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TWI830355B - 交錯式電源轉換器的控制方法 - Google Patents

交錯式電源轉換器的控制方法 Download PDF

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TWI830355B
TWI830355B TW111132841A TW111132841A TWI830355B TW I830355 B TWI830355 B TW I830355B TW 111132841 A TW111132841 A TW 111132841A TW 111132841 A TW111132841 A TW 111132841A TW I830355 B TWI830355 B TW I830355B
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陳達進
鄭瑞志
鄒明璋
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通嘉科技股份有限公司
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Abstract

本發明實施例提供一種控制方法，適用於交錯式電源轉換器，其具有相並聯之一第一功率級以及一第二功率級，可共同用以產生一輸出電源。該控制方法包含有：依據一回饋訊號以及一參考電壓，產生一補償訊號，其中，該回饋訊號關聯於該輸出電源；依據該補償訊號，用以控制該第一功率級之輸出功率，供電給該輸出電源；依據該補償訊號以及一參考切換準位，切換該第二功率級之一操作狀態；以及，該回饋訊號不位於一穩態輸出範圍內時，禁止該操作狀態被切換。該穩態輸出範圍包含該參考電壓。

Description

交錯式電源轉換器的控制方法
本發明大致係關於一種用於交錯式電源轉換器的控制方法，尤指可以根據交錯式電源轉換器是否處於穩態來決定切換交錯式電源轉換器操作模式的控制方法。
交錯式電源轉換器往往用於大功率的電源轉換器，利用兩個並聯的功率級轉換電能，對輸出負載供電，並使兩個功率級的操作相位差大約維持在180度，可以降低輸入與輸出的漣波電流(ripple current)。而且，把輸出電流分成兩個路徑，也可以降低電感元件交流損失(inductor AC loss)與電阻電流損失(I2R loss)，進而得到高轉換效率。
交錯式電源轉換器一般具有一主功率級(master power stage)以及一僕功率級(slave power stage)。為了節省開關損失，當輸出負載為輕載狀態或是無載狀態時，交錯式電源轉換器可以將僕功率級禁能，不提供能量轉換，而僅僅由主功率級來供電輸出負載。當輸出負載為重載狀態時，交錯式電源轉換器可以使主功率級與僕功率級一起提供能量轉換，一起對輸出負載供電。但是，僕功率級的加入(致能)或是停止(禁能)，都可能使得輸出電壓產生大幅度的震盪，在某些固定負載狀態下，可能會使得僕功率級產生不應該的週期性致能與禁能。
而且，僕功率級與主功率級中的電路元件，可以彼此有差異，可能造成主功率級與僕功率級其中之一操作於不允許的連續導通模式(continuous conduction mode，CCM)，或是他們彼此的操作相位差很難維持在180度。
本發明實施例提供一種控制方法，適用於交錯式電源轉換器，其具有相並聯之一第一功率級以及一第二功率級，可共同用以產生一輸出電源。該控制方法包含有：依據一回饋訊號以及一參考電壓，產生一補償訊號，其中，該回饋訊號關聯於該輸出電源；依據該補償訊號，用以控制該第一功率級之輸出功率，供電給該輸出電源；依據該補償訊號以及一參考切換準位，切換該第二功率級之一操作狀態；以及，該回饋訊號不位於一穩態輸出範圍內時，禁止該操作狀態被切換。該穩態輸出範圍包含該參考電壓。
本發明實施例提供一種控制方法，適用於一交錯式電源轉換器。該交錯式電源轉換器具有相並聯之一第一功率級以及一第二功率級。每一該第一與第二功率級均具有一功率開關以及一電感元件。該控制方法包含有：開啟該第一功率級之一第一功率開關一第一開啟時間；開啟該第二功率級之一第二功率開關一第二開啟時間；紀錄該第二功率級之一第二電感元件的一第二放電長度；以及，使該第一功率開關之一第一關閉時間，不短於該第二放電長度。
80:單通路模式
82:雙通路模式
84:關閉模式
100:交錯式電源轉換器
102:橋式整流器
