc1-Vout)。當該第三電晶體11導通時，該第二電感13的跨壓V2約為該直流輸入電壓Vin減掉該跨壓Vc1與該直流輸出電壓Vout(即，V2=Vin-Vc1-Vout)。根據該第二電感13的電感伏秒平衡(volt-second balance)，該跨壓Vc1的平均值＜Vc1＞可以表示成以下方程式(2)： ＜Vc1＞=(1-2D)×Vin　　　 方程式(2)。

因此，根據方程式(1)、(2)可知，當該等第一及第四電晶體21、12導通，該等第二及第三電晶體22、11不導通時，該等第一及第二電感23、13的跨壓V1、V2可分別被表示成以下方程式(3)、(4)： V1=Vin-＜Vout＞=Vin×(1-D)　 方程式(3)， V2=-＜Vc1＞-＜Vout＞=-Vin×(1-D)　 方程式(4)。

同樣地，根據方程式(1)、(2)可知，當該等第一及第四電晶體21、12不導通，該等第二及第三電晶體22、11導通時，該等第一及第二電感23、13的跨壓V1、V2可分別被表示成以下方程式(5)、(6)： V1=-＜Vout＞=-D×Vin　 方程式(5)， V2=Vin-＜Vc1＞-＜Vout＞=D×Vin　 方程式(6)。

根據上述理論分析所獲得的方程式(3)、(4)、(5)、(6)可知，無論該第一電晶體21的該責任導通週期D為何，該等第一及第二電感23、13的跨壓V1、V2大小相同但極性相反。因此，在相同的該等第一及第二電感23、13下，流經該等第一及第二電感23、13之電流各自所具有的電流漣波具有相同的振幅且相位相反(如圖3所示的該等電流Io、Ic)。如此，使得該等電流Io、Ic相加後所得的該總電流Iout不具有漣波，進而本實施例該電源轉換裝置確實可達到零輸出電流漣波。

參閱圖1、圖2與圖4，該控制模組3適用於接收該直流輸入電壓Vin與一預設參考電壓Vref，且電連接該降壓轉換模組2以接收該直流輸出電壓Vout，並電連接該第一電晶體21與該第一電感23的一共同接點Q(即，該第一電晶體21的該第二端)以感測流經該第一電晶體21的一電流。該控制模組3根據該直流輸入電壓Vin、該直流輸出電壓Vout、該預設參考電壓Vref及其所感測到的流經該第一電晶體21的該電流產生該等第一及第二控制信號Vg1、Vg2。該控制模組3將該第一控制信號Vg1傳輸至該電流補償模組1的該等第三及第四電晶體11、12各自的該控制端，且將該第二控制信號Vg2傳輸至該降壓轉換模組2的該等第一及第二電晶體21、22各自的該控制端。在本實施例中，該控制模組3包括一放大器4、一第一補償電容5、一低通濾波單元6、一電流感測單元7、一脈寬調變單元8及一驅動單元9。

該放大器4具有一用於接收該預設參考電壓Vref的非反相輸入端、一電連接該第一電容24之該第一端以接收該直流輸出電壓Vout的反相輸入端，及一輸出端。該放大器4根據該預設參考電壓Vref與該直流輸出電壓Vout，在其輸出端，輸出一放大電壓Va1。

該第一補償電容5電連接在該放大器4之該輸出端與地之間。

該低通濾波單元6電連接該放大器4之該輸出端以接收該放大電壓Va1，並將該放大電壓Va1進行濾波以產生一濾波電壓Vf。在本實施例中，該低通濾波單元6包括一補償電阻61及一第二補償電容62。

該補償電阻61及該第二補償電容62串聯連接在該放大器4之該輸出端與地之間。該補償電阻61電連接該放大器4之該輸出端以接收該放大電壓Va1。該第二補償電容62電連接至地，且該第二補償電容62的跨壓作為該濾波電壓Vf。

