TW201926838A - 切換式電源裝置的控制方法 - Google Patents

Abstract

一種切換式電源裝置的控制方法，所述的控制方法具有：利用一脈波調變訊號控制一切換式電源裝置；測量此切換式電源裝置的一輸出訊號；將此輸出訊號、一比較訊號與一調變增益進行乘除運算產生一參考輸入訊號；依據參考輸入訊號調整脈波調變訊號的一佔空比。

Description

切換式電源裝置的控制方法

本發明係關於一種切換式電源裝置（switching power supply apparatus）的控制方法，特別是一種依據切換式電源裝置的輸出訊號進行控制的控制方法。

隨著科技的進步，目前大部分的設備與設施都需要用電。其中一些特殊的設備或是設施往往會需要相應規格的電源。舉例來說，資料中心（data center）需要耗費大量的電能。因此，為了節能，現今的資料中心往往採用直接由高壓電塔取用能量的架構設計，以避免經過層層能量轉換而增加損耗。

在高壓電源的電源轉換領域中，輸入串聯輸出並聯(Input Series Output Parallel, ISOP)的架構是目前常用於以多個電源供應器一併供電的架構。但是，當架構中的其中一電源供應器的輸入訊號或輸出訊號有所偏移時，往往也會連帶影響其他電源供應器的輸出訊號，造成整體系統輸出失準，甚至有可能造成後續設備損壞，或是造成危險。

本發明在於提供一種切換式電源裝置的控制方法，以保持電源供應器的輸出穩定。

本發明揭露了一種切換式電源裝置的控制方法，所述的控制方法具有：利用一脈波調變訊號控制一切換式電源裝置；測量此切換式電源裝置的一輸出訊號；將此輸出訊號、一比較訊號與一調變增益進行乘除運算產生一參考輸入訊號；依據參考輸入訊號調整脈波調變訊號的一佔空比。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的方法流程圖。在步驟S101中，利用一脈波調變訊號控制一切換式電源裝置。在步驟S103中，測量此切換式電源裝置的一輸出訊號。在步驟S105中，將此輸出訊號、一比較訊號與一調變增益進行乘除運算產生一參考輸入訊號。在步驟S107中，依據參考輸入訊號調整脈波調變訊號的一佔空比。

請接著參照圖2，圖2係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的功能方塊圖。切換式電源裝置10依據圖1的控制方法，將輸出訊號Vo、比較訊號Vcom與調變增益進行乘除運算產生參考輸入訊號Vinc，切換式電源裝置10不需要測量輸入訊號Vi，切換式電源裝置10依據參考輸入訊號Vinc與比較訊號Vcom產生輸出訊號Vo。比較訊號Vcom係關聯於輸出訊號Vo。切換式電源裝置10例如根據對比較訊號Vcom與一連續三角波進行比較以產生一或多個脈波調變訊號。所述的脈波調變訊號係用以控制切換式電源裝置10中的多個開關。產生脈波調變訊號與以脈波調變訊號控制切換式電源裝置的相關細節在此不予贅述。

請再接著參照圖3以對切換式電源裝置的控制方法進行更具體的說明，圖3係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的部分方法流程圖。於步驟S201中，將所述的參考輸入訊號Vinc進行線性轉換產生一參考輸出訊號Voc。於步驟S203中，補償所述的參考輸出訊號Voc與該輸出訊號Vo的差值以調整所述的比較訊號Vcom。於步驟S205中，將所述的比較訊號Vcom與一調變增益進行乘法運算以產生所述的脈波調變訊號的佔空比。