104:電源控制器
106:運算轉導放大器
108:數位的相位管理控制單元
110:架構管理電路
CCOM:補償電容
COMP:接腳
COMP1、COMP2:波谷偵測器
COUT:輸出電容
D1、D2:整流二極體
GATE1、GATE2:接腳
GND:接腳
HI:接腳
IL1、IL2:電感電流
IOUT:輸出電流
INV:接腳
L1、L2:電感元件
L11、L22:繞組
LG1、LG2:開啟時間控制器
N1、N2:接點
ON1、ON2:時間限制器
PH1、PH2:功率級
Q1、Q2:功率開關
RPH1:重置訊號
R1、R2、RD、RU:分壓電阻
RD1、RD2:偵測電阻
SPH1、SPH2:設定訊號
t0、t1、t3、t4、t10、t11、t12、t13、t14、t20:時間點
tCYC1、tCYC2:當下週期時間
tOFF1、tOFF2:當下關閉時間
TCYC1、TCYC2:週期時間
TDIS1、TDIS2:放電時間
TOFF1、TOFF2:關閉時間
TON1、TON2:開啟時間
VAC:交流市電
VCOM:補償訊號
VCOM_DUAL、VCOM_SING:參考切換準位
VG1、VG2:閘訊號
VHIN:高壓訊號
VIN:輸入電壓
VINV:回饋訊號
VOUT:輸出電壓
VOVP:過高壓保護電壓
VQRD1、VQRD2:諧振偵測訊號
VQRD_REF:波谷參考電壓
VREF:參考電壓
VREFH:高參考準位
VREFL:低參考準位
VRISK:危險參考電壓
VZCD1、VZCD2:零電流偵測訊號
VA1、VA2、VA3:訊號波谷
VIN:輸入電源
VOUT:輸出電源
ZCD1、ZCD2:接腳
圖1顯示依據本發明所實施的一交錯式電源轉換器。
圖2顯示圖1中的一電源控制器。
圖3顯示設定訊號SPH1、重置訊號RPH1、閘訊號VG1、電感電流IL1、零電流偵測訊號VZCD1、以及諧振偵測訊號VQRD1的波形。
圖4顯示雙通路模式、單通路模式、以及關閉模式三個操作模式之間彼此的切換。
圖5顯示輸出電流IOUT、補償訊號VCOM、回饋訊號VINV的訊號波形。
圖6顯示功率級PH2具有軟進入與軟脫出的功能。
圖7與圖8顯示閘訊號VG1、零電流偵測訊號VZCD1、閘訊號VG2、與零電流偵測訊號VZCD1的波形。
在本說明書中，有一些相同的符號，其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
在本發明的一實施例中，一交錯式電源轉換器具有並聯的第一與第二功率級，受控於一電源控制器。該電源控制器依據交錯式電源轉換器的一回饋訊號以及一參考電壓，產生一補償訊號。該回饋訊號關聯於該輸出電源。該電源控制器可依據該補償訊號，來切換該第二功率級之一操作狀態，為一致能狀態或是一禁能狀態。當該回饋訊號不位於一穩態輸出範圍時，視為該交錯式電源轉換器處於暫態反應中，因此該電源控制器禁止該操作狀態被切換。該穩態輸出範圍包含該參考電壓。
在本發明的一實施例中，一交錯式電源轉換器具有並聯的第一與第二功率級，受控於一電源控制器。每一功率級都有一功率開關以及一電感元件。該電源控制器紀錄該第二功率級的一第二電感元件之一第二放電時間，且使得該第一功率開關的一第一關閉時間，不短於該第二放電時間。因為該第一功率級的該第一關閉時間，不短於該第二功率級的第二放電時間，所以該第二功率級可以確定不會操作於CCM。該電源控制器可使得該第一功率級與該第二功率級，都操作於臨界模式(critical mode，CRM)或是非連續導通模式(Discontinuous conduction mode，DCM)。
圖1顯示依據本發明所實施的交錯式電源轉換器100，具有兩個並聯的功率級PH1與PH2。交錯式電源轉換器100以橋式整流器102將交流市電VAC整流，來提供輸入電源VIN，並透過功率級PH1與PH2，將輸入電源VIN轉換成輸出電源VOUT，提供輸出電流IOUT，對負載(未顯示)供電。在這個交錯式電源轉換器100中，每個功率級是一昇壓器，但本發明不限於此。在另一個實施例中，每個功率級可以是降壓器(buck converter)、返馳式轉換器(flyback)、或是降昇壓器(buck booster)。
輸入電源VIN的輸入電壓VIN，可以透過分壓電阻R1與R2，以高壓訊號VHIN，傳遞給電源控制器104。分壓電阻RU與RD依據輸出電源VOUT的輸出電壓VOUT，提供回饋訊號VINV給電源控制器104。回饋訊號VINV大約跟輸出電壓VOUT為比例關係，由分壓電阻RU與RD所決定，因此回饋訊號VINV關聯於輸出電源VOUT。電源控制器104依據回饋訊號VINV，在補償電容CCOM上建立補償訊號VCOM。在一實施例中，電源控制器104為一封裝好的積體電路，具有接腳GATE1、GATE2、GND、COMP、ZCD1、ZCD2、 HI、以及INV，如同圖1所示。
