專利名稱：電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子電路裝置與能量效能控制方法，特別是關(guān)于一種應(yīng)用于電 源電路轉(zhuǎn)換裝置的電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今許多工業(yè)應(yīng)用及各式電子產(chǎn)品皆具有電源電路的設(shè)計，于電源電路的設(shè)計中 是將包含轉(zhuǎn)換器(converter)電路，最為常見的轉(zhuǎn)換器電路是設(shè)置有電感。如美國專利案 號US2006/01146M是提出一單電感多輸出的轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)與控制方法，其是將輸出電壓 回授，經(jīng)過參考電壓產(chǎn)生器及切換控制器動態(tài)產(chǎn)生參考電流(Ikef)以控制轉(zhuǎn)換器的電感充 放電。然而，依據(jù)此參考電流(Ikef)為電流門檻充電電感將會使得能量超過實際系統(tǒng)能量 的需求，故轉(zhuǎn)換器的能量效能不佳。因此，ISSCC/2007 論文”A Single-Inductor Step-Up DC-DC Switching Converter with Bipolar Outputs for Active Matrix OLED Mobile Display Panels”提 出加入一釋放轉(zhuǎn)換開關(guān)(free-wheeling switch)與電感器并接，當(dāng)此開關(guān)閉合時，將形成 一短路路徑，電流將不通過電感進(jìn)行充電，使能量透過短路路徑排除以限制電感儲存的能 量。然而，通過釋放轉(zhuǎn)換開關(guān)形成一短路路徑的方法，為將能量進(jìn)行釋放，雖有效可改善能 量超過實際系統(tǒng)所需能量的問題但于釋放能量的過程，為將超過的能量導(dǎo)入接地釋放，將 使得能量效能較上述美國專利所揭示的技術(shù)更為不佳。有鑒于此，本發(fā)明是針對上述該些困擾與目標(biāo)，同時結(jié)合電力電子技術(shù)與能量控 制概念，提出一電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，其是利用輸出 電壓誤差值計算出充電電感的電流峰值以得知實際所需的能量總值，將有效提升能量效率。本發(fā)明的另一目的是在提供一種電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，其是利用輸出 電壓誤差值的能量面積加總等于能量總值的能量面積以量化輸出電壓誤差值的能量總合 等于能量總值，將增進(jìn)能量估算的準(zhǔn)確度。本發(fā)明的又一目的是在提供一種電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，其是能應(yīng)用于 各式電感轉(zhuǎn)換裝置電路設(shè)計的能量計算，將可為通式應(yīng)用層面極為廣范。為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提出的電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，其是將以參 考電壓為基準(zhǔn)計算復(fù)數(shù)個輸出電壓的各別誤差值；依據(jù)誤差值的能量以計算出電流峰值， 且通過電流峰值計算能量總值，電流峰值是為最大充電電流的限制，能量總值是為誤差值 的能量的加總，并且為系統(tǒng)所需能量；以電流峰值充電至至少一電感，電感將儲存能量總 值，即電感是將儲存系統(tǒng)所需能量。其中，該電流峰值是為每一充電周期的最大充電限制。
其中，該能量總值是為系統(tǒng)所需能量。其中，該能量總值是為每一該誤差值的能量的總合。其中，該輸出電壓是為正電壓或負(fù)電壓。其中，該輸出電壓是為單一電壓輸出或復(fù)數(shù)個電壓同時輸出。其中，該輸出電壓為復(fù)數(shù)個電壓同時輸出時，是將依據(jù)該電流峰值及承受的負(fù)載 計算該負(fù)載充電的先后。其中，更包括一參考電壓，該參考電壓是為計算該誤差值的基準(zhǔn)。其中，更包括一輸入電壓，該輸入電壓是為提供充電該電感的電流。其中，該輸出電壓是將高于該輸入電壓。其中，該電流峰值是為一函數(shù)，該函數(shù)包含每一該誤差值的總合。其中，該函數(shù)是為每一該誤差值的平方的總合開根號。其中，該函數(shù)是為一系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)函數(shù)，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)函數(shù)將該誤差值的總合 轉(zhuǎn)換成為該電流峰值。其中，該電流峰值是為充電電流的上升斜率的最大限制。其中，該正輸出電壓誤差值能量與該負(fù)輸出電壓誤差值能量總合是等于該能量總 值。本發(fā)明還提出一種電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，包括一開關(guān)電路，至少一電感是與其電 性連接，該開關(guān)電路將控制該電感的充放電以輸出復(fù)數(shù)個輸出電壓；一電流感測器，其是與 該電感電性連接，且偵測流經(jīng)該電感的電感電流；一電流峰值產(chǎn)生器，其是與該開關(guān)電路電 性連接，且接收該輸出電壓的誤差值，產(chǎn)生相對應(yīng)該誤差值的電流峰值；一比較器組，其是 與該電流峰值產(chǎn)生器電性連接，且將該電流峰值與該電感電流及該誤差值比較，產(chǎn)生復(fù)數(shù) 個電壓訊號；以及一控制電路，其是與該比較器組電性連接，且接收該電壓訊號產(chǎn)生復(fù)數(shù)個 控制訊號，通過該控制訊號控制該開關(guān)電路，以控制該電感的充放電。其中，更包括復(fù)數(shù)個誤差放大器，其是與該電流峰值產(chǎn)生器電性連接，該輸出電壓 的該誤差值將通過該誤差放大器以一參考電壓為基準(zhǔn)予以放大傳入至該電流峰值產(chǎn)生器。其中，該控制電路將依照接收的該電壓訊號產(chǎn)生該參考電壓。其中，更包括一斜率補(bǔ)償器，其是與該電流感測器電性連接，補(bǔ)償該電感電流變動 產(chǎn)生的誤差。其中，該電流感測器偵測的該電感電流將通過電阻器轉(zhuǎn)換成電壓輸入至該比較器組。其中，該開關(guān)電路包含復(fù)數(shù)個晶體管開關(guān)，該控制電路產(chǎn)生的該控制訊號是控制 該晶體管開關(guān)開啟或閉合。其中，該電流峰值產(chǎn)生器是為基于該誤差值動態(tài)產(chǎn)生該電流峰值。底下通過具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技 術(shù)內(nèi)容、特點及其所達(dá)成的功效。


圖1為本發(fā)明控制電感充電能量的流程圖；圖2(a)至圖2(c)為本發(fā)明單一電感電路與相對能量的示意圖3(a)至圖3(c)為本發(fā)明能量面積比例的示意圖；圖4為本發(fā)明單一電感雙極性多重輸出的電路架構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明電感式能量轉(zhuǎn)換裝置的電路架構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明20-升壓電路(boost) ；30-反向電路(inverter) ；40-單電感雙極性輸出電路； 50-單電感雙極性多重輸出(SIMBO)電路；60-電感式能量轉(zhuǎn)換裝置；62-電流峰值產(chǎn)生器； 64-電流感測器；66-斜率補(bǔ)償器；68-控制電路；70-比較器組(CMP) ；72-開關(guān)電路。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，是將通過計算電流峰值求得充 電電流最大峰值限制以得知系統(tǒng)最大所需的能量總值。底下則將以較佳實施例詳述本發(fā)明 的技術(shù)特征。圖1為本發(fā)明控制電感充電能量的流程圖，如圖所示，首先，如步驟S10，計算復(fù)數(shù) 個輸出電壓的各別的誤差值，此輸出電壓是可為單一電壓輸出或復(fù)數(shù)個電壓同時輸出的正 電壓或負(fù)電壓，且輸出電壓的誤差值的計算是以一參考電壓作為電壓基準(zhǔn)。之后，如步驟 S12，依據(jù)輸出電壓的誤差值計算電流峰值，電流峰值為系統(tǒng)中每一充電周期的最大充電限 制，充電的電流將不超越電流峰值的門檻；并且通過電流峰值是能計算出系統(tǒng)所需能量的 能量總值，此能量總值是將為每一輸出電壓誤差值的能量總合。其后，如步驟S14，依據(jù)電流 峰值為充電門檻，對至少一電感充電，電感是將儲存此能量總值，換言之，電感所儲存的能 量為系統(tǒng)所需能量。此外，當(dāng)復(fù)數(shù)個輸出電壓同時輸出時，是將依據(jù)電流峰值以及承受的負(fù)載，依照負(fù) 載的輕重計算出負(fù)載充電的先后。另外，輸出電壓的電壓值是將高于輸入電壓的電壓值。為了確保電流峰值為系統(tǒng)所需能量的充電門檻，且相對應(yīng)電流峰值的能量總值為 每一輸出電壓誤差值的能量總合，以下將以單一電感為例，列出推導(dǎo)加以詳細(xì)說明，以證明 上述的論點。^A= A(1)；2
權(quán)利要求
1.一種電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，包括計算復(fù)數(shù)個輸出電壓的各自的誤差值；依據(jù)該誤差值計算電流峰值，并通過該電流峰值計算能量總值；以及依據(jù)該電流峰值 充電至至少一電感，且該電感是將儲存該能量總值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該電流峰值 是為每一充電周期的最大充電限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該能量總值 是為系統(tǒng)所需能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該能量總值 是為每一該誤差值的能量的總合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該輸出電壓 是為正電壓或負(fù)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該輸出電壓 是為單一電壓輸出或復(fù)數(shù)個電壓同時輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該輸出電壓 為復(fù)數(shù)個電壓同時輸出時，是將依據(jù)該電流峰值及承受的負(fù)載計算該負(fù)載充電的先后。