TWI716068B - 電源裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源裝置及其控制方法。電源裝置的控制方法包括以下步驟。根據開關信號組執行電源轉換以提供輸出電壓及輸出電流。計算輸出電壓與參考電壓間的誤差值。將誤差值與比例參數進行乘法運算以得到比例結果。將誤差值與積分參數進行乘法運算以得到第一運算值，並將第一運算值隨時間累積以得到積分結果。若輸出電流的斜率大於參考斜率且輸出電壓的斜率為負斜率，將輸出電壓的斜率與微分參數進行乘法運算以得到第二運算值，並將第二運算值隨著時間累加入積分結果。根據比例結果與積分結果的總和調整開關信號組的工作周期以穩定輸出電壓。

Description

電源裝置及其控制方法
本發明是有關於一種電源技術，且特別是有關於一種可反應於負載的變化而快速地穩定輸出電壓的電源裝置及其控制方法。
一般來說，在以脈寬調變為基礎的電源裝置中，電源裝置通常具有回授電路及脈寬調變控制電路。回授電路可根據電源裝置的負載的變化(空載、輕載、中載、滿載)提供回授信號，且脈寬調變控制電路可根據回授信號而對應地調整脈寬調變信號的工作週期，藉以穩定電源裝置的輸出電壓。
然而，為了提高電源裝置的功率密度，必須降低電源裝置內的電路板的設計空間，導致電源裝置所能使用的功率元件的數量也減少，特別是用以穩定輸出電壓的輸出電容器。降低輸出電容器的數量容易產生輸出電壓不穩定的問題。
另外，由於負載自輕載至重載間的變化巨大，使得脈寬調變控制電路的響應速度無法快速地反應於負載的變化。如此一來，也會產生輸出電壓不穩定的問題。
有鑑於此，本發明提供一種電源裝置及其控制方法，其可根據電源裝置的輸出電流的斜率及輸出電壓的斜率來提高輸出電壓的穩定度及縮短輸出電壓達到穩定所需的時間。
本發明的電源裝置包括以開關為基礎的電源轉換電路以及控制電路。電源轉換電路用以根據開關信號組執行電源轉換以提供輸出電壓及輸出電流。控制電路耦接電源轉換電路，用以偵測輸出電壓及輸出電流並據以產生開關信號組。控制電路根據輸出電壓與參考電壓產生誤差值，將誤差值與比例參數進行乘法運算以得到比例結果，將誤差值與積分參數進行乘法運算以得到第一運算值，且將第一運算值隨著時間進行累積以得到積分結果。當輸出電流的斜率大於第一參考斜率且輸出電壓的斜率為負斜率時，控制電路將輸出電壓的斜率與第一微分參數進行乘法運算以得到第二運算值，控制電路將第二運算值隨著時間累加入積分結果，且控制電路根據比例結果與積分結果的總和調整開關信號組的工作周期以穩定輸出電壓。
本發明的電源裝置的控制方法包括以下步驟。透過電源裝置的電源轉換電路根據開關信號組執行電源轉換以提供輸出電壓及輸出電流。透過電源裝置的的控制電路執行以下步驟。計算輸出電壓與參考電壓間的誤差值。將誤差值與比例參數進行乘法運算以得到比例結果。將誤差值與積分參數進行乘法運算以得到第一運算值，並將第一運算值隨著時間進行累積以得到積分結果。若輸出電流的斜率大於第一參考斜率且輸出電壓的斜率為負斜率，將輸出電壓的斜率與第一微分參數進行乘法運算以得到第二運算值，並將第二運算值隨著時間累加入積分結果。根據比例結果與積分結果的總和調整開關信號組的工作周期以穩定輸出電壓。
基於上述，本發明所提出的電源裝置及其控制方法，控制電路可在輸出電流的斜率大於第一參考斜率且輸出電壓的斜率為負斜率時，將輸出電壓的斜率與第一微分參數進行乘法運算以得到第二運算值，並將第二運算值隨著時間累加入積分結果以作為調整開關信號組的工作周期的依據。如此一來，可加快開關信號組的工作周期的調整速度，從而提高輸出電壓的穩定度及縮短輸出電壓達到穩定所需的時間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明的內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源裝置的功能方塊示意圖。請參照圖1，電源裝置100包括以開關為基礎的電源轉換電路120以及控制電路140。電源轉換電路120用以接收輸入電壓VI及開關信號組CS。電源轉換電路120可根據開關信號組CS對輸入電壓VI執行電源轉換以產生輸出電壓VO及輸出電流IO，並提供輸出電壓VO及輸出電流IO給電源裝置100的負載。
在本發明的一實施例中，電源轉換電路120可例如是現有的以開關為基礎的電源轉換器，本發明並不對電源轉換電路120的電路架構加以限制。
