TWI543512B - Power converter and power conversion method - Google Patents

Power converter and power conversion method Download PDF

Info

Publication number
TWI543512B
TWI543512B TW103106875A TW103106875A TWI543512B TW I543512 B TWI543512 B TW I543512B TW 103106875 A TW103106875 A TW 103106875A TW 103106875 A TW103106875 A TW 103106875A TW I543512 B TWI543512 B TW I543512B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
input voltage
power converter
signal
output
voltage
Prior art date
Application number
TW103106875A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201448430A (zh
Inventor
Yu Cao
Kezhi Wang
Original Assignee
Murata Manufacturing Co
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 Murata Manufacturing Co filed Critical Murata Manufacturing Co
Publication of TW201448430A publication Critical patent/TW201448430A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI543512B publication Critical patent/TWI543512B/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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • 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
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations

Landscapes

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

Description

功率轉換器及功率轉換方法
本發明係關於功率轉換器及功率轉換方法，尤其係關於用於開關電源之工作循環控制系統及控制方法。
由於各種應用具有不同之供電需求，因此在電子技術領域廣泛地使用例如開關電源之功率轉換器來提供所需電壓/電流。開關電源藉由控制功率轉換電路輸入側之開關電路之導通及關斷(及工作循環)來在功率轉換電路輸出側維持穩定的電壓或電流輸出。此類功率轉換電路例如可使用變壓器實現，其將原邊接收之輸入電壓轉換成副邊之輸出電壓及電流。
一方面，希望提高此類功率轉換器之效率，例如輸出功率與輸入功率之比。另一方面，希望此類功率轉換器有較高之功率密度，例如功率轉換器之輸出功率與其體積之比。再一方面，希望功率轉換器具有良好的線路調節率及/或負載調節率。線路調節率(Line Regulation)又稱為輸入電壓調整率，係指輸入電壓在全輸入範圍內變化時輸出電壓偏離輸出額定電壓之百分比。負載調節率(Load Regulation)係指當輸入電壓不變，負載自零變化至額定值時輸出電壓之變化。
在先前技術中，某些功率轉換器具有固定的輸出電壓，其可具有相對良好的線路調節率及負載調節率，但由於開關電路之工作循環可能需要根據輸入電壓之變化而在大範圍內調節以維持固定的輸出電 壓，因此電路設計複雜且因此可能無法滿足高效率及高功率密度之需求。某些功率轉換器對開關電路使用固定工作循環，例如接近50%之工作循環。此類開關電源在副邊可採用自驅動同步整流器，從而其輸出電感可設計得非常小，能夠達成較高效率及較高功率密度。然而，在使用固定工作循環之情況下，輸出電壓隨輸入電壓之變化而變化，可能導致較差之線路調節率及/或負載調節率。
本發明提出針對以上某個問題或某些問題之解決方案。
針對以上問題，本發明提供之功率轉換器可在較窄變化範圍內調節工作循環，以提供良好的負載調節率、較高之效率及/或高功率密度。
在一實施例中，一種功率轉換器可包括：開關電路；功率轉換電路，其用於經由開關電路接收輸入電壓並將輸入電壓轉換成輸出電壓；輸入電壓感測電路，其用於偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號；及脈衝寬度調變(PWM)控制器，其用於至少部分地基於由輸入電壓感測電路所提供之輸入電壓感測信號來調整開關電路之工作循環。
在一實施例中，當輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時，該PWM控制器在預設範圍內調整開關電路之工作循環，使得輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率。
在另一實施例中，該功率轉換器亦可包括：輸出感測電路，其用於偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號，其中該PWM控制器至少部分地基於輸入電壓感測信號及輸出電壓感測信號來調整開關電路之工作循環。進一步，該功率轉換器亦可包括：參考電壓模組，其用於根據由輸入電壓感測電路所提供之輸入電壓感測信號來產生參考電壓，從而使參考電壓與輸入電壓成比例；及第一運算放大 器，其用於根據輸出電壓感測信號與參考電壓之差產生第一比較信號以提供給該PWM控制器作為反饋信號，其中該PWM控制器根據該反饋信號在預設範圍內調整開關電路之工作循環，使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例之位準。在一實施例中，該輸出感測電路進一步偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號，該功率轉換器亦可包括：第二運算放大器，其用於根據輸出電流感測信號與第一比較信號之差產生第二比較信號以提供給該PWM控制器作為該反饋信號。
