CN105680414B - 具低电压保护的电源供应器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具低电压保护的电源供应器及其操作方法，本发明的具低电压保护的电源供应器提供一输出电压，包括一驱动开关与一控制单元。该控制单元产生具有一责任周期的一控制信号。该驱动开关接收该控制信号，以驱动该电源供应器的该输出电压。当该控制单元检测到该输出电压低于该控制单元设定的一临界输出电压值，且该责任周期小于该控制单元设定的一最大责任周期值时，该控制单元致能一过低输出电压保护模式，进而停止输出该控制信号，以截止该驱动开关；当该控制单元检测到该输出电压低于该临界输出电压值，且该责任周期达到该最大责任周期值时，该控制单元禁能该过低输出电压保护模式。

Description

具低电压保护的电源供应器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种电源供应器，尤其是涉及一种具低电压保护的电源供应器。

背景技术

不同电厂进行供电转移时(例如由原先的甲电厂供电转换为乙电厂供电或相反)，由于出现正常的供电衔接短暂时段，因此对电源供应器来说，会出现交流输入电压短暂消失的现象乃为正常效应。也因此，一旦该现象发生时，该电源供应器所启动对应的保护机制应该设定为自动恢复功能(auto-recovery function)，而非闩锁功能(latch function)，以避免由于电厂供电转移所造成该电源供应器锁机失效。

因此，如何设计出一种具低电压保护的电源供应器，通过简易电路实现检测该输出电压，且与一临界输出电压值比较，以及检测该控制信号的责任周期，且与一最大责任周期值比较，以判断是否启动该过低输出电压保护模式，乃为本发明人所欲克服并加以解决的一大课题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种具低电压保护的电源供应器，以克服现有技术的问题。因此本发明提供一种具低电压保护的电源供应器提供一输出电压，该具低电压保护的电源供应器包括一驱动开关与一控制单元。该控制单元产生具有一责任周期的一控制信号；该驱动开关接收该控制信号，以驱动该电源供应器的该输出电压。其中，当该控制单元检测到该输出电压小于该控制单元设定的一临界输出电压值，且该责任周期小于该控制单元设定的一最大责任周期值时，该控制单元致能一过低输出电压保护模式，进而停止输出该控制信号，以截止该驱动开关；当该输出电压小于该临界输出电压值，且该控制单元检测到该责任周期达到该最大责任周期值时，该控制单元禁能该过低输出电压保护模式。

本发明的另一目的在于提供一种具低电压保护的电源供应器的操作方法，以克服现有技术的问题。因此本发明该电源供应器提供一输出电压，该操作方法包括步骤：(a)提供一驱动开关；(b)提供一控制单元，产生具有一责任周期的一控制信号；其中该驱动开关接收该控制信号，以驱动该电源供应器的该输出电压；(c)当该控制单元检测到该输出电压小于该控制单元设定的一临界输出电压值，且该责任周期小于该控制单元设定的一最大责任周期值时，该控制单元致能一过低输出电压保护模式，进而停止输出该控制信号，以截止该驱动开关；及(d)当该控制单元检测到该输出电压小于该临界输出电压值，且该责任周期达到该最大责任周期值时，该控制单元禁能该过低输出电压保护模式。

为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及效果，请参照以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明具低电压保护的电源供应器的电路方块示意图；