該電流感測單元7接收一第一脈寬調變信號Vp1及一與該第一脈寬調變信號Vp1互補的切換信號/Vp1，且適用於接收該直流輸入電壓Vin，並電連接該共同接點Q以感測流經該第一電晶體21的該電流。該電流感測單元7根據其所感測到的該電流、該第一脈寬調變信號Vp1、該切換信號/Vp1及該直流輸入電壓Vin產生一相關於流經該第一電晶體21導通時之該電流的感測電壓Vsen。在本實施例中，該電流感測單元7的實施如圖5所示。參閱圖5，當該第一脈寬調變信號Vp1(正比於該第二控制信號Vg2)為一邏輯〝0〞準位時，該切換信號/Vp1為一邏輯〝1〞準位，該第一電晶體21與一電晶體M1導通，一電晶體M2不導通，使得一共同接點P1電連接至該共同接點Q。根據一運算放大器71的負回授特性，一共同接點P2的電壓與該共同接點P1的電壓相同，使得該第一電晶體21的源-閘極電壓和源-汲極電壓分別與一電晶體M3的源-閘極電壓和源-汲極電壓相同。因此，流經該電晶體M3的一電流Is是流經該第一電晶體21之該電流的縮小值。藉由忽略小的偏壓電流Ib，該電流Is大部分經由一電晶體M4及一電阻R流至地，且該電阻R的跨壓作為該感測電壓Vsen。該感測電壓Vsen的大小非零且相關於該電流Is，該電流Is相關於流經該第一電晶體21之該電流。當該第一脈寬調變信號Vp1為該邏輯〝1〞準位時，該切換信號/Vp1為該邏輯〝0〞準位，該電晶體M1不導通且該電晶體M2導通。該共同接點P1接收該直流輸入電壓Vin，且該共同接點P2的電壓與該共同接點P1的電壓相同，因此，該電晶體M3的源-汲極電壓接近零，使得該電流Is變得很小，並使得該感測電壓Vsen很小。

該脈寬調變單元8電連接該放大器4、該低通濾波單元6及該電流感測單元7，接收分別來自該放大器4、該低通濾波單元6及該電流感測單元7的該放大電壓Va1、該濾波電壓Vf及該感測電壓Vsen。該脈寬調變單元8根據該放大電壓Va1、該濾波電壓Vf及該感測電壓Vsen產生該第一脈寬調變信號Vp1及一第二脈寬調變信號Vp2，且將該第一脈寬調變信號Vp1輸出至該電流感測單元7。該等第一及第二脈寬調變信號Vp1、Vp2間相位互補。在本實施例中，該脈寬調變單元8包括一信號產生器81、一加法器82、一第一比較器83、一正反器84、一第二比較器85及一斜波產生電路86。

該信號產生器81用來產生一第一斜波信號Vr1及一時脈信號Clk。

該加法器82電連接該信號產生器81及該電流感測單元7，接收分別來自該信號產生器81及該電流感測單元7的該第一斜波信號Vr1及該感測電壓Vsen，並將該第一斜波信號Vr1及該感測電壓Vsen相加來得到一電壓輸入Vi。

該第一比較器83具有一電連接該放大器4以接收該放大電壓Va1的反相輸入端、一電連接該加法器82以接收該電壓輸入Vi的非反相輸入端，及一提供該放大電壓Va1及該電壓輸入Vi間之一比較之結果的輸出端。

該正反器84具有一電連接該第一比較器83之該輸出端以接收該第一比較器83的該比較之結果的第一輸入端，一電連接該信號產生器81以接收該時脈信號Clk的第二輸入端，一輸出該第一脈寬調變信號Vp1至該電流感測單元7的反相資料輸出端，及一輸出該切換信號/Vp1至該電流感測單元7的非反相資料輸出端。該第一脈寬調變信號Vp1及該切換信號/Vp1各自具有一正比於該時脈信號Clk之頻率的頻率。該正反器84為一RS型正反器。

該第二比較器85具有一接收一第二斜波信號Vr2的反相輸入端、一電連接該補償電阻61及該第二補償電容62的一共同接點N以接收該濾波電壓Vf的非反相輸入端，及一輸出該第二脈寬調變信號Vp2的輸出端。該第二脈寬調變信號Vp2為該第二斜波信號Vr2及該濾波電壓Vf間之一比較之結果。

