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TWI839185B - 電源轉換系統及其方法 - Google Patents

電源轉換系統及其方法 Download PDF

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TWI839185B
TWI839185B TW112114761A TW112114761A TWI839185B TW I839185 B TWI839185 B TW I839185B TW 112114761 A TW112114761 A TW 112114761A TW 112114761 A TW112114761 A TW 112114761A TW I839185 B TWI839185 B TW I839185B
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黃宗偉
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立錡科技股份有限公司
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Abstract

一種電源轉換系統包括：第一及第二開關、切換式電源轉換器、電池開關及轉換控制電路；於外部供電模式，轉換控制電路控制第一及第二開關以導通第一電源而產生中繼電源並導通中繼電源而產生第二電源以供電予外部負載；於電池供電模式，轉換控制電路控制電池開關、切換式電源轉換器及第二開關以導通電池電源而產生系統電源、轉換系統電源而產生中繼電源並導通中繼電源而產生第二電源以進行供電；於外部供電模式，當中繼電壓下降至暫態閾值，轉換控制電路控制切換式電源轉換器進入電池供電模式，使中繼電壓之最低值接近於最低電壓調節位準。

Description

電源轉換系統及其方法
本發明係有關一種電源轉換系統及其方法，特別是指一種可避免暫態響應之瞬間低壓出現的電源轉換系統及其方法。
圖1A係顯示先前技術之電源轉換系統的電路示意圖。請參照圖1A，先前技術之電源轉換系統10包括輸入電源Vusb、輸出電源Votg、無線接收端電源Vrx、無線發射端電源Vtx、多工器101、轉換器102及電池103。第一端口N1上之無線接收端電源Vrx可透過轉換器102對耦接至系統電壓Vsys之系統負載供電，也同時供電至外接至輸出電源Votg之外部負載，而第二端口N2上之輸入電源Vusb可經由轉換器102供電至耦接於系統電壓Vsys之系統負載，並同時供電至連接於無線發射端電源Vtx之外部負載。然而，上述兩種情境當供應電源中斷時，例如無線接收端電源Vrx收不到無線電源時，其將導致中繼電壓Vmid陡降，當中繼電壓Vmid低至外接至輸出電源Votg之外部負載的欠壓鎖定準位時，該外部負載將停止運作。圖1B係顯示先前技術之電源轉換系統之相關訊號的訊號波形圖。圖1B顯示當無線接收端電源Vrx瞬間被移除時之實測結果。中繼電壓Vmid從5.07V陡降至電池電 壓Vbat之3.8V，其可能將導致外接至輸出電源Votg之外部負載被重設或關機。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種可避免暫態響應之瞬間低壓出現的電源轉換系統及其方法。
於一觀點中，本發明提供一種電源轉換系統，其包括：一第一開關，耦接於一第一端口與一中繼節點之間；一第二開關，耦接於一第二端口與該中繼節點之間；一切換式電源轉換器，耦接於該中繼節點與一系統節點之間；一電池開關，耦接於該系統節點與一電池之間；以及一轉換控制電路，用以控制該第一開關、該第二開關、該電池開關以及該切換式電源轉換器，以控制該第一端口上之一第一電源、該第二端口上之一第二電源、該中繼節點上之一中繼電源、該系統節點上之一系統電源，以及該電池之一電池電源之間的電源轉換；其中於一外部供電模式下，該轉換控制電路控制該第一開關導通，以導通該第一電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予一外部負載，且控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源以供電予一系統負載；其中於一電池供電模式下，該轉換控制電路控制該電池開關導通以導通該電池電源而產生該系統電源，且控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予該外部負載，其中該中繼電源包括一中繼電壓，其中該中繼電壓調節至一中繼調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至一暫態閾值時，該轉換控制電路控制該切換式電源轉換器進入該電池供 電模式，其中該中繼調節位準接近於一最低電壓調節位準，或者，該中繼調節位準不低於該最低電壓調節位準。
