電源轉換裝置的制作方法

專利名稱：電源轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種轉換裝置，其系尤指一種可數字化與增加穩定性的電源轉換裝置。
背景技術：
現今直流對直流轉換裝置隨著其能力及使用的持續擴展而在現今社會日益普及。 直流對直流轉換裝置被典型地用于將一個直流電壓準位轉換為另一期望的直流電壓位準。 直流對直流轉換裝置可廣泛地用于多種環境。其中一種轉換裝置的開關切換周期不固定， 即通常所說的脈沖頻率調變(Pulse FrequencyModulation,PFM)轉換裝置。另一種轉換裝 置被稱為定頻轉換裝置，即通常所說的脈沖寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)轉換 裝置。PWM轉換裝置通常分為兩類，即電壓模式轉換裝置和電流模式轉換裝置。電壓模式轉換裝置包括一個控制回路，其包含一誤差放大器、一 PWM比較器與一 個或多個驅動單元。該電壓模式轉換裝置的輸出電壓透過該誤差放大器與參考電壓相比 較，以調整輸出電壓。該PWM比較器接收該誤差放大器的輸出作為其第一輸入，并且從外部 裝置接收鋸齒或三角波信號作為其第二輸入。該PWM比較器的輸出為PWM信號，其被該驅 動單元放大，且該驅動單元將依據PWM信號驅動開關。這種轉換裝置的優點在于架構簡單。 其主要缺點是由于該誤差放大器需要較大的電容補償，導致精確度低及對瞬時負載的響應 慢。電壓模式轉換裝置的控制電路只把輸出端的輸出電壓回授至控制電路，再由控制 電路輸出脈波寬度調整訊號，以調整輸出電壓。但此種模式反應速度較慢，當負載變化的時 候，系統需要較長的時間才能穩定。所以，另一種電流模式轉換裝置的控制方式可以解決上 述的問題。請參閱圖1，為現有技術的直流對直流轉換裝置。如圖所示，現有技術的直流對 直流轉換裝置包含一變壓器10，、一開關20，、一感測電阻30，、一第一電阻40，、一第二電阻 42，、一誤差放大器50，、一比較器60，與一正反器70，。變壓器10，是接收一輸入電壓，并 轉換輸入電壓而產生一輸出電壓，開關20’是耦接變壓器10’，感測電阻30’耦接開關20’， 以感測流經開關20’的電流，而產生一感測訊號，第一電阻40’與第二電阻42’串聯，并耦 接于變壓器10’的輸出端，且依據輸出電壓而產生一分壓訊號，誤差放大器50’是接收分壓 訊號，而依據分壓訊號與一參考訊號，而產生一回授訊號，比較器60’是比較回授訊號與感 測訊號，而產生一比較訊號，正反器70’耦接比較器60’，并依據一頻率訊號與比較訊號而 產生一切換訊號，且傳送切換訊號至開關20’，以控制開關切換變壓器10’。另外，此誤差放 大器50’為集總名稱，常包含光耦合器與放大器等組件，用于隔離一二次側與放大誤差。承上所述，請一并參閱圖2，為圖1的直流對直流轉換裝置的時序圖。如圖所示，由 于正反器70’所接收的頻率訊號會使正反器70’輸出的切換訊號為高準位，而使開關20’ 導通，此時變壓器10’的一變壓器100’的一次側電流會流過開關20’，此電流會流過感測 電阻30’而產生感測訊號。另外，誤差放大器50’輸出的回授訊號為緩慢變化的訊號，比較 器60’是比較感測訊號與回授訊號，當感測訊號大于回授訊號時，則比較器60’輸出的比較訊號為高準位，使重置正反器70’以截止開關20’。若負載的電流變大使輸出電壓較小，或 流經開關20’的電流較小，都會使導通開關20’的工作周期變大，而使輸出電壓調整回期望值。然而，上述的直流對直流轉換裝置的架構并無法數字化，并且是采用電流峰值的 方式，而會有穩定性的問題，且對系統噪聲很敏感。因此，如何針對上述問題而提出一種新 穎電源轉換裝置，其可數字化電源轉換裝置，并可增加其穩定性，使可解決上述的問題。

