TWI788790B - 具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法 - Google Patents

具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法。電流感測電路感測流經連接在適配器與用電裝置之間的第一電阻的電流。當電流大於電流門檻值時，預測電路依據共用電壓以及電池的電壓以計算目標電壓準位，將誤差放大訊號的電壓準位瞬間拉至目標電壓準位。比較器將誤差放大訊號與斜波訊號進行比較以輸出比較訊號。控制電路依據比較訊號以控制驅動電路切換上橋開關以及下橋開關。

Description

具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法
本發明涉及切換式充電器，特別是涉及一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法。
近年來隨著科技的進步，具有各種不同功能的電子產品已逐漸被研發出來，不但滿足了人們的各種不同需求，更融入每個人的日常生活，使得人們生活更為便利。這些電子產品是由各種電子元件所組成，而每一個電子元件所需的電源電壓不盡相同，因此，為了使這些各式各樣不同功能的電子產品正常運作，需要通過切換式充電器將輸入電壓轉換為適當的電壓，而提供給電子產品的電子元件使用。然而，當電子產品需要較大的電量時，現有切換式充電器的開關元件的無法快速切換，無法即時供應電子產品足夠的電量。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，適用於切換式充電器。切換式充電器包含上橋開關、下橋開關、驅動電路以及控制電路。驅動電路連接控制電路、上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。上橋開關的第一端 耦接共用電壓、第一電阻的第一端以及用電裝置。第一電阻的第二端連接輸入電源。輸入電源供應電力使一電流流經第一電阻至用電裝置。下橋開關的第一端和第二端分別連接上橋開關的第二端和接地。上橋開關的第二端以及下橋開關的第一端之間的節點透過電感連接電池。具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統包含電流感測電路、預測電路以及比較器。電流感測電路連接第一電阻。電流感測電路配置以感測流經第一電阻的電流，判斷電流大於電流門檻值時，輸出升壓模式觸發訊號。預測電路連接電流感測電路以及電池，並耦接共用電壓。預測電路配置以在接收到升壓模式觸發訊號時，決定從降壓模式進入加速升壓模式。預測電路依據共用電壓以及電池的電壓以計算目標電壓準位，將一誤差放大訊號的準位瞬間拉至目標電壓準位。比較器的第一輸入端連接斜波訊號產生器。比較器的第二輸入端連接預測電路的輸出端。比較器配置以從斜波訊號產生器接收斜波訊號，並將誤差放大訊號與斜波訊號進行比較以輸出比較訊號。在加速升壓模式下，控制電路依據比較訊號以控制驅動電路驅動上橋開關以及下橋開關，以允許電池的電流依序流經電感以及上橋開關至用電裝置，同時電流流經第一電阻至用電裝置。
在一實施方案中，切換式充電器更包含補償電路。補償電路連接在預測電路以及比較器的第二輸入端之間，並連接第一電阻、第二電阻以及電池。補償電路配置以依據第一電阻、第二電阻以及電池中的一或多者的電壓或電流值，以輸出誤差放大訊號。
在一實施方案中，切換式充電器更包含反饋電路。補償電路透過反饋電路連接第一電阻、第二電阻以及電池。反饋電路配置以將第一電阻、第二電阻以及電池中的一或多者的電壓或電流值反饋至補償電路。
在一實施方案中，預測電路包含準位預測電路以及準位調整電 路。準位預測電路耦接共用電壓並連接電池以及準位調整電路。準位調整電路連接電流感測電路與補償電路。準位預測電路依據共用電壓以及電池的電壓以計算目標電壓準位。準位調整電路接收到升壓模式觸發訊號時，將誤差放大訊號的電壓準位瞬間拉至目標電壓準位。
在一實施方案中，預測電路更包含週期計算電路。準位預測電路透過週期計算電路連接共用電壓以及電池。週期計算電路配置以將電池的電壓除以共用電壓並乘上斜波訊號的週期以計算出上橋開關的一導通時間，準位預測電路依據導通時間以預測目標電壓準位。
在一實施方案中，預測電路更包含緩衝器。緩衝器的第一輸入端連接準位預測電路的輸出端以及準位調整電路的輸入端。緩衝器的第二輸入端連接緩衝器的輸出端以及準位調整電路。
在一實施方案中，在降壓模式下，電流從輸入電源流經第一電阻後，電流分成兩路電流分別流至用電裝置以及電池，或流至用電裝置以及電池中的其中一者。
