TWI358882B - Apparatus, system and method for fixed-frequency c - Google Patents

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1358882 黪 九、發明說明： 【相關發明】 . 本發明於35 U.SX· u9(e)的規範下根據2004年7月 15日提出的美國臨時專财請案序號第6G/588，G98號主張 優先權，該案名稱為「利用滑動模式控制之切換電源供應 ^ (Switching Power Supply with Sliding-Mode Contro^j , 本文以引用的方式將其併入e 本發明與下面的美國專利申請案有關，每項申請案均 •和本申請案於同一天提出並且受讓予本申請案的受讓人， 而本文亦以引用的方式將其併入：

Zaki Moussaoui、Brian L· Allen 以及 Larry G. Pearce • ·. 所提出的「於切換電源供應器中用於固定頻率控制之裴置 及方法（Apparatus and Method for Fixed-Frequency Control in a Switching Power Supply)」，美國專利申請案序號第 ________號；

Zaki Moussaoui所提出的「於切換電源供應器中用於 _ 狀態變數合成之裝置及方法（Apparatus and Method for

State-Variable Synthesis in a Switching Power Supply)」， 美國專利申請案序號第 號；以及 ------- - III ^

Zaki Moussaoui 以及 Thomas Victorin 所提出的「於多 相切換電源供應器中用於暫態控制之裝置及方法 (Apparatus and Method for Transient Control in a Multiphase Switching Power Supply)美國專利中請案序號第________ 號。 6 “38882 偽 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於切換電源# ϋ 本發明係關於切換電源供應器的領域：域。更明媒地說， 授信號與固定頻率控制。 其運用到一綜合回 【先前技術】 現代的電子儀器經常需要用到低 波高電流電源。f用w t拖 '1至中電壓的低漣 求。此外’相較於傳統的類比元件，切付合該些要 ，有效、重量比較輕、而且價比奐：源供應器通常 代世界中的優點。 U比較低廉，該些均為現 圖1所示的係一單相系統】〇的簡 -習用的降壓轉換器型切換 '二、、運用到 m„扣 尿仏應裔11。電源供應器u 併入一又擲開關12。開關12會耦合至一電 於開關12每次發生觸變 ： 並且會 節點連接至輸入直流… %原14或疋接地（共同接地）。電容15 與負載16係被平行耦合於電 外 电戊1 3的弟二郎點與接地之 間0 開關12通㊉會破設計成—對金屬氧化半導體場效電晶 體（M〇SFET)或是運作方式和雙擲開關12相同的其它主動 元件’而且會於任—拋掷動作中產生一種連接。不過，為 方便起見’本时論假設當開關12將電感13連接至電源Μ 時，該開關為「開啟(。n)J ;當將電感13連接至接地時， 丄说882 m 該開關則為「關閉(〇ff)j。 :開關”為開啟時，電流會流入電感丨 所含的能量則备4日- ^ U Ψ .會^。電流會從電感13流入電容15盥負 載16。雷交1ς丄 J興貝 中所含的能量亦會提高。負載丨6 能孴t亜你十丄 貝轨1 0所接收的 b里主要係來自電感13。

感心:二?閉時，電流會從電感13流至接地。電 的％里則會降低。電流會從電容15流入 16。負載16所接收的能量主要係來自電容15。 、 +監視電路17會監視複數個狀態變數（例如跨越電容i5 勺电1 乂及坐電感1 3的電流)以決定於何時觸變每個開 關12。控制電路18會響應監視電路17所監視的該等狀能 變數來控制開關12的切換。 一 =2所示的係將單相系統1〇擴充至多相系統1〇的簡 化不意圖。下文討論將參考圖2，已提及者除外。 圖2中，系統10運用到多相形式的切換電源供應器 11。通常，負載16的高電流及/或低漣波需求可能會超過 單-開關12的能力。於此等情況中’通常會使用n個開 關12 '、中N為大於一的整數。該等N個開關12中每— 者均會耦合至N個電感13中自己所有的其中—個，並且 會於開關12開啟時將該電感13連接至電源14，並且於開 關12關閉時將該電感n連接至接地。所有N個開關12 "T/、用單電源14。通常，所有電感13均會輕合至單一 電容15輿負載16。 多相電源供應器11具有N個相19，其中每個開關12 均會影響該等N個相 -者會相互交，。… 玄寻N個相19中每 的工作週期心成了 所消乾的功率與該開關12 個特定開關:/的f關係。就，個交錯相19來說，某 之，對由 工4週期通常會保持在不超過1/N。換言 +泣，料]關12來說，相較於單項系統的 ^ 、，年冉的多相系統10通常會提供約Ν倍的電流。 利。不'岛d ’具有大量相19的多相系統Η)相當有 時，控二：等系統1°的問題在於，當相19的數量增加 數個相9: 18的複雜度便必須提高方可控制且保持複 的時序。複雜度提高會反應於可靠度 成本提高。 』罪度卜降以及 其+ -項問題係，理想上’該等Ν個相Μ中每一者 ^該提供約略相同的電流。然而，使用具有標準 且且:“:可能會於各相19間的電流中造成極大的差異，』 可此會導致其中一個開關π ^ ^ hh ^ 、’ 使得必須要右"“ $電流。如此便 :頁要有，的控制電路〗8來管理該 叫、總成電流、以及相時序。 电 —慣例上，會使用一線性控制器作為控制電路^ 種複雜電路其需要用ξ,Ι在& 為 入。，路其而要用到來自至少N+1個狀態變數 4外’—線性控制11的參數必須確實地匹配電感u、 電:心以及負们以參數。因此，即使每當電感⑴ 义ς 5、及/或負*】6令發生些微變化，該控制器本 須改變。結果，當設計成線性控制器時，一開 /、 電路！"目.闕的成本便非常地高，令人無法接受，接著:制 1358882 峰 還會因為控制電路18無法適應電感13、電容 七1)、及/或負 載1 6的變化而導致惡化。 控制電路18亦可被設計成遲滯控制器（hysteric controller)。不過，磁滯控制器的慣用設計方式並不適用 於多相系統】0。即使是在單相系統中，磁滯控制器特：上 依然表現出不良的效能。造成不良效能至少部分係因為跨 越電容"的電壓以及流經電感13的電流之間的固心 (mh⑽t lag)所造成的。此外，開關12的切換頻率合相依 於負載16。也就是，該切換頻率將會隨著負載Μ :改變 而改變。 系統則控制電路18射設計成滑㈣式控制哭， ί =視為一種二階遲滞控制器的形式。滑動模式控制 裔㈣用設計方式同樣被認為並不適用於多相系統1〇，不 過’…目系統中’效能改良上則優於遲滯控制器。不過， 利用’ί貝用的滑動模式控制考，士”抽&才 16。 制益切換頻率仍然相依於負載 再者，逕行縮放遲滯抟告丨哭 於夕如〜…或是滑動模式控制器用以 灰夕相；r'統1 〇來管理雷片]2 ^ 門H "感13的相電流、總成電流、以及 開關12 #相時序於複雜 栌制冢，& n、，a ^文良並未明顯優於線性 而且亚不會解決可靠度與成本方面的問題。 :用電源供應器U中所使用的 制電路18的切換頻率與 s動杈式控 鱼恭 、 成函數關係。此意謂著， 負載16改變封，切換 ⑼同樣為跨越負載16)的連Π之改變。因為跨越電容 ，連波頻率係直接相關於切換頻 10 1358882 率’所以，負載16發生改變便會造成漣波頻率的改變。 出現在負載10處的漣波頻率可能會對作為負載16的任何 電子元件造成諧波（harmonic)及/或互調（interm〇dulati〇n)干 擾。假使連波頻率保持恆定，那麼便可選擇該漣波頻率使 其出現在負載16比較不敏感的頻譜區域中。或者，可於 負載16内使用比較簡單的濾波方式來抑制漣波頻率的效 應。假使允許連波頻率發生變化的話，則很難忽略或是抑 制該些效應。