图2为本发明控制单元的电路方块示意图；

图3为本发明电源供应器的低输出电压保护的示意图；

图4为本发明电源供应器的异常输出电压保护的示意图；

图5为本发明具低输出电压保护的电源供应器的电路图；及

图6为本发明具低电压保护的电源供应器操作方法的流程图。

附图标记

100：电源供应器 104：全波整流器

106：变压器 10：控制单元

108：回授电路 101：输出电压判断电路

102：责任周期判断电路 103：逻辑判断电路

Vac：交流输入电压 Vfb：电压回授信号

Sc：控制信号 Vcs：电流感测信号

Vout：输出电压 Wpr：一次侧绕组

Wse：二次侧绕组 Wau：辅助绕组

20：驱动开关 Cm：稳压电容

Ca：辅助电容 Da：辅助二极管

Rs：检知电阻 Op：光耦器

Do：责任周期 Dn：正常责任周期

Dmax最大责任周期值 Vo：输出电压值

Voth：临界输出电压值 Sv：电压判断信号

Sd：责任周期判断信号 t0-t3：时间

S10-S40：步骤

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参照图1为本发明具低电压保护的电源供应器的电路方块示意图。该具低电压保护的电源供应器100提供一输出电压Vout，包括一驱动开关20与一控制单元10。该控制单元10产生具有一责任周期Do的一控制信号Sc。该驱动开关20接收该控制信号Sc，以驱动该电源供应器100的该输出电压Vout。其中，当该控制单元10检测到该输出电压Vout小于该控制单元10设定的一临界输出电压值Voth(请参照图3或图4)，且该责任周期Do小于该控制单元10设定的一最大责任周期值Dmax时，该控制单元10致能(enable)一过低输出电压保护模式，进而停止输出该控制信号Sc，以截止该驱动开关20。其中，该最大责任周期值Dmax可为70％～80％不等，且不以此数值限制本发明的技术特征。反之，当该控制单元10检测到该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth，且该责任周期Do达到该最大责任周期值Dmax时，该控制单元10禁能(disable)该过低输出电压保护模式。

值得一提，上述该过低输出电压保护模式可为一闩锁模式，该闩锁模式以持续停止输出该控制信号。或者，该过低输出电压保护模式为一自动恢复模式，该自动恢复模式以停止输出该控制信号一预定时间后，重新输出该控制信号。此外，该具低电压保护的电源供应器还包括一回授电路108。该回授电路108以回授该电源供应器100提供的该输出电压Vout至该控制单元10。至于该具低电压保护的电源供应器的操作，将在后面有详细说明。

请参照图2为本发明控制单元的电路方块示意图。该控制单元10包括一输出电压判断电路101、一责任周期判断电路102以及一逻辑判断电路103。该输出电压判断电路101接收该输出电压Vout与该临界输出电压值Voth，且比较该输出电压Vout与该临界输出电压值Voth，以输出一电压判断信号Sv。该责任周期判断电路102接收该责任周期Do与该最大责任周期值Dmax，且比较该责任周期Do与该最大责任周期值Dmax，以输出一责任周期判断信号Sd。该逻辑判断电路103接收该电压判断信号Sv与该责任周期判断信号Sd，以输出该控制信号Sc，进而控制该控制单元10致能或禁能该过低输出电压保护模式。值得一提，该输出电压判断电路101与该责任周期判断电路102可用运算放大器(operational amplifier，OPA)或其它等效电路实现。

当该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth时，该输出电压判断电路101所输出该电压判断信号Sv为高准位，亦即，Sv＝1。反之，当该输出电压Vout大于或等于该临界输出电压值Voth时，该电压判断信号Sv为低准位，亦即，Sv＝0。

再者，当该责任周期Do小于该最大责任周期值Dmax时，该责任周期判断电路102所输出该责任周期判断信号Sd为高准位，亦即，Sd＝1。反之，当该责任周期Do达到该最大责任周期值Dmax时，该责任周期判断信号Sd为低准位，亦即，Sd＝0。

值得一提，在本发明中，该逻辑判断电路103为一与(AND)逻辑门元件。当该逻辑判断电路103接收高准位的该电压判断信号Sv与高准位的该责任周期判断信号Sd时，该控制单元10致能该过低输出电压保护模式。换言之，该操作状况即为该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth，同时该责任周期Do小于该最大责任周期值Dmax，如此，该控制单元10致能该过低输出电压保护模式。

此外，当该逻辑判断电路103接收高准位的该电压判断信号Sv与低准位的该责任周期判断信号Sd时，该控制单元10禁能该过低输出电压保护模式。换言之，该操作状况即为该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth，同时该责任周期Do达到该最大责任周期值Dmax，如此，该控制单元10禁能该过低输出电压保护模式。

请参照图3为本发明电源供应器的低输出电压保护的示意图。如图所示，图3上半部为该输出电压Vout，下半部为该控制信号Sc的该责任周期Do。在时间t0之后，假设该电源供应器操作在该交流输入电压Vac为正常的状况下。因此，该控制单元10产生责任周期大小为一正常责任周期Dn的该控制信号Sc，对该驱动开关20进行切换控制，使得后端负载持续抽载，并维持该输出电压Vout为定值。

假设在时间t1时，若因为不同电厂之间进行供电转移操作进行，所造成该交流输入电压Vac短暂消失，该回授电路108检测到该电源供应器100的该输出电压Vout出现降低的状况，因此，该回授电路108通过该光耦器Op回授(请参照图5)该输出电压Vout，并且产生该电压回授信号Vfb以通知该控制单元10。此时，该控制单元10将该控制信号Sc的责任周期从该正常责任周期Dn逐渐加大，以维持该电源供应器的该输出电压Vout为定值。

