[go: up one dir, main page]

TW201832454A - 直流對直流轉換裝置 - Google Patents

直流對直流轉換裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201832454A
TW201832454A TW106105801A TW106105801A TW201832454A TW 201832454 A TW201832454 A TW 201832454A TW 106105801 A TW106105801 A TW 106105801A TW 106105801 A TW106105801 A TW 106105801A TW 201832454 A TW201832454 A TW 201832454A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
switch
coupled
inductor
phase controller
output
Prior art date
Application number
TW106105801A
Other languages
English (en)
Inventor
劉顯成
徐正青
Original Assignee
力智電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 力智電子股份有限公司 filed Critical 力智電子股份有限公司
Priority to TW106105801A priority Critical patent/TW201832454A/zh
Priority to CN201710372754.3A priority patent/CN108462394A/zh
Publication of TW201832454A publication Critical patent/TW201832454A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一種直流對直流轉換裝置，包括多相控制器及多個電源通道。每個電源通道包括第一及第二電容、輸出單元、轉換單元、第一及第二電感及第一~第四開關。第一及第二電容串聯耦接於輸入電壓與接地端間。第一及第二開關耦接輸入電壓與接地端間。轉換單元具有第一及第二端(一次側)及第三及第四端(二次側)。第一端耦接第一與第二開關間。第二端耦接第一與第二電容間。第三端耦接第三開關與第一電感間。第四端耦接第四開關與第二電感間。輸出單元耦接第三與第四開關間。在時序控制中，多相控制器控制第一及第四開關導通時，第二及第三開關為關閉。

Description

直流對直流轉換裝置
本發明與電源之轉換有關，特別是關於一種直流對直流轉換裝置。
一般而言，在網路設備或汽車電子領域中，常會使用到直流對直流轉換裝置將高電壓轉換為低電壓。請參照圖1，傳統的直流對直流轉換裝置1通常採用電壓調節器PRM與變壓器VTM之兩級架構來將原本48伏特的輸入電壓轉換為1伏特的輸出電壓，以供應給處理器PSR。
然而，傳統的直流對直流轉換裝置1在實際應用時仍有下列兩項缺點亟待克服：
(1)缺乏電流平衡控制迴路(Current balance control loop)，使得並聯時之電流效能難以有效提升。
(2)由於變壓器VTM並無瞬變回應(Transient response)之能力，一旦瞬變發生時，僅能由控制單元MCU發出控制信號Scom控制電壓調節器PRM輸出電壓，以提供於瞬變時所需之功率變動。
有鑑於此，本發明提供一種直流對直流轉換裝置，以解決先前技術所述及的問題。
本發明之一較佳具體實施例為一種直流對直流轉換裝置。於此實施例中，直流對直流轉換裝置包括多相控制器及多個電源通道。多個電源通道分別耦接多相控制器。每個電源通道包括第一電容、第二電容、輸出單元、轉換單元、第一電感、第二電感、第一開關、第二開關、第三開關及第四開關。第一電容耦接輸入電壓。第二電容串接第一電容，且第二電容之一端耦接接地端。轉換單元具有第一端、第二端、第三端及第四端，第一端與第二端位於一次側，第三端與第四端位於二次側。第一電感耦接於第三端與輸出單元之間。第二電感耦接於第四端與輸出單元之間，且第二電感之一端耦接於第一電感與輸出單元之間。第一開關耦接輸入電壓與第一電容。第二開關串接第一開關，且耦接第二電容與接地端。第三開關耦接於第三端與第一電感之間，且第三開關之一端耦接輸出單元。第四開關串接第三開關，且第四開關之一端耦接於第四端與第二電感之間。第一端耦接於第一開關與第二開關之間，第二端耦接於第一電容與第二電容之間。多相控制器分別耦接第一開關、第二開關、第三開關及第四開關。在時序控制中，多相控制器控制第一開關與第四開關導通時，第二開關與第三開關為關閉。
在本發明之一實施例中，多相控制器提供第一脈寬調變信號控制第一開關與第三開關的操作。
在本發明之一實施例中，多相控制器提供一第二脈寬調變信號控制第二開關與第四開關的操作。
在本發明之一實施例中，多相控制器提供第一脈寬調變信號控制第一開關與第三開關的操作，多相控制器提供第二脈寬調變信號控制第二開關與第四開關的操作，第一脈寬調變信號與第二脈寬調變信號之間的相位差為180度。