控制電路140耦接電源轉換電路120，用以偵測輸出電壓VO及輸出電流IO並據以產生開關信號組CS。詳細來說，當電源裝置100的負載發生變動時，控制電路140可根據輸出電流IO的斜率及輸出電壓VO的斜率偵測出負載的變化，並據以調整開關信號組CS的工作周期(duty cycle)以穩定輸出電壓VO。
更進一步來說，圖2是依照本發明一實施例所繪示的控制電路的部份功能方塊示意圖，而圖3A是依照本發明一實施例所繪示的輸出電壓及輸出電流反應於電源裝置的負載變化的時序示意圖。請合併參照圖1、圖2及圖3A。控制電路140可根據輸出電壓VO與參考電壓VREF產生誤差值VE。控制電路140可將誤差值VE與比例參數Kp進行乘法運算以得到比例結果PR。此外，控制電路140可將誤差值VE與積分參數Ki進行乘法運算以得到第一運算值TI1，且可將第一運算值TI1隨著時間進行累積以得到積分結果IR。
除此之外，控制電路140可計算輸出電壓VO的斜率SLV及輸出電流IO的斜率SLI。特別是，當電源裝置100的負載由輕載變重載時，負載自電源裝置100所擷取的輸出電流IO會急劇地上升，致使輸出電壓VO瞬間降低。因此，當輸出電流IO的斜率SLI大於第一參考斜率SL1且輸出電壓VO的斜率SLV為負斜率時(例如圖3A所示的時間點T0~T1之間的負斜率區段)，控制電路140可將輸出電壓VO的斜率SLV與第一微分參數Kd1進行乘法運算以得到第二運算值TD2。控制電路140可將第二運算值TD2隨著時間累加入積分結果IR，且控制電路140可根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期以穩定輸出電壓VO。
另外，於圖3A所示的時間點T1，輸出電流IO的斜率SLI小於第一參考斜率SL1或輸出電壓VO的斜率SLV為正斜率(亦即由負斜率轉為正斜率)，因此控制電路140將停止計算第二運算值TD2並停止將第二運算值TD2加入積分結果IR，且控制電路140根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期。
由於控制電路140在時間點T0與時間點T1之間的時段將關聯於輸出電壓VO斜率SLV的第二運算值TD2隨著時間累加入積分結果IR，並根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期，因此可加快開關信號組CS的工作周期的調整速度，從而縮短輸出電壓VO達到穩定所需的時間。
在本發明的一實施例中，控制電路140還可根據輸出電流IO調整控制電路140的頻寬。一般來說，在電源裝置100的負載為輕載(即輸出電流IO小)的應用情境下，反應於輸出電流IO的變化，開關信號組CS的工作周期所需調整的幅度大，故須提高控制電路140的頻寬。相對地，在電源裝置100的負載為重載(即輸出電流IO大)的應用情境下，反應於輸出電流IO的變化，開關信號組CS的工作周期所需調整的幅度小，故可降低控制電路140的頻寬。
詳細來說，控制電路140可根據輸出電流IO調整比例參數Kp的數值以及積分參數Ki的數值，以達到調整控制電路140的頻寬的目的。更進一步來說，圖3B是依照本發明一實施例所繪示的根據輸出電流調整控制電路的頻寬的示意圖。請合併參照圖2及圖3B。如圖3B所示，第一臨界電流THI1大於第二臨界電流THI2。當輸出電流IO上升至第一臨界電流THI1時(如圖3B的時間點T30)，表示電源裝置100的負載為重載，因此控制電路140調降比例參數Kp的數值及積分參數Ki的數值，以調降控制電路140的頻寬。另外，當輸出電流IO下降至第二臨界電流THI2時(如圖3B的時間點T31)，表示電源裝置100的負載為輕載，因此控制電路140調升比例參數Kp的數值及積分參數Ki的數值，以調高控制電路140的頻寬。
值得一提的是，控制電路140是採用遲滯控制(hysteretic control)的方式來調整控制電路140的頻寬，故可避免控制電路140的頻寬頻繁被調整，從而避免輸出電壓VO產生振盪。
