TWI316780B - Switching power supply control system - Google Patents

Description

1316780 九、發明說明： 相關申請案之對照參考資料 此申請案主張來自於2005年10月3日提申的美國專利 申請案第11/243’520號以及美國臨時中請案第6〇鐵幻6 5號，名稱為具有相移功能之切換式電源供應器控制的優先 權，其被併入參考。 【發^明所屬之技饰"領域^】 發明領域 本發明有關-種具有相移功能之切換式電源供應器控 10 制0 L先前技術3 發明背景 第1圖說明-種傳統P WM切換式電源供應器控制系統 其利用脈寬調變(PWM)。一電源轉換器1〇，因應—脈寬調 15變信號PWM，控制從一電源Vcc至負載12的電源流動。該 電源轉換器包含一單切換式電晶體Q卜電感器[丨、及以一 標準尺寸結構配置的二極體D1。一誤差放大器16藉由放大 一提供一些輸出測量的反饋信號FB與一輸入控制信號Vin 之間的差來產生一誤差信號vERR，一控制器14產生—pWM 20信號其因應VERR來控制該電源轉換器中的切換式電晶體， 以便將一調整輸出，典型的一定電壓，提供至該負載。 第2圖說明由該控制器14所產生的PWM信號的範例波 形。在時間t〇，該PWM信號切換至開（ON)狀態其打開該電 源轉換器10中的切換式電晶體。在時間^，該PWM信號切 1316780 ' 換至關（〇FF)狀態，因此將該切換式電晶體關閉。第2圖的 乂 波形具有—週期T，其是該信號的連續開的轉變:間 . _間。為了控制至負載的電源量，該控制器藉由改變該 p WM k號切換到關時的時間11來改變該p购信號的脈寬 5 (責任週期）。例如，若被供應置該負載的電源量太低，則該 '㈣器可能直到V才離開此切換，以至於該電源供應器： ' 電晶體切換為on達該切換週期的一較長部分。相反地，若 φ 被供應置該負載的電源量太低，則該控制器可能只到時間 tl”就離開該切換關，以至於該切換為開持續該切換週期的 W -較短部分。該開時間係可於每—切換週期期間改變以提 供連續的輪出調整。 上述之範例可被參考為拖尾緣調變，因為於每一切換 週期期間的第二切換事件(此情況中的關閉)被改變。於先導 緣調變，該第一切換事件（例如，打開時間）被改變，而該 15 PWM信號在一固定時間關閉。 φ 不同的技術以被建議來增進p WM切換式電於供應器 _ 的轉變反應。一種技術包含一電壓控制振盪器（VCO)的使用 以便控制該PWM信號的切換週期。藉由將_誤差信號施加 - 至該VC0，該pWM信號的切換頻率在嘗試維持一定輸出電 2〇壓下可被動態改變到-改變的負載。被參考為一雜訊捕捉 态的另一種方法，在嘗試防止該輸出電壓因應該負載中的 突然增加而掉下，繞行一般控制迴路以便直接從該供應器 VCC將一暫時的輸出電流脈衝提供到該負載。 C 明内3 1316780 發明概要 根據本發明，一種切換式電源供應器控制系統，包含 有： 一產生一用以控制至一負載之電源的脈寬調變(PWM) 5 信號之控制器；及 因應在操作條件之變化來轉移該PWM信號的相位之 邏輯。 圖式簡單說明 第1圖說明一種習知技藝P WM切換式電源供應器控制 10 系統； 第2圖說明一來自一習知技藝PWM切換式電源供應器 控制系統的一PWM信號的範例波形； 第3圖說明根據此專利揭露之發明原理的一種具有控 制系統之切換式電源供應器的一實施例； 15 第4圖說明根據此專利揭露之發明原理的一PWM信號 之實施例； 第5圖說明根據此專利揭露之發明原理的一種具有控 制系統之切換式電源供應器的另一實施例； 第6圖說明根據此專利揭露之發明原理的一種用於一 20 切換式電源供應器控制系統的相移電路之實施例；及 第7圖說明根據此專利揭露之發明原理的一種具有一 控制系統的切換式電源供應器的另一實施例。 t實方式3 較佳實施例之詳細說明 1316780 此專利揭露包含許多有關切換式電源供應器的發明， 這些發明原理具有獨立的效用且是可獨立專利的。在某些 情况下，額外的好處在該等某些原理在與彼此不同組合下 被利用時被實現，於是還引起更多可專利之發明。這些原

