TW200828756A - Switch mode power supply systems - Google Patents

Description

200828756 九、發明說明： 【發明所屬之^技彳标領域】 本發明一般是關於用於感測一切換模式電源供應器 (SMPS)中之輸出電流，特別是利用一次側(primary ^丨和)感 5 測的方法和裝置。 我們將描述改良的技術，可以設計具有相對精確控制 的輸出電流限制之切換模式電源供應器，在實施例中不需 要在電源供應器之二次側（secondary side)上的電流感測元 10 件。 很多SMPS應用要求輸出電流被限制為或被保持在一 特定值。實現此的一方式是藉由包括位於轉換器之二次側 的某種形式之輸出電流感測，將此資訊傳送回位於一次側 的電源轉換控制器。這提供一種精確的電流感測方法，但 15導致產生額外二次側元件的成本。 藉由監控且限制一次侧切換電流至一特定值，一相對 粗糙的電流限制可被實現。藉由感測且對經過一次開關的 電流求積分、使積分器的時間常數與切換週期相關，以此 方式ΰ平估輸出電流’精確度可被改良。然而，在其它項中， 20以此方式感測輸出電流的精確度依靠電源轉換的效率、開 關的切換時間以及類似項。 與SMPS輸出電流控制相關的先前背景技術可在以下 各項中找到：美國專利號6,833,692 : Method and apparatus for maintaining an approximate constant current output 6 200828756 characteristic in a switched mode power supply ;美國專利號 6,781，357 ·· Method and apparatus for maintaining a constant load current with line voltage in a Switch Mode Power Supply;美國專利號6,977,824: Control circuit for controlling 5 output current at the primary side of a power converter ;美國 專利號6,862,194 ; Flyback power converter having a constant voltage and a constant current output under primary-side PWM control;美國專利號6,853,563 ·· Primary_side controlled flyback power converter ;以及美國專利號6,625,042 : Power 10 supply arrangement comprising a DC/DC converter with primary-side control loop ;美國專利號7,016,204 ·· close-loop PWM controller or primary-side controlled power converters ;以及EP 0 636 889A。此較後的文件闡述在其導 通間隔期間流過(一 SMPS的）電源開關的平均電流實質上與 15電源供應器的輸出電流成比例，該比例因數精確可知且是 常數，但事實上如果且僅如果SMPS的輸入電壓為常數這才 是正確的。 我們將描述用於感測一 SMPS之輸出電流且用於藉由 一次側感測來測量輸出電流的改良技術。 20 【發明内容】 依據本發明，提供一種用於評估一切換模式電源供應 器（SMPS)之輸出電流的模組，該smps包括一變壓器且具有 一電源切換装置，該變壓器具有至少一耦接到該SMps之一 輸入的一次繞組和一耦接到該s M p s之一輸出的二次繞 7 200828756 組，該電源切換裝置用於根據一驅動信號將電源切換至該 變壓器的該一次繞組，該模組包含：一電流感測輸入，用 以接收感測該變壓器之該一次繞組中之一電流的一電流感 測信號；一電壓感測輸入，用以接收來自該變壓器之該一 5 次或一輔助繞組的一電壓感測信號；一驅動信號輸入，用 以接收該驅動信號；一搞接到該驅動信號輸入和該電流感 測輸入的信號平均器，用以在該驅動信號控制該電源切換 裝置以施加電源到該一次繞組的一週期之上平均該電流感 測信號，且提供一已平均的電流感測信號；一搞接到該電 10 壓感測輸入的計時信號產生器，用以產生指示一週期之一 持績時間的一計時信號’在該週期期間’該二次繞組提供 電源給該SMPS輸出；一耦接到該信號平均器之一輸出和該 計時信號產生器之一輸出的乘法器，用以將該已平均的電 流感測信號乘以由該計時信號指示的該SMPS之一總循環 15 週期的一部分，在此期間該二次繞組提供電源給該SMPS輸 出；以及一耦接到該乘法器之一輸出的輸出，用以提供一 評估該SMPS之該輸出電流的信號。 