TW200816642A - PWM boost system and start-up method thereof - Google Patents

Description

200816642 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種脈寬調變升壓系統（pulse width modulation boost system)及其啟動方法，尤指一種具限流緩 啟動（current limit soft-start)功能之脈寬調變升壓系統及其 啟動方法。 【先前技術】 圖1係習知之一脈寬調變升壓系統1，其包含一升壓電路 10、一 脈寬調變電路（pulse width modulation circuit)ll、一 前振盪器（pre-oscillator)12、一比較器13、一分壓電路14及 一穩定電路15。圖2(a)及2(b)係分別顯示脈寬調變升壓系統 1之輸出電壓Vout連接一輕載（light load)及一重載（heavy load)時之相關訊说圖。訊號v〇ut、Ve〇i及Ili分別表示該脈 寬調變升壓系統1之直流輸出電壓、連接該比較器丨3及該脈 寬調變電路11之節點E01之電壓（即誤差電壓）及流經該升 壓電路10中一升壓電感L1之電感電流。該穩定電路15包含 串接於節點EO1與接地端之間之一電阻R3及一電容C2。 參考圖2(a)，當脈寬調變升壓系統1啟動時，一參考電壓 Vref施加於該比較器13之非反相輸入端，該比較器13之反相 輸入端則連接來自該分壓電路14之迴授電壓VFB，以定義直 流輸出電壓Vout之大小。當直流輸出電壓vout小於一第一預 定電壓 Vuvl()(undervoltage lockout voltage)時（即前振盪 期）’該前振盪器12輸出一前振盪訊號s0SC至該脈寬調變電 路11以生成一脈寬調變訊號Sp\vM。注意在該前振盈期内， 113634 200816642 該比較器13並沒有輸出訊號（即Ve〇 1之位準為〇)。該脈寬調 變訊號Spwm用以改變開關SW1導通或關閉的時間，使得由 第一電壓乂以產生且流經該升壓電感L1之電感電流iL1可間 歇地對電容C1充電’而使儲存在電容C1中之電荷產生該直 流輸出電壓Vout。其中二極體D1則限制電容c丨放電之方 向。進入脈寬調變期後，該直流輸出電壓V。^保持在該第一 預定電壓Vuvi。一段時間。當該直流輸出電壓从_往上增加 p 時，將伴隨著電感電流IL1產生峰值電流（inrush current);待 該直流輸出電壓\^_升高至一第二預定電壓vrefXDIV(其 中，DIV=(R1+R2)/R2)，該電感電流IL1方才下降。 參考圖2(b)，其前振盪期之作動與圖2(a)相同。然，當前 振盪期結束後，因該脈寬調變升壓系統丨之輸出係連接一重 載’造成訊號VE0!在前振盡期及脈寬調變期之兩種操作模 式下不斷切換，而無法使該脈寬調變電路丨丨產成一適當之 脈寬調變訊號sPWM。結果使得該直流輸出電壓vQut一直在該 第一預定電壓VuvlQ附近振蘯，而無法達到該第二預定電壓 VrefxDIV (即無法將該脈寬調變升壓系統1順利啟動）。 【發明内容】 本發明之目的係提供一種脈寬調變升壓系統（pulse width modulation boost system)，藉由增加一限流電路及一配合一 致動訊號（enable signal)於一前振盪期啟動之比較器，以消 除於輕載啟動時之峰值電流並使連接重載時可順利啟動。 本發明之另一目的係提供一種脈寬調變升壓系統之啟動 方法’藉由限制流經一升壓電感之電感電流及於該前振盪 113634 200816642 期中啟動一比較器，以消除於輕載啟動時之峰值電流並使 連接重載時可順利啟動。 為達到上述目的，本發明揭示一種脈寬調變升壓系統， 其包含一包含一升壓電感之升壓電路、一分壓電路、一比 較器、一脈寬調變電路、一前振盪器及一限流電路。該升 壓電路係將一第一電壓進行升壓以產生一直流輸出電壓。 。亥刀壓電路係利用該直流輸出電壓產生一迴授電壓。該比 〔' 較器用以比較一參考電壓及該迴授電壓以產生一誤差電 壓。該脈寬調變電路係接收該誤差電壓以產生一脈寬調變 讹號以控制该升壓電路。該前振蘯器係於一前振盪期内產 生一前振盪訊號至該脈寬調變電路。該限流電路係控制一 流經該升壓電感之電感電流。其中當該直流輸出電壓小於 第預疋電壓之期間係定義該前振盪期，而當該直流輸 出電壓大於該第-預定電壓之期間係定義一脈寬調變期。 本發明另揭示一種脈寬調變升壓系統之啟動方法，其包 u 含以下步驟：（1)提供一誤差電壓；（2)根據該誤差電壓，產 生一脈寬調變訊號；（3)藉由該脈寬調變訊號控制一升壓電 路中之一開關，以控制一流經該升壓電路中一升壓電感之 電感電流；（4)利用該電感電流對該升壓電路中之一電容充 電其中δ亥電合之儲存電荷定義一直流輸出電壓；以及（5) 根據。亥直流輸出電壓，提供一迴授電壓以調整該誤差電 壓。