CN1396698A - 切换型电源系统的轻重载变频电路及变频方法 - Google Patents

Abstract

一种切换型电源系统的轻重载变频电路及变频方法，适用于切换型电源系统上。本轻重载变频电路具有一个控制集成电路，一个反馈电路，以及一个时钟控制发生电路。其中，控制集成电路包括一个时钟信讯号发生端与一个反馈输入端，时钟信号发生端用以产生一个时钟信号。反馈电路处理切换型电源系统的输出，并将处理后所得的反馈信号反馈至反馈输入端。时钟控制发生电路电性耦接于反馈输入端，并根据反馈信号改变所产生的控制信号，并根据此控制信号以调整时钟信号发生端的时钟频率。

Description

切换型电源系统的轻重载变频电路及变频方法

技术领域

本发明涉及一种切换型电源系统，且特别涉及一种切换型电源系统的轻重载变频电路及变频方法。

背景技术

一般的切换型电源系统都是定频式的，也就是说，在面对瞬间重载(Surge_Load)的负载需求时，大多是直接将系统设计成可负荷此种较大负载的状态。这样的设计模式必须加大能量转换组件(如：变压器、电感、电容等)的容量，或是提高操作的频率以负荷此一瞬间的重载。然而，如此一来将使系统体积变大且整体效率降低，而在此同时，还会引发其它的问题，如：噪声及成本控制等。

而当相反的状况产生时，也就是当切换型电源系统在处理极轻载或空载(No_Load)时，一般会有节省电力(power_saving)的要求。要满足此种要求，一般公知技术是在轻载时直接将电源系统切换为低频操作，以减少切换组件切换时所造成的能量损失。

请参照图1，是公知技术所使用的切换型电源系统中的控制集成电路100及外部的相关电路。其中，切换型电源系统的输出在处理之后，经过反馈电路120传送到反馈输入端130中。而通过这样的反馈过程，控制集成电路100就可以得知负载的程度并借以调整系统输出的能量。当系统负载大于一设定值时(由系统设计者调整)，控制集成电路110脚的电压会切换为5伏特，此时系统的操作频率会较高。而当系统负载小于此设定值时，控制集成电路110脚的电压则为高阻抗(High_Z)，此时就会使操作频率降低。然而，这样的方法仅有高低两种频率作阶梯式的切换，在切换时容易引起震荡，且无法有效的满足瞬间重载的需求。

综上所述，公知技术有数项缺陷，现略述如下：

1.公知技术大多直接将系统设计成可负荷瞬间重载的状态，也就是，加大能量转换组件的容量。然而，如此一来将使系统体积变大且整体效率降低。此外，还会引发其它的问题，如：噪声及成本控制等；

2.部分公知技术所使用的切换型电源系统虽然具有两种操作频率，然而仅有高低两种频率作阶梯式的切换，在切换时容易引起震荡，且无法有效的满足瞬间重载的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种切换型电源系统的轻重载变频电路，适用于切换型电源系统上。本轻重载变频电路具有一个控制集成电路，一个反馈电路，以及一个时钟控制发生电路。其中，控制集成电路包括一个时钟信号发生端与一个反馈输入端，时钟信号发生端用以产生一个时钟信号。反馈电路处理切换型电源系统的输出，并将处理后所得的反馈信号反馈至反馈输入端中。时钟控制发生电路则电性耦接于反馈输入端上，以根据反馈信号改变所产生的控制信号，并根据此控制信号以调整时钟信号发生端的时钟频率。

此外，时钟控制发生电路可以包括一个时钟控制电路与一个时钟发生电路。而时钟控制电路又包括一个取样电路及一个频率调整电路。其中，取样电路输出对反馈信号进行取样所得的取样结果。频率调整电路则接收来自取样电路所输出的取样结果，并根据此取样结果，调整输出至时钟发生电路的控制信号。

本发明也提出一种切换型电源系统的轻重载变频方法，适用于具有一个控制集成电路的切换型电源系统上，且此控制集成电路具有一个时钟信号发生端。本轻重载变频方法首先从切换型电源系统的输出得到一个反馈信号。再参考此反馈信号调整时钟信号发生电路的时钟频率。