在圖1中，功率級PH1具有電感元件L1、整流二極體D1、功率開關Q1、與電感元件L1相電感耦合的繞組L11、以及偵測電阻RD1，彼此的連接關係，如圖1所示。電源控制器104以閘訊號VG1控制功率開關Q1，可以決定電感元件L1儲能或釋能。整流二極體D1用以將電感元件L1釋能時所的電感電流IL1，對輸出電容COUT充電。透過繞組L11與偵測電阻RD1，電源控制器104可以從零電流偵測訊號VZCD1，得知接點N1的訊號最小值出現時間，也可以大略推算出電感元件L1對輸出電容COUT結束充電的放電時間TDIS1(稍後將說明)。類似的道理，功率級PH2具有電感元件L2、整流二極體D2、功率開關Q2、與電感元件L2相電感耦合的繞組L22、以及偵測電阻RD2，彼此的連接關係，如圖1所示。功率級PH2的操作，可以參考先前針對功率級PH1的說明而得知，不再重述。
圖2顯示圖1中的電源控制器104。電源控制器104包含有運算轉導放大器(operational transconductance amplifier，OTA)106、開啟時間控制器LG1與LG2、波谷偵測器COMP1與COMP2、數位的相位管理控制單元(digital phase management control unit)108、以及架構管理電路110。圖3顯示閘訊號VG1、電感電流IL1、零電流偵測訊號VZCD1、設定訊號SPH1、重置訊號RPH1、以及諧振偵測訊號VQRD1的波形，均用於操作功率級PH1。以下以功率級PH1的操作，來說明圖2之電源控制器104如何控制電源轉換，而功率級PH2的操作，除了特別說明之外，可以根據功率級PH1的操作而得知。
圖2中的運算轉導放大器106將回饋訊號VINV與參考電壓VREF比較，產生電流，對補償電容CCOM充電或放電，在補償電容CCOM上 建立補償訊號VCOM。
圖2之開啟時間控制器LG1可以依據補償訊號VCOM，決定功率開關Q1的開啟時間TON1。藉此，補償訊號VCOM控制功率級PH1的輸出功率。請參閱圖2與圖3，數位的相位管理控制單元108適時的送出短脈衝設定訊號SPH1給開啟時間控制器LG1，使得閘訊號VG1為邏輯上的”1”，開始開啟時間TON1。當閘訊號VG1為邏輯上”1”達到補償訊號VCOM所相對應時間時，時間限制器ON1產生重置訊號RPH1，一方面通知數位的相位管理控制單元108，來記錄開啟時間TON1，另一方面使得閘訊號VG1轉變為邏輯上的”0”，結束開啟時間TON1，也開始了關閉時間TOFF1。
圖2之波谷偵測器COMP1為一比較器，依據零電流偵測訊號VZCD1與波谷參考電壓VQRD_REF，來產生諧振偵測訊號VQRD1，可以得知接點N1上訊號局部最小值(local minimums)出現時間。如同圖3所示，在關閉時間TOFF1開始後，零電流偵測訊號VZCD1大約先維持在一個定值，而電感電流IL1漸漸減少。當電感電流IL1成為0A後，零電流偵測訊號VZCD1開始震盪，可以產生許多局部最小值，每一個局部最小值就是一訊號波谷，如同圖3中的訊號波谷VA1、VA2與VA3所示。一但零電流偵測訊號VZCD1低於波谷參考電壓VQRD_REF，諧振偵測訊號VQRD1就出現一個脈衝，大約代表相對應一個訊號波谷的出現。關閉時間TOFF1開始，到諧振偵測訊號VQRD1所送出的第一個脈衝之間的時間，可以視為電感元件L1的放電時間TDIS1，如同圖3所示。如果數位的相位管理控制單元108大約在放電時間TDIS1一結束後，也就是大約訊號波谷VA1出現時，就送出短脈衝設定訊號SPH1來結束關閉時間TOFF1，則功率級PH1操作於CRM。如果短脈衝設定訊號SPH1出現在訊號波谷VA1之 後出現的訊號波谷，才結束關閉時間TOFF1，則功率級PH1操作於DCM。圖3顯示功率級PH1操作於DCM，因為短脈衝設定訊號SPH1大約在訊號波谷VA3出現時，才結束關閉時間TOFF1。簡單的說，數位的相位管理控制單元108可以強制使得關閉時間TOFF1結束於接點N1上一訊號局部最小值出現時，確保功率級PH1實現零電壓切換(zero voltage switching，ZVS)。