廣泛而言，在實施例中，該模組決定在“充電”該變壓 器期間（即在二次側上放電之前增大儲存在磁場中的能量） 20 流入該變壓器或類似的磁能量儲存裝置之一次側的平均電 流。接著該結果被乘以表達為該SMPS之總循環時間之一部 分的二次側放電時間’即以Tdischarge/Tt〇tal乘以該結果。在一 些較佳實施例中，該平均器利用一低通濾波器被實現，以 平均一電流感測輸入信號，例如橫跨一電流感測電阻器的 200828756 一電壓或在某種其它方式中如利用一電流感剛變壓器。在 數個實施例中，該乘法也利用一低通濾波器被執行，特別 是藉由使用一開關，以選擇性耦接一低通濾波器的輸入至 需被乘的值或至一參考位準，例如地。藉由以具有一與爷 5二次侧放電時間成比例的工作週期（用以耦接一低通濾波 器的輸入至需被縮放的信號）的一控制信號驅動此開關，即 k仏具有一貝貝上專於Tdischarge/Ttotal之工作時間的控制信 號，在變壓器充電期間的該平均一次側電流可以由放電時 間縮放，如上所提到的。 10 在使用一或多個低通濾波器之模組的實施例中，較佳 地’低通濾波器的時間常數或數個時間常數較大，例如， 比濾波器在其上平均的週期大十倍。因此，較佳地，平均 一次側充電電流的低通濾波器應具有大於該開關驅動信號 之工作時間的時間常數，且實現乘法器功能的一低通濾波 15器之時間常數應該大於該SMPS的（最大）總循環時間。因 此’在一些較佳實施例中，這些低通濾波器的一或二者可 利用一切換式電容器電路被實現。在一些特別佳的實施例 中’這些低通濾波器的一或二者包括一時間切片的電阻性 70件’以有效地使得該低通濾波器的一電阻器顯得具有比 2〇其實際上具有的值大的值 。這促使達到此電路中一低通濾、 波裔的時間常數的期望長度。 5亥二次側放電時間可以利用一些方法之一被決定出， ^等方法的範例隨後被描述。然而在數個實施例中，該放 電時間可以由一計時信號產生器決定，該計時信號產生器 9 200828756 包含-比較器，用以將自該變麼器之一次或辅助繞組感測 到的電屋與-參考信號相比較以產生一計時信號。該參考 信號可以是一固定參考信號，例如一零交點，或可包含來 自遠SMPS之-輪出電壓模型的參考信號或某種i他參考 5信號。 ’、 本發明進-步提供—峨控㈣，包括如上所述的 -輸出電流評估模組。在較佳實施例中，該控制器包括一 控制模組’以比較該所評估之輸出電流與-目標或灸考輸 出電流，用於根據這兩個值之間的差異來控制該8刪。例 如《亥SMPS可以包含一驅動該電源切換裝置的振盈器，且 输制器可以控制該振盪器的—脈衝寬度和—脈衝财之 -或二者。在—些較佳實施例中，該控制模組具有一零點， 諸組配成抑制該輸出電流評估模組的—極點，較特別的 疋抑制該評估模組中-低通濾波器的一極點。在數個實施 15例中’這有助於簡化控制回路且從而促使實現改良的sMps 控制。 本發明進-步提供-包括如上所述之—模組及/或控 制器的SMPS。 本發明的實施例可被用於各種SMPS拓撲，包括但不限 2〇於一返驰式轉換器和一直接耦接的升壓轉換器。該變壓器 可包含一習知的變壓器或一自耦變壓器，且該二次側電壓 可在該一次繞組上（例如，利用一分壓器，其中此電壓高） 或利用該變壓器上的一輔助繞組被感測到。 該SMPS可以以一不連續導通模式(DCM)或以一連續 10 200828756 導通模式（CCM)或在二者的邊界處以—臨界導通模式操 作。 μ 5 10 15 在一相關層面，本發明提供一種評估一 SMpSi一輸出 電流的方法，該SMPS包括一變壓器，該變壓器具有至少一 搞接到該SMPS之-輸人的-次繞組和__接到該3聰之 一輸出的二次繞組，該方法包含以下步驟：感測該變壓器 之該一次繞組内的一電流；在電流正在該一次繞組内流動 的-週期上平均來自該所感測之電流的—信號，以提供一 平均電流信號；決定流職懸H之該二次繞組的電流之 放甩時間的-評估；以及利用該放電時間縮放該平均電 流信號，以評估該SMPS輸出電流。