综上所述，本发明利用时钟控制电路，结合系统中原有的反馈电路以改变控制集成电路所产生的时钟频率，使得此时钟的频率与输出的负载间产生相关性，进而使切换型电源系统能够随着负载的变动而自动调整系统的操作频率。

附图说明

图1是公知技术中所使用的控制集成电路及外部相关的电路图；

图2是本发明的系统方框图；

图3是本发明中时钟控制电路与控制集成电路间的一较佳实施例的电路方框图；

图4是本发明中时钟控制电路的详细方框图与控制集成电路的一较佳实施例的电路方框图；

图5是本发明第一较佳实施例的轻重载变频电路的电路方框图；

图6是本发明第二较佳实施例的轻重载变频电路的电路图；

图7是本发明第三较佳实施例的轻重载变频电路的电路图。

图中标号分别为：

100、235、320、420、520、620、720：控制集成电路

120、225、310、410、510、610、710：光耦合器

130：反馈输入端

200：切换型电源系统

205：输入整流滤波器

210：变压器

215：输出整流滤波器

220：控制电路

230：时钟控制发生电路

330、530：时钟控制电路

340、450：时钟发生电路

540、640、740：电容

545、630、730、745：电阻

430：取样电路

440：频率调整电路

具体实施方式

请参照图2，是本发明的系统方框图。在切换型电源系统200中，包括一个输入整流滤波器205，变压器210，输出整流滤波器215，控制电路220，光耦合器225，时钟控制发生电路230以及控制集成电路235。由电源AC提供的交流电，在经过输入整流滤波器205进行滤波及整流后传送到变压器210上。之后，再经过输出整流滤波器215将变压器210的输出整流滤波后输出直流电压。此外，控制电路220以及光耦合器225组合成一个反馈电路。这个反馈电路在经过控制电路220与光耦合器225的处理之下，将切换型电源系统200的输出转换成一个反馈信号而传输到控制集成电路235中。此外，时钟控制发生电路230也根据所得到的反馈信号来调整控制集成电路所产生的时钟频率。

请参照图3，是本发明中时钟控制电路与控制集成电路的关系图。在轻重载变频电路300中，包括一个控制集成电路320，一个时钟控制电路330，以及一个时钟发生电路340。此外，上述的反馈电路在此仅以光耦合器310来表示，但不能因此限制本发明的范围。其中，反馈电路(光耦合器310)以前述的方法将切换型电源系统的输出经处理后所得的反馈信号Vx，反馈至控制集成电路320的反馈输入端F.B.。在此同时，时钟控制电路330电性耦接于反馈输入端F.B.上，并根据此反馈信号改变所输出的控制信号。时钟发生电路340则电性耦接于时钟控制电路330上以接收此控制信号，并根据此控制信号调整时钟信号发生端Rt/Ct上的时钟频率。

请参照图4，是本发明中时钟控制电路的详细方框图与控制集成电路的关系图。轻重载变频电路400包括一个控制集成电路420，一个取样电路430，一个频率调整电路440，以及一个时钟发生电路450。取样电路430一端电性耦接至反馈输入端F.B.，另一端则电性耦接至频率调整电路440，用以对反馈输入端F.B.上的反馈信号进行取样。而频率调整电路440有一端电性耦接至取样电路430，另一端则电性耦接至时钟发生电路450。此外，时钟发生电路450则在时钟信号端Rt/Ct上产生时钟信号。其中，频率调整电路440是根据延迟取样电路430的取样结果，调整输出到时钟发生电路450上的控制信号的。

