CN105490544A - 电源供应器及其输出电压低频涟波补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电源供应器及其输出电压低频涟波补偿方法，其包括一功率因数校正电路和一直流对直流转换电路；该直流对直流转换电路的DC/DC控制器通过一通讯协定取得功率因数校正电路的交流电源的零交越及负载信息，并根据该信息配合查表方式对控制指令进行低频涟波补偿；藉此可解决既有补偿技术将提高控制器复杂度、影响整体特性或增加成本等问题。

Description

电源供应器及其输出电压低频涟波补偿方法

技术领域

本发明涉及一种电源供应器及其输出电压低频涟波补偿方法，尤其涉及一种由电源供应器一次侧的功率因数校正电路交流电源零交越、负载信息予直流对直流转换电路，由直流对直流转换电路配合查表方式对其控制指令进行补偿的相关技术。

背景技术

一种已知的交换式电源供应器如图4所示，其包括一整流电路81、一功率因数校正电路82及一直流对直流转换电路83等；其中：该整流电路81是将交流电源ACin转换为直流电源，该功率因数校正电路82与该整流电路81的输出端连接，并包括位于直流电源回路上的电感L1、二极管、一功率开关S1及一PFC控制器，其中，该PFC控制器连接并检测该交流电源ACin；该直流对直流转换电路83包括一变压器T1、一DC/DC控制器U1及一功率开关S2，该DC/DC控制器U1的一控制端是与功率开关S2连接，功率开关S2则与变压器T1的一次侧连接。

前述直流对直流转换电路83是由功率因数校正电路82的输出端取得一输入电压Vin(t)，经进一步转换后产生一输出电压Vout(t)，其中输入电压Vin(t)是由一特定频率(例如60Hz)的交流电源ACin转换产生，因此会含有一频率(例如120Hz)加倍于该特定频率的低频涟波(请参阅图5所示)，即使经过直流对直流转换电路83进一步转换后产生的输出电压Vout(t)依然存在该低频涟波，对于该输出电压Vout(t)所含的低频涟波必须设法消除或尽量降低。

对于消除输出电压Vout(t)中所含低频涟波的解决方案的一是将直流对直流转换电路83的低频响应速度提高，但此一方案将会提高DC/DC控制器U1的复杂度，且必须量测输入电压，同时也可能对其他特性产生影响。因此直接调高直流对直流转换电路83的低频响应速度，并非理想的解决方案。

又一种解决方案是如图6所示，主要是在直流对直流转换电路83的直流电源输入端和DC/DC控制器U1之间增加一涟波抑制电路84，该涟波抑制电路84包含一高通滤波器841及一加法器842，其对输入电压Vin(t)进行高通滤波后，利用加法器842与一参考信号相加后对DC/DC控制器U1的控制指令进行补偿，藉此消除输出电压Vout(t)中所含的低频涟波。

前述方案虽可消除输出电压Vout(t)中的低频涟波，但输入电压Vin(t)为高压直流电源，该涟波抑制电路84即必须为一高压回路，其不仅将使电路构造复杂化，同时也将提高成本。而再一种解决方案，与前一解决方案相近，主要是采用一谐振型控制器取代上述涟波抑制电路84，惟亦存在提高电路复杂度及成本等问题。

由上述可知，用以消除电源供应器输出电压低频涟波的既有技术将衍生电路构造复杂化、影响其他特性、提高成本等问题，故有待进一步检讨，并谋求可行的解决方案。

发明内容

因此本发明主要目的在提供一种电源供应器及其输出电压低频涟波补偿方法，主要是由直流对直流转换电路经通过通讯协定由功率因数校正电路取得交流电源及负载信息，并利用查表方式进行补偿，其不仅可有效消除低频涟波，同时亦无造成电路复杂、影响特性及提高成本等问题。

为达成前述目的采取的一主要技术手段是令前述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法包括一功率因数校正电路及一直流对直流转换电路，该直流对直流转换电路含有一DC/DC控制器，而由该DC/DC控制器执行以下步骤：

提供一对照表，该对照表内建多个补偿信号；

自该功率因数校正电路取得一交流电源的零交越信息；

由该零交越信息判断交流电源是否出现零交越；

当交流电源出现零交越，由该对照表中取出一对应的补偿信号对一控制指令进行补偿。

为达成前述目的采取的又一主要技术手段是令前述电源供应器包括：

一功率因数校正电路，具有一PFC控制器，该PFC控制器是与一交流电源连接，并检测提供该交流信息的零交越信息；

一直流对直流转换电路，具有一DC/DC控制器，该DC/DC控制器是通过一通讯协定与该PFC控制器连接，以取得该交流电源的零交越信息；该DC/DC控制器具有一控制单元，并内建一具有多个补偿信号的对照表，由该控制单元根据所取得交流电源的零交越信息由该对照表找出对应的补偿信号，对一原始的控制指令进行补偿。