以下針對圖2所示的控制電路140的細節作更詳細的說明。控制電路140可包括減法器1411~1413、加法器1421~1423、乘法器1431~1433、判斷器1441、以1/Z的記號表示的取樣延遲器1451~1453、限制器1461、1462以及切換器S3。減法器1411可將參考電壓VREF與輸出電壓VO進行減法運算以產生誤差值VE。乘法器1431可將誤差值VE與比例參數Kp進行乘法運算以產生比例結果PR。乘法器1432可將誤差值VE與積分參數Ki進行乘法運算以得到第一運算值TI1。加法器1421及取樣延遲器1453可將第一運算值TI1隨著時間進行累積以得到積分結果IR，其中限制器1461可限制積分結果IR的最大值。加法器1422可計算比例結果PR與積分結果IR的總和AR，其中限制器1462可限制總和AR的最大值。
另外，減法器1412可對輸出電壓VO及經取樣延遲器1451取樣延遲後的輸出電壓VO’進行減法運算以取得輸出電壓VO的斜率SLV。類似地，減法器1413可對輸出電流IO及經取樣延遲器1452取樣延遲後的輸出電流IO’進行減法運算以取得輸出電流IO的斜率SLI。判斷器1441可根據輸出電壓VO的斜率SLV及輸出電流IO的斜率SLI來決定切換器S3的啟閉。
詳細來說，當輸出電流IO的斜率SLI大於第一參考斜率SL1且輸出電壓VO的斜率SLV為負斜率時，切換器S3將被導通，致使乘法器1433可將輸出電壓VO的斜率SLV與第一微分參數Kd1進行乘法運算以得到第二運算值TD2。加法器1421、1423及取樣延遲器1453可將第二運算值TD2隨著時間累加入積分結果IR。另外，當輸出電流IO的斜率SLI小於第一參考斜率SL1或當輸出電壓VO的斜率SLV為正斜率時，切換器S3將被斷開，致使乘法器1433停止計算第二運算值TD2。
可以理解的是，圖2所示的控制電路140實質上乃是比例積分微分(proportion integration differentiation，PID)控制器，其中控制電路140可以採用硬體或是儲存在記憶體而由微處理器(或微控制器)所載入執行的軟體或機器可執行程式碼來實現。若是採用硬體來實現，則控制電路140可以是由單一整合電路晶片來實現，也可以由多個電路晶片來實現，但本發明並不以此為限制。上述多個電路晶片或單一整合電路晶片可採用特殊功能積體電路(ASIC)或可程式化邏輯閘陣列(FPGA)或複雜可編程邏輯裝置(CPLD)來實現。而上述記憶體可以是例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體或是快閃記憶體等等。
在本發明的一實施例中，控制電路140還可包括脈寬調變信號產生器，但不限於此。脈寬調變信號產生器可產生開關信號組CS，且可根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期，其中脈寬調變信號產生器可採用現有的脈寬調變信號產生電路來實現。
圖4是依照本發明另一實施例所繪示的控制電路的部份功能方塊圖。請合併參照圖1、圖3A及圖4。圖4的控制電路140’的運作類似於圖2的控制電路140，兩者的差異在於，控制電路140’還可在偵測到負發生變化後的一時間區間TLH內抑制比例結果PR與積分結果IR的總和AR，以避免開關信號組CS的工作周期調整過度而導致輸出電壓VO產生突波。
詳細來說，於圖3A所示的時間點T0’~時間點T1，輸出電壓VO的斜率SLV的絕對值大於第二參考斜率SL2且輸出電流IO大於參考電流IREF，因此控制電路140’可於時間區間TLH內將輸出電壓VO的斜率SLV與第二微分參數Kd2進行乘法運算以得到微分結果DR，且控制電路140’於時間區間TLH內根據比例結果PR、積分結果IR及微分結果DR調整開關信號組CS的工作周期以抑制輸出電壓VO的突波。
詳細來說，於時間區間TLH內，控制電路140’可將比例結果PR與積分結果IR的總和AR與微分結果DR進行減法運算以得到運算結果AR’，並根據運算結果AR’調整開關信號組CS的工作周期以抑制輸出電壓VO的突波。
在本發明的一實施例中，控制電路140’還可根據輸出電壓VO的電壓值來調整控制電路140’的頻寬。詳細來說，控制電路140’的比例參數Kp可包括第一比例值Kp1及第二比例值Kp2，其中第二比例值Kp2小於第一比例值Kp1。當輸出電壓VO的暫態振盪過大時，控制電路140’可選擇較大的第一比例值Kp1作為比例參數Kp，以提高控制電路140’的頻寬，從而抑制輸出電壓VO的暫態振盪。相對地，當輸出電壓VO位於穩態電壓區間，控制電路140’可選擇較小的第二比例值Kp2作為比例參數Kp，以降低控制電路140’的頻寬。
詳細來說，如圖3A所示，第一臨界電壓VTH1大於第二臨界電壓VTH2。當輸出電壓VO大於第一臨界電壓VTH1或小於第二臨界電壓VTH2時，表示輸出電壓VO的暫態振盪過大，因此控制電路140’可將誤差值VE與第一比例值Kp1進行乘法運算以得到比例結果PR。