發明內容
本發明的目的之一，在于提供一種電源轉換裝置，其可有效數字化電源轉換裝置， 進而降低轉換裝置的復雜度。本發明的目的之一，在于提供一種電源轉換裝置，其通過一控制電路依據一感測 訊號與一回授訊號而產生一切換訊號，以控制一開關進而控制一變壓器電流，以增加轉換 裝置的穩定性。為了達到上述的目的，本發明是一種電源轉換裝置，其包含一變壓器，接收一輸入電壓，并轉換該輸入電壓而產生一輸出電壓；一開關，耦接該變壓器，以切換該變壓器；一感測電路，耦接該開關，并偵測該開關的一電流而產生一感測訊號；一回授電路，耦接該變壓器，并依據該輸出電壓而產生一回授訊號；以及一控制電路，耦接該開關、該感測電阻與該回授電路，并相除該感測訊號與該回授 訊號，以決定一切換訊號的一工作周期，而產生該切換訊號，該切換訊號用以控制該開關切 換該變壓器。本發明中，其中該控制電路更依據一比例參數，以決定該切換訊號的該工作周期。本發明中，其中該控制電路包含一運算單元，接收該感測訊號與該回授訊號，并將該回授訊號除以該感測訊號，以 決定該切換訊號的工作周期，而產生該切換訊號。本發明中，其中該控制電路更包含一定時器，耦接該運算單元，并依據該工作周期而進行計時，而產生一控制訊號； 以及一驅動單元，耦接該定時器，并依據該控制訊號而產生該切換訊號，且傳送該切換 訊號至該開關，以驅動該開關。本發明中，其中該控制電路更包含一模擬數字轉換單元，接收該感測訊號，并轉換該感測訊號；以及一取樣保持單元，耦接該模擬數字轉換單元，并接收該模擬數字轉換單元轉換后 的該感測訊號，且取樣該感測訊號，而將取樣后的該感測訊號傳送至該運算單元。本發明中，其中該控制電路更包含一模擬數字轉換單元，接收該回授訊號，并轉換該回授訊號；以及一取樣保持單元，耦接該模擬數字轉換單元，并接收該模擬數字轉換單元轉換后 的該回授訊號，且取樣該回授訊號，而將取樣后的該回授訊號傳送至該運算單元。本發明中，其中該回授電路包含
一分壓電路，耦接該變壓器的一輸出端并接收該輸出電壓，產生一分壓訊號；以及一放大器，接收該分壓訊號與一參考訊號，而依據該分壓訊號與該參考訊號，產生該回授訊號。本發明中，其中該分壓電路包含一第一電阻，耦接該變壓器的輸出端；以及一第二電阻，串聯該第一電阻，以產生該分壓訊號。本發明中，其中該放大器為一誤差放大器。本發明中，其更包含一整流濾波電路，耦接該變壓器的一輸出端，并整流濾波該變壓器轉換后的該輸 出電壓。本發明中，其中該開關為一晶體管。本發明具有的有益效果本發明的電源轉換裝置是通過一變壓器接收一輸入電 壓，并轉換輸入電壓而產生一輸出電壓；一開關耦接變壓器，以切換變壓器；一感測電路耦 接開關，并偵測開關的電流而產生一感測訊號；一回授電路耦接變壓器，并依據輸出電壓而 產生一回授訊號；以及一控制電路耦接開關、感測電阻與回授電路，并相除感測訊號與回授 訊號而決定一切換訊號的一工作周期，以產生一切換訊號，切換訊號用以控制開關切換變 壓器。如此，本發明可有效數字化電源轉換裝置，進而降低轉換裝置的復雜度，并且可增加 轉換裝置的穩定性。


圖1為現有技術的直流對直流轉換裝置的電路圖；圖2為圖1的直流對直流轉換裝置的時序圖；圖3為本發明的一較佳實施例的電路圖；以及圖4為圖3的一較佳實施例的時序圖。圖號簡單說明現有技術10，變壓器20，開關30’感測電阻40’第一電阻42’第二電阻50’誤差放大器60，比較器70，正反器本發明10變壓器12整流濾波電路120 二極管122濾波電容20 開關30 感測電路40 回授電路42 分壓電路420第一電阻422第二電阻44放大器50控制電路500運算單元501定時器502驅動單元504第一模擬數字轉換單元
506第一取樣保持單元508第二模擬數字轉換單元510第二取樣保持單元