在本發明之一實施例中，直流對直流轉換裝置更包括第一電流感測單元，分別耦接於第三開關與多相控制器之間以及第四開關與多相控制器之間。
在本發明之一實施例中，第一電流感測單元包括第一電阻及第二電阻，第一電阻耦接於第三開關與多相控制器之間且第二電阻耦接於第四開關與多相控制器之間。
在本發明之一實施例中，直流對直流轉換裝置更包括第二電流感測單元，分別耦接多相控制器、第一電感之兩端及第二電感之兩端。
在本發明之一實施例中，第二電流感測單元包括四個電阻，四個電阻分別耦接於第一電感之兩端與第二電感之兩端，並且四個電阻均耦接至多相控制器。
在本發明之一實施例中，直流對直流轉換裝置之輸出電壓小於輸入電壓的4%。
在本發明之一實施例中，輸出單元包括輸出電容及輸出電阻，並且輸出電容及輸出電阻並聯於直流對直流轉換裝置之輸出電壓與接地端之間。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種直流對直 流轉換裝置。於此實施例中，直流對直流轉換裝置包括多相控制器及多個電源通道。每一通道包括一對輸入開關、一對輸入電容、一對輸出開關、輸出單元、第一電感、第二電感及變壓器。該對輸入開關包括串接的第一開關與第二開關。該對輸入電容包括串接的第一輸入電容與第二輸入電容。該對輸出開關包括串接的第三開關與第四開關。輸出單元之一端耦接於第三開關與第四開關之間。第一電感耦接第三開關與輸出單元之間。第二電感耦接第四開關與輸出單元之間，且第二電感之一端耦接於第一電感與輸出單元之間。變壓器的一次側分別耦接於第一開關與第二開關之間以及耦接於第一輸入電容與第二輸入電容之間，變壓器的二次側分別耦接於第三開關與第一電感之間以及耦接於第四開關與第二電感之間。多相控制器分別耦接該對輸入開關及該對輸出開關，且多相控制器分別提供兩個不同相位的脈衝調變時脈信號至每一電源通道。
根據本發明之又一較佳具體實施例為一種直流對直流轉換裝置。於此實施例中，直流對直流轉換裝置包括多個電源通道及多相控制器。每一通道包括一對輸入開關、一對輸入電容、一對輸出開關、輸出單元、變壓器及第一電流感測單元。該對輸入開關包括串接的第一開關與第二開關。該對輸入電容包括串接的第一輸入電容與第二輸入電容。該對輸出開關包括串接的第三開關與第四開關。輸出單元之一端耦接於第三開關與第四開關之間。變壓器之一次側耦接於第一開關與第二開關之間，且其二次 側耦接第三開關。第一電流感測單元分別耦接第三開關與第四開關。多相控制器耦接該對輸入開關、該對輸出開關與第一電流感測單元。多相控制器包括電流平衡電路與時間信號產生單元。電流平衡電路耦接每一通道的第一電流感測單元，且電流平衡電路提供電流平衡信號至時間信號產生單元。
相較於先前技術，本發明之直流對直流轉換裝置具有下列優點：
(1)採用單級隔離式(Isolated)直流對直流轉換器(DC-DC converter)架構，可比先前技術所採用的兩級架構省去一級，故可節省成本並縮減佔用的晶片面積。
(2)可直接針對負載行為進行多相位(Multi-phase)之脈寬調變(Pulse-width modulation)，故能有效提升瞬變回應(Transient response)之能力與速度。
(3)可根據變壓器之二次側兩端所感測到的電流感測信號來分別控制週期，藉以達到電流平衡之功能(Current balance function)。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1‧‧‧直流對直流轉換裝置
PRM‧‧‧電壓調節器
VTM‧‧‧變壓器
PSR‧‧‧處理器
MCU‧‧‧控制器
IFB‧‧‧電流回授信號
VFB‧‧‧電壓回授信號
Scom‧‧‧控制信號
SVID‧‧‧電源管理通訊協定
MPC‧‧‧多相控制器
CH1‧‧‧第一電源通道
CH2‧‧‧第二電源通道
Q1~Q8‧‧‧第一開關~第八開關
C1~C4‧‧‧第一電容~第四電容
L1~L4‧‧‧第一電感~第四電感
C‧‧‧電容
R‧‧‧電阻
R1~R4‧‧‧第一電阻~第四電阻
T1~T2‧‧‧轉換單元
E1~E4‧‧‧第一端~第四端
SEN1‧‧‧第一電流感測單元
SEN2‧‧‧第二電流感測單元
OUT‧‧‧直流對直流轉換裝置的輸出端
OU‧‧‧輸出單元
Co‧‧‧輸出電容
RL‧‧‧輸出電阻
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Iout‧‧‧輸出電流
NOT‧‧‧反閘
IL1~IL2‧‧‧第一電感電流~第二電感電流
PWM1~PWM2‧‧‧第一脈寬調變信號~第二脈寬調變信號
FB‧‧‧回授信號
ISEN1‧‧‧第一電流感測信號
ISEN3‧‧‧第二電流感測信號
CSP‧‧‧第三電流感測信號
CSN‧‧‧第四電流感測信號
HD1~HD2‧‧‧第一高壓驅動器~第二高壓驅動器
LD1~LD2‧‧‧第一低壓驅動器~第二低壓驅動器
VFB‧‧‧回授電壓
t0、t1~t5‧‧‧起始時間、第一時間~第五時間
△T1~△T4‧‧‧第一時間區段~第四時間區段
Ts‧‧‧週期
Vgs(Q1)‧‧‧第一開關的閘極-源極電壓
Vgs(Q2)‧‧‧第二開關的閘極-源極電壓
VNP(T1)‧‧‧轉換單元的繞組電壓
PGND、SGND‧‧‧接地端
TSG‧‧‧時間信號產生單元