該功率轉換器可為隔離型功率轉換器，且可包括隔離器以在功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號。
本發明亦提供一種用於功率轉換器之控制方法，其可包括：經由開關電路接收輸入電壓並將輸入電壓轉換成輸出電壓；偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號；及至少部分地基於輸入電壓感測信號來調整開關電路之工作循環。
在一實施例中，該方法亦可包括：當輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時，在預設範圍內調整開關電路之工作循環，使得輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率。
在另一實施例中，該方法亦可包括：偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號；及至少部分地基於輸入電壓感測信號及輸出電壓感測信號來調整開關電路之工作循環。該方法亦可包括：根據輸入電壓感測信號來產生參考電壓，從而使參考電壓與輸入電壓成比例；根據輸出電壓感測信號與參考電壓之差產生第一比較信號作為反饋信號；及根據反饋信號在預設範圍內調整開關電路之工作循環，使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例之位準。此外，該方法亦可包括：偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號；及根據輸出電流感測信號與第一比較信號之差產生第二比較信號作為該反饋信號。
該功率轉換器可為隔離型功率轉換器，且該方法亦可包括：在 該功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號。
本發明亦提供一種功率轉換器，其可包括：用於經由開關電路接收輸入電壓並將輸入電壓轉換成輸出電壓之構件；用於偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號之構件；及用於至少部分地基於輸入電壓感測信號來調整開關電路之工作循環之構件。
在一實施例中，該功率轉換器亦可包括：用於當輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時、在預設範圍內調整開關電路之工作循環、使得輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率之構件。
在另一實施例中，該功率轉換器亦可包括：用於偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號之構件；及用於至少部分地基於輸入電壓感測信號及輸出電壓感測信號來調整開關電路之工作循環之構件。此外，該功率轉換器亦可包括：用於根據輸入電壓感測信號來產生參考電壓、從而使參考電壓與輸入電壓成比例之構件；用於根據輸出電壓感測信號與參考電壓之差產生第一比較信號作為反饋信號之構件；及用於根據該反饋信號在預設範圍內調整開關電路之工作循環、使得輸出電壓保持在與參考電壓成比例之位準的構件。此外，該功率轉換器亦可包括：用於偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號之構件；及用於根據輸出電流感測信號與第一比較信號之差產生第二比較信號作為該反饋信號之構件。
該功率轉換器可為隔離型功率轉換器，且亦可包括用於在功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號之構件。
在一實施例中，當輸入電壓變化時，輸出電壓隨輸入電壓之變化而相應地變化；當輸入電壓不變時，該PWM控制器在預設範圍內調整開關電路之工作循環，使得輸出電壓保持不變。
100‧‧‧功率轉換器
110‧‧‧開關電路
120‧‧‧功率轉換電路
130‧‧‧Vin感測電路
140‧‧‧PWM控制器
200‧‧‧功率轉換器
300‧‧‧功率轉換器
310‧‧‧開關電路
320‧‧‧功率轉換電路
330‧‧‧Vin感測電路
340‧‧‧PWM控制器
350‧‧‧輸出感測電路
400‧‧‧功率轉換器
452‧‧‧驅動器
454‧‧‧驅動器
456‧‧‧隔離器
457‧‧‧參考電壓模組
458‧‧‧運算放大器
500‧‧‧功率轉換器
560‧‧‧運算放大器
圖1展示根據本發明一實施例之功率轉換器的簡化方塊圖； 圖2展示根據本發明一實施例之對應於圖1之例示性功率轉換器的示意圖；圖3展示根據本發明另一實施例之功率轉換器的簡化方塊圖；圖4展示根據本發明一實施例之對應於圖3之例示性功率轉換器的示意圖；圖5展示根據本發明一實施例之對應於圖3之另一例示性功率轉換器的示意圖；圖6展示根據本發明一實施例之對應於圖5之例示性功率轉換器的信號模型圖；及圖7A及圖7B展示根據本發明一實施例之示意性波形圖。
下面結合具體實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明，但熟習此項技術者將明白，以下描述及附圖僅為例示性的，而不應限制本發明的保護範圍。附圖中具有相同或相似附圖標記之部件可類似地操作。附圖所示之具體結構僅為可能示例，熟習此項技術者可在本發明之範圍內按需進行修改而不脫離本發明之精神實質及範圍。
圖1展示根據本發明一實施例之功率轉換器100的簡化方塊圖。功率轉換器100例如可為DC/DC轉換器。功率轉換器100可包括開關電路110、功率轉換電路120、Vin(輸入電壓)感測電路130及PWM(脈衝寬度調變)控制器140。功率轉換電路120經由開關電路110接收輸入電壓Vin並將輸入電壓Vin轉換成所需之輸出電壓Vout(及/或輸出電流Iout)，其中PWM控制器140產生PWM信號來控制開關電路110之導通及關斷，開關電路110之導通時間比例(即，工作循環)將影響輸出電壓Vout(及/或輸出電流Iout)之大小。如在背景技術中所提到，在工作循環不變的情況下，輸出電壓Vout將隨著輸入電壓Vin之變化而線性地變化，若輸入電壓Vin變化範圍較大，則可能導致輸出電壓Vout不 穩定；另一方面，在藉由調節工作循環來維持固定輸出電壓Vout之情況下，由於工作循環可能需要根據輸入電壓Vin之變化而在大範圍內變化，因此可能導致較低之功率轉換效率及功率密度。
