TWI352491B - - Google Patents

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1352491 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種多相電源轉換器，特別是關於一種 - 固定工作時間控制之多相電源轉換器的控制電路及方法。 -5 【先前技術】 傳統的多相電源轉換器大多採用各相各自獨立的調 變器或固定切換頻率控制模式。各相各自獨立的調變器分 ^ 別接收同步的鋸齒波控制訊號來達到多相交錯 .1 〇 (interleaved)操作。固定切換頻率控制模式則是以固定之相 序及時間間隔來達到多相交錯的操作，所謂固定相序交錯 式即利用固定時間相移的同步訊號去分別驅動並聯在一 起的各相電路。 圖1顯示傳統固定相序交錯式的多相電源轉換器10， 15 其中通道12、14及16用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電 φ 壓Vo,誤差放大器36偵測輸出電壓Vo產生誤差信號Vc， 加法器30結合誤差信號Vc及通道12中的通道電流IL1 產生誤差信號Vcl，調節器18包括比較器20比較誤差信 號Vcl及鋸齒波信號Vrampl產生信號PWM1驅動通道 20 12，加法器32結合誤差信號Vc及通道14中的通道電流 ' IL2產生誤差信號Vc2，調節器22包括比較器24比較誤 ' 差信號Vc2及鋸齒波信號Vramp2產生信號PWM2驅動通 道14，加法器34結合誤差信號Vc及通道16中的通道電 流ILN產生誤差信號VcN，調節器26包括比較器28比較 5 1352491 誤差信號VcN及鋸齒波信號VrampN產生信號PWMN驅 動通道16。 圖2顯示習知的固定工作時間控制的多相電源轉換器 • 40，或者稱為可變切換頻率控制。圖3顯示圖2中信號的 • 5 波形圖。多相電源轉換器40包括多個通道42、44及46 用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，誤差放大器72 偵測輸出電壓Vo產生誤差信號Vc，加法器66結合通道 42中的通道電流IL1及誤差信號Vc產生誤差信號Vcl， ^ 調節器54包括比較器56比較誤差信號Vcl及鋸齒波信號 .10 Vramp 1產生信號Ramp 1，如圖3的波形84所示，工作時 間產生器48根據信號Rampl產生固定工作時間的信號 PWM1以驅動通道42，如圖3的波形78所示，加法器68 結合通道44中的通道電流IL2及誤差信號Vc產生誤差信 號Vc2，調節器58包括比較器60比較誤差信號Vcl及鋸 15 齒波信號Vramp2產生信號Ramp2，如圖3的波形82所 φ 示，工作時間產生器50根據信號Ramp2產生固定工作時 間的信號PWM2以驅動通道44，如圖3的波形76所示， 加法器70結合通道46中的通道電流ILN及誤差信號Vc 產生誤差信號VcN，調節器62包括比較器64比較誤差信 20 號VcN及鑛齒波信號VrampN產生信號RampN，如圖3 • 的波形80所示，工作時間產生器52根據信號RampN產 ^ 生固定工作時間的信號PWMN以驅動通道46，如圖3的 波形74所示。 固定工作時間控制的多相電源轉換器40的切換頻率 6 1352491 :負載變化，故切換損失也隨著負載變化，當多相 換益40操作在低切換頻率時，其切換損失也跟著變小轉 因此多相電源轉換11 4G具有比多相電源轉換H 1G更好 效率。然而，多相電源轉換器4〇的切換週期不固定 ‘ 5此無法像多相電源轉換器1〇 一樣藉由分割週期達到交供 $作’也就是說’多相電源轉換器4〇較不易實現交錯^ • 目此，一種利用簡單電路實現多相交錯操作之固定工 '作時間控制的多相電源轉換器，乃為所冀。 -10 【發明内容】 本發明的目的，在於提出一種固定工作時間控制之多 相電源轉換器的控制電路及方法。 根據本發明，-種固定工作時間控制之多相電源轉換 15器的控制電路及方法包括多個通道用以將一輸入電壓轉 籲換為輸出電麼’-誤差放大器偵測該輸出電壓產生一第一 誤差信號’根據該多個通道的通道電流的總和及該第一誤 差信號產生-第二誤差信號，一調節器根據該第二誤差信 號及-鑛齒波信號產生-調節信號，一工作時間產生錄 20據該調節信號產生一控制信號驅動該多個通道其中一個 選定通道，-最小電流比較器在偵測到該選定通道中的通 道電流低於一預設值時，致能該工作時間產生器。 本發明的控制電路利用該輸出電壓、各通道電流的總 合及該鑛齒波信號產生該控制信號，並以該最小電流比較 7 1352491 器積測所有通道的通道電流以決定操作相序，進而使該固 定工作時間控制之多相電源轉換器達到交錯操作。 • 【實施方式】 • 5 圖4顯示本發明的第一實施例，固定工作時間控制之 降壓式多相電源轉換器90包括多個通道94、96及98用 以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，控制電路92提供 • 控制信號PW1VH、PWM2及PWMN驅動多個通道94、96 - 及98。在控制電路92中’誤差放大器118摘測輸出電壓 .1 〇 Vo產生誤差信號Vc ’加法116結合所有通道94、96及 98中的通道電流IL1、IL2及ILN產生總合信號isum，加 法器114結合誤差信號Vc及總合信號isum產生誤差信號 Vc’，調節器108包括比較器110比較誤差信號yc，及來自 鋸齒波產生器112的鋸齒波信號Vramp產生調節信號 is PWM，工作時間產生器100、102及1〇4各自根據調節信 φ 號PWM產生控制信號PWM1、PWM2及PWMN驅動通道 94、96及98，最小電流比較器106彳貞測所有通道94、96 及98中的通道電流IL1、IL2及ILN產生信號ON卜ON2 及ONN以決定是否致能工作時間產生器1〇〇、102及104。 20 圖5顯示圖4中信號的波形圖，其中波形120為控制 ' 信號PWMN，波形122為控制信號PWM2，波形124為控 • 制信號PWM1，波形126為信號ONN，波形128為信號 ON2，波形130為信號ON1，波形132為調節信號PWM。 在圖4中，最小電流比較器106偵測所有通道94、96及 8 1352491 98的通道電流IU、1乙2及随以決定操作相序’進而使 多相電源轉換器90達到交錯操作，當調節信號pwM轉為 高準位時，最小電流比較器106偵測所有通道電流IL1、 .IL2及ILN中以致處多個工作時間產生器^ 〇〇、i 〇2及丄〇4 • 5的其中一個，進而產生控制信號打開（turn 〇n)具有最小通 道電流的通道中之上橋開關。為了更清楚說明請參照圖 5，在時間tl時，調節信號pWM轉為高準位，如波形132 籲 所示’此時最小電流比較器106偵測到通道94的通道電 • 流1L1最小，故送出信號ON1致能工作時間產生器1〇〇 .10以產生控制信號PWM1驅動通道94，如波形124及130 所示。在時間t2時，調節信號PWM轉為高準位，此時最 小電流比較器106偵測到通道96的通道電流IL2最小， 故送出信號ON2致能工作時間產生器1〇2以產生控制信 號PWM2驅動通道96，如波形122及128所示。在時間 15 t3時，調節信號PWM轉為高準位，此時最小電流比較器 φ 106偵測到通道98的通道電流ILN最小，故送出信號ONN 致能工作時間產生器104以產生控制信號PWMN驅動通 道98，如波形120及126所示。 圖6顯示圖4中信號的波形圖，其中波形134為通道 20 電流ILN，波形136為誤差信號Vc’，波形138為鋸齒波 • 信號Vramp，波形140為調節信號PWM，波形142為信 • 號ONN，波形144為控制信號PWMN。在圖4中，誤差 信號Vc’是根據所有通道電流的總合Isum及誤差信號Vc 產生的，因此誤差信號Vc’的谷值表示其中一個通道電流 9 1352491 ILl、IL2及ILN達到其最小值，例如，在時間t4時第 N個通道98的通道電流ILN達到谷值，如波形134所示， 同時誤差信號Vc’也達到谷值，如波形136所示，此時鋸 齒波信號Vramp大於誤差信號Vc，，如波形138所示，因 .5此比較器的輸出PWM轉為高準位，如波形140所示， 最小電流比較器106偵測到第N個通道98的通道電流ILN 達到谷值’因此送出信號ONN致能工作時間產生器1〇4 % 以產生控制信號PWMN，如波形1C及I44所示。 多相電源轉換器90是利用偵測最小通道電流來達成 父錯操作’因此其交錯操作的相序是任意的順序，因此多 相電源轉換器90可以達成動態電流平衡功能以消除拍頻 振盪(beat frequency oscillation)，其中拍頻振盪是因為以固 定順序驅動多相電源轉換器的通道而產生的。 圖7顯示在圖4中電源轉換器90的通道數不同時鑛 15 齒波信號Vramp的設計，其中波形146為誤差信號vc，， _ 波形148為鋸齒波信號Vramp’波形150為誤差信號Vc，， 波形152為鋸齒波信號Vramp，波形154為誤差信號Vc，， 波幵> 156為鋸齒波信號Vramp。當固定工作時間控制的電 線轉換器只有單相時，誤差信號Vc’及鋸齒波信號Vramp 、0如圖7下方的波形154及156所示，在每~~週期中，鋸齒 波信號Vramp在一段空白時間xtonl後才以ramp_sl〇pel 的斜率上升，其中時間xtionl用以重置鋸齒波信號 VramP ’以確保鋸齒波信號Vramp在每個週期皆從同一準 仇上升。當固定工作時間控制的電源轉換器有兩相時，誤 1352491 差信號Vc’及鋸齒波信號vramp如圖7中間的波形150及 152所示，在每一週期中，鋸齒波信號Vramp在一段空白 時間xton2後才以ramp_slope2的斜率上升，其中，空白 - 時間 xton2=xtonl/2，斜率 ramp_slope2=2><ramp_slopel。 • 5當固定工作時間控制的電源轉換器有四相時，誤差信號

