类比数位整合系统的制作方法

    专利查询2026-06-26  4


    本发明是有关一种类比数位整合系统,特别是一种无需使用mcu(或dsp)且不需撰写程式来执行数位功能的类比数位整合系统。


    背景技术:

    1、一般的电源转换器大多类比控制器或是数位控制器,但不论是皆会有一定的问题发生,以下针对类比控制器与数位控制器分别说明其问题。

    2、类比控制器的电路设计会碰到问题如下:

    3、1.精确度差;

    4、2.功能太多,电路复杂;

    5、3.无法提供足够的应用弹性;

    6、4.工程设计应用人员需要专业能力更强的工程师。

    7、数位控制器的应用与设计问题如下:

    8、1.成本高,一般要执行类比电路的动作,必须使用到高速运算的核心,如dsp等级;

    9、2.需要韧体人员的开发协助,同时类比应用的硬体人员协调开发;

    10、3.开发时程长,由于mcu/dsp都是低压元件,如果应用于高压大于5v以上,变成需要加入分压元件电阻,同时避免干扰问题也要加入滤波电容,所以造成增加很多电阻电容。

    11、因此不论是类比控制器或是数位控制器,皆由其缺点,但亦有其优点,以传统pfc控制器来看,大多为类比设计,以设计应用的角度而言,适合大多数的工程师,尤其在调整补偿器而言相当简单容易。但近几年由于网通相关产业发达,伺服器大量建置,造成对电源的要求越来越高,知名的外商纷纷提出数位化pfc来达成电源上的要求,也因此在电源控制的角色由类比转为数位,几乎所有设计工程师必须多一位韧体工程师协助完成控制上补偿器的设定,无法由硬体工程师来完成。

    12、进一步举例说明控制器电路的特点与问题,由于主动式功率因数修正器,必须同时控制输入电流与输出电压,而电流控制回路的命令是由整流后的线电压所决定,因此可以使转换器的输入阻抗呈现电阻性。而输出电压的控制是藉由改变电流命令的平均值大小来完成。

    13、类比的乘法器将整流后的线电压乘以电压误差放大器的输出后,产生一个电流控制命令。也因此电流的控制命令与输入电压的形状相同,同时其平均值代表输出电压的控制命令大小。

    14、如图1所示,为主动式功率因数修正器(高功因交换式稳压器31)所需要的基本控制器电路3,用以输出功率至负载35,其中输出电流乘法器的输出称的为imo,而这个乘法器32的输出即为输入电流的控制命令。

    15、如图1所示,乘法器32的输入端(输入电压整流后的电压)是以电流的方式表示的,因为这就是uc3854/ml4812/cm6502s等等控制ic常用的基本概念。

    16、除了乘法器32之外,还包括了平方器33与除法器34,这些电路主要的功能是将电压误差放大器的输出除以输入电压的平均值取平方后的数值,最后得到的值再乘以整流后的电压信号iac,整流器输出端经由一电阻接到乘法器的输入端的电流iac,为追踪输入电压波形信号。

    17、这个外加的电路将可使电压回路的增益维持一个定值,没有它的话电压回路增益将会是平均输入电压的平方倍。输入电压的平均值称为前馈电压信号或是vff,当前馈电压信号被前馈到电压回路增益时,此一数值提供了一个开回路的修正量,且这个值是需要取平方后用来作为电压误差放大器输出电压信号的除数。

    18、为了提高功因,电流命令必须紧紧追随输入电压,假使电压回路频宽太大,将造成输入电流为了维持输出电压为定值,而严重失真。所以电压回路的频宽必须小于输入电源频率,又基于暂态响应考量,电压回路频宽应尽可能大。因此频宽越接近电源频率越好。而加上平均输入电压的平方目的是为保持电压回路增一为定值,而不随平均输入电压而改变。此依特性另电压误差放大器传送至负载的功率。

    19、而这一类传统pfc控制电路,会产生以下问题:

    20、1.失真量大,一般为了动态响应造成乘法器的输入端前馈电压与电压回路补偿涟波太大所造成。

    21、2.系统快速开关机时,乘法器的输入端前馈电压的信号变化无法同步造成乘法器输出信号不正确进而使电流回路追随错误的电流,如此容易造成pfc主开关受损或炸毁。

    22、3.系统做市电快速高低压变动时,乘法器的输入端的信号变化无法同步造成乘法器输出信号不正确进而使电流回路追随错误的电流命令,如此容易造成pfc主开关受损或炸毁。

    23、4.负载变动时,电压回路的信号因考虑电流失真把频宽做的很小造成负载变化时输出电压变动会时间延迟才开始改变乘法器的输入,因此输出电压会掉到太低使的下级电路无法稳压。