另外，本發明提供一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法，適用於切換式充電器。切換式充電器包含上橋開關、下橋開關、驅動電路以及控制電路。驅動電路連接控制電路、上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。上橋開關的第一端耦接共用電壓、第一電阻的第一端以及用電裝置。第一電阻的第二端連接輸入電源。下橋開關的第一端和第二端分別連接上橋開關的第二端和接地。上橋開關的第二端以及下橋開關的第一端之間的節點透過電感連接電池。所述具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法包含以下步驟：由輸入電源供應電力使一電流流經第一電阻至用電裝置；感測流經第一電阻的電流；判斷電流大於電流門檻值，若否，回到上一步驟，若是，決定從降壓模式進入加速升壓模式，執行下一步驟；依據共用 電壓以及電池的電壓以計算目標電壓準位；將誤差放大訊號的準位瞬間拉至此目標電壓準位；將誤差放大訊號與斜波訊號與進行比較，以輸出比較訊號；以及依據比較訊號以控制驅動電路驅動上橋開關依據升壓模式觸發訊號時，以允許電池的電流依序流經電感以及上橋開關至用電裝置，同時電流供應至用電裝置。
在一實施方案中，所述具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法更包含以下步驟：依據第一電阻、連接在電感與電池之間的第二電阻、電池中的一或多者的電壓或電流值以輸出誤差放大訊號；以及將誤差放大訊號的電壓準位瞬間拉至目標電壓準位。
在一實施方案中，所述具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法更包含以下步驟：將電池的電壓除以共用電壓並乘上斜波訊號的週期以計算出上橋開關的導通時間；以及依據導通時間以預測目標電壓準位。
如上所述，本發明提供一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及方法，其可依據切換式充電器的共用電壓(輸入電壓)與電池電壓(切換式充電器的輸出電壓)以預測目標電壓準位，將誤差放大訊號的電壓位準瞬間拉至/箝制在所預測的目標電壓準位，以觸發控制電路控制驅動電路快速切換上橋開關以及下橋開關，進而在用電裝置抽重載或其他因素，導致適配器或其他輸入電源無法供電足夠電力給用電裝置時，可快速切換備用電源例如電池輔助供電給電力裝置。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
10:預測電路
20:補償電路
30:電流感測電路
40:斜波訊號產生器
50:比較器
60:控制電路
70:驅動電路
80:反饋電路
90:適配器
98:電池
99:用電裝置
UG:上橋開關
LG:下橋開關
LX:節點
L:電感
RCIC:第一電阻
RCC:第二電阻
ICIC、IPWM、ISYS:電流
VSYS:共用電壓
VBAT:電壓
EAO、eao0、eao1:誤差放大訊號
RAMP、ramp0、ramp1:斜波訊號
CIC、CC:電流值
CV:電壓值
S101~S121:步驟
101:週期計算電路
102:準位預測電路
103:緩衝器
104:準位調整電路
t11、t21:第一時間
t12、t22:第二時間
visys1:用電裝置負載電流訊號
viadp0、vil0、viadp1、vil1:電流訊號
AA:方框
圖1為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的方塊圖。
圖2為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法的步驟流程圖。
圖3為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的預測電路的內部元件的方塊圖。
圖4為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的方塊圖。
圖5為本發明實施例的切換式充電器的誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖。
圖6為本發明與傳統的切換式充電器的誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖。
