CN219018686U - 改良型切换式电源转换装置 - Google Patents

Abstract

一种改良型切换式电源转换装置，包含一电源转换电路、一取样电路、一信号增益调整电路、一频率限制电路及一脉冲宽度调制控制器。该取样电路被配置为检测该电源转换电路以得到一取样信号并传送该取样信号至该信号增益调整电路；该信号增益调整电路被配置为调整该取样信号以得到一控制信号并传送该控制信号至该频率限制电路；该脉冲宽度调制控制器被配置为依据该控制信号控制该脉冲宽度调制控制器的一工作频率。

Description

改良型切换式电源转换装置

技术领域

本实用新型有关于一种切换式电源转换装置，特别是一种改良型切换式电源转换装置。

背景技术

脉冲宽度调制控制器在切换式电源转换装置中扮演着重要的角色，系用以控制并切换功率开关以输出电压至后端负载。

相关技术的脉冲宽度调制控制器可分类为第一型脉冲宽度调制控制器及第二型脉冲宽度调制控制器；如果相关技术的脉冲宽度调制控制器的外部电阻的电阻值反比于相关技术的脉冲宽度调制控制器切换功率开关的工作频率(亦即，如果外部电阻的电阻值越大，则工作频率越低；如果外部电阻的电阻值越小，则工作频率越高)，则此脉冲宽度调制控制器属于第一型脉冲宽度调制控制器；如果相关技术的脉冲宽度调制控制器的外部电阻的电阻值正比于相关技术的脉冲宽度调制控制器切换功率开关的工作频率(亦即，如果外部电阻的电阻值越大，则工作频率越高；如果外部电阻的电阻值越小，则工作频率越低)，则此脉冲宽度调制控制器属于第二型脉冲宽度调制控制器。脉冲宽度调制控制器的规格书(datasheet)可以被查询以确认脉冲宽度调制控制器是属于第一型脉冲宽度调制控制器或第二型脉冲宽度调制控制器，以协助电路设计人员设计功率开关的工作频率。

然而，不管是第一型脉冲宽度调制控制器或第二型脉冲宽度调制控制器，由于上述外部电阻的电阻值在产品制造完成后是固定的，因此相关技术的脉冲宽度调制控制器切换功率开关的工作频率也会是固定的；固定的工作频率的缺点在于：如果该固定的工作频率为高，则轻载时效率较低；如果该固定的工作频率为低，则重载时磁性元件容易饱和。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种改良型切换式电源转换装置。

为达成本实用新型的上述目的，本实用新型的改良型切换式电源转换装置包含：一电源转换电路；一取样电路，该取样电路电性连接至该电源转换电路；一信号增益调整电路，该信号增益调整电路电性连接至该取样电路；一频率限制电路，该频率限制电路电性连接至该信号增益调整电路；及一脉冲宽度调制控制器，该脉冲宽度调制控制器电性连接至该电源转换电路及该频率限制电路，其中，该取样电路被配置为检测该电源转换电路以得到一取样信号并传送该取样信号至该信号增益调整电路；该信号增益调整电路被配置为调整该取样信号以得到一控制信号并传送该控制信号至该频率限制电路；该脉冲宽度调制控制器被配置为依据该控制信号控制该脉冲宽度调制控制器的一工作频率。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该脉冲宽度调制控制器包含：一振荡器时序控制电路，该振荡器时序控制电路电性连接至该频率限制电路，其中，该振荡器时序控制电路包含：一内部电压源，该内部电压源电性连接至该频率限制电路，其中，该内部电压源被配置为传送一内部电压至该频率限制电路以对应地产生一内部电流；该频率限制电路被配置为基于该控制信号改变该内部电流以限制该工作频率的一最高工作频率及一最低工作频率。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该频率限制电路包含：一第一电阻，该第一电阻电性连接至该脉冲宽度调制控制器；及一第二电阻，该第二电阻电性连接至该脉冲宽度调制控制器、该信号增益调整电路及该第一电阻，其中，如果该频率限制电路的一电阻值反比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器属于一第一型脉冲宽度调制控制器；如果该频率限制电路的该电阻值正比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器属于一第二型脉冲宽度调制控制器；其中，如果该脉冲宽度调制控制器属于该第一型脉冲宽度调制控制器，则该第一电阻被配置为设定该最低工作频率，且该第二电阻被配置为设定该最高工作频率，且该信号增益调整电路被配置为：当该取样信号小于一第一数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为等于该内部电压；当该取样信号介于该第一数值及一第二数值之间时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为反比于该取样信号；当该取样信号大于该第二数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为一第一电平；其中，如果该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器，则该第一电阻被配置为设定该最高工作频率，且该第二电阻被配置为设定该最低工作频率，且该信号增益调整电路被配置为：当该取样信号小于该第一数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为该第一电平；当该取样信号介于该第一数值及该第二数值之间时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为正比于该取样信号；当该取样信号大于该第二数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为等于该内部电压。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该脉冲宽度调制控制器更包含：一脉冲宽度调制控制电路，该脉冲宽度调制控制电路电性连接至该电源转换电路及该振荡器时序控制电路；一比较器，该比较器电性连接至该电源转换电路及该脉冲宽度调制控制电路；及一比较器参考电压源，该比较器参考电压源电性连接至该比较器，其中，该电源转换电路包含：一电压反馈电路，该电压反馈电路电性连接至该脉冲宽度调制控制器；及一输出端，该输出端电性连接至该电压反馈电路，其中，该振荡器时序控制电路更包含：一电流镜子电路，该电流镜子电路电性连接至该内部电压源；及一振荡器，该振荡器电性连接至该电流镜子电路及该脉冲宽度调制控制电路，其中，该电流镜子电路被配置为依据该内部电流对应地产生一振荡器电流并传送该振荡器电流至该振荡器；该振荡器被配置为依据该振荡器电流产生具有该工作频率的一工作时脉并传送该工作时脉至该脉冲宽度调制控制电路；该电压反馈电路被配置为检测该输出端的一输出电压以产生一反馈信号并传送该反馈信号至该比较器；该比较器被配置为比较该反馈信号及该比较器参考电压源所提供的一比较器参考电压以产生一责任周期信号并传送该责任周期信号至该脉冲宽度调制控制电路。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该脉冲宽度调制控制器属于该第一型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一反相放大器。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一非反相放大器。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一电压跟随器。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该信号增益调整电路包含：一数字转模拟转换器，该数字转模拟转换器电性连接至该频率限制电路；一微控制器，该微控制器电性连接至该数字转模拟转换器；及一模拟转数字转换器，该模拟转数字转换器电性连接至该微控制器及该取样电路。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该电源转换电路更包含：一功率开关，该功率开关电性连接至该脉冲宽度调制控制器；一输入端，该输入端电性连接至该功率开关；一变压器，该变压器电性连接至该功率开关；及一整流滤波电路，该整流滤波电路电性连接至该变压器、该电压反馈电路及该输出端，其中，该脉冲宽度调制控制电路被配置为依据该工作时脉的该工作频率及该责任周期信号控制该功率开关。

