CN1404205A - 电源供应装置 - Google Patents

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Abstract

一电源供应装置，包括：一切换电路，它包括一初级侧电源传动电路；一主变压器与一次级侧电源传动电路，以及一电压反馈电路，串接于该输出电压与该输入电压之间。该电压反馈电路包括一反馈控制电路，用以检测该输出电压，并相应所检测到的输出电压输出一电压反馈信号；一控制电路，用以输出一第一振荡信号至该初级侧电源传动电路；以及一磁性元件，串接于该反馈控制电路与该控制电路之间，以及一整流电路，串接于该反馈控制电路与该磁性元件之间。

Description

电源供应装置
(1)技术领域
本发明有关一种电源供应装置。
(2)背景技术
如图1所示，一交换式电压调节器(switching regulator)作为一基本的电源供应装置，一般是包括一电源级电路(power stage circuit)以及一电压反馈电路(voltage feedback circuit)。电源级电路主要包括一切换电路(switchingcircuit)，它包括一主变压器(main transformer)T1、一初级侧电源传动电路(primary power train circuit)111、一控制电路114以及两个电压开关Q1与Q2。该初级侧电源传动电路111是用以接收一输入电压Vin，并且依据一振荡脉冲信号112来提供一输出电压至主变压器T1的初级侧(primary side)。该振荡脉冲信号112是由一初级侧控制电路(primary control circuit)113所提供，其是连接至该初级侧电源传动电路111且较佳为一波宽调变集成电路(PWM IC)所组成，如一3843或3844系列集成电路芯片。控制电路114是用来输出切换控制信号以分别控制两电压开关Q1与Q2的开/关状态切换，藉以经由两电压开关Q1与Q2的切换动作以对主变压器T1的次级侧(secondary side)的电压进行整流。该电源级电路还包括一输出低通滤波器(output low-pass filter)115，它包括一电感1151与一电容1152以提供一直流(DC)输出电压至一负载110。而产生切换控制信号以导通或关闭电晶体开关Q1与Q2的控制电路114一般而言是由一振荡脉冲信号119所驱动以启始其控制功能，以便使得主变压器T1的次级侧L12上的电压可以与振荡脉冲信号119的相位同步地整流。
另外，为了稳定交换式电压调节器的输出电压Vo，一电压反馈电路有必要耦接于交换式电压调节器的输出端Vo与输入电压Vin之间。该电压反馈电路包括一次级侧反馈控制电路(secondary feedback control circuit)117，它检测直流输出电压Vo并相应该输出电压Vo而产生一电压反馈控制信号(voltage feedbackcontrol signal)。该电压反馈电路还包括一光耦合器(photo coupler)116，它串接于该次级侧反馈控制电路117与初级侧控制电路113之间，用以将电压反馈控制信号耦接至初级侧控制电路113，以启动初级侧控制电路113的电压反馈控制功能。这样，直流输出电压Vo便可藉由光耦合器116与主变压器T1的初级侧L11以及次级侧L12隔绝开来。
如上所述，为了确保控制电压开关Q1与Q2的开/关状态的控制电路114能够将主变压器T1的次级侧L12上的电压整流至一所想要的电压，一振荡脉冲信号119有需要提供予控制电路114，使得控制电路114可将主变压器T1的次级侧L12上的电压与振荡脉冲信号119的相位同步地整流。该振荡脉冲信号119一般是由耦接至初级侧控制电路113的一驱动变压器T2所传送。驱动变压器T2的初级侧是自初级侧控制电路113接收一振荡脉冲信号，且同时一相等的振荡脉冲信号119是感应于驱动变压器T2的次级侧端。所感应的振荡脉冲信号119是作为用来驱动控制电路114对主变压器T1的次级侧L12上的电压藉由电压开关Q1与Q2的切换运作进行整流的驱动信号。
