CN102307015B - 开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法，其中暂态峰值电流补偿方法包含，在一稳定运作状态下，该开关式电源供应装置用以根据一额定电流驱动一负载，以及，当开关式电源供应装置初始启动的一预定时间内，该开关式电源供应装置以大于该额定电流的初始峰值电流驱动该负载。

Description

开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法

技术领域

本发明涉及一种电源供应装置，特别是指一种开关式电源供应装置及其控制方法。

背景技术

在日常的生活中，电源供应器一般而言是用来将商业上可利用的交流电源(如来自市电插座的交流电)转换成直流电源，以提供给电器装置来使用。例如，使用在个人电脑中的电源供应器的转换技术，是基于利用开关装置的开关操作以提供多种预定准备的直流输出电压。这一类的电源供应器一般称为开关式(或称交换式)电源供应器。

而，开关式电源供应器的电源的含义经常是视其排除突然的干扰或是维持电源转换效率的能力而定。可能引起电源供应器的电源品质的不稳定的常见问题，主要包含电压骤降，突波讯号等。其中，突波讯号的电压其可为一交换式电源供应器所预期能够接受的电压的数倍。若是突波讯号过大，输出电压将会脱离控制且开始剧烈的跳动。由电源供应器所产生的不稳定的输出电压，将可能损害到电源供应器来供电之其他电子电路。

因此，现有的开关式电源供应器通常会在连接负载的输出端处设置限流元件/限压元件可透过回授单元以回授控制开关式电源供应器的一次侧，当开关式电源供应器出于稳定运动状态下，其中开关式电源供应装置依据额定电流/额定电压的数值以驱动负载，因此，使提供给负载的输出电流/输出电压即可被保持住不再上升。

一般来说，当开关式电源供应器初始启动以驱动负载时，因负载的特性，输出至负载的工作电流可能会以突波方式快速爬升，使工作电流瞬间到达额度电流的数值。然而，在初始启动的瞬间，输出至负载的工作电压很可能还未提升到适当的电压准位，便因为工作电流已达到额定电流而使工作电压被钳止不再上升。如此一来，因初始启动时的限流机制，现有的开关式电源供应器便无法提供给负载稳定且足够的工作电压。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种提供给负载稳定且足够的工作电压的开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法。

本发明提供的开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法，藕接于一交流电源与一负载之间，所述开关式电源供应装置包括：

所述开关式电源供应装置包括：

整流单元，与所述交流电源电性连接；

脉宽调变控制单元，与所述整流单元电性连接；

变压器，所述变压器具有一次侧及二次侧；所述脉宽调变控制单元电性连接至所述一次侧；

定电流电路单元，与所述变压器的所述二次侧电性连接，其中所述定电流电路单元包含：电压放大器元件，其包含第一输入端，及第二输入端和输出端；

第一电阻，藕接于所述第一输入端与所述第二输入端之间；以及第二电阻；

参考电压电路，所述参考电压电路串接所述第二电阻并电性连接至所述第二输入端；

回授单元，藕接于所述电压放大器的所述输出端与所述脉宽调变控制单元之间；

及电流补偿单元，包括串联的第三电阻与一电容，所述电流补偿单元与所述第二电阻并联。

本发明提供的开关式电源供应装置在初始启动以额定电流驱动负载过程中，初期可利用大于额定电流的初始峰值电流驱动负载，随后则以额定定电流模式提供至负载。其通过增加简单的电阻电容串联元件补偿至电流元件上，使定电流电路具有可提供暂态峰值电流的机制，有效解决初始启动驱动负载时所需暂态峰值电流现象。

附图说明

附图1为本发明一种开关式电源供应装置的功能方块图；

附图2为本发明一种开关式电源供应装置的电路结构示意图；

附图3为本发明一种暂态峰值电流补偿方法的方法流程图。

元件符号说明：

开关式电源供应装置100；整流电源110；脉宽调变控制单元120；

变压器130；        定电流电路单元140；回授单元150；

电流补偿单元160；  参考电压电路170；  交流电源200；

负载202；          界面输出端V+；     接地端GND；

电压放大器元件OP； 第一电阻R104；     第二电阻Ra；

第三电阻Rb；       电容Cb；           第四电阻R102；

电阻R101，；       电阻R107；         精密参考电压芯片172；

步骤一S100；       步骤二S102；       步骤三S104。

具体实施方式

为了更好的理解本发明内容，下面将结合附图对本发明进一步说明。

请参见附图1，为本发明的第一实施例，一种开关式电源供应装置100的功能方块图，如图1所示，开关式电源供应装置100藕接于交流电源200与负载202之间，开关式电源供应装置100包含整流单元110、脉宽之间，开关式电源供应装置100包含整流单元110、脉宽调变控制单元120、变压器130、定电流电路单元140、回授单元150、电流补偿单元160以及参考电压电路170。