再者，在如上所述的本实用新型的改良型切换式电源转换装置的一具体实施例当中，该取样电路包含：一输出端取样子电路，该输出端取样子电路电性连接至该电源转换电路及该信号增益调整电路；及一输入端取样子电路，该输入端取样子电路电性连接至该电源转换电路及该信号增益调整电路，其中，该输出端取样子电路被配置为检测该电源转换电路以得到一第一取样信号；该输入端取样子电路被配置为检测该电源转换电路以得到一第二取样信号；该取样电路被配置为整合该第一取样信号及该第二取样信号以得到该取样信号。

本实用新型的功效在于避免由于固定的工作频率所造成的以下问题：如果固定的工作频率为高，则轻载时效率较低；如果固定的工作频率为低，则重载时磁性元件容易饱和。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型的改良型切换式电源转换装置的第一具体实施例的方块图。

图2为本实用新型的改良型切换式电源转换装置的第二具体实施例的方块图。

图3为本实用新型的改良型切换式电源转换装置的第三具体实施例的方块图。

图4为本实用新型的该信号增益调整电路的第四具体实施例的电路图。

图5为本实用新型的该第一取样信号、该第二取样信号及该取样信号的另一实施例的逻辑关系图。

图6为本实用新型的该脉冲宽度调制控制器及该频率限制电路的一具体实施例的电路方块图。

图7为本实用新型的该信号增益调整电路的第一具体实施例的电路图。

图8为应用至本实用新型的负增益控制方案的该取样信号对照该控制信号的一具体实施例的示意图。

图9为图8的该取样信号对照该工作频率的示意图。

图10为本实用新型的该信号增益调整电路的第二具体实施例的电路图。

图11为本实用新型的该信号增益调整电路的第三具体实施例的电路图。

图12为应用至本实用新型的正增益控制方案的该取样信号对照该控制信号的一具体实施例的示意图。

图13为图12的该取样信号对照该工作频率的示意图。

其中，附图标记：

10:改良型切换式电源转换装置

20:负载

30:电源供应装置

102:电源转换电路

104:取样电路

106:信号增益调整电路

108:频率限制电路

110:脉冲宽度调制控制器

112:输出端取样子电路

114:输入端取样子电路

116:功率开关

118:输入端

120:变压器

122:整流滤波电路

124:电压反馈电路

126:输出端

128:内部电压源

130:脉冲宽度调制控制电路

132:比较器

134:振荡器时序控制电路

136:电流镜子电路

138:振荡器

140:输出电流

142:输入电源

144:数字转模拟转换器

146:微控制器

148:模拟转数字转换器

150:比较器参考电压源

152:输出电压

154:比较器参考电压

156:责任周期信号

158:输入电流

160:反相输入端

162:非反相输入端

164:输出端

166:第一电源端

168:第二电源端

CLK:工作时脉

Iosc:振荡器电流

IR1:第一电阻电流

IR2:第二电阻电流

IRT:内部电流

OPA:运算放大器

R1:第一电阻

R2:第二电阻

R3:第三电阻

R4:第四电阻

Vcc:正电压源

Vcon:控制信号

Vfb:反馈信号

vref:参考信号源

VRT:内部电压

Vs:取样信号

Vsa:第一数值

Vsb:第二数值

Vs1:第一取样信号

Vs2:第二取样信号

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参考图1，其系为本实用新型的改良型切换式电源转换装置10的第一具体实施例的方块图。如图1所示，本实用新型的一种改良型切换式电源转换装置10系应用于一负载20及一电源供应装置30，该改良型切换式电源转换装置10系用以接收来自该电源供应装置30的一输入电源142并转换该输入电源142以供电至该负载20；该改良型切换式电源转换装置10包含一电源转换电路102、一取样电路104、一信号增益调整电路106、一频率限制电路108及一脉冲宽度调制控制器110，该电源转换电路102包含一功率开关116、一输入端118、一变压器120、一整流滤波电路122、一电压反馈电路124及一输出端126，上述该些元件彼此电性连接。