接下来请参照图5，是本发明第一较佳实施例的轻重载变频电路的电路图。在轻重载变频电路500中，包括一个控制集成电路520，一个时钟控制电路530，以及用以做为图3所示的时钟发生电路340的电阻电容电路。此电阻电容电路包括一个电阻545以及一个电容540。电阻545的两端分别电性耦接至参考电压点550与时钟信号发生端Rt/Ct及电容540。电容540的另一端则接地。此外，上述的反馈电路在此仅以光耦合器510来表示，但不应因此限制本发明的范围。由于时钟控制电路530会根据反馈信号而改变所输出的控制信号，而且在本实施例中，时钟控制电路530所输出的控制信号会直接累加(Superposition)在电阻545，电容540与时钟信号发生端Rt/Ct三者相电性耦接处的时钟信号上。因此，当反馈信号变大而导致控制信号也变大时，就会使得时钟信号发生端Rt/Ct产生的时钟信号的频率变快。反之，当反馈信号变小而导致控制信号也变小时，就会使得时钟信号发生端Rt/Ct产生的时钟信号的频率变慢。据此，就能以反馈信号的大小来改变时钟信号的频率。

接下来请参照图6，是本发明第二较佳实施例的轻重载变频电路的电路图。在轻重载变频电路600中，包括一个控制集成电路620，一电阻电路630以及一电容640。其中电阻电路630即图3中的时钟控制电路330且与电容640形成图3中的时钟发生电路340。此外，上述的反馈电路在此仅以光耦合器610来表示，但不应因此限制本发明的范围。由于反馈电路(光耦合器610)所反馈的反馈信号与切换型电源系统的输出负载成正比关系，负载越大，反馈信号越高(有一定的上限)；负载小，反馈信号也较小。由于此反馈信号直接通过时钟控制电路(在本实施例中为电阻630)而影响控制集成电路620的时钟信号发生端Rt/Ct，同时也成为时钟发生电路(在本实施例中为电阻630与电容640)的工作电压。故当负载大，反馈信号的电压高的时候，时钟信号发生端Rt/Ct上的时钟电压变化速率就会变高，所产生的时钟频率也就随之加高。反之，当负载小，反馈信号的电压变低的时候，所产生的时钟频率也就会随之降低。

接下来请参照图7，是本发明第三较佳实施例的轻重载变频电路的电路方框图。在本实施例中，轻重载变频电路700包括一个控制集成电路720，一个用来做为时钟控制电路的电阻730，以及用来做为时钟发生电路的电阻电容电路。此电阻电容电路包括一个电阻745以及一个电容740。其中，电阻的两端分别电性耦接至控制集成电路720的参考电压端Vref，以及时钟信号发生端Rt/Ct与电容740的一端上。电容740的另一端则接地(或接到控制集成电路720的接地端GND)。当由反馈电路(光耦合器710)所传输的反馈信号随负载大小成正比改变时，此反馈信号与控制集成电路的参考电压Vref同时对时钟发生电路产生叠加影响作用。因为负载越大，反馈信号的电压越高(有一定的上限)；负载小，反馈信号的电压也较小。因此控制集成电路720所产生的时钟频率也会因负载较大而较高频，负载较小而较低频。

必须注意的是，虽然在图7中的参考电压点为控制集成电路720上的参考电压点Vref，但这并非限定参考电压点必须是控制集成电路720上的电压点。也就是，参考电压点也可以是控制集成电路720之外的电压点，就如同图5中的参考电压点550一般。此外，虽然在上述的实施例中，时钟控制电路仅是简单电阻电路，其取样电路与频率控制电路已无法分辨，然而这并非用以限定本发明。事实上，任何可以接受反馈信号并影响时钟信号发生端的时钟频率的电路都可使用在本发明中。例如，类似晶体管等可对电路进行开关动作的组件，也可以用在本发明的轻重载变频电路中的各电路中，例如时钟控制电路与时钟发生电路。

综上所述，现将本发明的优点略述如下。本发明利用时钟控制电路与时钟发生电路调整时钟信号发生端的时钟频率，使得切换型电源系统能够随着负载的变动，自动地调整操作频率。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉该项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种调整与润饰，均未脱离本发明的保护范围，而本发明的保护范围应当以权利要求书所限定的为准。

Claims (12)