在根據本發明之一實施例中，Vin感測電路130偵測輸入電壓Vin並相應地產生輸入電壓感測信號Vi。例如，輸入電壓感測信號Vi可為輸入電壓Vin之分壓信號或以其他方式提供關於輸入電壓Vin之資訊。PWM控制器140可至少部分地基於Vin感測電路130所提供之輸入電壓感測信號Vi來在預設範圍內調整開關電路110之工作循環，以緩解由於輸入電壓Vin變化而導致之輸出電壓Vout的不穩定。例如，當Vin感測電路130偵測到輸入電壓Vin增大時，PWM控制器140減小開關電路110之工作循環，使得輸出電壓Vout隨輸入電壓Vin增大而較慢地增大。類似地，當Vin感測電路130偵測到輸入電壓Vin減小時，PWM控制器140增大開關電路110之工作循環，使得輸出電壓Vout隨輸入電壓Vin減小而較慢地減小。由此可見，藉由在預設範圍內調整工作循環，使輸出電壓Vout之變化率低於輸入電壓Vin之變化率，提高了輸出電壓Vout之穩定性。
圖2展示根據本發明一實施例之對應於圖1之例示性功率轉換器200的示意圖。該功率轉換器200可具有5個輸入/輸出埠(1)至(5)。如圖所示，輸入電壓Vin經濾波電路(例如，可包括電感器L1及電容器C1、C2)濾波之後輸入開關電路110。開關電路110進一步耦合至功率轉換電路120(例如，表示為變壓器T1)之原邊T1-a。在圖2中，開關電路110由開關管Q1表示，但在實踐中可包括由一或多個開關管構成之開關電路。PWM控制器140可由輔助電源模組供電，且根據Vin感測電路130之輸出來控制開關電路110之導通及關斷，使得輸入電壓Vin能選擇性地輸入至變壓器T1之原邊繞組T1-a，且在變壓器T1之副邊繞組T1-b上產生輸出。該輸出藉由副邊開關電路(例如，表示為開關管 Qm，其可包括一或多個開關管)及輸出濾波器(例如，可包括電感器L2及電容器C3、C4)，從而在輸出端產生輸出電壓Vout及輸出電流Iout。PWM控制器140亦可接收其他輸入(例如，遠端開/關控制)，以控制開關電路110之導通及關斷。副邊開關電路Qm可由PWM控制器140控制，亦可由其他控制信號(例如變壓器T1之輔助繞組上之電壓，未展示)進行控制。各個開關管可使用本領域已知之各種技術來實現，例如電晶體、場效應管、可控矽閘流管等。
在如圖2所示的本發明一實施例中，PWM控制器140可至少部分地基於Vin感測電路130所提供之輸入電壓感測信號Vi來在預設範圍內調整開關電路110之工作循環，使得輸出電壓Vout之變化率小於輸入電壓Vin之變化率，從而改良線路調節率及功率轉換效率。
圖3展示根據本發明另一實施例之功率轉換器300的簡化方塊圖。圖3所示的功率轉換器300類似於圖1所示的功率轉換器100，包括開關電路310、功率轉換電路320、Vin感測電路330及PWM控制器340。功率轉換器300亦包括輸出感測電路350，用於偵測輸出電壓Vout(及/或輸出電流Iout)並相應地產生輸出電壓感測信號Vo(及/或輸出電流感測信號Io)。例如，輸出電壓感測信號Vo可為輸出電壓Vout之分壓信號或以其他方式提供關於輸出電壓Vout之資訊。輸出電流感測信號Io可等於輸出電流Iout或以其他方式提供關於輸出電流Iout之資訊。PWM控制器340可至少部分地基於由Vin感測電路330提供之輸入電壓感測信號Vi及由輸出感測電路350所提供之輸出電壓感測信號Vo及/或輸出電流感測信號Io來控制開關電路310之工作循環。出於簡潔化，圖3所示的功率轉換器300與圖1所示的功率轉換器100的類似結構及操作不再贅述。在圖3所示之功率轉換器300中，輸出感測電路350提供閉環反饋控制，使得PWM控制器340可至少部分地基於輸入電壓Vin及輸出電壓Vout(及/或輸出電流Iout)來自適應地調整開關電 路310之工作循環。
圖4展示根據本發明一實施例之對應於圖3之例示性功率轉換器400的示意圖。圖4所示的功率轉換器400與圖2類似之結構及操作不再贅述。如圖所示，輸入電壓Vin經濾波電路濾波之後，在開關電路310之控制下輸入至變壓器T1之原邊繞組T1-a，從而在其副邊繞組T1-b上產生輸出，並經由副邊開關電路及輸出濾波器來提供輸出電壓Vout及輸出電流Iout。功率轉換器400可包括：驅動器452，其用於根據PWM控制器340產生之控制信號來驅動原邊開關電路310之導通及關斷；及驅動器454，其用於根據PWM控制器340產生之控制信號來驅動副邊開關管Qm等之導通及關斷。副邊開關管Qm亦可由其他控制信號(例如變壓器T1之輔助繞組上之電壓，未展示)進行控制，從而無需驅動器454。
在一實施例中，功率轉換器400可為隔離型功率轉換器，其中PWM控制器340可位於該功率轉換器400之輸入側(原邊)或輸出側(副邊)，且一側之信號可隔離地(例如，經由變壓器、光電耦合等)傳輸至另一側。圖4示意性地展示PWM控制器340位於功率轉換器400之原邊。應理解，PWM控制器340可位於功率轉換器400之副邊且類似地工作。為了良好地隔離變壓器T1之原邊與副邊，功率轉換器400可包括隔離器456，用於將PWM控制器340在原邊產生之控制信號隔離地傳輸至功率轉換器400之副邊。隔離器456可藉由本領域已知之任何隔離電路來實現，例如變壓器、光電耦合器等。
如上所述，功率轉換器400亦可包括輸出感測電路350(未展示，參見圖3)，用於偵測輸出電壓Vout並相應地產生輸出電壓感測信號Vo。功率轉換器400亦可包括運算放大器458，用於根據輸出電壓感測信號Vo與參考電壓Vref之差產生比較信號以提供給PWM控制器340作為反饋信號，從而控制開關電路310之工作循環，使得輸出電壓Vout 保持在與Vref成比例之位準。例如，當輸出電壓感測信號Vo高於參考電壓Vref時，該反饋信號使PWM控制器340減小工作循環，從而使輸出電壓Vout下降；當輸出電壓感測信號Vo低於參考電壓Vref時，該反饋信號使PWM控制器340增大工作循環，從而使輸出電壓Vout上升。
