专利名称：具脉宽调制限幅控制器的升压电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制升压的升压电路，特别涉及一种具一脉宽调制限幅控制器的升压电路。
背景技术：
在与本发明相关的公知技术中，一用于控制升压的传统升压电路(boostcircuit)1的电路示意图如图1所示。在图1中，该升压电路包含一直流/直流升压转换器(DC/DC boost converter)11以及一反馈控制电路(feedbackcontrol circuit)12，其中该反馈控制电路12更包括一电压/电流检测器(voltage/current detector)121(用于接收该直流/直流升压转换器11的一输入电压反馈信号SVi、一输出电压反馈信号SVo与一输入电流反馈信号SIi)、一调制器(modulator)123、一振荡器(oscillator)122、一软启动控制器(soft startingunit)124以及一反馈控制器(feedback controller)125。其中，一输入电压Vin经一升压后，成为一输出电压Vo，而该输出电压Vo受该反馈控制器的一输出信号K所控制。该升压电路1其输出电压Vo的变动结果，是从一初始值S逐渐上升至一峰值P，然后再缓缓下降至一稳定值Vo；其变化过程，如图2所示。该升压电路1的控制原理如下首先该电压/电流检测器121将读取到的信号转换成电压信号并输出到调制器123，经与来自振荡器122的信号作脉冲周期的调制后，送到反馈控制器125与振荡器122及软启动控制器124所产生的信号比较后，再输出一控制信号K，用以控制该升压电路1的一开关Q1的启闭，产生该升压。
有关上述该输出电压Vo的上升波形如图2所示，由初始值S到达峰值P再降到稳定电压值Vo。因为该公知技术中一传统升压电路1将使得该输出电压Vo的最高值上升至一峰值电压的P值，故在该传统升压电路1的元件的选用上，例如该开关Q1，一二极管D，以及一输出电容C1等，在其耐压的考虑上，必须选用电压等级较高一级或是信赖性更高的元件来使用，因而造成其在相关制造成本上相对较高；且若使用该传统升压电路1，因该输出电压Vo将上升至一大于预定输出电压值Vo的峰值电压的P值，故就其所需额外耗费的电力等因素考虑，相对而言亦较不经济。
因此，发明人鉴于公知技术的缺点，提出本发明的“具脉宽调制限幅控制器的升压电路及其控制方法”。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具脉宽调制限幅控制器的升压电路及其控制方法，可避免该升压电路的输出电压Vo上升至一超出预定输出电压值Vo的峰值电压的P值，以节约不必要的电力损耗并可达到使用具相对较低耐压条件的升压电路的元件以减低其总成本(含制造、仓储与运输成本等)。
本发明的另一主要目的在于提供一种具脉宽调制限幅控制器的升压电路，该电路包含一直流/直流转换器(DC/DC converter)，用于接收一输入电压，并经一升压后输出一输出电压，以及一反馈控制电路(feedback controlcircuit)，具一脉宽调制限幅控制器(pulse-width modulation limitingcontroller)，且耦合于该转换器，用以接收该转换器的一输入电压反馈信号、一输出电压反馈信号与一输入电流反馈信号及通过该控制器的一控制据此产生一具一固定周期的输出信号，其中该输出信号用以控制该转换器的一开关的一启闭，产生该升压。
根据上述的构想，该输出信号为一脉冲，当该输出电压自一初始值上升至一稳定值期间，该脉冲具一第一波幅，且当该输出电压升至该稳定值之后，该脉冲则具一第二波幅。
根据上述的构想，该第二波幅大于该第一波幅。
根据上述的构想，该控制电路更包括一电压/电流检测器(voltage/currentdetector)，耦合于该转换器与该控制器，用以接收该输入电压反馈信号、该输出电压反馈信号与该输入电流反馈信号并据此产生一电压输出信号，一振荡器(oscillator)，用以产生一锯齿波，一调制器(modulator)，耦合于该电压/电流检测器、该控制器与该振荡器，用以产生一调制信号，一软启动控制器(soft starting unit)，耦合于该脉宽调制限幅控制器，用以产生一软启动控制信号，以及一反馈控制器(feedback controller)，耦合于该振荡器、该调制器与该软启动控制器，用以产生该输出信号。
根据上述的构想，该脉宽调制限幅控制器分别输出一第一、一第二以及一第三控制信号至该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器，据此控制该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器至少其中之一，产生该输出信号。
