TWI381633B - 消除拍音震盪的切換式電源供應器及方法 - Google Patents

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Description

消除拍音震盪的切換式電源供應器及方法
本發明係有關一種消除拍音震盪(beat oscillation)的切換式電源供應器(switching regulator)及方法，特別有關於一種以無電感濾波電路(inductorless filter)消除拍音震盪的切換式電源供應器及方法。
常用的切換式電源供應器包括降壓型(Buck)、升壓型(Boost)與反壓型(Inverter)三種，以及其混合型式如升降壓(Buck-Boost)，升反壓(Inverter-Boost)等。以降壓型切換式電源供應器來加以說明，其電路結構大致如第1圖所示，降壓型切換式電源供應器1包含有兩個電晶體開關Q1、Q2，其閘極分別受上下橋訊號UG與LG所控制，根據電晶體Q1、Q2的開與關，控制電感L上的電流量與方向，以將電能傳送給輸出端OUT。上下橋訊號UG與LG可根據從輸出端萃取出的反饋電壓訊號FB，經適當電路安排而產生，例如可以為PWM(脈寬調變)訊號或PFM(脈頻調變)訊號等等(此部分為習知，故省略其說明)。第2圖與第3圖分別示出升壓型切換式電源供應器2與反壓型切換式電源供應器3。
請參閱第4圖，以降壓型切換式電源供應器為例，PWM比較器將電壓訊號Vc和鋸齒波訊號相比較，以產生電晶體Q1、Q2的開關控制訊號(圖示為示意，實際電路中不一定由同一個PWM比較器來同時控制兩個電晶體)。鋸齒波訊 號本身具有頻率fs，而電壓訊號Vc上則帶有頻率fp。請參見第5A-5C圖，當電壓訊號Vc上帶有頻率fp時，兩電晶體Q1、Q2和電感L的連接節點電壓Vd將在-2fs+fp,-fp,-fs+fp, fs-fp,…，亦即mfs±fp(m為整數)的頻率位置產生副頻(side band)，或稱拍音震盪(beat oscillation)。由於電感L和輸出端電容之組合具有低通濾波作用，因此在輸出電壓Vo上將可過濾掉大部分的副頻，但當頻率fp接近頻率fs時，-fs+fp和fs-fp也為低頻，無法濾除，而會顯示在輸出電壓Vo上，如第5C圖所示。
上述問題，在多相切換式電源供應器中將更為嚴重。 以多相降壓型切換式電源供應器為例，請參閱第6圖，第一相降壓型切換式電源供應電路產生電流io 1，第二相降壓型切換式電源供應電路產生電流io 2，其總和構成整體電路的輸出電流io 。由於拍音震盪之故，如第5D圖所示，兩相輸出電流io 1和io 2間將產生嚴重的不平衡，影響電路穩定性。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種能夠消除拍音震盪的切換式電源供應器，以及其控制方法。
本發明之第一目的在提供一種能夠消除拍音震盪的切換式電源供應器。
本發明之第二目的在提供一種用以控制切換式電源供 應器之控制方法。
為達上述之目的，就本發明的其中一個觀點，乃是提供了一種消除拍音震盪的切換式電源供應器，包含：第一電晶體、第二電晶體、與電感器，相互電連接於一共同節點，其中該第一電晶體和第二電晶體受控而切換其狀態，以將輸入電壓轉換為輸出電壓；比較器，其將一電壓訊號與鋸齒波訊號比較，產生控制訊號控制至少第一電晶體和第二電晶體之一；自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生前述電壓訊號之迴路；以及位於該迴路上之無電感濾波電路，該無電感濾波電路過濾一特定頻帶。
此外，根據本發明的另一個觀點，也提供了一種消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，包含以下步驟：提供一個切換式電源供應器，該切換式電源供應器包括第一電晶體、第二電晶體、與電感器，相互電連接於一共同節點；控制該第一電晶體和第二電晶體，切換其狀態，以將輸入電壓轉換為輸出電壓；自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生一電壓訊號；將該電壓訊號與鋸齒波訊號比較，產生控制訊號控制至少第一電晶體和第二電晶體之一；以及在自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生一電壓訊號的過程中，以無電感方式過濾一特定頻帶。