在根據本發明之一實施例中，參考電壓模組457可根據由Vin感測電路330提供之輸入電壓感測信號Vi來產生參考電壓Vref。例如，參考電壓Vref可與輸入電壓感測信號Vi成比例，且因此與輸入電壓Vin成比例。在如圖4所示之隔離系統中，Vin感測電路330可經由隔離傳輸機制(諸如變壓器、光電耦合器等)提供參考電壓Vref至副邊。在各種實現中亦可藉由任何其他方式根據輸入電壓Vin來提供參考電壓Vref。以此方式，參考電壓Vref隨輸入電壓Vin變化而變化。當輸入電壓Vin變化時，由於參考電壓Vref同步變化，因此輸出電壓Vout亦基於參考電壓Vref而相應地變化，運算放大器458提供之反饋信號不會導致PWM控制器340調整工作循環，即維持工作循環不變。
例如，對於使用匝數比4：1之硬切換全橋變壓器，在工作循環為45%之情況下，若Vin=36V，Vref=1V，則Vout=36/4*2*45%=8.1V；若Vin=48V，Vref=1.333V，則Vout=8.1*1.333=10.8V；若Vin=60V，Vref=1.667V，則Vout=8.1*1.667=13.5V。
另一方面，若輸入電壓Vin不變，則輸出電壓Vout因其他因素而發生變化時，由於參考電壓Vref沒有變化，運算放大器458提供之反饋信號將導致PWM控制器340調整工作循環，使得輸出電壓Vout保持在與Vref成比例之位準。例如，負載增加可能導致輸出電壓Vout下降，運算放大器458提供之反饋信號可使PWM控制器340增大工作循環以維持輸出電壓Vout不變。作為非限制性示例，若Vin=48V，則自無負載變為滿負載時潛在地可能引起Vout下降，藉由調節工作循環 (例如，增大工作循環)可保持Vout=10.8V。
圖5展示根據本發明一實施例之對應於圖3之另一例示性功率轉換器500的示意圖，其中PWM控制器340根據輸入電壓Vin、輸出電壓Vout及輸出電流Iout來調節關關電路310之工作循環。圖5所示的功率轉換器500與圖4類似之結構及操作不再贅述。圖5示意性地展示PWM控制器340位於功率轉換器500之副邊。應理解，PWM控制器340可位於功率轉換器500之原邊且類似地工作。如圖所示，第一運算放大器458根據輸出電壓感測信號Vo與參考電壓Vref之差提供第一比較信號；第二運算放大器560根據輸出電流感測信號Io與第一比較信號之差產生第二比較信號以提供給PWM控制器340作為反饋信號，從而控制開關電路310之工作循環。熟習此項技術者可明白，此類功率轉換器500可具有過流保護(OCP)機制，使得PWM控制器340在輸出電流過大時關斷開關電路310。如參照圖4所描述，參考電壓Vref可隨輸入電壓Vin變化而變化，因此當輸出電壓Vout因輸入電壓Vin之變化而變化時，在功率轉換器500具有過流保護(OCP)機制之情況下，PWM穩定地調整工作循環。
若輸入電壓Vin不變，則輸出電流Iout由於負載等因素而變化時，運算放大器560提供之反饋信號將導致PWM控制器340調整工作循環，使得輸出電壓Vout保持在與Vref成比例之位準。例如，在負載增大時，輸出電流Iout減小，運算放大器560提供之反饋信號使PWM控制器340增大工作循環，從而保持輸出電壓Vout不變。類似地，可在較窄範圍內調整開關電路310之工作循環，從而在保持良好負載調節率之同時具有較高之效率。
圖6展示根據本發明一實施例之如圖5之例示性功率轉換器500的信號模型圖。如上所述，根據輸入電壓Vin來控制參考電壓Vref，例如Vref=K1．Vin，其中K1為可由熟習此項技術者按需設置之比例因 子。第一運算放大器458計算偵測到之輸出電壓感測信號Vo(例如，等於K2．Vout，其中K2例如為可按需設置之比例因子)與參考電壓Vref之差並對其進行放大(例如，藉由比例積分微分(PID)來乘以係數Gv)以產生第一比較信號。第二運算放大器560計算偵測到之輸出電流感測信號Io(例如，等於K3．Iout，其中K3例如為可按需設置之比例因子)與第一比較信號之差並對其進行放大(例如，藉由PID來乘以係數Gi)以產生第二比較信號作為反饋信號。PWM控制器340處理該反饋信號(例如，乘以比例因子Gm)來控制開關電路310之工作循環。參數G2為功率迴路(例如，功率轉換電路320)之等效跨導值，且G1為副邊輸出電路之等效跨導值。因此，功率轉換器500之跨導可等效於：
自圖6可看出，功率轉換器500具有兩個控制環路，即由第一運算放大器458實現之外環控制及由第二運算放大器560實現之內環控制。外環控制可在輸入電壓Vin變化時保持工作循環不變，內環控制可在輸出電流Iout變化時調節工作循環，從而提供較高之效率及良好的負載調節率。
圖7A及圖7B展示根據本發明一實施例之示意性波形圖，例如對應於圖3至圖6之功率轉換器。如圖7A中所示，根據輸入電壓Vin來調整參考電壓Vref之值，輸出電壓Vout將隨著輸入電壓Vin之變化而成比例地變化，工作循環不變，從而確保較高之效率。如圖7B中所示，在輸入電壓Vin不變時，隨著負載變化(輸出電流Iout變化)，藉由在較窄範圍內調節工作循環可保持Vout不變，從而可提供良好的負載調節率。
如上所述，根據本發明之功率轉換器可以在較窄變化範圍內調節工作循環，以提供良好的負載調節率。與全範圍調整工作循環之 DC/DC轉換器相比，本發明之功率轉換器可提供更高之效率。同時，由於工作循環調節範圍較窄，本發明之功率轉換器之電路結構簡單，亦可優化輸出電感器之設計以獲得更好之DCR(電感器內阻)，使用較低之電感及較小之尺寸，從而能夠實現高功率密度。
結合本文中所揭示之態樣描述的操作可直接在硬體中、在由處理器執行之軟體模組中或在此兩者之組合中實施。例如，本文描述之PWM控制器可用微處理器實現，其可被程式化為根據輸入電壓、輸出電壓(及/或輸出電流)產生PWM信號以控制開關電路之工作循環。
應理解，上述實施例僅為對本發明之例示性說明，而非對本發明之限制，本文中展示之各種電路結構及信號位準為例示性的，在具體實踐中可根據需要進行修改。任何不超出本發明實質精神範圍之應用，包括隔離系統、非隔離系統、恆流系統、恆壓系統、中間匯流排轉換器、升壓轉換器、降壓轉換器等，及對電路之局部構造之變更、對元器件之類型或型號之替換、各種信號位準之其他變型及其他非實質性之替換或修改等，均落入本發明保護範圍之內。
300‧‧‧功率轉換器
310‧‧‧開關電路
320‧‧‧功率轉換電路
330‧‧‧Vin感測電路
340‧‧‧脈衝寬度調變(PWM)控制器
350‧‧‧輸出感測電路