本发明主要是利用电源供应器内所设功率因数校正电路检测交流电源及负载的原始功能，由其提供直流对直流转换电路交流电源的零交越信息，使直流对直流转换电路在交流电源零交越时，由预建的对照表中找出一对应的补偿信号对其控制指令进行补偿，藉以有效消除输出电压的低频涟波。利用上述技术无须调整控制器的低频响应速度，因此不虞对其他特性造成影响，由于是由直流对直流转换电路的DC/DC转换器自功率因数校正电路取得交流电源的零交越信息，配合查表方式对原始的控制指令进行补偿，因此无须额外设置硬件电路，而可避免造成电路复杂化及成本提高。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1本发明电源供应器一较佳实施例的电路图；

图2本发明电源供应器一较佳实施例的PFC控制器的电路图；

图3本发明电源供应器一较佳实施例进行补偿的波形图；

图4已知交换式电源供应器的电路图；

图5已知交换式电源供应器的直流对直流转换电路的波形图；

图6一种具有低频涟波补偿机制的直流对直流转换电路的方框图。

其中，附图标记

10整流电路

20功率因数校正电路21PFC控制器

30直流对直流转换电路31DC/DC控制器

311控制单元312第一加法器

313脉宽调变器314对照表

315第二加法器316调节器

81整流电路82功率因数校正电路

83直流对直流转换电路84涟波抑制电路

841高通滤波器842加法器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

关于本发明电源供应器的一较佳实施例，请参阅图1所示，其包括一整流电路10、一功率因数校正电路20及一直流对直流转换电路30等；其中：

该整流电路10具有一交流电源输入端及一直流电源输出端，该交流电源输入端系与一交流电源ACin连接，用以将该交流电源ACin转换为直流电源；该功率因数校正电路20连接于该整流电路10的直流电源输出端与该直流对直流转换电路30的直流电压输入端之间。

该功率因数校正电路20包括位于直流电源回路上的电感L1、二极管、一功率开关S1及一PFC控制器21，其中，该PFC控制器21与该交流电源ACin连接，以检测取得该交流电源ACin的零交越信息，另进一步取得电源供应器的负载信息(例如输入电流Iin、直流对直流转换电路30的输出电流Iout)。

该直流对直流转换电路30包括一变压器T1、一DC/DC控制器31及一功率开关S2，该变压器T1的一次侧分别与功率开关S2和功率因数校正电路20的输出端连接，该DC/DC控制器31的一控制端系是与功率开关S2连接。

该直流对直流转换电路30的DC/DC控制器31、PFC控制器21是通过一通讯协定相互连接，以便由DC/DC控制器31自PFC控制器21取得交流电源ACin的零交越信息，在本实施例中，该通讯协定是如图1所示为I2C，该DC/DC控制器31是自PFC控制器21取得交流电源ACin的零交越信息及负载信息。

请进一步参阅图2所示，该DC/DC控制器31为一脉宽调变(PWM)控制器，包括一控制单元311、一第一加法器312、一脉宽调变器313及一对照表314；其中，该对照表314内建多个的补偿信号，在本实施例中，该补偿信号为一段弦波信号；该第一加法器312连接于控制单元311的控制指令输出端和脉宽调变器313的输入端之间，该控制单元311根据取自PFC控制器21的零交越和负载信息，由对照表314中找出一笔对应的补偿信号，用以对控制单元311原本输出至脉宽调变器313的控制指令进行补偿，再由脉宽调变器313根据补偿后的控制指令驱动功率开关S2，以消除直流对直流转换电路30输出电压中所含的低频涟波。

在本实施例中，该DC/DC控制器31进一步包括一第二加法器315，该第二加法器315是将该直流对直流转换电路30反馈的输出电压Vout(t)与一参考电压Vref加总后送回控制单元311，一并作为补偿的参考。

关于上述对控制指令进行补偿的具体技术内容，请配合参阅图3的波形图所示，第一个波形A为交流电源ACin的弦波信号，为方便说明是以60Hz为例，其经由整流电路10、功率因数校正电路20转换后提供该直流对直流转换电路30一输入电压Vin(t)(如图3的波形B)，经过直流对直流转换电路30转换后产生一输出电压Vout(t)(如图3的波形C)，而该直流对直流转换电路30的输入电压Vin(t)、输出电压Vout(t)分别含有120Hz的低频涟波，上述的补偿机制即用以消除该输出电压Vout(t)中所含120Hz的低频涟波。

为确保补偿机制与交流电源ACin同步，因此由DC/DC控制器31自PFC控制器21取得该交流电源ACin的零交越信息，以确定进行补偿的时机，主要系由PFC控制器21对交流电源ACin进行零交越检测(ZCD,ZeroCrossDetection)，由负半周通过零点进入正半周，或由正半周通过零点进入负半周时，即为PFC控制器21所检知，该PFC控制器21并通过通讯协定I2C提供该零交越信息给DC/DC控制器31，该DC/DC控制器31被通知交流电源ACin出现零交越后，随即由对照表314中找出一段对应的补偿信号，以便对控制指令(ControlCommand)进行补偿，其中对照表314送出的补偿信号系如图3的波形G，该控制指令是如图3的波形D，其为反相于输入电压Vin(t)的弦波信号，而由对照表314取出的补偿信号(波形G)与控制指令同相，经第一加法器312迭加至控制指令(波形D)后是如图3的波形E，其振幅大于控制指令，由于经过补偿的控制指令反相于输入电压Vin(t)，因此由脉宽调变器313根据补偿后的控制指令驱动功率开关S2进行转换后，经过补偿处理后的输出电压Vout(t)(如图3的波形F)其低频涟波已被显著消除。

