CN108233694B - 依据限流次数设定导通时间的功率控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其电流峰值设定单元依据功率系统的分压输入电压与限流导通时间值决定出电流峰值。比较器在功率系统的功率开关电流值每达电流峰值一次时，就对应地传送出第一触发条件信号一次。导通时间运算模块在统计时间区间内统计接收第一触发条件信号的次数，据以定义出限流次数，并利用限流导通时间值、限流次数与目标限流次数进行递归运算而计算出设定导通时间值。定时器在计时到设定导通时间值时，传送出第二触发条件信号。开关控制模块在接收到第一与第二触发条件信号中的一个时切断功率开关。

Description

依据限流次数设定导通时间的功率控制器

技术领域

本发明涉及一种依据限流次数设定导通时间的功率控制器，尤其涉及一种依据限流次数设定导通时间，并依据导通时间决定电流峰值的功率控制器。

背景技术

随着科技的发展与时代的进步，电子装置的快速发展使得人们生活水平普遍提高，而现今随着电子装置的大量发展，功率控制器的需求因而与日俱增，例如发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)系统或是变压器都需要使用到功率控制器以控制。

现有的功率控制器中所采用的控制方式中，普遍是采用一次侧电压调节(Primaryside regulation)与准谐振模式(Quasi Resonant)调节的方式。其中，请参阅图1，图1为显示现有技术的功率系统的电路示意图。

如图1所示，在现有的功率系统PA1中，一般包含有电源供应模块PA11、变压器PA12、功率开关PA13与负载PA14，其中变压器PA12电性连接于电源供应模块PA11，功率开关PA13电性连接于变压器PA12的一次侧绕组，负载PA14电性连接于变压器PA12的二次侧绕组，而功率控制器PA2电性连接于电源供应模块PA11、变压器PA12的一次侧绕组以及功率开关PA13。

以一次侧电压调节为例，功率控制器PA2是接收变压器PA12的二次侧绕组之分压后的信号，取正值后的平均值，并利用此正比于输出电压的平均值调整功率开关的导通时间，藉以控制变压器二次侧的电流。

然而，上述控制方式无法限制峰值电流，从而导致变压器的体积无法缩小的问题，且由于无法调整峰值电流，因此造成无法适应于各种电路拓朴架构与无法达到实时保护电路的问题。

发明内容

鉴于现有技术由于无法限制峰值电流，因而普遍具有电路体积大、无法适应各种拓朴架构以及无法实时保护电路的问题。因此，本发明主要是提供一种依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其主要是依据限流次数设定导通时间，并依据导通时间决定电流峰值，以达到调整电流峰值之目的。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种依据限流次数设定导通时间的功率控制器，是应用于一功率系统，功率系统包含一电源供应模块、一分压电路以及一功率开关，电源供应模块是用以提供一输入电压，分压电路是电性连接于电源供应模块，用以接收输入电压而产生一分压输入电压，功率开关电性连接于分压电路。依据限流次数设定导通时间的功率控制器包含一电流峰值设定单元、一比较器、一导通时间运算模块、一定时器以及一开关控制模块。电流峰值设定单元是电性连接于分压电路，并接收一限流导通时间值，用以依据分压输入电压与限流导通时间值决定出一电流峰值。比较器是电性连接于电流峰值设定单元与功率开关，用以在功率开关之一电流值每达电流峰值一次时，就对应地传送出一第一触发条件信号一次。

导通时间运算模块是电性连接于电流峰值设定单元与比较器，设有一统计时间区间与一目标限流次数，用以在统计时间区间内统计接收第一触发条件信号的次数，据以定义出一限流次数，并利用限流导通时间值、限流次数与目标限流次数进行一递归运算而计算出一设定导通时间值。定时器是电性连接于导通时间运算模块，藉以在计时到设定导通时间值时，传送出一第二触发条件信号。开关控制模块是电性连接于比较器、定时器与功率开关，藉以在接收到第一触发条件信号与第二触发条件信号中的一个时，将一切断信号传送至功率开关以切断(turn off)功率开关，并在经历一切断时间后，恢复导通(turn on)功率开关。其中，导通时间运算模块是将设定导通时间值传送至电流峰值设定单元，藉以使设定导通时间值取代限流导通时间值。