    24、5.系统验证时saging时电流因回授电路追随错误电流命令变化造成电流过冲与震荡可能会造成pfc主开关炸毁。

    25、相较于习用的传统pfc控制电路,本案开发出类比数位混合型pfc控制器,利用数位adc读取输入电压信号与电压回路输出信号,来决定电流命令的大小,所以可以看成整个数位核心为一个数位乘法器,本案利用数位高速计算的优势,可以立即产生几乎无失真的电流命令与cs比较,然后dac输出与内部的ramp比较产生所需要的pwm,所以整体回路才能达到低失真的高功率因数修正,因此,本案应为一最佳解决方案。


    技术实现思路

    1、由此,本发明的目的在于提供一种类比数位整合系统,其能有效解决现有技术的缺陷,利用数位adc读取输入电压信号与电压回路输出信号,来决定电流命令的大小,可立即产生几乎无失真的电流命令与cs比较,达到低失真的高功率因数修正。

    2、为实现上述目的,本发明公开了一种类比数位整合系统,至少包含:

    3、一前馈电压输入器,用以产生一第一输入电位类比信号;

    4、一电压补偿器,用以产生一第二输入电位类比信号;

    5、一乘法器,其特征在于至少包含有:

    6、一第一输入转换单元,与该前馈电压输入器电性连接,用以将该第一输入电位类比信号转换为一第一输入电位数位信号;

    7、一第二输入转换单元,与该电压补偿器电性连接,用以将该第二输入电位类比信号转换为一第二输入电位数位信号;

    8、一数位信号解码单元,与该第一输入转换单元及该第二输入转换单元电性连接,用以依据该第一输入电位类比信号及该第二输入电位类比信号产生出一电位调整比例;以及

    9、一输出电位调整单元,与该数位信号解码单元及该前馈电压输入器电性连接,用以依据该数位信号解码单元产生的电位调整比例对该第一输入电位类比信号进行调整,以产生出一电流命令类比信号。

    10、其中,该第一输入转换单元、该第二输入转换单元及该输出电位调整单元为一运算放大器。

    11、其中,该数位信号解码单元为一解码器。

    12、其中,该第一输入电位类比信号为一参考电压,该第二输入电位类比信号为一调节电压,该调节电压依据一输出功率大小进行改变,而该参考电压的改变大小用以定义该电位调整比例大小。

    13、通过上述内容可知,本发明的类比数位整合系统能实现如下技术效果:

    14、1、非常简便,同时能够大幅节省成本,针对不同的电源转换电路,仅需更改解码器内部的解码逻辑,即可实施应用,故本发明的结构能够适用于不同类型的电源转换电路使用。

    15、2、高速取样,降低电流thd,提高动态响应,系统快速开关机,市电快速高低压变动,提供稳定的时间与时序控制。

    16、3、使用硬体工程简易设定来采用类比补偿器,因此不需要韧体人员协助,同时达到比数位化pfc更好的特性与更优的成本与更短的开发时间。

    17、4、采用数位处理的高速,乘法电路的输出与以及输出的涟波,都可以将连波所造成乘法器的输出失真降低到最低,同时电流回路的放大器采用低于+/-1mv的转导放大器,更进一步将失真降至2%,使的本案的特性可以超越目前常用于pfc的控制dsp(例如:ucd3138等)。

    18、5、采用数位处理的高速特性同时结合多段式转导放大器,所以无须传统的前馈电压便可产生乘法器输出,并且在输出电压端可以利用数位取样达成快速的动态响应。

    19、6、采用数位处理的高速特性同时结合多段式转导放大器,所以无须传统的前馈电压便可产生乘法器输出,这表示由于高速数位取样可以立即反应输入电压的变化进而立即改变乘法器输出,所以就避免了输入电流因乘法器输出错误造成电流异常进而造成pfcmosfet烧毁。


    技术特征:

    1.一种类比数位整合系统,至少包含:

    2.如权利要求1所述的类比数位整合系统,其特征在于,该第一输入转换单元、该第二输入转换单元及该输出电位调整单元为一运算放大器。

    3.如权利要求1所述的类比数位整合系统,其特征在于,该数位信号解码单元为一解码器。

    4.如权利要求1所述的类比数位整合系统,其特征在于,该第一输入电位类比信号为一参考电压,该第二输入电位类比信号为一调节电压,该调节电压依据一输出功率大小进行改变,而该参考电压的改变大小用以定义该电位调整比例大小。


    技术总结
    一种类比数位整合系统,包含有一前馈电压输入器、一电压补偿器及一乘法器,该乘法器由多个运算放大器及一解码器组成,用以将该前馈电压输入器输入的第一输入电位类比信号及该电压补偿器输入的第二输入电位类比信号,进行类比数位转换并解码后,取得一电位调整比例,并依据该电位调整比例对该第一输入电位类比信号进行调整,以产生出一电流命令类比信号;由此,本发明能有效解决现有技术的缺陷,利用数位ADC读取输入电压信号与电压回路输出信号,来决定电流命令的大小,可立即产生几乎无失真的电流命令与CS比较,达到低失真的高功率因数修正。

    技术研发人员:陈福元,李宇乔,王建民
    受保护的技术使用者:虹原科技股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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