一樣的道理，補償訊號VCOM決定功率開關Q2的開啟時間TON2。波谷偵測器COMP2所提供的諧振偵測訊號VQRD2，可以大約指出接點N2上訊號局部最小值出現時間。數位的相位管理控制單元108可以使得關閉時間TOFF2結束於接點N2上一訊號局部最小值出現時。
功率級PH1與PH2實現零電壓切換或是波谷切換只是本發明中的一種實施例，本發明不限於此。在另一個實施例中，數位的相位管理控制單元108可以使得關閉時間TOFF1結束於放電時間TDIS1結束之後的任何一個時間點，不必然是在接點N1上一訊號局部最小值出現時。
在一實施例中，數位的相位管理控制單元108為一微處理器(micro processor)，依據遠高於功率級PH1與PH2的開關頻率之處理器時脈，進行訊號處理。舉例說，功率級PH1與PH2的開關頻率大約為100KHz，而數位的相位管理控制單元108所用的處理器時脈為10MHz。數位的相位管理控制單元108內有數個計數器，隨著處理器時脈，計算功率級PH1的當下週期時間tCYC1、當下關閉時間tOFF1、功率級PH2的當下週期時間tCYC2、當下關閉時間tOFF2。根據這些計數器，數位的相位管理控制單元108也紀錄了過去已經確認的開啟時間TON1、放電時間TDIS1、週期時間TCYC1、開啟時間TON2、放電時間TDIS2、以及週期時間TCYC2。以圖3舉例來說，當數位的 相位管理控制單元108送出短脈衝設定訊號SPH1時，以當下週期時間tCYC1更新週期時間TCYC1，且當下週期時間tCYC1重設從零開始計時。當數位的相位管理控制單元108在送出短脈衝重置訊號RPH1時，使當下關閉時間tOFF1重設從零開始計時，並在收到諧振偵測訊號VQRD1之第一個脈衝時，數位的相位管理控制單元108以當下關閉時間tOFF1來更新放電時間TDIS1。
圖2中，架構管理電路110依據高壓訊號VHIN、補償訊號VCOM、以及回饋訊號VINV，來切換交錯式電源轉換器100的操作模式。交錯式電源轉換器100的操作模式可以有三種：雙通路模式(dual mode，DM)、單通路模式(single mode，SM)、以及關閉模式(shut-down mode，SDM)。DM指的是交錯地使用功率級PH1與PH2，來執行能源轉換。SM指的是功率級PH2禁能，單單使用功率級PH1，來執行能源轉換。SDM指的是功率級PH1與PH2都被禁能，都沒有提供能源轉換。換言之，架構管理電路110可以切換功率級PH1與PH2的操作狀態是禁能還是致能。舉例來說，架構管理電路110可以使數位的相位管理控制單元108不再提供短脈衝設定訊號SPH2，來禁能功率級PH2。
圖4顯示雙通路模式(dual mode，DM)82、單通路模式(single mode，SM)80、以及關閉模式(shut-down mode，SDM)84三個操作模式之間彼此的切換條件，由架構管理電路110來管理。圖5顯示輸出電流IOUT、補償訊號VCOM、回饋訊號VINV的訊號波形，來說明在負載變化下，操作模式是如何切換。圖5也顯示了用來跟補償訊號VCOM比較的參考切換準位VCOM_DUAL與VCOM_SING(由上而下)。大致上來說，當補償訊號VCOM大於參考切換準位VCOM_DUAL時，應該採用雙通路模式82，當補償訊號VCOM小於參 考切換準位VCOM_SING時，應該採用單通路模式80。圖5也顯示用來跟回饋訊號VINV比較的過高壓保護電壓VOVP、高參考準位VREFH、參考電壓VREF、低參考準位VREFL、以及危險參考電壓VRISK(由上而下)。高參考準位VREFH與低參考準位VREFL界定了一個穩態輸出範圍的兩個邊界。正常狀態下，輸出電源VOUT被調控，使得回饋訊號VINV大約等於參考電壓VREF，介於高參考準位VREFH與低參考準位VREFL之間。所以，當回饋訊號VINV不位於高參考準位VREFH與低參考準位VREFL之間時，視為輸出電源VOUT並不穩定，處於暫態。當回饋訊號VINV位於高參考準位VREFH與低參考準位VREFL之間的穩態輸出範圍內時，視為輸出電源VOUT位於穩態。
在一實施例中，當輸出電源VOUT處於暫態時，架構管理電路110不切換交錯式電源轉換器100的操作模式，除非輸出電源VOUT已經過高或是過低。當輸出電源VOUT處於穩態時，架構管理電路110可以依據補償訊號VCOM來切換交錯式電源轉換器100的操作模式。
在圖4中，條件I使得交錯式電源轉換器100從單通路模式80切換至雙通路模式82；條件II使得交錯式電源轉換器100從雙通路模式82切換至單通路模式80；條件III使得交錯式電源轉換器100強制停留於雙通路模式82；條件IV使得交錯式電源轉換器100強制停留於單通路模式80；條件V強制使得交錯式電源轉換器100從雙通路模式82切換至關閉模式84；以及，條件VI強制使得交錯式電源轉換器100從關閉模式84切換至單通路模式80。條件I-VI簡單說明如下：