使用遲滞或是滑動模式控制電路18的慣用多相切換電 源供應器的另一項問題係，於特定的條件下，負載16的 驟移㈣dden shift)可能會造成某個特定開關12進入鎖定狀 態，也就是，停留-段超長的時間。於此等環境下，開關 】2會有超出其公差以及發生故障之虞。明確地說，電流流 過開關12的時間過長可能會導致開關12超出其功率額定 值，並且可能會因而導致兮„關 导蚁忒開關12發生災難性故障 (catastrophic failure) ° 所以，吾人需要—種切換電源供應器，其具有-種簡 早、可靠、而且價格低廉的控制電路。該切換電源供库哭 僅需要最少量的狀態變數，可讓 ^ 實質相等，而且實質上獨立於1 保持 再組件的公差，不會受到备 載變化的影響，可忍受開關鉑# 貝 “狀態，而且適用於單相與 多相乐統中。 、 【發明内容】 丄妁8882 參 因此’本發明的優點係提供一種用於 器中之固定頻率控制的裝置及方法。 …、供應 其 且有明？：―項優點係提供-種切換電源供應器 ^ fe早可罪、而且價格低廉的控制電路。 不 …相數I广的另一項優點係提供一種切換電源供應器 5兩相數為何，直仏〃岔+ /、句僅系要不多於兩個狀態變數。 其 “ ί:::的另一項優點係提供一種切換電源供應器 貝貝上獨立於组件公差。 '月的另一項優點係提供-種切換電源供應器，其 路。-種具有比較不受負載變化影響之切換頻率的控制電 適係提供…換電源供應11 ’其 盆作法t =上面與其它優點可利用下面的形式來實現， 電万=種用於操作m個相的^頻率切換 二應器的方法來進行’其中n為正整數。該方法包括： :…原、供應器之不多於二個狀態變數中產生一綜合回授 二二為該綜合回授信號形成一變動視窗；將該綜合回授 =轉譯成一串切換脈衝；響應該串切換脈衝來切換_ 、及利用6亥等N個開關中每一者來影響該等N相中 再中~者。 其作、广9上面與其它優點可利用另一種形式來實現， 廡器i ^、種具有N個相的固定頻率控制切換電源供 〃、中N為正整數。該電源供應器包含n個開關，其 12 1358882 係被配置成被耦合至一雙極電源；N個電感，其中該等N 個電感中每一者會被耦合至該等N個開關中其中一者；—

電容，其會被耦合至該等N個電感中每一者並且會被配置 成被跨越耦合於一負載之上；一回授信號產生器其會被 耦合至該電容並且會被配置成用以響應該電源供應器之不 多於二個狀態變數來產生一综合回授信號；一脈衝寬度詞 變(PWM)產生器，其會被耦合至該綜合回授信號產生器並 且會被配置成用於以—實質恆定的切換頻率來將該回授信 號轉譯成-串切換脈衝；以及一相選擇器，其會被耦合‘ 該等N個開關，被耦合至該脈衝寬度 並且會被配置成用以響應該串切換脈衝以丄實質：定生二 換頻率來切換該等N個開關，致使該等N個開關中每一者 會影響該等N個相中其中一者。 【貫施方式】 圖3所不的^含有被麵合至一切換電源供應器μ的 直流電源22的多相系统20的銪π - 〇〇 元的間化不意圖，該切換電源供 應盗24則係被耦合至負载％。下々 / « ^ -〇下文讨論將參考圖3。 系统20係由電源22、電源供雍哭^ 电辟、伢應益24、以及負載26所 構成。電源2 2係被配置成用於裎 ,,· ^ 旦 且蚁用&紅供第—種形式的直流能 董作為電源供應器24的給旦 ^ ώ ’輸入此里。此輸入能量係由輸入 ::的輸入電壓v,n所組成。電源22可能係電池、 直饥轉換态、太陽能陣列、發電機、交流發電機、 或疋具有適當直流能量的任何其它電源。 13 1358882 種形2直26二有源自電源供應器24之輪出能量的第二 .,j v *。此輪出能量係由輪出電⑥1。„,處的輪 過二·二:組成二負载26可能係任何的電子元件，不 通”二“70件或是通信元件’舉例來說，電腦、 人"了星'蜂巢式裝置、或是類似的電子元件。 電源供應器24係被耦合於電源22與負载26之間並 =置成用以將電源22所供應之第—種形式的直流能 鲁4換成負載26所需要的第二種形式的直流能量。 負載26的參數通常可能會陡峭且大幅地變化。舉例來 現，負載26可能包含一部具有需要大量電流之處理器的 電腦’·以及許多附屬元件（例如馬達及/或子處理器），每個 附屬兀件中任一者亦可能會需要大量電流，而且任一者或 是兩者均可被瞬間啟動或取消以實行某項特定任務。此等 變化可能會於輸出電流I〇ut中造成暫態，也就是，陡山肖且 ^田地和動。因為非常陡峨，所以，該些暫態會動態（也就 是，於變化期間）且靜態（（也就是，於變化以後）地影響輸出 電流I〇ut。從動態（交流）觀點來看，負載26可能具有阻抗 Z ’其中某個瞬間處的輸出電流L的動態數值為： ^〇ut~V〇ut/z ⑴ 從靜態（直流）觀點來看，阻抗z含有電阻R，其中某個特 定時間處的輸出電流I〇ui的靜態數值為： l〇u^V0ut/K (2) 熟習本項技術的人士將會發現，因為通常幾乎不可能 於任何特定時點處預測負載26的能量需求，所以，—般 14 1358882 鬌 都^將电源22與電源供應器24設計成符合某個輸出能量 而求的範圍（该範圍係從預設最小值至預設最大值），俾使 可涵蓋負載26的需求。 於該較佳實施例中，電源供應器24係一 ，電源供應器24(也就是，二僧遲滞切換電源供：:)式: 係被配置成用以從電源22處接收直流輪入電壓V丨。並且供 應直流輸出電壓V0ut給負載26。 ’、

黾源供應器24係被配置成用以將輪入電壓v 個相28，其中N為正整數。者 h / 正数田N—1日可，糸統20包含的倍 早目糸統2〇 ;當N>1時，系統20包含的係多相系統2〇。、 糸統20假設為具有至少一個相28。電源供應器“含 個開關3〇 ’每個開關30會影響N個相28.中其中一者a 等N個開關3〇會以— ，。該 τ的對應關係被耦合至Ν個雨戌 32。每個開關％會 兒琢 θ 乂皆地將其特殊電感32連接於電源 與一共同點或接地34之Η & 士 X 22 之間。所# Ν個電感32均會耦八 電谷36。負載26 Ρ丨丨合i里人：r 〇至 貞戰26貝1會耦合至該等N個電感32並且跨 合電容36。 巧越耦 > ^「錢㈣會被設計成複數對金屬氧化 效電晶體（MOSFET)吱异谨你+ ( )次疋運作方式和雙擲開關30相同白f 匕主動7L件，而且會於任一 ' 彳 抛擲動作中產生連接。不码 為方便起見’本討論假設去 ° 某個特定開關3〇將其電残 連接至電源22時，·^間關& 「 4 連接至接地34時，二：開啟㈣」；當將其電感 …玄開關則為「關閉(off)」。 圖4所示的係根據本 S月之杈佳贯施例的監視電路 15 1358882 的方塊圖。下文討論將參考圖3與圖4。 於該較佳實施例中，監視電路38會被耦合至該等N 個電感32中每一者並且會被耦合至電容36。監視電路38 係監視電源供應器24之狀態變數。最低限度為，監視電 路38會監視電容電壓Vc(也就是，跨越電容36的電壓）。 氧各3 6係直接被跨越搞合至負載2 6，所以電容電壓 Vc亦稱為輸出電壓V0ut。 如同遠較佳實施例中者，假使監視電路3 8僅監視輸出 :1 〇ut的話，監視電路38便可僅被設計成一用於將電 容36耦合至控制電路4〇的導體。不過，於替代的實施例 中:視電路38則可能包含複數個感測元件（如圖4中的 虛線圓所示）’用以監視流經每個電感32的電感電流IL,至 iLN、流經電容36的電容電流Ic、或是流經負載％的負載 不、本根據本發明之較佳實施例配置而成的控

制電路4〇的方塊圖。下女 ^ 卜又5寸淪將參考圖3、圖4與圖5。 控制電路40含有—筮 3兩弟一狀態變數產生器42、一第二 狀態變數產生器44，__ η 回授信號產生器46、一脈衝寬s 调變（PWM)產生器48、以 紅At U及—相選擇器50。選擇性地，一 暫悲控制器5 2亦可包含於__ a ; =貫施例中。下文將詳細地 时論控制電路4〇 6^7兮·，(·! /·, 电峪U的5玄些組件中的每—者。 才工制電路40會導致#、、β 的$ 电/原供應器24提供負載26所需垄 勺輸出电壓V〇ut與輸出電产 ^ |Λ、山 瓜〇ui。猎由控制相選擇器50 # 知出54的時序便可達成 攻匕目的’該等輪出54會耦合至句 16 1358882 蠓 等，開關30。所以’控制電路4〇便會控制該等n個開 • 關的切換作業以產生該等N個相28。 於較^實把例中，控制電路4〇會從監視電路38處 2收'出電屢v0ul，其同樣為電容電愿％。輸出電壓i &送至第一狀態變數產生器42。 十於第一狀態變數產生器42中，減法電路^會以參考 電屋VRef扣除輸出„、。減法輯％可被設計成一 籲簡單的差動放大器’不過’這並非係本發明的規定。 吾人希望的係，參考電壓Vr“於正常運作期間係一常 數值亚且等於欲由電源供應器24產生的預期電壓。參考 μ m須供應小額的電流’所以，利用熟習本項技 =人士所熟知的各種技術便可輕易地產