+本發明仍進-步提供—種用於評估—SMp^一輸出 黾机的系統’ 3亥SMPS包括一變壓器，該變壓器具有至少一 輕接到4 SMPS之-輸人的—次繞組和—麵接到該sMpR -輸出的二次繞組，該系統包含：一輸入，用於感測該變 壓器之該—次繞組内的—電流；—平均器，用於在電流正 在该：次繞組流動的—週期之上平均來自該所感測之電流 的-信號’以提供-平均電流信號；—系統，用於決定流 亥#壓盗之該二次繞組的電流之-放電時間的-評估； 以及一系統，祕_錢電時間縮放該平均電流信號以 評估該SMPS輸出電流。 >熟悉相關技藝的人士可明白，本發明的上述層面和實 ^例可數位或類比硬體或二者的組合被實現。然而， —些較佳實施例特別適宜用於實質上類比的實現。 20 200828756 在仍進一步層面，本發明提供一切換式電容電阻器， 該切換式電容電阻器包含：第一和第二切換式電容電阻器 終端；一共同終端；一中間終端；一耦接在該中間終端和 該共同終端之間的電容器；以及一第一可控開關，耦接在 5 該第一終端和該中間終端之間；一第二可控開關，耦接在 該第二終端和該中間終端之間；以及至少一電阻器，在該 第一和第二終端之一和該中間終端之間與該第一和第二開 關之一串聯。 一般而言，一控制器可被提供用於為兩個開關提供非 10 重疊的控制信號，以控制該第一開關，從而電流從該第一 終端經過一第一電阻器流到該電容器上，接著離開該電容 器經過一第二電阻器到該第二終端。較佳地，該等控制信 號實質上是非重疊的，從而電荷被禁止從該第一終端直接 流向該第二終端。 15 本發明的此層面還提供一種實現一切換式電容電阻器 的方法，該方法包含以下步驟：在該切換式電容電阻器中 包括至少一電阻性元件，且利用一具有小於100%工作時間 的一工作週期的時間切片信號對該電阻性元件進行時間切 片，以增加該電阻性元件的一有效值。 20 圖式簡單說明 藉由僅舉例的方式且參考附圖，本發明的這些和其他 層面現在被進一步描述，其中： 第1圖顯示合併依據本發明之一 SMPS輸出電流評估模 組之一實施例的一切換模式電源供應器的範例； 12 200828756 第2圖顯示第1圖之SMPS的一可選擇之電流感測配置； 第3圖顯示第1圖之SMPS的一可選擇之電壓感測配置； 第4圖顯示說明第1圖之SMPS之操作的一組波形； 第5圖顯示實現第1圖之計時信號產生器（計時器）模組 5 的範例； 第6圖顯示利用低通濾波器實現第1圖之電流模型（CM) 模組的範例； 第7圖顯示利用一切換式電容器電路實現第6圖之低通 濾波器式電流模型的範例； 10 第8圖顯示利用具有時間切片電阻性元件的一切換式 電容器電路較佳實現第6圖之低通濾波器式電流模型的範 例； 第9圖顯示第7和8圖之電路的計時信號和切換控制波 形； 15 第10圖顯示實現第1圖之控制器（CTRL)模組的範例； 第11圖顯示第1圖所示的以一不連續導通模式(DCM) 操作的SMPS的一次侧充電和二次側放電波形，說明平均的 一次側和二次側電流； 第12圖說明一切換式電容(SC)電阻器的第一範例； 20 第13圖顯示依據本發明一層面的一切換式電容電阻器 的一實施例； 第14圖顯示第12圖和第13圖之切換式電容（SC)電路的 示範性切換控制波形。 C實施方式]1 13 200828756 廣泛而言，我們將描述使用低通濾波器來評估一切換 模式電源供應器（SMPS)中一變壓器之二次側上的電流的技 術。我們描述的技術在兩個時域中（放電時間（在二次側上） 和充電時間（在一次側上))將一次側電流平均兩次。 5 在較佳的實施例中，電源開關的驅動信號被用於感測 充電時間’該一次側上的電流時間被用於感測一次電流的 平均值’且來自二次繞組的反射電壓被用於感測該二次側 上的放電時間。較佳地，該等低通濾波器利用一修改的切 換式電容方案被實現，以減少被動元件的總大小。 10 參考第1圖，顯示了一典型的單開關返馳式SMPS的簡 化方塊圖。一DC源20被連接到與一個一次侧開關31和一電 流感測電阻30串聯的一變壓器21的一次繞組。該變壓器 21的二次繞組被連接到與一電容器2 3串聯的一輸出二極體 22。一負載24被橫跨連接到該輸出電容器23。該變壓器21 15上的一輔助繞組被連接在該D C供應器2 0之負端和一計時 器27之間以產生電壓感測信號VS。