仍请见于图1，为了启动次级侧反馈控制电路117本身的控制功能，一外部备用电源118为必要连接至次级侧反馈控制电路117以提供足够的电源来启动次级侧反馈控制电路117。图2、图3以及图4是说明图1的交换式电压调节器的数个改良的电路组态。在图4中，用以将交换式电压调节器的直流输出电压Vo隔绝于主变压器T1的初级侧L11以及次级侧L12的光耦合器是自电压反馈电路中移除，且一磁性元件T3是耦接于初级侧控制电路113与次级侧反馈控制电路117之间，用以将电压反馈控制信号自次级侧反馈控制电路117耦接至初级侧控制电路113。一整流电路20还进一步串接于磁性元件T3与次级侧反馈控制电路117之间，用以将磁性元件T3的次级侧上所感应的电压整流成一直流电压，并且所整流的直流电压是作为用来启动次级侧反馈控制电路117的备用电源。
然而，光耦合器的效能极易受周围温度以及入射光线所影响，且因此习知电源供应装置的平均失效时间(mean time before failure，MTBF)将会逐渐缩短。此外，电源供应装置的磁性元件数量将是决定电源供应装置体积大小的一重要因素。若电源供应装置所具有的磁性元件越多，电源供应装置的体积也越大。另外，在一电源供应装置中具有大量的磁性元件是暗示性地表示电源供应装置的电路架构将会极为复杂，其有可能成为在设计能符合简易且低成本要件的电源供应装置时的一项阻碍。
(3)发明内容
因此本发明的目的是提供一种使用寿命长、元件少、结构简单和体积小的电源供应装置，它可将驱动主变压器的次级侧的控制电路完成同步整流、耦接电压反馈控制信号至变压器初级侧的控制电路，以及提供启动电压反馈控制电路所需的备用电源等功能整合于一单一磁性元件。
根据本发明的一方面提供一种用以调节一输入电压以提供一输出电压至一负载的电源供应装置，它包括：一电源级电路，它包括一切换电路以接收与整流一输入电压，以及一输出滤波器，用以提供一输出电压至一负载；以及一电压反馈电路，它耦接于该输出电压与输入电压之间。其中该电压反馈电路包括：一反馈控制电路，用以检测该输出电压并相应所检测到的输出电压输出一电压反馈控制信号；一控制电路，用以输出一第一振荡信号至该切换电路；一磁性元件，串接于该反馈控制电路与该控制电路之间，用以自该控制电路接收一第二振荡信号并将该第二振荡信号耦接至该切换电路，以及将该电压反馈控制信号耦接至该控制电路；以及一整流电路，串接于该反馈控制电路与该磁性元件之间，用以将该第二振荡信号整流成一备用电压，以启动该反馈控制电路。
该切换电路还包括：一主变压器；一第一电源传动电路，它耦接至该主变压器的初级侧；以及一第二电源传动电路，它耦接至该主变压器的次级侧。更进一步根据本发明的一较佳实施例，该输出滤波器至少包括一电容，并且该第一振荡信号与该第二振荡信号为一振荡脉冲信号。该第一振荡信号是用以驱动该第一电源传动电路以调节该输入电压以提供一电压至主变压器的初级侧，且该第二振荡信号是用以同步化第二电源传动电路以整流主变压器的初级侧上的电压。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)附图说明
图1是显示根据习知技术的一种典型交换式电压调节器的一电路方块图；
图2至图4是显示数个由图1的典型交换式电压调节器的电路组态改进所得的电路方块图，；
图5是根据本发明的一第一较佳实施例的交换式电压调节器；以及
图6至图11是展示本发明的交换式电压调节器的其他数个实施例，在其中一单一磁性元件是包含于交换式电压调节器的电压反馈电路中。
(5)具体实施方式
请参见图5，本发明一较佳实施例的交换式电压调节器包括一电源级电路(power stage circuit)以及一电压反馈电路(voltage feedback circuit)。该电源级电路主要包括一切换电路(switching circuit)，它包括一主变压器T1、一初级侧电源传动电路(primary power train circuit)111，它用以接受一输入电压Vin并根据一第一振荡脉冲信号112而提供一电压至主变压器T1的初级侧L11，以及一次级侧电源传动电路(secondary power traincircuit)120。