CN102377356A - 多输出反激式电源供应器及其二次侧稳压控制电路 - Google Patents

Abstract

一种多输出反激式电源供应器，具有一变压器、一第一输出电路、一第二输出电路与一二次侧同步整流控制器；其中，变压器具有一个一次侧绕组、一第一输出绕组与一第二输出绕组；第一输出电路具有一第一输出电容，以储存来自第一输出绕组的电能；第二输出电路具有一第二整流开关与一第二输出电容，以储存来自第二输出绕组的电能；二次侧同步整流控制器依据一二次侧导通周期侦测信号，控制前述第二整流开关的导通状态；其中，储存于第一输出电容与第二输出电容的电能通过第二输出绕组与第二整流开关互相流通。

Description

多输出反激式电源供应器及其二次侧稳压控制电路

技术领域

本发明涉及一种多输出反激式电源供应器，尤其是一种具有二次侧稳压控制电路的多输出反激式电源供应器。

背景技术

多组输出的小功率电源供应器的应用非常广泛，如显示器、迷你机(mini PC)、机顶盒(STB)、影音播放器、游戏机等。这些应用领域的需求非常庞大而且市场规模持续不断的成长。在此同时，由于油价高涨与环保意识抬头，关于节能与电力转换效率的相关规范纷纷出炉。其中，又以美国加州能源委员会(California Energy Commission，CEC)于2004年12月通过的强制性电器效率规章(Appliance EfficiencyRegulations)，及影响个人计算机及服务器市场甚巨的80Plus计划最为重要。

为了输出稳压的目的，传统作法于各个输出端连接功率电阻作为假负载，避免让输出端工作于过低负载的状态，同时搭配多组输出反馈，以稳定输出电压。另一种作法则是在主输出端以外的其他输出端以线性稳压器稳压，达到输出稳压目的。但是，随环保意识抬头，这些传统作法已很难符合效率与省电要求。

图1为一利用线性稳压器达到输出稳压目的的多输出反激式电源供应器。此反激式应用电路的一次侧具有一脉宽调制(PWM)控制器11与一功率晶体管12，二次侧则具有一个主输出电路与一个第二输出电路，各个输出电路分别具有一输出端VO1，VO2以提供二个输出电压。位于一次侧的脉宽调制控制器11通过一反馈装置13侦测二次侧的主输出端VO1的电压电平，据以控制功率晶体管12的导通时间，以调整电源供应端VIN储存至变压器14的一次侧绕组140的电能。主输出端VO1的电压电平可以通过此反馈控制获得控制。

相较于主输出电路可利用反馈装置稳定其输出电压的电平，第二输出电路则是利用一线性稳压器22稳定第二输出端VO2的电压电平。不过，受限于线性稳压器22的运作原理，变压器14的第二输出绕组142提供至第二输出电路的绕组电压必须远高于第二输出端VO2的预定电压，以确保第二输出端VO2的输出电压电平符合规格。如此高的绕组电压会导致线性稳压器22功率损耗的增加。

于是，如何提供稳定的多组输出电压，同时又能够降低能量耗损，是本领域一个待克服的问题。

发明内容

本发明的一主要目的针对多组输出时主反馈以外的其它输出电压稳压不易的问题，提出解决的方法。

本发明的另一主要目的针对多组输出功率耗损过高的缺点，提出解决的方法。

为了达到前述目的，本发明的一实施例提供一种多输出反激式电源供应器。此多输出反激式电源供应器包括一变压器、一第一输出电路、一第二输出电路与一二次侧同步整流控制器。其中，变压器具有一个一次侧绕组、一第一输出绕组与一第二输出绕组。第一输出电路具有一第一输出电容，该第一整流元件连接于该第一输出绕组，该第一输出电容连接于该第一整流元件，以储存来自第一输出绕组的电能。第二输出电路具有一第二整流开关与一第二输出电容。第二整流开关连接于第一输出电容与第二输出电容间。第二输出电容用以储存来自第二输出绕组的电能。二次侧同步整流控制器依据一二次侧导通周期侦测信号，控制前述第二整流开关的导通状态。其中，储存于第一输出电容与第二输出电容的电能通过第二输出绕组与第二整流开关互相流通。

