電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換器，特別是關(guān)于一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在電源轉(zhuǎn)換器的回授回路中，需要補(bǔ)償電路對相位邊限(phase margin)進(jìn)行補(bǔ)償以使回路穩(wěn)定。傳統(tǒng)的模擬式補(bǔ)償電路包括如圖1所示的EA型補(bǔ)償電路10或圖2所示的gm型補(bǔ)償電路14。參照圖1，EA型補(bǔ)償電路10包括誤差放大器12，電容Cl及電阻R3串聯(lián)在誤差放大器12的反相輸入端及輸出端之間，電阻R4與電容Cl及電阻R3并聯(lián)，誤差放大器12放大回授信號Vfb及參考值Vref之間的差值產(chǎn)生信號Vcomp以供電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定輸出電壓Vo，電阻R3、R4及電容Cl用以補(bǔ)償信號Vcomp。在某些應(yīng)用中，圖1的電阻R4可以省略。參照圖2，gm型補(bǔ)償電路14包括轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器16，電阻R3及電容Cl串聯(lián)在轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器16的輸出端及地端GND之間，電容C2與電阻R3及電容Cl并聯(lián)，轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器將回授信號Vfb與參考值Vref之間的差值轉(zhuǎn)換為電流Icomp，電阻R3及電容C1、C2根據(jù)電流Icomp產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)男盘朧comp。使用外接式補(bǔ)償電路需要占用控制IC的一支接腳，為了減少接腳數(shù)量，有越來越多的方案將補(bǔ)償電路整合到IC中，例如美國專利號7，504，888。一般而言，gm型補(bǔ)償電路14較容易整合在集成電路(IC)中，但是這些方案也有許多限制，一般來說，高切換頻率直流對直流電源轉(zhuǎn)換器的控制IC由于極點及零點大于ΙΟΚΗζ，因此較容易將補(bǔ)償電路整合到IC中。而在低頻寬應(yīng)用中，例如功率因子修正(Power Factor Correct1n;PFC)電源轉(zhuǎn)換器或是其它類似PFC的控制IC或電源轉(zhuǎn)換器，補(bǔ)償電路14需要大電容Cl及C2，但是因為成本及面積的考慮，大電容Cl及C2很難全部整合到IC中。更具體而言，PFC電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為具有60Hz交流頻率的交流電壓，因此其控制IC需要低增益及低頻的極點及零點來達(dá)成低頻寬回路以濾除交流頻率，因此補(bǔ)償電路14需要大電容Cl及C2來進(jìn)行補(bǔ)償，使信號Vcomp的變化較緩慢，才能濾除該交流頻率。然而在IC中無法實現(xiàn)符合需求的大電容Cl及C2，因此需要使用一支接腳外接大電容Cl及C2，若想要縮小電容Cl及C2使其可以整合到IC中，貝U需要將電流Icomp降到納(nano)安培等級或皮(pico)安培等級，但是如此小的電流很容易受到制程影響而無法準(zhǔn)確控制，因此難以實現(xiàn)。
[0003]由于模擬式補(bǔ)償電路不易整合，因此有不少數(shù)字式補(bǔ)償電路被提出，例如美國專利號7，743，266及7，894，218，這些數(shù)字式補(bǔ)償電路雖然可以整合在PFC電源轉(zhuǎn)換器的控制IC中，但是通常需要復(fù)雜的數(shù)字信號處理(數(shù)字信號Processing;DSP)算法，因而需要占用較大的芯片面積，導(dǎo)致成本上升及芯片尺寸增加。另一方面，變化緩慢的信號Vcomp會造成電源轉(zhuǎn)換器無法快速反應(yīng)負(fù)載瞬時，導(dǎo)致輸出電壓Vo發(fā)生大的電壓落差(drop)或過沖(overshoot)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路。
[0005]為達(dá)上述目的，就其中一個觀點，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路，包括:數(shù)字信號產(chǎn)生器，用以提供一第一極點，該數(shù)字信號產(chǎn)生器根據(jù)回授信號及參考值產(chǎn)生數(shù)字信號，其中該回授信號與該電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓相關(guān)；以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬的第一信號。
[0006]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:偏移注入器，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，用以提供一零點，該偏移注入器提供可變偏移值以偏移該第一信號產(chǎn)生第二信號，其中該可變偏移值由該回授信號與該參考值之間的差值決定。
[0007]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:低通濾波器，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，用以提供一第二極點，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器過濾該第一信號的高頻成分產(chǎn)生第二信號。
