[发明专利]非反向—升降压两用型直流转直流数字控制系统

说明书

技术领域

本发明是有关于一种非反向—升降压两用型直流转直流数字控制系统，尤其是指一种应用于射频电路模块的供电系统，通过直接锁定导通周期来避免脉波震荡的现象，并通过参考电压修正电路将参考电压值进行适度修改，驱使数字补偿电路忽略直流输出电压误差值而收敛于稳定，进而改善输出电压震荡的现象，输出一稳定、大范围的直流电压，以匹配射频电路模块中功率放大器的可调电压操作需求者。

背景技术

随着无线电子产品的广泛使用，在正常工作状态下是否使内部电池具有节能的功用，已经受到越来越多消费者的关注；一般的便携式产品(例如：手机、平板电脑、笔记本电脑等)中，最主要的电能消耗来自下述三个重要元件：显示器面板、天线收发端，以及数字处理器，而天线收发端会大幅耗电的元凶则是功率放大器(Power Amplifier)；目前一般功率放大器已具备可调操作电压的功能，可以在信号不需要最大强度时，节省大量的额外能量消耗，以进一步地延长电池使用时间；举例而言，当无线电子产品距离基地站比较近时，仅需要些许强度提升即可克服轻微的信号衰减，达到成功地传送射频信号；因此在电源的选择上，可依据不同的需求，输出较高或是低于电池电压值的升降压两用型直流-直流电源转换器(buck-boost DC-DC converter)就成了最合适的取代者，可避免功率放大器需要低功耗低电压操作时，导致传统升压型转换器无法供给适当电压，造成于电源转换器和功率放大器间大量的电能损失。

一般的升降压两用型转换器具有四个开关，通过开关的切换达到其输出范围可同时涵盖降压和升压两个区间；也因如此，其最明显的缺失即是切换损失(switching losses)；而目前用以改善上述的缺失常用的方法为“升/降压模式分离操作”(buck/boost operation)，其原理是判断欲输出电压和输入电压的关系，以决定转换器欲使用哪个模式进行操作，使得无论单独操作在哪个模式，导通周期控制的切换开关都仅有2个，另外2个开关会一直维持在开路或导通的情况，并不会有任何切换动作出现，通过此方式即可减少一周期内的开关切换次数，藉以改善切换损失；然而，通过升/降压模式分离操作却衍生出如何决定模式切换时机的问题，而当模式切换不完善即发生脉波震荡(pulse-skipping)的现象，是因导通周期其极值的限制导致线定度偏差；而转换器若是操作在导通周期极值附近的区间，控制器所送出的导通周期就会相当不稳定，并偶发性地出现大幅度抖动，而抖动一旦发生在稳态，输出电压就会产生不规则，进而产生大幅度的脉波震荡现象；而不幸地，升/降压模式分离操作的模式切换点恰好就会落在导通周期线性度最糟糕的位置；当上述脉波震荡发生时，不稳定的输出供电可能会造成功率放大器操作电压不准，甚至在震荡过程中输出电压会掉到过低的电位，导致射频电磁信号在发送时出现局部失真的错误，此又可统称为导通周期不连续(duty-discontinuity)的现象。

而当升降压两用型转换器负载端所需要的参考电压值坐落在模式切换区间时，即发生上述的导通周期不连续现象，亦即导通周期会出现非线性、不连续的状况，抖动的导通周期造成输出电压忽大忽小，使得输出电压完全无法收敛到参考电压；而目前用来改善模式切换区间所导致输出电压不稳的方法有重叠导通周期法(duty-overlapping)，其原理是将升/降压两个模式的导通周期信号，在一个切换周期内给重叠起来，去取得近似平均的结果，进而制造出原本仅有单一组导通周期所无法产生的电压值；然而，利用重叠导通周期法却产生下述缺失：(a)由于重叠导通周期法是在一个切换周期内轮流使用升压/降压分别操作一次，导致转换器的4个开关全部都需要进行切换，其效率会因为切换损失的增加而下滑；(b)重叠导通周期法必须操作在一个特定的限制条件下才能确保脉波震荡的现象不会发生，而由于重叠的导通周期要平均出合适的输出电压并非只有一种组合，而是会有很多种可能；举例而言，当输出需要的电压条件为M=0.98(M=V_o/V_bat，其中V_o为输出电压，而V_bat为输入电压)时，要平均出准确的目标输出，组合可以是“降压模式/92%+升压模式/4%”重叠产生，也可以是“降压模式/90%+升压模式/6%”平均，甚至是其他更多的可能，同样的输出平均值，但两个模式的导通周期组合却可能不断在变化；因此，可知两个模式的导通周期仍然会有各自变动的空间，必须在“解集合”中将导通周期锁定在一组固定解，才能避免导通周期不断出现相异的组合而造成脉波震荡的发生。

发明内容