CN107370352B - 具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法。具有功率因子校正功能的切换式电源供应器包含功率级电路、电流感测电路、以及控制电路。其中，功率级电路用以根据操作讯号，而操作其中至少一功率开关，以将输入电压转换为输出电压，并产生输出电流。当输入电压的瞬时电压超过瞬时电压上限时，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，控制电路将频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益，使输出电流不超过上限电流位准，或使输出电流的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段。

Description

具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法
技术领域
本发明涉及一种具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法，特别是指一种于输入电压的瞬时电压超过瞬时电压上限时，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，调整频率响应增益的具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法。
背景技术
图1A示出一种现有技术的具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的切换式电源供应器100，用以供应电源予一发光元件电路(未示出)。其中，交流电压Vac经由整流电路10整流后，产生输入电压Vin，其讯号波形如图1B所示意。具有PFC功能的切换式电源供应器100中，功率级电路103的一次侧绕组W1接收输入电压Vin。功率开关SW控制一次侧绕组W1的导通时间，而在二次侧绕组W2转换产生输出电压Vout。功率开关SW受控于控制电路105。控制电路105进行回授控制，电流感测电路107根据相关于流经功率开关SW的电流，产生电流感测讯号CS。此外，辅助绕组W3根据输出电压Vout，产生零电流感测讯号ZCD，与内部供应电压VDD。控制电路105根据电流感测讯号CS与零电流感测讯号ZCD，而产生操作讯号GD，以控制功率开关SW的操作，进而将输入电压Vin转换为输出电压Vout，并产生输出电流Iout。
继续参阅图1A，为了提高功率转换效率，控制电路105产生操作讯号GD，控制功率开关SW的操作，更使输出电流Iout和输入电压Vin具有同相变化。也就是说，具有功率因子校正功能的切换式电源供应器100具有PFC电路，PFC电路通常是个由功率开关和电感所构成的功率转换电路，其做法有多种，为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。
现有具有PFC功能的切换式电源供应器100具有PFC功能、调节输出电流Iout于预设位准、且具有返驰式的架构，其频率响应增益(frequency response gain)的单位增益带宽(unit gain band width)约在10Hz左右；这使得当输入电压Vin的瞬时电压(transientvoltage)Vint超过临界位准时，造成输出电流Iout超过电流上限Iupl，进而使具有PFC功能的切换式电源供应器100因过电流保护机制而停止操作(shut down)。
图1B显示输入电压Vin的瞬时电压(transient voltage)Vint超过临界位准，且为输入电压Vin于时间点t1，振幅由低变高的情况，各讯号波形的示意图。发生输入电压Vin由低变高，且其瞬时电压Vint超过临界位准的原因有许多，例如，负载快速变化，或是共享交流电压Vac作为电源的另一个负载电路的负载，例如马达、加热器等的负载电路于启动时发生消耗大量电力的瞬时。当负载电路突然消耗大量电力时，输入电压Vin的瞬时电压Vint超过临界位准，进而造成输出电流Iout超过电流上限Iupl；其中，瞬时电压Vint为前一个波峰与下一个波峰的电压差。因为切换式电源供应器100中的功率开关SW高频切换，因此其电流感测讯号CS与功率开关电压VDS的讯号波形，如小图所示意，其具有高频的切换。
图1C显示输入电压Vin的瞬时电压(transient voltage)Vint超过临界位准，且为输入电压Vin的振幅由高变低的情况，各讯号波形的示意图。当输入电压Vin于时间点t2的振幅由高变低，且输入电压Vin的瞬时电压Vint超过临界位准，进而造成输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr超过临界瞬时时段；其中，瞬时响应时间为达到稳态所需要的时间，其定义为本领域技术人员所熟知，在此不与赘述。由于输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr超过临界瞬时时段，造成输出电流Iout不稳定，例如使得发光元件电路闪烁。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法，能够于输入电压的瞬时电压超过瞬时电压上限时，调整频率响应增益，以避免输出电流超过电流上限，或/且避免使输出电流的瞬时响应时间超过临界瞬时时段的具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法，以避免具有PFC功能的切换式电源供应器停止操作、输出电流不稳定、或发光元件电路闪烁等的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法，能够于输入电压的瞬时电压超过瞬时电压上限时，调整频率响应增益，以避免输出电流超过电流上限，或/且避免使输出电流的瞬时响应时间超过临界瞬时时段的具有功率因子校正功能的电源供应器及其控制电路与方法，以避免具有PFC功能的切换式电源供应器停止操作、输出电流不稳定、或发光元件电路闪烁等的情况。