於另一觀點中，本發明提供一種電源轉換方法，其包括：於一外部供電模式下，控制一第一開關導通，以導通一第一端口上之一第一電源而產生一中繼節點上之一中繼電源，且控制一第二開關導通，以導通該中繼電源而產生一第二端口上之一第二電源以供電予一外部負載，且控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生一系統節點上之一系統電源以供電予一系統負載，其中該第一開關耦接於該第一端口與該中繼節點之間，該第二開關耦接於該第二端口與該中繼節點之間，該切換式電源轉換器耦接於該中繼節點與該系統節點之間；以及於一電池供電模式下，控制一電池開關導通，以導通一電池之一電池電源而產生該系統電源，且控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予該外部負載，其中該電池開關耦接於該系統節點與該電池之間，其中該中繼電源包括一中繼電壓，其中該中繼電壓調節至一中繼調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至一暫態閾值時，控制該切換式電源轉換器進入該電池供電模式，其中該中繼調節位準接近於一最低電壓調節位準，或者，該中繼調節位準不低於該最低電壓調節位準。
於一實施例中，於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至該暫態閾值時，該轉換控制電路控制該切換式電源轉換器更進行一暫態操作後才進入該電池供電模式，使得該中繼電壓之最低值不低於該中繼調節位準；其中於一暫態操作時間中，該轉換控制電路以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作。
於一實施例中，該暫態閾值等於該中繼調節位準。
於一實施例中，該暫態閾值等於該中繼調節位準加上一預偏移值，其中該預偏移值足夠大至一程度，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
於一實施例中，該第一電源為一無線接收端電源，及/或，該第二電源為符合通用序列匯流排規範補充標準USB On-The-Go之一輸出電源。
於一實施例中，該切換式電源轉換器於該外部供電模式下，以降壓型轉換方式轉換該中繼電源而產生該系統電源，且於該電池供電模式下，以升壓型轉換方式轉換該系統電源而產生該中繼電源。
於一實施例中，該轉換控制電路包括：一多迴路誤差放大電路，用以產生一多迴路誤差放大訊號；一脈寬調變比較器，用以比較該多迴路誤差放大訊號與一斜坡訊號以產生一脈寬調變訊號，其中該脈寬調變訊號用以控制該切換式電源轉換器中至少一轉換開關之切換，以於該外部供電模式下調節該系統電源之一系統電壓，或於該電池供電模式下調節該中繼電壓；以及一暫態控制電路，用以於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
於一實施例中，該暫態操作時間為一固定時段，或者，該暫態操作時間起始自該中繼電壓下降至該暫態閾值時且結束於該系統電源之一系統電壓等於該電池電源之一電池電壓時。
於一實施例中，該多迴路誤差放大電路包括一第一放大器以及一第二放大器，其中該第一放大器用以於該外部供電模式下，放大一恆壓模式參考電壓與相關於該系統電壓的一系統回授電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號，其中該第二放大器用以於該電池供電模式下，放大相關於 該中繼電壓的一中繼回授電壓與一中繼參考電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號；其中該第二放大器更用以比較該中繼回授電壓與該中繼參考電壓以產生一暫態觸發訊號，以示意該中繼電壓是否下降至該暫態閾值；其中該暫態控制電路包括：一旁通開關，耦接於該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號之間；以及一計時電路，用以根據該暫態觸發訊號而控制該旁通開關以導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，而達成該暫態操作，其中該計時電路計時該固定時段後控制該旁通開關關斷以停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，或者，該計時電路判斷當該系統電壓等於該電池電壓時，控制該旁通開關關斷以停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號。