到达时间t2，当该控制信号Sc的责任周期已经加大至一最大责任周期值Dmax时，若该不同电厂之间进行供电转移操作进行，所造成该交流输入电压Vac短暂消失的现象仍持续，由于该控制信号Sc已经操作在最大责任周期切换，因此，该输出电压Vout开始逐渐降低。

到达时间t3，当该输出电压Vout低于该临界输出电压值Voth时，该输出电压判断电路101比较出该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth，该输出电压判断电路101所输出该电压判断信号Sv为高准位。同时，该责任周期判断电路102比较出该责任周期Do已达到该最大责任周期值Dmax，该责任周期判断电路102所输出该责任周期判断信号Sd为低准位。换言之，当该输出电压判断电路101判断出该输出电压Vout小于该临界输出电压值Voth，并且该责任周期判断电路102判断出该责任周期Do已达到该最大责任周期值Dmax时，该控制单元10禁能该过低输出电压保护模式。

请参照图4，为本发明电源供应器的异常输出电压保护的示意图。承上所述，电源供应器一旦检测到该输出电压Vout出现降低的状况时，会通过加大该控制信号Sc的该责任周期Dn，以维持该输出电压Vout维持为定值。直到当该责任周期Dn增加到该最大责任周期值Dmax，而该输出电压Vout开始逐渐下降，并且低于过低电压保护启动的设定电压时，就会启动该过低输出电压保护模式。然而，在图4明显可看出，在该责任周期Dn逐渐增加的过程，到达时间t2时，该责任周期Dn尚未到达该最大责任周期值Dmax，该输出电压Vout就开始降低，显见该电源供应器发生非正常操作。上述的状况，通常为回授检测电路发生异常操作所造成。再者，在图4中，该责任周期Dn亦可能在时间t1之后发生下降，并且该输出电压Vout降低的可能性。上述该些状况的发生，都为该电源供应器的异常操作，因此，系统的异常电压保护机制就会启动。

请参照图5为本发明具低输出电压保护的电源供应器的电路图。该电源供应器100主要包括一全波整流器102、一变压器104、一控制单元10、一驱动开关20、一稳压电容Cm以一辅助电容Ca。该电源供应器100提供一返驰式转换器(flyback converter)，但不以此为限制本发明的权利要求范畴。该返驰式转换器具有一变压器104，并且该变压器104具有一初级侧绕组Wpr、一次级侧绕组Wse以及一辅助绕组Wau。该全波整流器102接收一交流输入电压Vac，并且对该交流输入电压Vac进行全波整流操作，以产生一直流输入电压。

该稳压电容Cm电性连接该电源供应器100高压侧的该初级侧绕组Wpr的一端。该直流输入电压对该稳压电容Cm充电储能，以提供该电源供应器100的输出能量。该辅助电容Ca通过一辅助二极管Da电性连接该辅助绕组Wau。该驱动开关20的第一端电性连接该初级侧绕组Wpr的另一端，并且该驱动开关20的第二端电性连接一检知电阻Rs。该检知电阻Rs串联该驱动开关20，以检测流经该驱动开关20的电流大小，并产生一电流感测信号Vcs至该控制单元10。

该控制单元10电性连接该辅助电容Ca、该驱动开关20的驱动端、该检知电阻Rs。该控制单元10产生一控制信号Sc导通或截止控制该驱动开关20，以控制该电源供应器100将能量由该变压器104的该初级侧传送至该次级侧，进而在该变压器104的次级侧输出一输出电压Vout。其中，该控制单元10可为一脉冲宽度调变控制集成电路(PWM IC)。

再者，该电源供应器100包括一回授电路108，并且该回授电路108可通过光耦感测方式实现。更具体而言，该回授电路108利用一电阻网络检测该输出电压Vout大小，通过一光耦器Op回授该输出电压Vout，并且产生一电压回授信号Vfb以提供该控制单元10。

综上所述，本发明的精神在于：不同电厂之间进行供电转移，由于供电衔接所造成该电源供应器的该输出电压Vout的短暂降低，乃为正常的现象，因此，一旦该现象发生时，该电源供应器应当禁能该过低输出电压保护模式，以提供正确的保护机制。

请参照图6为本发明具低电压保护的电源供应器操作方法的流程图。该电源供应器提供一输出电压，并且该操作方法包括步骤如下。首先，提供一驱动开关(步骤S10)。其中，该驱动开关可为一金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，MOSFET)，但不以此为限制。