該斜波產生電路86電連接該正反器84之該非反相資料輸出端、該第二比較器85之該輸出端與該反相輸入端，及該信號產生器81，接收分別來自該正反器84之該非反相資料輸出端、該第二比較器85之該輸出端及該信號產生器81的該切換信號/Vp1、該第二脈寬調變信號Vp2及該時脈信號Clk，並根據該切換信號/Vp1、該第二脈寬調變信號Vp2及該時脈信號Clk產生該第二斜波信號Vr2。該斜波產生電路86將該第二斜波信號Vr2輸出至該第二比較器85之該反相輸入端。

進一步參閱圖6，在本實施例中，該斜波產生電路86包括一第一運算放大器861、一第一電容862、一第二電晶體863、一電阻864、一第二運算放大器865、一電流鏡866、一第二電容867及一第四電晶體868。

該第一運算放大器861具有一電連接該第二比較器85之該輸出端以接收該第二脈寬調變信號Vp2的非反相輸入端、一電連接該正反器84之該非反相資料輸出端以接收該切換信號/Vp1的反相輸入端，及一輸出端。該第一運算放大器861根據該第二脈寬調變信號Vp2與該切換信號/Vp1，在其輸出端，輸出一放大信號Va2。

該第一電容862電連接在該第一運算放大器861之該輸出端與地之間。該第二電晶體863具有一第一端、一第二端，及一接收一控制電壓Vc2的控制端。該第二電晶體863受控於該控制電壓Vc2而操作於飽和區。該電阻864電連接在該第二電晶體863之該第二端與地之間。

該第二運算放大器865具有一電連接該第一運算放大器861以接收該放大信號Va2的非反相輸入端、一電連接該第二電晶體863之該第二端以接收該電阻864之一跨壓的反相輸入端，及一電連接該第二電晶體863之該控制端的輸出端。該第二運算放大器865根據該放大信號Va2與該電阻864之該跨壓，在其輸出端，輸出該控制電壓Vc2至該第二電晶體863的該控制端。

該電流鏡866具有一電連接該第二電晶體863之該第一端的輸入端、及一輸出端，並包括二個第三電晶體8661，其各自具有一第一端、一第二端及一控制端。該等第三電晶體8661的該等第一端彼此電連接，該等第三電晶體8661的該等第二端分別作為該電流鏡866之該輸入端與該輸出端，該等第三電晶體8661的該等控制端電連接該輸入端。該第二電容867電連接於該電流鏡866的該輸出端與地之間，該第二電容867的跨壓作為該第二斜波信號Vr2。該第四電晶體868並聯連接該第二電容867，且具有一接收該時脈信號Clk的控制端。該第四電晶體868受控於該時脈信號Clk而於導通與不導通之間切換，進而控制該第二電容867的充電時間點。

基本上，該第二運算放大器865、該第二電晶體863及該電阻864構成一電流源電路，使流過該第二電晶體863的一電流I1正比於該放大信號Va2。在操作時，當該第二電晶體863回應於該控制電壓Vc2而導通時，該電流鏡866允許該電流I1自其輸入端流出，並產生一自該電流鏡866之輸出端流出且對應該電流I1的映射電流I2。當該時脈信號Clk處於低準位(即，邏輯〝0〞準位)時，該第四電晶體868不導通，以致該第二電容867以該映射電流I2進行充電，因此該第二斜波信號Vr2的電壓上升，並且當該時脈信號Clk處於高準位(即，邏輯〝1〞準位)時，該第四電晶體868導通，以致該第二電容867放電，因此該第二斜波信號Vr2的電壓下降，導致該第二斜波信號Vr2具有一相同於該時脈信號Clk之頻率的頻率，且該第二斜波信號Vr2的振幅正比於該映射電流I2的大小，該映射電流I2的大小正比於該電阻864的該跨壓，而該電阻864的該跨壓正比於該放大信號Va2之電壓的大小，導致該第二斜波信號Vr2的振幅正比於該放大信號Va2之電壓的大小(該放大信號Va2相關於該第二脈寬調變信號Vp2與該切換信號/Vp1)。如此，該斜波產生電路86可使該第二斜波信號Vr2隨著該放大信號Va2的改變而變化，以確保該第二脈寬調變信號Vp2與該切換信號/Vp1的相位同相且同步，進而該第二脈寬調變信號Vp2與該第一脈寬調變信號Vp1的相位維持在反相同步(即，該第二脈寬調變信號Vp2與該第一脈寬調變信號Vp1的相位互補)。