Vc’及鋸齒波信號Vramp如圖7上方的波形146及148所 示，在每一週期中，鑛齒波信號Vramp在一段空白時間 xton4後才以ramp_slope4的斜率上升，其中，空白時間 • xton4=xtonl/4 ’ 斜率 ramp_slope4=4xramp_slopel。由上述 ,10 可以推得，當電源轉換器具有N相時，鋸齒波信號Vramp 具有空白時間 xtonN=xtonl/N 公式 1 15 以及斜率 ramp_slopeN=Nxramp_slope 1 公式 2 圖8顯示本發明的第二實施例，固定工作時間控制之 20 降壓式多相電源轉換器160包括多個通道164、166及168 ' 用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，控制電路162 • 提供控制信號PWM1、PWM2及PWMN驅動多個通道 164、166及168。在控制電路162中，誤差放大器200偵 測輸出電壓Vo產生誤差信號Vc，加法器198結合所有通 1352491 道164、166及168中的通道電流ILl、IL2及ILN產生總 合信號Isum，加法器196結合誤差信號Vc及總合信號 Isum產生誤差信號Vc2,調節器178包括比較器180比較 ' 誤差信號Vc2及來自鋸齒波產生器190的鋸齒波信號 • 5 Vrampl產生調節信號PWMX1，工作時間產生器170根據 調節信號PWMX1產生控制信號PWM1驅動通道164，調 節器182包括比較器184比較誤差信號Vc2及來自鋸齒波 產生器192的鋸齒波信號Vramp2產生調節信號PWMX2, • 工作時間產生器Π2根據調節信號PWMX2產生控制信號 '10 PWM2驅動通道166，調節器186包括比較器188比較誤 差信號Vc2及來自鋸齒波產生器194的鋸齒波信號 VrampN產生調節信號PWMXN，工作時間產生器174根 據調節信號PWMXN產生控制信號PWMN驅動通道168, 最小電流比較器176偵測所有通道164、166及168中的 5通道電流1L1、IL2及ILN產生信號ONI、ON2及ONN 鲁以決定是否致能工作時間產生器17〇、172及174。在此實 施例申，每一個通道164、166及168都有各自的調節器 8 182及186’而鑛齒波信號Vramp卜Vramp2及VrampN 2〇的頻率都與切換頻率相同，鋸齒波信號Vrampl 、Vramp2 .及VrampN可以受控於其他信號，也可以是獨立的信號。 1 :圖9用以說明圖8中電源轉換器16〇的操作，為了方 明’在此以電源轉換器16〇中的第一個通道至第四個 ^道作為實施例’在圖9中波形2G2為誤差信號Vc2，波 / 204為鋸齒波信號Vrampl，波形206為鋸齒波信號 12 1352491

Vramp2，波形208為鋸齒波信號Vramp3，波形210為鋸 齒波信號Vramp4，波形212為第四個通道的控制信號 PWM4，波形214為第三個通道的控制信號PWM3，波形 - 216為第二個通道的控制信號PWM2，波形218為第一個 .5 通道的控制信號PWM1，波形220為信號ON4，波形222 為信號ON3,波形224為信號ON2,波形226為信號ON1， 波形228為第四個通道的調節信號PWMX4，波形230為 第三個通道的調節信號PWMX3，波形232為第二個通道 • 的調節信號PWMX2，波形234為第一個通道的調節信號 ,1〇 PWMX1。在時間t5時，鑛齒波信號Vrampl大於誤差信 號Vc2因此調節信號PWMX1轉為高準位，如波形206及 234所示，同時最小電流比較器176偵測到第一個通通164 中的通道電流IL1達到谷值因而送出信號ON1致能工作時 間產生器170以產生控制信號PWM1，如波形218及226 is 所示。在時間t6時，鋸齒波信號Vramp2大於誤差信號 φ Vc2因此調節信號PWMX2轉為高準位，如波形208及232 所示’同時最小電流比較器176偵測到第二個通通166中 的通道電流IL2達到谷值因而送出信號〇N2致能工作時間 產生器172以產生控制信號PWM2,如波形216及224所 2〇示。