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理旎被實現於無數的不同實施例。僅該等較佳實施例被說 明在下。H純定細節縣了說_等較佳實施例的 目的而顯示，可是其它等效配置係能根據此專利揭露的該 等發明原理而發明。因此，該等發明原理並不限制在於此 所揭露的特定細節。 第3圖說明根據此專利揭露之發明原理的—種具有护 制系統之切換式電源供應器的-實施例。第3圖的實施例: 含電源轉換器1S其可實施任何適合的切換電源供應器抬樸 並且因此可包含任何適當數量魅合的開關、變壓器、電 感器、電容器、二極體等。為了說明容易，此範例 源轉換器可被假設具有-僅需-單—pw辭號的时—電 換元件，但解發縣理並W任何__並=^ 利用複數個PWM信號的實施例。 匕3 第3圖所示之PWJV[信號係由一具一 PWM信號之相位的控制器22所產生，第3 ; ^來調整該 含相移邏輯24以a應在操作條件 3W之實施例亦包 載20、該電源Vcc、-控制輸入信號等的::如:該負 PWM信號的相位。 燹化，轉移該 參考第4圖其說明根據此專利揭露之 一PWM信號的-實施例，此/ 月原理的 更佳被了解。從gt2 20 1316780 :換週期’隨著該顺信號在可被改咖整該負載之 輸出的時㈣時被切換到關㈣’以―傳統方式來操作。下 :個週期亦隨著,至爾統“開㈣”脈衝開始，立 5 10 15 調變以控制該輸出。然、而，在開始在_時關 ㈣^點’該系統檢測出在操作條件上的—變化，例如， 在該負載上的增加，其增加了電源的要求。若該p糧信號 保持關直到在_正常預定打_間，_輪出可能掉至不 能接受的位準。然而，在第4圖的實施例中，該打開隨著該 PWM㈣在t顿迅速折回被加私便更岐賴等改變的 操作條件。此分授-相移給該PWM㈣其在隨後的切換週 期期間回到一正常週期T。 根據此專利揭露之該等㈣原理的相移_pWMH 之原理可被顧至PWM轉換㉞樸的所㈣式以及包含 先導緣調變、拖尾緣調變等的控制技術。例如，在一具有 先導緣調變的實施中，該PWM信號，當在操作條件上:一 變化時’可被立即關閉而不是等待該正常關閉時間。第谓 所說明的相移邏輯24係可以硬體、軟體、或任何它們的合 適組合來實施。輯此專_露之發日騎理的實施例亦可 包含額外裝置’諸如誤差放大器、輸出感剛器等，立可盘 第3圖所示之裝置分開、或係可與料置以—依照以下所述 之協同方式整合來製造。 第5圖說明根據此專利揭露之發明原理的-種具有一 控制系統之切換式電源供應器的另一實施例。在第$圖之實 施例中，該控制器包含-比較器28其因應一來自一振盈器 20 13 ϊ 6780 26的時脈信號及來自一誤差放大器29的一誤差信號¥现13產 生該PWM信號，該相移邏輯32藉由重置該振盪器26轉移該 PWM信號的相位。在此實施例中，該相移邏輯藉由監測該 誤差信號VERB來檢測在操作條件上的一變化。 5 第6圖說明根據此專利揭露之發明原理的一種用於一 切換式電源供應器控制系統的相移電路之實施例。一開關 38、電阻器R1及電容器C1形成一樣品保持電路，其在該開 關於該PWM信號之開時間期間被關閉時追蹤一誤差信號 Verb。當該PWM信號關閉時，一比較器40比較被保持在C1 10 之Verb的取樣值與VERB的即時值以便監測在操作條件上的 變化。該比較器隻輸出產生一重置信號其可被用來相移該 PWM信號’例如，藉由重置一控制該PWM信號的振盡器。 一補償42可被加置該比較器的一輸入以便提供雜訊絡免及 /或設定一用於相移該PWM信號的臨界位準。該補償可以是 15使用者可規劃的如第6圖所示。在一利用超過一個pWM信 號的多相電源轉換器的一實施例中，該等PWM信號邏輯上 可被OR以至於每當所有相位是關（〇 ff)時該樣品保留電路保 留該取樣值。 第7圖說明根據此專利揭露之發明原理的—種具有一 20 控制系統的切換式電源供應器的另一實施例。第7圖所示之 實施例包含一與一具有概括用於控制目的之複數輸出表示 信號的PWM控制系統一起的兩相電源轉換器如美國專利 第6,683,441 B2號所述其具有一與本發明專利揭露一起的 共同發明人。來自該電壓控制反饋放大器八2的輸出信號 10