圖7為本發明與傳統的切換式充電器的第一電阻的電流波形、第二電阻的電流波形、誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1，其為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的方塊圖。應理解，本發明的暫態響應提升系統不受限於必要設置圖式所繪示的全部電路元件，實務上可省略設置部分元件。
如圖1所示，本實施例的暫態響應提升系統可包含預測電路10、電流感測電路30以及比較器50，可應用於切換式充電器(switching charging)或稱電源轉換器。此切換式充電器可包含上橋開關UG、下橋開關LG、驅動電路70以及控制電路60。應理解，本文切換式充電器所包含的任何電路元件亦可替換為包含在所述暫態響應提升系統中。
驅動電路70的輸入端連接控制電路60的輸出端。驅動電路70的輸出端連接上橋開關UG的控制端以及下橋開關LG的控制端。上橋開關UG的第一端耦接共用電壓VSYS，並連接用電裝置99。上橋開關UG的第二端連接下橋開關LG的第一端。下橋開關LG的第二端接地。
第一電阻RCIC的第一端連接上橋開關UG的第一端，而第一電阻RCIC的第二端連接輸入電源例如適配器90或其他電力供應裝置。第一電阻RCIC的第二端連接適配器90。適配器90供應輸入電源，使一電流流經第一電阻RCIC至用電裝置99。
上橋開關UG的第二端以及下橋開關LG的第一端之間的節點LX可透過電感L連接電池98。若有需要，切換式充電器可更包含第二電阻RCC以及反饋電路80。第二電阻RCC可連接在電感L以及電池98之間。
反饋電路80連接至第一電阻RCIC的第一端和第二端、第二電阻RCC的第一端和第二端以及電池98。反饋電路80可配置以將第一電阻RCIC的電流值CIC(實務上可為電壓值)、第二電阻RCC的電流值CC(實務上可為電壓值)以及電池98的電壓值CV中的一或多者反饋至補償電路20。
若有需要，切換式充電器可包含補償電路20。補償電路20可連 接反饋電路80以及比較器50的第二輸入端例如反相輸入端。補償電路20可依據第一電阻RCIC的電流值CIC(實務上可為電壓值)、第二電阻RCC的電流值CC(實務上可為電壓值)以及電池98的電壓值CV中的一或多者，以輸出誤差放大訊號EAO至比較器50的第二輸入端例如反相輸入端。比較器50的第一輸入端例如非反相輸入端則連接斜波訊號產生器40。
值得注意的是，預測電路10耦接共用電壓VSYS，並連接電流感測電路30。預測電路10連接電池98。換言之，預測電路10連接切換式充電器的輸出端VBAT，即第二電阻RCC的第二端。在本實施例中，如圖1所示，舉例設置補償電路20，但本發明不以此為限。若未設置補償電路20，預測電路10可直接連接比較器50的第二輸入端例如反相輸入端。
請參閱圖1和圖2，其中圖1為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的方塊圖；圖2為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法的步驟流程圖。
本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法可包含如圖2所示的步驟S101~S121，其可由如圖1所示的暫態響應提升系統對切換式充電器執行，以將切換式充電器在降壓模式以及加速升壓模式(turbo boost mode)。
在步驟S101，進入降壓模式。
在步驟S103，由適配器90或其他電力供應裝置供應電流，此電流流經第一電阻RCIC形成電流ICIC，此電流ICIC接著可分成兩路電流ISYS以及電流IPWM分別流至用電裝置99以及電池98，使得用電裝置99(例如伺服器)取得執行程序所需的電力，並對電池98進行充電。實務上，電流ICIC可僅供應至用電裝置99以及電池98中的其中一者。
在步驟S105，利用電流感測電路30感測流經第一電阻RCIC的電 流ICIC。
在步驟S107，利用電流感測電路30判斷感測到的第一電阻RCIC的電流ICIC的值是否大於電流門檻值。若第一電阻RCIC的電流ICIC的值不大於電流門檻值，此時用電裝置99可能抽輕載或中載，由於用電裝置99所需的用電量不大，由單個電力供應裝置例如適配器90供應電流至適配器90即可。
值得注意的是，當用電裝置99抽重載時，所需的電量增加，導致由單個電力供應裝置例如適配器90供應電流增加。此時，若電流感測電路30感測到的第一電阻RCIC的電流ICIC的值大於電流門檻值例如額定電流時，輸出一升壓模式觸發訊號，接著執行步驟S109。
在步驟S109，利用預測電路10從電流感測電路30接收到升壓模式觸發訊號指示第一電阻RCIC的電流ICIC的值大於電流門檻值時，決定從降壓模式進入加速升壓模式。
在步驟S111，利用預測電路10取得共用電壓VSYS以及電池98的電壓VBAT。
