TWI538373B - 切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法 - Google Patents

切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI538373B
TWI538373B TW103118059A TW103118059A TWI538373B TW I538373 B TWI538373 B TW I538373B TW 103118059 A TW103118059 A TW 103118059A TW 103118059 A TW103118059 A TW 103118059A TW I538373 B TWI538373 B TW I538373B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
switching
compensator
signal
output voltage
voltage
Prior art date
Application number
TW103118059A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201505347A (zh
Inventor
理查 瑪麗亞 舒密茲
艾瑞克 馬夏柯斯基
克里斯 楊
Original Assignee
中心微電子德累斯頓股份公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 中心微電子德累斯頓股份公司 filed Critical 中心微電子德累斯頓股份公司
Publication of TW201505347A publication Critical patent/TW201505347A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI538373B publication Critical patent/TWI538373B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法
本揭露內容關於以非脈波寬度調變(PWM)為基礎所控制的切換式功率轉換器及相關方法。
切換式DC-DC轉換器包括可切換功率級，其中根據切換訊號和輸入電壓產生輸出電壓。該切換訊號是在數位控制電路中產生，該數位控制電路相對於參考電壓調整該輸出電壓。切換式功率級包括由高側場效電晶體(FET)及低側FET所構成的一雙重開關、一電感及一電容。在充電相期間，高側FET被切換訊號開啟，以對電容進行充電。在放電相期間，高側FET被關閉以汲取電容的電。切換訊號被產生為具有工作週期的數位脈波寬度調變訊號，該工作週期是由控制定律所決定。該控制定律可由產生PWM訊號的PID補償器所執行。
PWM被建議用於需要固定頻率或假定需要避免某些頻率的應用。這在類似資料擷取、行動電話等系統中是這樣的情況。然而，當負載電流呈現規則圖形，以PWM為基礎的控制可能導致可避免的切換損耗。因此，所需要的是節省能源的解決方案。
此解決方案是以根據獨立裝置請求項的功率轉換器和根據獨立方法請求項的用於控制切換式功率轉換器的方法而達成。附屬請求項關於本發明的其他方面。
本發明關於切換式功率轉換器，其包括功率級，用於根據切換訊號及輸入電壓，藉由切換元件產生輸出電壓。該切換訊號是由補償器所控制的可變時序產生器所產生。切換訊號的多個脈衝是“以需要具有為基礎，，而產生。因此，這些脈衝可獨立於PWM週期而產生。多個脈衝可產生為使得切換損耗最小化。一切換圖形可與負載電流圖形相符。因此，補償器的行為可與負載電流的規則圖形同步。可使用高解析度可變時序產生器。
本文揭露內容更關於一種用於控制切換式功率轉換器的方法。該方法包括根據切換訊號及輸入電壓，藉由切換元件產生輸出電壓，該切換元件是由可變時序產生器所驅動；以及使用補償器來控制該可變時序產生器，而以視需求為基礎來產生切換訊號的多個脈衝。
11‧‧‧功率級
12、13‧‧‧切換元件
14‧‧‧電感(L)
15‧‧‧電容(C)
16‧‧‧負載
17‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)
18‧‧‧誤差放大器(EA)
19‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
28‧‧‧加法器
110、210‧‧‧比較器
111‧‧‧智慧型補償器
112‧‧‧可變時序產生器
113‧‧‧具有ZCD的驅動器
211‧‧‧具有比較器位準控制的智慧型補償器
Vin‧‧‧電壓輸入
Vout‧‧‧電壓輸出
ZCD‧‧‧過零檢測
參考附圖，其中第1圖示出以非PWM為基礎的具有智慧型補償器的DC-DC轉換器的方塊圖；以及第2圖示出具有智慧型補償器的DC-DC轉換器的方塊圖，該智慧型補償器具有比較器位準控制。
第1圖示出包含功率級11的功率轉換器。功率級11包括第 一切換元件12以及第二切換元件13、電感14、電容15以及負載16。切換元件2以及3是伴隨零電流偵測由驅動器113所驅動。驅動器113轉發由可變時序產生器112所產生的切換訊號，該可變時序產生器112是由智慧型補償器111以非PWM為基礎所控制。智慧型補償器111控制該可變時序產生器，使得切換訊號的脈衝是以需要具有為基礎而產生。為了這個目的，智慧型補償器處理由誤差放大器18所產生且由ADC 19數位化的誤差訊號。誤差放大器18以及ADC可由智慧型補償器111調整。誤差訊號是功率級11的輸出電壓以及由數位至類比轉換器(DAC)17轉換至類比域的參考電壓之間的差值。再者，功率轉換器包括比較器110，該比較器110產生訊號以供智慧型補償器111用於偵測負載瞬態。
第2圖示出另一具體實施例，其中提供了包含遲滯比較器210的遲滯控制迴路。該遲滯比較器210比較功率級211的輸出電壓以及由DAC 27轉換至類比域的參考電壓。
遲滯比較器210的遲滯行為可由具有遲滯控制的智慧型補償器211進行調整。具有遲滯控制的智慧型補償器產生電壓偏移，該電壓偏移被DAC 29轉換至類比域並由加法器28加至輸出電壓。
11‧‧‧功率級
12、13‧‧‧切換元件
14‧‧‧電感(L)
15‧‧‧電容(C)
16‧‧‧負載
17‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)
18‧‧‧誤差放大器(EA)
19‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
110‧‧‧比較器
111‧‧‧智慧型補償器
112‧‧‧可變時序產生器
113‧‧‧具有ZCD的驅動器
Vin‧‧‧電壓輸入
Vout‧‧‧電壓輸出
ZCD‧‧‧過零檢測

