[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

TW201526513A - 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法 - Google Patents

電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201526513A
TW201526513A TW102149218A TW102149218A TW201526513A TW 201526513 A TW201526513 A TW 201526513A TW 102149218 A TW102149218 A TW 102149218A TW 102149218 A TW102149218 A TW 102149218A TW 201526513 A TW201526513 A TW 201526513A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power
power supply
phase
power conversion
conversion circuits
Prior art date
Application number
TW102149218A
Other languages
English (en)
Inventor
Kai-Chuan Chan
Original Assignee
Delta Electronics Inc
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 Delta Electronics Inc filed Critical Delta Electronics Inc
Priority to TW102149218A priority Critical patent/TW201526513A/zh
Priority to US14/314,359 priority patent/US20150188437A1/en
Publication of TW201526513A publication Critical patent/TW201526513A/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
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • 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
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved

Landscapes

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

Abstract

一種電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路以及一控制電路。該些電源轉換電路係並聯連接，並且每一該電源轉換電路係包含一功率開關與一感性元件。該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流。該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份。

Description

電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法
本發明係有關一種電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法，尤指一種具低輸出電流漣波成份之電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法。
因應半導體生產技術日益精進，對於電源穩定性(stability)及精準度(accuracy)要求更加嚴苛。傳統電源供應器為達成低輸出漣波(ripple)，多採用線性穩壓(linear regulator)架構，然而，線性穩壓架構在應用上存在著轉換效率與保護功能效果不佳的問題。
低輸出漣波之線性穩壓電路架構主要特徵在於該電路中係利用金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)做為開關元件，並且將該電晶體操作於飽和區。若開關非操作於截止區及歐姆區因此可有效降低輸出漣波因數。傳統電路架構為降壓轉換形式，該開關元件係浮接於主輸出路徑上。因此，在驅動開關之上臂驅動(high side driver)採用差動運算放大器(differential operation amplifier)做為開關驅動訊號來源，並且以電阻做為輸出分壓回授至差動運算放大器使輸出電壓達到穩壓的效果。
但傳統的低輸出漣波之線性穩壓電路仍存在無法達成有效電路保護及節能的缺點，例如：過電流保護(over current protection,OCP)、低輸入電壓保護(under voltage lockout,UVLO)、輸入突波電流保護(inrush current protection,ICP)、輕載節能機制…等等。另外，該開關元件長時間處於飽和區操作將造成損耗甚大，不利於長時間操作有安全之疑慮。