相對地，當輸出電壓VO小於第一臨界電壓VTH1且大於第二臨界電壓VTH2時，表示輸出電壓VO位於穩態電壓區間，因此控制電路140’可將誤差值VE與第二比例值Kp2進行乘法運算以得到比例結果PR。
以下針對圖4所示的控制電路140’的細節作更詳細的說明。控制電路140’可包括減法器1411~1413、4415、加法器1421~1423、乘法器1431~1433、4434、判斷器1441、4442、取樣延遲器1451~1453、限制器1461、4462以及切換器S3、S4。其中圖4的減法器1411~1413、加法器1421~1423、乘法器1431~1433、判斷器1441、取樣延遲器1451~1453、限制器1461以及切換器S3的運作分別類似於圖2的減法器1411~1413、加法器1421~1423、乘法器1431~1433、判斷器1441、取樣延遲器1451~1453、限制器1461以及切換器S3的運作，故可參酌上述圖2的相關說明。
判斷器4442可根據輸出電壓VO的斜率SLV及輸出電流IO來決定切換器S4的啟閉。詳細來說，當輸出電壓VO的斜率SLV的絕對值大於第二參考斜率SL2且輸出電流IO大於參考電流IREF時，切換器S4將被導通一段時間區間TLH，致使乘法器4434於時間區間TLH內將輸出電壓VO的斜率SLV與第二微分參數Kd2進行乘法運算以得到微分結果DR，且減法器4415於時間區間TLH內將比例結果PR與積分結果IR的總和AR減掉微分結果DR以得到運算結果AR’，其中限制器4462可限制運算結果AR’的最大值。
另外，乘法器1431可包括切換器S1、S2、比例乘法器4311、4312以及加法器4424。如圖3A所示，當輸出電壓VO大於第一臨界電壓VTH1或小於第二臨界電壓VTH2時，切換器S1被導通且切換器S2被斷開，致使比例乘法器4311將誤差值VE與第一比例值Kp1進行乘法運算以產生比例結果PR。另外，當輸出電壓VO小於第一臨界電壓VTH1且大於第二臨界電壓VTH2時，切換器S2被導通且切換器S1被斷開，致使比例乘法器4312將將誤差值VE與第二比例值Kp2進行乘法運算以產生比例結果PR。
可以理解的是，控制電路140’實質上乃是比例積分微分控制器。類似於圖2的控制電路140，控制電路140’同樣可以採用硬體或是儲存在記憶體而由微處理器(或微控制器)所載入執行的軟體或機器可執行程式碼來實現。
在本發明的一實施例中，控制電路140’還可包括脈寬調變信號產生器，但不限於此。脈寬調變信號產生器可產生開關信號組CS，且可根據運算結果AR’調整開關信號組CS的工作周期，其中脈寬調變信號產生器可採用現有的脈寬調變信號產生電路來實現。
圖5是依照本發明一實施例所繪示的電源裝置的控制方法的流程示意圖。請合併參照圖1、圖2及圖5。首先，於步驟S302中，透過電源轉換電路120根據開關信號組CS執行電源轉換以提供輸出電壓VO及輸出電流IO。接著，透過控制電路140執行步驟S304、S306、S308、S310、S312、S314、S316。
詳細來說，於步驟S304中，計算輸出電壓VO與參考電壓VREF間的誤差值VE。之後，於步驟S306中，將誤差值VE與比例參數Kp進行乘法運算以得到比例結果PR。然後，於步驟S308中，將誤差值VE與積分參數Ki進行乘法運算以得到第一運算值TI1，並將第一運算值TI1隨著時間進行累積以得到積分結果IR。接著，於步驟S310中，判斷是否輸出電流IO的斜率SLI大於第一參考斜率SL1且輸出電壓VO的斜率SLV為負斜率。若步驟S310的判斷結果為是，則於步驟S312中，將輸出電壓VO的斜率SLV與第一微分參數Kd1進行乘法運算以得到第二運算值TD2，並將第二運算值TD2隨著時間累加入積分結果IR。相對地，若步驟S310的判斷結果為否，則於步驟S314中，停止計算第二運算值TD2並停止將第二運算值TD2加入積分結果IR。在步驟S312或步驟S314之後的步驟S316中，根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期以穩定輸出電壓VO。