根据上述的构想，该第一控制信号为一第一电压箝位信号，用以使该电压/电流检测器输出一具一第一固定值的第一电压，该第二控制信号为一周期限幅信号，用以使该调制器输出的该调制信号具一固定周期，该第三控制信号为一第二电压箝位信号，用以使该软启动控制器输出一具一第二固定值的第二电压。
根据上述的构想，该脉宽调制限幅控制器更包括一电路启动器，用于启动该脉宽调制限幅控制器并输出一启动信号，一第一电压箝位器，耦合于该电路启动器与该电压/电流检测器，用以接收该启动信号并输出该第一控制信号，一周期限幅器，耦合于该第一电压箝位器与该调制器，用以接收该启动信号并输出该第二控制信号，以及一第二电压箝位器，耦合于该周期限幅器与该软启动控制器，用以接收该启动信号并输出该第三控制信号。
根据上述的构想，该调制器为一脉宽调制器(pulse-width modulator)。
根据上述的构想，该反馈控制器为一与非门(NAND gate)。
根据上述的构想，该转换器为一直流/直流升压转换器(DC/DC boostconverter)以及一直流/直流升降压转换器(DC/DC buck-boost converter)两者其中之一。
根据上述的构想，该开关为一金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，且该反馈控制电路的一输出端耦合于该晶体管的一栅极。
本发明的其次主要目的在于提供一种具脉宽调制限幅控制器的升压电路的控制方法，其中该升压电路包括一直流/直流转换器(DC/DCconverter)，用于接收一输入电压并经一升压后输出一输出电压及一反馈控制电路(feedback control circuit)，具一脉宽调制限幅控制器(pulse-widthmodulation limiting controller)、一电压/电流检测器(voltage/current detector)、一振荡器(oscillator)、一调制器(modulator)、一软启动控制器(soft starting unit)与一反馈控制器(feedback controller)，且耦合于该转换器，该方法包含下列步骤(a)传送由该转换器所产生的一输入电压反馈信号、一输出电压反馈信号与一输入电流反馈信号至该电压/电流检测器；(b)分别传送由该控制器所产生的一第一、一第二及一第三控制信号至该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器，据此控制该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器至少其中之一；(c)传送由该电压/电流检测器所产生的一电压输出信号至该调制器；(d)传送由该振荡器所产生的一锯齿波至该调制器与该反馈控制器；(e)传送由该调制器所产生的一调制信号至该反馈控制器；(f)传送由该软启动控制器所产生的一软启动控制信号至该反馈控制器；(g)传送由该反馈控制器所产生的一具一固定周期的输出信号至该转换器；以及(h)由该输出信号控制该转换器的一开关的一启闭，使该输出电压自一初始值上升至一稳定值达到该升压。
根据上述的构想，该第一控制信号为一第一电压箝位信号，用以使该电压/电流检测器输出一具一第一固定值的第一电压，该第二控制信号为一周期限幅信号，用以使该调制器输出的该调制信号具一固定周期，且该第三控制信号为一第二电压箝位信号，用以使该软启动控制器输出一具一第二固定值的第二电压。
根据上述的构想，该脉宽调制限幅控制器更包括一电路启动器，用于启动该脉宽调制限幅控制器并输出一启动信号，一第一电压箝位器，耦合于该电路启动器与该电压/电流检测器，用以接收该启动信号并输出该第一控制信号，一周期限幅器，耦合于该第一电压箝位器与该调制器，用以接收该启动信号并输出该第二控制信号，以及一第二电压箝位器，耦合于该周期限幅器与该软启动控制器，用以接收该启动信号并输出该第三控制信号。
根据上述的构想，该输出信号为一脉冲，当该输出电压自一初始值上升至一稳定值期间，该脉冲具一第一波幅，且当该输出电压升至该稳定值之后，该脉冲则具一第二波幅。
根据上述的构想，该第二波幅大于该第一波幅。
图1是显示公知技术中一传统升压电路的电路示意图；
图2是显示如图1的传统升压电路的输出电压由一初始值S上升至一峰值P再下降至一稳定值Vo及与其相对应的反馈控制器的输出信号K等的波形图；图3(a)及(b)是分别显示本发明第一与第二较佳实施例具一脉宽调制限幅控制器及直流/直流升压转换器和具一脉宽调制限幅控制器及直流/直流升降压转换器的升压电路的电路示意图；图4是显示如图3(a)的第一较佳实施例的输出电压由一初始值S上升至一稳定值Vo及与其相对应的反馈控制器的输出信号K等的波形图；以及图5是显示本发明脉宽调制限幅控制器的电路方块图。