在上述必要技术手段的基础下，上述依据限流次数设定导通时间的功率控制器还包含以下所述的较佳附属技术手段。导通时间运算模块包含一限流统计单元、一减法器、一增益器以及一加法器。限流统计单元是设有统计时间区间，并电性连接于比较器，用以将在统计时间区间内所接收第一触发条件信号的次数定义为限流次数。减法器是电性连接于限流统计单元，用以将目标限流次数与限流次数相减而产生一限流次数差。增益器是电性连接于减法器，设有一增益值，用以将限流次数差与增益值相乘而产生一增益时间值。加法器是电性连接于增益器，用以接收限流导通时间值，并将限流导通时间值与增益时间值相加而产生设定导通时间值。

在上述必要技术手段的基础下，上述依据限流次数设定导通时间的功率控制器还包含以下所述的较佳附属技术手段。导通时间运算模块还包含一延迟单元，延迟单元的一输入端与一输出端电性连接于加法器，用以延迟设定导通时间值，且延迟单元为一单位延迟器(Unit Delay)。

在上述必要技术手段的基础下，上述依据限流次数设定导通时间的功率控制器还包含以下所述的较佳附属技术手段。开关控制模块包含一或门以及一SR正反器，或门是电性连接于比较器与定时器，用以在接收到第一触发条件信号与第二触发条件信号中的一个时传送出一或门信号，SR正反器是电性连接于或门与功率开关，用以在接收到或门信号时传送出切断信号。

在采用本发明所提供的依据限流次数设定导通时间的功率控制器的主要技术手段后，由于依据限流次数设定导通时间，并依据导通时间决定电流峰值，因而可有效地调整电流峰值，因而可达到降低变压器的体积、可调整功率开关的耐压、可调整变压器二次侧的萧基二极管的耐压、可调整功率因子(Power Factor；PF)以及应用于如高功率因子系统、无高功率因子系统、单级架构与多级架构等多种电路拓架构的功效，进而提升使用上的方便性。

本发明所采用的具体实施例，将藉由以下的实施例及附图作进一步的说明。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。

附图说明

图1为显示现有技术的功率系统的电路示意图；

图2为显示本发明较佳实施例功率系统的电路示意图；

图3为显示本发明较佳实施例依据限流次数设定导通时间的功率控制器的方块示意图；

图4为显示本发明较佳实施例电流峰值的第一波形示意图；

图5为显示本发明较佳实施例电流峰值的第二波形示意图。

附图标记说明：

PA1：功率系统

PA11：电源供应模块

PA12：变压器

PA13：功率开关

PA14：负载

PA2：功率控制器

1：依据限流次数设定导通时间的功率控制器

11：电流峰值设定单元

12：比较器

13：导通时间运算模块

131：限流统计单元

132：减法器

133：增益器

134：加法器

135：延迟单元

1351：输入端

1352：输出端

14：定时器

15：开关控制模块

151：或门

152：SR正反器

2：功率系统

21：电源供应模块

22：分压电路

23：功率开关

24：变压器

25：负载

S1：第一触发条件信号

S2：第二触发条件信号

S3：切断信号

Ipeak：电流峰值

T：统计时间区间

具体实施方式

由于本发明所提供的依据限流次数设定导通时间的功率控制器中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一个较佳实施例加以具体说明。

请一并参阅图2与图3，图2是显示本发明较佳实施例功率系统的电路示意图，图3是显示本发明较佳实施例依据限流次数设定导通时间的功率控制器的方块示意图。

如图2和图3所示，本发明较佳实施例依据限流次数设定导通时间的功率控制器1，是应用于一功率系统2，功率系统2包含一电源供应模块21、一分压电路22、一功率开关23、一变压器24以及一负载25。

电源供应模块21一般包含有交流电源以及滤波器，其为现有技术，不再赘述。分压电路22系电性连接于电源供应模块21，一般系由两个电阻所组成以进行分压。功率开关23电性连接于分压电路22，具体来说，功率开关23是经由变压器24的一次侧而电性连接于分压电路22，且变压器24的二次侧是电性连接于负载25，其中，负载25例如是包含有二极管、电容、光耦合器与发光二极管的组件，但其他实施例中不限于此。

依据限流次数设定导通时间的功率控制器1包含一电流峰值设定单元11、一比较器12、一导通时间运算模块13、一定时器14以及一开关控制模块15。

电流峰值设定单元11系电性连接于分压电路22(电流峰值设定单元11的一端为图2中所示的“AS”端)，并接收一限流导通时间值，其中，电流峰值设定单元11也可于内部即设有限流导通时间值，此限流导通时间值可为限流周期(duty)比例，例如40％则为开关时间的40％而得，但其他实施例中不限于此。

