专利名称：脉宽调制升压系统及其启动方法
技术领域：
本发明涉及一种脉宽调制升压系统(pulse width modulation boost system)及其启动 方法，尤其指一种具有限流软启动(current limit soft-start)功能的脉宽调制升压系统及 其启动方法。背景技水图l为常规的一脉宽调制升压系统l，其包含一升压电路IO、 一脉宽调制电路(pulse width modulation circuit) 11、 一前振荡器(pre-oscillator) 12、 一比较器13、 一分压电路 14及一稳定电路15。图2 (a)及2 (b)为分别显示脉宽调制升压系统l的输出电压V。ut 连接一轻载(light load)及一重载(heavy load)时的相关信号图。信号V叫。Veo!及Iu 分別表示所述脉宽调制升压系统l的直流输出电压、连接所述比较器13及所述脉宽调制 电路ll的节点EOl的电压(即误差电压)及流经所述升压电路10中一升压电感L1的电感 电流。所述稳定电路15包含串接于节点E01与接地端之间的一电阻R3及一电容C2。参考图2 (a)，当脉宽调制升压系统l启动时， 一参考电压Vw施加于所述比较器13 的非反相输入端，所述比较器13的反相输入端则连接来自所述分压电路14的反馈电压 VFB ,以定义宵流输出电压V。ut的大小。当直流输出电压V。ut小于 一 第 一 预定电压Vuvl。 (undervoltage lockout voltage)时(即前振荡期)，所述前振荡器12输出 一 前振荡信号Sosc至所述脉宽调制电路ll,以生成一脉宽调制信号SpwM。注意在所述前振荡期内，所述比 较器13并没有输出信号(即VE(m的电平为O)。所述脉宽调制信号SpWM用以改变开关SWl 导通或关闭的时间，使得由第 一 电压Vi。产生且流经所述升压电感L1的电感电流Iu可间歇地对电容C1充电，而使存储在电容Cl中的电荷产生所述直流输出电压V。u,。其中二极 管D1则限制电容C1放电的方向。进入脉宽调制期后，所述直流输出电压V。u,保持在所述 第一预定电压V^。一段时间。当所述直流输出电压V。u,往上增加时，将伴随着电感电流Iu 产生涌入电流(inrush current):待所述直流输出电压V。^升高至 一第:预定电压Vref x DIV (其中，DIV=(R1+R2)/R2)，所述电感电流Iu才下降。参考图2 (b)，其前振荡期的操作与图2 (a)相同。然而，当前振荡期结束后，因所述脉宽调制升压系统l的输出连接一重载，造成信号VEO,在前振荡期及脉宽调制期的两种操作模式下不断切换，而无法使所述脉宽调制电路ll产生一适当的脉宽调制信号
SPWM。结果使得所述直流输出电压V。ut —直在所述第一预定电压Vuv,。附近振荡，而无法达到所述第二预定电压V^XDIV (即无法将所述脉宽调制升压系统l顺利启动)。 发明内容本发明的目的是提供一种脉宽调制升压系统(pulse width modulation boost system), 通过增加一限流电路及一配合一启用信号(enable signal)在一前振荡期启动的比较器， 以消除于轻载启动时的涌入电流并使连接重载时可顺利启动。本发明的另一目的是提供一种脉宽调制升压系统的启动方法，通过限制流经一升压 电感的电感电流及在所述前振荡期中启动一比较器，以消除在轻载启动时的涌入电流并 使连接重载时可顺利启动。为达到上述目的，本发明揭示一种脉宽调制升压系统，其包含一包含一升压电感的 升压电路、 一分压电路、 一比较器、 一脉宽调制电路、 一前振荡器及一限流电路。所述 升压电路将一第一电压进行升压以产生一直流输出电压。所述分压电路利用所述直流输 出电压产生一反馈电压。所述比较器用以比较一参考电压及所述反馈电压以产生一误差 电压。所述脉宽调制电路接收所述误差电压以产生一脉宽调制信号以控制所述升压电 路。所述前振荡器在一前振荡期内产生一前振荡信号至所述脉宽调制电路。所述限流电 路控制一流经所述升压电感的电感电流。其中当所述直流输出电压小于一第一预定电压 的期间定义所述前振荡期，而当所述直流输出电压大于所述第一预定电压的期间定义一 脉宽调制期。本发明另外揭示一种脉宽调制升压系统的启动方法，其包含以下步骤(l)提供一 误差电压；(2)根据所述误差电压，产生一脉宽调制信号；(3)通过所述脉宽调制信号 控制一升压电路中的一开关，以控制一流经所述升压电路中一升压电感的电感电流(4) 利用所述电感电流对所述升压电路中的一电容充电，其中所述电容的存储电荷定义一直 流输出电压以及(5)根据所述直流输出电压，提供一反馈电压以调整所述误差电压。 其屮当所述直流输出电压小于一第一预定电压的期间定义为一前振荡期，而当所述直流 输出电压大于所述第-预定电压的期间定义为-脉宽调制期且所述误差电压在所述前 振荡期内经由-启用信号启动所产生。