一次電流ip產生橫跨電 阻器30的電壓，以產生電流感測信號cs。驅動器25以DRIVE 信號控制開關31的導通時間和不導通時間。 藉由感測DRIVE、VS和CS信號，計時器方塊27產生兩 2〇 個計時信號T0和T卜T0代表充電時間，即，當一電流正流 過該變壓器21之一次側的時間。T1代表放電時間，即，當 一電流正流過該變壓器21之二次側的時間。 信號TO、T1和CS被用於電流模型（CM)方塊28中，以產 生一輸出電流模型信號OCM，其評估該SMPS的輸出電流。 14 200828756 (固定的）OCT信號代表二次繞組的目標輸出電流。OCM和 OCT被用於控制方塊26中，以一種使OCM信號朝向OCT收 斂的方式控制驅動器25。 感測電流的一可選擇的方式是將該電流感測電阻器3〇 5 放置在返回路徑中，如第2圖所示。感測電壓的一可選擇之 方式是使用該一次上的一電阻性分壓器（電阻器32和33)，如 第3圖所示，從而除去了輔助繞組。 計時器方塊 藉由感測DRIVE、VS和CS信號，該計時器方塊27產生 10 兩個計時信號T0和T1。T0代表充電時間，即，當一電流正 流過該變壓器21之一次側的時間。丁1代表放電時間，即， 當一電流正流過該變壓器21之二次側時的時間。該等信號 的波形在第4圖中被描繪。 第5圖顯示該計時器方塊27的一示範性實現。在此範例 15中，該信號DRIVE被用於直接產生T0，且在變壓器21之輔 助（或一次）繞組上感測到的反射二次側電壓被用於產生該 放電時間信號T1。較佳的是對放電時間使用一次侧感測， 因為這可以建構一僅使用一次側感測的SMPS。然而在其他 實施例中，二次側感測可被用於決定該放電時間。 20 第5圖顯示一種放電時間可被決定的方式’利用具有一 輸出OV的一輸出電壓模型（〇VM)方塊40,該輸出OV近似該 SMPS的輸出電壓（見第4圖所示），且經由比較器41與該所感 測之電壓信號VS相比較以產生信號T1。一般而言’一SMPS 控制器（其合併用於輸出電壓調節的一次侧感測）已包括某 15 200828756 種形式的輸出電壓模型。 使用一輸出電壓模型本身之外的一種簡單的可選擇方 式是僅比較該所感測之電壓波形和一參考位準，以產生放 電時間信號τι。 5 我們現在概述一些可被用於產生T1的進一步技術。再 次參考第4圖（DCM模式），可見到的是OC波形在vs(輔助繞 組電壓）對時間之曲線的曲折(knee)處降至零。這也是二次 側電流降至零的時間處。在此點之後，VS展示振鈴，首先 從該曲折點（之後）開始振鈴的四分之一週期的點上通過 10 零。該VS曲線的曲折可（例如）利用在 PCT/GB2005/050242(以參照方式被併入）中描述的技術被 識別出；或零交叉點可被識別出，且(例如藉由在一移位暫 存器中保持VS的取樣值）在此之前一振龄週期之四分之一 的點可被識別出以產生T1的變遷（一旦該振鈴循環的週期 15 已被測量出）；或T1可藉由不導通電源開關（信號T0)開始且 藉由第一零交叉點結束，該零交叉點近似真正的曲折位置。 輸出電流模型理論 首先考慮構成本發明之實施例之基礎的一些理論是有 幫助的。 20 在變壓器21之一次和二次繞組之間的關係可被用於評 估輸出電流。輸入(IP)和輸出（OP)電流的繪圖在第11圖中被 顯示。在T0期間一次繞組中的平均電流(IP〇)等於在τ 1期間 二次繞組中的平均電流(OCi): nJP0 = η丄丨獅=丄jocdi = OQ 方程式1 7Ό Γ〇 ΤΙ η 16 200828756 其中π是該二次和一次繞組之間的匝數比(turns_rati(>x即， 一次匝數+二次匝數）。整個（SMPS循環)週期Γ的平均輸出電 流(<?cv)是： 〇CT,〇Cdt = 〇cK 方程式 2 5 利用以下等式，平均輪出電流也可以在週期Γ上的平均 輸入電流ΖΡΓ的方式被重寫： IP〇 = T〇iIPdt = T〇\lIPdt = T〇IPr 方程式 3 現在該平均輸出電流可自以下方程式被計算出： OCT=nIP0j = nIPT^ 方程式 4 10 電流模型方塊 現在返回到CM方塊28，用於評估該輸出電流的方程式 是： 0CM=y^ic^4|^ic^ 在此藉由將CS信號平均兩次可推導出該輸出電流模 15型，且該皮數比被標準化輸出。在το上的積分計算出的； 在Τ1上的積分被乘以VT有效地乘以Τ1/τ。