比较器12系电性连接于电流峰值设定单元11与功率开关23，其中，比较器12的一端为图2所示的“CS”端。导通时间运算模块13系电性连接于电流峰值设定单元11与比较器12，设有一统计时间区间与一目标限流次数，统计时间区间与目标限流次数一般可由人工设定而得。

具体来说，导通时间运算模块13包含一限流统计单元131、一减法器132、一增益器133、一加法器134以及一延迟单元135，限流统计单元131系设有上述的统计时间区间，并电性连接于比较器12，减法器132系电性连接于限流统计单元131。增益器133系电性连接于减法器132，设有一增益值(例如定义为k，增益值的大小系用于调整追踪导通时间之速度)。加法器134系电性连接于增益器133，延迟单元135的一输入端1351与一输出端1352电性连接于加法器134，并可为一单位延迟器(Unit Delay)。

定时器(timer)14系电性连接于导通时间运算模块13的延迟单元135的输出端1352。开关控制模块15系电性连接于比较器12、定时器14与功率开关23，具体来说，开关控制模块15包含一或门151以及一SR正反器152，或门151系电性连接于比较器12与定时器14，SR正反器152系电性连接于或门151与功率开关23，即SR正反器152的“Q”端为图2所示的“DRV”端。

另外，本发明较佳实施例中，依据限流次数设定导通时间的功率控制器1还包含一零电流比较器(位于图中左上角，未标示)，零电流比较器之一端即为图2所示的“ZCD”端，另一端则电性连接于一电压源。

请一并参阅图2至图5，图4是显示本发明较佳实施例电流峰值的第一波形示意图。图5是显示本发明较佳实施例电流峰值的第二波形示意图。如图2至图5所示，电源供应模块21是用以提供一输入电压，分压电路22用以接收输入电压而产生一分压输入电压，电流峰值设定单元11用以依据分压输入电压与限流导通时间值决定出一电流峰值。其中，例如可预先仿真分压输入电压与限流导通时间值与电流峰值的关系，并存入电流峰值设定单元11，以供电流峰值设定单元11以查表的方式决定出电流峰值，或是通过运算的方式运算出电流峰值，但其他实施例中不限于此。另外，本发明较佳实施例的电流峰值例如为门坎值。

举例来说，若是以运算的方式运算出电流峰值，可由Ipeak＝(Vin/Lp)×Ton得知，其中Ipeak为电流峰值，Vin为分压输入电压，Lp为变压器24的一次侧电感的电感值(一般来说为定值)，Ton为限流导通时间，通过上述的运算即可获得电流峰值。

比较器12用以在功率开关23的一电流值(一般也为电感的电流值)每达电流峰值(Ipeak)一次时，就对应地传送出一第一触发条件信号S1一次。导通时间运算模块13用以在统计时间区间(例如定义为T)内统计接收第一触发条件信号S1的次数，据以定义出一限流次数，并利用限流导通时间值、限流次数与目标限流次数进行一递归运算而计算出一设定导通时间值。

举例来说，如图4所示，在统计时间区间中，在三个完整的波形(例如为变压器24的一次侧的电流波形)中，导通时间运算模块13的限流统计单元131系接收第一触发条件信号S1三次，使得限流统计单元131将限流次数定义为三次(例如定义为N1)，减法器132用以将目标限流次数(例如定义为N2)与限流次数相减而产生一限流次数差，例如目标限流次数为15，则限流次数差可为15减3而为12。

增益器133用以将限流次数差与增益值相乘而产生一增益时间值。加法器134用以接收限流导通时间值(例如定义为T(n))，并将限流导通时间值与增益时间值相加而产生设定导通时间值(例如定义为T(n+1))。延迟单元135用以延迟设定导通时间值，并且再将设定导通时间值传送为加法器134。也就是说，本发明较佳实施例所定义的递归运算为T(n+1)＝T(n)+k(N2-N1)，藉以迭代直到T(n+1)＝T(n)，使得最后限流次数变更为目标限流次数而有15次(如图5所示)。

此外，导通时间运算模块13系将设定导通时间值传送至电流峰值设定单元11，藉以使设定导通时间值取代限流导通时间值，进而达到实时追踪导通时间并调整电流峰值的目的，也就是说，在设定导通时间值取代限流导通时间值后，电流峰值设定单元11会再依据设定导通时间值与分压输入电压决定出新的电流峰值，藉以反复地调整电流峰值，并且导通时间运算模块13可利用新的电流峰值与统计区间再次定义出新的限流次数，并再运算出新的设定导通时间值。