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种具有功率因子校正(powerfactor correction,PFC)功能的切换式电源供应器，包含：一功率级电路，用以根据一操作讯号，而操作其中至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；一电流感测电路，与该功率级电路耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；以及一控制电路，与该功率级电路及该电流感测电路耦接，用以根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号；其中，于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，该控制电路将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，该控制电路将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路包括：一波形分析电路，与该功率级电路耦接，用以根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；一增益控制电路，分别与该电流感测电路及该波形分析电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及一操作讯号产生电路，分别与该增益控制电路及该功率级电路耦接，用以根据该补偿讯号，产生该操作讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该增益控制电路包括：一受控电流源电路，用以根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及一增益切换电路，与该波形分析电路及该受控电流源电路耦接，用以根据该瞬时变化讯号，切换其中一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路还包括：一时间设定电路，用以根据一计时设定，而产生一设定讯号；以及一计时电路，分别与该时间设定电路与该波形分析电路耦接，用以根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号，以输入该增益控制电路；其中，增益切换电路更根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路包括：一取样保持电路，根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；一前后比较电路，用以比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及一逻辑电路，与该前后比较电路耦接，用以根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路包括：一峰值保持电路，保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；一缓存器电路，与该峰值保持电路耦接，用以暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及一比较电路，分别与该峰值保持电路与该缓存器电路耦接，用以比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种具有功率因子校正(powerfactor correction,PFC)功能的切换式电源供应器的控制电路，该具有功率因子校正功能的切换式电源供应器包含一功率级电路，用以根据一操作讯号，而操作其中至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；一电流感测电路，与该功率级电路耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；以及该控制电路，与该功率级电路及该电流感测电路耦接，用以根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号；该控制电路包含：一波形分析电路，与该功率级电路耦接，用以根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；一增益控制电路，分别与该电流感测电路及该波形分析电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及一操作讯号产生电路，分别与该增益控制电路及该功率级电路耦接，用以根据该补偿讯号，产生该操作讯号；其中，于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，该控制电路将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，该控制电路将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该增益控制电路包括：一受控电流源电路，用以根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及一增益切换电路，与该波形分析电路及该受控电流源电路耦接，用以根据该瞬时变化讯号，切换其中一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，还包括：一时间设定电路，用以根据一计时设定，而产生一设定讯号；以及一计时电路，分别与该时间设定电路与该波形分析电路耦接，用以根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号，以输入该增益控制电路；其中，增益切换电路更根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路包括：一取样保持电路，根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；一前后比较电路，用以比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及一