电源转换器的混合式补偿电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种电源转换器的混合式补偿电路及方法，根据与该电源转换器的输出电压相关的反馈信号及参考值产生数字信号，将该数字信号转换为类比的第一信号，并藉可变偏移值偏移该第一信号产生第二信号，滤除该第二信号的高频成分产生第三信号以稳定该输出电压。该混合式补偿电路无需使用大电容，因此可以整合在集成电路中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系有关一种电源转换器，特别是关于一种电源转换器的补偿电路及方法。
技术介绍
在电源转换器的反馈回路中，需要补偿电路对相位边限(phase margin)进行补偿以使回路稳定。传统的类比式补偿电路包括如图1所示的EA型补偿电路10或图2所示的gm型补偿电路14。参照图1，EA型补偿电路10包括误差放大器12，电容Cl及电阻R3串联在误差放大器12的反相输入端及输出端之间，电阻R4与电容Cl及电阻R3并联，误差放大器12放大反馈信号Vfb及参考值Vref之间的差值产生信号Vcomp以供电源转换器稳定输出电压Vo，电阻R3、R4及电容Cl用以补偿信号Vcomp。在某些应用中，图1的电阻R4可以省略。参照图2，gm型补偿电路14包括转导放大器16，电阻R3及电容Cl串联在转导放大器16的输出端及地端GND之间，电容C2与电阻R3及电容Cl并联，转导放大器将反馈信号Vfb与参考值Vref之间的差值转换为电流Icomp，电阻R3及电容C1、C2根据电流Icomp产生补偿的信号Vcomp。使用外接式补偿电路需要占用控制IC的一支接脚，为了减少接脚数量，有越来越多的方案将补偿电路整合到IC中，例如美国专利号7，504，888。一般而言，gm型补偿电路14较容易整合在集成电路(IC)中，但是这些方案也有许多限制，一般来说，高切换频率直流对直流电源转换器的控制IC由于极点及零点大于ΙΟΚΗζ，因此较容易将补偿电路整合到IC中。而在低频宽应用中，例如功率因数修正(Power Factor Correction ；PFC)电源转换器或是其他类似PFC的控制IC或电源转换器，补偿电路14需要大电容Cl及C2，但是因为成本及面积的考量，大电容Cl及C2很难全部整合到IC中。更具体而言，PFC电源转换器的输入电压为具有60Hz交流频率的交流电压，因此其控制IC需要低增益及低频的极点及零点来达成低频宽回路以滤除交流频率，因此补偿电路14需要大电容Cl及C2来进行补偿，使信号Vcomp的变化较缓慢,才能滤除该交流频率。然而在IC中无法实现符合需求的大电容Cl及C2，因此需要使用一支接脚外接大电容Cl及C2，若想要缩小电容Cl及C2使其可以整合到IC中，贝U需要将电流Icomp降到奈(nano)安培等级或皮(pico)安培等级，但是如此小的电流很容易受到制程影响而无法准确控制，因此难以实现。由于类比式补偿电路不易整合，因此有不少数字式补偿电路被提出，例如美国专利号7，743，266及7，894，218，这些数字式补偿电路虽然可以整合在PFC电源转换器的控制IC中，但是通常需要复杂的数字信号处理(Digital Signal Processing ；DSP)演算法，因而需要占用较大的晶片面积，导致成本上升及晶片尺寸增加。另一方面，变化缓慢的信号Vcomp会造成电源转换器无法快速反应负载暂态，导致输出电压Vo发生大的电压落差(drop)或过冲(overshoot)。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于提出一种结合类比及数字电路的混合式补偿电路及方法。本专利技术的目的之一，在于提出一种整合在IC中以减少接脚的混合式补偿电路及方法。本专利技术的目的之一，在于提出一种减少晶片面积及成本的混合式补偿电路。本专利技术的目的之一，在于提出一种改善负载暂态的混合式补偿电路及方法。本专利技术的目的之一，在于提出一种具有二极点及一零点的混合式补偿电路。根据本专利技术，一种电源转换器的混合式补偿电路包括数字信号产生器根据与该电源转换器的输出电压相关的反馈信号及参考值产生数字信号，数字类比转换器将该数字信号转换为类比的第一信号，注入偏移器根据可变偏移值偏移该第一信号产生第二信号，以及低通滤波器滤除该第二信号的高频成分产生第三信号供该电源转换器稳定该输出电压。根据本专利技术，一种电源转换器的混合式补偿方法包括根据与该电源转换器的输出电压相关的反馈信号及参考值产生数字信号，将该数字信号转换为类比的第一信号，提供随该反馈信号与该参考值之间的差值改变的可变偏移值，根据该可变偏移值偏移该第一信号产生第二信号，以及滤除该第二信号的高频成分产生第三信号供该电源转换器稳定该输出电压。藉该数字信号产生器及该数字类比转换器提供第一极点，该注入偏移器提供零点，该低通滤波器提供第二极点，该混合式补偿电路可以模拟类比式补偿电路的功能，因此可以取代类比式补偿电路，而且不需要大电容，可以轻易地整合到电源转换器的控制IC中，减少控制IC的接脚数量。