CBC‧‧‧電流平衡電路
EA‧‧‧誤差放大器
CR1~CR2‧‧‧比較器
RAMP1~RAMP2‧‧‧斜波信號
SCB‧‧‧電流平衡信號
SEA‧‧‧誤差放大信號
REF‧‧‧參考信號
+、-‧‧‧輸入端
圖1繪示習知的直流對直流轉換裝置採用兩級架構之示意圖。
圖2繪示根據本發明之一具體實施例中之直流對直 流轉換裝置的第一電流感測單元包括第一電阻及第二電阻之示意圖。
圖3繪示根據本發明之另一具體實施例中之直流對直流轉換裝置的第二電流感測單元包括四個電阻之示意圖。
圖4繪示直流對直流轉換裝置中之多相控制器分別耦接第一電源通道及第二電源通道的示意圖。
圖5分別繪示第一開關的閘極-源極電壓、第二開關的閘極-源極電壓、轉換單元的繞組電壓、第一電感電流、第二電感電流及輸出電流之時序圖。
圖6A~圖6D分別繪示直流對直流轉換裝置在一週期內之第一時間區段~第四時間區段之運作情形的示意圖。
圖7繪示圖2中之多相控制器的一實施例。
圖8繪示圖3中之多相控制器的一實施例。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在附圖中說明所述示範性實施例的實例。在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種直流對直流轉換裝置。於此實施例中，直流對直流轉換裝置可包括多相控制器與多個電源通道，並且多相控制器分別耦接該些電源通道並分別提供兩個不同相位的脈衝調變時脈信號至每一電源通道，藉以控制每一電源通道之運作。直流對直流轉換裝置用以將輸入電壓 (Vin)轉換為輸出電壓(Vout)，例如在一實施例中，直流對直流轉換裝置可將48伏特的輸入電壓(Vin)轉換為0.6伏特~1.5伏特的輸出電壓(Vout)。在本發明的實施例中，直流對直流轉換裝置可使其輸出電壓(Vout)小於其接收到之輸入電壓(Vin)的4%，但不以此為限。在一實施例中，直流對直流轉換裝置亦可將48伏特的輸入電壓(Vin)轉換為3.3伏或5伏特的輸出電壓(Vout)。在又一實施例中，直流對直流轉換裝置亦可將48伏特的輸入電壓(Vin)轉換為12伏特的輸出電壓(Vout)。
請參照圖2，圖2繪示此實施例中之直流對直流轉換裝置的示意圖。如圖2所示，多相控制器MPC耦接第一電源通道CH1。第一電源通道CH1包括第一電容C1、第二電容C2、輸出單元OU、轉換單元T1、第一電感L1、第二電感L2、第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3及第四開關Q4。在本發明之一實施例中，轉換單元T1為變壓器。位於轉換單元T1之高壓側(一次側)之串接的第一電容C1及第二電容C2為輸入電容，且串接的第一開關Q1及第二開關Q2為輸入開關；位於轉換單元T1之低壓側(二次側)之串接的第三開關Q3及第四開關Q4則為輸出開關。
多相控制器MPC分別耦接第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3及第四開關Q4。多相控制器MPC可提供兩個不同相位的脈衝調變時脈信號至第一電源通道CH1，舉例而言，多相控制器MPC提供第一脈寬調變信號PWM1至第一開關Q1與第三開關Q3之閘極，以控制第一開關Q1與第三開關Q3的操作。多相控制器 MPC提供第二脈寬調變信號PWM2至第二開關Q2與第四開關Q4之閘極，以控制第二開關Q2與第四開關Q4的操作。多相控制器MPC所提供的第一脈寬調變信號PWM1可透過反閘NOT產生互補信號至第三開關Q3之閘極；多相控制器MPC提供的第二脈寬調變信號PWM2可透過反閘NOT產生互補信號至第四開關Q4之閘極。
在此實施例之直流對直流轉換裝置的時序控制中，當多相控制器MPC控制第一開關Q1與第四開關Q4導通時，第二開關Q2與第三開關Q3為關閉；反之，當多相控制器MPC控制第二開關Q2與第三開關Q3導通時，第一開關Q1與第四開關Q4為關閉。
於實際應用中，第一脈寬調變信號PWM1與第二脈寬調變信號PWM2之間的相位差為180度。
轉換單元T1具有第一端E1、第二端E2、第三端E3及第四端E4。第一端E1與第二端E2為一次側(Primary side)，第三端E3與第四端E4為二次側(Secondary side)。第一端E1耦接至第一開關Q1與第二開關Q2之間。第二端E2耦接至第一電容C1與第二電容C2之間。第三端E3耦接至第三開關Q3與第一電感L1之間。第四端E4耦接至第四開關Q4與第二電感L2之間。
第一電容C1耦接輸入電壓Vin。第二電容C2串接第一電容C1，且第二電容C2之一端耦接接地端。第一電感L1耦接於第三端E3與輸出單元OU之間。第二電感L2耦接於第四端E4與輸出單元OU之間，且第二電感L2之一端耦接於第一電感L1與輸出單元OU之間。第一電感電流IL1流經第一電感L1且第二電感電流IL2流經第 二電感L2。
第一開關Q1耦接輸入電壓Vin與第一電容C1。第二開關Q2串接第一開關Q1，且第二開關Q2耦接第二電容C2與接地端。第三開關Q3耦接於第三端E3與第一電感L1之間，且第三開關Q3之一端耦接輸出單元OU。第四開關Q4串接第三開關Q3，且第四開關Q4之一端耦接於第四端E4與第二電感L2之間。