然后，提供一控制单元，该控制单元以产生具有一责任周期的一控制信号(步骤S20)。其中该驱动开关接收该控制信号，以驱动该电源供应器的该输出电压。

当该控制单元检测到该输出电压小于该控制单元设定的一临界输出电压值，且该责任周期小于该控制单元设定的一最大责任周期值时，该控制单元致能(enable)一过低输出电压保护模式，进而停止输出该控制信号，以截止该驱动开关(步骤S30)。其中，该最大责任周期值可为70％～80％不等，且不以此数值限制本发明的技术特征。值得一提，上述该过低输出电压保护模式可为一闩锁模式，该闩锁模式以持续停止输出该控制信号。或者，该过低输出电压保护模式为一自动恢复模式，该自动恢复模式以停止输出该控制信号一预定时间后，重新输出该控制信号。此外，该具低电压保护的电源供应器还包括一回授电路。该回授电路以回授该电源供应器提供的该输出电压至该控制单元。

再者，当该控制单元检测到该输出电压小于该临界输出电压值，且该责任周期达到该最大责任周期值时，该控制单元禁能(disable)该过低输出电压保护模式(步骤S40)。至于该具低电压保护的电源供应器的操作步骤，将在后面有详细说明。

该控制单元包括一输出电压判断电路、一责任周期判断电路以及一逻辑判断电路。该输出电压判断电路接收该输出电压与该临界输出电压值，且比较该输出电压与该临界输出电压值，以输出一电压判断信号。该责任周期判断电路接收该责任周期与该最大责任周期值，且比较该责任周期与该最大责任周期值，以输出一责任周期判断信号。该逻辑判断电路接收该电压判断信号与该责任周期判断信号，以输出该控制信号，进而控制该控制单元致能或禁能该过低输出电压保护模式。值得一提，该输出电压判断电路与该责任周期判断电路可用运算放大器(operational amplifier，OPA)或其它等效电路实现。

当该输出电压小于该临界输出电压值时，该输出电压判断电路所输出该电压判断信号为高准位。反之，当该输出电压大于或等于该临界输出电压值时，该电压判断信号为低准位。

再者，当该责任周期小于该最大责任周期值时，该责任周期判断电路所输出该责任周期判断信号为高准位。反之，当该责任周期达到该最大责任周期值时，该责任周期判断信号为低准位。

值得一提，在本发明中，该逻辑判断电路为一与(AND)逻辑门元件。当该逻辑判断电路接收高准位的该电压判断信号与高准位的该责任周期判断信号时，该控制单元致能该过低输出电压保护模式。换言之，该操作状况即为该输出电压小于该临界输出电压值，同时该责任周期小于该最大责任周期值，如此，该控制单元致能该过低输出电压保护模式。

此外，当该逻辑判断电路接收高准位的该电压判断信号与低准位的该责任周期判断信号时，该控制单元禁能该过低输出电压保护模式。换言之，该操作状况即为该输出电压小于该临界输出电压值，同时该责任周期达到该最大责任周期值，如此，该控制单元禁能该过低输出电压保护模式。

综合以上所述，本发明具有以下的优点：

1、不同电厂之间进行供电转移，由于供电衔接所造成该电源供应器的该输出电压Vout的短暂降低，乃为正常的现象，一旦该现象发生时，该电源供应器应当禁能该过低输出电压保护模式，以避免不正确的保护机制，并且避免由于电厂供电转移所造成该电源供应器锁机失效；及

2、通过简易电路实现检测该输出电压Vout，且与一临界输出电压值Voth比较，以及检测该控制信号Sc的责任周期Do，且与一最大责任周期值Dmax比较，以判断是否启动该过低输出电压保护模式。

以上所述仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与附图，但是本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所附的权利要求书为准，凡合于本发明权利要求书的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何熟悉该项技术的人员在本发明的领域内，可容易想到的变化或修饰皆可涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims (16)

1.一种具低电压保护的电源供应器，提供一输出电压，其特征在于，包括：

一驱动开关；及

一控制单元，产生具有一责任周期的一控制信号；所述驱动开关接收所述控制信号，以驱动所述电源供应器的所述输出电压；

其中，当所述控制单元检测到所述输出电压小于所述控制单元设定的一临界输出电压值，且所述责任周期小于所述控制单元设定的一最大责任周期值时，所述控制单元致能一过低输出电压保护模式，进而停止输出所述控制信号，以截止所述驱动开关；当所述输出电压小于所述临界输出电压值，且所述控制单元检测到所述责任周期达到所述最大责任周期值时，所述控制单元禁能所述过低输出电压保护模式。

