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TWI848713B - 具有負載暫態偵測機制的電源轉換器 - Google Patents

具有負載暫態偵測機制的電源轉換器 Download PDF

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TWI848713B
TWI848713B TW112118628A TW112118628A TWI848713B TW I848713 B TWI848713 B TW I848713B TW 112118628 A TW112118628 A TW 112118628A TW 112118628 A TW112118628 A TW 112118628A TW I848713 B TWI848713 B TW I848713B
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陳富權
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茂達電子股份有限公司
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Abstract

本發明公開一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器。比較器將電源轉換器的輸出電壓或其分壓電壓與參考電壓進行比較，以輸出比較訊號。負載暫態偵測電路偵測比較訊號，並取樣和保持所偵測到的比較訊號的多個波形中的數者。負載暫態偵測電路計算多個取樣波形分別的多個參數的平均值，作為一負載穩態參考值。負載暫態偵測電路將比較訊號中的各波形的參數與此負載穩態參考值進行比較，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化。

Description

具有負載暫態偵測機制的電源轉換器
本發明涉及一種電源轉換器，特別是涉及一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器。
電源轉換器為不可缺少的裝置。電源轉換器用以調整電力，並供應調整後的電力給負載。然而，在電源轉換器運作過程中，通常無法得知負載的狀態變化，是在穩態下還是正在暫態變化，也無法得知負載正在從電源轉換器抽取電能，還是正在釋放電能。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，包含上橋開關、下橋開關、控制電路、比較器以及負載暫態偵測電路。所述上橋開關的第一端耦接一輸入電壓。所述下橋開關的第一端連接所述上橋開關的第二端。所述下橋開關的第二端接地。所述下橋開關的第一端與所述上橋開關的第二端之間的節點連接一電感的第一端。所述電感的第二端連接輸出電容的第一端。所述輸出電容的第二端接地。所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點連接負載而作為所述電源轉換器的一反饋節點。所述控制電路的輸出端連接所述上橋開關的控制端以及所述下橋開關的控制端。所述比較器的第一輸入端連接所述電源轉換器的所述反饋節點。所述比較器的第二輸入端耦接一參考電壓。所述比較器的輸出端連接所述控制電路的輸入端。所述負載暫態偵測電路連接所述比較器的輸出端。負載暫態偵測電路配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的一比較訊號的多個波形的多個參數。所述負載暫態偵測電路取樣和保持所偵測到的所述比較訊號的所述多個波形中的數者作為多個取樣波形。所述負載暫態偵測電路計算所述多個取樣波形分別的所述多個參數的平均值作為一負載穩態參考值。所述負載暫態偵測電路將所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
在實施例中，所述負載暫態偵測電路計算所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值之間的差值，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
在實施例中，所述比較器輸出的所述比較訊號包含多個正半波以及多個負半波。所述負載暫態偵測電路取樣和保持所述比較訊號的所述多個正半波中的至少一者作為至少一正半波取樣波形。所述負載暫態偵測電路取樣和保持所述多個負半波中的至少一者作為至少一負半波取樣波形。所述負載暫態偵測電路計算所述至少一正半波取樣波形的所述參數與所述至少一負半波取樣波形的所述參數的平均值，作為所述負載穩態參考值。
在實施例中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數等於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在穩態下。
在實施例中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數不等於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在暫態變化。
在實施例中，所述負載暫態偵測電路依據目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數是否高於所述負載穩態參考值，以判斷所述負載是否正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能。
在實施例中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數高於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能。