Claims (16)

  1. 一種切換式功率轉換器，包括一功率級，該功率級包括一雙重開關，其連接在一第一供應電壓與一第二供應電壓之間且由一高側第一切換元件及一低側第二切換元件所構成，以及一電感，其有一端連接至該高側第一切換元件與該低側第二切換元件之間的一連接以及有一第二端連接至該功率級的一電容，該功率級用於根據一切換訊號及一輸入電壓，藉由所述切換元件在該電感的該第二端與該第二供應電壓之間產生該功率級的一輸出電壓，該切換訊號是由一可變時序產生器所產生，該可變時序產生器是由一補償器所控制，而以需要具有由該功率級的該輸出電壓之一回饋所控制之基礎而產生該切換訊號的多個脈衝。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的切換式功率轉換器，其中該補償器被配置以控制該可變時序產生器，以產生該切換訊號的多個脈衝，使得切換損耗最小化。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的切換式功率轉換器，其中該補償器被配置以控制該可變時序產生器，而以一非脈波寬度調變為基礎來產生該切換訊號的多個脈衝。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的切換式功率轉換器，其中該補償器被配置以控制該可變時序產生器，以產生該切換訊號的多個脈衝，使得該多個脈衝的一結果圖形與一負載電流的一圖形相符。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的切換式功率轉換器，更包括用於對該輸出電壓進行採樣的一高解析度視窗類比至數位轉換器。
  6. 如申請專利範圍第1項或第5項所述的切換式功率轉換器，其中該補償器被配置以處理由一誤差放大器所產生的一誤差訊號，該誤差放大器計算並放大該功率級的該輸出電壓以及一參考電壓之間的一差值，其中該誤差訊號是由該類比至數位轉換器數位化。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的切換式功率轉換器，更包括一比較器，該比較器被配置以比較該功率級的該輸出電壓以及該參考電壓，以產生由該補償器處理以用於偵測多個負載瞬態的一訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的切換式功率轉換器，更包括用於對該輸出電壓進行採樣的一高解析度視窗類比至數位轉換器，其中該補償器被配置以處理由一誤差放大器所產生的一誤差訊號，該誤差放大器計算並放大該功率級的該輸出電壓以及一參考電壓之間的一差值，其中該誤差訊號是由該類比至數位轉換器數位化，以及更包括一比較器，該比較器被配置以比較該功率級的該輸出電壓以及該參考電壓，以產生由該補償器處理以用於偵測多個負載瞬態的一訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的切換式功率轉換器，包括由一遲滯比較器以及該補償器所形成的一遲滯控制迴路，其中該遲滯比較器被配置以比較該功率級的該輸出電壓以及一參考電壓，以驅動該補償器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的切換式功率轉換器，其中該遲滯比較器的一遲滯行為可由該補償器進行調整。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的切換式功率轉換器，其中該補償器被配置以產生一電壓偏移，該電壓偏移被一數位至類比轉換器轉換至該類比域並由一加法器加至該輸出電壓，以調整該遲滯比較器的該遲滯行為。
  12. 一種用於控制一切換式功率轉換器的方法，該方法包括：根據一切換訊號及一輸入電壓，藉由一可變時序產生器所驅動的一雙重開關，其連接在一第一供應電壓與一第二供應電壓之間且由一高側第一切換元件及一低側第二切換元件所構成，以及一電感，其有一端連接至該高側第一切換元件與該低側第二切換元件之間的一連接以及有一第二端連接至該功率級的一電容而產生一輸出電壓；以及使用一補償器來控制該可變時序產生器，而以由該功率級的該輸出電壓之一回饋所控制的一視需求基礎而產生該切換訊號的多個脈衝。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，包括：使用一補償器來控制該可變時序產生器，以產生該切換訊號的多個脈衝，使得切換損耗最小化。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的方法，包括：使用一補償器來控制該可變時序產生器，而以一非脈波寬度調變為基礎 產生該切換訊號的多個脈衝。
  15. 如申請專利範圍第12項或第14項所述的方法，該方法包括：由該補償器處理一誤差訊號，該誤差訊號是該輸出電壓以及一參考電壓之間的差值；以及由該補償器處理一訊號以偵測多個負載瞬態，該訊號是該輸出電壓以及一參考電壓之間的比較結果。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的方法，該方法包括：使用一遲滯控制迴路來產生該切換訊號，該遲滯控制迴路包括一比較器以及一遲滯補償器，其中該遲滯比較器被配置以比較該功率級的該輸出電壓以及一參考電壓，以驅動該補償器。
TW103118059A 2013-05-24 2014-05-23 切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法 TWI538373B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361827222P 2013-05-24 2013-05-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201505347A TW201505347A (zh) 2015-02-01
TWI538373B true TWI538373B (zh) 2016-06-11