於一實施例中，於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至該暫態閾值時，控制該切換式電源轉換器更進行一暫態操作後才進入該電池供電模式，使得該中繼電壓之最低值不低於該中繼調節位準；其中於一暫態操作時間中，以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作。
於一實施例中，控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源之步驟或控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源之步驟包括：產生一多迴路誤差放大訊號；以及比較該多迴路誤差放大訊號與一斜坡訊號以產生一脈寬調變訊號，其中該脈寬調變訊號用以控制該切換式電源轉換器中至少一轉換開關之切換，以於該外部供電模式下調節該系統電源之一系統電壓，或於該電池供電模式下調節該中繼電壓；其中於該暫態操作時間中，以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作之步驟包括：於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
於一實施例中，產生該多迴路誤差放大訊號之步驟包括：於該外部供電模式下，放大一恆壓模式參考電壓與相關於該系統電壓的一系統回授電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號；以及於該電池供電模式下，放大相關於該中繼電壓的一中繼回授電壓與一中繼參考電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號。
於一實施例中，控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源之步驟或控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源之步驟更包括：比較該中繼回授電壓與該中繼參考電壓以產生一暫態觸發訊號，以示意該中繼電壓是否下降至該暫態閾值。
於一實施例中，於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換之步驟包括：根據該暫態觸發訊號導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，而達成該暫態操作；以及計時該固定時段後停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，或者，判斷當該系統電壓等於該電池電壓時，停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號。
本發明之優點係為本發明可使中繼電壓不會低至電池電壓，而造成外接於輸出電源之外部負載被重設或是關機之風險。
以下將藉由具體實施例詳加說明，以更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10:先前技術之電源轉換系統
101:多工器
102:轉換器
103,202:電池
20:電源轉換系統
201:切換式電源轉換器
203:轉換控制電路
2031:多迴路誤差放大電路
20311:第一放大器
20312:第二放大器
20313:補償電路
20314:偏置電流源
2032:脈寬調變比較器
2033,2033a,2033b:暫態控制電路
20331:計時電路
20332:比較電路
dVpre:預偏移值
G1、G2、GB、GL、GU:控制訊號
Ib:直流偏置電流
Ich:充電電流
Igm1:第一轉導電流
Igm2:第二轉導電流
L:電感器
LX:切換節點
N1:第一端口
N2:第二端口
Nm:中繼節點
Ns:系統節點
Q1:第一開關
Q2:第二開關
QB:電池開關
QL:下橋開關
QU:上橋開關
Spwm:脈寬調變訊號
Sts_tr:暫態觸發訊號
Swb:旁通開關
t1,t2,t3:時點
V1:第一電壓
V2:第二電壓
Vbat:電池電壓
Vch:充電電壓
Vivr:中繼調節位準
Vmid:中繼電壓
Vmid_fb:中繼回授電壓
Vmivr:最低電壓調節位準
Votg:輸出電源
Vrx:無線接收端電源
Vref_cv:恆壓模式參考電壓
Vref_mid:中繼參考電壓
Vsys:系統電壓
Vsys_fb:系統回授電壓
Vth_ts:暫態閾值
Vtx:無線發射端電源
Vusb:輸入電源
圖1A係顯示先前技術之電源轉換系統的電路示意圖。
圖1B係顯示先前技術之電源轉換系統之相關訊號的訊號波形圖。