輸出電流Iout流經輸出單元OU以產生輸出電壓Vout。輸出單元OU可包括輸出電容Co及輸出電阻RL。輸出電容Co及輸出電阻RL並聯於輸出電壓Vout與接地端之間。輸出電容Co之一端耦接第一電感L1且另一端耦接至第三開關Q3與第四開關Q4之間。輸出電阻RL之一端耦接第一電感L1且另一端耦接至第三開關Q3與第四開關Q4之間。
此外，第三電阻R3與第四電阻R4串接於輸出電壓Vout與接地端之間，並且多相控制器MPC會耦接至第三電阻R3與第四電阻R4之間並從第三電阻R3與第四電阻R4之間接收回授信號FB。於本實施例中，回授信號FB為第三電阻R3與第四電阻R4對輸出電壓Vout進行分壓後之分壓信號。
於圖2之實施例中，直流對直流轉換裝置更包括第一電流感測單元SEN1，其包括第一電阻R1及第二電阻R2。第一電阻R1耦接於第三開關Q3與多相控制器MPC之間且第二電阻R2耦接於第四開關Q4與多相控制器MPC之間。位於轉換單元T1之二次側的第三端E3耦接至第一電阻R1與第三開關Q3之間。位於轉換單元T1 之二次側的第四端E4耦接至第二電阻R2與四開關Q4之間。多相控制器MPC分別接收來自第一電阻R1及第二電阻R2的第一電流感測信號ISEN1及第二電流感測信號ISEN3，以分別得到位於轉換單元T1之二次側的第三端E3與第四端E4的電流大小，並根據第一電流感測信號ISEN1及第二電流感測信號ISEN3來分別控制週期，藉以達到電流平衡之功能。
請參照圖3，於另一實施例中，直流對直流轉換裝置更包括第二電流感測單元SEN2，其可包括四個電阻R，並且四個電阻R之一端分別耦接至第一電感L1之兩端與第二電感L2之兩端，並且四個電阻R之另一端均耦接至多相控制器MPC。多相控制器MPC接收到來自四個電阻R的第三電流感測信號CSP及第四電流感測信號CSN，以分別得到流經第一電感L1與第二電感L2之第一電感電流IL1及第二電感電流IL2，並藉以判斷是否有過電流(Over-current)之現象發生，以適時提供過電流保護(Over-Current Protection,OCP)之功能。
請參照圖4，於另一實施例中，多相控制器MPC分別耦接第一電源通道CH1及第二電源通道CH2。多相控制器MPC透過第一高壓驅動器HD1耦接至第一電源通道CH1中位於高壓側(一次側)的第一開關Q1與第二開關Q2之閘極；多相控制器MPC透過第一低壓驅動器LD1耦接至第一電源通道CH1中位於低壓側(二次側)的第三開關Q3與第四開關Q4之閘極。
多相控制器MPC可提供第一脈寬調變信號PWM1及 第二脈寬調變信號PWM2至第一高壓驅動器HD1，並由第一高壓驅動器HD1分別傳送第一脈寬調變信號PWM1及第二脈寬調變信號PWM2至第一開關Q1與第二開關Q2之閘極，以分別控制第一開關Q1與第二開關Q2的操作。多相控制器MPC亦可提供第一脈寬調變信號PWM1及第二脈寬調變信號PWM2至第一低壓驅動器LD1，並由第一低壓驅動器LD1分別傳送第二脈寬調變信號PWM2及第一脈寬調變信號PWM1至第三開關Q3與第四開關Q4之閘極，以分別控制第二開關Q3與第四開關Q4的操作。
同理，多相控制器MPC透過第二高壓驅動器HD2耦接至第二電源通道CH2中位於高壓側(一次側)的第五開關Q5與第六開關Q6之閘極；多相控制器MPC透過第二低壓驅動器LD2耦接至第二電源通道CH2中位於低壓側(二次側)的第七開關Q7與第八開關Q8之閘極。
於實際應用中，多相控制器MPC還可進一步耦接第三電源通道~第四電源通道(圖未示)，甚至更多個電源通道，並可依照上述類推，故於此不另行贅述。此外，多相控制器MPC對於每一個電源通道分別提供兩個脈寬調變信號。若多相控制器MPC耦接四個電源通道，則多相控制器MPC提供八個脈寬調變信號至前述四個電源通道。每一個脈寬調變信號之間的相位差為45度(45度=360度/PWM信號個數)。在四個電源通道的例子中，多相控制器MPC提供第一脈寬調變信號與第五寬調變信號至第一電源通道，其中第一脈寬調變信號與第五寬調變信號的相位差為180度。
接下來，請同時參照圖5及圖6A~圖6D。圖5分別繪示第一開關的閘極-源極電壓、第二開關的閘極-源極電壓、轉換單元的繞組電壓、第一電感電流、第二電感電流及輸出電流之時序圖；圖6A~圖6D分別繪示直流對直流轉換裝置在一週期內之第一時間區段~第四時間區段之運作情形的示意圖。
於第一時間區段△T1內，亦即從起始時間t0至第一時間t1，多相控制器MPC控制第一開關Q1及第四開關Q4導通並控制第二開關Q2及第三開關Q3為關閉。由圖6A可知：位於轉換單元T1之高壓側(一次側)的電流依序流經第一開關Q1、轉換單元T1之第一端E1、第二端E2、第二電容C2至接地端PGND，而位於轉換單元T1之低壓側(二次側)的電流則依序流經轉換單元T1之第四端E4、第三端E3、第一電感L1、輸出電阻RL、第四開關Q4、第二電感L2及輸出電容Co。由圖5可知：流經第一電感L1之第一電感電流IL1呈線性增加且流經第二電感L2之第二電感電流IL2則呈線性減少，由於第一電感電流IL1線性增加之斜率絕對值大於第二電感電流IL2線性減少之斜率絕對值，因此，兩者相加所得到的輸出電流Iout會呈線性增加。