上述電路與方法中，所述特定頻帶宜包括該鋸齒波訊號頻率附近之頻率。
以無電感方式過濾特定頻帶的電路與步驟，可使用電 感等效電路、或高通濾波電路和低通濾波電路的組合來達成。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效；其中，相似的元件以相同的符號來標示。
本發明的主要概念，在於提供一個濾波電路，針對頻率fs附近的頻帶進行過濾，使電壓訊號Vc上不帶有接近頻率fs之副頻。此外，在較佳實施方式中，此濾波電路宜不具有電感，以便利電路整合。請參考第7圖與第8圖之較佳實施例，以降壓型切換式電源供應器為例，本發明設置一個無電感濾波電路20，至於其設置位置可在輸出電壓Vo與PWM比較器構成閉迴路間的任何位置，例如但不限於第7圖與第8圖所示的位置。
無電感濾波電路20各種實施方式，其一例可見第9圖，本實施例中，電阻R、電容C、電感等效電路22構成特定頻帶濾波器(notch filter)，經適當設計其過濾頻帶，即可消除拍音震盪問題。
電感等效電路22可提供與電感相同的功能但非為電感，其實施方式例如可見第10圖。
此外，無電感濾波電路20例如亦可採用第11圖的方式來實施。既然目的是要過濾特定頻帶，無電感濾波電路20可以高通濾波和低通濾波電路之組合(高通＋低通濾波 電路24)來構成。高通濾波和低通濾波電路可以串聯、並聯或以其他方式組合，且濾波器的階數可以為大於等於1的任意數目。階數越高，其頻率響應形態越接近特定頻帶濾波器。
第11圖顯示高通＋低通濾波電路24的其中一種實施方式，本實施例中，R1和C2構成第一階的低通濾波器，R2和C1構成第一階的高通濾波器。經適當決定R1, R2, C1, C2之值後，即可達成所欲的特定頻帶濾波功能。
以上已根據本發明的概念，舉數個具體電路為舉例作說明；唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化；例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等。又如，雖然在以上說明中僅以降壓型切換式電源供應器為例，但本發明同樣可應用在升壓型切換式電源供應器和反壓型切換式電源供應器中。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾， 均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1‧‧‧降壓型切換式電源供應器
1A‧‧‧多相降壓型切換式電源供應器
2‧‧‧升壓型切換式電源供應器
3‧‧‧反壓型切換式電源供應器
10‧‧‧PWM控制電路
20‧‧‧無電感濾波電路
22‧‧‧電感等效電路
24‧‧‧高通＋低通濾波電路
101‧‧‧第一相降壓切換式電源供應電路
102‧‧‧第二相降壓切換式電源供應電路
C, C1, C2‧‧‧電容
EA, EA1, EA2‧‧‧誤差放大器
FB‧‧‧反饋訊號
IN‧‧‧輸入電壓
L, L1, L2‧‧‧電感
OUT‧‧‧輸出端
PWM, PWM1, PWM2‧‧‧比較器
Q1, Q2, Q11, Q12, Q21, Q22‧‧‧電晶體
R, R1, R2‧‧‧電阻
Vc, Vd‧‧‧電壓訊號
Vo‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧參考電壓
io1, io2, io ‧‧‧電流
圖式說明：第1圖為先前技術降壓型切換式電源供應器的示意電路圖。
第2圖為先前技術升壓型切換式電源供應器的示意電路圖。
第3圖為先前技術反壓型切換式電源供應器的示意電路圖。
第4圖以降壓型切換式電源供應器為例，說明先前技術中的問題。
第5A-5C圖解釋拍音震盪的成因。
第5D圖顯示拍音震盪在多相切換式電源供應器中將造成嚴重的電流不平衡。
第6圖顯示多相降壓型切換式電源供應器的示意電路圖。
第7圖和第8圖以降壓型切換式電源供應器為例，說明本發明的兩個實施例。
第9圖與第10圖示出本發明之無電感濾波電路的其中一個實施例。
第11圖與第12圖示出本發明之無電感濾波電路的另一個實施例。
20‧‧‧無電感濾波電路
EA‧‧‧誤差放大器
FB‧‧‧反饋訊號
IN‧‧‧輸入電壓
L‧‧‧電感
PWM‧‧‧比較器
OUT‧‧‧輸出端
Q1, Q2‧‧‧電晶體
Vc‧‧‧電壓訊號
Vref‧‧‧參考電壓