逻辑电路，与该前后比较电路耦接，用以根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路包括：一峰值保持电路，保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；一缓存器电路，与该峰值保持电路耦接，用以暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及一比较电路，分别与该峰值保持电路与该缓存器电路耦接，用以比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，包含：根据一操作讯号，而操作至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；根据该输入电压与该电流感测讯号，产生该操作讯号；以及于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
在其中一种较佳的实施例中，该具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，还包含：于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，还包含：于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号的步骤包括：根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及根据该补偿讯号，产生该操作讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号的步骤，包括：根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及根据该瞬时变化讯号，切换一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该瞬时变化讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号的步骤，还包括：根据一计时设定，而产生一设定讯号；根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号；以及根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
在其中一种较佳的实施例中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A示出一种现有技术的具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的切换式电源供应器100；
图1B与图1C显示具有PFC功能的切换式电源供应器100操作时的相关讯号波形示意图；
图2显示本发明的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器200的一个实施例；
图3A-3K显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、与返驰型功率级电路；
图4显示本发明控制电路206的一个较具体的实施例；
图5显示本发明控制电路206的另一个较具体的实施例；
图6显示本发明控制电路206的另一个较具体的实施例；
图7显示本发明波形分析电路2061的一个实施例；
图8显示本发明波形分析电路2061的另一个实施例；
图9显示本发明控制电路206的一个实施例；
图10显示本发明具有功率因子校正功能的切换式电源供应器200的一个较具体的实施例。
图中符号说明
10 整流电路
100,200 具有功率因子校正功能的切换式电源供应器
103,202 功率级电路
105,206 控制电路
107,204 电流感测电路
205 驱动器
2061 波形分析电路
2063 增益控制电路
2065 操作讯号产生电路
2067 时间设定电路
2069 计时电路
2161 受控电流源电路
2163 增益切换电路
2261,2263 取样保持电路
2265,2267 前后比较电路
2269 逻辑电路
2361 峰值保持电路
2363 缓存器电路
2365 比较电路
COMP 补偿讯号
Cp,Cp’ 增益电容
CP1,CP2 比较结果
CS 电流感测讯号
GD 操作讯号
GSW 增益调整开关
Ics 受控电流源
Ict1 固定电流源
Ict2 固定电流源
Iout 输出电流
Iupl 电流上限
Rg 增益电阻
SW 功率开关
t1,t2 时间点
Ttr 瞬时响应时间
TVS 瞬时变化讯号
Vac 交流电压
VDD 内部供应电压
VDS 开关电压
Vin 输入电压
Vint 瞬时电压
Vout 输出电压
Vpost,Vpre 电压
W1 一次侧绕组
W2 二次侧绕组
W3 辅助绕组
ZCD 零电流感测讯号
具体实施方式
本发明中的图式均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各讯号波形之间的关系，至于电路、讯号波形与频率则并未依照比例绘制。
请参阅图2，显示本发明的具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的切换式电源供应器200的一个实施例。如图2所示，交流电压Vac经由整流电路10整流后，产生输入电压Vin。整流电路10例如但不限于为桥式整流电路，输入电压Vin的波形如图1B所示意。具有功率因子校正功能的切换式电源供应器200包含功率级电路202、电流感测电路204、以及控制电路206。其中，功率级电路202根据操作讯号GD，而操作其中至少一功率开关，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，并产生输出电流Iout。