由于该混合式补偿电 路系结合类比及数字电路，因此相对于数字式补偿电路来说，其电路较简单，也不需要复杂的DSP演算法，因而能减少晶片面积及成本。在电源转换器发生负载暂态时，该混合式补偿电路可以立即将该数字信号调升到最大值或调降到最小值，或是将该数字信号以最快频率调升或调降，因此可以改善负载暂态响应。附图说明图1系传统的EA型补偿电路；图2系传统的gm型补偿电路；图3系根据本专利技术的混合式补偿电路；图4系图3的混合式补偿电路的第一实施例；图5系图2的转导放大器的电流-电压特性曲线；图6系图4的第一信号Val的电压变化率dVal/dt对电压Vrefl-Vfbl的特性曲线.-^4 ，图7系图3的混合式补偿电路的第二实施例；图8系图7的时脉信号及脉冲信号的时序图；图9系图7的第一信号Val的电压变化率dVal/dt对电压Vrefl-Vfbl的特性曲线.-^4 ，图10系图3的混合式补偿电路的第三实施例；以及图11系使用图2的gm型类比式补偿电路及本专利技术的混合式补偿电路产生的电源转换器的输出电压和信号Vcomp。主要元件符号说明:10EA型补偿电路12误差放大器14gm型补偿电路16转导放大器20混合式补偿电路22数字信号产生器24数字类比转换器26偏移注入器28低通滤波器30比较器32反相器 34磁滞比较器36磁滞比较器38运算转导放大器40振荡器42控制器44升降计数器46电流源48电流源50电流源52电流源54电阻Rof的第一端56电阻Rof的第二端60多工器62比较器64脉冲产生器70比较器72比较器74比较器76比较器78比较器80控制器82除频器84除频器86除频器88除频器90运算放大器92电源转换器的输出电压94电源转换器的输出电压96反馈信号98反馈信号具体实施例方式参照图3，根据本专利技术的混合式补偿电路20可以应用在各种类型的电源转换器，例如直流对直流电源转换器及PFC电源转换器。在混合式补偿电路20中，数字信号产生器22根据与电源转换器的输出电压相关的反馈信号Vfbl及参考值Vrefl产生数字信号Sd，数字类比转换器(Digital-to-Analog Converter ;DAC) 24将数字信号Sd转换为类比的第一信号Val,偏移注入器(offset injector) 26提供可变偏移值偏移第一信号Val产生第二信号Va2，低通滤波器(Low Pass Filter ;LPF) 28滤除第二信号Va2的高频成分产生第三信号Vcomp供稳定电源转换器的输出电压。混合式补偿电路20系模拟如图2所不的gm型补偿电路14。众所周知，gm型补偿电路14提供二极点及一零点，混合式补偿电路20同样可以提供二极点及一零点，详言之，数字信号产生器22及DAC 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源转换器的混合式补偿电路，其特征在于，所述的混合式补偿电路包括：数字信号产生器，根据反馈信号及参考值产生数字信号，其中所述的反馈信号与所述的电源转换器的输出电压相关；数字类比转换器，连接所述的数字信号产生器，将所述的数字信号转换为类比的第一信号；偏移注入器，连接所述的数字类比转换器，提供可变偏移值以偏移所述的第一信号产生第二信号，其中所述的可变偏移值系由所述的反馈信号与所述的参考值之间的差值决定；以及低通滤波器，连接所述的偏移注入器，滤除所述的第二信号的高频成分产生第三信号供所述的电源转换器稳定所述的输出电压。

【技术特征摘要】
2011.11.08 TW 1001406801.一种电源转换器的混合式补偿电路，其特征在于，所述的混合式补偿电路包括: 数字信号产生器，根据反馈信号及参考值产生数字信号，其中所述的反馈信号与所述的电源转换器的输出电压相关； 数字类比转换器，连接所述的数字信号产生器，将所述的数字信号转换为类比的第一信号; 偏移注入器，连接所述的数字类比转换器，提供可变偏移值以偏移所述的第一信号产生第二信号，其中所述的可变偏移值系由所述的反馈信号与所述的参考值之间的差值决定；以及 低通滤波器，连接所述的偏移注入器，滤除所述的第二信号的高频成分产生第三信号供所述的电源转换器稳定所述的输出电压。2.按权利要求1所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的数字信号产生器包括: 比较器，比较所述的反馈信号及所述的参考值产生比较信号； 控制器，连接所述的比较器，因应时脉信号对所述的比较信号取样以决定控制信号；以及 升降计数器，连接所述的控制器，提供所述的数字信号并根据所述的时脉信号取样所述的控制信号以调整所述的数字信号。3.