此外，對於高精密設備、半導體製程設備或超高壓設備所需低輸出漣波之電源供應裝置的應用來說，對於極低的輸出漣波要求甚為嚴苛，以避免過大的輸出漣波造成系統的誤動作或造成不佳的轉換效率。
因此，如何設計出一種具低輸出電流漣波之電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法，透過輸出控制信號的間隔相差(交錯)一固定角度，以實現相位交錯控制，並且利用電阻分壓負回授控制，可實現輸出電壓穩壓效果，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種電源供應裝置，以克服習知技術的問題。該電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路以及一控制電路。該些電源轉換電路係並聯連接，並且每一該電源轉換電路係包含一功率開關與一感性元件。該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流。該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份。
其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
其中該電源供應裝置係更包含：一穩壓電路，係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器(buck converter)架構、一升壓轉換器(buck converter)架構、一邱克轉換器(Cuk converter)架構或一齊塔轉換器(Zeta converter)架構。
本發明之一另目的在於提供一種電源系統，以克服習知技術的問題。該電源供應裝置係包含一交流電源、一整流電路以及一電源供應裝置。該整流電路係接收該交流電源，並且對該交流電源整流，以產生一輸入直流電壓。該電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路以及一控制電路。該些電源轉換電路係並聯連接，每一該電源轉換電路係接收該輸入直流電壓，並且包含一功率開關與一感性元件。該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流。該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份對一負載供電。
其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
其中該電源供應裝置係更包含：一穩壓電路，係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器(buck converter)架構、一升壓轉換器(buck converter)架構、一邱克轉換器(Cuk converter)架構或一齊塔轉換器(Zeta converter)架構。
本發明之再另一目的在於提供一種具低輸出電流漣波之電源供應裝置之控制方法，以克服習知技術的問題。該控制方法係包含下列步驟：(a)提供至少兩電源轉換電路；每一該電源轉換電路係包含一功率開關與一感性元件，其中該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流；(b)提供一控制電路；該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號；(c)該些控制信號係透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份。
其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
其中該控制方法係更包含下列步驟：(d)提供一穩壓電路；該穩壓電路係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器(buck converter)架構、一升壓轉換器(buck converter)架構、一邱克轉換器(Cuk converter)架構或一齊塔轉換器(Zeta converter)架構。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
90‧‧‧電源供應裝置
100‧‧‧電源系統
Vac‧‧‧交流電源
Rct‧‧‧整流電路
10‧‧‧電源轉換電路
101,201‧‧‧第一電源轉換電路
301,401‧‧‧第一電源轉換電路
102,202‧‧‧第二電源轉換電路
302,402‧‧‧第二電源轉換電路
103,203‧‧‧第三電源轉換電路
303,403‧‧‧第三電源轉換電路
20‧‧‧控制電路
Q‧‧‧功率開關
Q1‧‧‧第一功率開關
Q2‧‧‧第二功率開關
Q3‧‧‧第三功率開關
L‧‧‧電感
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
L3‧‧‧第三電感
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
C3‧‧‧第三電容
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
Tr1‧‧‧第一變壓器
Tr1‧‧‧第一變壓器
Tr2‧‧‧第二變壓器
Tr3‧‧‧第三變壓器