该取样电路104被配置为检测该电源转换电路102以得到一取样信号Vs并传送该取样信号Vs至该信号增益调整电路106；该信号增益调整电路106被配置为调整该取样信号Vs(亦即，调整该取样信号Vs的一信号电平)以得到一控制信号Vcon并传送该控制信号Vcon至该频率限制电路108；该脉冲宽度调制控制器110被配置为依据该控制信号Vcon控制该脉冲宽度调制控制器110的一工作频率(容后详述)。

该取样电路104可为例如但本实用新型不限制为电压传感器、电流传感器或霍尔(Hall)传感器；如果该取样电路104为电压传感器，则该取样信号Vs为电压信号；如果该取样电路104为电流传感器或霍尔传感器，则该取样信号Vs为电流信号。该功率开关116可为例如但本实用新型不限制为双极结型晶体管(BJT)或金氧半场效晶体管(MOSFET)。该整流滤波电路122被配置为将该功率开关116所产生的切换动作，经整流元件(例如二极管)及滤波电路(例如电感电容滤波器)整流为直流信号。该脉冲宽度调制控制器110可为例如但本实用新型不限制为市面上任何类型的脉冲宽度调制控制器。

请参考图2，其系为本实用新型的改良型切换式电源转换装置10的第二具体实施例的方块图；图2所示的元件与图1所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。

请参考图3，其系为本实用新型的改良型切换式电源转换装置10的第三具体实施例的方块图；图3所示的元件与图1所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。如图3所示，该取样电路104包含一输出端取样子电路112及一输入端取样子电路114，该输出端取样子电路112及该输入端取样子电路114系电性连接至该电源转换电路102及该信号增益调整电路106。该输出端取样子电路112被配置为检测该电源转换电路102以得到一第一取样信号Vs1；该输入端取样子电路114被配置为检测该电源转换电路102以得到一第二取样信号Vs2；该取样电路104被配置为整合该第一取样信号Vs1及该第二取样信号Vs2以得到该取样信号Vs。

该输出端取样子电路112及该输入端取样子电路114可为例如但本实用新型不限制为电压传感器、电流传感器或霍尔传感器；如果该输出端取样子电路112及该输入端取样子电路114为电压传感器，则该第一取样信号Vs1及该第二取样信号Vs2为电压信号；如果该输出端取样子电路112及该输入端取样子电路114为电流传感器或霍尔传感器，则该第一取样信号Vs1及该第二取样信号Vs2为电流信号。

请参考图5，其系为本实用新型的该第一取样信号Vs1、该第二取样信号Vs2及该取样信号Vs的另一实施例的逻辑关系图；图5系为如何达成上述的该取样电路104被配置为整合该第一取样信号Vs1及该第二取样信号Vs2以得到该取样信号Vs的另一实施例。如图5所示，该取样信号Vs系为该第一取样信号Vs1加上该第二取样信号Vs2；亦即，该第一取样信号Vs1及该第二取样信号Vs2同时地被考虑及处理以形成该取样信号Vs。

请复参考图1、图2及图3；该取样电路104可如图1所示设置在该输出端126，或者该取样电路104可如图2所示设置在该输入端118，或者该取样电路104(包含了该输出端取样子电路112及该输入端取样子电路114)可如图3所示同时地设置在该输出端126及该输入端118。再者，该取样电路104亦可连接至该功率开关116以得到该取样信号Vs，或者是该取样电路104亦可连接至该电源转换电路102的任何地方以得到该取样信号Vs。

