电源转换器的混合式补偿电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电源转换器，特别是关于一种电源转换器的混合式补偿电路。
【背景技术】
[0002]在电源转换器的回授回路中，需要补偿电路对相位边限(phase margin)进行补偿以使回路稳定。传统的模拟式补偿电路包括如图1所示的EA型补偿电路10或图2所示的gm型补偿电路14。参照图1，EA型补偿电路10包括误差放大器12，电容Cl及电阻R3串联在误差放大器12的反相输入端及输出端之间，电阻R4与电容Cl及电阻R3并联，误差放大器12放大回授信号Vfb及参考值Vref之间的差值产生信号Vcomp以供电源转换器稳定输出电压Vo，电阻R3、R4及电容Cl用以补偿信号Vcomp。在某些应用中，图1的电阻R4可以省略。参照图2，gm型补偿电路14包括转导放大器16，电阻R3及电容Cl串联在转导放大器16的输出端及地端GND之间，电容C2与电阻R3及电容Cl并联，转导放大器将回授信号Vfb与参考值Vref之间的差值转换为电流Icomp，电阻R3及电容C1、C2根据电流Icomp产生补偿的信号Vcomp。使用外接式补偿电路需要占用控制IC的一支接脚，为了减少接脚数量，有越来越多的方案将补偿电路整合到IC中，例如美国专利号7，504，888。一般而言，gm型补偿电路14较容易整合在集成电路(IC)中，但是这些方案也有许多限制，一般来说，高切换频率直流对直流电源转换器的控制IC由于极点及零点大于ΙΟΚΗζ，因此较容易将补偿电路整合到IC中。而在低频宽应用中，例如功率因子修正(Power Factor Correct1n;PFC)电源转换器或是其它类似PFC的控制IC或电源转换器，补偿电路14需要大电容Cl及C2，但是因为成本及面积的考虑，大电容Cl及C2很难全部整合到IC中。更具体而言，PFC电源转换器的输入电压为具有60Hz交流频率的交流电压，因此其控制IC需要低增益及低频的极点及零点来达成低频宽回路以滤除交流频率，因此补偿电路14需要大电容Cl及C2来进行补偿，使信号Vcomp的变化较缓慢，才能滤除该交流频率。然而在IC中无法实现符合需求的大电容Cl及C2，因此需要使用一支接脚外接大电容Cl及C2，若想要缩小电容Cl及C2使其可以整合到IC中，贝U需要将电流Icomp降到纳(nano)安培等级或皮(pico)安培等级，但是如此小的电流很容易受到制程影响而无法准确控制，因此难以实现。
[0003]由于模拟式补偿电路不易整合，因此有不少数字式补偿电路被提出，例如美国专利号7，743，266及7，894，218，这些数字式补偿电路虽然可以整合在PFC电源转换器的控制IC中，但是通常需要复杂的数字信号处理(数字信号Processing;DSP)算法，因而需要占用较大的芯片面积，导致成本上升及芯片尺寸增加。另一方面，变化缓慢的信号Vcomp会造成电源转换器无法快速反应负载瞬时，导致输出电压Vo发生大的电压落差(drop)或过冲(overshoot)。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种电源转换器的混合式补偿电路。
[0005]为达上述目的，就其中一个观点，本发明提出一种电源转换器的混合式补偿电路，包括:数字信号产生器，用以提供一第一极点，该数字信号产生器根据回授信号及参考值产生数字信号，其中该回授信号与该电源转换器的输出电压相关；以及数字模拟转换器，耦接该数字信号产生器，将该数字信号转换为模拟的第一信号。
[0006]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:偏移注入器，耦接该数字模拟转换器，用以提供一零点，该偏移注入器提供可变偏移值以偏移该第一信号产生第二信号，其中该可变偏移值由该回授信号与该参考值之间的差值决定。
[0007]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:低通滤波器，耦接该数字模拟转换器，用以提供一第二极点，该数字模拟转换器过滤该第一信号的高频成分产生第二信号。
[0008]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:偏移注入器，耦接该数字模拟转换器，提供可变偏移值以偏移该第一信号产生第二信号，其中该可变偏移值由该回授信号与该参考值之间的差值决定；以及低通滤波器，耦接该偏移注入器，滤除该第二信号的高频成分产生第三信号供该电源转换器稳定该输出电压。
[0009]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:低通滤波器，耦接该数字模拟转换器，滤除该第一信号的高频成分产生第二信号；以及偏移注入器，耦接该低通滤波器，提供可变偏移值以偏移该第二信号产生第三信号供该电源转换器稳定该输出电压，其中该可变偏移值由该回授信号与该参考值之间的差值决定。
[0010]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:偏移注入器，耦接该数字信号产生器，提供可变偏移值以偏移该数字信号产生第二信号，其中该可变偏移值由该回授信号与该参考值之间的差值决定；以及加法器，将该第一信号与该第二信号相加，产生第三信号供该电源转换器稳定该输出电压。
[0011]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:偏移注入器，耦接该数字信号产生器，提供可变偏移值以偏移该数字信号产生第二信号，其中该可变偏移值由该回授信号与该参考值之间的差值决定；低通滤波器，耦接该偏移注入器，滤除该第二信号的高频成分产生第三信号；以及加法器，将该第一信号与该第三信号相加，产生第四信号供该电源转换器稳定该输出电压。