在數個實施例中， 該®數比是依據所使用的變壓器被設定的一可程式化的來 數。該渡波㈣-實現在第6圖中被顯示。在第—低通渡波 器12(由電阻器121和電容器122形成、也 丄 ❿战）中，該CS信號在Τ0期 2〇間被求平均。需要注意的是，藉由開關u的動作，當丁〇是 17 200828756 低電位時，該第-低通濾、波器12的輸入是高阻抗。因此， 僅當T0是高電位時cs被求平均，否則電壓在電容器m上 被保持。該第-低通遽波器12的輸出信號被13緩衝^產生 信號VI。接著藉由在地和¥1之間切換第二低通遽波器10(由 5電阻器161和電容器162形成），V1被乘以τ分之τι(τι有效地 提供们和了工者卜該等開關^㈣的和加反相信號 (inverse)分別導通。 為了平均是精確的，該等低通濾波器12和16的時間常 數應比最大的積分時間長，即：

1〇 iT^=Rl2lCl22»T0MAX

Vl6 = ^161^162 » Τ'MAX 切換式電容f現 因為該等低通濾波器12和16的時間常數接近數毫秒， 因此如果被實現在一積體電路中，該等電阻器和電容器 121、122、161、162的大小變得非常大。一可選擇的方式 15是使用一切換式電容(SC)電路，如第7圖中所示。該等信號 ΤΟ、ΤΙ、P1和P2的波形被顯示在第9圖中。該等信號P1和 P2是在頻率fs上操作的非重疊時鐘。 在第7圖的電路中，開關50、54和電容器52形成類似第 6圖之電阻器121的一切換式電容電阻器，且電容器55對應 2〇 於第6圖的電容器122。開關56和57執行與第6圖之開關14和 15類似的功能，電容器62對應於第6圖的電容器162，且開 關56、57和61以及電容器59—起執行第6圖之電阻器161的 功能。 18 200828756 sc低通濾波器的時間常數是： hi τιβ fsC52 62 fs^ 59

» T〇MAX » 然而在數個實施例中，這仍可能是不足的，因為切換 頻率應足夠高以精確地取樣最短的CS信號： 例如，如果該等時間常數被選擇為τ12=10Τ0ΜΑΧ， fs=10/T〇MIN ’且在最大和最小放電時間之間的比率是 T0MAX/T0MIN=20，則該等電容器55和52之間的比率將變成 2000。 10 電流模型方塊的一較佳實施例被顯示在第8圖中。在此 該等電阻器51、53、58和60已被插入與該等開關串聯。該 概念是藉由限制沉積在該等電容器52和59上的電荷，每一 切換週期的電荷，因而電流減少。因此，等效電阻值增加（如 隨後進一步描述的）。該等時間常數的第一階評估是： 15 fr12 = 2R5lC55 ID ^

\T\6 ~ 2i?58C62 / D 其中D是該等信號PI和P2的工作週期（工作時間百分比），且 假定： ^51 ~ ^53 ^58 = ^60 D/fs « 及51。52 «『12 及58〔59 «『16 19 200828756 在一示範性實施例中，該等低通濾波器12和16的時間 常數是lms階數’而該切換頻率^大於]y[Hz。一示範性工作 週期是10%階數(對於一個10MHz的取樣頻率而言，P1和P2 的每100ns給出l〇ns寬的脈衝），這以一因數1〇放大了電阻器 5 51和53以及電阻器58和60的值。作為一範例，被顯示在第！ 圖中的一SMPS之切換週期可以是在5〇kHz至500KHz的範 圍，例如，近似為65KHz，在此情形下，T1是5μδ階數，而 Τ0是2至3μδ階數。本領域具通常知識者明白，給出的數字 僅疋範例’以幫助理解本發明的實施例，不應被認為具有 10限制意義。 迨制器 第1圖之控制器26的示範性實施例被顯示在第1〇圖 中。該控制器的主要功能是對該〇CM和〇CT信號之間的差 異求積分，由電阻器7〇、電容器72和放大器73的動作執行。 其等一起形成一反相積分器。如果該輸出電流過大，則差 異OCM-OCT將是正的，且該信號cc減少，從而減少SMps 的輸出電源（且反之，對於一太低的輸出電流亦然）。 電阻器71的用途是藉由插入一個零點自該CM 28取消 極點。以此方式，從〇C至CC的轉移函數僅在零頻率上具有 2〇 一主極點。緩衝器74的用途是減少該電流模型28中該低通 濾波器16上的負載。 龜動器 第1圖中的驅動器25可包含一控制該DRIVE信號的脈 衝覓度及/或脈衝頻率調變器。信號導通及不導通 20 200828756