请参考图6，其系为本实用新型的该脉冲宽度调制控制器110及该频率限制电路108的一具体实施例的电路方块图；图6所示的元件与图1所示的元件相同者，为简洁因素，故于此不再重复其叙述。如图6所示，该脉冲宽度调制控制器110包含一脉冲宽度调制控制电路130、一比较器132、一振荡器时序控制电路134及一比较器参考电压源150，该振荡器时序控制电路134包含一内部电压源128、一电流镜子电路136及一振荡器138，该频率限制电路108包含一第一电阻R1及一第二电阻R2，上述该些元件彼此电性连接。

如上所述，该脉冲宽度调制控制器110可为例如但本实用新型不限制为市面上任何类型的脉冲宽度调制控制器，因此该脉冲宽度调制控制电路130、该比较器132、该振荡器时序控制电路134、该比较器参考电压源150、该内部电压源128、该电流镜子电路136及该振荡器138亦可为例如但本实用新型不限制为在市面上任何类型的脉冲宽度调制控制器之内的元件。

在本实用新型的一具体实施例但不限制本实用新型，在图1及图6当中，移除该取样电路104、该信号增益调整电路106及该第二电阻R2可得到应用于市面上的脉冲宽度调制控制器的周边电路；此应用于市面上的脉冲宽度调制控制器的周边电路具有一端接地且另一端连接至内部电压源128的第一电阻R1，内部电压源128传送内部电压VRT至第一电阻R1以对应地产生内部电流IRT，使用者改变第一电阻R1以改变内部电流IRT，脉冲宽度调制控制器检测到内部电流IRT的改变以对应地改变功率开关116的工作频率(亦即，切换频率)。

在此，脉冲宽度调制控制器可分类为第一型脉冲宽度调制控制器及第二型脉冲宽度调制控制器；如果第一电阻R1的电阻值反比于工作频率(亦即，如果电阻值越大，则工作频率越低；如果电阻值越小，则工作频率越高)，则该脉冲宽度调制控制器110属于第一型脉冲宽度调制控制器；如果第一电阻R1的电阻值正比于工作频率(亦即，如果电阻值越大，则工作频率越高；如果电阻值越小，则工作频率越低)，则该脉冲宽度调制控制器110属于第二型脉冲宽度调制控制器；脉冲宽度调制控制器的规格书(datasheet)可以被查询以确认脉冲宽度调制控制器是属于第一型脉冲宽度调制控制器或第二型脉冲宽度调制控制器。然而，不管是第一型脉冲宽度调制控制器或第二型脉冲宽度调制控制器，由于第一电阻R1的电阻值在产品制造完成后是固定的，因此工作频率也会是固定的；固定的工作频率的缺点在于：如果该固定的工作频率为高，则轻载时效率较低；如果该固定的工作频率为低，则重载时磁性元件容易饱和。

本实用新型的工作频率可以随着该取样信号Vs的幅度而改变，以避免上述固定的工作频率所造成的问题。请复参考本实用新型的图1，该取样信号Vs系由该取样电路104检测该输出端126的一输出电流140所得；请复参考本实用新型的图2，该取样信号Vs系由该取样电路104检测该输入端118的一输入电流158所得；请复参考本实用新型的图3，该取样信号Vs系由该输出端取样子电路112检测该输出端126的该输出电流140且该输入端取样子电路114检测该输入端118的该输入电流158所得(例如，利用上述图3及图5的内容)。请复参考本实用新型的图1、图2及图3，该取样信号Vs系正比于该负载20的幅度，亦即该负载20越轻则该取样信号Vs越小，该负载20越重则该取样信号Vs越大。

该内部电压源128被配置为传送一内部电压VRT至该频率限制电路108以对应地产生一内部电流IRT；该电流镜子电路136被配置为依据该内部电流IRT对应地产生一振荡器电流Iosc并传送该振荡器电流Iosc至该振荡器138；该振荡器138被配置为依据该振荡器电流Iosc产生具有该工作频率的一工作时脉CLK并传送该工作时脉CLK至该脉冲宽度调制控制电路130。

该电压反馈电路124被配置为检测该输出端126的该输出电压152以产生一反馈信号Vfb并传送该反馈信号Vfb至该比较器132；该比较器132被配置为比较该反馈信号Vfb及该比较器参考电压源150所提供的一比较器参考电压154以产生一责任周期(duty cycle)信号156并传送该责任周期信号156至该脉冲宽度调制控制电路130；该脉冲宽度调制控制电路130被配置为依据该工作时脉CLK的该工作频率及该责任周期信号156控制该功率开关116，其中该责任周期信号156系用以达到该输出电压152稳定的目的。

在本实用新型中，如果该频率限制电路108的一电阻值(亦即，该第一电阻R1及该第二电阻R2的总电阻值)反比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器110属于该第一型脉冲宽度调制控制器；如果该频率限制电路108的该电阻值正比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器110属于该第二型脉冲宽度调制控制器。本实用新型提供一种负增益控制方案以针对该第一型脉冲宽度调制控制器，并提供一种正增益控制方案以针对该第二型脉冲宽度调制控制器。

对于该第一型脉冲宽度调制控制器来说，该频率限制电路108的该电阻值反比于该工作频率，且当该内部电流IRT增加时(亦即，该频率限制电路108的该电阻值减小)，该振荡器电流Iosc、该工作时脉CLK及该工作频率都会增加，而当该内部电流IRT减小时(亦即，该频率限制电路108的该电阻值增加)，该振荡器电流Iosc、该工作时脉CLK及该工作频率都会减小。

对于该第二型脉冲宽度调制控制器来说，该频率限制电路108的该电阻值正比于该工作频率，且当该内部电流IRT减小时(亦即，该频率限制电路108的该电阻值增加)，该振荡器电流Iosc、该工作时脉CLK及该工作频率都会增加，而当该内部电流IRT增加时(亦即，该频率限制电路108的该电阻值减小)，该振荡器电流Iosc、该工作时脉CLK及该工作频率都会减小。

请参考图7，其系为本实用新型的该信号增益调整电路106的第一具体实施例的电路图；图7系为针对该第一型脉冲宽度调制控制器的负增益控制方案。如图7所示，该信号增益调整电路106系为一反相放大器，包含一运算放大器OPA、一第三电阻R3及一第四电阻R4，该运算放大器OPA具有一反相输入端160、一非反相输入端162、一输出端164、一第一电源端166及一第二电源端168，该非反相输入端162连接至一参考信号源vref，该第一电源端166连接至一正电压源Vcc，该第二电源端168接地。

请参考图8，其系为应用至本实用新型的负增益控制方案的该取样信号Vs对照该控制信号Vcon的一具体实施例的示意图，并请同时参考图7。图8主要在说明图7的该反相放大器接收该取样信号Vs以输出该控制信号Vcon的状态。首先，须知反相放大器的固有的电气特性为：输出信号会反比于输入信号，但输出信号的最大值与最小值会分别受限于该第一电源端166所连接的该正电压源Vcc以及该第二电源端168所连接的一第一电平(亦即，以图7来说是接地)。

因此，当该取样信号Vs介于一第一数值Vsa及一第二数值Vsb之间时，该信号增益调整电路106(亦即，该反相放大器)被配置为输出该控制信号Vcon为反比于该取样信号Vs(亦即，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越小；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越大)。

但是，该控制信号Vcon会受限于该第二电源端168所连接的该第一电平(亦即，以图7来说是接地)；因此，不管该取样信号Vs变得多大，该控制信号Vcon最小就是零；亦即，当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该信号增益调整电路106被配置为输出该控制信号Vcon为该第一电平(亦即，零电压)。其中，藉由对该反相放大器进行适当的电路设计(属于一般反相放大器的电路设计范畴)，即可设计出适当的该第二数值Vsb，使得当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该控制信号Vcon为零电压。

而且，该控制信号Vcon也会受限于该第一电源端166所连接的该正电压源Vcc；因此，不管该取样信号Vs变得多小，该控制信号Vcon最大就是等于该正电压源Vcc，而本实用新型是设计该控制信号Vcon最大就是(例如但不限制本实用新型)等于该内部电压VRT，其中该正电压源Vcc(例如5伏特)大于该内部电压VRT(例如2伏特)；亦即，当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该信号增益调整电路106被配置为输出该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT。其中，藉由对该反相放大器进行适当的电路设计(属于一般反相放大器的电路设计范畴)，即可设计出适当的该第一数值Vsa及该控制信号Vcon，使得当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT。

请复参考图6，该频率限制电路108被配置为基于该控制信号Vcon改变(设定)该内部电流IRT以限制该工作频率的一最高工作频率及一最低工作频率，兹详述如下：

请参考图9，其系为图8的该取样信号Vs对照该工作频率的示意图，并请同时参考图6及图8。如上所述，当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT；此时，在图6当中，由于该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT，因此流经该第二电阻R2的一第二电阻电流IR2为零，该内部电流IRT等于流经该第一电阻R1的一第一电阻电流IR1，该频率限制电路108的该电阻值(亦即，该第一电阻R1及该第二电阻R2的总电阻值)在缺乏该第二电阻R2的情况下将会变为最大(因为该第一电阻R1及该第二电阻R2为并联)；如上所述，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第一型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值反比于该工作频率；因此，在该频率限制电路108的该电阻值为最大的情况下，该工作频率为最低，此时仅有流经该第一电阻R1的该第一电阻电流IR1，因此该第一电阻R1被配置为设定该工作频率的该最低工作频率；亦即，改变该第一电阻R1即可改变该最低工作频率。