在步驟S113，利用預測電路10依據共用電壓VSYS以及電池98的電壓VBAT以計算出預測的誤差放大訊號EAO的目標電壓準位。
在步驟S115，利用預測電路10輸出具目標電壓準位的誤差放大訊號EAO至比較器50的第二輸入端例如反相輸入端，或是在切換式充電器內設有補償電路20時，將補償電路20輸出的誤差放大訊號EAO的電壓準位瞬間拉至目標電壓準位。
在步驟S117，利用比較器50將誤差放大訊號EAO與從斜波訊號產生器40接收到的斜波訊號RAMP進行比較，以輸出比較訊號至控制電路60。
在步驟S119，利用控制電路60依據比較訊號以控制驅動電路70驅動上橋開關UG以及下橋開關LG，以在步驟S121允許作為備用電源的電池98 的電流IPWM依序流經電感L以及上橋開關UG至用電裝置99，同時電流ICIC流至用電裝置99。
也就是說，在用電裝置99抽重載時，適配器90供應的額外電流值的電力可能不足以滿足用電裝置99的用電需求，此時由作為備用電源的電池98可進行放電以輔助供電給用電裝置99。在此情況下，用電裝置99所接收的電流ISYS包含來自適配器90的電流ICIC以及來自電池98的電流IPWM。此時，可持續執行步驟S105，以持續利用電流感測電路30感測流經第一電阻RCIC的電流ICIC。
當用電裝置99的用電量下降，例如不在抽重載時，第一電阻RCIC的電流ICIC的值下降至大於電流門檻值時，可從加速升壓模式回到降壓模式。在降壓模式下，可僅由適配器90供應電流ICIC至用電裝置99，而電池98不進行放電。此時，若有需要，可由適配器90供應電流IPWM至電池98，以對電池98進行充電。
請參閱圖3至圖6，其中圖3為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的預測電路的內部元件的方塊圖；圖4為本發明實施例的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統的方塊圖；圖5為本發明實施例的切換式充電器的誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖；圖6為本發明與傳統的切換式充電器的誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖。與前述相同內容，不在此贅述。
如圖3和圖4所示，預測電路10可包含週期計算電路101、準位預測電路102、緩衝器103以及準位調整電路104，但本發明不以此為限。實務上，可依據實際需求，省略設置緩衝器103或其他電路元件。
週期計算電路101的輸入端耦接共用電壓VSYS，並連接電池98。準位預測電路102的輸入端可連接週期計算電路101的輸出端，準位預測 電路102的輸出端則連接緩衝器103的第一輸入端例如非反相輸入端。緩衝器103的第二輸入端例如反相輸入端連接準位預測電路102的輸出端以及準位調整電路104的輸入端。
如圖5所示，在降壓模式的第一時間t11以及升壓模式的第一時間t21內，上橋開關UG開啟以及下橋開關LG關閉，而在降壓模式的第二時間t12以及升壓模式的第二時間t21內，下橋開關LG開啟以及上橋開關UG關閉。
如圖3和圖5所示，當斜波訊號產生器40產生的斜波訊號RAMP的電壓逐漸上升至到達誤差放大訊號EAO的電壓時，如在圖5中圓圈圈起的時間點，切換上橋開關UG以及下橋開關LG。據以，只要計算上橋開關UG的導通時間，即可預測出切換上橋開關UG以及下橋開關LG的時間點。
因此，在降壓模式下，週期計算電路101可將電池98的電壓VBAT除以共用電壓VSYS，並乘上斜波訊號RAMP的週期，以計算出上橋開關UG的導通時間，以下列方程式表示：Ton=(VBAT/VSYS)×Ts，其中Ton代表在降壓模式下的上橋開關UG的導通時間，VSYS代表共用電壓(輸入電壓)，VBAT代表電池98的電壓(即切換式充電器的輸出電壓)，Ts代表斜波訊號RAMP的週期。
在升壓模式下，週期計算電路101可將電池98的電壓VBAT除以共用電壓VSYS，並乘上斜波訊號RAMP的週期，以計算出上橋開關UG的導通時間，以下列方程式表示：Toff=(VBAT/VSYS)×Ts，其中Toff代表在升壓模式下的上橋開關UG的導通時間，VSYS代表共用電壓(輸出電壓)，VBAT代表電池98的電壓(即切換式充電器的輸入電壓)，Ts代表斜波訊號RAMP的週期。
若有需要，在升壓模式下，週期計算電路101可基於下列方程式，以計算下橋開關LG的導通時間：Ton=((VSYS-VBAT)/VSYS)×Ts，其中Ton代表在升壓模式下的下橋開關LG的導通時間，VSYS代表共用電壓輸出電壓)，VBAT代表電池98的電壓(即切換式充電器的輸入電壓)，Ts代表斜波訊號RAMP的週期。