Claims (18)

  1. 一種功率轉換器，其包括：開關電路；功率轉換電路，其用於經由上述開關電路接收輸入電壓並將該輸入電壓轉換成輸出電壓；輸入電壓感測電路，其用於偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號；及脈衝寬度調變(PWM)控制器，其用於至少部分地基於由上述輸入電壓感測電路所提供之輸入電壓感測信號來調整上述開關電路之工作循環，其中當上述輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時，上述PWM控制器在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓隨輸入電壓之變化而相應地變化且輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率。
  2. 如請求項1之功率轉換器，其中進一步包括：輸出感測電路，其用於偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號，其中上述PWM控制器至少部分地基於上述輸入電壓感測信號及上述輸出電壓感測信號來調整上述開關電路之工作循環。
  3. 如請求項2之功率轉換器，其中進一步包括：參考電壓模組，其用於根據由上述輸入電壓感測電路所提供之輸入電壓感測信號來產生參考電壓，從而使上述參考電壓與輸入電壓成比例；及第一運算放大器，其用於根據上述輸出電壓感測信號與上述參考電壓之差產生第一比較信號，以提供給上述PWM控制器作 為反饋信號，其中上述PWM控制器根據上述反饋信號在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓保持在與上述參考電壓成比例之位準。
  4. 如請求項3之功率轉換器，其中上述輸出感測電路進一步偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號，上述功率轉換器進一步包括：第二運算放大器，其用於根據上述輸出電流感測信號與上述第一比較信號之差產生第二比較信號，以提供給上述PWM控制器作為上述反饋信號。
  5. 如請求項2至4中任一項之功率轉換器，其中當輸入電壓不變時，上述PWM控制器在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓保持不變。
  6. 如請求項1至4中任一項之功率轉換器，其中上述功率轉換器為隔離型功率轉換器，且包括隔離器以在上述功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號。
  7. 一種用於功率轉換器之控制方法，其包括：經由開關電路接收輸入電壓並將該輸入電壓轉換成輸出電壓；偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號；及至少部分地基於上述輸入電壓感測信號來調整上述開關電路之工作循環，其中當上述輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時，在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得輸出電壓隨輸入電壓之變化而相應地變化且輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率。
  8. 如請求項7之方法，其中進一步包括：偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號；及至少部分地基於上述輸入電壓感測信號及上述輸出電壓感測信號來調整上述開關電路之工作循環。
  9. 如請求項8之方法，其中進一步包括：根據上述輸入電壓感測信號來產生參考電壓，從而使上述參考電壓與輸入電壓成比例；根據上述輸出電壓感測信號與上述參考電壓之差產生第一比較信號作為反饋信號；及根據上述反饋信號在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓保持在與上述參考電壓成比例之位準。
  10. 如請求項9之方法，其中進一步包括：偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號；及根據上述輸出電流感測信號與上述第一比較信號之差產生第二比較信號作為上述反饋信號。
  11. 如請求項8至10中任一項之方法，其中當輸入電壓不變時，在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓保持不變。
  12. 如請求項7至10中任一項之方法，其中上述功率轉換器為隔離型功率轉換器，上述方法進一步包括：在上述功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號。
  13. 一種功率轉換器，其包括：用於經由開關電路接收輸入電壓並將該輸入電壓轉換成輸出電壓之構件；用於偵測輸入電壓並相應地產生輸入電壓感測信號之構件；及用於至少部分地基於上述輸入電壓感測信號來調整上述開關 電路之工作循環之構件，其中當上述輸入電壓感測信號指示輸入電壓變化時，在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得輸出電壓隨輸入電壓之變化而相應地變化且輸出電壓之變化率小於輸入電壓之變化率。
  14. 如請求項13之功率轉換器，其中進一步包括：用於偵測輸出電壓並相應地產生輸出電壓感測信號之構件；及用於至少部分地基於上述輸入電壓感測信號及上述輸出電壓感測信號來調整上述開關電路之工作循環之構件。
  15. 如請求項14之功率轉換器，其中進一步包括：用於根據上述輸入電壓感測信號來產生參考電壓、從而使上述參考電壓與輸入電壓成比例之構件；用於根據上述輸出電壓感測信號與上述參考電壓之差產生第一比較信號作為反饋信號之構件；及用於根據上述反饋信號在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環、使得上述輸出電壓保持在與上述參考電壓成比例之位準之構件。
  16. 如請求項15之功率轉換器，其中進一步包括：用於偵測輸出電流並相應地產生輸出電流感測信號之構件；及用於根據上述輸出電流感測信號與上述第一比較信號之差產生第二比較信號作為上述反饋信號之構件。
  17. 如請求項14至16中任一項之功率轉換器，其中當輸入電壓不變時，在預設範圍內調整上述開關電路之工作循環，使得上述輸出電壓保持不變。
  18. 如請求項13至16中任一項之功率轉換器，其中上述功率轉換器為隔離型功率轉換器，上述功率轉換器進一步包括： 用於在上述功率轉換器之原邊與副邊之間隔離地傳遞信號之構件。
TW103106875A 2013-03-29 2014-02-27 Power converter and power conversion method TWI543512B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310109302.8A CN103166464B (zh) 2013-03-29 2013-03-29 功率转换器及功率转换方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201448430A TW201448430A (zh) 2014-12-16
TWI543512B true TWI543512B (zh) 2016-07-21