依据前述多输出反激式电源供应器，本发明亦提供一二次侧稳压控制电路，应用于一多输出反激式电源供应器，该多输出反激式电源供应器具有一变压器、一第一输出电容与一第二输出电容，该变压器具有一个一次侧绕组、一第一输出绕组与一第二输出绕组，该第一输出电容通过一第一整流元件连接该第一输出绕组，以储存来自该第一输出绕组的电能，该第二输出电容连接该第二输出绕组，以储存来自该第二输出绕组的电能。此二次侧稳压控制电路包括一第二整流开关与一二次侧同步整流控制器。其中，第二整流开关连接于前述第一输出电容与第二输出电容之间。二次侧同步整流控制器依据一二次侧导通周期侦测信号，控制第二整流开关的导通状态，借以使储存于第一输出电容与第二输出电容的电能通过第二输出绕组与第二整流开关互相流通。

关于本发明的优点与精神可以借助于以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为一传统多输出反激式电源供应器；

图2为本发明第一实施例的多输出反激式电源供应器；

图3为本发明第二实施例的多输出反激式电源供应器；

图4为本发明第三实施例的多输出反激式电源供应器；

图5为本发明第四实施例的多输出反激式电源供应器；

图6为本发明的多输出反激式电源供应器在两输出端均为重载时的动作波形图；

图7为本发明的多输出反激式电源供应器在主输出端为重载，第二输出端为轻载时的动作波形图；

图8为本发明的多输出反激式电源供应器在主输出端为轻载，第二输出端为重载时的动作波形图。

【主要元件附图标记说明】

脉宽调制控制器11

功率晶体管12

反馈隔离装置13

变压器14

一次侧绕组140

第一输出绕组141

第二输出绕组142

线性稳压器22

主输出端VO1

第二输出端VO2

电源供应端VIN

变压器34，44，54，64

一次侧绕组T1

第一输出绕组T21

第二输出绕组T22

二次侧同步整流控制器35，45，55，65

功率晶体管Q1

第一整流开关Q21

第二整流开关Q22

第一输出电容C1

第二输出电容C2

脉宽调制控制器31，41，51，61

反馈隔离装置33，43，53，63

缓冲器46，56，66

侦测端DET

接地端GND

第一输出绕组电压VS1

第一输出电流I1

第二输出电流I2

第一同步整流开关电流I1S

驱动信号OUT

具体实施方式

图2为本发明的一种多输出反激式电源供应器的第一实施例的示意图。如图中所示，此多输出反激式电源供应器具有一变压器34、一第一输出电路、一第二输出电路与一二次侧同步整流控制器35。此变压器34具有一个一次侧绕组T1、一第一输出绕组T21与一第二输出绕组T22，以产生二个绕组电压分别提供至第一输出电路与第二输出电路。其中，一次侧绕组T1连接一电源供应端VIN。第一输出电路连接至第一输出绕组T21，并且具有一主输出端VO1以产生第一输出电压。第二输出电路连接至第二输出绕组T22，并且具有一第二输出端VO2以产生第二输出电压。

如图中所示，第一输出电路具有一第一整流开关Q21与一第一输出电容C1。此第一整流开关Q21可以是一功率晶体管或是其他整流元件。电源供应端VIN通过变压器34储存于第一输出绕组T21的电能，除了通过主输出端VO1供应至负载，同时也会储存至第一输出电容C1。第二输出电路具有一第二整流开关Q22与一第二输出电容C2。此第二整流开关Q22可以是一功率晶体管或是其他可受控的开关元件。

在本实施例中，第二整流开关Q22的一端连接至第二输出绕组T22，另一端连接至第一输出电容C1的高压端。第一整流开关Q21的一端连接至第一输出绕组T21，另一端则是连接至接地端。储存于第一输出电容C1的电能可以通过第二整流开关Q22与第二输出绕组T22转移至第二输出电容C2。反之亦然。

二次侧同步整流控制器35具有一侦测端DET以获取一二次侧导通周期侦测信号，并且依据此二次侧导通周期侦测信号，产生驱动信号OUT同步控制前述第一整流开关Q21与第二整流开关Q22的导通状态。此二次侧导通周期侦测信号可以是第一整流开关Q21的端电压、第一整流开关Q21的流经电流或是第一输出绕组T21的输出电流。本实施例的二次侧同步整流控制器35的侦测端DET连接至第一输出绕组T21与第一整流开关Q21间的电路，以侦测第一整流开关Q21的端电压。

