CN111697832B - 电源供应电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源供应电路包括变压器、两负载监控电路、脉冲宽度调变集成电路，及突发模式控制电路。第一负载监控电路设置在主变压器的一次侧，用来侦测流经变压器一次侧的第一电流以提供相对应的第一侦测电压，并根据一控制信号来导通或切断第一电流的路径。脉冲宽度调变集成电路根据第一侦测电压来提供控制信号。第二负载监控电路设置在主变压器的二次侧，用来侦测流经变压器二次侧的第二电流以提供相对应的第二侦测电压。突发模式控制电路会根据第二侦测电压的值来调整第一侦测电压的值。因此，本发明的电源供应电路能降低轻载功耗并维持稳定输出。

Description

电源供应电路

技术领域

本发明涉及一种能降低轻载功耗的电源供应电路，尤其涉及一种能降低轻载功耗并维持稳定输出的电源供应电路。

背景技术

在环保意识抬头的绿色时代，对于有限能源的有效利用已经成为共识。欧美国家对于电器产品在无载待机时的功率损耗也定义出明确的规范，针对产品整个使用生命周期内的能耗制订了一个架构，设定了住宅、第三级产业及工业界所有耗能产品的节能化要求。举例来说，欧盟执行委员会节能化设计指令旨在降低耗能产品(ErP)对环境的冲击，例如笔记本电脑的充电器被定义在「Lot 7外接式电源供应器EC 278/2009」，其中与节能指标有关的是当输出功率为0.25W时，输入功率不得大于0.5W。同样地，美国能源部(DoE)针对耗能产品也有类似的节能规范。

由此可见，在不久的未来电源供应器低待机损耗将成为基本要求，许多降低切换频率的技术也就孕育而生。切换损失和电源供应器切换频率的关系密切，高频操作虽可使用较小体积的储能组件(例如电容和电感)，但会有高切换损失的负面效果。若能降低电源供应器在轻载或无载时的切换频率，则可以兼顾组件体积和能量损失的考虑。

现有技术的电源供应器通常包括一变压器、一回授电路，以及一脉冲宽度调变集成电路(PWM IC)，并使用突发模式(burst mode)的设计来达到上述的降频功能。当回授电路判断是轻载时，脉冲宽度调变集成电路会增加控制信号的遮蔽周期长度，进而降低输出电压的频率以减少功耗。然而，由于现有技术中回授电路是设置在变压器的一次侧，在侦测变压器二次侧的负载变化需要响应时间，若负载突然发生变化时容易导致输出电压突然降低。因此，需要一种能够降低轻载功耗并维持稳定输出的电源供应电路。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能降低轻载功耗并维持稳定输出的电源供应电路。

为达到上述目的，本发明公开一种电源供应电路，其包括一主变压器、一第一负载监控电路、一脉冲宽度调变集成电路、一第二负载监控电路，以及一突发模式控制电路。所述主变压器包括用来接收一输入电压的一一次侧和用来提供一输出电压的一二次侧。所述第一负载监控电路设置在所述主变压器的所述一次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述一次侧的一第一电流以提供相对应的一第一侦测电压，并根据一第一控制信号来导通或切断所述第一电流的路径。所述脉冲宽度调变集成电路根据所述第一侦测电压的值来提供所述第一控制信号。所述第二负载监控电路设置在所述主变压器的所述二次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述二次侧的一第二电流以提供相对应的一第二侦测电压。所述突发模式控制电路，根据所述第二侦测电压的值来调整所述第一侦测电压的值。

附图说明

图1为本发明实施例中一种电源供应电路的示意图。

图2A和图2B为本发明实施例电源供应电路中第一负载监控电路运作的示意图。

图3A和图3B为本发明实施例电源供应电路中第二负载监控电路运作的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 第一负载监控电路