參考電壓vRef。 ^ J 減法電路56的輸出係參考電壓與輸 =的差:。所以，減法電…輸出係一類比誤二 θ. Ε ”表的係輸出電壓v〇ul(實際的輸出電壓）與參考 電壓vRef(預期的輸出電壓）之間的差值。因此，於正常 :輸出電壓、偏離參考電壓^的任何偏移量代 、:八小為該偏移量之異於該預期電壓的誤差。 接者，類比至數位（A/D)轉換器58便會 壓νε轉換成數位誤差電麼χ,: 匕决差電

Wv〇ul-VRef (3) ^位誤差電屋x,為電源供應器24的第一（電壓）狀態變 17 1358882 熟習本技藝的人士將會發現，於替代實施例中，可將 來自監視電路38的其它信號送至第一狀態變數產生器42， 用於以未在本文中討論的其它方式來進行處理。圖5中的 虛線60代表的便係該些實施例。此替代信號可對應於流 經負載26的輸出電流I()ui，對應於流經電容36的電容電 流Ic ’或是獨立地對應於流經一個或更多個電感32的電 感電流IL1至ILN。使用該些或其它的替代信號並未脫離本 發明的精神。不過，於該較佳實施例中，均可從第一狀態 變數X,中預測出集成與個別的電感電流，下文將作更詳細 的討論。 於該較佳實施例中，A/D轉換器58係一小型（4位元）、 快速的（50MHz)轉換器。此為一種簡單且便宜的方式。熟 習本技藝的人士將會發現，亦可使用其它的A/d轉換器而 並未脫離本發明的精神。 在A/D轉換器58後面，可利用數位硬體邏輯及/或微 處理器電路來設計控制電路40的電路與功能，其設計方 式與邏輯可隨著應用不同而大幅不同，不過，熟習數位電 子技藝的人士均可輕易地改造其設計方式與邏輯。 於該較佳實施例中’推導自輸出電壓I的第一狀態 變數X,係必須從電源供應器24之實際受監視參數中直接 推導出來的僅有的狀態變數。任何其它狀態變數均可從第 一狀悲變數Xl中藉由計算而推導出來。 第-狀態變數X,係第一狀態變數產生器42的輸出並 且會被送至第二狀態變數產生器44與回授信號產生器私。 18 1358882 於第二狀態變數產生器44内，第一狀態變數Xl會被傳送 _ 至一電感電流產生器62。電感電流產生器62會藉由抽出 第一狀態變數X,隨著時間的導數計算出第二狀態變數x2 作為誤差率x2(也就是，誤差電壓X，的比率）： x2 = dx 丨/dt = dV0Ut/dt=Ic/C (4) 此計算等同於取出輸出電壓V0ut隨著時間的導數，並且實 質上等於電容電流Ie除以電容36的數值C。 電感電流產生器62還會推導出用於代表電感電流1^ ® 至ΙίΝ中每一者的信號，該等信號實際上係合成的電感電 流。電感電流產生器62會推導出用於代表在第一相28’期 間流經第一電感32 ’之第一電感電流,的第一合成電感電 流、代表在第二相28”期間流經第二電感32”之第二電感電 流的第二合成電感電流、以及等等代表在第N相28n 期間流經第N電感32N之第N電感電流的第N合成電 感電流。每個合成電感電流均代表該等Ν個電感電流I u 至ΙίΝ中其中一者。所以，本討論中將合成或實際電感電 流稱為電感電流III至IlN。 電感電流產生器62可從相選擇器50(討論如下）中接收 一信號，用以確認目前的主動相28。 熟習本技藝的人士將會發現，電感電流產生器62並不 必產生和電感電流1^至Iu相同的彳§ 5虎’只要所產生的信 號彼此之間的關係和電感電流至ΙίΝ彼此之間的關係相 同即可。 於一替代實施例中，電感電流產生器62可從A/D轉 19 1358882 換〇〇 58中直疾接收電古 ..θ Α電/瓜1l丨至ILn中其中一者以上； 或疋可將褕出電流I 命D , ψ . 。。…、目珂的主動相28產生關聯，用以 解析出母-相28的電感電流l至l。 回授信號產生器46會產生單一回授信號σ。另外，回 授信號產生器4 6 # I~ & β從笔源供應器24不多於兩個狀態變 數（誤差電壓X丨盘誤罢產 , — 1 /、决差羊Χ2)中產生單—回授信號σ。於該 較佳的貫施例中，單— 早 口杈仏唬σ會控制所有Ν個相28。 據此，單-回授信穿“便係一綜合回授信號α，因為其會 影響多相電源供應器24的所有Ν個相28。 圖6所示的係根據本發明之較佳實施例的滑動表面口 及其變動視窗Δσ的相圖。下文討論將參考圖3、圖4、 圖5與圖6。 於邊較佳實施例中’控制電路4G内的回授信號產生器 :'係-滑動表面產生器78，其會產生综合回授信號 Μ =形式為單-滑動表面σ。藉由產生綜合回授信號 α作為單一滑動表面σ ’那麼不論相28的數量Ν為何，^ 均可保持最小的回授信號產生器46必要狀態變數數量（也 ,j，兩偏：一個受監視、一個進行計算）。吾人相當希望 少量的狀態變數’因為其可免除慣用多拍電源供心中因 必須監視N+1個狀態變數以控制N個相28 ¢4 ώ ,, ,φ 内遇杈咼複 ”隹度的h形。所以，使用少量的狀態變數優於 在於可改良可靠度並且降低費用。 处 :下文討論中’回授信號產生器46與回授信號口分別 仏月動表面產…8與滑動表面，。下文將更詳細討 20 I358882 論滑動表面產生器78。 圖6圖解出兩個狀恐變數，水平轴上為誤差電壓X!， 垂直軸上為誤差率X2(也就是，合成電流）。就此而言，圖 6所示的係由其狀癌變數X】與X2 ^定義的電源供麂器2 4 的運作情形。水平軸上繪有兩個螺旋，其中一者的中心為 正值： -v out- V Ref 另一 個螺旋的中心則為負值： Χ 丨=-VRef，X2 = 〇 ’ （6) 數X 負值 當秋 保持 雖然 窗產 σ ， 此切 產生 模式 產生 倘使開關30持續開啟的話，正值螺旋圖解的係狀態變 ，與X2可遵循的示範執道；倘使開關3〇持續關閉的話， 螺旋圖解的則係狀態變數X1#X2可遵循的示範執道。 ，開關30並不會持續開啟也不會持續關閉，而是以 下面的狀態變數值為目的進行開啟與關閉： x,=0 ， x2=〇 ， ， (7) 可如本文讨論般地利用Φ φ , %仙·千衡控制器δ〇與變動視 生器82來δ周整滑動表面產生哭你太止 。。78所產生的滑動表面 不過=滑動表面產生器78仍 仍貞有確涊何時應該進行 換動作的任務。 1 Α習本技藝的人士均知杂：典 口。 . 心'月動模式控制器。滑動表面 态7 8便係一種經調適後適 迥俊週用於電源供應器24的滑動 控制器。於該較佳實施例中 月動 ^月動表面產生哭合 具有下面函數的單滑動表面σ : °° 會 〇 =CL * Χ,+ χ2 (8) 21 1358882 其中α為常數。第一狀態變數 咕构如 电歷）χ〗係党監視的電 壓狀也’又數’而第二狀態變數（ (戎差率則係導數計算後 (合成）的電流狀態變數。 熟習滑動模式控制器技藝的 目的 =耵人士均知悉建立此關係的 。一般而言，誤差電壓&、誤 ^ g* Μ - ,|4 , ^ . 、率hi疾差電壓X,隨 者牯間的受化率）、甚至是誤差曾厭 考岸用於宏盖χι的時間加速度均可 考慮用於疋義滑動表面口 〇當 目± 热白本技#的人士將會 ^現’滑動表面^係一理却化纟士罢一 ,^ 結果。實際上，在滑動表面 .上電源供應器“的狀 ：1表面 開關30會受到控制，搰確無6吳。更確切地說， 平衡β制哭8〇 2 电源供應器24的往後運作（電流 丁锕&制裔80與變動視窗產 滑動表面σ以及圖6 ^的運作除外）將會朝向 制開關30的門盘企 目s的原點。因此，藉由控 關川的開啟與關閉，電 於沿+ s r m 24的運作將會傾向 笮碉動表面σ「滑動 由 可證實。 …由八狀態變數X,與x2即 於該較佳實施例中堂 叫T，㊉數α的範圍如下： α ^ 1/ τ . 其中r為時間常數： （9) τ =R . c 其中C為電容36 (10) 是，負載阻抗7 μ + ’、、載26的電阻值（也就 戰丨柷Z的電阻分量）。 月J面配合公式（3)與㈠）所討論 差電壓;）x 1彳〇 ^ 1 °者，苐一狀態變數（誤 土 丨代表輪出電壓 . 而第二狀態變數(誤 U考電壓、之間的差值； 车)X2代表第-狀態U變化率 22 丄乃8882 且為其導數。 1 口為只際上僅要測量第—狀態變數x丨，並且從第一狀 態交數X,中即可模擬第二狀態變數X2，所以，僅需要單一 '月動表面（综合回授信號）σ即可控制相28的任何數量Ν β 再者，因為實際上無須測量電流狀態變數，所以並不需要 任何損失性電流測量元件。如此一來，除了改良效率之外， 還可進一步改良可靠度並且減低成本。 滑動表面產生器78會產生滑動表面σ，該滑動表面σ Η括4田述-¾源供應器2 4之操作狀態的信號。熟習本技 蟄的人士將會發現，於其它的滑動模式控制器應用中，滑 動表面σ亦可稱為滑動或切換線、曲線、平面、或是超平 面（hyperplane) 〇 PWM產生器48會被耦合至回授信號產生器46。PWM 產生器48會被配置成用以將單一滑動表面σ轉譯成由一 串切換脈衝86所組成的PWM信號84。相選擇器5〇(下文 將作討論）會將PWM信號84内不同的切換脈衝86送至不 同的開關30。 下文討論將參考圖3與圖5。 於PWM產生器48内，選配的電流平衡控制器8〇會 調整滑動表面σ，並且將其變更為經調整的滑動表面σ，。 電流平衡控制器80會相應於流入每個電感32之中的電感 電流IL1至ILN從電感電流產生器62中接收信號。 電流平衡控制器80會接收每個相28的輸入，該等輸 入係相應於該等N個電感電流IL1至ILN。對該等N個相28 23 1358882 ψ 中的弟Μ相而言，盆φ μ先， 中Μ為1客Μ$Ν範圍中的整數，第 Μ個电感电抓iLM係流經該等Ν個電感u中的第％個電 感勺电/爪°亥包感係被耦合至該等Ν個開關30中會影響 第Μ相28的第Μ個開關。因為第Μ個電感電流ILM僅適 用於第Μ相28，所以，铱a,, 斤乂第Μ個電感電流ILm便係第Μ相 2 8的相電流。 吾人希望所有該等Ν個電感電流IL1至ILN實質相等， 致使電源供應器24能夠供應落在某组特定開關30之容量 内的最大電流，俾使總效率與可靠度最大化。電流平衡控 制器80會針對該等N個 ^ 個冤感包流1L丨至iLN計算一摘要統 。十值Ix(圖中未顯示）作為夫老带、占 )卞马翏考電流。於該較佳實施例中， 〇人希望摘要統計值I传兮望XT加+ # x係5亥專N個電感電流IL1至ILN的