在週期計算電路101計算出上橋開關UG的導通時間之後，準位預測電路102可依據上橋開關UG的導通時間，以預測目標電壓準位，(透過緩衝器103)傳輸至準位調整電路104。
當準位調整電路104從電流感測電路30接收到升壓模式觸發訊號指示第一電阻RCIC的電流ICIC的值大於電流門檻值時，準位調整電路104決定從降壓模式進入加速升壓模式。此時，準位調整電路104將誤差放大訊號EAO的電壓準位如圖6所示瞬間拉至目標電壓準位，以觸發控制電路60控制驅動電路70，快速切換上橋開關以及下橋開關LG。
相比於本發明的切換式充電器產生如圖5所示的誤差放大訊號EAO或如圖6所示的誤差放大訊號eao1的電壓準位瞬間拉升至目標電壓準位，如圖6所示的eao0代表傳統切換式充電器的誤差放大訊號，其需耗費一段時間才能將上升至目標電壓準位。因此，相比於傳統切換式充電器，本發明系統的切換式充電器的上橋開關以及下橋開關的切換速度較快。如此，當用電裝置99用電量大且適配器90無法供應給用電裝置99足夠的電力時，可允許作為備用電源的電池98輔助供應電力，通過導通的上橋開關傳輸至用電裝置99。
請參閱圖7，其為本發明與傳統的切換式充電器的第一電阻的電流波形、第二電阻的電流波形、誤差放大訊號和斜波訊號的波形圖。
如圖7所示的visys1、viadp1、vil1、eao1、ramp1分別代表在圖6的方框AA所圈起的時間區間內，本發明的切換式充電器的用電裝置負載電流訊號、前述第一電阻RCIC的電流訊號、前述第二電阻RCC的電流訊號、誤差放大訊號以及斜波訊號。在相同時間區間內，如圖7所示的viadp0、vil0、eao0、ramp0分別代表傳統切換式充電器的第一電阻的電流訊號、第二電阻的電流訊號、誤差放大訊號以及斜波訊號。
值得注意的是，相比於傳統切換式充電器的第一電阻的電流訊號viadp0以及第二電阻的電流訊號vil0，本發明改良的切換式充電器的第一電阻RCIC的電流訊號viadp1很快到達電流門檻值，且第二電阻RCC的電流訊號vil1的電流值很快到達穩態值並且進入加速升壓模式(turbo boost mode)。
綜上所述，本發明提供一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統及其方法，其可依據切換式充電器的共用電壓(輸入電壓)與電池電壓(切換式充電器的輸出電壓)以預測目標電壓準位，將誤差放大訊號的電壓位準瞬間拉至/箝制在所預測的目標電壓準位，以觸發控制電路控制驅動電路快速切換上橋開關以及下橋開關，進而在用電裝置抽重載或其他因素，導致適配器或其他輸入電源無法供電足夠電力給用電裝置時，可快速切換備用電源例如電池輔助供電給電力裝置。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
10:預測電路
20:補償電路
30:電流感測電路
40:斜波訊號產生器
50:比較器
60:控制電路
70:驅動電路
80:反饋電路
90:適配器
98:電池
99:用電裝置
UG:上橋開關
LG:下橋開關
LX:節點
L:電感
RCIC:第一電阻
RCC:第二電阻
ICIC、IPWM、ISYS:電流
VSYS:共用電壓
VBAT:電壓
EAO:誤差放大訊號
CIC、CC:電流值
CV:電壓值

Claims (9)

  1. 一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，適用於一切換式充電器，該切換式充電器包含一上橋開關、一下橋開關、一驅動電路以及一控制電路，該驅動電路連接該控制電路、該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，該上橋開關的第一端耦接一共用電壓、一第一電阻的第一端以及一用電裝置，該第一電阻的第二端連接一輸入電源，該輸入電源供應電力使一電流流經該第一電阻至該用電裝置，該下橋開關的第一端和第二端分別連接該上橋開關的第二端和接地，該上橋開關的第二端以及該下橋開關的第一端之間的一節點透過一電感連接一電池，所述具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統包含：一電流感測電路，連接該第一電阻，配置以感測流經該第一電阻的該電流，判斷該電流大於一電流門檻值時，輸出一升壓模式觸發訊號；一預測電路，連接該電流感測電路以及該電池，並耦接該共用電壓，配置以在接收到該升壓模式觸發訊號時，決定從一降壓模式進入一加速升壓模式，依據該共用電壓以及該電池的電壓以計算一目標電壓準位，將一誤差放大訊號的準位瞬間拉至該目標電壓準位；以及一比較器，該比較器的第一輸入端連接一斜波訊號產生器，該比較器的第二輸入端連接該預測電路的輸出端，該比較器配置以從該斜波訊號產生器接收一斜波訊號，將該誤差放大訊號與該斜波訊號進行比較以輸出一比較訊號；其中在該加速升壓模式下，該控制電路依據該比較訊號以控制該驅動電路驅動該上橋開關以及該下橋開關，以允許該電池的電流依序流經該電感以及該上橋開關至該用電裝置， 同時該輸入電源供應的該電流流經該第一電阻至該用電裝置。