20 第二负载监控电路

30 脉冲宽度调变集成电路

40 突发模式控制电路

50 负载

100 电源供应电路

V_IN 输入电压

V_OUT 输出电压

I_IN 输入电流

I_OUT 输出电流

V_CS1-V_CS3 侦测电压

V_REF 参考电压

S1、S2 控制信号

TR1 主变压器

TR2 辅助变压器

P1-P4 接脚

R1 第一感测电阻

R2 第二感测电阻

R3、R4、Rf 电阻

Cf 电容

COMP 比较器

D1-D3 二极管

ZD 稽纳二极管

Q1 功率开关

Q2 辅助开关

T_ON、T_ON’ 开启周期

T_OFF、T_OFF’ 遮蔽周期

T_H、T_L 驱动周期

具体实施方式

图1为本发明实施例中一种电源供应电路100的示意图。电源供应电路100包括一主变压器TR1、一辅助变压器TR2、一第一负载监控电路10、一第二负载监控电路20、一脉冲宽度调变集成电路30，以及一突发模式控制电路40，可将一输入电压V_IN转换成一输出电压V_OUT以驱动一负载50。

主变压器TR1包括一次侧绕组(匝数NP1)和二次侧绕组(匝数NS1)，一次侧绕组耦接于输入电压V_IN，二次侧绕组耦接于负载50，流经一次侧的输入电流为I_IN，而流经二次侧的输出电流为I_OUT。在主变压器TR1的运作中，相关电压和电流的关系为V_IN/V_OUT＝I_OUT/I_IN＝NP1/NS1。在升压应用中，二次侧绕组的匝数NS1大于一次侧绕组的匝数NP1；在降压应用中，二次侧绕组的匝数NS1小于一次侧绕组的匝数NP1。然而，主变压器TR1中一次侧绕组的匝数NP1和二次侧绕组的匝数NS1并不限定本发明的范畴。

脉冲宽度调变集成电路30包括4个接脚P1-P4，接脚P1用来接收一侦测电压V_CS1，接脚P2用来输出一控制信号S1，接脚P3用来输出一参考电压V_REF，而接脚P4耦接至一接地电位。脉冲宽度调变集成电路30可根据侦测电压V_CS1的值来调整控制信号S1的遮蔽周期长度。

第一负载监控电路10设置在主变压器TR1的一次侧，其包括一第一感测电阻R1、一电阻Rf、一电容Cf，以及一功率开关Q1。功率开关Q1的控制端耦接至脉冲宽度调变集成电路30的接脚P2，可根据控制信号S1来导通或切断一次侧电流I_IN的路径。当主变压器TR1的一次侧电流I_IN流经功率开关Q1和感测电阻R1时会建立一侦测电压V_CS1，侦测电压V_CS1在通过由电阻Rf和电容Cf所组成的滤波器后会输入脉冲宽度调变集成电路30的接脚P1。当侦测电压V_CS1的值高于一预定电压时，脉冲宽度调变集成电路30会判定负载50为重载，此时会通过接脚P2来输出具较短遮蔽周期长度的控制信号S1。当侦测电压V_CS1的值低于预定电压时，脉冲宽度调变集成电路30会判定负载50为轻载，此时脉冲宽度调变集成电路30会增加控制信号S1的遮蔽周期长度以启动降频功能，使得电源供应电路100进入突发模式下运作。

图2A和图2B为本发明实施例电源供应电路100中第一负载监控电路10运作时的示意图。图2A显示了在重载时控制信号S1的波形，由T_H来代表一个驱动周期的长度，每一驱动周期包括一开启周期T_ON和一遮蔽周期T_OFF。图2B显示了在轻载时控制信号S1的波形，由T_L来代表一个驱动周期的长度，每一驱动周期包括一开启周期T_ON’和一遮蔽周期T_OFF’。在控制信号S1为致能电位的开启周期T_ON和T_ON’内，设置在主变压器TR1一次侧的功率开关Q1为导通，此时主变压器TR1二次侧的输出电压V_OUT和输出电流I_OUT皆有输出。在控制信号S1为除能电位的遮蔽周期T_OFF和T_OFF’内，设置在主变压器TR1一次侧的功率开关Q1不导通，此时主变压器TR1二次侧的输出电压V_OUT和输出电流I_OUT皆为0。如前所述，当设置在主变压器TR1一次侧的第一负载监控电路10判断负载50为轻载时会启动降频功能(T_L>T_H)，进而使T_OFF’>T_OFF。如此一来，轻载下控制信号S1的整体开启周期长度会缩短且开启/关闭的切换频率会降低，使得功率开关Q1不会像是在重载下如此频繁地切换导通，进而达到降低功率损耗的目的。