圖2係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統的電路方塊圖及操作示意圖。
圖3係根據本發明之另一實施例顯示電源轉換系統的電路方塊示意圖及操作示意圖。
圖4係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
圖5係根據本發明之另一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
圖6係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統之轉換控制電路之電路方塊圖。
圖7A係根據本發明之一實施例顯示轉換控制電路之暫態控制電路之電路方塊圖。
圖7B係根據本發明之另一實施例顯示轉換控制電路之暫態控制電路之電路方塊圖。
圖8A係根據本發明之又一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
圖8B係根據本發明之再一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
圖9係根據本發明之又一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
圖10係根據本發明之再一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明，但這並不旨在限制本發明的申請專利範圍。
請參閱圖2，圖2係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統的電路方塊圖及操作示意圖。如圖2所示，本發明之電源轉換系統20包括第一開關Q1、第二開關Q2、切換式電源轉換器201、電池開關QB以及轉換控制電路203。第一開關Q1耦接於第一端口N1與中繼節點Nm之間，而第二開關Q2耦接於第二端口N2與中繼節點Nm之間。第一開關Q1及第二開關Q2之每一者具有兩個子開關，兩個子開關的本體二極體彼此反向耦接。切換式電源轉換器201耦接於中繼節點Nm與系統節點Ns之間，而電池開關QB耦接於系統節點Ns與電池202之間。
轉換控制電路203，用以產生控制訊號G1、G2、GB、GU、GL，用以控制第一開關Q1、第二開關Q2、電池開關QB以及切換式電源轉換器201，以控制第一端口N1上之第一電源(例如第一電壓V1)、第二端口N2上之第二電源(例如第二電壓V2)、中繼節點Nm上之中繼電源(例如中繼電壓Vmid)、系統節點Ns上之系統電源(例如系統電壓Vsys)，以及電池202之電池電源(例如電池電壓Vbat)之間的電源轉換。於一實施例中，本發明之電源轉換系統20可為雙向。如圖2所示，於外部供電模式下，轉換控制電路203控制第一開關Q1導通，以導通第一電源而產生中繼電源，且控制第二開關Q2導通，以導通中繼電源而產生第二電源以供電予外部負載，且控制切換式電源轉換器201轉換中繼電源而產生系統電源以供電予系統負載例如中央處理器(CPU)。轉換控制電路203還控制電池開關QB導通，以轉換系統電源而產生充電電源(例如充電電壓Vch或充電電流Ich)，以對電池充電。於一實施例 中，第一電源為無線接收端電源Vrx，及/或，第二電源為符合通用序列匯流排規範補充標準USB On-The-Go之輸出電源Votg。於另一實施例中，第一電源為輸入電源Vusb，及/或，第二電源為無線發射端電源Vtx。
如圖2所示，在一實施例中，切換式電源轉換器201包括上橋開關QU及下橋開關QL。上橋開關QU耦接於中繼節點Nm與電感器L之一端的切換節點LX之間，而下橋開關QL耦接於切換節點LX與接地電位之間。電感器L之另一端係耦接於系統節點Ns。切換式電源轉換器201用以切換電感器L，以進行中繼節點Nm與系統節點Ns之間可選的雙向電源轉換。如圖2所示，於一實施例中，切換式電源轉換器201於外部供電模式下，以降壓型(buck)轉換方式轉換中繼電源而產生系統電源。
圖3係根據本發明之另一實施例顯示電源轉換系統的操作示意圖。本實施例係類似於圖2，故省略類似元件的詳細敘述，其不同在於電流路徑方向不同。如圖3所示，當第一電源如無線接收端電源Vrx失效時(例如移除)，此時將啟動電池供電模式，於電池供電模式下，轉換控制電路203控制電池開關QB導通以導通電池電源而產生系統電源，且控制切換式電源轉換器201轉換系統電源而產生中繼電源，且控制第二開關Q2導通，以導通中繼電源而產生第二電源以供電予外部負載。在一實施例中，當第一電源移除且電池供電模式被啟動時，第一開關Q1不導通。於一實施例中，如圖4所示，中繼電壓Vmid係調節至最低電壓調節位準Vmivr。於外部供電模式下，當中繼電壓Vmid下降至暫態閾值Vth_ts時，轉換控制電路203控制切換式電源轉換器201進入電池供電模式，使得中繼電壓Vmid之最低值接近於最低電壓調節位準Vmivr。如圖3所示，於一實施例中，切換式電源轉換器201於電池供電模式下，以升壓型(boost)轉換方式轉換系統電源而產生中繼電源。