具體實施例方式為使對本發明的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的 實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下請參閱圖3，為本發明的一較佳實施例的電路圖。如圖所示，本發明的直流對直流 轉換裝置包含一變壓器10、一開關20、一感測電路30、一回授電路40與一控制電路50。變 壓器10是接收一輸入電壓，并轉換輸入電壓而產生一輸出電壓，其中變壓器10更耦接一整 流濾波電路12。整流濾波電路12是耦接于變壓器10的一輸出端，并整流濾波變壓器10 轉換后的輸出電壓。變壓器10具有一次側繞組與一二次側繞組，一次側繞組是接收輸入電 壓，并轉換輸入電壓而產生輸出電壓，并由二次測繞組輸出該輸出電壓。整流濾波電路12 包含一二極管120與一濾波電容122，二極管120耦接變壓器10的輸出端，以整流變壓器 10所產生的輸出電壓，濾波電容122是耦接二極管120，以濾波二極管120輸出的輸出電 壓。上述的變壓器10的結構為現有技術領域中具有通常知識者所皆知的技術，故此不再多 加以贊述。開關20是耦接變壓器10，以控制變壓器10導通或截止，感測電路30是耦接開關 20，并偵測開關20的電流而產生感測訊號，即當開關20導通時，感測電路30是會偵測流經 過開關20的變壓器10的一次側繞組的電流，而產生感測訊號。其中，感測電路30的一較 佳實施例為一電阻。回授電路40是耦接變壓器10，并依據變壓器10的輸出電壓而產生一 回授訊號，控制電路50是耦接開關20、感測電阻30與回授電路40，并依據感測電路30所 產生的感測訊號與回授電路40所產生的回授訊號而產生一切換訊號，以控制開關20進而 控制變壓器10的電流，而控制電路50是相除感測訊號與回授訊號，以決定切換訊號的一工 作周期，也就是將回授訊號除以感測訊號而產生切換訊號，并將切換訊號傳送至開關20，以 控制開關20的打開時間(turn ON)，進而控制變壓器10。如此，本發明通過控制電路50以 除法的方式產生切換訊號，以增加轉換裝置的穩定性，并且可以數字化。此外，控制電路50 更依據一比例參數而決定切換訊號的工作周期，于此實施例中，控制電路50是乘上比例參 數于切換訊號，而決定切換訊號的工作周期。又，本發明的電源轉換裝置可應用于直流對直 流轉換裝置或是交流對直流轉換裝置。再者，本發明的控制電路50包含一運算單元500、一定時器501與一驅動單元 502。運算單元500是接收感測訊號與回授訊號，并將回授訊號除以感測訊號而決定切換訊 號的工作周期，且產生切換訊號。定時器501是耦接運算單元500，并依據切換訊號的工作 周期而進行計時，以產生一控制訊號，例如，定時器501接收切換訊號后，而得知切換訊號 的打開時間(turn ON)為20毫秒(ms)，則定時器501則進行計時，當計時到20毫秒(ms) 時，則產生控制訊號，并傳送控制訊號至驅動單元502。驅動單元502是耦接定時器501，并 依據控制訊號而產生切換訊號，且驅動單元502將切換訊號傳送至開關20，以驅動開關20 導通或截止。此外，本發明的控制電路50更包括一第一模擬數字轉換單元504、一第一取樣保 持單元506、一第二模擬數字轉換單元508與一第二取樣保持單元510。第一模擬數字轉換單元504耦接感測電阻30與開關20，并接收感測訊號而轉換感測訊號，第一取樣保持單元 506是耦接第一模擬數字轉換單元504，并第一取樣保持單元506接收第一模擬數字轉換單 元504轉換后的感測訊號，且取樣感測訊號，而將取樣后的感測訊號傳送至運算單元500。 