在本实施例中，电流感测电路204与功率级电路202耦接，用以根据流经功率级电路202中的功率开关的开关电流，产生电流感测讯号CS。控制电路206与功率级电路202及电流感测电路204耦接，用以根据输入电压Vin与电流感测讯号CS，而产生操作讯号GD。其中，于输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或输入电压Vin的升降率超过瞬时升降率上限时，控制电路206将频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益，使输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr不超过临界瞬时时段。
其中，功率级电路202可为降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、与返驰型功率级电路，如图3A-3K所示。在本实施例中，控制电路206包括：波形分析电路2061，与功率级电路202耦接，用以根据输入电压Vin，产生瞬时变化讯号TVS；增益控制电路2063分别与电流感测电路204及波形分析电路2061耦接，用以根据电流感测讯号CS与瞬时变化讯号TVS，产生补偿讯号COMP；以及操作讯号产生电路2065，分别与增益控制电路2063及功率级电路202耦接，用以根据补偿讯号COMP，产生操作讯号GD。
其中，瞬时电压Vint例如为输入电压Vin前后周期的波峰-波峰间的电压差，而瞬时电压上限，例如为用户所设定的预设位准。根据本发明，举例而言，当输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，控制电路206将频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益；如此一来，可以调整回授控制的机制，使输出电流Iout不超过电流上限Iupl，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr不超过临界瞬时时段。如前所述，当输出电流Iout超过电流上限Iupl，具有PFC功能的切换式电源供应器200将会因过电流保护机制而停止操作；而当输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr超过临界瞬时时段，会造成发光元件电路闪烁等。另外，输入电压Vin的瞬时升降率(slew rate)，例如为前后周期内，于相同的相位时，输入电压Vin的升降率的差值，而瞬时升降率上限，例如使用者所设定的预设升降率上限值。根据本发明，举例而言，当输入电压Vin的瞬时升降率超过瞬时升降率上限，控制电路206将频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益；如此一来，可以调整回授控制的机制，使输出电流Iout不超过电流上限Iupl，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间Ttr不超过临界瞬时时段。
在其中一种较佳的实施例中，控制电路206于输入电压Vin的瞬时电压Vint不超过稳态电压上限，或输入电压Vin的瞬时升降率不超过稳态升降率上限时，控制电路206将频率响应增益，由瞬时频率响应增益，调整为稳态频率响应增益。也就是说，当不稳定的输入电压Vin的瞬时结束，而回复稳定，输入电压Vin的瞬时电压Vint与输入电压Vin的瞬时升降率都会下降，用户可以默认输入电压Vin的稳态电压上限与稳态升降率上限，作为控制电路206将频率响应增益，由瞬时频率响应增益，调整回复为稳态频率响应增益的临界值。
在其中一种较佳的实施例中，控制电路206于频率响应增益由稳态频率响应增益，被调整为瞬时频率响应增益的开始时点，计时预设回复时段后，将频率响应增益，由瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。也就是说，使用者可以预估一个预设回复时段，作为系统稳定的期间，当不稳定的输入电压Vin的瞬时结束，而回复稳定，当此预设回复时段结束，作为控制电路206将频率响应增益，由瞬时频率响应增益，调整回复为稳态频率响应增益的触发时点。
图4显示本发明控制电路206的一个较具体的实施例。如图4所示，控制电路206包括：波形分析电路2061、增益控制电路2063、以及操作讯号产生电路2065。其中，增益控制电路2063包括受控电流源电路2161以及增益切换电路2163。受控电流源电路2161用以根据电流感测讯号CS，产生受控电流。增益切换电路2163与波形分析电路2061及受控电流源电路2161耦接，用以根据瞬时变化讯号TVS，切换其中增益调整开关GSW，而决定频率响应增益为稳态频率响应增益或瞬时频率响应增益，进而产生补偿讯号COMP。如图所示，举例而言，增益切换电路2163例如包括增益电容Cp以及并联的增益调整开关GSW与增益电阻Rg。在增益切换电路2163中，增益电容Cp例如提供了主要的极点(pole)，在稳态的正常操作模式下，瞬时变化讯号TVS保持增益调整开关GSW导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，其主极点由增益电容Cp所决定；而当波形分析电路2061所产生的瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过瞬时升降率上限时，瞬时变化讯号TVS改变，以将增益调整开关GSW不导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，受到与增益电容Cp串联的增益电阻Rg调整，这相当于加入一个零点，使得切换式电源供应器200的频率响应增益，由稳态频率响应增益改变为瞬时频率响应增益，暂时性地提高单位增益带宽，使得输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段。