於第二時間區段△T2內，亦即從第一時間t1至第二時間t2，多相控制器MPC控制第一開關Q1及第四開關Q4為關閉並控制第二開關Q2及第三開關Q3為關閉。由圖6B可知：位於轉換單元T1之高壓側(一次側)無電流，而位於轉換單元T1之低壓側(二次側)的電流則依序流經第三開關Q3、第一電感L1、輸出電阻RL、第四開 關Q4、第二電感L2及輸出電容Co。由圖5可知：流經第一電感L1之第一電感電流IL1與流經第二電感L2之第二電感電流IL2均呈線性減少，致使兩者相加所得到的輸出電流Iout亦呈線性減少。
於第三時間區段△T3內，亦即從第二時間t2至第三時間t3，多相控制器MPC控制第二開關Q2及第三開關Q3導通並控制第一開關Q1及第四開關Q4為關閉。由圖6C可知：位於轉換單元T1之高壓側(一次側)的輸入電流依序流經第一電容C1、轉換單元T1之第二端E2、第一端E1、第二開關Q2至接地端PGND，而位於轉換單元T1之低壓側(二次側)的電流則依序流經第一電感L1、輸出電阻RL、第三開關Q3、轉換單元T1之第三端E3、第四端E4、第二電感L2及輸出電容Co。由圖5可知：流經第一電感L1之第一電感電流IL1呈線性減少且流經第二電感L2之第二電感電流IL2則呈線性增加，由於第二電感電流IL2線性增加之斜率絕對值大於第一電感電流IL1線性減少之斜率絕對值，因此，兩者相加所得到的輸出電流Iout會呈線性增加。
於實際應用中，由於第三時間區段△T3內的第二電感電流IL2線性增加之斜率絕對值可等於第一時間區段△T1內的第一電感電流IL1線性增加之斜率絕對值，並且第三時間區段△T3內的第一電感電流IL1線性減少之斜率絕對值可等於第一時間區段△T1內的第二電感電流IL2線性減少之斜率絕對值，故能使得第一時間區段△T1內之輸出電流Iout線性增加之斜率等於第三時間區段△T3內之輸出電流Iout線性增加之斜率，藉以有效增進輸出電 流Iout之穩定度。
於第四時間區段△T4內，亦即從第三時間t3至第四時間t4，多相控制器MPC控制第一開關Q1及第四開關Q4為關閉並控制第二開關Q2及第三開關Q3為關閉。由圖6D可知：位於轉換單元T1之高壓側(一次側)無電流，而位於轉換單元T1之低壓側(二次側)的電流則依序流經第三開關Q3、第一電感L1、輸出電阻RL、第四開關Q4、第二電感L2及輸出電容Co。由圖5可知：流經第一電感L1之第一電感電流IL1與流經第二電感L2之第二電感電流IL2均呈線性減少，致使兩者相加所得到的輸出電流Iout亦呈線性減少。
於實際應用中，由於第四時間區段△T4內的第一電感電流IL1與第二電感電流IL2線性減少之斜率絕對值可等於第二時間區段△T2內的第一電感電流IL1與第二電感電流IL2線性減少之斜率絕對值，故能使得第二時間區段△T2內之輸出電流Iout線性減少之斜率等於第四時間區段△T4內之輸出電流Iout線性減少之斜率，藉以有效增進輸出電流Iout之穩定度。
根據本發明之另一較佳具體實施例亦為一種直流對直流轉換裝置。於此實施例中，直流對直流轉換裝置包括多個電源通道及多相控制器，並且多相控制器分別耦接該些電源通道並控制該些電源通道之運作。
請同時參照圖2及圖7，圖7繪示圖2中之多相控制器MPC之一實施例的詳細結構示意圖。由圖2及圖7可知：第一電源通道CH1包括一對輸入開關Q1~Q2、一對輸入電容C1~C2、一對輸 出開關Q3~Q4、輸出單元OU、變壓器T1、第一電感L1及第二電感L2。多相控制器MPC分別耦接該對輸入開關Q1~Q2及該對輸出開關Q3~Q4。多相控制器MPC包括誤差放大器EA、多個比較器CR1~CR2、電流平衡電路CBC與時間信號產生單元TSG。誤差放大器EA之輸出端分別耦接該些比較器CR1~CR2之輸入端+。該些比較器CR1~CR2之輸出端均耦接時間信號產生單元TSG。電流平衡電路CBC耦接時間信號產生單元TSG。
於此實施例中，直流對直流轉換裝置可包括第一電流感測單元SEN1，其可包括第一電阻R1及第二電阻R2。第一電阻R1耦接於第三開關Q3與多相控制器MPC之間且第二電阻R2耦接於第四開關Q4與多相控制器MPC之間。此外，直流對直流轉換裝置還包括回授單元，其可包括第三電阻R3與第四電阻R4，第三電阻R3與第四電阻R4串接於直流對直流轉換裝置的輸出端OUT與接地端之間，且多相控制器MPC耦接至第三電阻R3與第四電阻R4之間。
誤差放大器EA之輸入端-耦接至回授單元中之第三電阻R3與第四電阻R4之間並從第三電阻R3與第四電阻R4之間接收回授信號FB。誤差放大器EA之輸入端+接收參考信號REF。電流平衡電路CBC分別耦接第一通道CH1的第一電流感測單元SEN1中之第一電阻R1及第二電阻R2並分別接收第一電流感測信號ISEN1及第二電流感測信號ISEN2，且電流平衡電路CBC提供電流平衡信號SCB至時間信號產生單元TSG。該些比較器CR1~CR2之輸入端+分別接收誤差放大信號SEA且該些比較器CR1~CR2之輸入端-分別接 收斜波信號RAMP1及RAMP2。該些比較器CR1~CR2之輸出端分別輸出比較結果至時間信號產生單元TSG，並由時間信號產生單元TSG根據該些比較器CR1~CR2所輸出的比較結果及電流平衡信號SCB輸出第一脈寬調變信號PWM1至第一開關Q1與第三開關Q3之閘極以控制第一開關Q1與第三開關Q3的操作，以及提供第二脈寬調變信號PWM2至第二開關Q2與第四開關Q4之閘極以控制第二開關Q2與第四開關Q4的操作。