請接著參照圖4A與4B，圖4A係為根據本發明另一實施例所繪示之切換式電源裝置的部分元件的功能方塊示意圖，圖4B係為根據本發明另一實施例所繪示之切換式電源裝置的部分元件的功能方塊示意圖。如圖4A所示，輸出訊號Vo與比較訊號Vcom係被進行除法運算，以取得輸出訊號Vo的訊號值與比較訊號Vcom的訊號值相除的結果。然後，此相除的結果被乘上調變增益倒數而形成參考輸入訊號Vinc。在一實施例中，切換式電源裝置10例如具有一變壓器，則在進行參考輸入訊號的運算時，需將變壓器的匝數比一起進行運算，也就是將輸出訊號、比較訊號、調變增益與變壓器的匝數比進行除法運算產生參考輸入訊號。

前述之參考輸入訊號Vinc進行線性轉換例如是對參考輸入訊號Vinc乘上一個倍率，之後再以所述參考輸入訊號Vinc乘上倍率之後的結果加上一個偏壓值。從一個角度來說，參考輸入訊號Vinc例如是由輸出訊號換算而近似於理想輸入訊號的一個參考訊號。而經由前述的線性轉換，參考輸入訊號Vinc係被轉換為參考輸出訊號Voc。從另一個角度來說，參考輸出訊號Voc可以說是由參考輸入訊號Vinc換算得的理想輸出訊號。因此，藉由比較參考輸出訊號Voc與輸出訊號Vo，在對此比較結果進行補償形成比較訊號Vcom，即可據以調整或是產生前述的脈波調變訊號的佔空比。

請一併參照圖5以綜合切換式電源裝置及所述的控制方法進行說明，圖5係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的功能方塊示意圖。如圖5所示，切換式電源裝置10不需要測量輸入訊號Vi，切換式電源裝置10依據參考輸入訊號Vinc、比較訊號Vcom產生輸出訊號Vo。輸出訊號Vo係如前述地經由除法運算與調變增益而形成參考輸入訊號Vinc，參考輸入訊號Vinc再經由線性轉換而形成參考輸出訊號Voc。如前述地，參考輸入訊號Vinc係為理想輸入訊號，而對參考輸入訊號Vinc進行線性轉換即可取得理想輸出訊號Voc（參考輸出訊號）以與實際的輸出訊號Vo進行比較。而於實務上，調變增益與比較訊號Vcom的乘積係為切換式電源裝置10當前的佔空比的函數。換句話說，使用者可依據這些系統參數的物理意義而依據實際所需於系統層面或是電路層面對各個步驟進行調校。所述的系統參數例如前述的調變增益、匝數比或當前的（待調整的）比較訊號Vcom。

在此實施例中，參考輸出訊號Voc與輸出訊號Vo相減後的差值經過補償後即為前述的比較訊號Vcom。此時的比較訊號Vcom被提供至切換式電源裝置10以進行相關控制，且此時比較訊號Vcom更被用以進行下一次的除法運算。所述的補償例如是藉由濾波器對參考輸出訊號Voc與輸出訊號Vo相減後的差值進行處理，在此並不限制如何進行補償。

在此實施例中係以圖5進行說明。但需說明的是，於實務上，所述的除法運算、調變增益、線性轉換與補償等相關步驟係可以實作於切換式電源裝置10之內或之外。換句話說，於實務上係可由切換式電源裝置10來進行上述的方法步驟，或者，亦可由切換式電源裝置外部的相關裝置電路來進行上述的方法步驟。上述僅為舉例示範，實際上並不以此為限。

此外，本發明提供了另一種切換式電源裝置的控制方法，以控制採用輸入串聯輸出並聯（input series output parallel）架構的多個切換式電源裝置。請參照圖6，圖6係為根據本發明一實施例所繪示之輸入串聯輸出並聯架構的功能方塊示意圖。基於圖6的架構，為明確示意，在此係以電壓訊號進行說明，然所屬技術領域具有通常知識者經詳閱本說明書之後當可理解，經適當的調整之後，各訊號也可以是電流訊號。