定时器14在计时到设定导通时间值时，传送出一第二触发条件信号S2，开关控制模块15的或门151在接收到第一触发条件信号S1与第二触发条件信号S2中的一个时，将一切断信号S3传送至功率开关23以切断(turn off)功率开关23，并在经历一切断时间后，恢复导通(turn on)功率开关23。

其中，切断时间的设定例如是可由上述的零电流比较器所决定，例如是在侦测到电感电流为0时则触发导通功率开关23，其他实施例中不限于此，以通过反复切断与导通功率开关23达到运算限流次数的目的。另外，如图5所示，每个完整的波形中皆有2个未接触到电流峰值的三角波，此两三角波的意义例如为定时器14传送出第二触发条件信号S2而使功率开关23被关闭的状况，但其他实施例中不限于此。

此外，在运算出设定导通时间值后，会使得电流峰值下降，使得电流值达到电流峰值的次数增加，进而使限流次数达到目标限流次数，因此，电流峰值愈大，目标限流次数愈小，电流峰值愈小，目标限流次数愈大，且分压输入电压愈高，电流峰值愈低。

综合以上所述，在采用本发明所提供的依据限流次数设定导通时间的功率控制器后，由于依据限流次数设定导通时间，并依据导通时间决定电流峰值，因而可有效地调整电流峰值，因而可达到降低变压器的体积、可调整功率开关的耐压、可调整变压器的二次侧的萧基二极管的耐压、可调整功率因子以及应用于如高功率因子系统、无高功率因子系统、单级架构与多级架构等多种电路拓架构的功效，进而提升使用上的方便性。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明权利要求的范畴内。

Claims (5)

1.一种依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其特征在于，是应用于一功率系统，该功率系统包含一电源供应模块、一分压电路以及一功率开关，该电源供应模块是用以提供一输入电压，该分压电路是电性连接于该电源供应模块，用以接收该输入电压而产生一分压输入电压，该功率开关电性连接于该分压电路，该依据限流次数设定导通时间之功率控制器包含：

一电流峰值设定单元，是电性连接于该分压电路，并接收一限流导通时间值，用以依据该分压输入电压与该限流导通时间值决定出一电流峰值；

一比较器，是电性连接于该电流峰值设定单元与该功率开关，用以在该功率开关之一电流值每达该电流峰值一次时，就对应地传送出一第一触发条件信号一次；

一导通时间运算模块，是电性连接于该电流峰值设定单元与该比较器，设有一统计时间区间与一目标限流次数，用以在该统计时间区间内统计接收该第一触发条件信号的次数，据以定义出一限流次数，并利用该限流导通时间值、该限流次数与该目标限流次数进行一递归运算而计算出一设定导通时间值；

一定时器，是电性连接于该导通时间运算模块，藉以在计时到该设定导通时间值时，传送出一第二触发条件信号；以及

一开关控制模块，是电性连接于该比较器、该定时器与该功率开关，藉以在接收到该第一触发条件信号与该第二触发条件信号中的一个时，将一切断信号传送至该功率开关以切断该功率开关，并在经历一切断时间后，恢复导通该功率开关；

其中，该导通时间运算模块是将该设定导通时间值传送至该电流峰值设定单元，藉以使该设定导通时间值取代该限流导通时间值。

2.根据权利要求1所述的依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其特征在于，该导通时间运算模块包含：

一限流统计单元，是设有该统计时间区间，并电性连接于该比较器，用以将在该统计时间区间内所接收该第一触发条件信号的次数定义为该限流次数；

一减法器，是电性连接于该限流统计单元，用以将该目标限流次数与该限流次数相减而产生一限流次数差；

一增益器，是电性连接于该减法器，设有一增益值，用以将该限流次数差与该增益值相乘而产生一增益时间值；以及

一加法器，是电性连接于该增益器，用以接收该限流导通时间值，并将该限流导通时间值与该增益时间值相加而产生该设定导通时间值。

3.根据权利要求2所述的依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其特征在于，该导通时间运算模块还包含一延迟单元，该延迟单元的一输入端与一输出端电性连接于该加法器，用以延迟该设定导通时间值。

4.根据权利要求3所述的依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其特征在于，该延迟单元为一单位延迟器。

5.根据权利要求1所述的依据限流次数设定导通时间的功率控制器，其特征在于，该开关控制模块包含：

一或门，是电性连接于该比较器与该定时器，用以在接收到该第一触发条件信号与该第二触发条件信号中的一个时传送出一或门信号；以及

一SR正反器，是电性连接于该或门与该功率开关，用以在接收到该或门信号时传送出该切断信号。