第二模擬數字轉換單元508是耦接回授電路40，并第二模擬數字轉換單元508接收回授訊 號，并轉換回授訊號，第二取樣保持單元510耦接第二模擬數字轉換單元508，并第二取樣 保持單元510接收第二模擬數字轉換單元508轉換后的回授訊號，且取樣該回授訊號，而將 取樣后的回授訊號傳送至運算單元500，以進行運算。如此，本發明通過模擬數字轉換單元 與取樣保持單元而可有效數字化直流對直流轉換裝置，進而降低轉換裝置的復雜度。另外， 第一模擬數字轉換單元504與第二模擬數字轉換單元508在硬件實現上，可以共享以節省 電路硬件結構，進而達到節省成本。并且，本發明的回授電路40包含一分壓電路42與一放大器44。分壓電路42耦接 變壓器10的輸出端，并接收整流濾波電路12的輸出電壓，而產生一分壓訊號，放大器44是 接收分壓訊號與一參考訊號，而依據分壓訊號與參考訊號，產生回授訊號，其中，放大器44 的一較佳實施例為一誤差放大器，其比較分壓訊號與參考訊號而產生回授訊號。此外，分壓 電路42包含一第一電阻420與一第二電阻422。第一電阻420是耦接整流濾波電路12的 輸出端，以接收變壓器10的輸出電壓，第二電阻422是串聯第一電阻420，以產生分壓訊號。請參閱圖4，為圖3的一較佳實施例的時序圖。如圖所示，上面的波形為回授訊號， 中間的波形為感測訊號，感測訊號是關聯于回授訊號，而下面的波形為切換訊號，切換訊號 受控于感測訊號與回授訊號，即感測訊號產生未達到回授訊號時，切換訊號則為高準位訊 號；當感測訊號量值與回授訊號相同時，切換訊號為低準位訊號。本發明是通過感測訊號的 波形與回授訊號的波形間的相關性，并利用等比三角形的公式，而得知切換訊號的工作周 期，即第一取樣保持單元506于一第一取樣時間T1取樣感測訊號為一第一取樣值M1，第一 取樣值M1與回授訊號的峰值C的關聯性為M1/C=T1/T……(1)其中，T為感測訊號的上升時間。承上所述，由于感測訊號的上升時間T是等同于切換訊號的工作周期D乘上切換 周期Ts，即D*Ts，而工作周期D常以百分比表示，因此，第一取樣值M1與回授訊號的峰值C 的關聯性可變更為M1/C=T1/DT1……(2) D=T1/TSC/M1……(3)其中，第一取樣時間T1為一常數，取樣周期Ts也為常數，因此T/Ts亦為常數，因 此，工作周期D是正比于CVM1，如此，本發明的運算單元500是將回授訊號C除以感測訊號 的取樣值M，而決定切換訊號的工作周期。由于本發明是通過第一取樣保持單元506取樣感 測訊號，而可以得知流向變壓器100的二次側的電流，以避免電流過高而使系統損壞，進而 增加其轉換裝置的穩定性。綜上所述，本發明的電源轉換裝置是通過一變壓器接收一輸入電壓，并轉換輸入 電壓而產生一輸出電壓；一開關耦接變壓器，以切換變壓器；一感測電路耦接開關，并偵測開關的電流而產生一感測訊號；一回授電路耦接變壓器，并依據輸出電壓而產生一回授訊 號；以及一控制電路耦接開關、感測電阻與回授電路，并相除感測訊號與回授訊號而決定一 切換訊號的一工作周期，以產生一切換訊號，切換訊號用以控制開關切換變壓器。如此，本 發明可有效數字化電源轉換裝置，進而降低轉換裝置的復雜度，并且可增加轉換裝置的穩定性。 綜上所述，僅為本發明的一較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施的范圍，凡 依本發明權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于 本發明的權利要求范圍內。
權利要求
一種電源轉換裝置，其特征在于，其包含一變壓器，接收一輸入電壓，并轉換該輸入電壓而產生一輸出電壓；一開關，耦接該變壓器，以切換該變壓器；一感測電路，耦接該開關，并偵測該開關的一電流而產生一感測訊號；一回授電路，耦接該變壓器，并依據該輸出電壓而產生一回授訊號；以及一控制電路，耦接該開關、該感測電阻與該回授電路，并相除該感測訊號與該回授訊號，以決定一切換訊號的一工作周期，而產生該切換訊號，該切換訊號用以控制該開關切換該變壓器。