該一次側開關31。該DRIVE信號的寬度和頻率控制被遞送 至該變壓器21之二次側的電源。該輸入信號CC較佳地控制 該驅動器25，從而被遞送至該二次側的該電源線性依靠該 輸入彳a说CC(相對該輸入彳§號CC單調增加）。對於進一步的 5 細節而言，參考本申請人之共同申請中的申請案 PCT/GB2005/050244 、 PCT/GB2005/050242 、 GB 0526118.5(所有該等申請案的全部以參照方式被併入本 文）。 換式電容瀘浊i 10 一電阻器可利用第12圖所示的一切換式電容電路被實 現。該等時鐘信號P1和P2在第14圖中被描繪。對於每一時 鐘週期而言，在第12圖中，從節點VI傳送至節點V2的淨電 荷等於： 15 因此，等效電阻值是：

R eq 、〜孑 在第13圖之已修改的sc電阻器電路中，兩個電阻器已 被增加與該等開關串聯。如果時間常數RC»Tp，且該等信 號VI和V2較慢，則電壓冗收斂為： 2〇 π = 。 2 對於每一時鐘週期而言，在第13圖中，自節點VI傳送 至節點V2的淨電流等於： 21 200828756 κ τ ^rz--- 2R Ts 因此，等效電阻值是：

Req 二 2rIL· 0 Ts 廣泛而S，我們已描述一種方法，利用低通濾波器產 換抵式電源供應器的一輪出電流模型，且因此評估 刀換核式電源供應器的輸出電流，特別是藉由-次側感 測的方式。在一些較佳實施例中，該輸出電流模型可利用 換气弘奋;慮波器被實現，在_些特別佳的實施例中，利 =在此七刀換式電路中與該等開關串聯的電阻器。在數個 K施例中二個信號被使用，以建立該輸出電流模型：磁 能量儲存裝置（變壓器）之-次側的充電時f日1、-次繞組電流 4口號乂及.亥—次側的放電時間。這些信號可以利用一電壓 感測化旒、—電流感測信號以及一DRIVE信號被產生，該 電壓感測信號包含該變壓器之二次的一反射電壓，該電流 15感測信號代表該一次側上的電流，且該drive信號代表該 -人源）開關的導通時間。在較佳實施例中，一§]^1>8的 一控制器利用此電流模型控制該SMps的二次侧輸出電流。 然而，數個實施例也可連同一壓控回路(較佳地是一次 侧感測壓控回路）被使用，以實現穩定電壓、穩定電流控 2〇制。我們先别已描述了數個不同的技術，可被用於利用一 次側回饋進行輸出電壓調節，例如英國專利申請號 0610206.5、0610210.7、0610208.1 以及0610211.5，所有都 22 200828756 由本申請人在2006年5月23日提出申請，其等全部以參照方 式在此被併入本文。例如，在一種技術中，一衰減峰值偵 測器被用於提供一近似正切衰減二次側波形（反射在一次 或一輔助繞組波形中）的信號，輸出電壓在該反射二次侧電 5壓波形的曲折處被取樣，在該點上，因為實質上沒有電流 正流過該SMPS輸出，該二次側電壓精確地反射該3%1^的 輸出電壓。在另一技術中，一次（或辅助）電壓波形從變壓器 中已知零流量（且從而電流）且立即在電源裝置切換為導通 之荊的點開始被積分，在其上所積分之信號再次等於零的 10點對應於在其上一變壓器中的流量（且從而二次電流）為零 的下一點。這在取樣輔助（或一次)繞組上之電壓的點上發送 信號，以獲得該SMPS輸出電壓的一精確指示。 我們已在以一不連續導通模式(DCM)操作的一 SMPS 之一範例的脈絡中描述上述輸出電流評估技術之實施例的 15操作，但該等技術也可以在臨界導通模式和連續導通模式 (CCM)下工作，因為沒有對有關的波形假定特定形狀；反 之，所描述的信號處理使用實際的、已感測的信號波形。 热疑地’對熟悉相關技藝的人士而言，可以存在很多 其他有效的選擇。需要明白的是，本發明不受所描述的實 20施例所限制，且包含位於附加之申請專利範圍的精神和範 圍内的修改，該等修改對於本領域那些熟悉相關技藝的人 而言是明顯的。