图5显示本发明控制电路206的另一个较具体的实施例。如图5所示，控制电路206包括：波形分析电路2061、增益控制电路2063、以及操作讯号产生电路2065。其中，增益控制电路2063包括受控电流源电路2161以及增益切换电路2163。受控电流源电路2161包括固定电流源Ict1与受控电流源Ics。受控电流源Ics用以根据电流感测讯号CS，产生受控电流。增益切换电路2163与波形分析电路2061及受控电流源电路2161耦接，用以根据瞬时变化讯号TVS，切换其中增益调整开关GSW，而决定频率响应增益为稳态频率响应增益或瞬时频率响应增益，进而产生补偿讯号COMP。如图所示，举例而言，增益切换电路2163例如包括增益电容Cp、增益调整开关GSW、以及固定电流源Ict2。在增益切换电路2163中，增益电容Cp例如提供了主要的极点(pole)，在稳态的正常操作模式下，瞬时变化讯号TVS保持增益调整开关GSW不导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，其主极点由增益电容Cp所决定；而当波形分析电路2061所产生的瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过稳态升降率上限时，瞬时变化讯号TVS改变，以将增益调整开关GSW导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，受到固定电流源Ict2所提供的电流所调整，使得切换式电源供应器200的频率响应增益，由稳态频率响应增益改变为瞬时频率响应增益，暂时性地提高单位增益带宽，使得输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段。
图6显示本发明控制电路206的另一个较具体的实施例。如图6所示，控制电路206包括：波形分析电路2061、增益控制电路2063、以及操作讯号产生电路2065。其中，增益控制电路2063包括受控电流源电路2161以及增益切换电路2163。受控电流源电路2161用以根据电流感测讯号CS，产生受控电流。增益切换电路2163与波形分析电路2061及受控电流源电路2161耦接，用以根据瞬时变化讯号TVS，切换其中增益调整开关GSW，而决定频率响应增益为稳态频率响应增益或瞬时频率响应增益，进而产生补偿讯号COMP。如图所示，举例而言，增益切换电路2163例如包括增益电容Cp与Cp’，以及并联的增益调整开关GSW与增益电阻Rg。在增益切换电路2163中，增益电容Cp与Cp’例如提供了主要的极点(pole)，在稳态的正常操作模式下，瞬时变化讯号TVS保持增益调整开关GSW导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，其主极点由增益电容Cp与Cp’所决定；而当波形分析电路2061所产生的瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过稳态升降率上限时，瞬时变化讯号TVS改变，以将增益调整开关GSW不导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，受到与增益电容Cp串联的增益电阻Rg调整，这相当于加入一个零点，使得切换式电源供应器200的频率响应增益，由稳态频率响应增益改变为瞬时频率响应增益，暂时性地提高单位增益带宽，使得输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段。本实施例与的图4所示的实施例的不同之处在于，在本实施例中，除了加入增益电容Cp’外，增益电阻Rg可以选择放置于控制电路206的集成电路的包装之外，而不放置于控制电路206的集成电路的包装之内，以减少集成电路的面积。
图7显示本发明波形分析电路2061的一个实施例。如图7所示，波形分析电路2061包括取样保持电路2261与2263、前后比较电路2265与2267、以及逻辑电路2269。取样保持电路2261与2263根据输入电压Vin，产生前时间点的电压Vpre。前后比较电路2265与2267，用以比较前时间点的电压Vpre与后时间点的电压Vpost，以产生比较结果CP1与CP2，其中，电压Vpost相关于后时间点的输入电压Vin。逻辑电路2269与前后比较电路2265与2267耦接，用以根据比较结果CP1与CP2，产生瞬时变化讯号TVS。其中，所谓前时间点的电压Vpre，例如但不限于在预设的相位，在此预设的相位，取得相关于输入电压Vin的位准或是升降率的讯号；而后时间点的电压Vpost，例如但不限于在接下来的一个(或数个)周期的前述默认的相位，在此接下来的一个(或数个)周期的前述默认的相位，取得相关于输入电压Vin的位准或是升降率的讯号。逻辑电路2269例如但不限于如图所示的或逻辑闸。也就是说，在输入电压Vin的周期与周期之间，输入电压Vin的电压差，也就是瞬时电压Vint，超过瞬时电压上限，或输入电压Vin的瞬时升降率超过瞬时升降率上限时，瞬时变化讯号TVS将触发增益控制电路2063，切换增益调整开关GSW，使得频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益，进而使输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段，以避免切换式电源供应器200停止操作、输出电流Iout不稳定、及/或发光元件电路闪烁等的情况。
图8显示本发明波形分析电路2061的另一个实施例。如图8所示，波形分析电路2061包括峰值保持电路2361、缓存器电路2363、以及比较电路2365。峰值保持电路2361保持相关于输入电压Vin的目前周期的目前峰值电压。峰值保持电路2361例如可以保持输入电压Vin的分压的目前周期的波峰电压。缓存器电路2363与峰值保持电路2361耦接，用以暂存前述的目前峰值电压，作为现有峰值电压。缓存器电路2363例如将前述目前峰值电压暂存，直到下个周期的波峰时点，作为现有峰值电压。比较电路2365分别与峰值保持电路2361与缓存器电路2363耦接，用以比较目前峰值电压与现有峰值电压，以产生瞬时变化讯号TVS。其中，以输入电压Vin的周期来计数，缓存器电路2363例如将前述目前峰值电压暂存，直到下个周期的波峰时点，作为现有峰值电压，输入比较电路2365。比较电路2365比较输入电压Vin的目前周期的目前峰值电压与上一个(或数个)周期的现有峰值电压，而产生瞬时变化讯号TVS。也就是说，比较电路2365在输入电压Vin的周期与周期之间，比较输入电压Vin的波峰与波峰间的电压差，当比较结果示意瞬时电压Vint超过瞬时电压上限时，瞬时变化讯号TVS将触发增益控制电路2063，切换增益调整开关GSW，使得频率响应增益，由稳态频率响应增益，调整为瞬时频率响应增益，进而使输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段，以避免切换式电源供应器停止操作、输出电流不稳定、或发光元件电路闪烁等的情况。