在此实施例中，整流单元110用以对交流电源200进行整流，并供电给脉宽调变控制单元130.脉宽调变控制单元120。脉宽调变控制单元120依此产生脉宽调变调变讯号至变压器130的一次侧。接着，变压器130的二次侧便可据以产生电力输出至输出界面(在此实施例中，输出界面包含界面输出端V+以及接地端GND)，进而驱动藕接于输出界面负载202。

此外，在此实施例中，定电流电路单元140分别与输出界面的界面输出端V+以及接地端GND藕接，定电流电路单元140可透过参考电压电力170侦测输出界面上的电力输出，并由定电流电路单元140中的电压放大器元件进行比较，当电力输出的工作电流达到定电流电路单元140预定的额定电流时，电压放大器元件的输出端便可产生控制讯号至回授单元150，并经过回授单元150回授控制脉宽调变控制单元120。

然而，在实际应用中，当开关式电源供应器100初始启动以驱动负载202时，因负载202的特性，输出至负载202的工作电流可能会以突波方式快速爬升，使工作电流瞬间达到额定电流的数值。然而，在初始启动的瞬间，输出至负载202的工作电压很可能还未提升到适当的电压准位，便因为工作电流已达到而定电流而使工作电压被钳止不再上升。因此，本发明的电流补偿单元160可在开关式电源供应装置100初始启动的预定时间内运行，使开关式电源供应装置100以大于而定电流的初始峰值电流驱动负载202，关于开关式电源供应装置100与电流补偿单元160的详细结构，在下面进行阐述。

首先，请同时参见附图2，为本发明实施例中一种开关式电源供应装置100的电路结构示意图。

如图2所示，整流单元100与交流电源200电性连接。脉宽调变控制单元120与整流单元110电性连接。变压器130具有一次侧与二次侧，脉宽调变控制单元120电性连接至变压器130的一次侧。变压器130的二次侧分别藕接至输出界面的界面输出端V+以及接地端GND。

定电流电路单元140与变压器130的二次侧电性连接。其中，定电流电路单元160至少包含电压放大器元件0P、第一电阻R104以及第二电阻Ra。电压放大器元件0P包含第一输入端(负端)、第二输入端(正端)以及输出端。

第一电阻R104一端电性连接至电压放大器元件0P的第一输入端(负端)，第一电阻R104的另一端电性连接至输出界面的接地端GND并经过电阻R101与电阻R107藕接至电压放大器元件0P的第二输入端(正端)。

参考电压电路170与第二电阻Ra串接，且第二电阻Ra电性连接至电压放大器元件0P的第二输入端(正端)。

回授单元150藕接于电压放大器元件0P的输出端与脉宽调变控制单元120之间。

电流补偿单元160包含串联的第三电阻Rb与电容Cb，电流补偿单元160与第二电阻Ra并联。

优选的，在一般情况下，即开关式电源供应装置100处于稳定运作状态时，电流补偿单元160中的电容Cb视为断路，电流补偿单元160不运行。此时，定电流电路单元160中的电压放大器元件0P根据两输入端的电压准位比对，产生控制讯号至回授单元150，并经过回授单元150回授控制脉宽调变控制单元120.也就是说，透过适当调整定电流电路单元140中的第一电阻R104与第二电阻Ra之阻值并配合参考电压电路170的阻值设定，定电流电路单元140可用以使开关式电源供应装置100的电力输出具有一个最大的额定电流。

另一方面，当开关式电源供应装置100初始启动的预定时间内，电流补偿单元160运行，在电流补偿单元160中电容Cb充电的时间内，电流补偿单元160中第三电阻Rb与电容Cb与第二电阻Ra并联，电压放大器元件0P的第二输入端(正端)的等效电阻阻值下降。如此一来，等效于将开关式电源供应装置100的输出断流最大值暂时性的提高，在这一段时间内，使该开关式电源供应装置100以大于原先额定电流的初始峰值电流驱动负载202.其中，预定时间的长短可根据第三电阻Rb与电容Cb而定，如预定时间正比于第三电阻Rb与电容Cb所形成的时间常数(Rb阻值与Cb电容值的乘积)。

如图2所示，参考电压电路170是由一精密参考电压芯片172以及第四电阻R102串联而成。在实施例中，其精密参考电压芯片172的型号选用TL431.另，回收单元150可选用光耦合元件。

然后，请参见附图3，为本发明一实施例的一种暂态峰值电流补偿方法的方法流程图。在此实施例中，本发明的暂态峰值电流补偿方法在实际应用中可适用于一开关式电源供应装置上。

其中，开关式电源供应装置可包含整流单元、脉宽调变控制单元、变压器、定电流电路单元140、参考电压电路、回授单元以及电流补偿单元。

整流单元与该交流电源电性连接。脉宽调变控制单元与该整流单元电性连接。变压器具有一次侧以及二次侧，该整流单元以及该脉宽调变控制单元电性连接至该一次侧。

定电流电路单元140与该变压器的二次侧电性连接，该定电流电路单元140包含电压放大器元件、第一电阻以及第二电阻。回授单元藕接于该电压放大器元件的一输出端与该脉宽调变控制单元之间，该定电流电路单元140与该回授单元用于控制该开关式电源供应装置形成该额定电流。