此多输出反激式电源供应器并具有一反馈电路。此反馈电路由一位于一次侧的脉宽调制控制器31与一反馈隔离装置33所构成。脉宽调制控制器31通过此反馈隔离装置33，侦测第一输出电路的主输出端VO1所输出的第一电压信号的电平，据以控制连接至一次侧绕组T1的功率晶体管Q1的导通状态，进而调整电源供应端VIN储存至变压器34的能量大小。在本实施例中，脉宽调制控制器31依据第一输出电路的主输出端VO1的电压电平，控制储存至一次侧绕组T1的能量大小。不过，本发明并不限于此，脉宽调制控制器31亦可同时侦测第一输出电路的主输出端VO1的电压电平与第二输出电路的第二输出端VO2的电压电平，据以控制储存至一次侧绕组T1的能量大小。

本实施例的二次侧同步整流控制器35可通过二次侧导通周期侦测信号确认变压器34能量开始释放与释放完毕的时点，并以此控制第一整流开关Q21与第二整流开关Q22的导通周期。此外，如图中所示，流经第一整流开关Q21的电流I1S为第一输出电流I1与第二输出电流I2的总和。无论第一输出电流I1或是第二输出电流I2发生变化，都可以通过反馈隔离装置35由一次侧控制功率晶体管Q1的导通时间长短，以提供良好的稳压效果。

其次，本实施例以一个二组输出反激式电源供应器为例说明本发明。不过，本发明并不限于此。本实施例的主要精神通过侦测主输出绕组(即前述第一输出绕组T21)的第一输出电流I1，同步控制其他输出电路的整流开关的导通状态，以使各个输出电路的输出电容所储存的能量可以通过电流的形式互相流通。此概念亦可应用于三组以上输出电压的实施状态。

图6为图2的多输出反激式电源供应器在主输出端VO1与第二输出端VO2均为重载时的动作波形图。图中由上而下依次为第一输出绕组电压VS1、第二输出电流I2(亦即流经第二整流开关Q22的电流)、第一输出电流I1、第一同步整流开关电流I1S以及二次侧同步整流控制器35输出的驱动信号OUT。其中，第一同步整流开关电流I1S是指流经第一整流开关Q21的电流，第一输出电流I1则是指实际流入第一输出电容C1的电流。二者并不相同。

此多输出反激式电源供应器的运作流程可区分为T1、T2与T3三个期间。T1期间为二次侧导通期间，T2期间为振铃期间，T3期间为一次侧导通期间。请同时参照图2所示，在二次侧导通期间T1，一次侧的功率晶体管Q1关断，同时，二次侧同步整流控制器35的驱动信号OUT转变为高电平以导通第一整流开关Q21与第二整流开关Q22。此时，储存于变压器34的能量开始通过第一输出绕组T21与第二输出绕组T22分别释放至第一输出电容C1与第二输出电容C2。流经第一整流开关Q21的电流I1S为第二输出电流I2与第一输出电流I1的总和。

当变压器34能量释放结束(即第一同步整流开关电流I1S归零)，二次侧同步整流控制器35的驱动信号OUT转变为低电平，关断第一整流开关Q21与第二整流开关Q22。此时，变压器34与第一输出电容C1及第二输出电容C2之间产生谐振而进入振铃期间T2。接下来，一次侧功率晶体管Q1重新导通，进入一次侧导通期间T3。此时，能量开始储存至变压器34的一次侧绕组T1，等待下一个周期，再度通过第一输出绕组T21与第二输出绕组T22分别释放至第一输出电容C1与第二输出电容C2。

图7为显示本发明的多输出反激式电源供应器在主输出端为重载而第二输出端为轻载时的动作波形图。图中由上而下依次为第一输出绕组电压VS 1、第二输出电流I2(亦即流经第二整流开关Q22的电流)、第一输出电流I1、第一同步整流开关电流I1S以及二次侧同步整流控制器35输出的驱动信号OUT。