如上所述，当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该控制信号Vcon为零电压(亦即，相当于接地)；此时，在图6当中，由于该控制信号Vcon为零电压，因此该内部电流IRT等于该第一电阻电流IR1加上该第二电阻电流IR2，该频率限制电路108的该电阻值在该第一电阻R1完全地并联至该第二电阻R2的情况下将会变为最小；如上所述，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第一型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值反比于该工作频率；因此，在该频率限制电路108的该电阻值为最小的情况下，该工作频率为最高；因为该第一电阻R1已用来设定该最低工作频率，所以该第二电阻R2被配置为设定该最高工作频率；亦即，改变该第二电阻R2即可改变该最高工作频率。

如上所述，当该取样信号Vs介于该第一数值Vsa及该第二数值Vsb之间时，该控制信号Vcon为反比于该取样信号Vs(亦即，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越小；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越大)；此时，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第一型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值反比于该工作频率；因此，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越小，该频率限制电路108的该电阻值越小，该工作频率逐渐地上升；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越大，该频率限制电路108的该电阻值越大，该工作频率逐渐地下降。

上述图7、图8及图9系为针对该第一型脉冲宽度调制控制器的负增益控制方案，而以下描述的图10、图11、图12及图13系为针对该第二型脉冲宽度调制控制器的正增益控制方案。

请参考图10，其系为本实用新型的该信号增益调整电路106的第二具体实施例的电路图；请参考图11，其系为本实用新型的该信号增益调整电路106的第三具体实施例的电路图；图10及图11系为针对该第二型脉冲宽度调制控制器的正增益控制方案。如图10所示，该信号增益调整电路106系为一非反相放大器，包含一运算放大器OPA、一第三电阻R3及一第四电阻R4，该运算放大器OPA具有一反相输入端160、一非反相输入端162、一输出端164、一第一电源端166及一第二电源端168，该反相输入端160透过该第四电阻R4连接至一参考信号源vref，该第一电源端166连接至一正电压源Vcc，该第二电源端168接地。如图11所示，该信号增益调整电路106系为一电压跟随器，包含一运算放大器OPA，该运算放大器OPA具有一反相输入端160、一非反相输入端162、一输出端164、一第一电源端166及一第二电源端168，该第一电源端166连接至一正电压源Vcc，该第二电源端168接地。

请参考图12，其系为应用至本实用新型的正增益控制方案的该取样信号Vs对照该控制信号Vcon的一具体实施例的示意图，并请同时参考图10及图11。图12主要在说明图10的该非反相放大器及图11的该电压跟随器接收该取样信号Vs以输出该控制信号Vcon的状态。首先，须知非反相放大器及电压跟随器的固有的电气特性为：输出信号会正比于输入信号，但输出信号的最大值与最小值会分别受限于该第一电源端166所连接的该正电压源Vcc以及该第二电源端168所连接的一第一电平(亦即，以图10及图11来说是接地)。

因此，当该取样信号Vs介于一第一数值Vsa及一第二数值Vsb之间时，该信号增益调整电路106(亦即，该非反相放大器及该电压跟随器)被配置为输出该控制信号Vcon为正比于该取样信号Vs(亦即，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越大；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越小)。

但是，该控制信号Vcon会受限于该第二电源端168所连接的该第一电平(亦即，以图10及图11来说是接地)；因此，不管该取样信号Vs变得多小，该控制信号Vcon最小就是零；亦即，当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该信号增益调整电路106被配置为输出该控制信号Vcon为该第一电平(亦即，零电压)。其中，藉由对该非反相放大器及该电压跟随器进行适当的电路设计(属于一般非反相放大器及电压跟随器的电路设计范畴)，即可设计出适当的该第二数值Vsa，使得当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该控制信号Vcon为零电压。

而且，该控制信号Vcon也会受限于该第一电源端166所连接的该正电压源Vcc；因此，不管该取样信号Vs变得多大，该控制信号Vcon最大就是等于该正电压源Vcc，而本实用新型是设计该控制信号Vcon最大就是(例如但不限制本实用新型)等于该内部电压VRT，其中该正电压源Vcc(例如5伏特)大于该内部电压VRT(例如2伏特)；亦即，当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该信号增益调整电路106被配置为输出该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT。其中，藉由对该非反相放大器及该电压跟随器进行适当的电路设计(属于一般非反相放大器及电压跟随器的电路设计范畴)，即可设计出适当的该第二数值Vsb及该控制信号Vcon，使得当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT。