條件I：(VCOM>VCOM_DUAL且VREFL<VINV<VREFH)或(VINV<VRISK)。
條件II：VCOM<VCOM_SING且VREFL<VINV<VREFH。
條件III：VINV>VREFH。
條件IV：VINV<VREFL。
條件V：VINV>VOVP。
條件VI：VINV<VREF。
在一實施例中，只要高壓訊號VHIN指出交流市電VAC小於一預設值，譬如說90VAC，則不論補償訊號VCOM為何，交錯式電源轉換器100只能操作於雙通路模式82，不可操作於單通路模式80；當高壓訊號VHIN指出交流市電VAC大於該預設值時，譬如大於90VAC時，交錯式電源轉換器100才可以切換其操作於單通路模式80與雙通路模式82。
請參閱圖4與圖5。在圖5中，如同輸出電流IOUT的波形所示，負載一開始是為輕載狀態，之後轉為重載狀態，最後又回到了輕載狀態。所以在圖5一開始時，因為補償訊號VCOM穩定的低於參考切換準位VCOM_SING，交錯式電源轉換器100操作於單通路模式80，僅僅致能功率級PH1。
在時間點t0，架構管理電路110發現了當下符合了條件I，也就是補償訊號VCOM超過了參考切換準位VCOM_DUAL，且輸出電源VOUT符合穩態輸出標準(VREFL<VINV<VREFH)。因此，錯式電源轉換器100切換至雙通路模式82，使功率級PH2致能，與功率級PH1一起提供能源轉換。
因為功率級PH2的突然加入，輸出電源VOUT快速上升，使得回饋訊號VINV超過高參考準位VREFH，不再落入穩態輸出範圍(VREFL<VINV<VREFH)。輸出電源VOUT處於暫態。從圖4可知，因為條件III已經符合，因此交錯式電源轉換器100固定操作於雙通路模式82。在符合條件III的 時間，等於是一段自動的遮蔽時間，架構管理電路110會自動忽略補償訊號VCOM的變化，除非條件V觸發操作模式切換。
在圖5之時間點t0到t1之間，整個交錯式電源轉換器100的控制迴路，使得回饋訊號VINV大約收斂約參考電壓VREF，讓輸出電源VOUT回歸穩態，而補償訊號VCOM會隨著輸出電流IOUT而變化，交錯式電源轉換器100操作於雙通路模式82，如同圖5所示。
萬一回饋訊號VINV觸及過高壓保護電壓VOVP，條件V觸發使交錯式電源轉換器100進入關閉模式84，直到回饋訊號VINV大約掉到參考電壓(條件VI)，才恢復操作於單通路模式80。
在圖5之時間點t1，架構管理電路110發現了當下符合了條件II，也就是補償訊號VCOM低於參考切換準位VCOM_SING，且輸出電源VOUT符合穩態輸出標準(VREFL<VINV<VREFH)。因此，交錯式電源轉換器100從雙通路模式82切換至單通路模式80，使功率級PH2禁能，單單留下功率級PH1提供能源轉換。
因為功率級PH2的突然脫離，輸出電源VOUT的電壓快速下降，使得回饋訊號VINV低過低參考準位VREFL，不再符合穩態輸出標準。從圖4可知，因為條件IV已經符合，因此交錯式電源轉換器100固定操作於單通路模式80。符合條件IV的時間，等於一段自動的遮蔽時間，架構管理電路110會自動忽略補償訊號VCOM的變化。在時間點t1之後，隨著輸出電流IOUT的減少，以及整個交錯式電源轉換器100的控制迴路，最後回饋訊號VINV會收斂在約參考電壓VREF，補償訊號VCOM會隨著輸出電流IOUT而變化，而交錯式電源轉換器100操作於單通路模式80，如同圖5所示。
萬一回饋訊號VINV掉到危險參考電壓VRISK之下，交錯式電源轉換器100將強制切換至雙通路模式82，來快速地拉升輸出電源VOUT，避免輸出電源VOUT過低所造成的系統故障。
條件V使得交錯式電源轉換器100從雙通路模式82切換至關閉模式84，以避免輸出電壓VOUT過高，損害輸出電源VOUT所供電的負載。
條件VI使得交錯式電源轉換器100從關閉模式84切換至單通路模式80，使得交錯式電源轉換器100操作於單通路模式80，恢復對負載供電。
圖6顯示一實施例中，閘訊號VG1與閘訊號VG2的波形，並表示交錯式電源轉換器100的功率級PH2具有軟進入(Soft-In)與軟脫出(Soft-Out)的功能。在圖6中，當功率級PH2在被致能或禁能時，功率級PH2的開啟時間TON2會隨著功率開關Q2的開關週期而逐漸變化。