圖6是依照本發明另一實施例所繪示的電源裝置的控制方法的流程示意圖。請合併參照圖1、圖3A、圖4及圖6。圖6的控制方法類似於圖5的控制方法，兩者的差異在於，圖6的控制方法還包括步驟S303、S422、S424、S426。詳細來說，於圖6的步驟S302及步驟S304之間，可透過控制電路140’根據輸出電流IO調整比例參數Kp的數值以及積分參數Ki的數值，以調整控制電路140’的頻寬。
另外，在步驟S312或步驟S314之後的步驟S422中，可由控制電路140’判斷是否輸出電壓VO的斜率SLV的絕對值大於第二參考斜率SL2且輸出電流IO大於參考電流IREF。若步驟S422的判斷結果為是，則於步驟S424中，由控制電路140’於時間區間TLH內將輸出電壓VO的斜率SLV與第二微分參數Kd2進行乘法運算以得到微分結果DR。然後，於步驟S426中，由控制電路140’於時間區間TLH內根據比例結果PR、積分結果IR以及微分結果DR調整開關信號組CS的工作周期以抑制輸出電壓VO的突波。相對地，若步驟S422的判斷結果為否，則於步驟S316中，由控制電路140’根據比例結果PR與積分結果IR的總和AR調整開關信號組CS的工作周期以穩定輸出電壓VO。
另外，本發明圖5及圖6實施例的控制方法的細節可以由圖1至圖4實施例的敘述中獲得足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例所提出的電源裝置及其控制方法，控制電路可在輸出電流的斜率大於第一參考斜率且輸出電壓的斜率為負斜率時，將輸出電壓的斜率與第一微分參數進行乘法運算以得到第二運算值，並將第二運算值隨著時間累加入積分結果以作為調整開關信號組的工作周期的依據。如此一來，可加快開關信號組的工作周期的調整速度，從而提高輸出電壓的穩定度及縮短輸出電壓達到穩定所需的時間。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:電源裝置 120:電源轉換電路 140、140’: 控制電路 1411~1413、4415:減法器 1421~1423、4424:加法器 1431~1433、4434:乘法器 1441、4442:判斷器 1451~1453:取樣延遲器 1461、1462、4462:限制器 4311、4312:比例乘法器 AR:總和 AR’:運算結果 CS:開關信號組 DR:微分結果 IO:輸出電流 IO’:取樣延遲後的輸出電流 IR:積分結果 IREF:參考電流 Kd1:第一微分參數 Kd2:第二微分參數 Ki:積分參數 Kp:比例參數 Kp1:第一比例值 Kp2:第二比例值 PR:比例結果 S1、S2、S3、S4:切換器 S302、S304、S306、S308、S310、S312、S314、S316、S303、S422、S424、S426:步驟 SL1:第一參考斜率 SL2:第二參考斜率 SLI:輸出電流的斜率 SLV:輸出電壓的斜率 T0、T0’、T1、T30、T31:時間點 TI1:第一運算值 TD2:第二運算值 THI1:第一臨界電流 THI2:第二臨界電流 TLH:時間區間 VE:誤差值 VI:輸入電壓 VO:輸出電壓 VO’:取樣延遲後的輸出電壓 VREF:參考電壓 VTH1:第一臨界電壓 VTH2:第二臨界電壓
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源裝置的功能方塊示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的控制電路的部份功能方塊示意圖。 圖3A是依照本發明一實施例所繪示的輸出電壓及輸出電流反應於電源裝置的負載變化的時序示意圖。 圖3B是依照本發明一實施例所繪示的根據輸出電流調整控制電路的頻寬的示意圖。 圖4是依照本發明另一實施例所繪示的控制電路的部份功能方塊圖。 圖5是依照本發明一實施例所繪示的電源裝置的控制方法的流程示意圖。 圖6是依照本發明另一實施例所繪示的電源裝置的控制方法的流程示意圖。
S302、S304、S306、S308、S310、S312、S314、S316:步驟

Claims (14)