如圖6所示，切換式電源裝置10_1~10_N的各個輸入端分別用以接收輸入分壓Vi1~ViN。在此實施例中，輸入分壓Vi1~ViN係為電壓訊號，輸入分壓Vi1~ViN係由輸入電壓Vin分壓而成。但於實務上，初始輸入電壓Vin也可以是電流訊號，在此並不加以限制。切換式電源裝置10_1~10_N係分別依據輸入分壓Vi1~ViN產生多個輸出訊號。這些輸出訊號被提供給負載RL。於圖6中，負載RL係被簡化成一等效電阻以使相關敘述簡明易懂，但並非真的指負載只能是一電阻。每一輸出訊號具有各自的電壓Vo1~VoN與電流Io1~IoN。於一實施例中，理想上，電壓Vo1~VoN係彼此相等。

請再參照圖7以說明如何控制輸入串聯輸出並聯的多個切換式電源裝置，圖7係為根據本發明又一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的方法流程圖。於步驟S301中，將多個切換式電源裝置的輸入端串聯且輸出端並聯連接。於步驟S303中，每一切換式電源裝置分別由一脈波調變訊號控制。於步驟S305中，測量每一切換式電源裝置的一輸出訊號。於步驟S307中，將每一切換式電源裝置的輸出訊號與一比較訊號、一調變增益進行乘除運算產生每一切換式電源裝置的一參考輸入訊號。於步驟S309中，依據每一切換式電源裝置的參考輸入訊號調整每一切換式電源裝置的脈波調變訊號。

由於切換式電源裝置10_1~10_N的輸出端彼此並聯，因此電壓Vo1~VoN理想上都會相同於負載電壓VL。是故，在一實施例中，所述的方法如前述地依據負載電壓VL產生參考輸入訊號（如前述的參考輸入訊號Vinc），並如前述地依據參考輸入訊號來控制各個切換式電源裝置10_1~10_N。相關控制細節係如前述，所屬技術領域具有通常知識者當可從前述說明中推得如何依據參考輸入訊號來控制各個切換式電源裝置10_1~10_N，於此不再贅述。在此實施例中，由於只要以負載電壓VL進行一次運算即可控制切換式電源裝置10_1~10_N，而能在付出少量的額外運算量的情況下避免切換式電源裝置10_1~10_N的輸出偏移。

但是，在實務上，即使切換式電源裝置10_1~10_N的輸出端彼此並聯，基於實際的物理情況，各輸出訊號的電壓Vo1~VoN之間還是有可能存在微小的偏差。因此，在另一實施例中，所述的方法係偵測電壓Vo1~VoN並分別依據電壓Vo1~VoN產生不同的參考輸入訊號，再依據這些不同的參考輸入訊號來控制切換式電源裝置10_1~10_N。藉此，得以確實依據各切換式電源裝置10_1~10_N實際的輸出訊號來分別迴授控制切換式電源裝置10_1~10_N，而得以實現更加精準的迴授控制，並確實避免切換式電源裝置10_1~10_N的輸出偏移。

綜合以上所述，本發明提供了一種切換式電源裝置的控制方法，所述的切換式電源裝置的控制方法係依據切換式電源裝置的輸出訊號來對切換式電源裝置來進行控制。除了可以避免切換式電源裝置的輸出偏移之外，切換式電源裝置的輸出訊號的相關資訊係較容易取得，因此得以避免增設額外的感測器於切換式電源裝置。而且，量測訊號必然多少會有誤差，藉由輸出訊號進行控制也進一步地避免了使用多個量測訊號時所造成的失準。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10、10_1~10_N‧‧‧切換式電源裝置