2.根据权利要求1所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，所述过低输出电压保护模式为一闩锁模式，所述闩锁模式以持续停止输出所述控制信号。

3.根据权利要求1所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，所述过低输出电压保护模式为一自动恢复模式，所述自动恢复模式以停止输出所述控制信号一预定时间后，重新输出所述控制信号。

4.根据权利要求1所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，所述控制单元包括：

一输出电压判断电路，接收所述输出电压与所述临界输出电压值，且比较所述输出电压与所述临界输出电压值，以输出一电压判断信号；

一责任周期判断电路，接收所述责任周期与所述最大责任周期值，且比较所述责任周期与所述最大责任周期值，以输出一责任周期判断信号；及

一逻辑判断电路，接收所述电压判断信号与所述责任周期判断信号，以输出所述控制信号，进而控制所述控制单元致能或禁能所述过低输出电压保护模式。

5.根据权利要求4所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，当所述输出电压小于所述临界输出电压值时，所述电压判断信号为高准位输出；当所述输出电压大于或等于所述临界输出电压值时，所述电压判断信号为低准位输出。

6.根据权利要求5所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，当所述责任周期小于所述最大责任周期值时，所述责任周期判断信号为高准位输出；当所述责任周期达到所述最大责任周期值时，所述责任周期判断信号为低准位输出。

7.根据权利要求6所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，所述逻辑判断电路为一与逻辑门元件；当所述逻辑判断电路接收高准位的所述电压判断信号与高准位的所述责任周期判断信号时，所述控制单元致能所述过低输出电压保护模式；当所述逻辑判断电路接收高准位的所述电压判断信号与低准位的所述责任周期判断信号时，所述控制单元禁能所述过低输出电压保护模式。

8.根据权利要求4所述的具低电压保护的电源供应器，其特征在于，还包括：

一回授电路，回授所述电源供应器提供的所述输出电压至所述控制单元。

9.一种具低电压保护的电源供应器的操作方法，所述电源供应器提供一输出电压，其特征在于，所述操作方法包括步骤：

(a)提供一驱动开关；

(b)提供一控制单元，产生具有一责任周期的一控制信号；其中所述驱动开关接收所述控制信号，以驱动所述电源供应器的所述输出电压；

(c)当所述控制单元检测到所述输出电压小于所述控制单元设定的一临界输出电压值，且所述责任周期小于所述控制单元设定的一最大责任周期值时，所述控制单元致能一过低输出电压保护模式，进而停止输出所述控制信号，以截止所述驱动开关；及

(d)当所述控制单元检测到所述输出电压小于所述临界输出电压值，且所述责任周期达到所述最大责任周期值时，所述控制单元禁能所述过低输出电压保护模式。

10.根据权利要求9所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，所述过低输出电压保护模式为一闩锁模式，所述闩锁模式以持续停止输出所述控制信号。

11.根据权利要求9所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，所述过低输出电压保护模式为一自动恢复模式，所述自动恢复模式以停止输出所述控制信号一预定时间后，重新输出所述控制信号。

12.根据权利要求9所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，所述控制单元包括：

一输出电压判断电路，接收所述输出电压，且比较所述输出电压与所述临界输出电压值，以输出一电压判断信号；

一责任周期判断电路，接收所述责任周期与所述最大责任周期值，且比较所述责任周期与所述最大责任周期值，以输出一责任周期判断信号；及

一逻辑判断电路，接收所述电压判断信号与所述责任周期判断信号，以输出所述控制信号，进而控制所述控制单元致能或禁能所述过低输出电压保护模式。

13.根据权利要求12所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，当所述输出电压小于所述临界输出电压值时，所述电压判断信号为高准位输出；当所述输出电压大于或等于所述临界输出电压值时，所述电压判断信号为低准位输出。

14.根据权利要求13所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，当所述责任周期小于所述最大责任周期值时，所述责任周期判断信号为高准位输出；当所述责任周期达到所述最大责任周期值时，所述责任周期判断信号为低准位输出。

15.根据权利要求14所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，所述逻辑判断电路为一与逻辑门元件；当所述逻辑判断电路接收高准位的所述电压判断信号与高准位的所述责任周期判断信号时，所述控制单元致能所述过低输出电压保护模式；当所述逻辑判断电路接收高准位的所述电压判断信号与低准位的所述责任周期判断信号时，所述控制单元禁能所述过低输出电压保护模式。

16.根据权利要求12所述的具低电压保护的电源供应器的操作方法，其特征在于，还包括：

提供一回授电路，回授所述电源供应器提供的所述输出电压至所述控制单元。