需說明的是，該斜波產生電路86是採取對該第二電容867充電的方式來產生該第二斜波信號Vr2，以致該第二斜波信號Vr2為一上斜波信號，且該第二斜波信號Vr2的振幅大於該第一斜波信號Vr1，但不限於此。此外，該低通濾波單元6、該斜波產生電路86及該第二比較器85可用來降低本實施例該電源轉換裝置中的一迴路增益，以確保該電源轉換裝置穩定操作。該等第二及第四電晶體863、868各自為一N型金氧半場效電晶體。每一第三電晶體8661為一P型金氧半場效電晶體。

該驅動單元9電連接該脈寬調變單元8以接收該等第一及第二脈寬調變信號Vp1、Vp2，並根據該等第一及第二脈寬調變信號Vp1、Vp2分別產生該等第二及第一控制信號Vg2、Vg1。在本實施例中，該驅動單元9包括二個閘極驅動器91、92。

該閘極驅動器91電連接該正反器84之該反相資料輸出端以接收該第一脈寬調變信號Vp1，並根據該第一脈寬調變信號Vp1產生該第二控制信號Vg2，且將該第二控制信號Vg2輸出至該等第一及第二電晶體21、22各自的該控制端。該閘極驅動器92電連接該第二比較器85之該輸出端以接收該第二脈寬調變信號Vp2，並根據該第二脈寬調變信號Vp2產生該第一控制信號Vg1，且將該第一控制信號Vg1輸出至該等第三及第四電晶體11、12各自的該控制端。

參閱圖7及圖8，分別顯示本實施例進行小訊號分析時， 本實施例該電源轉換裝置迴路增益的一轉移函數中的一增益對一頻率的特性，及該轉移函數中的一相位對該頻率的特性。根據本領域電源轉換裝置的一電器特性品質指標可知，當其電路操作在負迴授且降壓相位邊限(Phase Margin)大於45度時即表示此電路穩定操作，而由圖7及圖8可知，本實施例該轉移函數中的一相位邊限為47度，該電源轉換裝置確實可以維持在穩定的操作狀態。

綜上所述，由於該斜波產生電路86可使該第二脈寬調變信號Vp2與該第一脈寬調變信號Vp1間的相位互補，使得該等第一及第二控制信號Vg1、Vg2間的相位也互補，如此，該電流補償模組1所產生的該補償電流Ic與流經該第一電感23之該漣波電流可互相抵消，使得本實施例該電源轉換裝置可達到零輸出電流漣波，進而該直流輸出電壓Vout不具有漣波，可避免本實施例該電源轉換裝置的輸出信號具有諧波，並避免產生電磁干擾現象。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧負載