Claims (13)

  1. 一種消除拍音震盪的切換式電源供應器，包含：第一電晶體、第二電晶體、與電感器，相互電連接於一共同節點，其中該第一電晶體和第二電晶體受控而切換其狀態，以將輸入電壓轉換為輸出電壓；比較器，其將一電壓訊號與鋸齒波訊號比較，產生控制訊號控制至少第一電晶體和第二電晶體之一；自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生前述電壓訊號之迴路；以及位於該迴路上之無電感濾波電路，該無電感濾波電路過濾一特定頻帶；其中該特定頻帶包括該鋸齒波訊號頻率附近之頻率，但容許其他高頻訊號通過。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該無電感濾波電路包括：位於該無電感濾波電路輸入端與輸出端之間的電阻，以及位於該輸出端與接地之間的串聯之電容和電感等效電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該電感等效電路包括：依序串聯在該電感等效電路輸入端與接地之間的第一電阻、第二電阻、第三電阻、電容、第四電阻；第一運算放大器，其比較輸入端與第二、第三電阻間節點之電壓，其輸出與第三電阻和電容間的節點電連接；及第二運算放大器，其比較第二、第三電阻間節點之電壓與電容、第四電阻間節點之電壓，其輸出與第一、第二電阻間的節點電連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該無電感濾波電路包括：高通濾波電路與低通濾波電路之組合。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該高通濾波電路與低通濾波電路為串聯或並聯。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該高通濾波電路的階數大於等於1。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之消除拍音震盪的切換式電源供應器，其中該低通濾波電路的階數大於等於1。
  8. 一種消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，包含以下步驟：提供一個切換式電源供應器，該切換式電源供應器包括第一電晶體、第二電晶體、與電感器，相互電連接於一共同節點；控制該第一電晶體和第二電晶體，切換其狀態，以將輸入電壓轉換為輸出電壓；自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生一電壓訊號；將該電壓訊號與鋸齒波訊號比較，產生控制訊號控制至少第一電晶體和第二電晶體之一；以及在自輸出電壓取得反饋訊號，並根據該反饋訊號而產生一電壓訊號的過程中，以無電感方式過濾一特定頻帶；其中該特定頻帶包括該鋸齒波訊號頻率附近之頻率，但容 許其他高頻訊號通過。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，其中該以無電感方式過濾一特定頻帶的步驟包括：提供一個無電感濾波電路，其包括：位於該無電感濾波電路輸入端與輸出端之間的電阻，以及位於該輸出端與接地之間的串聯之電容和電感等效電路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，其中該電感等效電路包括：依序串聯在該電感等效電路輸入端與接地之間的第一電阻、第二電阻、第三電阻、電容、第四電阻；第一運算放大器，其比較輸入端與第二、第三電阻間節點之電壓，其輸出與第三電阻和電容間的節點電連接；及第二運算放大器，其比較第二、第三電阻間節點之電壓與電容、第四電阻間節點之電壓，其輸出與第一、第二電阻間的節點電連接。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，其中該無以電感方式過濾一特定頻帶的步驟包括：進行高通濾波與低通濾波。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，其中高通濾波的階數大於等於1。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之消除切換式電源供應器拍音震盪的控制方法，其中低通濾波的階數大於等於1。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8619445B1 (en) 2013-03-15 2013-12-31 Arctic Sand Technologies, Inc. Protection of switched capacitor power converter
US9041459B2 (en) 2013-09-16 2015-05-26 Arctic Sand Technologies, Inc. Partial adiabatic conversion
US9742266B2 (en) * 2013-09-16 2017-08-22 Arctic Sand Technologies, Inc. Charge pump timing control

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6147478A (en) * 1999-09-17 2000-11-14 Texas Instruments Incorporated Hysteretic regulator and control method having switching frequency independent from output filter

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH593585A5 (zh) * 1973-12-13 1977-12-15 Danfoss As
US5912552A (en) * 1997-02-12 1999-06-15 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho DC to DC converter with high efficiency for light loads
DE19707707C2 (de) * 1997-02-26 1998-12-24 Siemens Ag Pulsweitenmodulator
US7203474B2 (en) * 2001-10-24 2007-04-10 Rohm Co., Ltd. Receiver system
US6960904B2 (en) * 2003-03-28 2005-11-01 Tdk Corporation Switching power supply controller and switching power supply
US6972974B2 (en) * 2003-08-29 2005-12-06 Micrel, Inc. Compensator to achieve constant bandwidth in a switching regulator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6147478A (en) * 1999-09-17 2000-11-14 Texas Instruments Incorporated Hysteretic regulator and control method having switching frequency independent from output filter

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