圖4係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。中繼電壓Vmid係顯示於圖4。於時點t1，例如無線接收端電源Vrx失效。於本實施例中，暫態閾值Vth_ts等於最低電壓調節位準Vmivr。於暫態閾值Vth_ts等於最低電壓調節位準Vmivr之時點t2，電源轉換系統從外部供電模式轉換為電池供電模式，亦即切換式電源轉換器從降壓模式轉換為升壓模式(或可稱為反向升壓)。
圖5係根據本發明之另一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。中繼電壓Vmid係顯示於圖5。於本實施例中，暫態閾值Vth_ts等於最低電壓調節位準Vmivr加上預偏移值dVpre，其中預偏移值dVpre足夠大至一程度，使得中繼電壓Vmid之最低值不低於最低電壓調節位準Vmivr。於暫態閾值Vth_ts等於最低電壓調節位準Vmivr加上預偏移值dVpre之時點t2，電源轉換系統從外部供電模式轉換為電池供電模式，亦即切換式電源轉換器從降壓模式轉換為升壓模式。
圖6係根據本發明之一實施例顯示電源轉換系統之轉換控制電路之電路方塊圖。如圖6所示，轉換控制電路203包括多迴路誤差放大電路2031、脈寬調變比較器2032及暫態控制電路2033。多迴路誤差放大電路2031用以產生多迴路誤差放大訊號EAO。請同時參照圖6及圖2，脈寬調變比較器2032用以比較多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp以產生脈寬調變訊號Spwm，其中脈寬調變訊號Spwm用以產生控制訊號GU及GL，以進一步控制切換式電源轉換器201中至少一轉換開關(例如上橋開關QU或下橋開關QL)之切換，以於外部供電模式下調節系統電源之系統電壓Vsys，或於電池供電模式下調節中繼電壓Vmid。
暫態控制電路2033用以於暫態操作中，調整多迴路誤差放大訊號EAO以控制至少一轉換開關(例如上橋開關QU或下橋開關QL)之切換， 使得中繼電壓Vmid之最低值不低於最低電壓調節位準Vmivr。暫態控制電路2033調整多迴路誤差放大訊號EAO，藉此可控制轉換控制電路203與切換式電源轉換器201以提高中繼電壓Vmid為前提進行開迴路操作。如圖6所示，多迴路誤差放大電路2031包括第一放大器20311以及第二放大器20312。請同時參照圖6及圖2，第一放大器20311用以於外部供電模式下，放大恆壓模式參考電壓Vref_cv與相關於系統電壓Vsys的系統回授電壓Vsys_fb之差值而產生多迴路誤差放大訊號EAO。第二放大器20312用以於電池供電模式下，放大相關於中繼電壓Vmid的中繼回授電壓Vmid_fb與中繼參考電壓Vref_mid之差值而產生多迴路誤差放大訊號EAO。於一實施例中，第一放大器20311及第二放大器20312為轉導放大器，第一放大器20311放大恆壓模式參考電壓Vref_cv與相關於系統電壓Vsys的系統回授電壓Vsys_fb之差值而產生第一轉導電流Igm1，第二放大器20312放大相關於中繼電壓Vmid的中繼回授電壓Vmid_fb與中繼參考電壓Vref_mid之差值而產生第二轉導電流Igm2，其中多迴路誤差放大訊號EAO線性相關於第一轉導電流Igm1與第二轉導電流Igm2中之較小者。在一實施例中，轉換控制電路203更包括補償電路20313以及偏置電流源20314。偏置電流源20314用以提供一直流偏置電流Ib。補償電路20313則用以將直流偏置電流Ib、第一放大器20311所產生的第一轉導電流Igm1及第二放大器20312所產生的第二轉導電流Igm2之疊加結果轉換並濾波而產生例如具有電壓形式的多迴路誤差放大訊號EAO。請同時參照圖6、圖2及圖8A，第二放大器20312更用以比較中繼回授電壓Vmid_fb與中繼參考電壓Vref_mid以產生暫態觸發訊號Sts_tr，以示意中繼電壓Vmid是否下降至暫態閾值Vth_ts。
圖7A係根據本發明之一實施例顯示轉換控制電路之暫態控制電路之電路方塊圖。請同時參照圖7A及圖8A，於本實施例中，暫態操作 時間為固定時段。如圖7A所示，暫態控制電路2033a包括旁通開關Swb及計時電路20331。旁通開關Swb耦接於多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp之間。計時電路20331用以根據暫態觸發訊號Sts_tr而控制旁通開關Swb以導通多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp，而達成暫態操作。於一實施例中，計時電路20331計時固定時段後控制旁通開關Swb關斷以停止導通多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp。暫態控制電路2033a控制旁通開關Swb導通多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp，藉此可控制轉換控制電路203與切換式電源轉換器201以提高中繼電壓Vmid為前提進行開迴路操作。