  1. 一種電源裝置，包括：一以開關為基礎的電源轉換電路，用以根據一開關信號組執行電源轉換以提供一輸出電壓及一輸出電流；以及一控制電路，耦接該電源轉換電路，用以偵測該輸出電壓及該輸出電流並據以產生該開關信號組，其中該控制電路根據該輸出電壓與一參考電壓產生一誤差值，將該誤差值與一比例參數進行乘法運算以得到一比例結果，將該誤差值與一積分參數進行乘法運算以得到一第一運算值，且將該第一運算值隨著時間進行累積以得到一積分結果，其中當該輸出電流的斜率大於一第一參考斜率且該輸出電壓的斜率為負斜率時，該控制電路將該輸出電壓的斜率與一第一微分參數進行乘法運算以得到一第二運算值，該控制電路將該第二運算值隨著時間累加入該積分結果，且該控制電路根據該比例結果與該積分結果的總和調整該開關信號組的一工作周期(duty cycle)以穩定該輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源裝置，其中當該輸出電流的斜率小於該第一參考斜率或該輸出電壓的斜率為正斜率時，該控制電路停止計算該第二運算值，該控制電路停止將該第二運算值加入該積分結果，且該控制電路根據該比例結果與該積分結果的總和調整該開關信號組的該工作周期。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電源裝置，其中當該輸出電壓的斜率的絕對值大於一第二參考斜率且該輸出電流大於一參考電流時，該控制電路於一時間區間內將該輸出電壓的斜率與一第二微分參數進行乘法運算以得到一微分結果，且該控制電路於該時間區間內更根據該微分結果調整該開關信號組的該工作周期以抑制該輸出電壓的突波。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電源裝置，其中該比例參數包括一第一比例值，當該輸出電壓大於一第一臨界電壓或小於一第二臨界電壓時，該控制電路將該誤差值與該第一比例值進行乘法運算以得到該比例結果，其中該第一臨界電壓大於該第二臨界電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源裝置，其中該比例參數更包括一第二比例值，當該輸出電壓小於該第一臨界電壓且大於該第二臨界電壓時，該控制電路將該誤差值與該第二比例值進行乘法運算以得到該比例結果，其中該第二比例值小於該第一比例值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電源裝置，其中該控制電路更根據該輸出電流調整該比例參數的數值以及該積分參數的數值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源裝置，其中：當該輸出電流上升至一第一臨界電流時，該控制電路調降該比例參數的數值以及該積分參數的數值；以及 當該輸出電流下降至一第二臨界電流時，該控制電路調升該比例參數的數值以及該積分參數的數值，其中該第一臨界電流大於該第二臨界電流。
  8. 一種電源裝置的控制方法，該電源裝置包括一以開關為基礎的電源轉換電路以及一控制電路，該控制方法包括：透過該電源轉換電路根據一開關信號組執行電源轉換以提供一輸出電壓及一輸出電流；以及透過該控制電路執行以下步驟：計算該輸出電壓與一參考電壓間的一誤差值；將該誤差值與一比例參數進行乘法運算以得到一比例結果；將該誤差值與一積分參數進行乘法運算以得到一第一運算值，並將該第一運算值隨著時間進行累積以得到一積分結果；若該輸出電流的斜率大於一第一參考斜率且該輸出電壓的斜率為負斜率，將該輸出電壓的斜率與一第一微分參數進行乘法運算以得到一第二運算值，並將該第二運算值隨著時間累加入該積分結果；以及根據該比例結果與該積分結果的總和調整該開關信號組的一工作周期以穩定該輸出電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，更包括：若該輸出電流的斜率小於該第一參考斜率或該輸出電壓的斜率為正斜率，則透過該控制電路執行以下步驟： 停止計算該第二運算值並停止將該第二運算值加入該積分結果；以及根據該比例結果與該積分結果的總和調整該開關信號組的該工作周期。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，更包括：若該輸出電壓的斜率的絕對值大於一第二參考斜率且該輸出電流大於一參考電流，則透過該控制電路執行以下步驟：於一時間區間內將該輸出電壓的斜率與一第二微分參數進行乘法運算以得到一微分結果；以及於該時間區間內更根據該微分結果調整該開關信號組的該工作周期以抑制該輸出電壓的突波。