其中，附图标记说明如下1传统的升压电路 11直流/直流升压转换器12反馈控制电路 121电压/电流检测器 122振荡器123调制器124软启动控制器 125反馈控制器2本发明第一较佳实施例的升压电路 21直流/直流升压转换器22反馈控制电路 221电压/电流检测器222脉宽调制限幅控制器 2221电路启动器2222第一电压箝位器 2223周期限幅器2224第二电压箝位器 223振荡器224调制器225软启动控制器 226反馈控制器3本发明第二较佳实施例的升压电路31直流/直流升降压转换器 32反馈控制电路321电压/电流检测器 322脉宽调制限幅控制器 323振荡器324调制器325软启动控制器 326反馈控制器具体实施方式
如图3(a)所示，其为本发明第一较佳实施例具脉宽调制限幅控制器的升压电路2的电路示意图。该升压电路2包含一直流/直流升压转换器(DC/DCboost converter)21用于接收一输入电压Vin，且经一升压后输出一输出电压Vo以及一反馈控制电路22。其中，该反馈控制电路22更包括一电压/电流检测器(voltage/current detector)221、一脉宽调制限幅控制器(pulse-widthmodulation limiting controller)222、一振荡器(oscillator)223、一调制器(modulator)224、一软启动控制器(soft starting unit)225以及一反馈控制器(feedback controller)226，该反馈控制电路22耦合于该直流/直流升压转换器21，用以接收该直流/直流升压转换器21的一输入电压反馈信号SVi、一输出电压反馈信号SVo与一输入电流反馈信号SIi，且通过该脉宽调制限幅控制器222的一控制，据此产生一具一固定周期T(如图4所示)的输出信号K。其中，该脉宽调制限幅控制器222分别输出一第一控制信号SC1、一第二控制信号SC2以及一第三控制信号SC3至该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225，据此控制该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225至少其中之一，产生该输出信号K。该输出信号K用以控制该转换器21的一开关Q1(其可为一金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET)之一启闭，产生该升压。另，该电压/电流检测器221耦合于该直流/直流升压转换器21与该脉宽调制限幅控制器222，用以接收该输入电压反馈信号SVi、该输出电压反馈信号SVo与该输入电流反馈信号SIi并据此产生一电压输出信号，而该振荡器223则用以产生一锯齿波。该调制器224耦合于该电压/电流检测器221、该脉宽调制限幅控制器222与该振荡器223，用以产生一调制信号SM。该软启动控制器225耦合于该脉宽调制限幅控制器222，用以产生一软启动控制信号(其为一脉冲)。该反馈控制器226则耦合于该振荡器223、该调制器224与该软启动控制器225，用以产生该输出信号K。此外，该反馈控制器226为一与非门(NAND gate)，该调制器为一脉宽调制器(pulse-width modulator)，且该输出信号K为一脉冲。当该输出电压Vo自一初始值S上升至一稳定值Vo的期间，该脉冲具一第一波幅W1，且当该输出电压升至该稳定值之后，该升压电路2进入一正常运作，此时该脉冲则具一第二波幅W2，且因该升压电路2的一负载的缘故，该第二波幅W2将大于该第一波幅W1。该脉宽调制限幅控制器222分别输出一第一控制信号SC1、一第二控制信号SC2以及一第三控制信号SC3至该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225，据此控制该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225至少其中之一，产生该输出信号K。上述的该第一控制信号SC1为一第一电压箝位信号，用以使该电压/电流检测器221输出一具一第一固定值的第一电压，该第二控制信号SC2为一周期限幅信号，用以使该调制器224输出的该调制信号SM具一固定周期，该第三控制信号SC3为一第二电压箝位信号，用以使该软启动控制器225输出一具一第二固定值的第二电压。
如图3(b)所示，其为本发明第二较佳实施例具脉宽调制限幅控制器的升压电路3的电路示意图。该升压电路3包含一直流/直流升降压转换器(DC/DC buck-boost converter)31用于接收一输入电压Vin，并经一升压后输出一输出电压Vo，以及一反馈控制电路32，其中该反馈控制电路32更包括一电压/电流检测器(voltage/current detector)321、一脉宽调制限幅控制器(pulse-width modulation limiting controller)322、一调制器(modulator)324、一振荡器(oscillator)323、一软启动控制器(soft starting unit)325以及一反馈控制器(feedback controller)326，且耦合于该直流/直流升降压转换器31，用以接收该直流/直流升降压转换器31的一输入电压反馈信号SVi、一输出电压反馈信号SVo与一输入电流反馈信号SIi及通过该脉宽调制限幅控制器321的一控制据此产生一具一固定周期T(如图4所示)的输出信号K。其中，该输出信号K用以控制该转换器31的一开关Q1的一启闭，产生该升压。本发明第二较佳实施例具脉宽调制限幅控制器的升压电路3与本发明第一较佳实施例具脉宽调制限幅控制器的升压电路2的差别仅在于本发明第二较佳实施例的升压电路3包含一直流/直流升降压转换器31，而本发明第一较佳实施例的升压电路2则包含一直流/直流升压转换器21，两者均可达到将一输入电压Vin，经一升压后，输出一输出电压Vo的功能；其余电路与运作原理等部分，则完全相同。