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示合併依據本發明之一 SMPS輸出電流評估模 23 200828756 組之一貫施例的一切換模式電源供應器的範例； 第2圖顯示第1圖之SMPS的一可選擇之電流感測配置； 第3圖顯示第1圖之SMPS的一可選擇之電壓感測配置； 第4圖顯示說明第1圖之SMPS之操作的—組波形； 5 第5圖顯示實現第1圖之計時信號產生器（計時器）模組 的範例； 第6圖顯示利用低通濾波器實現第1圖之電流模型（CM) 模組的範例； 第7圖顯示利用一切換式電容器電路實現第6圖之低通 10濾波器式電流模型的範例； 第8圖顯示利用具有時間切片電阻性元件的一切換式 電容器電路較佳實現第6圖之低通濾波器式電流模型的範 例； 第9圖顯示第7和8圖之電路的計時信號和切換控制波 15形； 第10圖顯示實現第1圖之控制器（CTRL)模組的範例； 第11圖顯示第1圖所示的以一不連續導通模式（DCM) 知作的SMPS的一次側充電和二次側放電波形，說明平均的 一次側和二次側電流； 2 0 第12圖說明一切換式電容(sc)電阻器的第一範例； 苐13圖顯示依據本發明一層面的一切換式電容電阻器 的一實施例； 第14圖顯示第12圖和第13圖之切換式電容(sc)電路的 示範性切換控制波形。 24 200828756 【主要元件符號說明】 11…開關 12…低通濾波器 14…開關 15…開關 16…低通濾波器 20…DC源 21…變壓器 22…輸出二極體 23…電容器 24…負載 25…驅動器 26···控制器/控制方塊 27…計時器 28…電流模型(CM)方塊 30…電流感測電阻器 31…一次側開關 32…電阻器 33…電阻器 40…輸出電壓模型(OVM)方塊 41…比較器 50、 54、56、57、61 …開關 51、 53、58、60···電阻器 52、 55、59、62…電容器 70、7l···電阻器 72…電容器 73…放大器 74…緩衝器 121···電阻器 122…電容器 161···電阻器 162…電容器 25

Claims (1)

1. 200828756 十、申請專利範圍： 1. 一種用於評估一切換模式電源供應器（SMPS)之輸出電 流的模組，該SMPS包括一變壓器且具有一電源切換裝 置，該變壓器具有至少一耦接到該SMPS之一輸入的一 次繞組和一耦接到該SMPS之一輸出的二次繞組，該電 源切換裝置用於根據一驅動信號將電源切換至該變壓 器的該一次繞組，該模組包含： 一電流感測輸入，用以接收感測該變壓器之該一次 繞組中之一電流的一電流感測信號； 一電壓感測輸入，用以自該變壓器之該一次或一輔 助繞組接收一電壓感測信號； 一驅動信號輸入，用以接收該驅動信號； 一耦接到該驅動信號輸入和該電流感測輸入的信 號平均器，用以在該驅動信號控制該電源切換裝置以施 加電源到該一次繞組的一週期上平均該電流感測信 號，且提供一已平均的電流感測信號； 一耦接到該電壓感測輸入的計時信號產生器，用以 產生指示一週期之一持續時間的一計時信號，在此期 間，該二次繞組提供電源給該SMPS輸出； 一耗接到該信號平均器之一輸出和該計時信號產 生器之一輸出的乘法器，用以將該已平均的電流感測信 號乘以由該計時信號指示的該SMPS之一總循環週期的 一部分，在此期間該二次繞組提供電源給該SMPS輸 出；以及 26 200828756 -搞接到該乘法器之_輸出的輸出，用以提供一評 估該SMPS之該輸出電流的信號。 2·如申請專利範圍第！項所述之模組，其中該信號平均器 包含藉由-第-開_接到該電流感測輸入的一第一 低通濾波器，且其中該開關被組配成由該驅動信號控 制。 3·如申請專利範圍第i項或第2項所述之模組，其中該乘法 器包含-第二低通濾波器，具有—藉由—第二開關減 到該信號平均器輸出的輸人，且具有_喊該第二低通 濾波器輸入至-參考位準的第三開關，且其中該第二和 第三開關被組配成由該計時信號控制，從而該第二和第 三開關之一在另一個不導通時處於導通。 如申明專利範圍第2項或第3項所述之模組，其中該第一 彳第一低通濾波裔之至少一個包含一切換式電容濾波 器。 〜 5·如申請專利範圍第4項所述之模組，其中該切換式電容 濾波器包括一切換式電容電阻器。 汝申明專利範圍第5項所述之模組，其中該切換式電容 電阻器包含第一和第二終端及一中間終端，一電容器被 連接到該中間終端，而一電阻器和一可控開關被串連在 该第一和第二終端之每一和該中間終端之間。 如别述申睛專利範圍任何一項所述之模組，其中該計時 l旒產生器包含一比較器，用以比較該電壓感測信號和 一參考信號以產生該計時信號。 27 7 200828756 8. —種SMPS控制器，包括如申請專利範圍第1項至第7項 任一項所述之一輸出電流評估模組。 9. 