請同時參照圖3及圖8，圖8繪示圖3中之多相控制器MPC之一實施例的詳細結構示意圖。由圖3及圖8可知：第一電源通道CH1包括一對輸入開關Q1~Q2、一對輸入電容C1~C2、一對輸出開關Q3~Q4、輸出單元OU、變壓器T1、第一電感L1及第二電感L2。多相控制器MPC分別耦接該對輸入開關Q1~Q2及該對輸出開關Q3~Q4。多相控制器MPC包括誤差放大器EA、多個比較器CR1~CR2、電流平衡電路CBC與時間信號產生單元TSG。誤差放大器EA之輸出端分別耦接該些比較器CR1~CR2之輸入端+。該些比較器CR1~CR2之輸出端均耦接時間信號產生單元TSG。電流平衡電路CBC耦接時間信號產生單元TSG。
於此實施例中，直流對直流轉換裝置可包括第二電流感測單元SEN2，且第二電流感測單元SEN2可包括四個電阻R。四個電阻R分別耦接第一電感L1之兩端及第二電感L2之兩端，且四個電阻R均耦接至多相控制器MPC。多相控制器MPC之電流平衡電路CBC分別接收來自四個電阻R的第三電流感測信號CSP及第四電流 感測信號CSN，以分別得到流經第一電感L1與第二電感L2之第一電感電流IL1及第二電感電流IL2，並藉以判斷是否有過電流(Over-Current)之現象發生。電流平衡電路CBC提供電流平衡信號SCB至時間信號產生單元TSG。時間信號產生單元TSG根據該些比較器CR1~CR2所輸出的比較結果及電流平衡信號SCB輸出第一脈寬調變信號PWM1至第一開關Q1與第三開關Q3之閘極以控制第一開關Q1與第三開關Q3的操作，以及提供第二脈寬調變信號PWM2至第二開關Q2與第四開關Q4之閘極以控制第二開關Q2與第四開關Q4的操作，以適時提供過電流保護之功能。
上述兩實施例雖僅說明多相控制器MPC耦接並控制第一電源通道CH1之運作情形，但多相控制器MPC除了耦接並控制第一電源通道CH1之外，實際上還可同時耦接並控制第二電源通道CH2，甚至多相控制器MPC可同時耦接並控制八個電源通道。至於其實際運作情形均可依上述實施例類推，故於此不另行贅述。
此外，於實際應用中，上述多相控制器MPC中之比較器的數量以及電流平衡電路CBC對外部接線的數量均需對應於時間信號產生單元TSG所輸出的脈寬調變信號的數量。舉例而言，若時間信號產生單元TSG輸出四個脈寬調變信號，則多相控制器MPC需包括四個比較器且電流平衡電路CBC對外部需有四條接線，其餘可依此類推，於此不另行贅述。
相較於先前技術，本發明之直流對直流轉換裝置具有下列優點：
(1)採用單級隔離式直流對直流轉換器架構，可比先前技術所採用的兩級架構省去一級，故可節省成本並縮減佔用的晶片面積。
(2)可直接針對負載行為進行多相位之脈寬調變，故能有效提升瞬變回應之能力與速度。
(3)可根據變壓器之二次側兩端所感測到的電流感測信號來分別控制週期，藉以達到電流平衡之功能。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (15)

  1. 一種直流對直流轉換裝置，包括：一多相控制器；以及多個電源通道，分別耦接該多相控制器，每個電源通道包括：一第一電容，耦接一輸入電壓；一第二電容，串接該第一電容，且該第二電容之一端耦接一接地端；一輸出單元；一轉換單元，具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，其中該第一端與該第二端位於一次側，該第三端與該第四端位於二次側；一第一電感，耦接於該第三端與該輸出單元之間；一第二電感，耦接於該第四端與該輸出單元之間，且該第二電感之一端耦接於該第一電感與該輸出單元之間；一第一開關，耦接該輸入電壓與該第一電容；一第二開關，串接該第一開關，且耦接該第二電容與該接地端；一第三開關，耦接於該第三端與該第一電感之間，且該第三開關之一端耦接該輸出單元；以及一第四開關，串接該第三開關，且該第四開關之一端耦接於該第四端與該第二電感之間；其中，該第一端耦接於該第一開關與該第二開關之間，該第二端耦接於該第一電容與該第二電容之間；其中，該多相控制器分別耦接該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關；其中，在一時序控制中，該多相控制器控制該第一開關與該第四開關導通時，該第二開關與該第三開關為關閉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，其中該多相控制器提供一第一脈寬調變信號控制該第一開關與該第三開關的操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，其中該多相控制器提供一第二脈寬調變信號控制該第二開關與該第四開關的操作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，其中該多相控制器提供一第一脈寬調變信號控制該第一開關與該第三開關的操作，該多相控制器提供一第二脈寬調變信號控制該第二開關與該第四開關的操作，該第一脈寬調變信號與該第二脈寬調變信號之間的相位差為180度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，更包括：一第一電流感測單元，分別耦接於該第三開關與該多相控制器之間以及該第四開關與該多相控制器之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直流對直流轉換裝置，