Claims (1)

1316780 劃線版I雙面影印 第95120831號申請案申請專利範圍修正本十、申請專利範圍： 98. 0Θ 年 98. 曰修正替換]9 Ρ, 1. 一種切換式電源供應器控制系統，包含有： 用來產生一用以控制經由一直流對直流切換式電源 供應器供至一負載之電力的脈衝寬度調變（PWM)信號之 5 一控制器；及 因應操作條件上之變化以產生一重置信號來轉移該 PWM信號的相位之邏輯組件； 其中該控制器包含一誤差放大器，該誤差放大器因 應該電源供應器之一輸出來產生一誤差信號；以及 10 其中該邏輯組件包含用以因應該脈衝寬度調變（PWM) 信號藉由追蹤及保持該誤差信號以產生一保持誤差信號 的一取樣保持電路，以及用以藉由比較該誤差信號及該 保持誤差信號以產生該重置信號的一比較器。 2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該控制器進一 15 步包含： 一時鐘振盪器，其用以產生一時鐘信號，該時鐘振 盪器因應該重置信號可以被重置； 一第二比較器，其具有耦合以接收一斜坡信號之一 第一輸入，及耦合以接收該誤差信號之一第二輸入；及 20 用以產生該脈衝寬度調變（PWM)信號之一正反器，該 正反器具有耦合以接收該時鐘信號之一第一邏輯輸入， 及耦合至該第二比較器之一輸出之一第二邏輯輸入。 3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該邏輯組件進 一步包含耦合於該比較器之一輸入之一補償電路，以提 13 1316780 年月曰修正替換％ 供介於該誤差信號及該保持誤差信號之一補償值。 4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該補償電路是 使用者可規劃的。 5. —種切換式電源供應器控制系統，包含有： 5 一控制器，用來產生一用以控制經由直流對直流切 換式電源供應器供至一負載之電力而具有一週期及一工 作週期之切換輸出信號；及 用以因應操作條件上一個隔離的變化只改變該週期 一次之邏輯組件； 10 其中該控制器包含： 一誤差放大器，該誤差放大器用以因應該電源 供應器之一輸出來產生一誤差信號； 一時鐘振盪器，其用以產生一時鐘信號，該時 鐘振盪器可因應一重置信號被重置； 15 一第一比較器，其具有耗合來接收一斜坡信號 之一第一輸入，及耦合來接收該誤差信號之一第二 輸入；及 用以產生該切換輸出信號之一正反器，該正反 器具有耦合來接收該時鐘信號之一第一邏輯輸入， 20 及耦合於該第一比較器之一輸出之一第二邏輯輸 入；以及 其中該邏輯組件包含： 一取樣保持電路，其用以因應該切換輸出信 號，藉由追蹤及保持該誤差信號以產生一保持誤差 14 1316780 信號，以及 一第二比較器，其用以藉由比較該誤差信號及 該保持誤差信號以產生該重置信號。 6.如申請專利範圍第5項所述之系統，其中假如在操作條 5 件下的該改變超過一臨界值，該邏輯組件只改變該週期。

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