圖7B係根據本發明之另一實施例顯示轉換控制電路之暫態控制電路之電路方塊圖。本實施例係類似於圖7A之實施例，其不同在於，本實施例之暫態控制電路2033b更包括比較電路20332，用以比較系統電壓Vsys及電池電壓Vbat。請同時參照圖7B、圖2及圖8A，於本實施例中，暫態操作時間起始自中繼電壓Vmid下降至暫態閾值Vth_ts時且結束於系統電源之系統電壓Vsys等於電池電源之電池電壓Vbat時。計時電路20331根據比較電路20332所輸出之訊號判斷系統電壓Vsys等於電池電壓Vbat之時點，並當系統電壓Vsys等於電池電壓Vbat時，控制旁通開關Swb關斷以停止導通多迴路誤差放大訊號EAO與斜坡訊號Vramp。
圖8A係根據本發明之又一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。中繼電壓Vmid及暫態觸發訊號Sts_tr係顯示於圖8A。請同時參照圖2及圖8A，於外部供電模式下，於時點t2，當中繼電壓Vmid下降至暫態閾值Vth_ts時，暫態觸發訊號Sts_tr產生一脈衝，且轉換控制電路203控制切換式電源轉換器201更進行暫態操作後才於時點t3進入電池供電模式(亦即升壓模式)，使得中繼電壓Vmid之最低值接近於最低電壓調節位準 Vmivr。於暫態操作時間中，轉換控制電路203以開迴路方式控制切換式電源轉換器201進行暫態操作。
圖8B係根據本發明之再一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。圖8B相似於圖8A之實施例，其差別在於：圖8B之實施例中，於時點t3進入電池供電模式(亦即升壓模式)後，轉換控制電路203控制切換式電源轉換器201以將中繼電壓Vmid調節至一中繼調節位準Vivr，其中中繼調節位準Vivr大於等於最低電壓調節位準Vmivr。需說明的是，如圖4與圖5之實施例，於電池供電模式中，對應的中繼電壓Vmid亦可調節至中繼調節位準Vivr。
圖9係根據本發明之再一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。中繼電壓Vmid、最低電壓調節位準Vmivr、系統電壓Vsys、斜坡訊號Vramp及多迴路誤差放大訊號EAO係顯示於圖9。
圖10係根據本發明之又一實施例顯示電源轉換系統的相關訊號的訊號波形圖。中繼電壓Vmid、最低電壓調節位準Vmivr、系統電壓Vsys、斜坡訊號Vramp及多迴路誤差放大訊號EAO係顯示於圖10。
如上所述，本發明之電源轉換系統可使中繼電壓不會低至電池電壓，而造成外接於輸出電源之外部負載被重設或是關機之風險。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身， 亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及/或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
20:電源轉換系統
201:切換式電源轉換器
202:電池
203:轉換控制電路
G1、G2、GB、GL、GU:控制訊號
Ich:充電電流
L:電感器
LX:切換節點
N1:第一端口
N2:第二端口
Nm:中繼節點
Ns:系統節點
Q1:第一開關
Q2:第二開關
QB:電池開關
QL:下橋開關
QU:上橋開關
V1:第一電壓
V2:第二電壓
Vbat:電池電壓
Vch:充電電壓
Vmid:中繼電壓
Votg:輸出電源
Vrx:無線接收端電源
Vsys:系統電壓
Vtx:無線發射端電源
Vusb:輸入電源

Claims (18)