该初级侧控制电路(primary control circuit)113是用以输出振荡脉冲信号至初级侧电源传动电路111，使得初级侧电源传动电路111可调节输入电压Vin以输出所想要的电压至主变压器T1的初级侧L11。该次级侧电源传动电路120一般是由一控制电路以及一对电压开关(未图示)所组成，且它是组态设定以将主变压器T1的次级侧L12上的电压整流成所想要的一电压。该次级侧电源传动电路120是藉由其中的电压开关的切换动作来对主变压器T1的次级侧L12上的电压进行整流。该次级侧电源传动电路120的电压开关的切换动作是由该次级侧电源传动电路120中的控制电路来控制。然而为了要启动次级侧电源传动电路120的控制功能，一振荡脉冲信号122对次级侧电源传动电路120而言是必要的，以驱动它将主变压器T1的次级侧L12上的电压与振荡脉冲信号122的相位同步地进行整流。该电源级电路还包括一输出滤波器115，它包括一电感1151与一电容1152且耦接于次级侧电源传动电路120与一接地端之间，用以提供一直流输出电压Vo至一负载110。
如上所述，为了稳定电源供应装置的输出电压Vo，一电压反馈电路设置于交换式电压调节器的输出电压Vo与输入电压Vin之间。在图5中，该电压反馈电路是由一次级侧反馈控制电路(secondary feedback control circuit)117、该初级侧控制电路113连同一单一磁性元件T2所组成。本发明最为显著的特点集中在该单一磁性元件T2。关于该单一磁性元件T2的功能及电路动作方式，将结合有关附图说明如下。
如图5所示，当一输入电压馈入至初级侧电源传动电路111时，该初级侧控制电路113将会连续送出一第二振荡脉冲信号121至单一磁性元件T2的第一线圈L21。与此同时，该初级侧控制电路113将会送出一第一振荡脉冲信号112至初级侧电源传动电路111以驱动初级侧电源传动电路111，且第二振荡脉冲信号121在相位上是领先于第一振荡脉冲信号112。接着，相等于该第二振荡脉冲信号121的一振荡脉冲信号122将相对应地感应于单一磁性元件T2的第二线圈L22上。该振荡脉冲信号122将传送至切换电路的次级侧电源传动电路120，以驱动它将主变压T1的次级侧L12上的电压与第二振荡脉冲信号121的相位同步地进行整流。更进一步地，该振荡脉冲信号122将经由二极管D1(其作用为一整流电路)而被整流成一直流电压，且于电路节点N1所指的经过整流的直流电压是被用来作为启动次级侧反馈控制电路117的备用电源。
当由初级侧控制电路113耦接至次级侧电源传动电路120的第二振荡脉冲信号121关闭时，单一磁性元件T2的第一线圈L21便开始输出与该第二振荡脉冲信号121具有相反相位关系的一第一电压反馈控制信号VFB1。同时，一组第二电压反馈控制信号VFB2是藉由整流二极管D2的整流动作而产生于电路节点N2。用以检测直流输出电压Vo的大小的次级侧反馈控制电路117将会依据所检测到的直流输出电压Vo来调整第二电压反馈控制信号VFB2的振幅。在这种方式下，第一电压反馈控制信号VFB1的振幅将会受到影响，藉以调整提供至初级侧电源传动电路111的第一振荡脉冲信号112的忙闲度(duty cycle)以完成磁反馈操作。
于图6至图11中的电路运作原理与电路结构是与图5的交换式电压调节器的电路运作原理与电路结构相似，而并非需要对图6至图11的交换式电压调节器的电路运作与电路架构进行更进一步地讨论。
简言之，本发明提供一单一磁性元件，它能够提供一同步信号以驱动次级侧电源传动电路来同步地对主变压器的次级侧上的电压进行整流，将电压反馈控制信号自电压反馈电路的反馈控制电路耦接至主变压器的初级侧上的控制电路，以稳定电源供应装置的输出电压，并消除提供一备用电源以启动电压反馈电路的反馈控制电路的需求。本发明是将光耦合器、驱动变压器以及外部备用电源所提供的功能整合于一单一磁性元件中，因而可减少电源供应装置在电路设计上的复杂度，并且改善电源供应装置的平均失效时间(meantime before failure，MTBF)。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种电源供应装置，其特征在于，包括：