[0008]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:偏移注入器，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，提供可變偏移值以偏移該第一信號產(chǎn)生第二信號，其中該可變偏移值由該回授信號與該參考值之間的差值決定；以及低通濾波器，耦接該偏移注入器，濾除該第二信號的高頻成分產(chǎn)生第三信號供該電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定該輸出電壓。
[0009]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:低通濾波器，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，濾除該第一信號的高頻成分產(chǎn)生第二信號；以及偏移注入器，耦接該低通濾波器，提供可變偏移值以偏移該第二信號產(chǎn)生第三信號供該電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定該輸出電壓，其中該可變偏移值由該回授信號與該參考值之間的差值決定。
[0010]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:偏移注入器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，提供可變偏移值以偏移該數(shù)字信號產(chǎn)生第二信號，其中該可變偏移值由該回授信號與該參考值之間的差值決定；以及加法器，將該第一信號與該第二信號相加，產(chǎn)生第三信號供該電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定該輸出電壓。
[0011]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:偏移注入器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，提供可變偏移值以偏移該數(shù)字信號產(chǎn)生第二信號，其中該可變偏移值由該回授信號與該參考值之間的差值決定；低通濾波器，耦接該偏移注入器，濾除該第二信號的高頻成分產(chǎn)生第三信號；以及加法器，將該第一信號與該第三信號相加，產(chǎn)生第四信號供該電源轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定該輸出電壓。
[0012]為達(dá)上述目的，就另一個觀點，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路，包括:數(shù)字信號產(chǎn)生器，根據(jù)輸出電壓回授信號及參考值產(chǎn)生第一與第二數(shù)字信號，其中該輸出電壓授信號與該電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓相關(guān)；數(shù)字偏移注入器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，以根據(jù)該第二數(shù)字信號產(chǎn)生可變偏移值；加法器，將該第一數(shù)字信號與該可變偏移值相加、或?qū)⒃摰谝粩?shù)字信號與該可變偏移值的相關(guān)信號相加；以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，耦接該加法器，將該加法器的輸出、或該加法器的輸出的相關(guān)信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。
[0013]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:低通濾波器，耦接該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，用以濾除該模擬信號的高頻成分。
[0014]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:數(shù)字濾波器，耦接于該數(shù)字偏移注入器與該加法器之間，用以過濾該可變偏移值而產(chǎn)生該可變偏移值的相關(guān)信號。
[0015]在一種實施例中，上述混合式補(bǔ)償電路可更包含:數(shù)字濾波器，耦接于該加法器與該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器之間，用以過濾該加法器的輸出而產(chǎn)生該加法器的輸出的相關(guān)信號。
[0016]在一種實施例中，該數(shù)字偏移注入器回授控制該數(shù)字信號產(chǎn)生器的一操作頻率。
[0017]為達(dá)上述目的，就另一個觀點，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路，包括:數(shù)字信號產(chǎn)生器，根據(jù)輸出電壓回授信號及參考值產(chǎn)生第一與第二數(shù)字信號，其中該輸出電壓授信號與該電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓相關(guān)；數(shù)字偏移注入器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，以根據(jù)該第二數(shù)字信號產(chǎn)生可變偏移值；第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，將該第一數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為第一模擬信號；第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，耦接該數(shù)字偏移注入器，將該可變偏移值轉(zhuǎn)換為第二模擬信號；以及加法器，將該第一模擬信號與該第二模擬信號相加、或?qū)⒃摰谝荒M信號的相關(guān)信號與第二模擬信號相加。
[0018]在一種實施例中，該混合式補(bǔ)償電路可更包含低通濾波器，耦接于該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和該加法器之間、或耦接于該加法器的輸出端。