Family

ID=50884370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103118059A TWI538373B (zh) 2013-05-24 2014-05-23 切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9917514B2 (zh)
EP (1) EP3005545A1 (zh)
KR (1) KR20160012187A (zh)
TW (1) TWI538373B (zh)
WO (1) WO2014187953A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6783965B1 (en) 2000-02-10 2004-08-31 Mountain View Pharmaceuticals, Inc. Aggregate-free urate oxidase for preparation of non-immunogenic polymer conjugates
KR101813104B1 (ko) * 2012-11-14 2017-12-28 아이디티 유럽 게엠베하 Dc-dc 컨버터들을 갖는 시스템-온-칩
US9917514B2 (en) 2013-05-24 2018-03-13 Idt Europe Gmbh Non PWM digital DC-DC converter
US10673339B2 (en) * 2015-07-23 2020-06-02 Texas Instruments Incorporated Hysteretic control for transformer based power converters
US10305369B2 (en) * 2017-02-06 2019-05-28 Analog Devices Global Noise reduction in a voltage converter
US11049631B2 (en) * 2017-02-16 2021-06-29 Ls Cable & System Ltd. Power cable
US10644594B2 (en) * 2017-10-31 2020-05-05 Texas Instruments Incorporated Power converter with reduced undershoot and overshoot during load transients

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677618A (en) * 1996-02-26 1997-10-14 The Boeing Company DC-to-DC switching power supply utilizing a delta-sigma converter in a closed loop controller
JP4110926B2 (ja) * 2002-07-11 2008-07-02 富士電機デバイステクノロジー株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US7323855B2 (en) * 2005-03-31 2008-01-29 Silicon Laboratories Inc. Digital pulse width modulated power supply with variable LSB
JP4592638B2 (ja) * 2006-05-02 2010-12-01 株式会社東芝 スイッチング電源回路
US7667446B2 (en) * 2007-01-11 2010-02-23 Infineon Technologies Ag Method for controlling current in a load
US7956592B2 (en) * 2008-06-13 2011-06-07 The Regents Of The University Of Colorado Monitoring and control of power converters
JP2012120362A (ja) * 2010-12-02 2012-06-21 Sanken Electric Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
TW201230681A (en) 2011-01-07 2012-07-16 Anpec Electronics Corp Synchronous switching power converter with zero current detection, and method thereof
US9917514B2 (en) 2013-05-24 2018-03-13 Idt Europe Gmbh Non PWM digital DC-DC converter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014187953A1 (en) 2014-11-27
US20160094129A1 (en) 2016-03-31
TW201505347A (zh) 2015-02-01
KR20160012187A (ko) 2016-02-02
US9917514B2 (en) 2018-03-13
EP3005545A1 (en) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI538373B (zh) 切換式功率轉換器以及用於控制切換式功率轉換器的方法
US9548658B2 (en) Control circuit, switching power supply and control method
US9154031B2 (en) Current mode DC-DC conversion device with fast transient response
TWI523385B (zh) 多模式控制功率轉換器
US9882475B2 (en) PWM calculation after light load to high load transition
US8884598B2 (en) Method and apparatus for operating a DC/DC converter
US9154034B2 (en) Alternating current injection for constant-on time buck converter—a regulator control method
TW201304365A (zh) 一種開關控制電路及其方法
Fei et al. Multi-step simplified optimal trajectory control (SOTC) for fast transient response of high frequency LLC converters
WO2012094670A2 (en) Dc-dc converter
WO2020024200A1 (zh) 一种直流升降压电路
CN103633831B (zh) 控制电路、时间计算单元及控制电路操作方法
TWI509968B (zh) 電壓轉換電路以及電壓轉換控制器與應用於其中的參數設定方法
US9143034B2 (en) DC-DC controller and multi-ramp signal operating method thereof
US8836299B2 (en) Voltage converter
TWI605675B (zh) 直流對直流電源轉換器電路及使用其控制輸出電壓之方 法
EP3053259A1 (en) Method and power converter for predictive discontinuous charge mode control
JP6217257B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び電源装置
Teng et al. A digital dc-dc buck converter with adaptive on-time PWM/PFM control
Sahu et al. Buck converter for low power delivery using Digital control method
TW201524100A (zh) 電源轉換器及其控制方法
KR20160064186A (ko) 전력 컨버터들에 대한 보상 없는 변조

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees