專利名稱：脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)及其啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)(pulse width modulation boost system)及其啟動(dòng) 方法，尤其指一種具有限流軟啟動(dòng)(current limit soft-start)功能的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)及 其啟動(dòng)方法。背景技水圖l為常規(guī)的一脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l，其包含一升壓電路IO、 一脈寬調(diào)制電路(pulse width modulation circuit) 11、 一前振蕩器(pre-oscillator) 12、 一比較器13、 一分壓電路 14及一穩(wěn)定電路15。圖2 (a)及2 (b)為分別顯示脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l的輸出電壓V。ut 連接一輕載(light load)及一重載(heavy load)時(shí)的相關(guān)信號(hào)圖。信號(hào)V叫。Veo!及Iu 分別表示所述脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l的直流輸出電壓、連接所述比較器13及所述脈寬調(diào)制 電路ll的節(jié)點(diǎn)EOl的電壓(即誤差電壓)及流經(jīng)所述升壓電路10中一升壓電感L1的電感 電流。所述穩(wěn)定電路15包含串接于節(jié)點(diǎn)E01與接地端之間的一電阻R3及一電容C2。參考圖2 (a)，當(dāng)脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l啟動(dòng)時(shí)， 一參考電壓Vw施加于所述比較器13 的非反相輸入端，所述比較器13的反相輸入端則連接來自所述分壓電路14的反饋電壓 VFB ,以定義宵流輸出電壓V。ut的大小。當(dāng)直流輸出電壓V。ut小于 一 第 一 預(yù)定電壓Vuvl。 (undervoltage lockout voltage)時(shí)(即前振蕩期)，所述前振蕩器12輸出 一 前振蕩信號(hào)Sosc至所述脈寬調(diào)制電路ll,以生成一脈寬調(diào)制信號(hào)SpwM。注意在所述前振蕩期內(nèi)，所述比 較器13并沒有輸出信號(hào)(即VE(m的電平為O)。所述脈寬調(diào)制信號(hào)SpWM用以改變開關(guān)SWl 導(dǎo)通或關(guān)閉的時(shí)間，使得由第 一 電壓Vi。產(chǎn)生且流經(jīng)所述升壓電感L1的電感電流Iu可間歇地對(duì)電容C1充電，而使存儲(chǔ)在電容Cl中的電荷產(chǎn)生所述直流輸出電壓V。u,。其中二極 管D1則限制電容C1放電的方向。進(jìn)入脈寬調(diào)制期后，所述直流輸出電壓V。u,保持在所述 第一預(yù)定電壓V^。一段時(shí)間。當(dāng)所述直流輸出電壓V。u,往上增加時(shí)，將伴隨著電感電流Iu 產(chǎn)生涌入電流(inrush current):待所述直流輸出電壓V。^升高至 一第:預(yù)定電壓Vref x DIV (其中，DIV=(R1+R2)/R2)，所述電感電流Iu才下降。參考圖2 (b)，其前振蕩期的操作與圖2 (a)相同。然而，當(dāng)前振蕩期結(jié)束后，因所述脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l的輸出連接一重載，造成信號(hào)VEO,在前振蕩期及脈寬調(diào)制期的兩種操作模式下不斷切換，而無法使所述脈寬調(diào)制電路ll產(chǎn)生一適當(dāng)?shù)拿}寬調(diào)制信號(hào)
SPWM。結(jié)果使得所述直流輸出電壓V。ut —直在所述第一預(yù)定電壓Vuv,。附近振蕩，而無法達(dá)到所述第二預(yù)定電壓V^XDIV (即無法將所述脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)l順利啟動(dòng))。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)(pulse width modulation boost system), 通過增加一限流電路及一配合一啟用信號(hào)(enable signal)在一前振蕩期啟動(dòng)的比較器， 以消除于輕載啟動(dòng)時(shí)的涌入電流并使連接重載時(shí)可順利啟動(dòng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，通過限制流經(jīng)一升壓 電感的電感電流及在所述前振蕩期中啟動(dòng)一比較器，以消除在輕載啟動(dòng)時(shí)的涌入電流并 使連接重載時(shí)可順利啟動(dòng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明揭示一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)，其包含一包含一升壓電感的 升壓電路、 一分壓電路、 一比較器、 一脈寬調(diào)制電路、 一前振蕩器及一限流電路。所述 升壓電路將一第一電壓進(jìn)行升壓以產(chǎn)生一直流輸出電壓。所述分壓電路利用所述直流輸 出電壓產(chǎn)生一反饋電壓。所述比較器用以比較一參考電壓及所述反饋電壓以產(chǎn)生一誤差 電壓。所述脈寬調(diào)制電路接收所述誤差電壓以產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)以控制所述升壓電 路。所述前振蕩器在一前振蕩期內(nèi)產(chǎn)生一前振蕩信號(hào)至所述脈寬調(diào)制電路。所述限流電 路控制一流經(jīng)所述升壓電感的電感電流。其中當(dāng)所述直流輸出電壓小于一第一預(yù)定電壓 的期間定義所述前振蕩期，而當(dāng)所述直流輸出電壓大于所述第一預(yù)定電壓的期間定義一 脈寬調(diào)制期。本發(fā)明另外揭示一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其包含以下步驟(l)提供一 誤差電壓；(2)根據(jù)所述誤差電壓，產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)；(3)通過所述脈寬調(diào)制信號(hào) 控制一升壓電路中的一開關(guān)，以控制一流經(jīng)所述升壓電路中一升壓電感的電感電流(4) 利用所述電感電流對(duì)所述升壓電路中的一電容充電，其中所述電容的存儲(chǔ)電荷定義一直 流輸出電壓以及(5)根據(jù)所述直流輸出電壓，提供一反饋電壓以調(diào)整所述誤差電壓。 其屮當(dāng)所述直流輸出電壓小于一第一預(yù)定電壓的期間定義為一前振蕩期，而當(dāng)所述直流 輸出電壓大于所述第-預(yù)定電壓的期間定義為-脈寬調(diào)制期且所述誤差電壓在所述前 振蕩期內(nèi)經(jīng)由-啟用信號(hào)啟動(dòng)所產(chǎn)生。
圖l為常規(guī)的一脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)；圖2 (a)及2 (b)為分別顯示圖l的輸出電壓連接一輕載及一重載時(shí)的相關(guān)信號(hào)圖;圖3為本發(fā)明的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)示意圖； 圖4 (a)及4 (b)為分別顯示圖3的輸出電壓連接一輕載及一重載時(shí)的相關(guān)信號(hào)圖；以及圖5為圖3的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)2的啟動(dòng)方法流程圖。
具體實(shí)施方式
圖3為本發(fā)明的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)2示意圖。圖4 (a)及4 (b)為分別顯示本發(fā)明的 脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)2的輸出電壓V。ut連接一輕載及一重載時(shí)的相關(guān)信號(hào)圖。所述脈寬調(diào)制 升壓系統(tǒng)2包含一包含一升壓電感L2的升壓電路20、 一分壓電路24、 一比較器23、 一脈 寬調(diào)制電路21、 一前振蕩器22、 一限流電路26及一穩(wěn)定電路27。所述升壓電路20包含一 連接一第一電壓Vin的升壓電感L2、 一與所述升壓電感L2串聯(lián)的開關(guān)SW2、 一連接于所 述升壓電感L2與所述開關(guān)SW2的二極管D2以及一連接于所述二極管D2及一接地端間的 電容C3。所述電容C3存儲(chǔ)的電荷用以產(chǎn)生所述直流輸出電壓V。ut。所述升壓電路20通過 控制所述開關(guān)SW2的導(dǎo)通時(shí)間而間歇地對(duì)電容C3充電，以將第一電壓VJJ行升壓而生成 直流輸出電壓V。w。所述分壓電路24在本實(shí)施例包含一連接所述二極管D2的第一電阻R4 以及一連接所述第一 電阻R4與所述接地端之間的第二電阻R5。所述分壓電路24利用所述直流輸出電壓V叫,產(chǎn)生一反饋電壓VFB。當(dāng)所述直流輸出電壓V。ut小于一第一預(yù)定電壓時(shí)(即在前振蕩期內(nèi))， 一啟用信號(hào)ENABLE啟動(dòng)所述比較器23以比較一參考電壓V^及所 述反饋電壓VFB以產(chǎn)生一誤差電壓VE02 (即節(jié)點(diǎn)E02的電壓)。所述脈寬調(diào)制電路21接收 所述誤差電壓VE02以產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)SpwM以控制所述升壓電路20。所述前振蕩器22 在一前振蕩期內(nèi)產(chǎn)生一前振蕩信號(hào)Sosc至所述脈寬調(diào)制電路21。所述限流電路26控制一 流經(jīng)所述升壓電感L2的電感電流lL2。所述穩(wěn)定電路27包含串接于節(jié)點(diǎn)E02與接地端之間 的一電阻R6及一電容C4。其中當(dāng)所述直流輸出電壓V。ut小于所述第一預(yù)定電壓(在本實(shí) 例是undervoltage lockout voltage, Vuvl。)的期間定義為所述前振蕩期，而當(dāng)所述直流輸出電壓V。ut大于所述第一預(yù)定電壓的期間定義為一脈寬調(diào)制期。圖5為圖3的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)2的啟動(dòng)方法流程圖。首先提供一誤差電壓VEM (步 驟SIO)。參看圖4 U)及4 (b)，在前振蕩期內(nèi)，所述啟用信號(hào)ENABLE啟動(dòng)所述比較 器23以產(chǎn)生所述誤差電壓VE02;同時(shí)，前振蕩器22也產(chǎn)生一前振蕩信號(hào)Sosc。脈寬調(diào)制 電路21則根據(jù)所述前振蕩信號(hào)Sosc而產(chǎn)生-.脈寬調(diào)制信號(hào)SpwM (步驟S20)。所述脈寬調(diào) 制信號(hào)SpwM則控制升l"K電路20中的開關(guān)SW2的導(dǎo)通時(shí)間，以控制一流經(jīng)所述升沐:電路20 中一升壓電感L2的電感電流Iu(步驟S30)。接著，利用所述電感電流k2對(duì)所述升壓電路 20中的一電容C3充電，其中存儲(chǔ)在電容C3的電荷定義所述直流輸出電壓V。w (步驟 S40)。當(dāng)所述直流輸出電壓V。u,大于所述第一預(yù)定電壓Vuv,。時(shí)(即進(jìn)入脈寬調(diào)制期)，電 感電流lL2也隨著增加。此時(shí)限流電路26利用節(jié)點(diǎn)S感測(cè)所述電感電流I^，接著以一電流 上限值限制所述電感電流Iu，最后則根據(jù)限制所述電感電流I^的結(jié)果，傳送一控制信號(hào) Crt回到脈寬調(diào)制電路21以調(diào)整脈寬調(diào)制信號(hào)SpwM。注意，在脈寬調(diào)制期內(nèi)，所述脈寬調(diào)制信號(hào)SpwM是根據(jù)所述誤差電壓VE02并配合一脈寬調(diào)制電路21內(nèi)部的一載波信號(hào)(carrier signal)而產(chǎn)生。其中所述電流卜.限值可隨時(shí)間而調(diào)整。在本實(shí)施例中，所述電 流上限值是階梯上升(stepwise increasing)直到一額定電流上限值。根據(jù)所述直流輸出電壓V訓(xùn)，分壓電路24將提供一反饋電壓VpB至比較器23與參考電壓Vref作比較，以調(diào)整 所述誤差電壓VE02 (步驟S50)。分別比較圖4 (a)及2 (a)以及圖4 (b)及2 (b)，利用本發(fā)明的脈寬調(diào)制升壓系 統(tǒng)所產(chǎn)生的直流輸出電壓，無論是在連接輕載或重載的情況下，在前振蕩期內(nèi)及脈寬調(diào) 制期內(nèi)均可隨時(shí)間而增加至一第二預(yù)定電壓，其間并無直流輸出電壓停滯于第一預(yù)定電 壓的情形(參圖2 (a))或在第一預(yù)定電壓附近振蕩的情形(參圖2 (b))發(fā)生。另外， 通過限流電路的使用，可有效降低涌入電流的產(chǎn)生。因此，本發(fā)明的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng) 及其啟動(dòng)方法確實(shí)可達(dá)到消除輕載啟動(dòng)時(shí)的涌入電流及重載時(shí)可順利啟動(dòng)的預(yù)期目的。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本 發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修改。岡此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修改，并為所附的 權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)，其特征在于包含一升壓電路，包含一升壓電感，所述升壓電路將一第一電壓進(jìn)行升壓以產(chǎn)生一直流輸出電壓；一分壓電路，利用所述直流輸出電壓產(chǎn)生一反饋電壓；一比較器，在一脈寬調(diào)制期內(nèi)比較一參考電壓及所述反饋電壓以產(chǎn)生一誤差電壓；一脈寬調(diào)制電路，接收所述誤差電壓以產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)以控制所述升壓電路；一前振蕩器，在一前振蕩期內(nèi)產(chǎn)生一前振蕩信號(hào)至所述脈寬調(diào)制電路；以及一限流電路，控制一流經(jīng)所述升壓電感的電感電流；其中當(dāng)所述直流輸出電壓小于一第一預(yù)定電壓的期間定義為所述前振蕩期，而當(dāng)所述直流輸出電壓大于所述第一預(yù)定電壓的期間定義為所述脈寬調(diào)制期。
2. 如權(quán)利要求l所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)，其特征在于所述升壓電路另外包含一與所述升壓電感串聯(lián)的開關(guān)，所述開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間受所述脈寬調(diào)制信號(hào)所控 制；一二極管，連接于所述升壓電感與所述開關(guān)的接點(diǎn)以及一電容，連接于所述二極管與 一 接地端之間以產(chǎn)生所述直流輸出電壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)，其特征在于所述分壓電路包含一第一電阻，連接于所述二極管；以及一第二電阻，連接于所述第一電阻與所述接地端之間，其中所述反饋電壓取自所 述第一電阻與所述第二電阻的接點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求l所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)，其特征在于所述直流輸出電壓的電平在緊 接在所述前振蕩期后的所述脈寬調(diào)制期中隨時(shí)間增加至一第二預(yù)定電壓。
5. —種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于包含以下步驟提供一誤差電壓；根據(jù)所述誤差電壓，產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)；通過所述脈寬調(diào)制信號(hào)控制一升壓電路中的一開關(guān)，以控制一流經(jīng)所述升壓電路 中一升壓電感的電感電流利用所述電感電流對(duì)所述升壓電路中的 電容充電，其中所述電容的存儲(chǔ)電荷定 義一直流輸出電壓；以及根據(jù)所述直流輸出電壓，提供一反饋電壓以調(diào)整所述誤差電壓； 其中當(dāng)所述宵.流輸出電壓小于一第一預(yù)定電壓的期間定義為一前振蕩期，而當(dāng)所述直流輸出電壓大于所述第 一 預(yù)定電壓的期間定義為 一 脈寬調(diào)制期。
6. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于調(diào)整所述誤差電壓 的步驟是將所述反饋電壓與一參考電壓進(jìn)行比較。
7. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述誤差電壓山--比較器產(chǎn)生。
8. 如權(quán)利要求7所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述比較器在所述 前振蕩期內(nèi)由一啟用信號(hào)所啟動(dòng)。
9. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述誤差電壓在所 述前振蕩期內(nèi)隨時(shí)間上升。
10. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述脈寬調(diào)制信號(hào) 在所述前振蕩期內(nèi)根據(jù)一前振蕩信號(hào)而產(chǎn)生。
11. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述脈寬調(diào)制信號(hào) 在所述脈寬調(diào)制期內(nèi)根據(jù)所述誤差電壓并配合一脈寬調(diào)制電路內(nèi)部的一載波信號(hào) 而產(chǎn)生。
12. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述直流輸出電壓 在所述脈寬調(diào)制期內(nèi)隨時(shí)間上升至 一 第二預(yù)定電壓。
13. 如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于控制所述電感電流 的步驟包含以下步驟感測(cè)所述電感電流；以一電流上限值限制所述電感電流；以及 根據(jù)限制所述電感電流的結(jié)果調(diào)整所述脈寬調(diào)制信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求13所述的脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，其特征在于所述電流上限值可 隨時(shí)間而調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)及其啟動(dòng)方法。所述脈寬調(diào)制升壓系統(tǒng)包含一升壓電路、一分壓電路、一比較器、一脈寬調(diào)制電路、一前振蕩器及一限流電路。所述啟動(dòng)方法包含(1)提供一誤差電壓；(2)根據(jù)所述誤差電壓，產(chǎn)生一脈寬調(diào)制信號(hào)；(3)通過所述脈寬調(diào)制信號(hào)控制一升壓電路中的一開關(guān)，以控制一流經(jīng)所述升壓電路中一升壓電感的電感電流；(4)利用所述電感電流對(duì)所述升壓電路中的一電容充電，其中所述電容的存儲(chǔ)電荷定義一直流輸出電壓；以及(5)根據(jù)所述直流輸出電壓，提供一反饋電壓以調(diào)整所述誤差電壓。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101154885SQ200610152469
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者張?jiān)伹? 畢文嘉, 羅炎國(guó) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣類比科技股份有限公司