在本发明实施例中，第二负载监控电路20设置在主变压器TR1的二次侧，其包括一第二感测电阻R2，用来侦测主变压器TR1的二次侧电流I_OUT以提供相对应的一侦测电压V_CS2。辅助变压器TR2包括一次侧绕组(匝数NP2)和二次侧绕组(匝数NS2)，其中NS2>NP2。辅助变压器TR2的一次侧绕组耦接于侦测电压V_CS2，而辅助变压器TR2的二次侧绕组耦接于突发模式控制电路40，可将侦测电压V_CS2升压成一侦测电压V_CS3，其中V_CS3/V_CS2＝NS2/NP2。

突发模式控制电路40包括一比较器COMP、二极管D1-D3、一稽纳二极管(Zenerdiode)ZD、电阻R3-R4，以及一辅助开关Q2。比较器COMP的正输入端耦接至脉冲宽度调变集成电路30的接脚P3以接收参考电压V_REF，负输入端耦接至辅助变压器TR2的二次侧以接收侦测电压V_CS3，而输出端耦接至稽纳二极管ZD的阴极。二极管D1的阳极通过电阻R3耦接至比较器COMP的输出端，而阴极耦接至辅助开关Q2的控制端。二极管D2的阳极耦接至脉冲宽度调变集成电路30的脚位P1，而阴极通过电阻R4耦接至辅助开关Q2的第一端。辅助开关Q2的第二端和稽纳二极管ZD的阳极皆耦接于接地电位。二极管D3的阳极耦接至辅助开关Q2的控制端，而阴极耦接至比较器COMP的输出端。二极管D3可提供一放电路径，以让储存在辅助开关Q2寄生电容上的电压能快速放电至接地电位。

当电源供应电路100在突发模式下运作时，第二负载监控电路20可直接于主变压器TR1的二次侧侦测输出电流I_OUT的变化。当侦测电压V_CS2在被辅助变压器TR2升压后所建立的侦测电压V_CS3大于参考电压V_REF时，此时比较器COMP会输出具除能电位的控制信号S2以关闭突发模式控制电路40，而脉冲宽度调变集成电路30会根据第一负载监控电路10所提供的侦测电压V_CS1来切换电源供应电路100的运作模式。

当负载50降低到相对应侦测电压V_CS3的值低于参考电压V_REF时，比较器COMP会输出具致能电位的控制信号S2以使稽纳二极管ZD在反向偏压下提供一崩溃电压(例如15V)，进而通过电阻R3和二极管D1所提供的放电路径来导通辅助开关Q2。当辅助开关Q2导通时，电阻R4和二极管D2所提供的放电路径会拉低接脚P1的电位，使得侦测电压V_CS1较不容易达到突发模式的脱离点(电压V_CS1的值高于预定电压)，进而增加充电器电路200在突发模式下运作的时间以扩大轻载范围，因此更能降低功耗。