  1. 一種電源轉換系統，包含：一第一開關，耦接於一第一端口與一中繼節點之間；一第二開關，耦接於一第二端口與該中繼節點之間；一切換式電源轉換器，耦接於該中繼節點與一系統節點之間；一電池開關，耦接於該系統節點與一電池之間；以及一轉換控制電路，用以控制該第一開關、該第二開關、該電池開關以及該切換式電源轉換器，以控制該第一端口上之一第一電源、該第二端口上之一第二電源、該中繼節點上之一中繼電源、該系統節點上之一系統電源，以及該電池之一電池電源之間的電源轉換；其中於一外部供電模式下，該轉換控制電路控制該第一開關導通，以導通該第一電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予一外部負載，且控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源以供電予一系統負載；其中於一電池供電模式下，該轉換控制電路控制該電池開關導通以導通該電池電源而產生該系統電源，且控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予該外部負載，其中該中繼電源包括一中繼電壓，其中該中繼電壓調節至一中繼調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至一暫態閾值時，該轉換控制電路控制該切換式電源轉換器進入該電池供電模式，其中該中繼調節 位準接近於一最低電壓調節位準，或者，該中繼調節位準不低於該最低電壓調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至該暫態閾值時，該轉換控制電路控制該切換式電源轉換器更進行一暫態操作後才進入該電池供電模式，使得該中繼電壓之最低值不低於該中繼調節位準；其中於一暫態操作時間中，該轉換控制電路以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作。
  2. 如請求項1所述之電源轉換系統，其中該暫態閾值等於該中繼調節位準。
  3. 如請求項1所述之電源轉換系統，其中該暫態閾值等於該中繼調節位準加上一預偏移值，其中該預偏移值足夠大至一程度，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
  4. 如請求項1所述之電源轉換系統，其中該第一電源為一無線接收端電源，及/或，該第二電源為符合通用序列匯流排規範補充標準USB On-The-Go之一輸出電源。
  5. 如請求項1所述之電源轉換系統，其中該切換式電源轉換器於該外部供電模式下，以降壓型轉換方式轉換該中繼電源而產生該系統電源，且於該電池供電模式下，以升壓型轉換方式轉換該系統電源而產生該中繼電源。
  6. 如請求項1所述之電源轉換系統，其中該轉換控制電路包括：一多迴路誤差放大電路，用以產生一多迴路誤差放大訊號；一脈寬調變比較器，用以比較該多迴路誤差放大訊號與一斜坡訊號以產生一脈寬調變訊號，其中該脈寬調變訊號用以控制該切換式電源轉換器 中至少一轉換開關之切換，以於該外部供電模式下調節該系統電源之一系統電壓，或於該電池供電模式下調節該中繼電壓；以及一暫態控制電路，用以於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
  7. 如請求項6所述之電源轉換系統，其中該暫態操作時間為一固定時段，或者，該暫態操作時間起始自該中繼電壓下降至該暫態閾值時且結束於該系統電源之一系統電壓等於該電池電源之一電池電壓時。
  8. 如請求項7所述之電源轉換系統，其中該多迴路誤差放大電路包括一第一放大器以及一第二放大器，其中該第一放大器用以於該外部供電模式下，放大一恆壓模式參考電壓與相關於該系統電壓的一系統回授電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號，其中該第二放大器用以於該電池供電模式下，放大相關於該中繼電壓的一中繼回授電壓與一中繼參考電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號；其中該第二放大器更用以比較該中繼回授電壓與該中繼參考電壓以產生一暫態觸發訊號，以示意該中繼電壓是否下降至該暫態閾值；其中該暫態控制電路包括：一旁通開關，耦接於該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號之間；以及一計時電路，用以根據該暫態觸發訊號而控制該旁通開關以導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，而達成該暫態操作，其中該計時電路計時該固定時段後控制該旁通開關關斷以停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，或者，該計時電路判斷當該系統電壓等於該電 池電壓時，控制該旁通開關關斷以停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號。