1‧‧‧電流補償模組

11‧‧‧第三電晶體

12‧‧‧第四電晶體

13‧‧‧第二電感

14‧‧‧第二電容

2‧‧‧降壓轉換模組

21‧‧‧第一電晶體

22‧‧‧第二電晶體

23‧‧‧第一電感

24‧‧‧第一電容

3‧‧‧控制模組

4‧‧‧放大器

5‧‧‧第一補償電容

6‧‧‧低通濾波單元

61‧‧‧補償電阻

62‧‧‧第二補償電容

7‧‧‧電流感測單元

71‧‧‧運算放大器

8‧‧‧脈寬調變單元

81‧‧‧信號產生器

82‧‧‧加法器

Io‧‧‧流經第一電感的電流

Is‧‧‧電流

Iout‧‧‧總電流

M1‧‧‧電晶體

M2‧‧‧電晶體

M3‧‧‧電晶體

M4‧‧‧電晶體

N‧‧‧共同接點

P1‧‧‧共同接點

P2‧‧‧共同接點

Q‧‧‧共同接點

R‧‧‧電阻

Ts‧‧‧切換週期長度

V1‧‧‧第一電感的跨壓

V2‧‧‧第二電感的跨壓

Va1‧‧‧放大電壓

83‧‧‧第一比較器

84‧‧‧正反器

85‧‧‧第二比較器

86‧‧‧斜波產生電路

861‧‧‧第一運算放大器

862‧‧‧第一電容

863‧‧‧第二電晶體

864‧‧‧電阻

865‧‧‧第二運算放大器

866‧‧‧電流鏡

8661‧‧‧第三電晶體

867‧‧‧第二電容

868‧‧‧第四電晶體

9‧‧‧驅動單元

91‧‧‧閘極驅動器

92‧‧‧閘極驅動器

Clk‧‧‧時脈信號

D‧‧‧責任導通週期

I1‧‧‧流過第二電晶體的電流

I2‧‧‧映射電流

Ib‧‧‧偏壓電流

Ic‧‧‧補償電流

Va2‧‧‧放大信號

Vc1‧‧‧第二電容的跨壓

Vc2‧‧‧控制電壓

Vf‧‧‧濾波電壓

Vg1‧‧‧第一控制信號

Vg2‧‧‧第二控制信號

Vi‧‧‧電壓輸入

Vin‧‧‧直流輸入電壓

Vout‧‧‧直流輸出電壓

Vp1‧‧‧第一脈寬調變信號

Vp2‧‧‧第二脈寬調變信號

/Vp1‧‧‧切換信號

Vr1‧‧‧第一斜波信號

Vr2‧‧‧第二斜波信號

Vref‧‧‧預設參考電壓

Vsen‧‧‧感測電壓

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明電源轉換裝置之一實施例； 圖2是一電路圖，說明該實施例之一電流補償模組及一降壓轉換模組； 圖3是一時序圖，說明該實施例之該電流補償模組及該降壓轉換模組的操作； 圖4是一電路方塊圖，說明該實施例之一控制模組； 圖5是一電路圖，說明該實施例之該控制模組中的一電流感測單元； 圖6是一電路圖，說明該實施例之該控制模組中的一斜波產生電路； 圖7是一模擬圖，說明該實施例之迴路增益的一轉移函數中的一增益對一頻率的變化；及 圖8是一模擬圖，說明該實施例之該轉移函數中的一相位對該頻率的變化。

Claims (10)