在時間t7時，對應第三個通道的鋸齒波信號大於誤差 信號Vc2因此對應第三個通道的調節信號PWMX3轉為高 • 準位’如波形210及230所示，同時最小電流比較器176 偵測到第三個通通中的通道電流達到谷值因而送出信號 ON3以產生控制信號PWM3，如波形214及222所示。在 13 1352491 時間t8時，對應第四個通道的鋸齒波信號大於誤差信號 Vc2因此對應第四個通道的調節信號PWMX4轉為高準 位，如波形204及228所示，同時最小電流比較器176偵 - 測到第四個通通中的通道電流達到谷值因而送出信號 .5 ON4以產生控制信號PWM4，如波形212及220所示。 圖10顯示在圖8中電源轉換器160的通道數不同時 各通道鋸齒波信號的設計，其中波形236為誤差信號Vc’， 波形238為第一個通道的鋸齒波信號Vrampl，波形240 ® 為第二個通道的鋸齒波信號Vramp2，波形242為第三個 .10 通道的鋸齒波信號Vramp3，波形244為第四個通道的鋸 齒波信號Vramp4，波形246為誤差信號Vc’，波形248為 第一個通道的鋸齒波信號Vrampl，波形250為第二個通 道的鋸齒波信號Vramp2，波形252為誤差信號Vc’，波形 254為鋸齒波信號Vramp。當固定工作時間控制的電源轉 15 換器160只有單相時，誤差信號Vc’及鋸齒波信號Vramp φ 如圖10下方的波形252及254所示，在每一週期中，鋸 齒波信號Vramp在一段空白時間xton_lP後才開始上升， 直至鋸齒波信號Vramp達到誤差信號Vc’後下降。當固定 工作時間控制的電源轉換器160有兩相時，誤差信號Vc’、 20 第一個通道的鋸齒波信號Vrampl及第二個通道的鋸齒波 • 信號Vramp2如圖7中間的波形246、248及250所示，其 • 中，鋸齒波信號Vrampl與鋸齒波信號Vramp2除了相位不 同外，其餘均相同。當固定工作時間控制的電源轉換器160 有四相時，誤差信號Vc’、第一個通道的鋸齒波信號 14 1352491

Vrampl、第二個通道的鋸齒波信號Vramp2、第三個通道 的鋸齒波信號Vramp3及第四個通道的鋸齒波信號Vramp4 如圖10上方的波形236、238、240、242及244所示，所 - 有通道中的銀齒波k號Vrampl、Vramp2、Vramp3及 .5 Vramp4除了相位不同外，其餘均相同。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為 闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的 鲁形式’基於以上的教導或從本發明的實施例學習而 作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的 ίο原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發 明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想 企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。 【圖式簡單說明】 15 圖1顯示傳統固定相序交錯式的多相電源轉換器； • 圖2顯示習知的固定工作時間控制的多相電源轉換 as · 益， 圖3顯示圖2中信號的波形圖； 圖4顯示本發明的第一實施例； 20 圖5顯示圖4中信號的波形圖； 圖6顯示圖4中信號的波形圖； 圖7顯示在圖4中電源轉換器的通道數不同時鋸齒波 信號Vramp的設計； 圖8顯示本發明的第二實施例； 15 1352491 圖9用以說明圖8中電源轉換器的操作；以及 圖10顯示在圖8中電源轉換器16的通道數不同時各 通道鋸齒波信號的設計。 5【主要元件符號說明】 10 多相電源轉換器 12 通道 14 通道 ) 16 通道 10 18 調節器 20 比較器 22 調節器 24 比較器 26 調節器 15 28 比較器 30 加法器 32 加法器 34 加法器 36 誤差放大器 20 40 多相電源轉換器 42 通道 44 通道 46 通道 48 工作時間產生器 16 1352491 50 工作時間產生器 52 工作時間產生器 54 調節器 - 56 比較器 . 