Cin‧‧‧輸入電容
Cout‧‧‧輸出電容
Ro‧‧‧負載
R FB1‧‧‧第一回授電阻
R FB2‧‧‧第二回授電阻
Io‧‧‧相輸出電流
Io1‧‧‧第一相輸出電流
Io2‧‧‧第二相輸出電流
Io3‧‧‧第三相輸出電流
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Iout‧‧‧輸出電流
V FB‧‧‧回授電壓
Sc1‧‧‧第一控制信號
Sc2‧‧‧第二控制信號
Sc3‧‧‧第三控制信號
‧‧‧漣波成份
‧‧‧漣波成份
S10~S30‧‧‧步驟
第一圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第一實施例之電路圖；
第二圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第二實施例之電路圖；
第三圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第三實施例之電路圖；
第四圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第四實施例之電路圖；
第五圖係為本發明電源供應裝置之多相錯位控制之波形示意圖；
第六圖係為本發明電源供應裝置之多相錯位控制之漣波成份比較示意圖；
第七圖係為本發明具該電源供應裝置之電源系統第一實施例之電路方塊示意圖；
第八圖係為本發明具該電源供應裝置之電源系統第二實施例之電路方塊示意圖；
第九圖係為本發明具該電源供應裝置之電源系統第三實施例之電路方塊示意圖；
第十圖係為本發明具該電源供應裝置之電源系統第四實施例之電路方塊示意圖；及
第十一圖係為本發明具低輸出電流漣波電源供應裝置控制方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參閱第一圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第一實施例之電路圖。該電源供應裝置係為一降壓轉換器(buck)架構。該具低輸出電流漣波之電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路10以及一控制電路20。該些電源轉換電路10係並聯連接，並且每一該電源轉換電路10係包含一功率開關Q與一電感L。該電感L係串聯連接該功率開關Q，以形成該些電源轉換電路10的其中一相，並產生一相輸出電流Io。該控制電路20係產生對應該些電源轉換電路10相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關Q，使得該些相輸出電流Io疊加所產生一輸出電流Iout具有低漣波成份。至於該具低輸出電流漣波之電源供應裝置的操作說明，將於後文有詳細之闡述。
為了方便說明，以下將以該電源供應裝置為三相架構為本發明其中一實施例加以說明。亦即，該電源轉換電路10係包含一第一電源轉換電路101、一第二電源轉換電路102以及一第三電源轉換電路103。該些電源轉換電路101,102,103係電性連接一輸入電壓Vin，其中該輸入電壓Vin係可透過對一外部交流電壓經由整流所得之。該第一電源轉換電路101係包含一第一功率開關Q1、一第一電感L1以及一第一二極體D1，該第一電感L1係串聯連接該第一功率開關Q1後再與該第一二極體D1連接，以形成該些電源轉換電路10的第一相，並產生一第一相輸出電流Io1；該第二電源轉換電路102係包含一第二功率開關Q2、一第二電感L2以及一第二二極體D2，該第二電感L2係串聯連接該第二功率開關Q2後再與該第二二極體D2連接，以形成該些電源轉換電路10的第二相，並產生一第二相輸出電流Io2；該第三電源轉換電路103係包含一第三功率開關Q3、一第三電感L3以及一第三二極體D3，該第三電感L3係串聯連接該第三功率開關Q3後再與該第三二極體D3連接，以形成該些電源轉換電路10的第三相，並產生一第三相輸出電流Io3。該控制電路20係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號Sc1、一第二控制信號Sc2以及一第三控制信號Sc3，並且對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3的導通與截止。值得一提，該控制電路20係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3以對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3。
請參閱第二圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第二實施例之電路圖。該電源供應裝置係為一升壓轉換器(boost)架構。該具低輸出電流漣波之電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路10以及一控制電路20。該電源轉換電路10係包含一第一電源轉換電路201、一第二電源轉換電路202以及一第三電源轉換電路203。