軟進入(Soft-In)大約顯示於圖6的時間點t3。在時間點t3，架構管理電路110通知數位的相位管理控制單元108，要將功率級PH2從禁能狀態，切換為致能狀態。因此，閘訊號VG2開始週期性地出現脈衝。請注意，從時間點t3開始，功率級PH2被致能後，數位的相位管理控制單元108會協同開啟時間控制器LG2，使得閘訊號VG2的脈衝寬度，也就是開啟時間TON2，隨著開關週期的過去，從一個比較小的值，漸漸的增加，直到開啟時間TON2被補償訊號VCOM限制為止。
軟脫出(Soft-Out)大約顯示於圖6之時間點t4。在時間點t4，架構管理電路110通知數位的相位管理控制單元108，要禁能功率級PH2。因此，從時間點t4開始，數位的相位管理控制單元108會協同開啟時間控制器 LG2，使得閘訊號VG2的脈衝寬度，也就是開啟時間TON2，隨著開關週期的過去，從一個被補償訊號VCOM限制所限制的長度，慢慢的減少，最後當開啟時間TON2小於等於預設的最小開啟時間時，就完全的禁能功率級PH2。
功率級PH2的軟進入與軟脫出，可以避免功率級PH2突然的加入或是脫離，而可能造成輸出電源VOUT的電壓漣波(voltage ripple)過大之問題。
圖7顯示閘訊號VG1、零電流偵測訊號VZCD1、閘訊號VG2、與零電流偵測訊號VZCD1的波形，並說明開啟時間TON1與TON2開始的條件。
請參閱圖2與圖7。如同先前所述的，圖2之數位的相位管理控制單元108計時當下週期時間tCYC1、當下關閉時間tOFF1、當下週期時間tCYC2、與當下關閉時間tOFF2，並隨著時間過去而記錄或更新開啟時間TON1、放電時間TDIS1、週期時間TCYC1、開啟時間TON2、放電時間TDIS2、以及週期時間TCYC2。
在圖7的時間點t10，閘訊號VG1開始開啟功率開關Q1，數位的相位管理控制單元108以當下週期時間tCYC1更新週期時間TCYC1，並使當下週期時間tCYC1從0開始計時。在時間點t11，閘訊號VG1開始關閉功率開關Q1，數位的相位管理控制單元108以當下週期時間tCYC1更新開啟時間TON1，並使當下關閉時間tOFF1從0開始計時。在時間點t14，數位的相位管理控制單元108以當下關閉時間tOFF1更新放電時間TDIS1。在時間點t20，數位的相位管理控制單元108重複跟時間點t10一樣的動作。
一樣的道理，數位的相位管理控制單元108在時間t12更新週期時間TCYC2、在時間點t13更新開啟時間TON2、在時間點t15更新放電時間 TDIS2。
在本發明的一實施例中，數位的相位管理控制單元108比較功率級PH1的當下關閉時間tOFF1與功率級PH2的放電時間TDIS2，只有在當下關閉時間tOFF1大於放電時間TDIS2後，才允許諧振偵測訊號VQRD1的脈衝(等於邏輯上的”1”)，開啟功率開關Q1，開始功率級PH1的下一個開關週期。如同圖7所示，在時間點t20時，數位的相位管理控制單元108發現當下關閉時間tOFF1大於放電時間TDIS2，且諧振偵測訊號VQRD1為”1”，所以開始功率級PH1的下一個開關週期。簡單的說，數位的相位管理控制單元108使關閉時間TOFF1被限制為不短於放電時間TDIS2。
類似的道理，數位的相位管理控制單元108也可以限制關閉時間TOFF2為不短於放電時間TDIS1。不過，功率級PH2的下一個開關週期開始(也就是功率開關Q2開始開啟)的條件，相較於功率級PH1所需的條件，多了一個限制，就是必須要在當下週期時間tCYC1經過了一半週期時間TCYC1之後，來保持功率級PH1與PH2的相位差為180度。如同圖7所示，在時間點t12，數位的相位管理控制單元108比較功率級PH2的當下關閉時間tOFF2與功率級PH1的放電時間TDIS1，只有在當下關閉時間tOFF2大於放電時間TDIS1，且當下週期時間tCYC1大於一半週期時間TCYC1後，才允許諧振偵測訊號VQRD2的脈衝，開啟功率開關Q2，開始功率級PH2的下一個開關週期。
在圖7中，以兩個功率級中一個功率級的放電時間，來限制另一個功率級的關閉時間，可以確保兩個功率級相位差為180度，且都一定會操作於CRM或是DCM。
圖8顯示在另一個實施例中的閘訊號VG1、零電流偵測訊號VZCD1、閘訊號VG2、與零電流偵測訊號VZCD1的波形，並說明開啟時間TON1與TON2開始的條件。圖8與圖7相似，彼此相同之處可以透過先前之圖7說明得知，不再累述。