算術平均值： LN J x (Ili+Il2+...+Iln)/N (Η) .池習本技藝的人士將會發 r赞見此並非本發明的必要條件，而 =摘要統計值U可不必為算術平均值，其並不會 發明的精神。 、 著電/;α平衡控制器80便會針對每個相28計算一誤 差電流IΕ(圖中夫辟+、，# a t π' 一、’、）’虽作摘要統計值Ιχ與該相28之電 感電流IL之間的差值： 电 Ρ (12) 每 < 第Μ相28來說’接著電流平衡控制器80便會將滑 動表面σ變更為經調整 二m i的π動表面σ，，致使該相μ的雷 感電流II實質等於摘要統計值L。 24 1358882 切雉地矹，當某個特定相28提供 的電感電流ι«_時，带..ώ + ’、 ' 、摘要統計值ιχ 兒流千衡控制器8〇 ΙΕ(圖中未顯示）成正 更s將和误差電流 坦松 偏和置加入滑動表面σ之Φ 鍉供的偏移量將使得經調整 之中。所 月勃衣面σ，略不同於取 σ，而該相28的電源供應器24的 、y月表 的滑動表面σ，移動^亿此ϋ 」會沿者經調整 夕動依此方式，便可提供 相電流Iu至ILN。 貝相寺的所有

電流平衡控制器80係控制電路4〇中值 組件。本討論假設有電流平衡控制器8。。：= 衡控制器δΟ的話，#麼# _ # 電乂平 調-……那麼…動表“便不會被調整變成經 :广動表面σ，，而下文中任何提及滑動表面σ處亦同 k適用於經調整的滑動表面σ，。 下文討論將參考圖3、圖5與圖6。

經調整的滑動表面σ，會被送至轉譯電路1〇2，該轉譯 電路102會被配置成用以將經調整的滑動表面口，轉譯成 PWM信號84，其中實質上PWM信號84係由切換頻率t 的一串切換脈衝86所構成。 S 變動視窗產生器82會被配置成用以將滑動表面σ和兩 個偏移量作比較。明確地說，變動視窗產生器82會讓滑 動表面σ分叉。當偵測到大於滑動表面σ之高臨界值i 〇6 的運作時，變動視窗產生器82便會啟動，促使開關3〇開 啟。此會影響到該等相28中其中一者。當偵測到小於滑 動表面σ之低臨界值108的運作時，變動視窗產生器82 則會取消，促使目前主動的開關30關閉。熟習本技藝的 25 人士將會發現，變動 方法，苴姑土 ®度生OD 82的運作亦可使用其它 一 未脫離本發明的精神。 δ 6還續·出尚臨界值106盘 夕pq /λ - — ” m 界值108兩個限制估 之間的不範振m 丨^值 源供應器24於沿著滑動“ # "〇描繪的係電 由其狀態變數X, i χ央一… 運作’月形其係 # f ^ '、 2末疋義。振盪原因係肇因於切換頻 革fs的切換開關30。因此， 換頒 蹤切換頻率f〆 動“虎⑽的振盈頻率會追 切換頻率fs會跨越電 波頻逛f五 ^ 36(问樣為跨越負載26)產生漣 ’车R。σ人希望漣波頻率f R實皙# π + β ,、千1R貫貝上係固定或恆定的， =更=較容易抑制充當負載26的電子元件内 的何干擾及/或譜波效應。值定的預設頻率衡未顯 二可充當理想或目標漣波頻率&。也就是，一般而言，電 (月確地况應该係恆定頻率控制器i 〇 4)可保持 切換頻率fs，所以，漣波頻率 頻率f。 R貫負上會等於恆定的預設 於轉譯電路1〇2内，有-參考值產生器⑴會產生一 固定的參考頻率[，而且有—比較器m會將切換頻率f 與蒼考頻率fx作比較用以產生—頻率誤$心。於該較佳實 把例中’蒼考值產生器i 12會提供固定的參考頻率心作為 時脈信號，該時脈信號的頻率遠大於預期的切換頻率、‘。 頻率比較it】】4會計算參考頻率^，其計算時間長度為預 設的若干切換頻率fs循環。接著，所生成的計數便會變成 頻率誤差心。如圖6所示，計數值提高，切換頻率f便會 26 1358882 下降，如頻率下降方向（箭頭）116所示；而計數值減低， 切換頻率^便會上升，如頻率上升方向（箭頭）u8所示。 熟習本技藝的人士將會發現，亦可使用其它的方法來決定 頻率誤S Ef。使用它種方法並未脫離本發明的精神。 頻率誤差Ef會被使用至變動視窗產生器82。變動視 窗產生器82會響應頻率誤差&以構成及/或調整變動視窗 △ σ。於該較佳實施财，頻率誤差Ef會由―適當的乘法 為進行縮放並且會被加入至相應於預期的預設恨定頻率的 常數之中，以便產生—傯弒旦 a & w 偏移里。當偵測到切換頻率fs上升 ⑴時，所產生的偏移量便會提高；反之亦同。熟習本技