該些電源轉換電路201,202,203係電性連接一輸入電壓Vin，其中該輸入電壓Vin係可透過對一外部交流電壓經由整流所得之。該第一電源轉換電路201係包含一第一功率開關Q1、一第一電感L1以及一第一二極體D1，該第一電感L1係串聯連接該第一二極體D1後再與該第一功率開關Q1連接，以形成該些電源轉換電路10的第一相，並產生一第一相輸出電流Io1；該第二電源轉換電路202係包含一第二功率開關Q2、一第二電感L2以及一第二二極體D2，該第二電感L2係串聯連接該第二二極體D2後再與該第二功率開關Q2連接，以形成該些電源轉換電路10的第二相，並產生一第二相輸出電流Io2；該第三電源轉換電路103係包含一第三功率開關Q3、一第三電感L3以及一第三二極體D3，該第三電感L3係串聯連接該第三二極體D3後再與該第三功率開關Q3連接，以形成該些電源轉換電路10的第三相，並產生一第三相輸出電流Io3。該控制電路20係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號Sc1、一第二控制信號Sc2以及一第三控制信號Sc3，並且對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3的導通與截止。值得一提，該控制電路20係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3以對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3。
請參閱第三圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第三實施例之電路圖。該電源供應裝置係為一邱克轉換器(Cuk)架構。該具低輸出電流漣波之電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路10以及一控制電路20。該電源轉換電路10係包含一第一電源轉換電路301、一第二電源轉換電路302以及一第三電源轉換電路303。
該些電源轉換電路301,302,303係電性連接一輸入電壓Vin，其中該輸入電壓Vin係可透過對一外部交流電壓經由整流所得之。該第一電源轉換電路301係包含一第一變壓器Tr1、一第一電容C1、一第一功率開關Q1以及一第一二極體D1，該第一功率開關Q1、該第一電容C1與該第一二極體D1係串聯連接後再與該第一變壓器Tr1連接，以形成該些電源轉換電路10的第一相，並產生一第一相輸出電流Io1；該第二電源轉換電路302係包含一第二變壓器Tr2、一第二電容C2、一第二功率開關Q2以及一第二二極體D2，該第二功率開關Q2、該第二電容C2與該第二二極體D2係串聯連接後再與該第二變壓器Tr2連接，以形成該些電源轉換電路10的第二相，並產生一第二相輸出電流Io2；該第三電源轉換電路303係包含一第三變壓器Tr2、一第三電容C3、一第三功率開關3Q以及一第三二極體D3，該第三功率開關Q3、該第三電容C3與該第三二極體D3係串聯連接後再與該第三變壓器Tr3連接，以形成該些電源轉換電路10的第三相，並產生一第三相輸出電流Io3。該控制電路20係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號Sc1、一第二控制信號Sc2以及一第三控制信號Sc3，並且對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3的導通與截止。值得一提，該控制電路20係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3以對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3。
請參閱第四圖係為本發明具低輸出電流漣波之電源供應裝置第四實施例之電路圖。該電源供應裝置係為一齊塔轉換器(Zeta)架構。該具低輸出電流漣波之電源供應裝置係包含至少兩電源轉換電路10以及一控制電路20。該電源轉換電路10係包含一第一電源轉換電路401、一第二電源轉換電路402以及一第三電源轉換電路403。
該些電源轉換電路401,402,403係電性連接一輸入電壓Vin，其中該輸入電壓Vin係可透過對一外部交流電壓經由整流所得之。該第一電源轉換電路401係包含一第一功率開關Q1、第一變壓器Tr1、一第一電容C1、一第一二極體D1，該第一變壓器Tr1、該第一電容C1與該第一二極體D1係串聯連接後再與該第一功率開關Q1連接，以形成該些電源轉換電路10的第一相，並產生一第一相輸出電流Io1；該第二電源轉換電路402係包含一第二功率開關Q2、第二變壓器Tr2、一第二電容C2、一第二二極體D2，該第二變壓器Tr2、該第二電容C2與該第二二極體D2係串聯連接後再與該第二功率開關Q2連接，以形成該些電源轉換電路10的第二相，並產生一第二相輸出電流Io2 ；該第三電源轉換電路403係包含一第三功率開關Q3、第三變壓器Tr3、一第三電容C3、一第三二極體D3，該第三變壓器Tr3、該第三電容C3與該第三二極體D3係串聯連接後再與該第三功率開關Q3連接，以形成該些電源轉換電路10的第三相，並產生一第三相輸出電流Io3。該控制電路20係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號Sc1、一第二控制信號Sc2以及一第三控制信號Sc3，並且對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3的導通與截止。值得一提，該控制電路20係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3以對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3。