一电源级电路，包括一切换电路，用以接收并整流一输入电压，以及一输出滤波器，用以提供一输出电压至一负载；以及
一电压反馈电路，耦接于该输出电压与该输入电压之间，该电压反馈电路包括：一反馈控制电路，用以检测该输出电压并相应该输出电压而输出一电压反馈控制信号；一控制电路，用以输出一第一振荡信号至该切换电路，以及一磁性元件，串接于该反馈控制电路与该控制电路之间，用以自该控制电路接收一第二振荡信号并将该第二振荡信号耦接至该切换电路，并且将该电压反馈控制信号耦接至该控制电路。
2.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该切换电路包括：一主变压器；一第一电源传动电路、耦接至该主变压器的一初级侧线圈；以及一第二电源传动电路，耦接至该主变压器的一次级侧线圈。
3.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该输出滤波器至少包括一电容。
4.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该第一振荡信号与该第二振荡信号为一振荡脉冲信号。
5.一种电源供应装置，其特征在于，包括：
一电源级电路，它包括：一切换电路，用以接收并整流一输入电压，以及一输出滤波器，用以提供一输出电压至一负载；以及
一电压反馈电路，耦接于该输出电压与该输入电压之间，其中，该电压反馈电路包括：一反馈控制电路，用以检测该输出电压并相应该输出电压而输出一电压反馈控制信号；一控制电路，用以输出一第一振荡信号至该切换电路；以及一磁性元件，串接于该反馈控制电路与该控制电路之间，用以自该控制电路接收一第二振荡信号并将该第二振荡信号耦接至该切换电路，以及一整流电路，串接于该反馈控制电路与该磁性元件之间，用以将该第二振荡信号整流成一备用电源以启动该反馈控制电路。
6.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，该切换电路包括：一主变压器；一第一电源传动电路，耦接至该主变压器的一初级侧线圈；以及一第二电源传动电路，耦接至该主变压器的一次级侧线圈。
7.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，该输出滤波器至少包括一电容。
8.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，该第一振荡信号与该第二振荡信号为一振荡脉冲信号。
9.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，该磁性元件是组态设定以将该电压反馈控制信号耦接至该控制电路。
10.一种电源供应装置，其特征在于，包括：
一电源级电路，包括一切换电路，用以接收并整流一输入电压，以及一输出滤波器，用以提供一输出电压至一负载；以及
一电压反馈电路，耦接于该输出电压与该输入电压之间，其中，该电压反馈电路包括：一反馈控制电路，用以检测该输出电压并相应该输出电压而输出一电压反馈控制信号；一控制电路，用以输出一第一振荡信号至该切换电路；以及一磁性元件，串接于该反馈控制电路与该控制电路之间，用以自该控制电路接收一第二振荡信号并将该第二振荡信号耦接至切换电路，并且将该电压反馈控制信号耦接至该控制电路，以及一整流电路，串接于该反馈控制电路与该磁性元件之间，用以将该第二振荡信号整流成一备用电源以启动该反馈控制电路。
11.如权利要求10所述的电源供应装置，其特征在于，该切换电路包括一主变压器；一第一电源传动电路，耦接至该主变压器的一初级侧线圈；以及一第二电源传动电路，耦接至该主变压器的一次级侧线圈。
12.如权利要求10所述的电源供应装置，其特征在于，该输出滤波器至少包括一电容。
13.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该第一振荡信号与该第二振荡信号为一振荡脉冲信号。
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