在實施例中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數低於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在釋放電能。
在實施例中，所述負載暫態偵測電路將目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數減去所述負載穩態參考值之間的一差值。所述負載暫態偵測電路依據所述差值為正值還是負值以判斷所述負載正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能還是所述負載正在釋放電能。
在實施例中，所述負載暫態偵測電路包含波形偵測電路、取樣和保持電路、平均值計算電路以及負載變化判斷電路。所述波形偵測電路連接所述比較器的輸出端。所述波形偵測電路配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形的所述多個參數。所述取樣和保持電路連接所述波形偵測電路。所述取樣和保持電路配置以取樣和保持所述波形偵測電路所偵測到的所述比較訊號的所述多個波形中的數者，作為所述多個取樣波形。所述平均值計算電路連接所述取樣和保持電路。所述平均值計算電路配置以計算所述多個取樣波形的所述多個參數的平均值，作為所述負載穩態參考值。所述負載變化判斷電路連接所述平均值計算電路。所述負載變化判斷電路配置以依據所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
在實施例中，所述波形偵測電路包含波形寬度偵測電路。所述波形寬度偵測電路連接所述比較器的輸出端以及所述取樣和保持電路的輸入端。所述波形寬度偵測電路配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形分別的多個寬度。所述平均值計算電路計算所述多個取樣波形的所述多個寬度的平均值，作為所述負載穩態參考值。所述負載變化判斷電路將所述比較訊號中的各所述波形的所述寬度與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
在實施例中，所述波形偵測電路包含波形頻率偵測電路。所述波形頻率偵測電路連接所述比較器的輸出端以及所述取樣和保持電路的輸入端。所述波形頻率偵測電路配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形分別的多個頻率。所述平均值計算電路計算所述多個取樣波形的所述多個頻率的平均值，作為所述負載穩態參考值。所述負載變化判斷電路將所述比較訊號中的各所述波形的所述頻率與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
在實施例中，所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器更包含分壓電路。所述分壓電路連接所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點以及所述比較器的第一輸入端。所述分壓電路配置以將所述反饋節點的電壓分壓以輸出一反饋電壓至所述比較器的第一輸入端。
在實施例中，所述分壓電路包含第一電阻以及第二電阻。所述第一電阻的第一端連接所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點。所述第二電阻的第一端連接所述第一電阻的第二端。所述第二電阻的第二端接地。所述第二電阻的第一端與所述第一電阻的第二端之間的節點作為所述電源轉換器的所述反饋節點連接至所述比較器的第一輸入端。
在實施例中，所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器更包含反饋調整電路。所述反饋調整電路連接所述電源轉換器的所述反饋節點、所述比較器的第一輸入端以及一斜波訊號產生器。所述反饋調整電路配置以依據從所述斜波訊號產生器接收到的一斜波訊號，以調整從所述反饋節點接收到的一反饋訊號，以輸出一反饋調整訊號至所述比較器的第一輸入端。
如上所述，本發明提供一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器。本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路能偵測連接至負載的電源轉換器的輸出端的數據，據以判斷負載目前的狀態變化正在穩態下還是暫態變化。當負載暫態變化時，本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路能更進一步地判斷負載正在從電源轉換器抽取電能，還是負載正在釋放能量。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1，其為本發明第一實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖。
本發明第一實施例的電源轉換器可包含上橋開關HS、下橋開關LS、控制電路COT、比較器CMP以及負載暫態偵測電路LODM。
上橋開關HS的第一端耦接一輸入電壓VIN。下橋開關LS的第一端連接上橋開關HS的第二端。下橋開關LS的第二端接地。下橋開關LS的第一端與上橋開關HS的第二端之間的節點LX連接電感L的第一端。電感L的第二端連接輸出電容Cout的第一端。輸出電容Cout的第二端接地。
電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點為電源轉換器的輸出端，連接負載，以供應電力至負載。
為了偵測負載的狀態變化，本發明第一實施例的電源轉換器包含分壓電路DRV。分壓電路DRV包含第一電阻R1以及第二電阻R2。第一電阻R1的第一端(即分壓電路DRV的輸入端)連接至電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點(即電源轉換器的輸出端)。第一電阻R1的第二端連接第二電阻R2的第一端。第二電阻R2的第二端接地。