1. 一種電源轉換裝置，用於將一直流輸入電壓轉換成一直流輸出電壓，該電源轉換裝置包含： 一電流補償模組，接收一第一控制信號，且適用於接收該直流輸入電壓，並根據該第一控制信號及該直流輸入電壓調整並產生一補償電流； 一降壓轉換模組，接收一第二控制信號，且電連接該電流補償模組以接收該補償電流，並包括一適用於接收該直流輸入電壓且受控於該第二控制信號而於導通與不導通之間切換的第一電晶體，及一電連接該第一電晶體的第一電感，該降壓轉換模組根據該直流輸入電壓、該補償電流及該第二控制信號調整並輸出該直流輸出電壓，該第二控制信號與該第一控制信號的相位互補；及 一控制模組，適用於接收該直流輸入電壓與一預設參考電壓，且電連接該降壓轉換模組以接收該直流輸出電壓，並電連接該第一電晶體與該第一電感的一共同接點以感測流經該第一電晶體的一電流，該控制模組根據該直流輸入電壓、該直流輸出電壓、該預設參考電壓及其所感測到的該電流產生該等第一及第二控制信號，且將該等第一及第二控制信號分別傳輸至該電流補償模組及該降壓轉換模組，並使流經該第一電感的一漣波電流與該補償電流的大小相同且相位相反。
2. 如請求項1所述的電源轉換裝置，其中，該第一電晶體具有一接收該直流輸入電壓的第一端、一第二端，及一接收該第二控制信號的控制端，該第一電感具有一電連接該第一電晶體之該第二端的第一端，及一第二端，該第一電晶體的該第二端作為該共同接點，該降壓轉換模組還包括： 一第二電晶體，具有一電連接該第一電晶體之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第二控制信號的控制端，該第二電晶體受控於該第二控制信號而於導通與不導通之間切換；及 一第一電容，具有一電連接該第一電感之該第二端的第一端，及一接地的第二端，該第一電容的該第一端還電連接該電流補償模組以接收該補償電流，且該第一電容的一跨壓作為該直流輸出電壓。
3. 如請求項2所述的電源轉換裝置，其中，該電流補償模組包括： 一第三電晶體，具有一接收該直流輸入電壓的第一端、一第二端，及一接收該第一控制信號的控制端，該第三電晶體受控於該第一控制信號而於導通與不導通之間切換； 一第四電晶體，具有一電連接該第三電晶體之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第一控制信號的控制端，該第四電晶體受控於該第一控制信號而於導通與不導通之間切換； 一第二電感，具有一電連接該第三電晶體之該第二端的第一端，及一第二端；及 一第二電容，具有一電連接該第二電感之該第二端的第一端，及一電連接該第一電容之該第一端且輸出該補償電流的第二端。
4. 如請求項3所述的電源轉換裝置，其中： 該等第一及第三電晶體各自為一P型金氧半場效電晶體，該等第二及第四電晶體各自為一N型金氧半場效電晶體；及 當該等第一及第四電晶體導通時，該等第二及第三電晶體不導通，當該等第一及第四電晶體不導通時，該等第二及第三電晶體導通。
5. 如請求項1所述的電源轉換裝置，其中，該控制模組包括： 一放大器，具有一用於接收該預設參考電壓的非反相輸入端、一電連接該降壓轉換模組以接收該直流輸出電壓的反相輸入端，及一輸出端，該放大器根據該預設參考電壓與該直流輸出電壓，在其輸出端，輸出一放大電壓； 一第一補償電容，電連接在該放大器之該輸出端與地之間； 一低通濾波單元，電連接該放大器之該輸出端以接收該放大電壓，並將該放大電壓進行濾波以產生一濾波電壓； 一電流感測單元，接收一第一脈寬調變信號及一與該第一脈寬調變信號互補的切換信號，且適用於接收該直流輸入電壓，並電連接該共同接點以感測流經該第一電晶體的該電流，該電流感測單元根據其所感測到的該電流、該第一脈寬調變信號、該切換信號及該直流輸入電壓產生一相關於流經該第一電晶體之該電流的感測電壓； 一脈寬調變單元，電連接該放大器、該低通濾波單元及該電流感測單元，接收分別來自該放大器、該低通濾波單元及該電流感測單元的該放大電壓、該濾波電壓及該感測電壓，並根據該放大電壓、該濾波電壓及該感測電壓產生該第一脈寬調變信號及一第二脈寬調變信號，且將該第一脈寬調變信號輸出至該電流感測單元，該等第一及第二脈寬調變信號間相位互補；及 一驅動單元，電連接該脈寬調變單元以接收該等第一及第二脈寬調變信號，並根據該等第一及第二脈寬調變信號分別產生該等第二及第一控制信號。