  2. 如請求項1所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，其中該切換式充電器更包含一補償電路，連接在該預測電路以及該比較器的第二輸入端之間，並連接該第一電阻、一第二電阻以及該電池，該第二電阻連接在該電感與該電池之間，該補償電路配置以依據該第一電阻、該第二電阻以及該電池中的一或多者的電壓或電流值，以輸出該誤差放大訊號。
  3. 如請求項2所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，其中該切換式充電器更包含一反饋電路，該補償電路透過該反饋電路連接該第一電阻、該第二電阻以及該電池，該反饋電路配置以將該第一電阻、該第二電阻以及該電池中的一或多者的電壓或電流值反饋至該補償電路。
  4. 如請求項2所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，其中該預測電路包含一準位預測電路以及一準位調整電路，該準位預測電路耦接該共用電壓並連接該電池以及該準位調整電路，該準位調整電路連接該電流感測電路與該補償電路，該準位預測電路依據該共用電壓以及該電池的電壓以計算該目標電壓準位，該準位調整電路接收到該升壓模式觸發訊號時，將該誤差放大訊號的電壓準位瞬間拉至該目標電壓準位。
  5. 如請求項4所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，其中該預測電路更包含一週期計算電路，該準位預測電路透過該週期計算電路連接該共用電壓以及該電池，該週期計算電路配置以將該電池的電壓除以該共用電壓並乘上該斜波訊號的週期以計算出該上橋開關的一導通時間，該準位 預測電路依據該導通時間以預測該目標電壓準位。
  6. 如請求項5所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升系統，其中在該降壓模式下，該電流從該輸入電源流經該第一電阻後，該電流分成兩路電流分別流至該用電裝置以及該電池，或該電流流至該用電裝置以及該電池中的其中一者。
  7. 一種具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法，適用於一切換式充電器，該切換式充電器包含一上橋開關、一下橋開關、一驅動電路以及一控制電路，該驅動電路連接該控制電路、該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，該上橋開關的第一端耦接一共用電壓、一第一電阻的第一端以及一用電裝置，該第一電阻的第二端連接一輸入電源，該下橋開關的第一端和第二端分別連接該上橋開關的第二端和接地，該上橋開關的第二端以及該下橋開關的第一端之間的一節點透過一電感連接一電池，該具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法包含以下步驟：由該輸入電源供應電力，使一電流流經該第一電阻至該用電裝置；感測流經該第一電阻的該電流；判斷該電流是否大於一電流門檻值，若否，回到上一步驟，若是，決定從一降壓模式進入一加速升壓模式，執行下一步驟；依據該共用電壓以及該電池的電壓以計算一目標電壓準位；將一誤差放大訊號的準位瞬間拉至該目標電壓準位；將該誤差放大訊號與一斜波訊號與進行比較，以輸出一比較訊號；以及依據該比較訊號以控制該驅動電路驅動該上橋開關依據該升壓模式觸發訊號時，以允許該電池的電流依序流經該電感 以及該上橋開關至該用電裝置，同時該電流供應至該用電裝置。
  8. 如請求項7所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法，更包含以下步驟：依據該第一電阻、連接在該電感與該電池之間的該第二電阻、該電池中的一或多者的電壓或電流值以輸出該誤差放大訊號；以及將該誤差放大訊號的電壓準位瞬間拉至該目標電壓準位。