其中該第一電流感測單元包括一第一電阻及一第二電阻，該第一電阻耦接於該第三開關與該多相控制器之間且該第二電阻耦接於該第四開關與該多相控制器之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，更包括：一第二電流感測單元，分別耦接該多相控制器、該第一電感之兩端及該第二電感之兩端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之直流對直流轉換裝置，其中該第二電流感測單元包括四個電阻，該四個電阻分別耦接於該第一電感之兩端與該第二電感之兩端，並且該四個電阻均耦接至該多相控制器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，其中該直流對直流轉換裝置之一輸出電壓小於該輸入電壓的4%。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換裝置，其中該輸出單元包括一輸出電容及一輸出電阻，並且該輸出電容及該輸出電阻並聯於該直流對直流轉換裝置之一輸出電壓與該接地端之間。
  11. 一種直流對直流轉換裝置，包括：一多相控制器；以及多個電源通道，每一電源通道包括：一對輸入開關，包括串接的一第一開關與一第二開關；一對輸入電容，包括串接的一第一輸入電容與一第二輸入電容；一對輸出開關，包括串接的一第三開關與一第四開關；一輸出單元，其一端耦接於該第三開關與該第四開關之間；一第一電感，耦接於該第三開關與該輸出單元之間；一第二電感，耦接於該第四開關與該輸出單元之間，且該第二電感之一端耦接於該第一電感與該輸出單元之間；以及一變壓器，其一次側分別耦接於該第一開關與該第二開關之間以及耦接於該第一輸入電容與該第二輸入電容之間，該變壓器的二次側分別耦接於該第三開關與第一電感之間以及耦接於該第四開關與該第二電感之間；其中，該多相控制器分別耦接該對輸入開關及該對輸出開關，且該多相控制器分別提供兩個不同相位的脈衝調變時脈信號至每一電源通道。
  12. 一種直流對直流轉換裝置，包括：多個電源通道，每一電源通道包括： 一對輸入開關，包括串接的一第一開關與一第二開關；一對輸入電容，包括串接的一第一輸入電容與一第二輸入電容；一對輸出開關，包括串接的一第三開關與一第四開關；一輸出單元，其一端耦接於該第三開關與該第四開關之間；一變壓器，其一次側耦接於該第一開關與該第二開關之間，且其二次側耦接該第三開關；以及一第一電流感測單元，分別耦接該第三開關與該第四開關；以及一多相控制器，耦接該對輸入開關、該對輸出開關與該第一電流感測單元，其中該多相控制器包括一電流平衡電路與一時間信號產生單元，該電流平衡電路耦接每一通道的第一電流感測單元，且該電流平衡電路提供一電流平衡信號至該時間信號產生單元。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之直流對直流轉換裝置，更包括：一第一電感，耦接該第三開關與該輸出單元之間；一第二電感，耦接該第四開關與該輸出單元之間，且該第二電感之一端耦接於該第一電感與該輸出單元之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之直流對直流轉換裝置，更包括：一第二電流感測單元，分別耦接該多相控制器、該第一電感之兩端及該第二電感之兩端。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之直流對直流轉換裝置，其中該多相控制器還包括一誤差放大器與多個比較器，該誤差放大器耦接該直流對直流轉換裝置之一輸出端，且該誤差放大器耦接該些比較器，該些比較器耦接該時間信號產生單元。
TW106105801A 2017-02-21 2017-02-21 直流對直流轉換裝置 TW201832454A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106105801A TW201832454A (zh) 2017-02-21 2017-02-21 直流對直流轉換裝置
CN201710372754.3A CN108462394A (zh) 2017-02-21 2017-05-24 直流对直流转换装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106105801A TW201832454A (zh) 2017-02-21 2017-02-21 直流對直流轉換裝置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201832454A true TW201832454A (zh) 2018-09-01

Family

ID=63221021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106105801A TW201832454A (zh) 2017-02-21 2017-02-21 直流對直流轉換裝置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108462394A (zh)