Family

ID=48589261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103106875A TWI543512B (zh) 2013-03-29 2014-02-27 Power converter and power conversion method

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9667161B2 (zh)
CN (1) CN103166464B (zh)
TW (1) TWI543512B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204068695U (zh) * 2014-06-13 2014-12-31 株式会社村田制作所 功率转换系统
US9887619B2 (en) * 2014-06-23 2018-02-06 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a normally-on switched mode power supply
JP6554325B2 (ja) 2014-08-01 2019-07-31 ローム株式会社 絶縁同期整流型ｄｃ／ｄｃコンバータおよびそのフィードバック回路、その同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
JP6374261B2 (ja) * 2014-08-01 2018-08-15 ローム株式会社 絶縁同期整流型ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
TWI527497B (zh) * 2014-08-13 2016-03-21 wen-qin Xiao Light - emitting diode drive system and control module
JP6047531B2 (ja) * 2014-09-10 2016-12-21 株式会社デンソー 電源装置
US9602001B1 (en) * 2015-11-06 2017-03-21 National Cheng Kung University Buck converter with a variable-gain feedback circuit for transient responses optimization
CN106059310B (zh) * 2016-06-29 2020-10-20 中国北方车辆研究所 一种用于高压超级电容的电源变换装置降功率输出电路
US10404061B2 (en) * 2016-07-20 2019-09-03 Cal Poly Corporation Multiple input single output DC-DC converter with equal load sharing on the multiple inputs
US10020752B1 (en) * 2017-09-26 2018-07-10 Vlt, Inc. Adaptive control of resonant power converters
CN110350795A (zh) * 2019-06-24 2019-10-18 深圳市瀚强科技股份有限公司 一种控制电路
WO2022094830A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-12 Astec International Limited Control circuits and methods for regulating output voltages