图3A和图3B为本发明实施例中第二负载监控电路20运作的示意图。图3A显示了突发模式控制电路40被关闭时的输出电流I_OUT的波形，而图3B显示了突发模式控制电路40被开启时的输出电流I_OUT的波形。如图3A所示，当输出电流I_OUT低于0.6A时，设置在主变压器TR1一次侧的第一负载监控电路10会判定负载50为轻载，此时电源供应电路100会从正常模式切换到突发模式下运作(箭头A2)当输出电流I_OUT超过0.9A时，设置在主变压器TR1一次侧的第一负载监控电路10会判定负载50为重载，此时电源供应电路100会从突发模式切换到正常模式下运作(箭头A1)。如图3B所示，在设置在主变压器TR1一次侧的第一负载监控电路10判断负载50为轻载的情况下，当设置在主变压器TR1二次侧的第二负载监控电路20判断负载50为轻载，突发模式控制电路40会拉低接脚P1的电位以延长电源供应电路100在突发模式下运作的时间，此时输出电流I_OUT需超过1.3A充电器电路200才会从突发模式切换回正常模式下运作(箭头B1)。如图3A和图3B所示，当启动突发模式控制电路40时，轻载下突发模式的范围可从原先的0.3A增加到0.7A，因此能更节省功耗。

综上所述，本发明的电源供应电路100使用两组负载监控电路来侦测负载变化，在轻载时会降低输出电压的频率以减少功耗。由于第二负载监控电路设置在主变压器的二次侧，因此能迅速反应负载变化，在降频过程中亦能维持稳定输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源供应电路，其特征在于，包括：

一主变压器，其包括：

一一次侧，用来接收一输入电压；以及

一二次侧，用来提供一输出电压；

一脉冲宽度调变集成电路，其根据一第一侦测电压的值来提供一第一控制信号；

一第一负载监控电路，设置在所述主变压器的所述一次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述一次侧的一第一电流以提供相对应的所述第一侦测电压，并根据所述第一控制信号来导通或切断所述第一电流的路径，所述第一负载监控电路包括：

一功率开关，其包括：

一第一端，耦接至所述主变压器的所述一次侧；

一第二端；以及

一控制端，耦接至所述脉冲宽度调变集成电路以接收所述第一控制信号；以及

一第一感测电阻，耦接于所述功率开关的所述第二端和一接地电位之间；

一第一电阻，其包括：

一第一端，耦接于所述功率开关的所述第二端和所述第一感测电阻之间；以及

一第二端，耦接至所述脉冲宽度调变集成电路；以及

一电容，其包括：

一第一端，耦接于所述第一电阻的所述第二端和所述脉冲宽度调变集成电路之间；以及

一第二端，耦接至所述接地电位；

一第二负载监控电路，设置在所述主变压器的所述二次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述二次侧的一第二电流以提供相对应的一第二侦测电压；以及

一突发模式控制电路，其根据所述第二侦测电压的值来调整所述第一侦测电压的值。

2.如权利要求1所述的电源供应电路，其特征在于，所述第二负载监控电路包括一第二感测电阻。

3.如权利要求1所述的电源供应电路，其特征在于，所述脉冲宽度调变集成电路另用来：

当所述第一侦测电压的值高于一预定电压时，提供具一第一驱动周期的所述第一控制信号；且

当所述第一侦测电压的值不高于所述预定电压时，提供具一第二驱动周期的所述第一控制信号，其中所述第一驱动周期的长度小于所述第二驱动周期的长度，且所述第一驱动周期中一第一遮蔽周期的长度小于所述第二驱动周期中一第二遮蔽周期的长度。

4.一种电源供应电路，其特征在于，包括：

一主变压器，其包括：

一一次侧，用来接收一输入电压；以及

一二次侧，用来提供一输出电压；

一第一负载监控电路，设置在所述主变压器的所述一次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述一次侧的一第一电流以提供相对应的一第一侦测电压，并根据一第一控制信号来导通或切断所述第一电流的路径；

一脉冲宽度调变集成电路，其根据所述第一侦测电压的值来提供所述第一控制信号；

一第二负载监控电路，设置在所述主变压器的所述二次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述二次侧的一第二电流以提供相对应的一第二侦测电压；以及