第一電阻R1的第二端與第二電阻R2的第一端之間的節點作為電源轉換器的反饋節點，連接至比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端。所述電源轉換器的反饋節點的電壓作為反饋電壓FB，即為電源轉換器的輸出電壓VOUT的分壓電壓，輸入比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端。比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端耦接一參考電壓Vref。
在本發明第一實施例中，比較器CMP將第一電阻R1的第二端與第二電阻R2的第一端之間的節點的反饋電壓FB(即電源轉換器的輸出電壓VOUT的分壓電壓)，與參考電壓Vref相互比較，以輸出一比較訊號CPOUT。
在本發明第一實施例中，偵測與負載相連接的電源轉換器的輸出電壓VOUT的分壓電壓，據以判斷負載的變化。
實務上，本發明可直接偵測電源轉換器的輸出電壓VOUT。在此情況下，電源轉換器可省略設置分壓電路DRV。電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點(即電源轉換器的輸出端)可直接作為反饋節點連接至比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端。比較器CMP將電源轉換器的輸出電壓VOUT與參考電壓Vref相互比較，以輸出一比較訊號CPOUT。
若有需要，本發明第一實施例的電源轉換器更可包含反饋電容Cb。反饋電容Cb的第一端可連接電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點。反饋電容Cb的第二端可連接第一電阻R1的第二端與第二電阻R2的第一端之間的節點。
比較器CMP的輸出端連接控制電路COT的輸入端。控制電路COT的輸出端連接上橋開關HS的控制端以及下橋開關LS的控制端。控制電路COT依據從比較器CMP接收到的一比較訊號CPOUT，以輸出一上橋控制訊號至上橋開關HS的控制端，並輸出一下橋控制訊號至下橋開關LS的控制端，如此以控制上橋開關HS以及下橋開關LS運作。
值得注意的是，負載暫態偵測電路LODM連接比較器CMP的輸出端。當上橋開關HS以及下橋開關LS運作時，負載暫態偵測電路LODM偵測從比較器CMP的輸出端接收到的比較訊號CPOUT的多個波形的多個參數。負載暫態偵測電路LODM從所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中取樣和保持數者，作為多個取樣波形。
接著，負載暫態偵測電路LODM計算多個取樣波形分別的多個參數的平均值，作為一負載穩態參考值。最後，負載暫態偵測電路LODM將比較訊號CPOUT的多個波形中的各波形的參數與一負載穩態參考值進行比較，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化、分析負載的暫態變化，以輸出一負載暫態判斷訊號LOC。
請參閱圖2和圖3，其中圖2為本發明第二實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖，圖3為本發明第二實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
本發明第二實施例的電源轉換器可包含上橋開關HS、下橋開關LS、控制電路COT、比較器CMP以及負載暫態偵測電路LODM1。本發明第二實施例與第一實施例相同之處，不在本文中贅述。
本發明第二實施例與第一實施例差異之處，詳述如下。
本發明第二實施例的電源轉換器更包含反饋調整電路ADR，例如但不限於為加法器。反饋調整電路ADR的輸入端連接電源轉換器的反饋節點，所述電源轉換器的反饋節點即為第一電阻R1的第二端與第二電阻R2的第一端之間的節點，或者為電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點。另外，反饋調整電路ADR的輸入端還可連接一斜波訊號產生器。
反饋調整電路ADR的輸出端連接比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端。
反饋調整電路ADR可依據從一斜波訊號產生器接收到的一斜波訊號RAMP的一或多個波形的參數，以調整從上述電源轉換器的反饋節點接收到的一反饋訊號，以輸出一反饋調整訊號至比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端。
控制電路COT可依據從反饋調整電路ADR接收到的一反饋調整訊號，以輸出一上橋控制訊號至上橋開關HS的控制端，並輸出一下橋控制訊號至下橋開關LS的控制端，如此以控制上橋開關HS以及下橋開關LS運作。
若有需要，電源轉換器更可包含導通訊號產生器TOGR。導通訊號產生器TOGR的輸入端可耦接一輸入電壓VIN，以接收輸入電壓VIN。導通訊號產生器TOGR的輸入端還可連接至上述電源轉換器的反饋節點，以接收電源轉換器的輸出電壓VOUT。
導通訊號產生器TOGR可依據輸入電壓VIN以及上述電源轉換器的反饋節點的電壓以決定上橋開關HS以及下橋開關LS的導通時間，以輸出一導通時間訊號TON。控制電路COT可依據從導通訊號產生器TOGR接收到的一導通時間訊號，以控制上橋開關HS以及下橋開關LS的導通時間。
若有需要，電源轉換器更可包含上側緩衝器BFH、下側緩衝器BFL或兩者。
上側緩衝器BFH的輸入端連接控制電路COT的輸出端。上側緩衝器BFH的輸出端連接上橋開關HS的控制端。上側緩衝器BFH配置以緩衝控制電路COT輸出至上橋開關HS的控制端的一上橋控制訊號。
下側緩衝器BFL的輸入端連接控制電路COT的輸出端。下側緩衝器BFL的輸出端連接下橋開關LS的控制端。下側緩衝器BFL配置以緩衝控制電路COT輸出至下橋開關LS的控制端的一上橋控制訊號。