[0012]为达上述目的，就另一个观点，本发明提出一种电源转换器的混合式补偿电路，包括:数字信号产生器，根据输出电压回授信号及参考值产生第一与第二数字信号，其中该输出电压授信号与该电源转换器的输出电压相关；数字偏移注入器，耦接该数字信号产生器，以根据该第二数字信号产生可变偏移值；加法器，将该第一数字信号与该可变偏移值相加、或将该第一数字信号与该可变偏移值的相关信号相加；以及数字模拟转换器，耦接该加法器，将该加法器的输出、或该加法器的输出的相关信号转换为模拟信号。
[0013]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:低通滤波器，耦接该数字模拟转换器，用以滤除该模拟信号的高频成分。
[0014]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:数字滤波器，耦接于该数字偏移注入器与该加法器之间，用以过滤该可变偏移值而产生该可变偏移值的相关信号。
[0015]在一种实施例中，上述混合式补偿电路可更包含:数字滤波器，耦接于该加法器与该数字模拟转换器之间，用以过滤该加法器的输出而产生该加法器的输出的相关信号。
[0016]在一种实施例中，该数字偏移注入器回授控制该数字信号产生器的一操作频率。
[0017]为达上述目的，就另一个观点，本发明提出一种电源转换器的混合式补偿电路，包括:数字信号产生器，根据输出电压回授信号及参考值产生第一与第二数字信号，其中该输出电压授信号与该电源转换器的输出电压相关；数字偏移注入器，耦接该数字信号产生器，以根据该第二数字信号产生可变偏移值；第一数字模拟转换器，耦接该数字信号产生器，将该第一数字信号转换为第一模拟信号；第二数字模拟转换器，耦接该数字偏移注入器，将该可变偏移值转换为第二模拟信号；以及加法器，将该第一模拟信号与该第二模拟信号相加、或将该第一模拟信号的相关信号与第二模拟信号相加。
[0018]在一种实施例中，该混合式补偿电路可更包含低通滤波器，耦接于该第一数字模拟转换器和该加法器之间、或耦接于该加法器的输出端。
[0019]为达上述目的，就另一个观点，本发明提出一种电源转换器的混合式补偿电路，包括:数字信号产生器，根据输出电压回授信号及参考值产生第一数字信号，其中该回授信号与该电源转换器的输出电压相关；数字滤波器，耦接该数字信号产生器，以过滤该第一数字信号；以及数字模拟转换器，耦接该数字滤波器，将该数字滤波器的输出转换为模拟信号。
[0020]在一种实施例中，该数字信号产生器包括:逐次求近缓存器模拟数字转换器(SAR-ADC, Successive Approximat1n Register Analog to Digital Converter),根据该输出电压回授信号及该参考值而产生一升降信号；以及升降计数电路，其中该升降计数电路的输出信号受控于该升降信号而对应地上升或下降。
[0021]在一种实施例中，该数字偏移注入器产生一个对应于α * (Vfbl-Vrefl)的数字或编码，其中α为正实数，Vfbl为该输出电压回授信号，Vrefl为该参考值。
[0022]在一种实施例中，该数字滤波器包括一 D正反器或一移动平均电路。
【附图说明】
[0023]图1为传统的EA型补偿电路；
[0024]图2为传统的gm型补偿电路；
[0025]图3A为根据本发明的混合式补偿电路的一个实施例；
[0026]图3B-3H为根据本发明的混合式补偿电路的其它实施例；
[0027]图4为图3A的混合式补偿电路的一个具体实施例；
[0028]图5为图2的转导放大器的电流-电压特性曲线；
[0029]图6为图4的第一信号Val的电压变化率dVal/dt对电压Vrefl-Vfbl的特性曲线.-^4 ，
[0030]图7为图3A的混合式补偿电路的另一个具体实施例；
[0031]图8为图7的频率信号及脉冲信号的时序图；
[0032]图9为图7的第一信号Val的电压变化率dVal/dt对电压Vrefl-Vfbl的特性曲线.-^4 ，
[0033]图10为图3A的混合式补偿电路的另一个具体实施例；
[0034]图11为使用图2的gm型模拟式补偿电路及本发明的混合式补偿电路产生的电源转换器的输出电压和信号Vcomp ；
[0035]图12A-12G为混合式补偿电路的另外几个具体实施例；
[0036]图13为数字信号产生器122的一个具体实施例；
[0037]图14A-14D 为逐次求近缓存器(SAR, Successive Approximat1n Register)模拟数字转换器(ADC, Analog to Digital Converter) 132,简称SAR-ADC的几个具体实施例；
[0038]图15为升降计数电路134的一个具体实施例；
[0039]图16A-16I为数字偏移注入器126的几个具体实施例；
[0040]图17A-17B为数字滤波器128的两个具体实施例。
[0041]图中符号说明
[0042]10EA型补偿电路
[0043]12误差放大器
[0044]14gm型补偿电路
[0045]16转导放大器
[0046]20, 20a-20g混合式补偿电路
[0047]22数字信号产生器
[0048]24数字模拟转换器
[0049]26偏移注入器
[0050]28低通滤波器
[0051]29加法器
[0052]30比较器
[0053]32反相器
[0054]34磁滞比较器
[0055]36磁滞比较器
[0056]38运算转导放大器
[0057]40振荡器
[0058]42控制器
[0059]44升降计数器
[0060]46电流源
[0061]48电流源
[0062]50电流源
[0063]52电流源
[0064]54电阻Rof的第一端
[0065]56电阻Rof的第二端
[0066]60多任务器
[0067]62比较器
[0068]64脉冲产生器
[0069]70比较器
[0070]72比较器
[0071]74比较器
[0072]76比较器
[0073]78比较器
[0074]80控制器
[0075]82除频器
[0076]84除频器
[0077]86除频器
[0078]88除频器
[0079]90运算放大器
[0080]92电源转换器的输出电压
[0081]94电源转换器的输出电压
[0082]96回授信号
[0083]98回授信号
[0084]120，120a?120f 混合式补偿电路<