按权利要求2所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的混合式补偿电路更包括: 第二比较器，连接所述的控制器，在所述的反馈信号大于第一临界值时产生第二比较信号给所述的控制器；以及 第三比较器，连接所述的控制器，在所述的反馈信号小于第二临界值时产生第三比较信号给所述的控制器； 其中，所述的控制器根据所述的第二比较信号及第三比较信号，使所述的数字信号立即调降到最小值或调升到最大值。4.按权利要求2所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的混合式补偿电路更包括: 振荡器，连接所述的控制器，提供所述的时脉信号；以及 运算转导放大器，连接所述的振荡器，放大所述的反馈信号及所述的参考值之间的差值产生频率调整信号给所述的振荡器，以调整所述的时脉信号的频率； 其中，当所述的反馈信号及所述的参考值之间的差值增加时，所述的时脉信号的频率增加。5.按权利要求4所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的混合式补偿电路更包括: 第二比较器，连接所述的振荡器，在所述的反馈信号大于第一临界值时产生第二比较信号给所述的振荡器；以及 第三比较器，连接所述的振荡器，在所述的反馈信号小于第二临界值时产生第三比较信号给所述的振荡器； 其中，所述的振荡器根据所述的第二比较信号及第三比较信号，调升所述的时脉信号的频率至最大值，以使所述的数字信号以最大频率调升至最大值或调降至最小值。6.按权利要求1所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的数字信号产生器包括: 比较器，比较其两输入端的信号产生比较信号，其中所述的两输入端的第一输入端接收所述的反馈信号；振荡器，提供时脉信号，并根据频率调整信号调整所述的时脉信号的频率； 多工器，连接所述的比较器，在所述的时脉信号的每一个周期中，依序将多个临界值及所述的参考值供应到所述的两输入端的第二输入端； 控制器，连接所述的比较器及振荡器，根据所述的比较信号决定控制信号及所述的频率调整信号； 升降计数器，连接所述的控制器及振荡器，提供所述的数字信号并根据所述的时脉信号取样所述的控制信号以调整所述的数字信号；以及 脉冲产生器，连接所述的振荡器及多工器，因应所述的时脉信号产生多个脉冲信号给所述的多工器，以使所述的多工器依序将所述的多个临界值及所述的参考值供应到所述的比较器的第二输入端。7.按权利要求6所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的时脉信号的频率在所述的反馈信号大于所述的多个临界值的最大值或小于所述的多个临界值的最小值时，调整至最闻值。8.按权利要求1所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的数字信号产生器包括: 第一比较器，将所述的反馈信号与所述的参考值比较产生第一比较信号； 多个第二比较器，将所述的反馈信号分别与多个临界值比较产生多个第二比较信号；控制器，连接所述的第一比较器及所述的多个第二比较器，根据所述的第一比较信号及所述的多个第二比较信号从多个时脉信号中选择其中一个输出；以及 升降计数器，连接所述的第一比较器及所述的控制器，提供所述的数字信号，根据所述的控制器输出的时脉信号对所述的第一比较信号取样，并根据取样结果调整所述的数字信号。9.按权利要求8所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的控制器在所述的反馈信号大于所述的多个临界值的最大值或小于所述的多个临界值的最小值时，选择频率最高的时脉信号。10.按权利要求6或8所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的升降计数器在所述的反馈信号大于所述的多个临界值的最大值或小于所述的多个临界值的最小值时，立即将所述的数字信号调降到最小值或调升到最大值。11.按权利要求6或8所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的升降计数器在所述的反馈信号大于所述的多个临界值的最大值或小于所述的多个临界值的最小值时，以最大频率将所述的数字信号调降到最小值或调升到最大值。12.按权利要求1所述的混合式补偿电路，其特征在于，所述的偏移注入器包括: 电阻，具有第一端连接所述的数字类比转换器，以及第二端连接所述的低通滤波器，提供所述的可变偏移值； 第一电流源，提供随所述的差值变化的电流； 第一开关，与所述的第一电流源串联到所述的第一端，受控于第一控制信号； 第二电流源，提供随所述的差值变化的电流； 第二开关，与所述的第二电流源串联到所述的第一端，受控于第二控制信号； 第三电流源，提供随所述的差值变化的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐健夫，潘均宏，陈曜洲，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：