图l为常规的一脉宽调制升压系统；图2 (a)及2 (b)为分别显示图l的输出电压连接一轻载及一重载时的相关信号图;图3为本发明的脉宽调制升压系统示意图； 图4 (a)及4 (b)为分别显示图3的输出电压连接一轻载及一重载时的相关信号图；以及图5为图3的脉宽调制升压系统2的启动方法流程图。
具体实施方式
图3为本发明的脉宽调制升压系统2示意图。图4 (a)及4 (b)为分别显示本发明的 脉宽调制升压系统2的输出电压V。ut连接一轻载及一重载时的相关信号图。所述脉宽调制 升压系统2包含一包含一升压电感L2的升压电路20、 一分压电路24、 一比较器23、 一脉 宽调制电路21、 一前振荡器22、 一限流电路26及一稳定电路27。所述升压电路20包含一 连接一第一电压Vin的升压电感L2、 一与所述升压电感L2串联的开关SW2、 一连接于所 述升压电感L2与所述开关SW2的二极管D2以及一连接于所述二极管D2及一接地端间的 电容C3。所述电容C3存储的电荷用以产生所述直流输出电压V。ut。所述升压电路20通过 控制所述开关SW2的导通时间而间歇地对电容C3充电，以将第一电压VJJ行升压而生成 直流输出电压V。w。所述分压电路24在本实施例包含一连接所述二极管D2的第一电阻R4 以及一连接所述第一 电阻R4与所述接地端之间的第二电阻R5。所述分压电路24利用所述直流输出电压V叫,产生一反馈电压VFB。当所述直流输出电压V。ut小于一第一预定电压时(即在前振荡期内)， 一启用信号ENABLE启动所述比较器23以比较一参考电压V^及所 述反馈电压VFB以产生一误差电压VE02 (即节点E02的电压)。所述脉宽调制电路21接收 所述误差电压VE02以产生一脉宽调制信号SpwM以控制所述升压电路20。所述前振荡器22 在一前振荡期内产生一前振荡信号Sosc至所述脉宽调制电路21。所述限流电路26控制一 流经所述升压电感L2的电感电流lL2。所述稳定电路27包含串接于节点E02与接地端之间 的一电阻R6及一电容C4。其中当所述直流输出电压V。ut小于所述第一预定电压(在本实 例是undervoltage lockout voltage, Vuvl。)的期间定义为所述前振荡期，而当所述直流输出电压V。ut大于所述第一预定电压的期间定义为一脉宽调制期。图5为图3的脉宽调制升压系统2的启动方法流程图。首先提供一误差电压VEM (步 骤SIO)。参看图4 U)及4 (b)，在前振荡期内，所述启用信号ENABLE启动所述比较 器23以产生所述误差电压VE02;同时，前振荡器22也产生一前振荡信号Sosc。脉宽调制 电路21则根据所述前振荡信号Sosc而产生-.脉宽调制信号SpwM (步骤S20)。所述脉宽调 制信号SpwM则控制升l"K电路20中的开关SW2的导通时间，以控制一流经所述升沐:电路20 中一升压电感L2的电感电流Iu(步骤S30)。接着，利用所述电感电流k2对所述升压电路 20中的一电容C3充电，其中存储在电容C3的电荷定义所述直流输出电压V。w (步骤 S40)。当所述直流输出电压V。u,大于所述第一预定电压Vuv,。时(即进入脉宽调制期)，电 感电流lL2也随着增加。此时限流电路26利用节点S感测所述电感电流I^，接着以一电流 上限值限制所述电感电流Iu，最后则根据限制所述电感电流I^的结果，传送一控制信号 Crt回到脉宽调制电路21以调整脉宽调制信号SpwM。注意，在脉宽调制期内，所述脉宽调制信号SpwM是根据所述误差电压VE02并配合一脉宽调制电路21内部的一载波信号(carrier signal)而产生。其中所述电流卜.限值可随时间而调整。在本实施例中，所述电 流上限值是阶梯上升(stepwise increasing)直到一额定电流上限值。根据所述直流输出电压V训，分压电路24将提供一反馈电压VpB至比较器23与参考电压Vref作比较，以调整 所述误差电压VE02 (步骤S50)。分别比较图4 (a)及2 (a)以及图4 (b)及2 (b)，利用本发明的脉宽调制升压系 统所产生的直流输出电压，无论是在连接轻载或重载的情况下，在前振荡期内及脉宽调 制期内均可随时间而增加至一第二预定电压，其间并无直流输出电压停滞于第一预定电 压的情形(参图2 (a))或在第一预定电压附近振荡的情形(参图2 (b))发生。另外， 通过限流电路的使用，可有效降低涌入电流的产生。因此，本发明的脉宽调制升压系统 及其启动方法确实可达到消除轻载启动时的涌入电流及重载时可顺利启动的预期目的。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。冈此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为所附的 权利要求书所涵盖。