藝的人士將會發現亦可伸用I 、，W如兄力J便用其匕的方法來調整變動視窗△ σ ’其並未脫離本發明的精神。 值定頻率控制器104會於靜態條件下讓切換頻率匕維 持貫質等於預設的值定頻率。但是不幸的係，通常只有動 態條件而不是靜態條件。負载26會改變，有時其改變相 當㈣’有時則非常顯著。切換頻率“僅會相依於變動 視窗心，還相依於負載26的需求。明禮地說’假使負 載％的阻抗Ζ(也就是，電阻R)發生改變，輸出電流、 便會改變，而切換頻率fs亦會被迫改變。 當負載26改變時，輸出電流k亦會立刻改變。該輸 出電流的改變會於切換頻率&中產生一第—邊界變 :對輸出電A I〇uf提高而言，該第一邊界變化可能係在 二、上升方向116巾’·對輸出電流I〇u,減低而言，則可能 不在頻率下降方向！】8中。變化程度或變化量與本討論的 27 1358882 目的無關。頻率比較器m會將該已發生邊界變化的切換 頻率fs與茶考㈣[作比較並且產生頻率誤I &以反映 該切換頻率fs的改變。接著，恆定頻率控制器104便會藉 由滑動表面σ的偏移量據以調整變動視。此調整: 於切換頻"中產生-和第-邊界變化相反的第二邊界； 化。換言之，假使第一邊界變化係在頻率下降方向11 8中， 那麼第二邊界變化便將會在頻率上升方向116中；反之亦 同。此第二邊界變化會導致切換頻率[更接近於該預期的 預設恒定頻率。 熟習本技藝的人士將會發現，該第二邊界變化並不必 完=補償該第—邊界變化。確切地說，於單—步驟中補償 該第一邊界變化違反公認的負回授實行方式並且可能^ 致不穩定現象。通常使用的係連續反覆實行該程序每& 反覆作業都會讓切換頻率fs更接近於該預期的預設恒定^

率。此實行方式將會讓切換頻率〔快速地實料於該預期 的預設恆定頻率並且維持於該頻率處。 定。 定值 率附 恆定頻率控制器104將會讓切換頻率匕維持實質恆 熟習本技藝的人士將會發現，其並不必維持完美的忮 ，不過吾人卻希望實質的怪定值可維持在 近的合理公差之内。 預設恆定頻 t響應於負載26中的突然及/或大幅變化可能會發生 恶。於特定條件下，該些暫態可能會驅使電源供應哭以 進2鎖定狀態維持一段令人不滿意的特長暫態持續。長度。 鎖定狀態終將清除，即使電感32、電容36、及/或負載％ 28 1358882 極為不匹配及/或偏離理想設計甚遠亦然。 • 於此暫態期間，回授信號產生器46可輸出滑動表面 . σ，當經過轉譯電路1〇2進一步處理之後，其便可能指示 會影響到目前主動相28的開關30維持在其開啟狀態中。 此舉可能造成該開關30失效，所以吾人並不樂見。 PWM信號84係由PWM產生器48輸出並且會被輸入 至選配的暫態控制器52之中。於暫態控制器52内，pwM _ 信號84會被修改成經修改的PWM信號丨24。經修改的PWM 信號124係被配置成用以調整肇因於負載26之暫態的任 何特定開關30之鎖定狀態的持續長度。藉由調整鎖定狀 態的持續長度，暫態控制器52便可避免該開關3〇與電源 供應器24遭到可能的破壞。 假使發生鎖定狀態，那麼，暫態控制器52便會終止目 前的主動相28’並且促使下一相28於預設持續長度之後 開始作用。換言之，開關30會從目前的士〇。 a 曰攸曰則的主動相28切換至

下一相28，從而可容忍鎖定狀態。 暫態控制裔52係控制電路4〇中樂見但非必要的組件。 本討論假設有暫態控制器52,且簡信號料會變成經修 改的PWM信號124。假使省略暫態控制 PWM仏號84便不會被修改，也就是， 號124便係PWM信號84。 斋5 2的話，那麼 經修改的PWM信 圖7所示的係根據本發明 分配至該等N個相2 8所使用 切換的圖式。為簡化起見，圖 之較佳實施例將切換脈衝86 的開關3 0中的每一者以及其 7假設有N個相28，其中 29 丄 如3(也就是，有三個相28)。熟習本技藝的人士將會發現 此僅為示範例，其僅適用於多相系統2()，實際^可為大 於-的任何預期整數。下文討論將參考圖3、圖4、圖5、 與圖7。 於相選擇器50之中，PWM信號84會被送至相計數界 ⑽相計數器136會於任何特定時點處確認該等N個相28 中何者要成為主動狀態。吾人希望的方式係，相計數器136 ^對PWM錢84巾的每個切換脈衝86均僅「計數」— -人’不過，必要時亦可循環計數。舉例來說，於三相應用 中（也就是’ N=3,如圖7中所示），相計數器136可從零計 ^至二，接著於收到來自pwM信號Μ的下—㈣換脈衝 時便會被重置回到零。 於該較佳實施例中，才目計數g 136係被設計成環型計 數器（nng counter)。熟習本技藝的人士將會發現此並非本 發明的必要條件’亦可使用相計數器136的其它實施例， 其並不會脫離本發明的精神。 相什數為136的輸出會被送至一切換電路ι38，並且 曰被送至上文所討論的電感電流產生器62與電流平衡控 制益80。如此可讓電感電流產生器62與電流平衡控制器 8〇將它們的動作協同於目前的主動相28。 切換電路138會將源自PWM信號84的切換脈衝86 依序分配至該等N個開關30的複數個控制輸入中。據此， 相计數為1 36的輸出便可確認目標開關3〇應該開啟或關 閉’而且PWM信號84可提供用於該等開啟/關閉事件使 30 I358882 用的時序0源自切換畲攸,Ί Q a 相2"搞合至每：二Γ 數個信號54會於每個 ， 至母個開關30的控制輸入。也就是，第广 號5 4，會被耦合$笼 θθ Β0 ^ 弟一 k ，。曰被耦°至第-開關3〇,的控制輸入用 Μ’，第二信號54”會被 〜響弟一相 宫饭祸。至弟一開關3〇，， 以影響第二相28”，依 輪入用 弟N開關30、控制輸入用以影響第。“皮^至 接著，所有開關30便均會以切換 對該等N個相28中的第+4 &進行切換。 。。 相而§，切換電路會於相 益136的控制下從第M個開^ 3 ' 口十數 3〇。 俠主弟（Μ+υ個開關 於-多相電源供應器24中(也就是，當ν>…如 ::::實施例中：，切換電路13δ可利用熟習本技藝的人： 見、知的比較間易的解碼電路（圖中未顯示）設計而 過吾人將會發現’亦可使用切換電路138的替代設計方式不 其並未脫離本發明的精神。 熟習本技藝的人士將會發現，對一單相電源供應器μ 來說（也就是，當Ν= 1、，ΐτ少、 "可,略暫態控制器52與相計激哭 1 3 ό。於此情況中，切換電路 ° 、电路1 3 8可利用複數個導體 衝電路將PWM信號84送至該單一相28的開_3〇的該等 控制輸入處設計而成。 總結來說，本發明教示-種用於切換電源供應器24中 ，定頻率控制之裳置與方法。電源供應器24具有適用於 單相與多相系、統20 f的控制電路4〇，其簡單、可靠、而 且價格低廉，同時不論該等相28的數量N為何均僅需要 31 ^58882 兩個狀態變數χι與χ2。電源供應器24實質μ ,,ν . 戶'貝上可獨立於組 件么差，可忍受開關30㈣定狀態，而且^㈣ 比較不會受到負載26變化的影響。 、 s 雖然已經詳細地闡述與說明本發明的較佳 過’熟習本技藝的人士將卵六层 ^ ^ 將很谷易明白仍可對其進行各種變 化，而不會脫離本發明的精神 月作30疋甲D月專利範圍的範疇。 【圖式簡單說明】 為更完整瞭解本發明， 的說明與申請專利範圍’发“。下面的圖式來參考詳細 ^ * /、中於所有圖式中，相同的元件 付5虎代表相同的項目，以及 圖1所示的係一運用沐1 系統的簡化示意圖；&別技術切換電源供應器的單相 圖2所示的係將圖丨 义 的簡化示意圖； 。先别技術糸統擴充至多相系統 相二3:::二—根據本發明之較佳實施例的單相或多 供應據=之較佳實施例…的„ 圖5所示的係4 供應器的控制電路的X "明之較佳實施例之圖3的電源 吩的方塊圖； 圖6所示的係根 其變動視窗的相圖.、&明之較佳實施例的滑動表面及 ，以及 圖7所示的係根 S明之較诖實施例之圖3的電源 32 1358882 供應器的該等N個相所使用的N個開關中每一者的切換的 圖式。