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437146A (en) * 1982-08-09 1984-03-13 Pacific Electro Dynamics, Inc. Boost power supply having power factor correction circuit
US5903138A (en) * 1995-03-30 1999-05-11 Micro Linear Corporation Two-stage switching regulator having low power modes responsive to load power consumption
US5804950A (en) * 1996-06-20 1998-09-08 Micro Linear Corporation Input current modulation for power factor correction
US5870294A (en) * 1997-09-26 1999-02-09 Northern Telecom Limited Soft switched PWM AC to DC converter with gate array logic control
JP2000308358A (ja) * 1999-04-22 2000-11-02 Taiyo Yuden Co Ltd 圧電トランスの駆動方法及びその装置
DE10050761A1 (de) * 2000-10-13 2002-05-16 Infineon Technologies Ag Spannungsregelungsschaltung, insbelondere für Halbleiterspeicher
AU2002343624A1 (en) * 2001-11-05 2003-05-19 Shakti Systems, Inc. Monolithic battery charging device
SE0201432D0 (sv) * 2002-04-29 2002-05-13 Emerson Energy Systems Ab A Power supply system and apparatus
US6871289B2 (en) * 2003-07-08 2005-03-22 Arques Technology Slew rate limited reference for a buck converter
US7095638B2 (en) * 2003-09-03 2006-08-22 Tyco Electronics Power Systems, Inc. Controller for complementary switches of a power converter and method of operation thereof
JP3994953B2 (ja) * 2003-09-30 2007-10-24 サンケン電気株式会社 力率改善回路
US7782002B2 (en) * 2004-09-08 2010-08-24 Progressive Dynamics, Inc. Power converter
US7613017B1 (en) * 2004-10-04 2009-11-03 Lockheed Martin Corporation Gated pulse power converter systems and methods
US7515444B2 (en) * 2005-11-01 2009-04-07 Schumacher Electric Corporation Converter with selective current mode and voltage mode controlled switching
CN2822024Y (zh) * 2005-08-24 2006-09-27 上海新华电子设备有限公司 具有低电压调整率和负载调整率的dc/dc电源模块
EP1837983A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-26 STMicroelectronics S.r.l. Switching voltage regulator control device
US7633782B1 (en) * 2006-11-21 2009-12-15 Edward Herbert 100% duty-cycle buck-derived and 0% duty-cycle boost-derived power factor corrected (PFC) 3-phase Ac-Dc power converters
US20080137379A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-12 Hong Mao Pulse width modulation for synchronous rectifiers in DC-DC converters
US7755341B2 (en) 2007-07-05 2010-07-13 Intersil Americas Inc. Steady state frequency control of variable frequency switching regulators
CN101743684B (zh) * 2007-07-18 2012-12-12 株式会社村田制作所 绝缘型dc-dc变换器
JP5151332B2 (ja) * 2007-09-11 2013-02-27 株式会社リコー 同期整流型スイッチングレギュレータ
JP5303910B2 (ja) * 2007-11-20 2013-10-02 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
JP4908386B2 (ja) * 2007-11-30 2012-04-04 コーセル株式会社 スイッチング電源装置及びその駆動方法
US7636249B2 (en) * 2008-03-13 2009-12-22 Infineon Technologies Austria Ag Rectifier circuit
US8686698B2 (en) * 2008-04-16 2014-04-01 Enpirion, Inc. Power converter with controller operable in selected modes of operation
US8212541B2 (en) * 2008-05-08 2012-07-03 Massachusetts Institute Of Technology Power converter with capacitive energy transfer and fast dynamic response
US8344638B2 (en) * 2008-07-29 2013-01-01 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, system and method for cascaded power conversion
US8193790B2 (en) * 2008-08-08 2012-06-05 Astec International Limited Switching power converter and controller
JP4818334B2 (ja) * 2008-08-26 2011-11-16 株式会社東芝 Ｄｃ／ｄｃコンバータ
DE102008044662A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 Aptronic Ag Schaltnetzteil mit selbst optimierendem Wirkungsgrad
DE112009004058T5 (de) 2008-11-21 2012-05-31 L & L Engineering Llc Verfahren und Systeme für die Komponentenwertschätzung inStromversorgungen/Leistungsumsetzern
US8553431B2 (en) * 2009-02-03 2013-10-08 Iwatt Inc. Switching power converter with load impedance detection
US8018743B2 (en) * 2009-03-05 2011-09-13 Iwatt Inc. Adaptive control for transition between multiple modulation modes in a switching power converter
US8514593B2 (en) * 2009-06-17 2013-08-20 Power Systems Technologies, Ltd. Power converter employing a variable switching frequency and a magnetic device with a non-uniform gap
WO2011000588A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-06 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Power supply with dynamic input current suppression
US20110011842A1 (en) * 2009-07-19 2011-01-20 Thomas Jose P Method and apparatus for receiving a universal 3 phase input voltage in a welding power source
TWI434494B (zh) * 2009-10-12 2014-04-11 Richtek Technology Corp 具適應性電壓位置控制之電源轉換器控制電路及其控制方法
JP5446770B2 (ja) * 2009-11-20 2014-03-19 株式会社リコー 電圧検出回路
TWI413338B (zh) * 2010-05-21 2013-10-21 Beyond Innovation Tech Co Ltd 充電裝置
CN102299626A (zh) * 2010-06-24 2011-12-28 飞思卡尔半导体公司 用于直流至直流变换的方法和装置
JP5678344B2 (ja) * 2010-07-13 2015-03-04 ミネベア株式会社 スイッチング電源装置の制御方法
CN102340251B (zh) 2010-07-20 2014-06-04 台达电子工业股份有限公司 交流-直流转换器及其控制电路
US9263967B2 (en) * 2010-07-22 2016-02-16 Earl W. McCune AC/DC power conversion methods and apparatus
US8536850B2 (en) * 2010-09-13 2013-09-17 Immense Advance Technology Corp. High side controller capable of sensing input voltage and ouput voltage of a power conversion circuit
US9520772B2 (en) * 2010-11-09 2016-12-13 Tdk-Lambda Corporation Multi-level voltage regulator system
WO2012101698A1 (ja) * 2011-01-25 2012-08-02 パナソニック株式会社 スイッチング電源装置
EP2681833B1 (en) * 2011-03-03 2018-08-22 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Controlling a switched mode power supply with maximised power efficiency
US8503205B2 (en) * 2011-05-27 2013-08-06 Infineon Technologies Ag AC/DC converter with a PFC and a DC/DC converter
JP2012253953A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Mitsumi Electric Co Ltd 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20130082611A1 (en) * 2011-08-29 2013-04-04 Texas Instruments Incorporated Feed forward controlled voltage to current source for led driver
US9602018B2 (en) * 2012-03-20 2017-03-21 Infineon Technologies Austria Ag Power converter with reduced power consumption in standby mode
US9929658B2 (en) * 2012-06-08 2018-03-27 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Controlling a switched mode power supply with maximised power efficiency
US9190900B2 (en) * 2012-10-15 2015-11-17 Infineon Technologies Ag Active power factor corrector circuit
TWI502865B (zh) * 2013-07-05 2015-10-01 Richtek Technology Corp Soft start switching power converter means
US9362832B2 (en) * 2014-02-25 2016-06-07 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Intermediate bus architecture power supply