值得注意的是，在本發明第二實施例中，負載暫態偵測電路LODM1包含如圖3和圖2所示的波形偵測電路PSD、取樣和保持電路SAH、平均值計算電路AVG以及負載變化判斷電路LOD。
波形偵測電路PSD的輸入端連接比較器CMP的輸出端。波形偵測電路PSD的輸出端連接取樣和保持電路SAH的輸入端。取樣和保持電路SAH的輸出端連接平均值計算電路AVG的輸入端。平均值計算電路AVG的輸出端連接負載變化判斷電路LOD的輸入端。
波形偵測電路PSD偵測從比較器CMP的輸出端接收到的比較訊號CPOUT的多個波形(例如但不限為多個脈波)的多個參數(例如但不限於寬度、頻率、工作週期)。
接著，取樣和保持電路SAH取樣和保持波形偵測電路PSD所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中的數者，作為多個取樣波形。
接著，平均值計算電路AVG計算取樣和保持電路SAH所取樣和保持的多個取樣波形的多個參數的平均值(例如但不限於寬度平均值、頻率平均值、工作週期平均值各)作為一負載穩態參考值。
最後，負載變化判斷電路LOD依據波形偵測電路PSD所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中的各波形的參數與平均值計算電路AVG計算出的一負載穩態參考值進行比較，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化、分析負載的暫態變化，以輸出一負載暫態判斷訊號LOC。
舉例而言，當負載暫態偵測電路LODM1的波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的那一波形的參數等於一負載穩態參考值時，負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD判定負載正在穩態下。相反地，當波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的那一波形的參數不等於一負載穩態參考值時，負載變化判斷電路LOD判定負載正在暫態變化。
更進一步，負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD可依據負載暫態偵測電路LODM1的波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的波形的參數是否高於一負載穩態參考值，以判斷負載是否正在從電源轉換器的輸出端抽取電能。
舉例而言，當負載暫態偵測電路LODM1的波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的波形的參數高於負載穩態參考值時，負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD判定負載正在從電源轉換器的輸出端抽取電能。
相反地，當負載暫態偵測電路LODM1的波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的波形的參數低於負載穩態參考值時，負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD判定負載正在釋放電能。
負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD可計算波形偵測電路PSD所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中的各波形的參數與一負載穩態參考值之間的差值，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化、分析負載的暫態變化。
舉例而言，負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD可將波形偵測電路PSD目前偵測到的比較訊號CPOUT的波形的參數減去一負載穩態參考值之間的一差值。負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD可依據所述差值為正值還是負值，據以判斷負載正在從電源轉換器的輸出端抽取電能，還是負載正在釋放電能。
請參閱圖4，其為本發明第三實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖。本發明的第三實施例與第二實施例相同之處，不在本文中贅述。
本發明的第三實施例與第一和第二實施例差異之處在於，本發明第三實施例的負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD的輸出端連接一斜波訊號產生器SLG的輸入端，以輸出一負載暫態判斷訊號LOC至斜波訊號產生器SLG。
斜波訊號產生器SLG依據從負載暫態偵測電路LODM1的負載變化判斷電路LOD接收到的負載暫態判斷訊號LOC，以決定輸出至反饋調整電路ADR的一斜波訊號RAMP(的多個波形)。
請參閱圖5，其為本發明第四實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
如圖1所示的負載暫態偵測電路LODM、如圖2和圖4所示的負載暫態偵測電路LODM1可替換為如圖5所示的負載暫態偵測電路LODM11。本發明第四實施例與第一至第三實施例相同之處，不在本文中贅述。
本發明第四實施例與第一至第三實施例差異之處，詳述如下。
在本發明第四實施例中，波形偵測電路PSD11包含波形寬度偵測電路PWD。波形寬度偵測電路PWD的輸入端連接比較器CMP的輸出端。波形寬度偵測電路PWD的輸出端連接取樣和保持電路SAH的輸入端。
波形寬度偵測電路PWD可偵測從比較器CMP的輸出端接收到的比較訊號CPOUT的多個波形(例如多個脈波)分別的多個寬度(即上述參數)。
接著，取樣和保持電路SAH可取樣和保持波形偵測電路PSD11所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中的數者，作為多個取樣波形。