更具體而言，所謂相位交錯方式係為該控制電路20輸出該些控制信號的間隔相差(交錯)一固定角度Θ，其中該固定角度Θ係等於為一週期的電氣角度(2π弳度=360度)與該些電源轉換電路10的數量比值，亦即，在本實施例中，該固定角度Θ=120度(Θ=360度÷3=120度)。換言之，若該控制電路20在相角ωt度時輸出該第一控制信號Sc1，則該第二控制信號Sc2將在相角ωt+120度時輸出，並且該第三控制信號Sc3將在相角ωt+240度時輸出。由於本發明不限定該些電源轉換電路10為三相架構，因此，若該些電源轉換電路10為四相，則該控制電路20輸出該些控制信號的間隔相差(交錯)該固定角度Θ=90度。換言之，若該控制電路20在相角ωt度時輸出第一個控制信號，則接續的三個控制信號將分別在相角ωt+90度、ωt+180度以及ωt+270度時輸出。
請參閱第五圖係為本發明電源供應裝置之多相錯位控制之波形示意圖。如第五圖所示，由上而下分別為該第一相輸出電流Io1、第二相輸出電流Io2、該第三相輸出電流Io3的波形示意圖，以及該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3的信號示意圖。由於該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3係分別由相位相差該固定角度Θ的該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3所對應控制，因此，該第二相輸出電流Io2則較該第一相輸出電流Io1相位偏移該固定角度Θ。同理，該第三相輸出電流Io3則較該第二相輸出電流Io2相位偏移該固定角度Θ。值得一提，由於該些電源轉換電路10係並聯連接，因此該電源供應裝置的一輸出電流Iout大小則等於該第一相輸出電流Io1、第二相輸出電流Io2以及該第三相輸出電流Io3的總和，亦即，Iout=Io1+Io2+Io3。
配合參閱第六圖係為本發明電源供應裝置之多相錯位控制之漣波成份比較示意圖。如第六圖所示，由上而下分別為該第一相輸出電流Io1與該輸出電流Iout的波形示意圖。該第一相輸出電流Io1(單相輸出電流)的漣波成份大小為 ；透過相位交錯方式所產生的相輸出電流疊加，亦即該輸出電流Iout的漣波成份大小為 。可明顯看出，該輸出電流Iout的漣波成份大小 遠小於單相輸出電流的漣波成份大小 ，因此，透過多相錯位控制之漣波成份將大大地減小。故此，當該輸出電流Iout在一輸出端對後端負載Ro產生該輸出電壓Vout時，相對地，該輸出電壓Vout也具有低漣波成份的特質，因此，透過多相錯位控制技術，可實現應用在高精密設備、半導體製程設備或超高壓設備所需低輸出電流漣波與低輸出電壓漣波之電源供應裝置。
此外，請參閱第一圖至第四圖，該電源供應裝置係進一步具有該輸出電壓Vout穩壓控制之電路。透過電阻網路，以本實施例為例，一第一回授電阻R FB1與一第二回授電阻R FB2所形成電阻網路，透過電阻分壓可取樣出對應該輸出電壓Vout的一回授電壓V FB，並且利用負回授該回授電壓V FB與一參考電壓(未圖示)比較，使得該控制電路20輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3。如此，不僅能夠實現多相錯位控制降低輸出電壓漣波成份，也同時達成輸出電壓穩壓效果。
請參閱第七圖係為本發明具該電源供應裝置之電源系統第一實施例之電路方塊示意圖。該電源系統100係包含一交流電源Vac、一整流電路Rct以及一電源供應裝置90。該整流電路Rct係接收該交流電源Vac，並且對該交流電源Vac整流，以產生一輸入直流電壓Vin。該電源供應裝置90係包含至少兩電源轉換電路10以及一控制電路20。該些電源轉換電路10係並聯連接，每一該電源轉換電路10係接收該輸入直流電壓Vin，並且包含一功率開關Q與一電感L。該電感L係串聯連接該功率開關Q，以形成該些電源轉換電路10的其中一相，並產生一相輸出電流Io。該控制電路20係產生對應該些電源轉換電路10相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關Q，使得該些相輸出電流Io疊加所產生一輸出電流Iout具有低漣波成份對一負載Ro供電。
以三相架構該電源供應裝置為例加以說明，該電源轉換電路10係包含一第一電源轉換電路101、一第二電源轉換電路102以及一第三電源轉換電路103。該控制電路20係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號Sc1、一第二控制信號Sc2以及一第三控制信號Sc3，並且對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3的導通與截止。值得一提，該控制電路20係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號Sc1、該第二控制信號Sc2以及該第三控制信號Sc3以對應控制該第一功率開關Q1、該第二功率開關Q2以及該第三功率開關Q3。若該控制電路20在相角ωt度時輸出該第一控制信號Sc1，則該第二控制信號Sc2將在相角ωt+120度時輸出，並且該第三控制信號Sc3將在相角ωt+240度時輸出。因此，透過多相錯位控制技術，可實現應用在高精密設備、半導體製程設備或超高壓設備所需低輸出電流漣波與低輸出電壓漣波之電源供應裝置。