6. 如請求項5所述的電源轉換裝置，其中，該低通濾波單元包括一補償電阻及一第二補償電容，串聯連接在該放大器之該輸出端與地之間，該補償電阻電連接該放大器之該輸出端，該第二補償電容電連接至地，該第二補償電容的跨壓作為該濾波電壓。
7. 如請求項5所述的電源轉換裝置，其中，該驅動單元包括： 二個閘極驅動器，電連接該脈寬調變單元以分別接收該等第一及第二脈寬調變信號，並分別根據該等第一及第二脈寬調變信號產生該等第二及第一控制信號。
8. 如請求項5所述的電源轉換裝置，其中，該脈寬調變單元包括： 一信號產生器，用來產生一第一斜波信號及一時脈信號； 一加法器，電連接該信號產生器及該電流感測單元，接收分別來自該信號產生器及該電流感測單元的該第一斜波信號及該感測電壓，並將該第一斜波信號及該感測電壓相加來得到一電壓輸入； 一第一比較器，具有一電連接該放大器以接收該放大電壓的反相輸入端、一電連接該加法器以接收該電壓輸入的非反相輸入端，及一提供該放大電壓及該電壓輸入間之一比較之結果的輸出端； 一正反器，具有一電連接該第一比較器之該輸出端以接收該第一比較器的該比較之結果的第一輸入端，一電連接該信號產生器以接收該時脈信號的第二輸入端，一輸出該第一脈寬調變信號至該電流感測單元與該驅動單元的反相資料輸出端，及一輸出該切換信號至該電流感測單元的非反相資料輸出端，該第一脈寬調變信號及該切換信號各自具有一正比於該時脈信號之頻率的頻率； 一第二比較器，具有一接收一第二斜波信號的反相輸入端、一電連接該低通濾波單元以接收該濾波電壓的非反相輸入端，及一電連接該驅動單元且輸出該第二脈寬調變信號的輸出端，該第二脈寬調變信號為該第二斜波信號及該濾波電壓間之一比較之結果；及 一斜波產生電路，電連接該正反器之該非反相資料輸出端、該第二比較器之該輸出端與該反相輸入端，及該信號產生器，接收分別來自該正反器之該非反相資料輸出端、該第二比較器之該輸出端及該信號產生器的該切換信號、該第二脈寬調變信號及該時脈信號，並根據該切換信號、該第二脈寬調變信號及該時脈信號產生該第二斜波信號，且將該第二斜波信號輸出至該第二比較器之該反相輸入端，該第二斜波信號具有相同於該時脈信號之頻率的頻率。
9. 如請求項8所述的電源轉換裝置，其中，該斜波產生電路包括： 一第一運算放大器，具有一電連接該第二比較器之該輸出端以接收該第二脈寬調變信號的非反相輸入端、一電連接該正反器之該非反相資料輸出端以接收該切換信號的反相輸入端，及一輸出端，該第一運算放大器根據該第二脈寬調變信號與該切換信號，在其輸出端，輸出一放大信號； 一第一電容，電連接在該第一運算放大器之該輸出端與地之間； 一第二電晶體，具有一第一端、一第二端，及一接收一控制電壓的控制端； 一電阻，電連接在該第二電晶體之該第二端與地之間； 一第二運算放大器，具有一電連接該第一運算放大器以接收該放大信號的非反相輸入端、一電連接該第二電晶體之該第二端以接收該電阻之一跨壓的反相輸入端，及一電連接該第二電晶體之該控制端的輸出端，該第二運算放大器根據該放大信號與該電阻之跨壓，在其輸出端，輸出該控制電壓至該第二電晶體的該控制端； 一電流鏡，具有一電連接該第二電晶體之該第一端的輸入端、及一輸出端，並包括二個第三電晶體，其各自具有一第一端、一第二端及一控制端，該等第三電晶體的該等第一端彼此電連接，該等第三電晶體的該等第二端分別作為該輸入端與該輸出端，該等第三電晶體的該等控制端電連接該輸入端； 一第二電容，電連接於該電流鏡的該輸出端與地之間，該第二電容的跨壓作為該第二斜波信號；及 一第四電晶體，並聯連接該第二電容器，且具有一接收該時脈信號的控制端，該第四電晶體受控於該時脈信號而於導通與不導通之間切換。
10. 如請求項9所述的電源轉換裝置，其中： 當該第二電晶體回應於該控制電壓而導通時，該電流鏡允許一電流自其該輸入端流出，並產生一自該電流鏡之該輸出端流出的映射電流；及 當該時脈信號處於低準位時，該第四電晶體不導通，以致該第二電容以該映射電流進行充電，因此該第二斜波信號的電壓上升，並且當該時脈信號處於高準位時，該第四電晶體導通，以致該第二電容放電，因此該第二斜波信號的電壓下降。