5 58 調節器 60 比較器 62 調節器 64 比較器 # 66 加法器 10 68 加法器 70 加法器 72 誤差放大器 74 信號PWMN的波形 76 信號PWM2的波形 15 78 信號PWM1的波形 • 80 信號RampN的波形 82 信號Ramp2的波形 84 信號Ramp 1的波形 90 多相電源轉換器 20 92 控制電路 94 通道 - 96 通道 98 通道 100 工作時間產生器 17 1352491 102 工作時間產生器 104 工作時間產生器 106 最小電流比較器 - 108 調節器 .5 110 比較器 112 鋸齒波產生器 114 加法器 116 加法器 • 118 誤差放大器 10 120 控制信號PWMN的波形 122 控制信號PWM2的波形 124 控制信號PWM1的波形 126 信號ONN的波形 128 信號ON2的波形 15 130 信號ON1的波形 • 132 調節信號PWM的波形 134 通道電流ILN的波形 136 誤差信號Vc’的波形 138 鑛齒波信號Vramp的波形 20 140 調節信號PWM的波形 142 信號ONN的波形 - 144 控制信號PWMN的波形 146 誤差信號Vc’的波形 148 鋸齒波信號Vramp的波形 18 1352491 150 誤差信號Vc’的波形 152 錫齒波信號Vramp的波形 154 誤差信號Vc’的波形 - 156 鑛齒波信號Vramp的波形 • 5 160 多相電源轉換器 162 控制電路 164 通道 166 通道 • 168 通道 10 170 工作時間產生器 172 工作時間產生器 174 工作時間產生器 176 最小電流比較器 178 調節器 15 180 比較器 • 182 調節器 184 比較器 186 調節器 188 比較器 20 190 鋸齒波產生器 192 鋸齒波產生器 - 194 鋸齒波產生器 196 加法器 198 加法器 19 1352491 200 誤差放大器 202 誤差信號Vc2的波形 204 鋸齒波信號Vrampl的波形 - 206 鑛齒波信號Vramp2的波形 .5 208 鋸齒波信號Vramp3的波形 210 鑛齒波信號Vramp4的波形 212 控制信號PWM4的波形 214 控制信號PWM3的波形 • 216 控制信號PWM2的波形 10 218 控制信號PWM1的波形 220 信號ON4的波形 222 信號ON3的波形 224 信號ON2的波形 226 信號ON1的波形 15 228 調節信號P WMX4的波形 • 230 調節信號PWMX3的波形 232 調節信號PWMX2的波形 234 調節信號PWMX1的波形 236 誤差信號Vc2的波形 20 238 錯齒波信號Vramp 1的波形 240 鋸齒波信號Vramp2的波形 - 242 鋸齒波信號Vramp3的波形 244 鋸齒波信號Vramp4的波形 246 誤差信號Vc2的波形 20 1352491 248 鑛齒波信號Vrampl的波形 250 鑛齒波信號Vramp2的波形 252 誤差信號Vc2的波形 254 鑛齒波信號Vramp的波形

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Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 種α疋ji作時間控制之多相電源轉換器的控制電 二該多相電源轉換器包含多個通道用以將一輸入電麼 轉換為一輸出電壓，該控制電路包括： • 5 —誤差放大器，偵測該輸出電壓產生一第一誤差信 號； σ —加法器’結合該多個通道巾_道電流產生一總 • 合“號用以調節該第一誤差信號產生一第二 誤差信號； 凋節器’根據该第二誤差信號及一鑛齒波信號產 生一調節信號； 一工作時間產生器，根據該調節信號產生—控制信 —號驅動該多個通道其中一個選定通道；以及 15 帛小電流比較11，制該選定通道中的通道電流 太 以決定是否致能該工作時間產生器。 ’ 2.::匕1之控制電路，其中該調節器包括-比較器比 乂：—誤差信號及錫齒波信號產生該調節信號。 了求項1之控制電路，其中在該選定通道中的通道電 =4於預②值時，該最小電流比較器致能該工作時間 20 屋生器。 疋工作時間控制之多相電源轉換器的控制方 該多相電源轉換器包含多個通道用以將一輸入電壓 、’、、、輪出電壓，該控制方法包括下列步驟： 偵測該輸出電壓產生一第一誤差信號； 22 1352491 5

   10 結合該多個通道中的通道電流產生一總合信號用 以調節該第一誤差信號產生一第二誤差信號； 根據该第二誤差信號及一鑛齒波信號產生一調節 信號； 偵測該多個通道中的通道電流以選取其中一個通 道；以及 根據該調節信號產生一控制信號驅動該被選取的 通道。 5.如喷求項4之控制方法，其中該產生—調節信號的步驟 包括比較该第二誤差信號及蘇齒波信號產生該調節信 項4之控制方法，其中該偵測該多個通道中的通 = 以選取其中-個通道的步驟包括選取該多個通 道中通道電流小於-預設值的通道。

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