此外，第八圖、第九圖以及第十圖係分別揭示本發明具該電源供應裝置之電源系統第二實施例、第三實施例以及第四實施例之電路方塊示意圖。換言之，第八圖係揭示第二圖該升壓轉換器架構電源供應裝置之系統應用、第九圖係揭示第三圖該邱克轉換器架構電源供應裝置之系統應用以及第十圖係揭示第四圖該齊塔轉換器架構電源供應裝置之系統應用，因此，整體之系統操作可配合參閱第七圖及其說明。
請參閱第十一圖係為本發明具低輸出電流漣波電源供應裝置控制方法之流程圖。該控制方法係包含下列步驟：首先，提供至少兩電源轉換電路(S10)；每一該電源轉換電路係包含一功率開關與一感性元件，其中該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流。以三相架構之電源供應裝置為例，該電源轉換電路係包含一第一電源轉換電路、一第二電源轉換電路以及一第三電源轉換電路。該些電源轉換電路係電性連接一輸入電壓，其中該輸入電壓係可透過對一外部交流電壓經由整流所得之。該第一電源轉換電路係包含一第一功率開關與一第一電感，該第一電感係串聯連接該第一功率開關，以形成該些電源轉換電路的第一相，並產生一第一相輸出電流；該第二電源轉換電路係包含一第二功率開關與一第二電感，該第二電感係串聯連接該第二功率開關，以形成該些電源轉換電路的第二相，並產生一第二相輸出電流；該第三電源轉換電路係包含一第三功率開關與一第三電感，該第三電感係串聯連接該第三功率開關，以形成該些電源轉換電路的第三相，並產生一第三相輸出電流。
然後，提供一控制電路(S20)；該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號。該控制電路係產生三個控制信號，分別為一第一控制信號、一第二控制信號以及一第三控制信號，並且對應控制該第一功率開關、該第二功率開關以及該第三功率開關的導通與截止。值得一提，該控制電路係以透過相位交錯方式，輸出相位偏移之該第一控制信號、該第二控制信號以及該第三控制信號以對應控制該第一功率開關、該第二功率開關以及該第三功率開關。
最後，該些控制信號係透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份(S30)。更具體而言，所謂相位交錯方式係為該控制電路輸出該些控制信號的間隔相差(交錯)一固定角度，其中該固定角度Θ係等於為一週期的電氣角度(2π弳度=360度)與該些電源轉換電路的數量比值，亦即，在本實施例中，該固定角度Θ=120度(Θ=360度÷3=120度)。若該控制電路在相角ωt度時輸出該第一控制信號，則該第二控制信號將在相角ωt+120度時輸出，並且該第三控制信號將在相角ωt+240度時輸出。
由於該第一功率開關、該第二功率開關以及該第三功率開關係分別由相位相差該固定角度Θ的該第一控制信號、該第二控制信號以及該第三控制信號所對應控制，因此，該第二相輸出電流則較該第一相輸出電流相位偏移該固定角度。同理，該第三相輸出電流則較該第二相輸出電流相位偏移該固定角度。因此，透過多相錯位控制技術，可實現應用在高精密設備、半導體製程設備或超高壓設備所需低輸出電流漣波與低輸出電壓漣波之電源供應裝置。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
1、透過該控制電路20輸出該些控制信號的間隔相差(交錯)一固定角度Θ，以實現相位交錯控制，藉此，可廣泛地應用於多相並且不限制相數的電源轉換架構，以提高該相位交錯控制的適用性；
2、透過相位交錯方式所產生的相輸出電流疊加，所得到輸出電流的漣波成份大小將大大地減小，相對地，輸出電壓也具有低漣波成份的特質，藉此，透過多相錯位控制技術，可實現應用在高精密設備、半導體製程設備或超高壓設備所需低輸出電流漣波與低輸出電壓漣波之電源供應裝置；
3、該具低輸出電流漣波之電源供應裝置可適用於不同轉換器拓樸(topology)，例如降壓轉換器架構、升壓轉換器架構、邱克轉換器架構以及齊塔轉換器架構，因此，可因應電源使用的需求，大大地提高該電源供應裝置的應用廣度與深度；及
4、透過電阻分壓負回授控制，可實現輸出電壓穩壓效果，故此，本發明不僅能夠實現多相錯位控制降低輸出電壓漣波成份，也同時達成輸出電壓穩壓效果。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10‧‧‧電源轉換電路
101‧‧‧第一電源轉換電路
102‧‧‧第二電源轉換電路
103‧‧‧第三電源轉換電路
20‧‧‧控制電路
Q1‧‧‧第一功率開關
Q2‧‧‧第二功率開關
Q3‧‧‧第三功率開關
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
L3‧‧‧第三電感
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
Cin‧‧‧輸入電容
Cout‧‧‧輸出電容
RFB1‧‧‧第一回授電阻
RFB2‧‧‧第二回授電阻
Io1‧‧‧第一相輸出電流
Io2‧‧‧第二相輸出電流
Io3‧‧‧第三相輸出電流
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Iout‧‧‧輸出電流
VFB‧‧‧回授電壓
Sc1‧‧‧第一控制信號
Sc2‧‧‧第二控制信號
Sc3‧‧‧第三控制信號