有关上述本发明第一较佳实施例的升压电路2及本发明第二较佳实施例的升压电路3(如图3(a)及(b)所示)均包括一相同的脉宽调制限幅控制器(参阅图3(a)的222与图3(b)的322)。现以本发明第一较佳实施例的升压电路2所包含的该脉宽调制限幅控制器222为例说明如后。该脉宽调制限幅控制器的一较佳实施例的电路方块图，如图5所示。其中，该脉宽调制限幅控制器222进一步包含一电路启动器(circuit starter)2221，用于启动该脉宽调制限幅控制器222并输出一启动信号Str，一第一电压箝位器(first voltageclamper)2222，耦合于该电路启动器2221与该电压/电流检测器221，用以接收该启动信号Str并输出该第一控制信号SC1，一周期限幅器(time periodlimiter)2223，耦合于该第一电压箝位器2222与该调制器224，用以接收该启动信号Str并输出该第二控制信号SC2；以及一第二电压箝位器(secondvoltage clamper)2224，耦合于该周期限幅器2223与该软启动控制器225，用以接收该启动信号Str并输出该第三控制信号SC3。
有关上述本发明第一较佳实施例的升压电路2及本发明第二较佳实施例的升压电路3(请参看图3(a)及(b))所共具的运作原理，可以本发明该第一较佳实施例的该升压电路2为例，说明其所具的控制方法如后。该方法包含下列步骤(a)传送由该转换器21所产生的一输入电压反馈信号SVi、一输出电压反馈信号SVo与一输入电流反馈信号SIi至该电压/电流检测器221；(b)分别传送由该控制器222所产生的一第一控制信号SC1、一第二控制信号SC2及一第三控制信号SC3至该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225，据此控制该电压/电流检测器221、该调制器224与该软启动控制器225至少其中之一；(c)传送由该电压/电流检测器221所产生的一电压输出信号至该调制器224；(d)传送由该振荡器223所产生的一锯齿波至该调制器224与该反馈控制器226；(e)传送由该调制器224所产生的一调制信号SM至该反馈控制器226；(f)传送由该软启动控制器225所产生的一软启动控制信号至该反馈控制器226；(g)传送由该反馈控制器226所产生的一具一固定周期T(如图4所示)的输出信号K至该转换器21；以及(h)由该输出信号K控制该转换器21的一开关Q1的一启闭，使该输出电压Vo自一初始值S上升至一稳定值Vo达到该升压。
由上述的说明可知，本发明在于提供一种具脉宽调制限幅控制器的升压电路及其控制方法，可避免该升压电路的输出电压Vo上升至一超出预定输出电压值Vo的峰值电压的P值，以节约不必要的电力损耗并可达到使用具相对较低耐压条件的升压电路的元件，以相对地减低其总成本(含制造、仓储与运输成本等)的优点。
所以，尽管本发明已由上述的实施例详细叙述，本领域的普通技术人员可做各种修改，但都不脱离权利要求书保护的范围。
权利要求
1.一种升压电路，该电路包含一直流/直流转换器，用于接收一输入电压，并经一升压后输出一输出电压；以及一反馈控制电路，具一脉宽调制限幅控制器，且耦合于该转换器，用以接收该转换器的一输入电压反馈信号、一输出电压反馈信号与一输入电流反馈信号及通过该控制器的一控制据此产生一具一固定周期的输出信号，其中该输出信号用以控制该转换器的一开关的一启闭，产生该升压。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该输出信号为一脉冲，当该输出电压自一初始值上升至一稳定值期间，该脉冲具一第一波幅，且当该输出电压升至该稳定值之后，该脉冲则具一第二波幅。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该控制电路更包括一电压/电流检测器，耦合于该转换器与该控制器，用以接收该输入电压反馈信号、该输出电压反馈信号与该输入电流反馈信号并据此产生一电压输出信号；一振荡器，用以产生一锯齿波；一调制器，耦合于该电压/电流检测器、该控制器与该振荡器，用以产生一调制信号；一软启动控制器，耦合于该脉宽调制限幅控制器，用以产生一软启动控制信号；以及一反馈控制器，耦合于该振荡器、该调制器与该软启动控制器，用以产生该输出信号。