图9显示本发明控制电路206的一个实施例。如图所示，控制电路206包括：波形分析电路2061、增益控制电路2063、操作讯号产生电路2065、时间设定电路2067、以及计时电路2069。本实施例与图5或图6所示的实施例不同之处，在于：在本实施例中，控制电路206还包括时间设定电路2067与计时电路2069。时间设定电路2067用以根据计时设定，而产生设定讯号。计时设定例如可由外部设定，或预设于内部。计时电路2069分别与时间设定电路2067与波形分析电路2061耦接，用以根据设定讯号与瞬时变化讯号TVS，产生瞬时结束讯号，以输入增益控制电路2063。其中，增益切换电路2163(请参阅图5与图6)更根据瞬时结束讯号，切换增益调整开关GSW，而决定频率响应增益为稳态频率响应增益或瞬时频率响应增益，进而产生补偿讯号COMP。举例而言，当波形分析电路2061所产生的瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过稳态升降率上限时，瞬时变化讯号TVS改变，以将增益调整开关GSW导通或不导通(以加入一零点)；而计时电路2069于瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过稳态升降率上限时，也根据设定讯号开始计时一段默认时间，使得增益调整开关GSW导通一段该与设时间后不导通，以回复稳态的正常操作模式。
图10显示本发明具有功率因子校正功能的切换式电源供应器200的一个较具体的实施例。如图所示，控制电路206包括：波形分析电路2061、增益控制电路2063、以及操作讯号产生电路2065。其中，增益控制电路2063包括受控电流源电路2161以及增益切换电路2163。受控电流源电路2161用以根据电流感测讯号CS，产生受控电流。受控电流源电路2161包括固定电流源Ict1与受控电流源Ics。受控电流源Ics用以根据电流感测讯号CS，产生受控电流。增益切换电路2163与波形分析电路2061及受控电流源电路2161耦接，用以根据瞬时变化讯号TVS，切换其中增益调整开关GSW，而决定频率响应增益为稳态频率响应增益或瞬时频率响应增益，进而产生补偿讯号COMP。如图所示，举例而言，增益切换电路2163例如包括增益电容Cp以及并联的增益调整开关GSW与增益电阻Rg。在增益切换电路2163中，增益电容Cp例如提供了主要的极点(pole)，在稳态的正常操作模式下，瞬时变化讯号TVS保持增益调整开关GSW导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，其主极点由增益电容Cp所决定；而当波形分析电路2061所产生的瞬时变化讯号TVS示意输入电压Vin的瞬时电压Vint超过瞬时电压上限，或是输入电压Vin的瞬时升降率超过稳态升降率上限时，瞬时变化讯号TVS改变，以将增益调整开关GSW不导通，因此，具有PFC功能的切换式电源供应器200的频率响应增益，受到与增益电容Cp串联的增益电阻Rg调整，这相当于加入一个零点，使得切换式电源供应器200的频率响应增益，由稳态频率响应增益改变为瞬时频率响应增益，暂时性地提高单位增益带宽，使得输出电流Iout不超过电流上限，或/且使输出电流Iout的瞬时响应时间不超过临界瞬时时段。操作讯号产生电路2065例如比较补偿讯号COMP与斜坡讯号，产生操作讯号GD。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其他电路或元件，因此“耦接”应视为包括直接和间接连接。又如，电阻或分压电路并非仅限于电阻元件，亦可以其他电路，如晶体管电路等取代。再如，误差放大器电路与比较器电路的正负端可以互换，仅需对应修改相关电路或是讯号高低位准的意义即可；又再如，控制电路外部的讯号(例如但不限于电流感测讯号)，在取入控制电路内部进行处理或运算时，可能经过电压电流转换、电流电压转换、比例转换等，因此，本发明所称“根据某讯号进行处理或运算”，不限于根据该讯号的本身，亦包含于必要时，将该讯号进行上述转换后，根据转换后的讯号进行处理或运算。再例如，所有实施例中的变化，可以交互采用，例如图8实施例中的波形分析电路2061，也可以应用于图2、4、5、6、9、10的实施例，等等。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (26)

1.一种具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其特征在于，包含：
一功率级电路，用以根据一操作讯号，而操作其中至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；
一电流感测电路，与该功率级电路耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；以及
一控制电路，与该功率级电路及该电流感测电路耦接，用以根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号；
其中，于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，该控制电路将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
2.如权利要求1所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该控制电路于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，该控制电路将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
3.如权利要求1所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该控制电路于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