1.一种切换型电源系统的轻重载变频电路，适用于切换型电源系统上，其特征在于：包括：

一控制集成电路，包括一时钟信号发生端与一反馈输入端，该时钟信号发生端用以产生一时钟信号；

一反馈电路，处理该切换型电源系统的输出，并将处理后所得的一反馈信号反馈至该反馈输入端中；

一时钟控制发生电路，电性耦接于该反馈输入端上，并根据反馈信号所产生的一控制信号，调整时钟信号发生端所产生的时钟频率。

2.根据权利要求1述的轻重载变频电路，其特征在于：该时钟控制发生电路，包括：

一时钟控制电路，电性耦接于该反馈输入端上，以根据该反馈信号改变所输出的该控制信号；

一时钟发生电路，电性耦接于该时钟控制电路上以接收该控制信号，并根据该控制信号以调整该时钟信号发生端所产生的时钟频率。

3.根据权利要求2所述的轻重载变频电路，其特征在于：该时钟控制电路是一电阻电路。

4.根据权利要求2所述的轻重载变频电路，其特征在于：该时钟控制电路是一电阻电容电路。

5.根据权利要求2所述的轻重载变频电路，其特征在于：该时钟控制电路包括：

一取样电路，输出对该反馈信号进行取样所得的取样结果；

一频率调整电路，该频率调整电路接收来自该取样电路所输出的取样结果，并根据该取样电路的取样结果，调整输出的该控制信号。

6.一种切换型电源系统的轻重载变频电路，适用于切换型电源系统上，其特征在于：包括：

一控制集成电路，包括一时钟信号发生端与一反馈输入端，该时钟信号发生端用以产生一时钟信号；

一反馈电路，处理该切换型电源系统的输出，并将处理后所得的一反馈信号反馈至该反馈输入端中；

一电阻，一端电性耦接于该反馈输入端上，另一端则电性耦接至该时钟信号发生端；

一电容，一端电性耦接于该时钟信号发生端，另一端则接地。

7.一种切换型电源系统的轻重载变频电路，适用于切换型电源系统上，其特征在于：包括：

一控制集成电路，包括一时钟信号发生端与一反馈输入端，该时钟信号发生端用以产生一时钟信号；

一反馈电路，处理该切换型电源系统的输出，并将处理后所得的一反馈信号反馈至该反馈输入端中；

一第一电阻，一端电性耦接于该反馈输入端上，另一端则电性耦接至该时钟信号发生端；

一第二电阻，一端电性耦接于一参考电压，另一端则电性耦接至该时钟信号发生端；

一电容，一端电性耦接于该时钟信号发生端，另一端则接地。

8.一种切换型电源系统的轻重载变频方法，适用于切换型电源系统上，该切换型电源系统具有一控制集成电路，该控制集成电路具有一时钟信号发生端，其特征在于：该轻重载变频方法包括：

从该切换型电源系统的输出得到一反馈信号；

参考该反馈信号，以调整该时钟信号发生端的时钟信号。

9.根据权利要求8所述的轻重载变频方法，其特征在于：参考该反馈信号以调整该时钟信号发生端的时钟信号的步骤，包括：

取样该反馈信号，得到一取样结果；

将该取样结果传输至该时钟信号发生端。

10.根据权利要求8所述的轻重载变频方法，其特征在于：参考该反馈信号以调整该时钟信号发生端的时钟信号的步骤，包括：

取样该反馈信号，得到一取样结果；

根据该取样结果调整该时钟信号发生端的时钟频率。

11.根据权利要求10所述的轻重载变频方法，其特征在于：根据该取样结果调整该时钟信号发生端的该时钟的变换频率，是根据该取样结果而改变该时钟信号发生电路所需的工作电压。

12.一种切换型电源系统的轻重载变频方法，适用于切换型电源系统上，该切换型电源系统具有一控制集成电路，该控制集成电路具有一时钟信号发生端，该轻重载变频方法包括：

从该切换型电源系统的输出得到一反馈信号；

取样该反馈信号，得到一取样结果；

将该取样结果经处理后，对时钟发生端的时钟信号产生叠加作用。

Images