相较于图6的实施例，本实施例的第二输出端VO2为轻载，因此，第二输出电流I2较小。如图中a点所示，当第二输出电流I2降低至零，第一输出电流I1仍然为正，持续在对第一输出电容C1进行充电。此时，第二整流开关Q22处于导通状态，第二输出电流I2会反转供应至第一输出电容C1，以避免第二输出端VO2的电压电平上升。此反转流动的第二输出电流I2会逐渐增加(如图中a点至a1点所示)。随后，当反转流动的第二输出电流I2无法继续增加时(即图中a1点所示)，第二输出电流I2会迅速归零，并促使二次侧绕组极性反转。此时，第二整流开关Q22转变为不导通。相较于第6图的实施例，本实施例的振铃期间T2因为二次侧绕组极性快速反转而大幅缩短。

图8为本发明的多输出反激式电源供应器在主输出端为轻载而第二输出端为重载时的动作波形图。图中由上而下依次为第一输出绕组电压VS1、第二输出电流I2(亦即流经第二整流开关Q22的电流)、第一输出电流I1、第一同步整流开关电流I1S以及二次侧同步整流控制器35输出的驱动信号OUT。

相较于图6的实施例，本实施例的主输出端VO1为轻载，因此，第一输出电流I1较小。如图中b点所示，当第一输出电流I1降低至零，第二输出电流I2仍然为正，在对第二输出电容C2进行充电。此时，流经第一整流开关Q21的电流I1S尚未归零，第二整流开关Q22仍然是开启状态。第一输出电流I1会反转供应至第二输出电容C2，以避免主输出端VO1的电压电平过度上升。此回流会同时导致主输出端VO1的电压电平降低。当主输出端VO1的电压电平降低至一相对低点时，将无法维持第一输出电流I1的增加斜率，而导致第一输出电流I1开始降低(即图中c点所示)，进而造成第二输出电流I2迅速降低。

图3为本发明的一种多输出反激式电源供应器的第二实施例的示意图。不同于本发明的第一实施例，本实施例的第一整流开关Q21设置于变压器44的第一输出绕组T21与主输出端VO1之间。第二输出绕组T22通过第二整流开关Q22直接串接至主输出端VO1。来自第二输出绕组T22的电能可通过第二整流开关Q22，直接储存至第一输出电容C1，而不需经过第一整流开关Q21。

本实施例与本发明的第一实施例的差异在于第一整流开关Q21与第一输出绕组T21的相对位置互换，因此，其动作原理与第一实施例相类似，在此不再赘述。

其次，配合第一整流开关Q21的位置改变，二次侧同步整流控制器45的侦测端DET与接地端GND的位置也要随同改变。在本实施例中，二次侧同步整流控制器45的接地端GND连接至第一输出绕组T21的输出端，亦即第一整流开关Q21(图中以一功率晶体管为例)的源极端，二次侧同步整流控制器45的侦测端DET则是连接至第一整流开关Q21的漏极端。此外，因应二次侧同步整流控制器45的接地点电位的改变，本实施例在二次侧同步整流控制器45与第二整流开关Q22之间增加一缓冲器46，以防止第二整流开关Q22的闸源极驱动电压过高或过低。

图4为本发明的一种多输出反激式电源供应器的第三实施例的示意图。不同于本发明的第二实施例，本实施例的第二整流开关Q22位于变压器54的第二输出绕组T22与第二输出端VO2之间。本实施例与本发明的第二实施例的差异在于第二整流开关Q22与第二输出绕组T22的相对位置互换，因此，其动作原理与本发明的第二实施例相类似，在此不再赘述。

图5为本发明的一种多输出反激式电源供应器的第四实施例的示意图。不同于本发明的第二实施例，本实施例以一整流二极管D1取代图3中的第一整流开关Q21。因此，本实施例的二次侧同步整流控制器65输出的驱动信号OUT仅用以控制第二整流开关Q22的导通状态。此二次侧同步整流控制器65侦测整流二极管D1的端电压或是流经整流二极管D1的电流，判断第一输出绕组T21是否仍在供电，以控制第二整流开关Q22的导通状态。