如申請專利範圍第8項所述之SMPS控制器，進一步包含 一控制模組，具有一第一輸入，用以接收定義一目標輸 出電流的一目標輸出電流信號，且具有一耦接到該輸出 電流評估模組的第二輸入，用以接收該輸出電流評估信 號，且具有一控制輸出，用以提供一用於根據該所評估 之輸出電流和該目標輸出電流之間的一差值來控制該 SMPS的信號。 10. 如申請專利範圍第9項所述之SMPS控制器，其中該控制 模組具有一被組配成抑制該輸出電流評估模組之一極 點的零點。 11. 如申請專利範圍第8、9或10項所述之SMPS控制器，進 一步包含一電源切換驅動器模組，用以根據來自該輸出 電流評估模組的該輸出電流評估信號提供該驅動信號。 12. —種SMPS，包括一如申請專利範圍第1至7項任一項所 述之模組或一如申請專利範圍第8至11項任一項所述之 SMPS控制器。 13. —種評估一SMPS之一輸出電流的方法，該SMPS包括一 變壓器，該變壓器具有至少一耦接到該SMPS之一輸入 的一次繞組和一耦接到該SMPS之一輸出的二次繞組， 該方法包含以下步驟： 感測該變壓器之該一次繞組内的一電流； 在電流正在該一次繞組内流動的一週期上平均來 28 200828756 自該所感測之電流的一信號，以提供一平均電流信號； 決定流過該變壓器之該二次繞組的電流之一放電 時間的一評估；以及 利用該放電時間縮放該平均電流信號’以評估該 SMPS輸出電流。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該平均包含低 通濾波。 15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之方法，其中該縮 放包含低通濾波。 16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該縮放進一步 包含根據具有一與該放電時間成比例的工作週期的一 計時信號，選擇性耦接該平均電流信號至一低通滤波器 的一輸入。 17. 如申請專利範圍第14項至第16項任一項所述之方法，其 中該低通濾波包含切換式電容器濾波。 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該切換式電容 器濾波包含對該濾波的一電阻性元件進行時間切片，以 增加該電阻性元件的一電阻。 19. 如申請專利範圍第13項至第18項任一項所述之方法，其 中該放電時間評估的該決定包含感測該變壓之該二 次繞組上的一反射電壓。 20. —種控制一 SMPS之一輸出電流的方法，該方法包括利 用申請專利範圍第13項至第19項之任一項所述之方法 評估該SMPS輸出電流。 29 200828756 21. —種用於評估一 SMPS之一輸出電流的系統，該SMPS包 括一變壓器，該變壓器具有至少一耦接到該SMPS之一 輸入的一次繞組和一耦接到該SMPS之一輸出的二次繞 組，該系統包含： 一輸入，用於感測該變壓器之該一次繞組内的一電 流； 一平均器，用於在電流正在該一次繞組内流動的一 週期之上平均來自該所感測之電流的一信號，以提供一 平均電流信號； 一系統，用於決定流過該變壓器之該二次繞組的電 流之一放電時間的一評估；以及 一系統，用於利用該放電時間縮放該平均電流信 號，以評估該SMPS輸出電流。 22. —種切換式電容電阻器，該切換式電容電阻器包含： 第一和第二切換式電容電阻器終端； 一共同終端； 一中間終端； 一耦接在該中間終端和該共同終端之間的電容 器；以及 一第一可控開關，耦接在該第一終端和該中間終端 之間； 一第二可控開關，耦接在該第二終端和該中間終端 之間；以及 至少一電阻器，在該第一和第二終端之一和該中間 30 200828756 終端之間與該第一和第二開關之一串聯。 3·如申明專利範圍第22項所述之切換式電容電阻器，包含 兩個電阻器，一個與該第_和第二開關之每一串聯在該 分別的第一和第二終端和該中間終端之間。 如申請專職圍第22項或第23項所述之切換式電容電 阻器，進-步包含-控制器，用於提供控制信號給該第 -和第二關，以控制經由該至少—電阻諸該第一終 端流到該電容器上以及接著從該電容器流至該第二終 端的電荷。 ~ 25. -種實現-切換式電容電阻器的方法，該方法包含以下 步驟：在該切換式電容電阻器中包括至少一電阻性元 件，且利用一具有小於1〇〇%工作時間的1作„的 時間切片信號對該電阻性科進行時間切片，以增加該 電阻性元件的一有效值。 31