圖8與圖7不同處，在於開啟時間TON1與TON2開始的條件。在圖7中，開啟時間TON1與TON2開始的條件不相類比，彼此有明顯的差異。但在圖8中，開啟時間TON1與TON2開始的條件完全相類比。舉例來說，開啟時間TON1的開始需要符合有三個子條件：1)當下關閉時間tOFF1大於放電時間TDIS2；2)當下功率級PH1之開關週期內之諧振偵測訊號VQRD1已經出現了第一個脈衝；以及3)當下週期時間tCYC2大於一半週期時間TCYC2。類似的，開啟時間TON2的開始需要符合有三個子條件：1)當下關閉時間tOFF2大於放電時間TDIS1；2)當下功率級PH2開關週期內之諧振偵測訊號VQRD2已經出現了第一個脈衝；以及3)當下週期時間tCYC1大於一半週期時間TCYC1。這些子條件，可以使得功率級PH1與PH2進入諧振後即可開啟開關，不需要等到波谷時才能打開，沒有限制QR操作。這些子條件也確保功率級PH1與PH2彼此相位差為180度，且都一定會操作於CRM或是DCM。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
80:單通路模式
82:雙通路模式
84:關閉模式
VCOM:補償訊號
VCOM_DUAL、VCOM_SING:參考切換準位
VINV:回饋訊號
VOVP:過高壓保護電壓
VREF:參考電壓
VREFH:高參考準位
VREFL:低參考準位
VRISK:危險參考電壓

Claims (9)

  1. 一種控制方法，適用於交錯式電源轉換器，其具有相並聯之一第一功率級以及一第二功率級，可共同用以產生一輸出電源，該控制方法包含有：依據一回饋訊號以及一參考電壓，產生一補償訊號，其中，該回饋訊號關聯於該輸出電源；依據該補償訊號，用以控制該第一功率級之輸出功率，供電給該輸出電源；依據該補償訊號以及一參考切換準位，切換該第二功率級之一操作狀態；以及當該回饋訊號不位於一穩態輸出範圍內時，禁止該操作狀態被切換，其中，該穩態輸出範圍包含該參考電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之控制方法，其中，該參考切換準位包含有一高參考準位以及一低參考準位，且該高參考準位高於該低參考準位，該控制方法另包含有：當該補償訊號高於該高參考準位時，使該操作狀態切換為一致能狀態，使該第二功率級供電給該輸出電源；以及當該補償訊號低於該低參考準位時，使該操作狀態切換為一禁能狀態，使該第二功率級停止供電給該輸出電源。
  3. 如申請專利範圍第1項之控制方法，其中，該穩態輸出範圍提供有一高參考準位，高於該參考電壓，該控制方法包含有：當該操作狀態為一致能狀態，且該輸出電源高於該高參考準位時，禁止該操作狀態被切換為一禁能狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項之控制方法，另包含有：當該輸出電源高於一過電壓保護電壓時，禁能該第一與第二功率級；其中，該過電壓保護電壓高於該高參考準位。
  5. 如申請專利範圍第1項之控制方法，其中，該穩態輸出範圍提供有一低參考準位，低於該目標電壓，該控制方法包含有：當該操作狀態為一禁能狀態，且該輸出電源低於該低參考準位時，禁止該操作狀態被切換為一致能狀態。
  6. 如申請專利範圍第5項之控制方法，另包含有：當該輸出電源低於一危險參考電壓時，使該操作狀態為一致能狀態，使該第一與第二功率級供電給該輸出電源；其中，該危險參考電壓低於該低參考準位。
  7. 如申請專利範圍第1項之控制方法，其中，該第二功率級包含有一功率開關，且該控制方法包含有：當該操作狀態被切換時，使該功率開關之一開啟時間，隨著該功率開關之數個開關週期而逐漸改變。
  8. 如申請專利範圍第7項之控制方法，包含有：當該操作狀態從一禁能狀態切換為一致能狀態時，使該開啟時間，隨著該功率開關之數個開關週期而逐漸增加，直到該開啟時間被該補償訊號所限制。
  9. 如申請專利範圍第7項之控制方法，包含有：當該操作狀態從一致能狀態切換為一禁能狀態時，使該開啟時間隨著該功率開關之數個開關週期而逐漸減少，直到該開啟時間低於一預設 之最短開啟時間時，完全的禁能該第二功率級。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7634975B2 (ja) * 2020-11-30 2025-02-25 株式会社アドバンテスト 電源装置、電源ユニット、試験装置