请复参考图6，该频率限制电路108被配置为基于该控制信号Vcon改变(设定)该内部电流IRT以限制该工作频率的一最高工作频率及一最低工作频率，兹详述如下：

请参考图13，其系为图12的该取样信号Vs对照该工作频率的示意图，并请同时参考图6及图12。如上所述，当该取样信号Vs大于该第二数值Vsb时，该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT；此时，在图6当中，由于该控制信号Vcon为等于该内部电压VRT，因此流经该第二电阻R2的一第二电阻电流IR2为零，该内部电流IRT等于流经该第一电阻R1的一第一电阻电流IR1，该频率限制电路108的该电阻值(亦即，该第一电阻R1及该第二电阻R2的总电阻值)在缺乏该第二电阻R2的情况下将会变为最大(因为该第一电阻R1及该第二电阻R2为并联)；如上所述，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第二型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值正比于该工作频率；因此，在该频率限制电路108的该电阻值为最大的情况下，该工作频率为最高，此时仅有流经该第一电阻R1的该第一电阻电流IR1，因此该第一电阻R1被配置为设定该工作频率的该最高工作频率；亦即，改变该第一电阻R1即可改变该最高工作频率。

如上所述，当该取样信号Vs小于该第一数值Vsa时，该控制信号Vcon为零电压(亦即，相当于接地)；此时，在图6当中，由于该控制信号Vcon为零电压，因此该内部电流IRT等于该第一电阻电流IR1加上该第二电阻R2，该频率限制电路108的该电阻值在该第一电阻R2完全地并联至该第二电阻R2的情况下将会变为最小；如上所述，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第二型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值正比于该工作频率；因此，在该频率限制电路108的该电阻值为最小的情况下，该工作频率为最低；因为该第一电阻R1已用来设定该最高工作频率，所以该第二电阻R2被配置为设定该最低工作频率；亦即，改变该第二电阻R2即可改变该最低工作频率。

如上所述，当该取样信号Vs介于该第一数值Vsa及该第二数值Vsb之间时，该控制信号Vcon为正比于该取样信号Vs(亦即，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越大；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越小)；此时，在该脉冲宽度调制控制器110属于该第二型脉冲宽度调制控制器的情况下，该频率限制电路108的该电阻值正比于该工作频率；因此，如果该取样信号Vs越大，则该控制信号Vcon越大，该频率限制电路108的该电阻值越大，该工作频率逐渐地上升；如果该取样信号Vs越小，则该控制信号Vcon越小，该频率限制电路108的该电阻值越小，该工作频率逐渐地下降。

请参考图4，其系为本实用新型的该信号增益调整电路106的第四具体实施例的电路图；如图4所示，该信号增益调整电路106包含一数字转模拟转换器144、一微控制器146及一模拟转数字转换器148，该微控制器146系电性连接至该数字转模拟转换器144及该模拟转数字转换器148。得利于该微控制器146，图4所示的该信号增益调整电路106可应用于该第一型脉冲宽度调制控制器及该第二型脉冲宽度调制控制器两者，且能如上所述限制该最高工作频率及该最低工作频率；亦即，该微控制器146被配置为控制该控制信号Vcon以决定该最高工作频率及该最低工作频率。

本实用新型的该改良型切换式电源转换装置10可应用的架构包含Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward、Half-Bridge及Full-Bridge等等。本实用新型的功效在于避免由于固定的工作频率所造成的以下问题：如果固定的工作频率为高，则轻载时效率较低；如果固定的工作频率为低，则重载时磁性元件容易饱和。亦即，请复参考图9或图13，当该负载20(如图1、图2及图3所示)为轻载时，工作频率可降低，借以减少切换损失(switching loss)以提高效率；当该负载20为重载时，工作频率可增加，借以避免磁性元件饱和，并且磁性元件的体积可被缩小。

此外，脉冲宽度调制控制器为了避免输出信号误动作，通常会有前沿消隐时间(Leading Edge Blanking Time，TLEB)的设定；当无载或轻载时，因为责任周期极小，如果脉冲导通时间(Ton)小于TLEB，则脉冲宽度调制控制器容易不稳定，进而产生输出不稳定(谐波，harmonic)的问题；因此，本实用新型在轻载时降低工作频率，使Ton大于TLEB，借以减少TLEB所造成的输出不稳定的情况。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种改良型切换式电源转换装置，其特征在于，包含：

一电源转换电路；

一取样电路，该取样电路电性连接至该电源转换电路；

一信号增益调整电路，该信号增益调整电路电性连接至该取样电路；

一频率限制电路，该频率限制电路电性连接至该信号增益调整电路；及

一脉冲宽度调制控制器，该脉冲宽度调制控制器电性连接至该电源转换电路及该频率限制电路，

其中，该取样电路被配置为检测该电源转换电路以得到一取样信号并传送该取样信号至该信号增益调整电路；该信号增益调整电路被配置为调整该取样信号以得到一控制信号并传送该控制信号至该频率限制电路；该脉冲宽度调制控制器被配置为依据该控制信号控制该脉冲宽度调制控制器的一工作频率。