4.如权利要求1所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该控制电路包括：
一波形分析电路，与该功率级电路耦接，用以根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；
一增益控制电路，分别与该电流感测电路及该波形分析电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及
一操作讯号产生电路，分别与该增益控制电路及该功率级电路耦接，用以根据该补偿讯号，产生该操作讯号。
5.如权利要求4所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该增益控制电路包括：
一受控电流源电路，用以根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及
一增益切换电路，与该波形分析电路及该受控电流源电路耦接，用以根据该瞬时变化讯号，切换其中一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
6.如权利要求5所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该控制电路还包括：
一时间设定电路，用以根据一计时设定，而产生一设定讯号；以及
一计时电路，分别与该时间设定电路与该波形分析电路耦接，用以根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号，以输入该增益控制电路；
其中，增益切换电路更根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
7.如权利要求4所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该波形分析电路根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
8.如权利要求4所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该波形分析电路包括：
一取样保持电路，根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；
一前后比较电路，用以比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及
一逻辑电路，与该前后比较电路耦接，用以根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
9.如权利要求4所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器，其中，该波形分析电路包括：
一峰值保持电路，保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；
一缓存器电路，与该峰值保持电路耦接，用以暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及
一比较电路，分别与该峰值保持电路与该缓存器电路耦接，用以比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
10.一种具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，该具有功率因子校正功能的切换式电源供应器包含一功率级电路，用以根据一操作讯号，而操作其中至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；一电流感测电路，与该功率级电路耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；以及该控制电路，与该功率级电路及该电流感测电路耦接，用以根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号；其特征在于，该控制电路包含：
一波形分析电路，与该功率级电路耦接，用以根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；
一增益控制电路，分别与该电流感测电路及该波形分析电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及
一操作讯号产生电路，分别与该增益控制电路及该功率级电路耦接，用以根据该补偿讯号，产生该操作讯号；
其中，于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，该控制电路将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
11.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该控制电路于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，该控制电路将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
12.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该控制电路于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
13.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该增益控制电路包括：
一受控电流源电路，用以根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及
一增益切换电路，与该波形分析电路及该受控电流源电路耦接，用以根据该瞬时变化讯号，切换其中一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
14.如权利要求13所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，还包括：