主要元件符號說明 10 系統 11 電源供應器 12 雙擲開關 13 電感 14 直流電源 15 電容 16 負載 17 監視電路 18 控制電路 19 相 20 糸統 22 直流電源 24 切換電源供應器 26 負載 28 相 30 開關 32 電感 34 接地 36 電容 38 監視電路 33 1358882

40 控制電路 42 第一狀態變數產生器 44 第二狀態變數產生器 46 回授信號產生器 48 脈衝寬度調變產生器 50 相選擇器 52 暫態控制器 54 輸出 56 減法電路 58 '類比至數位轉換器 62 電感電流產生器 78 滑動表面產生器 80 電流平衡控制器 82 變動視窗產生器 84 脈衝寬度調變信號 86 切換脈衝 102 轉譯電路 104 恆定頻率控制器 112 參考值產生器 114 頻率比較器 124 經修改的脈衝寬度調變信號 136 相計數器 138 切換電路 34

Claims (1)

1358882

十、申請專利範圍·· 1'種用於操作一具有N個相的固定頻率切換電源供 應器的方法，其_ N為正整數，該方法包括：、 從该電源供應器中不大於二個狀態變數申產生一綜合 回授信號； 為該綜合回授信號形成一變動視窗； 將該綜合回授信號轉譯成一串切換脈衝； 響應該串切換脈衝來切換N個開關；以及 者。利用該等N個開關中每—者來影響該等n相中其中一 2.如申請專利範圍第1項之方法，其還包括： 監視該電源供應器的輪出電壓； 響應該監視動作推導出兮番 狀態變 等出忒電源供應器的第 數：以及 數 響應該推導動作合成出兮雷 成出遠電源供應 態變 .如申請專利範圍第2 括： 項之方法，复 中該推導動作包 產生一固定的參考電壓；以及 從該固定的參.考電壓中扣除 鐵备。 箱】出電堡以推導該第 狀態變數 4 ·如申請專利範圍第2 括： 項之方法，其中 s亥合成動作包 該第二狀 描出第-狀態變數隨著時間的導數以合成出 35 1358882 100年10月25日修正替換頁 •態變數。 ----- • 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中該產生動作會產 •生該综合回授信號當作該等Ν個相的單—滑動表面，該滑 動表面的數值為α χ1+Χ2，其中： α為大於〇的常數； h為該電源供應器的第一狀態變數；以及 X2為該電源供應器的第二狀態變數，該第二狀態變數 對應於該第一狀態變數的變化率。 鲁 6·如申請專利範圍第1項之方法，其還包括： 響應該監視動作以產生對應該等N個電感電流的信 號；其中該等信號為N個合成電感電流；以及 針對該等N個相中每一者來調整該綜合回授信號，致 使該等N個合成電感電流更加地均等。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其還包括： 響應該負載中的變化於該切換頻率中產生一第一邊界 變化； ® 響應該產生動作調整該變動視窗；以及 響應該調整動作於該切換頻率中產生一第二邊界變 化，其中β亥弟一邊界變化係與該第一邊界變化相反。 8.如申請專利範圍第1項之方法，其中： 該方法還包括： 產生一參考頻率；以及 比較該切換頻率與該參考頻率；以及 該形成動作會響應該比較動作來形成該變動視窗。 36 丄 丄

9·如申請專利範圍第1項之方法，其還brr 以用來定義該切換電路切換該等N個開關的頻率的速 率來產生脈衝；以及 將該等脈衝依序分配於該等w開關之中。 1〇·如申請專利範圍第1項之方法，其還包括： 將該串切換脈衝依序分配於該等N個開關之中； 偵測暫態；以及 響應該伯測動作將該等切換脈衝中至少其中一者重新 分配給該等N個開關中其中一不同的開關。 11. 如申清專利範圍第j項之方法，其中該切換動作包 括將該等脈衝中每—者依序分配於該等則固開關之中。 12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該切換動作包 括： 及 開關 乂貝質卜亙疋的切換頻率來共同切換該冑N個開關；以 以N乘以„玄實質恆定的切換頻率來個別切換該等n個 37 1 3.種具有N個相的固定頻率切換電源供應器，其中 N為正整數，該電源供應器包括： N個開關，其會被配置成被耦合至一雙極電源； N個電感’其中該等n個電❹每一者會被麵合至該 等N個開關中其中一者； -電容’其會被搞合至該等N個電感中每一者並且會 被配置成被跨越耦合於一負载之上· 1358882 ____ 100年10月25日修正替換頁 一回授信號產生器，其會被耦合至該電容並且會被配 置成用以響應該電源供應器不大於兩個狀態變數來產生— 綜合回授信號； 一脈衝寬度調變（P WM)產生器，其會被輕合至該綜合回 授“號產生器並且會被配置成用於以一實質怪定的切換頻 率來將該回授信號轉譯成一串切換脈衝；以及 一相選擇器，其會被耦合至該等N個開關，被耦合至 該脈衝寬度調變（pWM)產生器，並且會被配置成用以響應該 串切換脈衝以該實質恆定的切換頻率來切換該等N個開 關，致使該等N個開關宁每一者會影響該等N個相中其中 一者。 1 4·如申請專利範圍第丨3項之電源供應器其中該電源 供應器還包括： 監視電路，其係被配置成用以監視該電源供應器的 輸出電壓；以及

第狀態變數產生器，其係被耦合至該監視電路並 被配置成用以產生該等兩個狀態變數中的第一狀態變 數，當作該輸出電壓與一固定參考電壓之間的差值，該固 定參考電壓等於該電源供應器的理想輸出電壓。 —15.如申请專利範圍帛14項之電源供應器，其還包括一 第^—狀態變數產生哭ϊ # '4, j； a °。八係被耦合至該第一狀態變數產生 么 '、被配置成用以合成該等兩個狀態變數中的第二狀態 變數作為該第—狀態變數隨著時間的導數。 16.如申凊專利範圍第13項之電源供應器，其中該回 38 1358882 100年10月25日修正替換頁 該滑動表面產生器 作為该等N個相的 授信號產生器包括一滑動表面產生器 係被配置成用以產生該綜合回授信號 早一滑動表面。 17.如申請專利範圍第16項 表面的數值為α Xl+X2，其中： 之電源供應器 ’其中該滑動 α為大於〇的常數； X |為該等兩個狀態變數中的第—狀態變數；以及

Χ2為該等兩個狀態變數中的第二狀態變數。 18.如申請專利範㈣17項之電源供應器，其中該常 數的範圍為外广其^為相常數，其數值為 RC，而R為該負載之電阻分量的數值，而c則為該電容的 數值。 19. 如申請專利範圍第丨7項之電源供應器，其中： 該第一狀態變數的數值為VRef-V0ut，其中VRef為參考 電壓的數值，而\^〇1^為該電源供應器之輸出電塵的數值； 以及 該苐一狀癌變數為該第一狀態變數隨著時間的導數。 20. 如申請專利範圍第13項之電源供應器，其中： s亥電源供應這包括一電感電流產生器，其係被配置 成用以從該第一狀態變數來合成N個合成電感電流；以及 該脈衝寬度調變（PWM)產生器包括一電流平衡控制 器’該電流平衡控制器會被耦合至該回授信號產生器，被 耦合至該電感電流產生器，並且會被配置成用以響應N個 合成電感電流來調整該综合回授信號致使該等N個電感電 39 1358882 ——__ . 100年10月25日修正替換頁 * 流實質相等’其中該等N個電感電流中每- 等N個電感中其中一者的電流。 • 2 1.如申請專利範圍第13項之電源供應器，其中： - 該負載會出現變化俾使於該切換頻率中產生一第一邊 界變化；以及 該脈衝寬度調變（PWM)產生器會於該切換頻率中產生 一與該第一邊界變化相反的第二邊界變化。 22. 如申請專利範圍第13項之電源供應器，其中： • 該脈衝寬度調變（PWM)產生器包括一恆定頻率控制 器，其包括： 一參考值產生器，其係被配置成用以產生一參考頻率； 一頻率比較器，其係被耦合至該參考值產生器且被配 置成用以比較該切換頻率與該參考頻率；以及 該恆定頻率控制器會響應該頻率比較器讓該切換頻率 維持實質恆定。 ~ 23. 如申請專利範圍第I3項之電源供應器，其中： 該回授信號產生器係被配置成用以產生一滑動表面. 以及 * 該脈衝寬度調變（PWM)產生器係被配置成用以形成哼 滑動表面的變動視窗。 24. 如申請專利範圍第23項之電源供應器，其中該相選 擇器係被配置成用於以該切換頻率來切換該等N個開關， 其中該切換頻率係取決於該變動視窗。 25 .如申請專利範圍第24項之電源供應器，其中該脈 40 1358882 _—_ 100年10月25曰修正替換頁 衝寬度調變（PWM)產生器會響應負載變化來形成該變動視 窗，致使該頻率維持實質怪定。 26.如申請專利範圍第23項之電源供應器，其中該相選 擇器會以該切換頻率來切換該等N個開關，其中該切換頻 率係取決於該變動視窗與該負載。 27.如申請專利範圍第26項之電源供應器，其中： 該負載會出現變化俾使於該切換頻率中產生一第一邊 界變化；以及