一突发模式控制电路，其根据所述第二侦测电压的值来调整所述第一侦测电压的值，所述突发模式控制电路包括：

一比较器，其包括：

一正输入端，耦接至所述脉冲宽度调变集成电路以接收一参考电压；

一负输入端，用来接收相关于所述第二侦测电压的一第三侦测电压；以及

一输出端，用来根据所述第三侦测电压和所述参考电压之间的关系来输出一第二控制信号；

一稽纳二极管，其包括：

一阳极，耦接至一接地电位；以及

一阴极，耦接至所述比较器的所述输出端；

一第一电阻和一第二电阻；

一第一二极管，其包括：

一阳极，其通过所述第一电阻耦接至所述比较器的所述输出端；以及

一阴极；

一第二二极管，其包括：

一阳极，耦接至所述第一侦测电压；以及

一阴极；以及

一辅助开关，其包括：

一第一端，其通过所述第二电阻耦接至所述第二二极管的所述阴极；

一第二端，耦接至所述接地电位；以及

一控制端，耦接至所述第一二极管的所述阴极。

5.如权利要求4所述的电源供应电路，其特征在于，所述突发模式控制电路更包括：

一第三二极管，其包括：

一阳极，耦接至所述辅助开关的所述控制端；以及

一阴极，耦接至所述比较器的所述输出端。

6.如权利要求4所述的电源供应电路，其特征在于，更包括一辅助变压器，用来升压所述第二侦测电压以提供相对应的所述第三侦测电压。

7.如权利要求4所述的电源供应电路，其特征在于：

当所述第三侦测电压的值高于所述参考电压时，所述比较器输出具一除能电位的所述第二控制信号以关闭所述突发模式控制电路；且

当所述第三侦测电压的值不高于所述参考电压时，所述比较器输出具一致能电位的所述第二控制信号以使所述稽纳二极管在一反向偏压下运作。

8.如权利要求7所述的电源供应电路，其中：

当所述第三侦测电压的值不高于所述参考电压时，所述稽纳二极管在所述反向偏压下运作时提供一崩溃电压，以通过所述第一电阻和所述第一二极管所提供的一第一放电路径来导通所述辅助开关，进而通过所述第二二极管、所述第二电阻和所述辅助开关所提供的一第二放电路径来拉低所述第一侦测电压的值。

9.如权利要求4所述的电源供应电路，其特征在于，所述脉冲宽度调变集成电路另用来：

当所述第一侦测电压的值高于一预定电压时，提供具一第一驱动周期的所述第一控制信号；且

当所述第一侦测电压的值不高于所述预定电压时，提供具一第二驱动周期的所述第一控制信号，其中所述第一驱动周期的长度小于所述第二驱动周期的长度，且所述第一驱动周期中一第一遮蔽周期的长度小于所述第二驱动周期中一第二遮蔽周期的长度。

10.一种电源供应电路，其特征在于，包括：

一主变压器，其包括：

一一次侧，用来接收一输入电压；以及

一二次侧，用来提供一输出电压；

一第一负载监控电路，设置在所述主变压器的所述一次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述一次侧的一第一电流以提供相对应的一第一侦测电压，并根据一第一控制信号来导通或切断所述第一电流的路径；

一脉冲宽度调变集成电路，用来：

根据所述第一侦测电压的值来提供所述第一控制信号；

当所述第一侦测电压的值高于一预定电压时，提供具一第一驱动周期的所述第一控制信号；且

当所述第一侦测电压的值不高于所述预定电压时，提供具一第二驱动周期的所述第一控制信号，其中所述第一驱动周期的长度小于所述第二驱动周期的长度，且所述第一驱动周期中一第一遮蔽周期的长度小于所述第二驱动周期中一第二遮蔽周期的长度；

一第二负载监控电路，设置在所述主变压器的所述二次侧，用来侦测流经所述主变压器的所述二次侧的一第二电流以提供相对应的一第二侦测电压；以及

一突发模式控制电路，其根据所述第二侦测电压的值来调整所述第一侦测电压的值。

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