电流补偿单元包括串联的第三电阻和电容，电流补偿单元160用于形成该初始峰值电流，该预定时间与该第三电阻与该电容有关。由于开关式电源供应装置的详细结构与内部连接关系在图1、图2以及前述的实施例中详细说明，因此在此不再赘述。

如图3所示，本实施例为暂态峰值电流补偿方法，当开关式电源供应装置初始启动时，可先执行步骤一S100，初始启动的预定时间内，由开关式电源供应装置以大于该额定电流的初始峰值电流驱动该负载。在实际应用中，上述预定时间与电流补偿单元160中的第三电阻及电容有关，例如预定时间正比于第三电阻及电容所形成的时间参数。

然后，距离初始启动的时间点经过上述预定时间之后，执行步骤二S102，电流补偿单元160关闭，且开关式电源供应装置进入稳定运作状态。然后，执行步骤三S104，在稳定运作状态下，开关式电源供应装置用以根据额定电流驱动负载。

综上所述，本发明提出的开关式电源供应装置及其暂态峰值电流补偿方法，其中开关式电源供应装载在初始启动以额定电流驱动负载过程中，初期可利用大于额定电流的初始峰值电流驱动负载，随后则以额定定电流模式提供至负载。其通过增加简单的电阻电容串联元件补偿至定电流电路元件上，使定电流电路具有可提供暂态峰值电流的机制，有效解决初始启动驱动负载时所需暂态峰值电流现象。

综上所述，实施例不过是本发明的优选最佳实施方案，不可理解为对本发明的保护范围限定，对于本领域的技术工作人员根据本发明所做的不超出本发明技术方案的调整和改动，应该认为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种开关式电源供应装置，藕接于一交流电源与一负载之间，其特征在于：所述开关式电源供应装置包括：

整流单元，与所述交流电源电性连接；

脉宽调变控制单元，与所述整流单元电性连接；

变压器，所述变压器具有一次侧及二次侧；所述脉宽调变控制单元电性连接至所述一次侧；

定电流电路单元，与所述变压器的所述二次侧电性连接，其中所述定电流电路单元包含：电压放大器元件，其包含第一输入端，及第二输入端和输出端；

第一电阻，藕接于所述第一输入端与所述第二输入端之间；以及第二电阻；

参考电压电路，所述参考电压电路串接所述第二电阻并电性连接至所述第二输入端；

回授单元，藕接于所述电压放大器的所述输出端与所述脉宽调变控制单元之间；及电流补偿单元，包括串联的第三电阻与一电容，所述电流补偿单元与所述第二电阻并联；在稳定运动状态下，所述开关式电源供应装置用于根据所述电流电路单元依据一额定电流驱动所述负载，而当所述开关式电源供应装置初始启动的预定时间内，所述电流补偿单元运行，使所述开关式电源供应装置以大于所述额定电流的初始峰值电流驱动所述负载，其中所述预定时间与所述第三电阻与所述电容有关。

2.如权利要求1所述的开关式电源供应装置，其特征在于：所述参考电压电路是由一精密参考电压芯片及第四电阻串联而成。

3.如权利要求2所述的开关式电源供应装置，其特征在于：所述精密参考电压芯片的型号为TL431。

4.如权利要求1所述的开关式电源供应装置，其特征在于：所述回授单元为光耦合元件。

5.一种暂态峰值电流补偿方法，适用于开关式电源供应装置上，所述暂态峰值电流补偿方法包含：

在稳定运作状态下，所述开关式电源供应装置用以依据一额定电流驱动负载；以及当所述开关式电源供应装置初始启动的预定时间内，所述开关式电源供应装置以大于所述额定电流的初始峰值电流驱动所述负载；

其中所述开关式电源供应装置包含：

整流单元，与交流电源电性连接；

脉宽调变控制单元，与所述整流单元电性连接；

变压器，所述变压器具有一次侧及二次侧；所述整流单元及所述脉宽调变控制单元电性连接至所述一次侧；

定电流电路单元，与所述变压器的所述二次侧电性连接，其中所述定电流电路单元包含：电压放大器元件，第一电阻及第二电阻；

参考电压电路，与所述电流电路单元藕接；

回授单元，藕接于所述电压放大器的输出端与所述脉宽调变控制单元之间，所述定电流电路单元与所述回授单元用以控制所述开关式电源供应装置形成所述额定电流；

及电流补偿单元，包括串联的第三电阻与一电容，所述电流补偿单元用以形成所述初始峰值电流，所述预定时间与所述第三电阻与所述电容有关。

6.如权利要求5所述的暂态峰值电流补偿方法，其特征在于：所述参考电压电路由一精密参考电压芯片及第四电阻串联而成。

7.如权利要求6所述的暂态峰值电流补偿方法，其特征在于：所述精密参考电压芯片的型号为TL431。

8.如权利要求5所述的暂态峰值电流补偿方法，其特征在于：所述回授单元为光耦合元件。