平均值計算電路AVG可計算多個取樣波形的多個寬度的平均值，作為一負載穩態參考值。
負載變化判斷電路LOD可將比較訊號CPOUT的多個波形中的各波形的寬度與一負載穩態參考值進行比較，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化、分析負載的暫態變化，以輸出一負載暫態判斷訊號LOC(至上述斜波訊號產生器SLG)。
請參閱圖6，其為本發明第五實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
如圖1所示的負載暫態偵測電路LODM、如圖2和圖4所示的負載暫態偵測電路LODM1可替換為如圖6所示的負載暫態偵測電路LODM13。本發明第五實施例與第一至第三實施例相同之處，不在本文中贅述。
本發明第五實施例與第一至第三實施例差異之處，詳述如下。
在本發明第五實施例中，波形偵測電路PSD13包含波形頻率偵測電路PFD。波形頻率偵測電路PFD的輸入端連接比較器CMP的輸出端。波形頻率偵測電路PFD的輸出端連接取樣和保持電路SAH的輸入端。
波形頻率偵測電路PFD可偵測從比較器CMP的輸出端接收到的比較訊號CPOUT的多個波形(例如多個脈波)分別的多個頻率(即上述參數)。
接著，取樣和保持電路SAH可取樣和保持波形偵測電路PSD13所偵測到的比較訊號CPOUT的多個波形中的數者，作為多個取樣波形。
平均值計算電路AVG可計算多個取樣波形的多個頻率的平均值，作為一負載穩態參考值。
負載變化判斷電路LOD可將比較訊號CPOUT的多個波形中的各波形的頻率與一負載穩態參考值進行比較，以判斷負載在穩態下還是正在暫態變化、分析負載的暫態變化，以輸出一負載暫態判斷訊號LOC(至上述斜波訊號產生器SLG)。
請參閱圖7，其為本發明第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
如圖1所示的負載暫態偵測電路LODM、如圖2和圖4所示的負載暫態偵測電路LODM1可替換為如圖7所示的負載暫態偵測電路LODM14。本發明的第六實施例與第一至第五實施例相同之處，不在本文中贅述。
本發明第六實施例中，波形偵測電路PSD14包含波形寬度偵測電路PWD以及波形頻率偵測電路PFD，分別用於偵測比較訊號CPOUT的多個波形的寬度以及頻率。
也就是說，本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路可偵測比較訊號CPOUT的多個波形的多個參數，包含比較訊號CPOUT的多個波形的寬度以及頻率或其任意組合，如上述用於判斷負載的狀態變化。
請參閱圖8至圖11，其為本發明第一至第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的波形圖。
本發明的電源轉換器(例如圖1、圖2、圖4所示的電源轉換器)的輸出電壓VOUT可能與如圖8所示的輸出電壓VOUT1相同，而電感L的第二端與輸出電容Cout的第一端之間的節點LX的電流(或電感L的電流)可能相同於如圖8所示的電流ILX1、如圖9所示的電流ILX2、如圖10所示的電流ILX3或如圖11所示的電流ILX4。
本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路，例如圖1至圖8所示的負載暫態偵測電路LODM、LODM1、LODM11、LODM13、LODM14，所偵測到的比較器CMP輸出的比較訊號CPOUT，可能相同於圖8所示的比較訊號CPOUT1、圖9所示的比較訊號CPOUT2、圖10所示的比較訊號CPOUT3或圖11所示的比較訊號CPOUT4。
如圖8至圖11所示，所述負載暫態偵測電路偵測到比較器CMP輸出的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4可能包含多個正半波以及多個負半波。
所述負載暫態偵測電路(的取樣和保持電路，例如上述取樣和保持電路SAH)可取樣和保持比較器CMP輸出的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的多個正半波中的至少一者作為至少一正半波取樣波形，取樣和保持多個負半波中的至少一者作為至少一負半波取樣波形。
所述負載暫態偵測電路可計算至少一正半波取樣波形的參數與至少一負半波取樣波形的參數的平均值，作為一負載穩態參考值。舉例而言，所述負載暫態偵測電路可計算至少一正半波取樣波形與至少一負半波取樣波形的寬度的平均值、頻率的平均值或其任意組合。
舉例而言，當所述負載暫態偵測電路偵測到如圖8至圖11所示的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的多個波形中的第一個波形的數值(例如波峰值)高於一負載穩態參考值(即如圖8至圖11所示中為水平線的數值)時，所述負載暫態偵測電路判定偵測到的波形為一正半波，據以判定負載正在進行從所述電源轉換器的輸出端抽取電能的暫態變化。
相反地，當所述負載暫態偵測電路偵測到如圖8至圖11所示的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的多個波形中的第一個波形的數值(例如波谷值)低於一負載穩態參考值(即如圖8至圖11所示中為水平線的數值)時，所述負載暫態偵測電路判定偵測到的波形為一負半波，據以判定負載正在進行釋放電能的暫態變化。
當所述負載暫態偵測電路偵測到比較器CMP輸出的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的多個波形中的第一個波形的數值等於一負載穩態參考值(即如圖8至圖11所示中為水平線的數值)時，所述負載暫態偵測電路判定負載正在穩態下。
當所述負載暫態偵測電路偵測到比較器CMP輸出的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的波形(例如脈波)的寬度越大時，所述負載暫態偵測電路判定負載的暫態變化時間越長。