Also Published As

Publication number Publication date
CN103166464B (zh) 2016-09-07
CN103166464A (zh) 2013-06-19
TW201448430A (zh) 2014-12-16
US9667161B2 (en) 2017-05-30
US20140293658A1 (en) 2014-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI543512B (zh) Power converter and power conversion method
US9667152B2 (en) Power conversion system and power conversion method
US9450496B2 (en) Multi-stage power converters and methods for varying a regulated voltage of one stage as a function of an output current of another stage
US9488995B2 (en) Voltage converter and voltage conversion method having multiple converter stages
US9621053B1 (en) Peak power control technique for primary side controller operation in continuous conduction mode
US9525336B2 (en) Harmonic control method and circuit for flyback switching power supply
JP5768886B2 (ja) スイッチング電源装置
US8008960B2 (en) Synchronous rectifier post regulator
US8842449B1 (en) LLC resonant converter with lossless primary-side current feedback
JP4592638B2 (ja) スイッチング電源回路
JP6209022B2 (ja) スイッチングレギュレータ
CN103312200A (zh) 功率变换器、限流单元、控制电路及相关控制方法
US20140211515A1 (en) Dc-dc converter and power supply device having dc-dc converter
US9872353B2 (en) LED lighting device and LED illuminating device
TWI487259B (zh) 功率轉換器及其控制器和控制方法
TWI625923B (zh) 直流對直流轉換電路及其多相電源控制器
JP2011083049A (ja) 電圧変換装置
US8344703B2 (en) Variable on-time control method for high light-load efficiency, small output voltage ripple, and audible-noise-free operation
US20210135680A1 (en) Digital nonlinear transformation for voltage-mode control of a power converter
US20210351708A1 (en) Method for controlling a series resonant converter
JP5588393B2 (ja) 同期整流型コンバータ、その試験システム
JP2010220476A (ja) スイッチング電源回路
EP2897269A1 (en) DC/DC converters
JP6763724B2 (ja) 電源装置
US20190103816A1 (en) Power conversion device and voltage regulating feedback circuit