其中當該直流輸出電壓小於一第一預定電壓之期間定 $為一前振盡期’而當該直流輸出電壓大於該第一預定電 壓之期間定義為-脈寬調變期且該誤差電壓係於該前振盪 113634 200816642 期内經由一致動訊號啟動所產生。 【實施方式】 圖3係本發明之脈寬調變升壓系統2示意圖◊圖4(a)及4(b) 係分別顯示本發明之脈寬調變升壓系統2之輸出電壓乂^連 接一輕載及一重載時之相關訊號圖。該脈寬調變升壓系統2 包含一包含一升壓電感L2之升壓電路20、一分壓電路24、 一比較器23、一脈寬調變電路21、一前振盪器22、一限流 ( 電路26及一穩定電路27。該升壓電路20包含一連接一第一 電壓Vin之升壓電感L2、一與該升壓電感L2串聯之開關 SW2、一連接於該升壓電感L2與該開關SW2之二極體D2以 及一連接於該二極體D2及一接地端間之電容C3。該電容C3 儲存之電荷係用以產生該直流輸出電壓Vout。該升壓電路2〇 It由控制该開關S W 2之導通時間而間歇地對電容c 3充電， 以將第一電壓Vin進行升壓而生成直流輸出電壓。該分 壓電路24於本實施例係包含一連接該二極體D2之第一電阻 O R4以及一連接該第一電阻R4及該接地端之間之第二電阻 R5。該分壓電路24係利用該直流輸出電壓產生一迴授 電壓VFB。當該直流輸出電壓从_小於一第一預定電壓時（即 於刖振盪期内），一致動訊號ENABLE啟動該比較器23以比 較一參考電壓vref及該迴授電壓v FB以產生一誤差電壓 VE〇2(即節點E02之電壓）。該脈寬調變電路21係接收該誤差 電壓vE〇2以產生一脈寬調變訊號Sp簡以控制該升壓電路 2〇。該前振盪器22係於一前振盪期内產生一前振盪訊號 Sosc至該脈寬調變電路21。該限流電路26係控制一流經該 113634 200816642 升壓電感L2之電感電流ILa。該穩定電路27包含串接於節點 E02及接地端之間之一電阻R6及一電容C4。其中當該直流 輸出電壓小於該第一預定電壓（於本實例係 undervoltage lockout voltage，Vuvl。）之期間係定義為該前振 盈期’而當该直流輸出電壓V〇ut大於該第一預定電壓之期間 係定義為一脈寬調變期。 圖5係圖3之脈寬調變升壓系統2之啟動方法流程圖。首先 提供一誤差電壓VE〇2(步驟S10)。參圖4(a)及4(b)，於前振盪 期内，該致動訊號ENABLE啟動該比較器23以產生該誤差 電壓VE〇2 ;同時’前振盪器22也產生一前振盪訊號s〇sc。 脈寬調變電路21則根據該前振盡訊號sosc而產生一脈寬調 變訊號SPWM(步驟S20)。該脈寬調變訊號sPWM則控制升壓電 路20中之開關SW2之導通時間，以控制一流經該升壓電路 20中一升壓電感L2之電感電流IL2(步驟S30)。接著，利用該 電感電流IL2對該升壓電路20中之一電容C3充電，其中儲存 在電容C3之電荷係定義該直流輸出電壓vQUt (步驟S40)。 當該直流輸出電壓乂㈣大於該第一預定電壓Vuvl。時（即進入 脈寬調變期），電感電流IL2也隨著增加。此時限流電路26 利用節點S感測該電感電流IL2，接著以一電流上限值限制該 電感電流IL2，最後則根據限制該電感電流IL2之結果，傳送 一控制訊號Crt回到脈寬調變電路21以調整脈寬調變訊號 Spwm。注意，於脈寬調變期内，該脈寬調變訊號SPWM係根 據該誤差電壓VE02並配合一脈寬調變電路21内部之一載波 訊號（carrier signal)而產生。其中該電流上限值可隨時間而 113634 200816642 調整。於本實施例中，該電流上限值係階梯上升（stepwise increasing)直到一額定電流上限值。根據該直流輸出電壓 Vout，分壓電路24將提供一迴授電壓vFB至比較器23與參考 電壓Vref作比較，以調整該誤差電壓Ve〇2(步驟S50)。 分別比較圖4(a)及2(a)以及圖4(b)及2(b)，利用本發明之 脈寬調變升壓系統所產生的直流輸出電壓，無論是在連接 輕載或重載的情況下，在前振盪期内及脈寬調變期内均可 , 隨時間而增加至一第二預定電壓，其間並無直流輸出電壓 停滯於第一預定電壓之情形（參圖2(a))或於第一預定電壓 附近振盪之情形（參圖2(b))發生。另，藉由限流電路的使 用，可有效降低峰值電流的產生。因此，本發明之脈寬調 變升屋系統及其啟動方法確可達到消除輕載啟動時之峰值 電流及重載時可順利啟動之預期目的。 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1係習知之一脈寬調變升壓系統； 圖2(a)及2(b)係分別顯不圖1之輸出電壓連接一輕載及一 重載時之相關訊號圖； 圖3係本發明之脈寬調變升壓系統示意圖； 圖4(a)及4(b)係分別顯示圖3之輸出電壓連接一輕載及一 113634 -10- 200816642 重載時之相關訊號圖；以及 圖5係圖3之脈寬調變升壓系統2之啟動方法流程圖。 【主要元件符號說明】