2.如权利要求1所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该脉冲宽度调制控制器包含：

一振荡器时序控制电路，该振荡器时序控制电路电性连接至该频率限制电路，

其中，该振荡器时序控制电路包含：

一内部电压源，该内部电压源电性连接至该频率限制电路，

其中，该内部电压源被配置为传送一内部电压至该频率限制电路以对应地产生一内部电流；该频率限制电路被配置为基于该控制信号改变该内部电流以限制该工作频率的一最高工作频率及一最低工作频率。

3.如权利要求2所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该频率限制电路包含：

一第一电阻，该第一电阻电性连接至该脉冲宽度调制控制器；及

一第二电阻，该第二电阻电性连接至该脉冲宽度调制控制器、该信号增益调整电路及该第一电阻，

其中，如果该频率限制电路的一电阻值反比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器属于一第一型脉冲宽度调制控制器；如果该频率限制电路的该电阻值正比于该工作频率，则该脉冲宽度调制控制器属于一第二型脉冲宽度调制控制器；

其中，如果该脉冲宽度调制控制器属于该第一型脉冲宽度调制控制器，则该第一电阻被配置为设定该最低工作频率，且该第二电阻被配置为设定该最高工作频率，且该信号增益调整电路被配置为：当该取样信号小于一第一数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为等于该内部电压；当该取样信号介于该第一数值及一第二数值之间时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为反比于该取样信号；当该取样信号大于该第二数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为一第一电平；

其中，如果该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器，则该第一电阻被配置为设定该最高工作频率，且该第二电阻被配置为设定该最低工作频率，且该信号增益调整电路被配置为：当该取样信号小于该第一数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为该第一电平；当该取样信号介于该第一数值及该第二数值之间时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为正比于该取样信号；当该取样信号大于该第二数值时，该信号增益调整电路被配置为输出该控制信号为等于该内部电压。

4.如权利要求3所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该脉冲宽度调制控制器更包含：

一脉冲宽度调制控制电路，该脉冲宽度调制控制电路电性连接至该电源转换电路及该振荡器时序控制电路；

一比较器，该比较器电性连接至该电源转换电路及该脉冲宽度调制控制电路；及

一比较器参考电压源，该比较器参考电压源电性连接至该比较器，

其中，该电源转换电路包含：

一电压反馈电路，该电压反馈电路电性连接至该脉冲宽度调制控制器；及

一输出端，该输出端电性连接至该电压反馈电路，

其中，该振荡器时序控制电路更包含：

一电流镜子电路，该电流镜子电路电性连接至该内部电压源；及

一振荡器，该振荡器电性连接至该电流镜子电路及该脉冲宽度调制控制电路，

其中，该电流镜子电路被配置为依据该内部电流对应地产生一振荡器电流并传送该振荡器电流至该振荡器；该振荡器被配置为依据该振荡器电流产生具有该工作频率的一工作时脉并传送该工作时脉至该脉冲宽度调制控制电路；该电压反馈电路被配置为检测该输出端的一输出电压以产生一反馈信号并传送该反馈信号至该比较器；该比较器被配置为比较该反馈信号及该比较器参考电压源所提供的一比较器参考电压以产生一责任周期信号并传送该责任周期信号至该脉冲宽度调制控制电路。

5.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该脉冲宽度调制控制器属于该第一型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一反相放大器。

6.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一非反相放大器。

7.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该脉冲宽度调制控制器属于该第二型脉冲宽度调制控制器；该信号增益调整电路为一电压跟随器。

8.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该信号增益调整电路包含：

一数字转模拟转换器，该数字转模拟转换器电性连接至该频率限制电路；

一微控制器，该微控制器电性连接至该数字转模拟转换器；及

一模拟转数字转换器，该模拟转数字转换器电性连接至该微控制器及该取样电路。

9.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该电源转换电路更包含：

一功率开关，该功率开关电性连接至该脉冲宽度调制控制器；

一输入端，该输入端电性连接至该功率开关；

一变压器，该变压器电性连接至该功率开关；及

一整流滤波电路，该整流滤波电路电性连接至该变压器、该电压反馈电路及该输出端，

其中，该脉冲宽度调制控制电路被配置为依据该工作时脉的该工作频率及该责任周期信号控制该功率开关。

10.如权利要求4所述的改良型切换式电源转换装置，其特征在于，其中，该取样电路包含：

一输出端取样子电路，该输出端取样子电路电性连接至该电源转换电路及该信号增益调整电路；及

一输入端取样子电路，该输入端取样子电路电性连接至该电源转换电路及该信号增益调整电路，

其中，该输出端取样子电路被配置为检测该电源转换电路以得到一第一取样信号；该输入端取样子电路被配置为检测该电源转换电路以得到一第二取样信号；该取样电路被配置为整合该第一取样信号及该第二取样信号以得到该取样信号。

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