Io1~IoN‧‧‧電流

Vcom‧‧‧比較訊號

Vi‧‧‧輸入訊號

Vi1~ViN‧‧‧輸入分壓

Vin‧‧‧輸入電壓

Vinc‧‧‧參考輸入訊號

VL‧‧‧負載訊號

Vo‧‧‧輸出訊號

Vo1~VoN‧‧‧電壓

Voc‧‧‧參考輸出訊號

圖1係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的方法流程圖。 圖2係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的功能方塊圖。 圖3係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的部分方法流程圖。 圖4A係為根據本發明另一實施例所繪示之切換式電源裝置的部分元件的功能方塊示意圖。 圖4B係為根據本發明另一實施例所繪示之切換式電源裝置的部分元件的功能方塊示意圖。 圖5係為根據本發明一實施例所繪示之切換式電源裝置的功能方塊示意圖。 圖6係為根據本發明一實施例所繪示之輸入串聯輸出並聯架構的功能方塊示意圖。 圖7係為根據本發明又一實施例所繪示之切換式電源裝置的控制方法的方法流程圖。

Claims (10)

1. 一種切換式電源裝置的控制方法，該方法包括：利用一脈波調變訊號控制一切換式電源裝置；測量該切換式電源裝置的一輸出訊號；將該輸出訊號、一比較訊號與一調變增益進行乘除運算產生一參考輸入訊號；以及依據該參考輸入訊號調整該脈波調變訊號。
2. 如請求項1所述之控制方法，其中依據該參考輸入訊號調整該脈波調變訊號的步驟中，包括：將該參考輸入訊號進行線性轉換產生一參考輸出訊號；補償該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值以調整該比較訊號；以及將該比較訊號與該調變增益進行乘除運算以產生該脈波調變訊號的一佔空比。
3. 如請求項2所述之控制方法，其中將該參考輸入訊號進行線性轉換產生該參考輸出訊號的步驟中，包括將該參考輸入訊號乘上一倍率再加上一偏移值以形成該參考輸出訊號。
4. 如請求項2所述之控制方法，其中補償該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值以調整該比較訊號的步驟中，包括將該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值通過一濾波器產生該比較訊號。
5. 如請求項1所述之控制方法，其中該切換式電源裝置包括一變壓器，將該輸出訊號、該比較訊號與該調變增益進行乘除運算產生一參考輸入訊號包括將該輸出訊號、該比較訊號、該調變增益進與該變壓器的匝數比進行乘除運算產生該參考輸入訊號。
6. 一種切換式電源裝置的控制方法，該方法包括：將多個切換式電源裝置的輸入端串聯且輸出端並聯連接；每一切換式電源裝置分別由一脈波調變訊號控制；測量每一切換式電源裝置的一輸出訊號；將每一切換式電源裝置的該輸出訊號與一比較訊號、一調變增益進行乘除運算產生每一切換式電源裝置的一參考輸入訊號；依據每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號調整每一切換式電源裝置的該脈波調變訊號。
7. 如請求項6所述之控制方法，其中依據每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號調整每一切換式電源裝置的該脈波調變訊號的步驟中，包括：將每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號進行線性轉換產生每一切換式電源裝置的一參考輸出訊號；補償每一切換式電源裝置的該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值以產生每一切換式電源裝置的該比較訊號；以及將每一切換式電源裝置的該比較訊號與該調變增益進行乘除運算以產生每一切換式電源裝置的該脈波調變訊號的一佔空比。
8. 如請求項7所述之控制方法，其中將每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號進行線性轉換產生每一切換式電源裝置的該參考輸出訊號的步驟中，包括將每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號乘上一倍率再加上一偏移值以形成每一切換式電源裝置的該參考輸出訊號。
9. 如請求項7所述之控制方法，其中補償每一切換式電源裝置的該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值以調整每一切換式電源裝置的該比較訊號的步驟中，包括將每一切換式電源裝置的該參考輸出訊號與該輸出訊號的差值通過一濾波器產生每一切換式電源裝置的該比較訊號。
10. 如請求項6所述之控制方法，其中每一切換式電源裝置包括一變壓器，將每一切換式電源裝置的該輸出訊號、該比較訊號與該調變增益進行乘除運算產生每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號包括將每一切換式電源裝置的該輸出訊號、該比較訊號、該調變增益與該變壓器的匝數比進行乘除運算產生每一切換式電源裝置的該參考輸入訊號。