Claims (18)

  1. 一種電源供應裝置，係包含：
    至少兩電源轉換電路，該些電源轉換電路係並聯連接，並且每一該電源轉換電路係包含：
    一功率開關；及
    一感性元件，係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流；及
    一控制電路，係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份。
  2. 如申請專利範圍第1項之電源供應裝置，其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
  3. 如申請專利範圍第1項之電源供應裝置，其中該電源供應裝置係更包含：
    一穩壓電路，係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
  4. 如申請專利範圍第2項之電源供應裝置，其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
  5. 如申請專利範圍第4項之電源供應裝置，其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
  6. 如申請專利範圍第1項之電源供應裝置，其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器架構、一升壓轉換器架構、一邱克轉換器架構或一齊塔轉換器架構。
  7. 一種電源系統，係包含：
    一交流電源；
    一整流電路，係接收該交流電源，並且對該交流電源整流，以產生一輸入直流電壓；及
    一電源供應裝置，係包含：
    至少兩電源轉換電路，該些電源轉換電路係並聯連接，每一該電源轉換電路係接收該輸入直流電壓，並且包含：
    一功率開關；及
    一感性元件，係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流；及
    一控制電路，係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號，透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份對一負載供電。
  8. 如申請專利範圍第7項之電源系統，其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
  9. 如申請專利範圍第7項之電源系統，其中該電源供應裝置係更包含：
    一穩壓電路，係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
  10. 如申請專利範圍第8項之電源系統，其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
  11. 如申請專利範圍第10項之電源系統，其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
  12. 如申請專利範圍第7項之電源系統，其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器架構、一升壓轉換器架構、一邱克轉換器架構或一齊塔轉換器架構。
  13. 一種電源供應裝置之控制方法，係包含下列步驟：
    (a)提供至少兩電源轉換電路；每一該電源轉換電路係包含一功率開關與一感性元件，其中該感性元件係連接該功率開關，以形成該些電源轉換電路的其中一相，並產生一相輸出電流；
    (b)提供一控制電路；該控制電路係產生對應該些電源轉換電路相同數量之複數控制信號；及
    (c)該些控制信號係透過相位交錯方式，對應控制該些功率開關，使得該些相輸出電流疊加所產生一輸出電流具有低漣波成份。
  14. 如申請專利範圍第13項之控制方法，其中該控制電路係輸出該些控制信號的間隔相差一角度，以對應控制該些功率開關。
  15. 如申請專利範圍第13項之控制方法，更包含下列步驟：
    (d)提供一穩壓電路；該穩壓電路係電性連接該輸出電流所輸出之一輸出端，並且包含一第一回授電阻與一第二回授電阻；該穩壓電路係利用該第一回授電阻與該第二回授電阻之電阻值分壓該輸出端之一輸出電壓，該輸出電壓亦具有低漣波成份，以提供該控制電路輸出相位偏移之該些控制信號。
  16. 如申請專利範圍第14項之控制方法，其中該角度係為一個週期的電氣角度與該些電源轉換電路的數量比值。
  17. 如申請專利範圍第16項之控制方法，其中當該電源供應裝置為三相架構時，該些電源轉換電路的數量為三個，因此該角度係為120度或2π/3弳度。
  18. 如申請專利範圍第13項之控制方法，其中該電源供應裝置係為一降壓轉換器架構、一升壓轉換器架構、一邱克轉換器架構或一齊塔轉換器架構。
TW102149218A 2013-12-31 2013-12-31 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法 TW201526513A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102149218A TW201526513A (zh) 2013-12-31 2013-12-31 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法
US14/314,359 US20150188437A1 (en) 2013-12-31 2014-06-25 Power supply apparatus, power supply system with the power supply apparatus, and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102149218A TW201526513A (zh) 2013-12-31 2013-12-31 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201526513A true TW201526513A (zh) 2015-07-01