在前述补偿机制中，DC/DC控制器31是在交流电源ACin的每一个零交越点进行补偿，谨进一步利用时间轴说明其补偿时机及用以进行补偿的补偿信号内容：

当DC/DC控制器31由零交越信息中得知交流电源ACin在T0出现零交越，DC/DC控制器31即自对照表314中取出一段弦波(波形G)作为补偿信号迭加在控制指令(波形D)上，经过迭加补偿信号的控制指令即如图3的波形E中T0～T1的区段。

当DC/DC控制器31又由零交越信息中得知交流电源ACin在T1出现零交越，DC/DC控制器31将该对照表314中的一段弦波迭加在控制指令上，即如图3的波形E的T1～T2区段。俟DC/DC控制器31由零交越信息中得知交流电源ACin在T2出现零交越，DC/DC控制器31将该对照表314中一段对应的弦波迭加在控制指令后，即如图3的波形E的T2～T3区段。如此逐段地在交流电源ACin的各个零交越点进行补偿，除了可以与交流电源ACin同步外，更可精确有效地进行补偿。

该DC/DC控制器31除了由零交越信息配合查表方式对输出电压Vout(t)进行补偿外，同时也参考电源供应器的负载信息进行调整，以便在负载有所变动，能即时因负载变动所衍生的变化进行补偿，如图2所示，该对照表314与第一加法器312之间设有一受控于该控制单元311的调节器316，该控制单元311根据负载信息控制该调节器316，以便对照表314输出的补偿信号进行大小调整，藉以调整迭加到控制指令的补偿信号大小。所称的负载信息包括通过通讯协定I2C取得的输入电流Iin、通过第二加法器315取得反馈的输出电压Vout(t)、输出电流Iout，以便将负载变动的因素一并列入补偿。

由上述可知，由于本发明采用的补偿技术无须调整控制器的低频响应速度，因此不虞对其他特性造成影响，又该直流对直流转换电路的DC/DC转换器是由功率因数校正电路取得交流电源的零交越信息，配合查表方式对原始的控制指令进行补偿，因此无须额外设置硬件电路，而可避免造成电路复杂化及成本提高。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，包括一功率因数校正电路及一直流对直流转换电路，该直流对直流转换电路含有一DC/DC控制器，而由该DC/DC控制器执行以下步骤：

提供一对照表，该对照表内建多个的补偿信号；

自该功率因数校正电路取得一交流电源的零交越信息；

由该零交越信息判断交流电源是否出现零交越；

当交流电源出现零交越，由该对照表中取出一对应的补偿信号对一控制指令进行补偿。

2.根据权利要求1所述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，该补偿信号为一弦波信号。

3.根据权利要求2所述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，该补偿信号为一反相于该直流对直流转换电路的输入电压的弦波信号。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，该DC/DC控制器进一步取得一负载信息，以配合零交越信息对控制指令进行补偿。

5.根据权利要求4所述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，该负载信息是取自该功率因数校正电路，包括该功率因数校正电路的输入电流。

6.根据权利要求4所述电源供应器的输出电压低频涟波补偿方法，其特征在于，该负载信息包括该直流对直流转换电路的输出电流、输出电压。

7.一种电源供应器，其特征在于，包括：

一功率因数校正电路，具有一PFC控制器，该PFC控制器与一交流电源连接，并检测提供该交流信息的零交越信息；

一直流对直流转换电路，具有一DC/DC控制器，该DC/DC控制器通过一通讯协定与该PFC控制器连接，以取得该交流电源的零交越信息；该DC/DC控制器具有一控制单元，并内建一具有多个补偿信号的对照表，由该控制单元根据所取得交流电源的零交越信息由该对照表找出对应的补偿信号，对一原始的控制指令进行补偿。

8.根据权利要求7所述的电源供应器，其特征在于，该DC/DC控制器为一脉宽调变控制器，包括一控制单元、一第一加法器、一脉宽调变器及一对照表；其中，该第一加法器连接于该控制单元的控制指令输出端和脉宽调变器的输入端之间；该控制单元根据取自该PFC控制器的零交越信息，由该对照表中找出一笔对应的补偿信号，用以对该控制单元输出至该脉宽调变器的控制指令进行补偿。

9.根据权利要求8所述的电源供应器，其特征在于，该DC/DC控制器进一步包括一第二加法器，该第二加法器将该直流对直流转换电路反馈的输出电压与一参考电压加总后送回该控制单元。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的电源供应器，其特征在于，该对照表与第一加法器之间设有一调节器，该调节器连接且受控于该控制单元，该控制单元根据负载信息控制该调节器，以调整迭加至控制指令的补偿信号大小。