  9. 一種電源轉換方法，包含：於一外部供電模式下，控制一第一開關導通，以導通一第一端口上之一第一電源而產生一中繼節點上之一中繼電源，且控制一第二開關導通，以導通該中繼電源而產生一第二端口上之一第二電源以供電予一外部負載，且控制一切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生一系統節點上之一系統電源以供電予一系統負載，其中該第一開關耦接於該第一端口與該中繼節點之間，該第二開關耦接於該第二端口與該中繼節點之間，該切換式電源轉換器耦接於該中繼節點與該系統節點之間；以及於一電池供電模式下，控制一電池開關導通，以導通一電池之一電池電源而產生該系統電源，且控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源，且控制該第二開關導通，以導通該中繼電源而產生該第二電源以供電予該外部負載，其中該電池開關耦接於該系統節點與該電池之間，其中該中繼電源包括一中繼電壓，其中該中繼電壓調節至一中繼調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至一暫態閾值時，控制該切換式電源轉換器進入該電池供電模式，其中該中繼調節位準接近於一最低電壓調節位準，或者，該中繼調節位準不低於該最低電壓調節位準；其中於該外部供電模式下，當該中繼電壓下降至該暫態閾值時，控制該切換式電源轉換器更進行一暫態操作後才進入該電池供電模式，使得該中繼電壓之最低值不低於該中繼調節位準；其中於一暫態操作時間中，以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作。
  10. 如請求項9所述之電源轉換方法，其中該暫態閾值等於該中繼調節位準。
  11. 如請求項9所述之電源轉換方法，其中該暫態閾值等於該中繼調節位準加上一預偏移值，其中該預偏移值足夠大至一程度，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
  12. 如請求項9所述之電源轉換方法，其中該第一電源為一無線接收端電源，及/或，該第二電源為符合通用序列匯流排規範補充標準USB On-The-Go之一輸出電源。
  13. 如請求項9所述之電源轉換方法，其中該切換式電源轉換器於該外部供電模式下，以降壓型轉換方式轉換該中繼電源而產生該系統電源，且於該電池供電模式下，以升壓型轉換方式轉換該系統電源而產生該中繼電源。
  14. 如請求項9所述之電源轉換方法，其中控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源之步驟或控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源之步驟包括：產生一多迴路誤差放大訊號；以及比較該多迴路誤差放大訊號與一斜坡訊號以產生一脈寬調變訊號，其中該脈寬調變訊號用以控制該切換式電源轉換器中至少一轉換開關之切換，以於該外部供電模式下調節該系統電源之一系統電壓，或於該電池供電模式下調節該中繼電壓；其中於該暫態操作時間中，以開迴路方式控制該切換式電源轉換器進行該暫態操作之步驟包括：於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換，使得該中繼電壓之該最低值不低於該中繼調節位準。
  15. 如請求項14所述之電源轉換方法，其中該暫態操作時間為一固定時段，或者，該暫態操作時間起始自該中繼電壓下降至該暫態閾值時且結束於該系統電源之一系統電壓等於該電池電源之一電池電壓時。
  16. 如請求項15所述之電源轉換方法，其中產生該多迴路誤差放大訊號之步驟包括：於該外部供電模式下，放大一恆壓模式參考電壓與相關於該系統電壓的一系統回授電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號；以及於該電池供電模式下，放大相關於該中繼電壓的一中繼回授電壓與一中繼參考電壓之差值而產生該多迴路誤差放大訊號。
  17. 如請求項16所述之電源轉換方法，其中控制該切換式電源轉換器轉換該中繼電源而產生該系統電源之步驟或控制該切換式電源轉換器轉換該系統電源而產生該中繼電源之步驟更包括：比較該中繼回授電壓與該中繼參考電壓以產生一暫態觸發訊號，以示意該中繼電壓是否下降至該暫態閾值。
  18. 如請求項17所述之電源轉換方法，其中於該暫態操作中，調整該多迴路誤差放大訊號以控制該至少一轉換開關之切換之步驟包括：根據該暫態觸發訊號導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，而達成該暫態操作；以及計時該固定時段後停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號，或者，判斷當該系統電壓等於該電池電壓時，停止導通該多迴路誤差放大訊號與該斜坡訊號。
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