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于该脉宽调制限幅控制器分别输出一第一、一第二以及一第三控制信号至该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器，据此控制该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器至少其中之一，产生该输出信号；该第一控制信号为一第一电压箝位信号，用以使该电压/电流检测器输出一具一第一固定值的第一电压，该第二控制信号为一周期限幅信号，用以使该调制器输出的该调制信号具一固定周期，该第三控制信号为一第二电压箝位信号，用以使该软启动控制器输出一具一第二固定值的第二电压；及/或该脉宽调制限幅控制器更包括一电路启动器，用于启动该脉宽调制限幅控制器并输出一启动信号；一第一电压箝位器，耦合于该电路启动器与该电压/电流检测器，用以接收该启动信号并输出该第一控制信号；一周期限幅器，耦合于该第一电压箝位器与该调制器，用以接收该启动信号并输出该第二控制信号；以及一第二电压箝位器，耦合于该周期限幅器与该软启动控制器，用以接收该启动信号并输出该第三控制信号。
5.如权利要求3所述的电路，其特征在于该调制器为一脉宽调制器；及/或该反馈控制器为一与非门。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于该转换器为一直流/直流升压转换器以及一直流/直流升降压转换器两者其中之一；及/或该开关为一金属氧化物半导体场效晶体管，且该反馈控制电路的一输出端耦合于该晶体管的一栅极。
7.一种升压电路的控制方法，其中该升压电路包括一直流/直流转换器，用于接收一输入电压并经一升压后输出一输出电压及一反馈控制电路，具一脉宽调制限幅控制器、一电压/电流检测器、一振荡器、一调制器、一软启动控制器与一反馈控制器，且耦合于该转换器，该方法包含下列步骤(a)传送由该转换器所产生的一输入电压反馈信号、一输出电压反馈信号与一输入电流反馈信号至该电压/电流检测器；(b)分别传送由该控制器所产生的一第一、一第二及一第三控制信号至该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器，据此控制该电压/电流检测器、该调制器与该软启动控制器至少其中之一；(c)传送由该电压/电流检测器所产生的一电压输出信号至该调制器；(d)传送由该振荡器所产生的一锯齿波至该调制器与该反馈控制器；(e)传送由该调制器所产生的一调制信号至该反馈控制器；(f)传送由该软启动控制器所产生的一软启动控制信号至该反馈控制器；(g)传送由该反馈控制器所产生的一具一固定周期的输出信号至该转换器；以及(h)由该输出信号控制该转换器的一开关的一启闭，使该输出电压自一初始值上升至一稳定值达到该升压。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第一控制信号为一第一电压箝位信号，用以使该电压/电流检测器输出一具一第一固定值的第一电压，该第二控制信号为一周期限幅信号，用以使该调制器输出的该调制信号具一固定周期，且该第三控制信号为一第二电压箝位信号，用以使该软启动控制器输出一具一第二固定值的第二电压。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该脉宽调制限幅控制器更包括一电路启动器，用于启动该脉宽调制限幅控制器并输出一启动信号；一第一电压箝位器，耦合于该电路启动器与该电压/电流检测器，用以接收该启动信号并输出该第一控制信号；一周期限幅器，耦合于该第一电压箝位器与该调制器，用以接收该启动信号并输出该第二控制信号；以及一第二电压箝位器，耦合于该周期限幅器与该软启动控制器，用以接收该启动信号并输出该第三控制信号。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于该输出信号为一脉冲，当该输出电压自一初始值上升至一稳定值期间，该脉冲具一第一波幅，且当该输出电压升至该稳定值之后，该脉冲则具一第二波幅；及该第二波幅大于该第一波幅。
全文摘要
本发明公开一种升压电路的构造及其控制方法。该电路包含一直流/直流转换器，用于接收一输入电压，并经一升压后输出一输出电压以及一反馈控制电路，具一脉宽调制限幅控制器，且耦合于该转换器，用以接收该转换器的一输入电压反馈信号、一输出电压反馈信号与一输入电流反馈信号及通过该控制器的一控制据此产生一具一固定周期的输出信号。其中，该输出信号用以控制该转换器的一开关的一启闭，产生该升压。
文档编号H02M3/135GK1909349SQ20051008459
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月1日 优先权日2005年8月1日
发明者齐泽华 申请人:台达电子工业股份有限公司