Family

ID=53483024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102149218A TW201526513A (zh) 2013-12-31 2013-12-31 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150188437A1 (zh)
TW (1) TW201526513A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI655819B (zh) * 2017-11-24 2019-04-01 致茂電子股份有限公司 切換式電源裝置的控制方法
US10790752B1 (en) 2019-05-07 2020-09-29 Acer Incorporated Power supply device
CN112000164A (zh) * 2019-05-27 2020-11-27 宏碁股份有限公司 电源供应器
CN112701891A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 北京小米移动软件有限公司 电源供电方法、装置、电子设备及存储介质

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10250234B2 (en) * 2015-06-25 2019-04-02 Arm Limited Signal generation and waveform shaping
US10658930B2 (en) 2016-08-22 2020-05-19 Destinpower Inc. Buck boost converter
US10811971B2 (en) * 2019-01-23 2020-10-20 Analog Devices International Unlimited Company Multiple-phase switched-capacitor-inductor boost converter techniques
KR102077025B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077028B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077023B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077024B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077021B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077026B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077027B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077022B1 (ko) * 2019-11-19 2020-02-13 주식회사 경신 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
IT202000015232A1 (it) * 2020-06-24 2021-12-24 St Microelectronics Srl Convertitore a commutazione

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8125203B2 (en) * 2006-09-14 2012-02-28 Renesas Electronics Corporation PFC controller, switching regulator and power supply circuit
JP2014171351A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Toshiba Corp 電源回路

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI655819B (zh) * 2017-11-24 2019-04-01 致茂電子股份有限公司 切換式電源裝置的控制方法
US10790752B1 (en) 2019-05-07 2020-09-29 Acer Incorporated Power supply device
TWI710885B (zh) * 2019-05-07 2020-11-21 宏碁股份有限公司 電源供應器
CN112000164A (zh) * 2019-05-27 2020-11-27 宏碁股份有限公司 电源供应器
CN112000164B (zh) * 2019-05-27 2022-04-05 宏碁股份有限公司 电源供应器
CN112701891A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 北京小米移动软件有限公司 电源供电方法、装置、电子设备及存储介质
CN112701891B (zh) * 2019-10-23 2022-09-16 北京小米移动软件有限公司 电源供电方法、装置、电子设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
US20150188437A1 (en) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201526513A (zh) 電源供應裝置、具該裝置之電源系統及其控制方法
US10720833B2 (en) DC-DC converter
US8780585B2 (en) Double phase-shifting full-bridge DC-to-DC converter
EP1735901B1 (en) Ac/dc converter comprising plural converters in cascade
EP2779393B1 (en) Bridgeless interleaved power factor correction circuit using a PFC inductor with quad-winding on a single core
TWI511435B (zh) AC - DC power converter
CN105322798B (zh) 多路输出反激变换器
JP2015035851A (ja) スイッチング電源装置
US20110176336A1 (en) Isolated current regulated DC-DC converter
TW201401753A (zh) 高效率的交流－直流電壓轉換電路
TWI646768B (zh) High boost converter
TW201123702A (en) Multi-output DC-to-DC conversion apparatus with voltage-stabilizing function
JP2011055596A (ja) 力率改善回路
US8711588B1 (en) Power supply device
CN105490548B (zh) 开关电源装置
JP2016086562A (ja) 電源回路
TWI554014B (zh) 高升壓比直流電源轉換器
JP2013132125A (ja) スイッチング電源回路
JP2017017845A (ja) 高電圧発生装置
JP5700373B2 (ja) スイッチング電源装置
Tang et al. A 2MHz Constant-Frequency AOT V 2 Buck Converter with Adaptive Dead Time Control for Data Centers
JP5692721B2 (ja) スイッチング電源装置
CN104753342A (zh) 电源供应装置、具有该装置的电源系统及其控制方法
TWI587618B (zh) High buck converter
Hwu et al. A buck resonant voltage divider with bidirectional operation considered