相较于如图1所示的传统多输出反激式电源供应器，本发明所提供的多输出反激式电源供应器不需使用线性稳压器22，即可有效稳定主输出端VO1以外的其他输出端VO2的电压电平。此外，本发明的多输出反激式电源供应器可以有效利用储存于第一输出电容C1与第二输出电容C2的电能，以提升能源使用效率，同时可以避免各个输出端负载不一致时输出电压稳压不易的问题。

但是，以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求保护范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利要求保护范围。

Claims (14)

1.一种多输出反激式电源供应器，其特征在于，包括：

一变压器，具有一个一次侧绕组、一第一输出绕组与一第二输出绕组；

一第一输出电路，具有一第一整流元件与一第一输出电容，该第一整流元件连接于该第一输出绕组，该第一输出电容连接于该第一整流元件，以储存来自该第一输出绕组的电能；

一第二输出电路，具有一第二整流开关与一第二输出电容，该第二整流开关连接于该第一输出电容与该第二输出电容间，该第二输出电容用以储存来自该第二输出绕组的电能；以及

一二次侧同步整流控制器，依据一二次侧导通周期侦测信号，控制该第二整流开关的导通状态；

其中，储存于该第一输出电容与该第二输出电容的电能通过该第二输出绕组与该第二整流开关互相流通。

2.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，该第一整流元件为一整流二极管，来自该第一输出绕组的电能通过该整流二极管储存至该第一输出电容。

3.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，该第一整流元件为一第一整流开关，来自该第一输出绕组的电能通过该第一整流开关储存至该第一输出电容，该二次侧同步整流控制器依据该二次侧导通周期侦测信号，同步控制该第一整流开关与该第二整流开关的导通状态。

4.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，该二次侧导通周期侦测信号为该第一整流元件的端电压、该第一整流元件的流过电流或是该第一输出绕组的输出电流。

5.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，该二次侧同步整流控制器具有一接地端连接至该第一输出绕组的一输出端。

6.如权利要求5所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，更包括一缓冲器，该二次侧同步整流控制器通过该缓冲器驱动该第二整流开关。

7.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，更包括一反馈电路，该反馈电路依据该第一输出电路的输出电压，控制储存至该一次侧绕组的电能。

8.如权利要求1所述的多输出反激式电源供应器，其特征在于，更包括一反馈电路，该反馈电路依据该第一输出电路与该第二输出电路的输出电压，控制储存至该一次侧绕组的电能。

9.一二次侧稳压控制电路，应用于一多输出反激式电源供应器，该多输出反激式电源供应器具有一变压器、一第一输出电容与一第二输出电容，该变压器具有一个一次侧绕组、一第一输出绕组与一第二输出绕组，该第一输出电容通过一第一整流元件连接该第一输出绕组，以储存来自该第一输出绕组的电能，该第二输出电容连接该第二输出绕组，以储存来自该第二输出绕组的电能，其特征在于，该二次侧稳压控制电路包括：

一第二整流开关，连接于该第一输出电容与该第二输出电容之间；以及

一二次侧同步整流控制器，依据一二次侧导通周期侦测信号，控制该第二整流开关的导通状态；

其中，储存于该第一输出电容与该第二输出电容的电能通过该第二输出绕组与该第二整流开关互相流通。

10.如权利要求9所述的二次侧稳压控制电路，其特征在于，该第一整流元件为一整流二极管，来自该第一输出绕组的电能通过该整流二极管储存至该第一输出电容。

11.如权利要求9所述的二次侧稳压控制电路，其特征在于，该二次侧导通周期侦测信号为该第一整流元件的端电压、该第一整流元件的流过电流或该第一输出绕组的输出电流。

12.如权利要求9所述的二次侧稳压控制电路，其特征在于，该第一整流元件为一第一整流开关，来自该第一输出绕组的电能通过该第一整流开关储存至该第一输出电容，该二次侧同步整流控制器依据该二次侧导通周期侦测信号，同步控制该第一整流开关与该第二整流开关的导通状态。

13.如权利要求9所述的二次侧稳压控制电路，其特征在于，该二次侧同步整流控制器具有一接地端连接至该第一输出绕组的一输出端。

14.如权利要求13所述的二次侧稳压控制电路，其特征在于，更包括一缓冲器，该二次侧同步整流控制器通过该缓冲器驱动该第二整流开关。

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