U 1 > 2 脈寬調變升壓系統 10、 20 升壓電路 11、21 脈寬調變電路 12、 22 前振盪器 13、23 比較器 14、 24 分壓電路 15、27 穩定電路 26 限流電路 C1 〜C4 電容 Crt 控制訊號 Dl、D2 二極體 E01 、E02 節點 ENABLE 致動訊號 IL1、 Il2 電感電流 LI、 L2 升壓電感 R1〜R6 電阻 S10〜S50 步驟 S〇sc 前振盪訊號 SpwM 脈寬調變訊號 SW1 、SW2 開關 Ve〇1、Ve〇2 誤差電壓 VFB 迴授電壓 vin 第一 -電壓 V〇ut 直流輸出電壓 vref 參考電壓

Claims (1)

1. 200816642 十、申請專利範圍： 1 · 一種脈寬調變升壓系統，包含： 一升壓電路，包含一升壓電感，該升壓電路係將一第 一電壓進行升壓以產生一直流輸出電壓； 一分壓電路，係利用該直流輸出電壓產生一迴授電壓； 一比較器’於一脈寬調變期内比較一參考電壓及該迴 授電壓以產生一誤差電壓； 一脈寬調變電路，接收該誤差電壓以產生一脈寬調變 sfl说以控制該升壓電路； 刚振盈器’係於一前振蘯期内產生一前振盈訊號至 該脈寬調變電路；以及 一限流電路，係控制一流經該升壓電感之電感電流； 其中當該直流輸出電壓小於一第一預定電壓之期間定 義為該前振盪期，而當該直流輸出電壓大於該第一預定電 壓之期間定義為該脈寬調變期。 2·根據請求項1之脈寬調變升壓系統，其中該升壓電路另包 含： 一與該升壓電感串聯之開關，該開關之導通時間係受 該脈寬調變訊號所控制； 一二極體，連接於該升壓電感與該開關之接點；以及 一電容，連接於該二極體及一接地端之間以產生該直 流輸出電壓。 3·根據請求項2之脈寬調變升壓系統，其中該分壓電路包 含： 113634 -12- 200816642 —第一電阻，連接於該二極體；以及 第一電阻，連接於該第一電阻及該接地端之間，其 中該迴授電壓係取自該第—電阻與該第二電阻之接點。、 4.根據請求項i之脈寬調變升㈣統，其中該直流輸出電壓 之位準於緊接在該前振錢後之該脈寬調變期中係隨時 間增加至一第二預定電壓。 5 ·種脈寬凋變升壓系統之啟動方法，包含以下步驟： r 提供一誤差電壓； 根據該誤差電壓，產生一脈寬調變訊號； 藉由該脈寬調變訊號控制一升壓電路中之一開關，以 以控制一流經該升壓電路中一升壓電感之電感電流； 利用該電感電流對該升壓電路中之一電容充電，其中 3亥電容之儲存電荷定義一直流輸出電壓；以及 根據該直流輸出電壓，提供一迴授電壓以調整該誤差 電壓； N U 其中當該直流輸出電壓小於一第一預定電壓之期間定 義為一前振盪期，而當該直流輸出電壓大於該第一預定電 壓之期間定義為一脈寬調變期。 6.根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中調整 該誤差電壓之步驟係將該迴授電壓與一參考電壓進行比 較。 7·根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該誤 差電壓係由_比較器產生。 % 8·根據請求項7之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該比 113634 -13- 200816642 較器係於該前振盪期内由一致動訊號所啟動。 9·根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該誤 差電壓於該前振盪期内係隨時間上升。 10·根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該脈 寬調變訊號於該前振盪期内係根據一前振盈訊號而產 生。 11·根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該脈 寬調變訊號於該脈寬調變期内係根據該誤差電壓並配合 一脈寬調變電路内部之一載波訊號而產生。 12·根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中該直 流輸出電壓於該脈寬調變期内係隨時間上升至一楚- 乐一預 定電壓。 U，根據請求項5之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中控制 該電感電流之步驟包含以下步驟： 感測該電感電流； 以一電流上限值限制該電感電流；以及 根據限制該電感電流之結果調整該脈寬調變訊號。 !4·根據請求項13之脈寬調變升壓系統之啟動方法，其中談 電流上限值係可隨時間而調整。 113634 -14-