TWI806552B (zh) * 2021-12-06 2023-06-21 通嘉科技股份有限公司 用於功因修正的控制方法與電源控制器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100555791C (zh) * 2004-07-16 2009-10-28 台达电子工业股份有限公司 切换式电源转换器及其同步整流器的控制方法
CN1894843B (zh) * 2003-10-28 2010-05-12 英特赛尔美国股份有限公司 用于电源转换器的起动电路、控制器和起动保护方法
TW201424216A (zh) * 2012-12-05 2014-06-16 Richtek Technology Corp 電壓轉換電路以及電壓轉換控制器
CN105611684A (zh) * 2015-11-09 2016-05-25 深圳市稳先微电子有限公司 一种利用电源开关实现调光的电路和灯具
US9379628B2 (en) * 2014-02-03 2016-06-28 Stmicroelectronics S.R.L. Method of feedback commanding a monophase resonant converter, a related monophase resonant converter and a polyphase resonant converter
TW202145684A (zh) * 2020-05-22 2021-12-01 茂達電子股份有限公司 電感電流偵測電路
US20220247318A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Synchronization of an electronic device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7884588B2 (en) * 2008-04-10 2011-02-08 Stmicroelectronics S.R.L. Control method and device for a system of interleaved converters using a designated master converter
JP5310172B2 (ja) * 2009-03-24 2013-10-09 サンケン電気株式会社 インターリーブコンバータ
US8248040B2 (en) * 2009-11-12 2012-08-21 Polar Semiconductor Inc. Time-limiting mode (TLM) for an interleaved power factor correction (PFC) converter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1894843B (zh) * 2003-10-28 2010-05-12 英特赛尔美国股份有限公司 用于电源转换器的起动电路、控制器和起动保护方法
CN100555791C (zh) * 2004-07-16 2009-10-28 台达电子工业股份有限公司 切换式电源转换器及其同步整流器的控制方法
TW201424216A (zh) * 2012-12-05 2014-06-16 Richtek Technology Corp 電壓轉換電路以及電壓轉換控制器
US9379628B2 (en) * 2014-02-03 2016-06-28 Stmicroelectronics S.R.L. Method of feedback commanding a monophase resonant converter, a related monophase resonant converter and a polyphase resonant converter
CN105611684A (zh) * 2015-11-09 2016-05-25 深圳市稳先微电子有限公司 一种利用电源开关实现调光的电路和灯具
TW202145684A (zh) * 2020-05-22 2021-12-01 茂達電子股份有限公司 電感電流偵測電路
US20220247318A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Synchronization of an electronic device

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