用以於孩切杳 該恒定頻率控制器會調整該變動視窗 頻率中產生與6亥第一邊界變化相反的第二邊界變化 28.如申請專利範圍第13項之電源供應器其還包括 暫〜、控制H ’ β玄暫態控制器會被耦合至該脈衝寬度調 (PWM)產生器，被耦合至該相選擇器，並且會被配置成用 偵測該電源供應器中㈣態的發生情形，並且於發生該 態時將該等切換脈衝中其中一者重新分配給該等ν個開 中其中一不同的開關。 ，其中： 共同切換該 29.如申請專利範圍第13項之電源供應器 該相選擇器會以該實f怪定㈣換頻 等N個開關；以及 該相選擇器實質上會以N-丨乘以該 率來個別切換嗲箄w ^質丨互疋的切換頻 刀換°亥專N個開關中每一者。 30.-種具有N個相的固定頻率多相 供應器，苴中N A + & 月動模式切換電源 N個Η關甘 Μ數口亥電源供應器包括： 4關，其會被配置成被耦合 雙極電源，其中 41 1358882 100年10月25日修正替換頁 該等N個開關中每一者會影響該等n個相中其中一者； ^個龟感，其中該等n個電感中每一者會被輕合至該 等N個開關中其中一者； 电谷，具會被耦合至該等N個電感中每一者並且會 被配置成被跨越耦合於一負載之上； 一恆定頻率控制器，其會被耦合至該滑動表面產生 器被配置成用以形成該單一滑動表面的變動視窗，並且 θ被配置成用以響應該滑動表面與該變動視窗以實質恆定 的切換頻率來將該滑動表面轉譯成一串切換脈衝；以及 ^ :切換電路，其會被耦合至該等Ν個開關，被耦合至 :亥!互疋頻率控制器’並且會被配置成用以響應該串切換脈 衝以該實質恆定的切換頻率來切換該等_開關。 31.如申請專利範圍第3〇項之電源供應器其令： 該值定頻率控制器包括一參考值產生器，該參考值產 生态係破配置成用以產生一參考頻率； 器係控制器還包括一頻率比較器，該頻率比較 成用以比較該切換頻率與該參考頻率；以及 視窗該Γ定頻率控制器會響應該頻率比較器來調整該變動 用以讓該切換頻率維持實質恆定。 32·如申請專利範圍第30頊 率# &項之電源供應器，其中切換頻 革係取決於該變動視窗與該負載。 換领 =·如申請專利範圍第32項之電源供應器，其中： μ、載會出現變化俾使於該 界變化；以及 刀換頻率中羞生一第-邊 42 1358882 ____ 丨〇〇年10月25曰修正替換頁 该值定頻率控制器會調整該變動視窗，用以於該切換 頻率中產生一與該第一邊界變化相反的第二邊界變化。 34.如申請專利範圍第3〇項之電源供應器，其中： • 5亥恆定頻率控制器係内含於一脈衝寬度調整產生器之 中，並且會被配置成用於以用來定義該切換頻率的速率來 產生脈衝；以及 該切換電路會將該恆定頻率控制器所產生的脈衝依序 分配於該等N個開關之中。 ^ 35.如申請專利範圍第34項之電源供應器，其還包括— 暫也控制器，έ亥暫態控制器會被耦合至該恆定頻率控制 器，並且會被配置成用以偵測何時發生暫態，並且於發生 该暫態時將一脈衝重新分配給該等Ν個開關中其中一不同 的開關。 36· —種切換電源供應器系統，其包括： —雙極電源，其係被配置成用於供應第一種形式的直 ^ 流電能量； 電子兀件，其係被配置成用於運用第二種形式的直 流電能量；以及 —-具有Ν個相的滑動模式切換電源供應器，其中Ν為 7正整數’其會被耦合於該雙極電源與該電子元件之間， f且會被配置成用以將該第—種形式的直流電能量轉換成 忒第一種形式的直流電能量，其令該電源供應器包括： N個開關，其會被耦合至該雙極電源，其中該等ν個 1關中母一者會景> 響該等N個相中其中一者； 43 U58882 _ ' 100年10月25日修正替換頁 N個電感，其中該等N個電感中每一者會被耦合至該 等N個開關中其中一者； 一電容’其會被耦合至該等N個電感與該電子元件； 一回授彳§號產生器’其會被配置成用以為該等N個相 產生一綜合回授信號； 一脈衝寬度調變（PWM)產生器，其包括一轉譯電路，該 轉譯電路會被耦合至該回授信號產生器並且會被配置成用 於以一實質恆定的切換頻率來將該回授信號轉譯成一串切 •換脈衝；以及 一相選擇器，其會被耦合至該等N個開關，被耦合至 該脈衝寬度調變（PWM)產生器，並且會被配置成用以響應該 串切換脈衝以該實質恆定的切換頻率來依序切換該等n個 開關。 ▲ 37.如申請專利範圍第36項之系統，其中該電子元件係 S十异元件或通信元件兩者中其中一者。 ,、 鲁 38·如申請專利範圍第36項之系統，其中： 忒回杈仏號產生器包括—滑動表面產生器，該滑動表 面產生器會被配置成用以為該等N個相產生單一滑動表 面’作為該回授信號。 39.如申請專利範圍第38項之系統其中： 該轉譯電路係一恆定頻率控制器，其包括： 參考值產生||，其係被配置成用以產生一參考頻率. 一頻率比較器’其係被配置成用以比較該切換盘 该參考頻率’用以產生一誤差頻率；以及 /、 44 1358882 100年10月25日修正替換頁 變動視窗產生器，其係被配置成用以響應該誤差頻 率來形成該滑動表面的變動視窗。 40.如申請專利範圍第39項之系統其中： 該切換電路會響應該滑動表面、該變動視窗、以及該 電子元件的阻抗來切換該等N個開關； 該電子元件會於該阻抗中出現變化，其中該阻抗中的 該邊化會於該切換頻率中產生一第一邊界變化；以及 該恆定頻率控制器會調整該變動視窗，並且於該切換 頻率中產生一與该第一邊界變化相反的第二邊界變化。 4 1. 一種固定頻率切換電源供應器，該電源供應器包 括： N個開關，其被耦合至一 D c ( direct⑶爪加，直流） 電源且被配置成用以由該電源接收輸入能量，其中N為正 1數且其中該等N個開關被配置成將該輸入能量分成N個 相； N個電感，其中該等n個電感中每一者被耗合至該等n 個開關中其中一者； 一電容’其被耦合至該等N個電感中每一者並且被搞 合至一動態負载’其中該電容以及該等N個電感一起被配 置成用以將輸出能量提供至該動態負載； 一監視電路，其被耦合至該電容且配置成用以監視該 輸出能量；以及 一控制電路，其被耦合至該監視電路，配置成用以由 該監視電路推導出該電源供應器的第一狀態變數，由第一 45 100年10月25曰修正替換頁 “邊數合成出该電源供應器的第二狀態&數，響應一~ 門2第二狀態變數以實質值定的切換頻率來切換該：ν個 開關。 μ 二2.如申請專利範圍第4ΐ項之電源供應器其中： δ亥輪入能量為 種形式的D-C^bi，其包括在輪入 電壓的輪入電流； 该輪出能量為第二種形式的D_c能量，其包括在輸出 電壓的輪出電流；以及 该輪入電壓不等於該輸出電壓。 43. —種固定頻率切換電源供應器，其包括： ^ N個開關，其被輕合至—DC電源且被配置成用以由 该電源接收輸入能量，其中N為正整數且其中該等㈣開 關被配置成將該輸入能量分成N個相； N個電感’其中該等N個電感中每一者被耦合至該等n 個開關中其中一者； 一電容，其被耦合至該等N個電感中每一者並且被耦 合至一動態負載，其中該電容以及該等]^個電感一起被配 置成用以將輸出能量提供至該動態負載； 一監視電路，其被耦合至該電容且配置成用以監視該 輸出能量；以及 一控制電路，其被耦合至該監視電路，且配置成用以 響應該監視電路以實質恆定的切換頻率來切換該等N個開 關’其中該控制電路包括： 一第一狀態變數產生器，其耦合至該監視電路且 46 1358882 __ 100年10月25日修正替換頁 - 配置成用以產生一第一狀態變數； —第二狀態變數產生器，其耦合至該第一狀態變數 產生器且配置成用以合成一第二狀態變數； • —滑動表面產生器，其被耦合至該監視電路及配置 成用以響應該第一及第二狀態變數產生該N個相的單 一滑動表面； 一脈衝寬度調變（PWM)產生器，其耦合至該滑動表 面產生器且配置成用於以實質恆定的切換頻率來將單 ® 一滑動表面轉譯成一串切換脈衝；以及 —相選擇器，其被耦合至該等N個開關，被耦合至 該脈衝寬度調變（PWM)產生器，並且被配置成用以響應 該串切換脈衝以該實質恆定的切換頻率來切換該等N 個開關，致使該等N個開關中每一者影響該等N個相 中其中一者。 44.如申請專利範圍第43項之電源供應器，其中該滑 動表面具有數值Xi+X2，其中： 鲁 α為具有範圍osag(r)-1的常數，其中7為時間常 數，其具有數值RC，其中r為該負載之電阻分量的數值； 而C為該電容的數值； Χι為該等兩個狀態變數中的第一狀態變數且具有數值 VRef-V〇ut，其中VRef為參考電壓的數值，而v0ut為該電源 供應器之輸出電壓的數植；以及 h為第二狀態變數且為該第一狀態變數隨著時間的導 數0 47 1358882 100年10月25日修正替換頁 43項之電源供應器，其中： 出能量與一固定參考電壓之間 於該電源供應器的理想輸出電 〜一 s 5 I曰J 守双〇 4 ·如申明專利範圍第43項之電源供應器其中： 、5亥第「狀態變數產生器為電感電流產生器，其係被配 置成用以從該第一狀皞轡叙枣