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，更包括一參 考電壓，該參考電壓是為計算該誤差值的基準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，更包括一輸 入電壓，該輸入電壓是為提供充電該電感的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該輸出電壓 是將高于該輸入電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該電流峰值 是為一函數(shù)，該函數(shù)包含每一該誤差值的總合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該函數(shù)是 為每一該誤差值的平方的總合開根號。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該正輸出電 壓誤差值能量與該負(fù)輸出電壓誤差值能量總合是等于該能量總值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該函數(shù)是 為一系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)函數(shù)，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)函數(shù)將該誤差值的總合轉(zhuǎn)換成為該電流峰值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電感式轉(zhuǎn)換裝置的能量控制方法，其特征在于，該電流峰 值是為充電電流的上升斜率的最大限制。
16.一種電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括一開關(guān)電路，至少一電感是與其電性連接，該開關(guān)電路將控制該電感的充放電以輸出 復(fù)數(shù)個輸出電壓；一電流感測器，其是與該電感電性連接，且偵測流經(jīng)該電感的電感電流；一電流峰值產(chǎn)生器，其是與該開關(guān)電路電性連接，且接收該輸出電壓的誤差值，產(chǎn)生相 對應(yīng)該誤差值的電流峰值；一比較器組，其是與該電流峰值產(chǎn)生器電性連接，且將該電流峰值與該電感電流及該誤差值比較，產(chǎn)生復(fù)數(shù)個電壓訊號；以及一控制電路，其是與該比較器組電性連接，且接收該電壓訊號產(chǎn)生復(fù)數(shù)個控制訊號，通 過該控制訊號控制該開關(guān)電路，以控制該電感的充放電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，更包括復(fù)數(shù)個誤差放 大器，其是與該電流峰值產(chǎn)生器電性連接，該輸出電壓的該誤差值將通過該誤差放大器以 一參考電壓為基準(zhǔn)予以放大傳入至該電流峰值產(chǎn)生器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該控制電路將依照接 收的該電壓訊號產(chǎn)生該參考電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，更包括一斜率補(bǔ)償器， 其是與該電流感測器電性連接，補(bǔ)償該電感電流變動產(chǎn)生的誤差。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該電流感測器偵測的 該電感電流將通過電阻器轉(zhuǎn)換成電壓輸入至該比較器組。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該開關(guān)電路包含復(fù)數(shù) 個晶體管開關(guān)，該控制電路產(chǎn)生的該控制訊號是控制該晶體管開關(guān)開啟或閉合。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感式能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該電流峰值產(chǎn)生器是 為基于該誤差值動態(tài)產(chǎn)生該電流峰值。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種電感式轉(zhuǎn)換裝置及能量控制方法，其是利用復(fù)數(shù)個輸出電壓的誤差值計算出充電電感的最大限制的電流峰值以得知實際所需的能量總值，此能量總值為誤差值的能量的總合是為系統(tǒng)實際所需能量，電感充電將不超過電流峰值，以使儲存的能量不將超過實際所需能量，進(jìn)而有效提升能量效能。
文檔編號H02M3/06GK102055315SQ20101021720
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者吳建興, 范銘彥, 蔡裕農(nóng), 陳科宏 申請人:萬國半導(dǎo)體(開曼)股份有限公司