當所述負載暫態偵測電路偵測到的比較訊號CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3或CPOUT4的波形的頻率越大時，所述負載暫態偵測電路判定負載的迴轉率(Slew Rate, SR)越大、負載暫態速度越快。
綜上所述，本發明提供一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器。本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路能偵測連接至負載的電源轉換器的輸出端的數據，據以判斷負載目前的狀態變化正在穩態下還是暫態變化。當負載暫態變化時，本發明的電源轉換器的負載暫態偵測電路能更進一步地判斷負載正在從電源轉換器抽取電能，還是負載正在釋放能量。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
HS:上橋開關
LS:下橋開關
LX:節點
VIN:輸入電壓
L:電感
Cout:輸出電容
VOUT、VOUT1:輸出電壓
DRV:分壓電路
R1:第一電阻
R2:第二電阻
FB:反饋電壓
Cb:反饋電容
CMP:比較器
Vref:參考電壓
COT:控制電路
CPOUT、CPOUT1、CPOUT2、CPOUT3、CPOUT4:比較訊號
LODM、LODM1、LODM11、LODM13、LODM14:負載暫態偵測電路
LOC:負載暫態判斷訊號
PSD、PSD11、PSD13、PSD14:波形偵測電路
SAH:取樣和保持電路
AVG:平均值計算電路
LOD:負載變化判斷電路
ADR:反饋調整電路
RAMP:斜波訊號
TOGR:導通訊號產生器
TON:導通時間訊號
BFH:上側緩衝器
BFL:下側緩衝器
SLG:斜波訊號產生器
PWD:波形寬度偵測電路
PFD:波形頻率偵測電路
ILX1、ILX2、ILX3、ILX4:電流
圖1為本發明第一實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖。
圖2為本發明第二實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖。
圖3為本發明第二實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
圖4為本發明第三實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的方塊圖。
圖5為本發明第四實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
圖6為本發明第五實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
圖7為本發明第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的負載暫態偵測電路的方塊圖。
圖8為本發明第一至第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的波形圖。
圖9為本發明第一至第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的波形圖。
圖10為本發明第一至第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的波形圖。
圖11為本發明第一至第六實施例的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器的波形圖。
HS:上橋開關
LS:下橋開關
LX:節點
VIN:輸入電壓
L:電感
Cout:輸出電容
VOUT:輸出電壓
DRV:分壓電路
R1:第一電阻
R2:第二電阻
FB:反饋電壓
Cb:反饋電容
CMP:比較器
Vref:參考電壓
CPOUT:比較訊號
COT:控制電路
LODM:負載暫態偵測電路
LOC:負載暫態判斷訊號

Claims (14)

  1. 一種具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，包含：一上橋開關，所述上橋開關的第一端耦接一輸入電壓；一下橋開關，所述下橋開關的第一端連接所述上橋開關的第二端，所述下橋開關的第二端接地，所述下橋開關的第一端與所述上橋開關的第二端之間的節點連接一電感的第一端，所述電感的第二端連接一輸出電容的第一端，所述輸出電容的第二端接地，所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點連接一負載而作為所述電源轉換器的一反饋節點；一控制電路，所述控制電路的輸出端連接所述上橋開關的控制端以及所述下橋開關的控制端；一比較器，所述比較器的第一輸入端連接所述電源轉換器的所述反饋節點，所述比較器的第二輸入端耦接一參考電壓，所述比較器的輸出端連接所述控制電路的輸入端；以及一負載暫態偵測電路，連接所述比較器的輸出端，配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的一比較訊號的多個波形的多個參數，取樣和保持所偵測到的所述比較訊號的所述多個波形中的數者作為多個取樣波形，計算所述多個取樣波形分別的所述多個參數的平均值作為一負載穩態參考值，將所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度；其中所述比較器輸出的所述比較訊號包含多個正半波以及多個負半波，所述負載暫態偵測電路取樣和保持所述比較訊號的所述多個正半波中的至少一者作為至少一正半波取樣波形，取樣和保持所述多個負半波中的至少一者作為至少 一負半波取樣波形，計算所述至少一正半波取樣波形的所述參數與所述至少一負半波取樣波形的所述參數的平均值作為所述負載穩態參考值。