2.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該控制電路更依據一比例參 數，以決定該切換訊號的該工作周期。
3.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該控制電路包含一運算單元，接收該感測訊號與該回授訊號，并將該回授訊號除以該感測訊號，以決定 該切換訊號的工作周期，而產生該切換訊號。
4.如權利要求3所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該控制電路更包含一定時器，耦接該運算單元，并依據該工作周期而進行計時，而產生一控制訊號；以及 一驅動單元，耦接該定時器，并依據該控制訊號而產生該切換訊號，且傳送該切換訊號 至該開關，以驅動該開關。
5.如權利要求3所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該控制電路更包含 一模擬數字轉換單元，接收該感測訊號，并轉換該感測訊號；以及一取樣保持單元，耦接該模擬數字轉換單元，并接收該模擬數字轉換單元轉換后的該 感測訊號，且取樣該感測訊號，而將取樣后的該感測訊號傳送至該運算單元。
6.如權利要求3所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該控制電路更包含 一模擬數字轉換單元，接收該回授訊號，并轉換該回授訊號；以及一取樣保持單元，耦接該模擬數字轉換單元，并接收該模擬數字轉換單元轉換后的該 回授訊號，且取樣該回授訊號，而將取樣后的該回授訊號傳送至該運算單元。
7.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該回授電路包含 一分壓電路，耦接該變壓器的一輸出端并接收該輸出電壓，產生一分壓訊號；以及 一放大器，接收該分壓訊號與一參考訊號，而依據該分壓訊號與該參考訊號，產生該回授訊號。
8.如權利要求7所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該分壓電路包含 一第一電阻，耦接該變壓器的輸出端；以及一第二電阻，串聯該第一電阻，以產生該分壓訊號。
9.如權利要求8所述的電源轉換裝置，其特征在于，其中該放大器為一誤差放大器。
10.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，其更包含一整流濾波電路，耦接 該變壓器的一輸出端，并整流濾波該變壓器轉換后的該輸出電壓。
11.如權利要求1所述的直流對直流轉換裝置，其特征在于，其中該開關為一晶體管。
全文摘要
本發明是有關于一種電源轉換裝置，其通過一變壓器接收一輸入電壓，并轉換輸入電壓而產生一輸出電壓；一開關耦接變壓器，以控制變壓器電流；一感測電路耦接開關，并偵測開關的一電流而產生一感測訊號；一回授電路耦接變壓器，并依據輸出電壓而產生一回授訊號；一控制電路耦接開關、感測電阻與回授電路，并相除感測訊號與回授訊號，以決定切換訊號的一工作周期，而產生切換訊號，切換訊號用以控制開關進而控制變壓器電流。如此，可有效數字化電源轉換裝置，進而降低轉換裝置的復雜度，并可增加轉換裝置的穩定性。
文檔編號H02M3/335GK101826798SQ20101014964
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者關佑安, 周保助, 張逢仁, 楊慧聰, 許仁杰, 賴致廷, 鐘志祥, 黃清火 申請人:矽創電子股份有限公司