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，其中該比例參數包括一第一比例值，且所述將該誤差值與該比例參數進行乘法運算以得到該比例結果的步驟包括：若該輸出電壓大於一第一臨界電壓或小於一第二臨界電壓，則將該誤差值與該第一比例值進行乘法運算以得到該比例結果，其中該第一臨界電壓大於該第二臨界電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的控制方法，其中該比例參數更包括一第二比例值，且所述將該誤差值與該比例參數進行乘法運算以得到該比例結果的步驟更包括：若該輸出電壓小於該第一臨界電壓且大於該第二臨界電壓，則將該誤差值與該第二比例值進行乘法運算以得到該比例結果， 其中該第二比例值小於該第一比例值。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，更包括：透過該控制電路根據該輸出電流調整該比例參數的數值以及該積分參數的數值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中所述根據該輸出電流調整該比例參數的數值以及該積分參數的數值的步驟包括：當該輸出電流上升至一第一臨界電流時，調降該比例參數的數值以及該積分參數的數值；以及當該輸出電流下降至一第二臨界電流時，調升該比例參數的數值以及該積分參數的數值，其中該第一臨界電流大於該第二臨界電流。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101534053A (zh) * 2002-11-14 2009-09-16 艾科嘉公司 开关电源转换器和用于控制多个开关电源转换器的系统
US20100033150A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Asic Advantage Inc. Bus voltage optimizer for switched power converter
WO2013149196A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Texas Instruments Incorporated Power supply control method for constant current constant power control
TWI645648B (zh) * 2018-04-03 2018-12-21 群光電能科技股份有限公司 充電裝置與應用於充電裝置之適應性分頻控制方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104681B2 (ja) * 1988-03-18 1995-11-13 株式会社東芝 プロセス制御装置
US7007176B2 (en) 2000-10-10 2006-02-28 Primarion, Inc. System and method for highly phased power regulation using adaptive compensation control
US6965502B2 (en) 2001-03-21 2005-11-15 Primarion, Inc. System, device and method for providing voltage regulation to a microelectronic device
US7719251B2 (en) 2007-08-06 2010-05-18 Intel Corporation Enhancement of power conversion efficiency using dynamic load detecting and tracking
WO2010083202A1 (en) 2009-01-13 2010-07-22 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Sensor-less operation and detection of ccm and dcm operation modes in synchronous switching power converters
TWI454035B (zh) * 2012-09-13 2014-09-21 Anpec Electronics Corp 切換式穩壓器
