CN102684498A - 电源供应器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源供应器及其控制方法，该电源供应器包含切换式电源转换器，因应控制信号切换功率开关以产生输出电压及输出电流；控制器，耦接该切换式电源转换器，以供应该控制信号；负载检测器，耦接该切换式电源转换器或控制器，检测负载状态以产生第一信号；电压检测器，耦接该切换式电源转换器，检测该输出电压，与参考电压比较产生第二信号；以及禁能电路，耦接该负载检测器、该电压检测器与该控制器，根据该第一信号及该第二信号决定第三信号以控制该控制器停止切换该功率开关。本发明利用上述的运作模式，不需搭配价格较高的零件，同时避免不稳定的疑虑，在降低电力损耗之下，同时兼具成本效益，增加产品竞争力。

Description

电源供应器及其控制方法
技术领域
本发明是有关一种电源供应器，特别是关于一种改善电源供应器在轻载或无载时的电力损耗的电路及方法。
背景技术
大部分消费性3C产品皆需电源供应器(Power Supply Unit，PSU)提供电源或对其内部的电池充电，诸如整流器(Adapter)、充电器(Charger)之类等等。这类电源供应器在无载或电池已经充饱时，因内部电路还持续动作所以仍有电力消耗，若未将其断电，长时间累积起来的电力损失也相当可观。
参照图1，在现有的电源供应器中，切换式电源转换器10受控制器12控制，将输入电压Vin转换为输出电压Vout提供给负载。在轻载或无载时，为了降低电力消耗，电源供应器进入脉冲模式(Burst Mode)，在有足够的输出电压Vout时，让功率开关Qsw跳过几个周期不切换，并降低控制器12内部的操作电流，因而降低控制器12与切换式电源转换器10的总和损失。此外，在二次侧，采用电流转换比(Current Transfer Ratio；CTR)较高的光耦合器14以较小的顺偏电流If得到相同大小的回授电流Ic，稳压电路16也采用较小操作电流的稳压器17，如TLV431，这样在固定输出电压Vout的操作模式下，降低了回授网路的操作电流，也就降低了整个回授网路的损耗。但采用高电流转换比的光耦合器14需要搭配低操作电流的稳压器17，这样的作法除了零件的单价较高之外，光耦合器14在较小的顺偏电流If下的稳定性也是问题之一。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种改善电源供应器在轻载或无载时的电力损耗的电路及方法。
根据本发明，一种电源供应器，包含切换式电源转换器因应控制信号切换功率开关以产生输出电压及输出电流，负载检测器检测负载状态以产生第一信号，电压检测器检测该输出电压，与参考电压比较产生第二信号，以及禁能电路根据该第一信号及该第二信号决定第三信号以停止切换该功率开关。
根据本发明，一种电源供应器的控制方法包含因应控制信号切换功率开关以产生输出电压及输出电流，检测负载状态以产生第一信号，检测该输出电压，与参考电压比较以产生第二信号，以及根据该第一信号及该第二信号决定第三信号以停止切换该功率开关。
本发明不需搭配价格较高的零件，同时避免不稳定的疑虑，在降低电力损耗之下，同时兼具成本效益，增加产品竞争力。
附图说明
图1是现有的电源供应器的电路图；
图2是根据本发明的系统方块图；
图3是图2中的电源供应器在进入低载后其输出电压的波形图；
图4是根据本发明的电路的第一实施例；
图5是根据本发明的电路的第二实施例；以及
图6是根据本发明的电路的第三实施例。
附图标号：
10    切换式电源转换器
12    控制器
14    光耦合器
16    稳压电路
17    稳压器
18    负载检测器
20    电压检测器
22    切换式电源转换器
24    禁能电路
26    控制器
28    光耦合器
30    计时器
32    光耦合器
具体实施方式
图2是根据本发明的系统方块图，图3是图2中的电源供应器在进入低载后其输出电压Vout的波形图。图2中的切换式电源转换器22也是藉控制信号Sc切换功率开关而将输入电压Vin转换成适当的输出电压Vout及输出电流Iout供应负载，但为了改善轻载或无载时的电力损耗，本发明是透过负载检测器18和电压检测器20对切换式电源转换器22检测而分别产生信号S1及S2给禁能电路24，其根据负载检测器18检测到的负载状况及输出电压Vout的状况产生信号Sd给控制器26以调整切换式电源转换器20中的功率开关的动作。负载检测器18用以判断负载是否低于预设值，其具有多种可实施的方式，以隔离式的电压转换器为例，负载检测器18可利用一次侧的绕组电压、流经功率开关的电流、二次侧的绕组电压、输出电流Iout或辅助线圈绕组...等来检测负载状况，产生信号S1给禁能电路24。电压检测器20用以检测输出电压Vout，与参考电压Vref比较产生信号S2给禁能电路24。在正常负载时，跟现有技术一样，切换式电源转换器22产生稳定的输出电压Vout。当负载检测器18检测到负载低于某预设值时，禁能电路24因应信号S1产生信号Sd通知控制器26停止切换切换式电源转换器22中的功率开关，于是电源供应器进入节能状态，输出电压Vout会从V1持续下降，如图3中所示，直到电压检测器20检测到输出电压Vout下降到参考电压Vref时，产生信号S2，禁能电路24因应信号S2改变信号Sd通知控制器26恢复控制信号Sc，重新启动切换式电源转换器22，使输出电压Vout回复到V1，并维持一段时间T1，之后，禁能电路24的信号Sd再次控制控制器26停止操作切换式电源转换器22，如此反复运作。本发明利用上述的运作模式，不需搭配价格较高的零件，同时避免不稳定的疑虑，在降低电力损耗之下，同时兼具成本效益，增加产品竞争力。
图4是电路的第一实施例，使用隔离式电压转换器22，光耦合器14回传二次侧的状态给一次侧的控制器26。负载检测器18检测二次侧的输出电流Iout产生信号S1，电压检测器20检测输出电压Vout与参考电压Vref比较产生信号S2，禁能电路24耦接负载检测器18及电压检测器20，因应信号S1及S2产生信号Sd，经由另一光耦合器28转换为信号S3给控制器24。本实施例中的负载检测器18包含积分器对输出电流Iout进行积分操作，若有足够的负载便会产生信号S1重设禁能电路24中的计时器30。在负载过低时，当计时器30达到参考时间，禁能电路24触发信号Sd，因此控制器26停止切换功率开关Qsw，降低工作电流量，以达到降低电力损耗的目的。在此状态下，输出电压Vout会因为功率开关Qsw的停止切换而慢慢下降，电压检测器20比较输出电压Vout与参考电压Vref，当输出电压Vout下降到小于参考电压Vref时，产生信号S2重设禁能电路24中的计时器30，于是关闭信号Sd，控制器26便恢复控制信号Sc重新切换功率开关Qsw，因此输出电压Vout会回复到V1，当计时器30经过参考时间T1后，禁能电路24又触发信号Sd，因此功率开关Qsw再次停止切换。
图5是电路的第二实施例。本实施例与图4相似，但是禁能电路24产生的信号Sd改由回授网路中的光耦合器14转换为信号S3给控制器26。当负载为轻载或无载时，禁能电路24产生的信号Sd会导通晶体管Q1，使光耦合器14流过大量的电流If，控制器26从光耦合器14得到信号S3，作出切换式电源转换器22转换过多能量的判断，因而停止切换功率开关Qsw，于是输出电压Vout缓慢下降，当输出电压Vout降到小于参考电压Vref时，信号Sd关闭，因此晶体管Q1关闭，回授网路与控制器26回复正常操作，输出电压Vout回复到V1，并启动计时器30计时，经过长度为T1的时间后，再次停止切换功率开关Qsw。
图6是电路的第三实施例。由于控制器26会在负载下降时因应回授网路的回授信号缩短功率开关Qsw的导通时间，代表控制信号Sc位于高电压准位的时间也会缩短，利用此原理，本实施例的负载检测器18由一次侧检测控制信号Sc以判断负载的情况，产生的S1传至同样位于一次侧的禁能电路24。但是电压检测器20依旧位于二次侧检测输出电压Vout，于电压检测器20与禁能电路24之间耦接光耦合器32，将电压检测器20产生的信号S2转换为信号S4给禁能电路24。禁能电路24将根据信号S1及信号S2决定信号Sd，进而决定控制器26与功率开关Qsw的工作模式。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让本领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想由权利要求及其均等来决定。