权利要求
1.一种脉宽调制升压系统，其特征在于包含一升压电路，包含一升压电感，所述升压电路将一第一电压进行升压以产生一直流输出电压；一分压电路，利用所述直流输出电压产生一反馈电压；一比较器，在一脉宽调制期内比较一参考电压及所述反馈电压以产生一误差电压；一脉宽调制电路，接收所述误差电压以产生一脉宽调制信号以控制所述升压电路；一前振荡器，在一前振荡期内产生一前振荡信号至所述脉宽调制电路；以及一限流电路，控制一流经所述升压电感的电感电流；其中当所述直流输出电压小于一第一预定电压的期间定义为所述前振荡期，而当所述直流输出电压大于所述第一预定电压的期间定义为所述脉宽调制期。
2. 如权利要求l所述的脉宽调制升压系统，其特征在于所述升压电路另外包含一与所述升压电感串联的开关，所述开关的导通时间受所述脉宽调制信号所控 制；一二极管，连接于所述升压电感与所述开关的接点以及一电容，连接于所述二极管与 一 接地端之间以产生所述直流输出电压。
3. 如权利要求2所述的脉宽调制升压系统，其特征在于所述分压电路包含一第一电阻，连接于所述二极管；以及一第二电阻，连接于所述第一电阻与所述接地端之间，其中所述反馈电压取自所 述第一电阻与所述第二电阻的接点。
4. 如权利要求l所述的脉宽调制升压系统，其特征在于所述直流输出电压的电平在紧 接在所述前振荡期后的所述脉宽调制期中随时间增加至一第二预定电压。
5. —种脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于包含以下步骤提供一误差电压；根据所述误差电压，产生一脉宽调制信号；通过所述脉宽调制信号控制一升压电路中的一开关，以控制一流经所述升压电路 中一升压电感的电感电流利用所述电感电流对所述升压电路中的 电容充电，其中所述电容的存储电荷定 义一直流输出电压；以及根据所述直流输出电压，提供一反馈电压以调整所述误差电压； 其中当所述宵.流输出电压小于一第一预定电压的期间定义为一前振荡期，而当所述直流输出电压大于所述第 一 预定电压的期间定义为 一 脉宽调制期。
6. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于调整所述误差电压 的步骤是将所述反馈电压与一参考电压进行比较。
7. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述误差电压山--比较器产生。
8. 如权利要求7所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述比较器在所述 前振荡期内由一启用信号所启动。
9. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述误差电压在所 述前振荡期内随时间上升。
10. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述脉宽调制信号 在所述前振荡期内根据一前振荡信号而产生。
11. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述脉宽调制信号 在所述脉宽调制期内根据所述误差电压并配合一脉宽调制电路内部的一载波信号 而产生。
12. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述直流输出电压 在所述脉宽调制期内随时间上升至 一 第二预定电压。
13. 如权利要求5所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于控制所述电感电流 的步骤包含以下步骤感测所述电感电流；以一电流上限值限制所述电感电流；以及 根据限制所述电感电流的结果调整所述脉宽调制信号。
14. 如权利要求13所述的脉宽调制升压系统的启动方法，其特征在于所述电流上限值可 随时间而调整。
全文摘要
本发明揭示一种脉宽调制升压系统及其启动方法。所述脉宽调制升压系统包含一升压电路、一分压电路、一比较器、一脉宽调制电路、一前振荡器及一限流电路。所述启动方法包含(1)提供一误差电压；(2)根据所述误差电压，产生一脉宽调制信号；(3)通过所述脉宽调制信号控制一升压电路中的一开关，以控制一流经所述升压电路中一升压电感的电感电流；(4)利用所述电感电流对所述升压电路中的一电容充电，其中所述电容的存储电荷定义一直流输出电压；以及(5)根据所述直流输出电压，提供一反馈电压以调整所述误差电压。
文档编号H02M3/07GK101154885SQ200610152469
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者张咏青, 毕文嘉, 罗炎国 申请人:台湾类比科技股份有限公司