  2. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述負載暫態偵測電路計算所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值之間的差值，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
  3. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數等於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在穩態下。
  4. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數不等於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在暫態變化。
  5. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述負載暫態偵測電路依據目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數是否高於所述負載穩態參考值，以判斷所述負載是否正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能。
  6. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數高於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能。
  7. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中，當所述負載暫態偵測電路目前偵測到的所述比較訊號的 所述波形的所述參數低於所述負載穩態參考值時，所述負載暫態偵測電路判定所述負載正在釋放電能。
  8. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述負載暫態偵測電路將目前偵測到的所述比較訊號的所述波形的所述參數減去所述負載穩態參考值之間的一差值，依據所述差值為正值還是負值以判斷所述負載正在從所述電源轉換器的輸出端抽取電能還是所述負載正在釋放電能。
  9. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述負載暫態偵測電路包含：一波形偵測電路，連接所述比較器的輸出端，配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形的所述多個參數；一取樣和保持電路，連接所述波形偵測電路，配置以取樣和保持所述波形偵測電路所偵測到的所述比較訊號的所述多個波形中的數者，作為所述多個取樣波形；一平均值計算電路，連接所述取樣和保持電路，配置以計算所述多個取樣波形的所述多個參數的平均值，作為所述負載穩態參考值；以及一負載變化判斷電路，連接所述平均值計算電路，配置以依據所述比較訊號中的各所述波形的所述參數與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
  10. 如請求項9所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述波形偵測電路包含：一波形寬度偵測電路，連接所述比較器的輸出端以及所述取樣和保持電路的輸入端，配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形分別的多個寬 度；其中所述平均值計算電路計算所述多個取樣波形的所述多個寬度的平均值，作為所述負載穩態參考值；其中所述負載變化判斷電路將所述比較訊號中的各所述波形的所述寬度與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
  11. 如請求項9所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述波形偵測電路包含：一波形頻率偵測電路，連接所述比較器的輸出端以及所述取樣和保持電路的輸入端，配置以偵測從所述比較器的輸出端接收到的所述比較訊號的所述多個波形分別的多個頻率；其中所述平均值計算電路計算所述多個取樣波形的所述多個頻率的平均值，作為所述負載穩態參考值；其中所述負載變化判斷電路將所述比較訊號中的各所述波形的所述頻率與所述負載穩態參考值進行比較，以判斷所述負載在穩態下還是正在暫態變化、判斷所述負載暫態變化的程度。
  12. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，更包含：一分壓電路，連接所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點以及所述比較器的第一輸入端，配置以將所述反饋節點的電壓分壓以輸出一反饋電壓至所述比較器的第一輸入端。
  13. 如請求項12所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，其中所述分壓電路包含： 一第一電阻，所述第一電阻的第一端連接所述電感的第二端與所述輸出電容的第一端之間的節點；以及一第二電阻，所述第二電阻的第一端連接所述第一電阻的第二端，所述第二電阻的第二端接地，所述第二電阻的第一端與所述第一電阻的第二端之間的節點作為所述電源轉換器的所述反饋節點連接至所述比較器的第一輸入端。
  14. 如請求項1所述的具有負載暫態偵測機制的電源轉換器，更包含：一反饋調整電路，連接所述電源轉換器的所述反饋節點、所述比較器的第一輸入端以及一斜波訊號產生器，配置以依據從所述斜波訊號產生器接收到的一斜波訊號，以調整從所述反饋節點接收到的一反饋訊號，以輸出一反饋調整訊號至所述比較器的第一輸入端。
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