  9. 如請求項8所述的具誤差放大訊號預測機制的暫態響應提升方法，更包含以下步驟：將該電池的電壓除以該共用電壓並乘上該斜波訊號的週期以計算出該上橋開關的一導通時間；以及依據該導通時間以預測該目標電壓準位。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020131640A1 (de) * 2020-06-11 2021-12-16 Intel Corporation Vorrichtung und verfahren zur laststromerfassung mit schnellem ansprechen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM472358U (zh) * 2013-05-23 2014-02-11 Richtek Technology Corp 雙向切換式電源供應器及其控制電路
CN105720814A (zh) * 2014-09-25 2016-06-29 力智电子股份有限公司 电源转换器、电压调整单元及电压调整方法
TW201944710A (zh) * 2018-04-20 2019-11-16 力智電子股份有限公司 脈寬調變控制電路及導通時間信號產生方法
US10770973B1 (en) * 2019-05-10 2020-09-08 Anpec Electronics Corporation Fast transient current mode control circuit and method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7609040B1 (en) * 2005-10-31 2009-10-27 Chil Semiconductor Corporation Power supply and related circuits
JP5278817B2 (ja) * 2009-04-28 2013-09-04 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
US8258767B2 (en) * 2010-01-13 2012-09-04 Alpha & Omega Semiconductor, Inc. Power conversion system and power control method for reducing cross regulation effect
US9639102B2 (en) * 2013-02-19 2017-05-02 Nvidia Corporation Predictive current sensing
US10243456B2 (en) * 2017-06-02 2019-03-26 Nxp Usa, Inc. Voltage regulator with load current prediction and method therefor
US11067611B2 (en) * 2018-03-20 2021-07-20 Renesas Electronics America Inc. Method for sensing inductor current across range exceeding ADC dynamic range and PWM controller system including ADC therefor
JP2021002983A (ja) * 2019-06-24 2021-01-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM472358U (zh) * 2013-05-23 2014-02-11 Richtek Technology Corp 雙向切換式電源供應器及其控制電路
CN105720814A (zh) * 2014-09-25 2016-06-29 力智电子股份有限公司 电源转换器、电压调整单元及电压调整方法
TW201944710A (zh) * 2018-04-20 2019-11-16 力智電子股份有限公司 脈寬調變控制電路及導通時間信號產生方法
US10770973B1 (en) * 2019-05-10 2020-09-08 Anpec Electronics Corporation Fast transient current mode control circuit and method
TW202042484A (zh) * 2019-05-10 2020-11-16 茂達電子股份有限公司 快速暫態電流模式控制電路及方法

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