US9713489B2 (en) * 2013-03-07 2017-07-25 Arthrocare Corporation Electrosurgical methods and systems
CN103296940B (zh) * 2013-05-10 2015-04-29 乐金电子研发中心(上海)有限公司 一种自适应pi控制方法与系统
US9627969B2 (en) 2014-05-27 2017-04-18 Infineon Technologies Austria Ag Inductor current measurement compensation for switching voltage regulators
TWI534568B (zh) 2014-06-23 2016-05-21 國立臺北科技大學 改善負載暫態響應的比例積分微分控制方法及電源裝置
US10069421B2 (en) 2015-02-05 2018-09-04 Infineon Technologies Austria Ag Multi-phase switching voltage regulator having asymmetric phase inductance
CN106054995B (zh) 2016-07-04 2017-08-25 东南大学 一种原边反馈反激式电源ccm与dcm模式的恒流控制系统
US10394294B2 (en) * 2016-08-25 2019-08-27 Microchip Technology Incorporated Predictive thermal control management using temperature and power sensors
CN106998076A (zh) * 2016-12-26 2017-08-01 南昌大学 一种基于稀疏编码和人工神经网络的光伏孤岛检测方法
JP6456448B1 (ja) * 2017-09-13 2019-01-23 三菱電機株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置
CN107707101A (zh) 2017-09-25 2018-02-16 北京机械设备研究所 一种基于boost变换器的抗输入电压和抗负载波动的控制系统
US10498234B2 (en) * 2018-03-28 2019-12-03 Monolithic Power Systems, Inc. Voltage regulator with nonlinear adaptive voltage position and control method thereof
CN108923650B (zh) * 2018-06-27 2021-05-18 成都芯源系统有限公司 一种多相变换器及其控制电路和控制方法
JP7063175B2 (ja) * 2018-08-02 2022-05-09 富士通株式会社 制御電源プログラム及び電源装置
TWM580822U (zh) * 2019-03-28 2019-07-11 群光電能科技股份有限公司 智慧升壓電路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101534053A (zh) * 2002-11-14 2009-09-16 艾科嘉公司 开关电源转换器和用于控制多个开关电源转换器的系统
US20100033150A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Asic Advantage Inc. Bus voltage optimizer for switched power converter
WO2013149196A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Texas Instruments Incorporated Power supply control method for constant current constant power control
TWI645648B (zh) * 2018-04-03 2018-12-21 群光電能科技股份有限公司 充電裝置與應用於充電裝置之適應性分頻控制方法

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