Claims (14)

1.一种电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器包含：
切换式电源转换器，因应控制信号切换功率开关以产生输出电压及输出电流；
控制器，耦接所述切换式电源转换器，以供应所述控制信号；
负载检测器，耦接所述切换式电源转换器或控制器，检测负载状态以产生第一信号；
电压检测器，耦接所述切换式电源转换器，检测所述输出电压，与参考电压比较产生第二信号；以及
禁能电路，耦接所述负载检测器、所述电压检测器与所述控制器，根据所述第一信号及所述第二信号决定第三信号以控制所述控制器停止切换所述功率开关。
2.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述禁能电路包含计时器耦接所述负载检测器及所述电压检测器，受所述第一信号或所述第二信号重设，若达到参考时间还未被重设，则触发所述第三信号控制所述控制器停止切换所述功率开关。
3.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述切换式电源转换器为隔离式电压转换器。
4.如权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器更包含光耦合器，耦接于所述禁能电路及所述控制器之间，将所述第三信号转换为第四信号给所述控制器。
5.如权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器更包含光耦合器，耦接于所述电压检测器与所述禁能电路之间，将所述第二信号转换为第四信号给所述禁能电路。
6.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述负载检测器包含积分器对所述输出电流或控制信号积分以决定所述第一信号。
7.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述负载检测器检测所述输出电流以判断负载是否低于预设值。
8.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述负载检测器检测所述控制信号以判断负载是否低于预设值。
9.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述负载检测器检测流经所述功率开关的电流以判断负载是否低于预设值。
10.一种电源供应器的控制方法，其特征在于，所述的控制方法包含下列步骤：
(A)因应控制信号切换功率开关以产生输出电压及输出电流；
(B)检测负载状态以产生第一信号；
(C)检测所述输出电压，与参考电压比较以产生第二信号；以及
(D)根据所述第一信号及所述第二信号决定第三信号以停止切换所述功率开关。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包含检测所述输出电流以判断负载是否低于预定值。
12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包含检测所述控制信号以判断负载是否低于预定值。
13.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包含检测流经所述功率开关的电流以判断负载是否低于预设值。
14.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤D包含下列步骤：
由所述第一信号或所述第二信号重设计时器；以及
在所述计时器达到参考时间时触发所述第三信号。
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