[0019]為達(dá)上述目的，就另一個觀點，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的混合式補(bǔ)償電路，包括:數(shù)字信號產(chǎn)生器，根據(jù)輸出電壓回授信號及參考值產(chǎn)生第一數(shù)字信號，其中該回授信號與該電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓相關(guān)；數(shù)字濾波器，耦接該數(shù)字信號產(chǎn)生器，以過濾該第一數(shù)字信號；以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，耦接該數(shù)字濾波器，將該數(shù)字濾波器的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號。
[0020]在一種實施例中，該數(shù)字信號產(chǎn)生器包括:逐次求近緩存器模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(SAR-ADC, Successive Approximat1n Register Analog to Digital Converter),根據(jù)該輸出電壓回授信號及該參考值而產(chǎn)生一升降信號；以及升降計數(shù)電路，其中該升降計數(shù)電路的輸出信號受控于該升降信號而對應(yīng)地上升或下降。
[0021]在一種實施例中，該數(shù)字偏移注入器產(chǎn)生一個對應(yīng)于α * (Vfbl-Vrefl)的數(shù)字或編碼，其中α為正實數(shù)，Vfbl為該輸出電壓回授信號，Vrefl為該參考值。
[0022]在一種實施例中，該數(shù)字濾波器包括一 D正反器或一移動平均電路。
【附圖說明】
[0023]圖1為傳統(tǒng)的EA型補(bǔ)償電路；
[0024]圖2為傳統(tǒng)的gm型補(bǔ)償電路；
[0025]圖3A為根據(jù)本發(fā)明的混合式補(bǔ)償電路的一個實施例；
[0026]圖3B-3H為根據(jù)本發(fā)明的混合式補(bǔ)償電路的其它實施例；
[0027]圖4為圖3A的混合式補(bǔ)償電路的一個具體實施例；
[0028]圖5為圖2的轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器的電流-電壓特性曲線；
[0029]圖6為圖4的第一信號Val的電壓變化率dVal/dt對電壓Vrefl-Vfbl的特性曲線.-^4 ，
[0030]圖7為圖3A的混合式補(bǔ)償電路的另一個具體實施例；
[0031]圖8為圖7的頻率信號及脈沖信號的時序圖；
[0032]圖9為圖7的第一信號Val的電壓變化率dVal/dt對電壓Vrefl-Vfbl的特性曲線.-^4 ，
[0033]圖10為圖3A的混合式補(bǔ)償電路的另一個具體實施例；
[0034]圖11為使用圖2的gm型模擬式補(bǔ)償電路及本發(fā)明的混合式補(bǔ)償電路產(chǎn)生的電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和信號Vcomp ；
[0035]圖12A-12G為混合式補(bǔ)償電路的另外幾個具體實施例；
[0036]圖13為數(shù)字信號產(chǎn)生器122的一個具體實施例；
[0037]圖14A-14D 為逐次求近緩存器(SAR, Successive Approximat1n Register)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC, Analog to Digital Converter) 132,簡稱SAR-ADC的幾個具體實施例；
[0038]圖15為升降計數(shù)電路134的一個具體實施例；
[0039]圖16A-16I為數(shù)字偏移注入器126的幾個具體實施例；
[0040]圖17A-17B為數(shù)字濾波器128的兩個具體實施例。
[0041]圖中符號說明
[0042]10EA型補(bǔ)償電路
[0043]12誤差放大器
[0044]14gm型補(bǔ)償電路
[0045]16轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器
[0046]20, 20a-20g混合式補(bǔ)償電路
[0047]22數(shù)字信號產(chǎn)生器
[0048]24數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
[0049]26偏移注入器
[0050]28低通濾波器
[0051]29加法器
[0052]30比較器
[0053]32反相器
[0054]34磁滯比較器
[0055]36磁滯比較器
[0056]38運(yùn)算轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器
[0057]40振蕩器
[0058]42控制器
[0059]44升降計數(shù)器
[0060]46電流源
[0061]48電流源
[0062]50電流源
[0063]52電流源
[0064]54電阻Rof的第一端
[0065]56電阻Rof的第二端
[0066]60多任務(wù)器
[0067]62比較器
[0068]64脈沖產(chǎn)生器
[0069]70比較器
[0070]72比較器
[0071]74比較器
[0072]76比較器
[0073]78比較器
[0074]80控制器
[0075]82除頻器
[0076]84除頻器
[0077]86除頻器
[0078]88除頻器
[0079]90運(yùn)算放大器
[0080]92電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓
[0081]94電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓
[0082]96回授信號
[0083]98回授信號
[0084]120，120a?120f 混合式補(bǔ)償電路<