〜、邕數來5成N個合成電感電流；以 及 α該脈衝寬度調變（PWM)產生器包括_t流平衡控制 器，該電流平衡控制器被轉合至該滑動表面產生器，被搞 合至該電感電流產生考，光a # φ丄、^ 、 王窃並且被配置成用以響應Ν個合成 電感電流來調整該綜合回授信號致使該等Ν 質相等，其中該等Ν個電感電流中每一者係為=二 個電感中其17 —者的電流。

45.如申請專利範圍第 該第一狀態變數為該輪 的差值，該固定參考電壓等 壓；以及 該第二狀態變數為Μ —狀態變數隨著時間的 47.如申請專利範圍第43項之電源供應器其中： 該脈衝寬度調變（PWM)產生器係被配置成用以形成該 滑動表面的變動視窗；以及 該相選擇器係被配置成用於以該切換頻率來切換該等 N個開關，該切換頻率係取決於該變動視窗。 48. 如申請專利範圍第47項之電源供應器，其中該切換 頻率係取決於該變動視窗及該負载。 49. 如申請專利範圍第48項之電源供應器，其中： 該動態負載的變化於該切換頻率申產生—第一邊界變 48 1358882 化；以及 100年10月25日修正替換頁 ;該脈衝寬度調變(PWM)產生器於該切換頻率中產生一 與该第一邊界變化相反的第二邊界變化。 从如申請專利範圍第43項之電源供應器，其中： 該相選擇器以該實質，防 貝炱匼疋的切換頻率來共同切換該 N個開關；以及 该相選擇器實質上以 借的該實貝恆定的切換頻率 來個別切換該等N個開關中每一者。 •一種用於操作—固定頻率切換電源供應 法’該方法包括： 由D-C電源接收輸入能量； 將輸出能量提供至—動態負載； •^視遠輸出能量； 數； 響應該監視動作推導出該電源供應器的第一狀態變 響應該推導動作人士山》& 數； °成出该電源供應器的第二狀態變 切 換脈:應該推導及合成動作以實質…頻率產生-串 整數# =串切換脈衝來切換該等㈣開關，#中N為正 以該等N個開關影響該輸入d_c能量的n個相。 52.如申請專利範圍笸 括： 圍弟51項之方法，其中該推導動作包 49 UM882

產生一固定參考電愿； 由該固定參考電壓扣除 -如申請專利範圍第51:之出方 =輸出Μ ^ 括柄出該第-狀態變數隨著時間的導數:、中該合成動作包 54.—種用於操作固定頻 · 方法包括： 、電源供應器的方法，該 由D-C電源接收輸入能量； 將輸出能量提供至一動態負载； 監視該輪出能量； 響應該監視動作以實質恆走 衝 ^ ^ ^ . 的頻率產生一串切換脈 其中该產生動作包括： 由不多於該電源供靡31% 應盗的兩個狀態變數來產生一 滑動表面； 為該滑動表面形成一變動視窗；以及 ^將該滑動表面轉譯成一串切換脈衝； 以 響應該串切換脈衝來切換則固開關，其中ν為正整數； 及 以該等Ν個開關影響該輸入D_c能量的ν個相。 55.如申請專利範圍第54項之方法，其中產生動作產 生該Ν個相的滑動表面，該滑動表面具有數值m+x2,其 中： α為不小於〇的常數； χι為該電源供應器之第一狀態變數；以及 Χ2為該電源供應器之第二狀態變數。 50 1358882 100年10月25日修正替換頁 56.如申請專利範圍第54項之方法，該- 響應該監視動作以產生對應流經該等N個電感中每一 者之電感電流的信號，其中該等信號為N個合成電感電流； ，致使該 ^針對該等N個相中每一者來調整該滑動表面 專N個合成電感電流更加地均等。 57.如申請專利範圍第51項之方法，該方法還包括：

變化 響應該負載中的變化於該切換頻率中產生—第一邊界 ;以及 於該切換頻率中產生盥马筮 、A W h L Λ卞T反王，、忒第一邊界變化相反的一第 邊界變化。 58.—種切換電源供應器系統，該系統包括： —D-C電源； 一動態負載；

—具有Ν個相的固定頻率滑動模式切換電源供應器， 其中Ν為正整數，其被配置成用以從D_c電源接收輸入能 量，將該輸入能量轉換為輸出能量，將該輸出能量提供至 該動態負載，該電源供應器包括： N個開關，其被耦合至該D_c電源，其中該等ν 個開關中每一者影響該等N個相的其中一者； 等 N個電感’其中該㈣個電感中每一者被耦合至該 N個開關中其中一者； -電容’其被耦合至該等關電感及該動態負載; 一監視電路，其被耦合至該電容且被配置成用以 51 丄：)：)δδδΖ 100年10月25日修正替換頁 監視該輪出能量； ----—_____ 1 π動模式控制電路，其被耦合至該監視電路， ：’月動表面產生器，被配置成用以產生該Ν個相 ' 月動表面作為該回授訊號，被配置成用以響應 該監視雷故@ t 8 貫質恨定的切換頻率來切換該等N個開 關。 击 中μ專利範圍第58項之系統，其中該滑動模式控 制電路包括： &疋頻率控制器，其被耦合至該滑動表面產生器， 置成以實f怪定的切換頻率來將該滑動表面轉譯成一 串切換脈衝，且包括： 參考值產生器，其被配置成用以產生參考頻率； ^ 頻率比較器，其被配置成用以比較該切換頻率與 邊參考頻率，用以產生一頻率誤差；以及 ^ 一變動視窗產生器，其被配置成用以響應該誤差頻 率來形成該滑動表面的變動視窗；以及 -相選擇器，其被耗合至料N個開關，被_合至該 咳：頻率控制器，並且被配置成用以響應該串切換脈衝以 /只質恆疋的切換頻率來依序切換該等n個開關，其中： 為相選擇器響應該滑動表面、該變動視窗以及該動態 、载的阻抗來切換該等N個開關； 該動態負載響應該該阻抗中的變化，於該切換頻率中 產生—第一邊界變化；以及 該忮定頻率控制器調整該變動視窗，於該切換頻率中 52 1358882 100年10月25日修正替換頁 產生一與該第一邊界變化相反 的第二邊界變化。

十一、圖式： 如次頁

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