TW (1) TW201832454A (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11594956B2 (en) 2021-01-19 2023-02-28 Analog Devices, Inc. Dual-phase hybrid converter
US11581796B2 (en) 2021-01-19 2023-02-14 Analog Devices, Inc. Pulse width modulation controllers for hybrid converters
US11601049B2 (en) 2021-01-19 2023-03-07 Analog Devices, Inc. Multi-phase hybrid converter
EP4030609B1 (en) * 2021-01-19 2025-08-20 Analog Devices, Inc. Multi-phase hybrid converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN108462394A (zh) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11088616B2 (en) Isolated converter with switched capacitors
Falin Designing DC/DC converters based on SEPIC topology
US9071140B2 (en) Current mode buck-boost DC-DC controller
US11183928B2 (en) Switching regulator and control method thereof
US9154031B2 (en) Current mode DC-DC conversion device with fast transient response
EP3136576A2 (en) Buck-boost converter and method for controlling buck-boost converter
US9570992B2 (en) Regulated multiple output isolated DC to DC converter
WO2008021521A3 (en) Power converter with hysteretic control
WO2017015670A1 (en) Hysteretic control for transformer based power converters
US20170025947A1 (en) Circuits and methods for controlling a boost switching regulator based on inductor current
US10355609B2 (en) Voltage step-down technique for deriving gate-charge using multi-level core architecture
CN102217181A (zh) 用于同步整流器的驱动器以及采用该驱动器的功率转换器
WO2011093155A1 (ja) 昇降圧ｄｃ－ｄｃコンバータおよびスイッチング制御回路
CN110622097A (zh) 具有不连续导电模式控制的多相功率调节器
US9837901B1 (en) Single-input multiple-output inverting and non-inverting buck/boost switching regulator control method and apparatus
TW201832454A (zh) 直流對直流轉換裝置
TWI625923B (zh) 直流對直流轉換電路及其多相電源控制器
US9337738B2 (en) Transformer-coupled gate-drive power regulator system
Nagesha et al. Simulation and hardware implementation of 24 watt multiple output Flyback converter
Ray et al. A multi-port DC-DC converter topology with simultaneous buck and boost outputs
CN114825932A (zh) Buck-boost的控制电路、方法及变换器
JP6794240B2 (ja) 昇降圧ｄｃ／ｄｃコンバータ
Hwu et al. A novel voltage-bucking/boosting converter: KY buck-boost converter
TWM591640U (zh) 單階雙切式寬輸入範圍電源轉換電路
Mao et al. Inductor current sharing of current doubler rectifier in isolated DC-DC converters