一时间设定电路，用以根据一计时设定，而产生一设定讯号；以及
一计时电路，分别与该时间设定电路与该波形分析电路耦接，用以根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号，以输入该增益控制电路；
其中，增益切换电路更根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
15.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该波形分析电路根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
16.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该波形分析电路包括：
一取样保持电路，根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；
一前后比较电路，用以比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及
一逻辑电路，与该前后比较电路耦接，用以根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
17.如权利要求10所述的具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制电路，其中，该波形分析电路包括：
一峰值保持电路，保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；
一缓存器电路，与该峰值保持电路耦接，用以暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及
一比较电路，分别与该峰值保持电路与该缓存器电路耦接，用以比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
18.一种具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其特征在于，包含：
根据一操作讯号，而操作至少一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并产生一输出电流；
根据流经该功率开关的一开关电流，产生一电流感测讯号；
根据该输入电压与该电流感测讯号，产生该操作讯号；以及
于该输入电压的一瞬时电压超过一瞬时电压上限，或该输入电压的一瞬时升降率超过一瞬时升降率上限时，将一频率响应增益，由一稳态频率响应增益，调整为一瞬时频率响应增益，使该输出电流不超过一电流上限，或/且使该输出电流的一瞬时响应时间不超过一临界瞬时时段。
19.如权利要求18所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，还包含：于该输入电压的该瞬时电压不超过一稳态电压上限，或该输入电压的该瞬时升降率不超过一稳态升降率上限时，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整为该稳态频率响应增益。
20.如权利要求18所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，还包含：于该频率响应增益由该稳态频率响应增益，被调整为该瞬时频率响应增益的一开始时点，计时一预设回复时段后，将该频率响应增益，由该瞬时频率响应增益，调整回复为该稳态频率响应增益。
21.如权利要求18所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，该根据该输入电压与该电流感测讯号，而产生该操作讯号的步骤包括：
根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号；
根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号；以及
根据该补偿讯号，产生该操作讯号。
22.如权利要求21所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，该根据该电流感测讯号与该瞬时变化讯号，产生一补偿讯号的步骤，包括：
根据该电流感测讯号，产生一受控电流；以及
根据该瞬时变化讯号，切换一增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
23.如权利要求22所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，该根据该瞬时变化讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号的步骤，还包括：
根据一计时设定，而产生一设定讯号；
根据该设定讯号与该瞬时变化讯号，产生一瞬时结束讯号；以及
根据该瞬时结束讯号，切换该增益调整开关，而决定该频率响应增益为该稳态频率响应增益或该瞬时频率响应增益，进而产生该补偿讯号。
24.如权利要求21所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：根据该输入电压的该瞬时升降率或一峰值差值，产生该瞬时变化讯号。
25.如权利要求21所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：
根据该输入电压，产生一前时间点的一第一电压；
比较该前时间点的该第一电压与一后时间点的一第二电压，以产生一比较结果，其中，该第二电压相关于该后时间点的该输入电压；以及
根据该比较结果，产生该瞬时变化讯号。
26.如权利要求21所述具有功率因子校正功能的切换式电源供应器的控制方法，其中，该根据该输入电压，产生一瞬时变化讯号的步骤，包括：
保持相关于该输入电压的目前周期的一目前峰值电压；
暂存该目前峰值电压，作为一现有峰值电压；以及
比较该目前峰值电压与该现有峰值电压，以产生该瞬时变化讯号。
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