201131949 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案關係於電交換電源供應器。 【先前技術】 一交換電源供應器產生電輸出電流以供電一負 種如此之電源供應器包含變壓器及截波器。該截波 透過變壓器一次繞組所感應的一次電流。此感應輸 ，流經變壓器的二次繞組至負載，以供電該負載。 【發明內容】 一交換電源供應器具有包含線圈的電感。一截 路載波自該線圈抽出之一次電流，以供電感輸出一 流。電源供應器的多功能接面具有多功能電壓，其 動該線圈的一次電壓的函數。第一電路回應於跨越 限的第一感應電壓，而暫停該截波，該第一感應電 多功能電壓的函數。第二電路回應於跨越第二臨限 感應電壓而暫停該載波，該第二臨限爲該多功能電 數。 該第一電路可以爲過電壓保護電路，其回應於 電壓的超出有關於第一臨限的過電壓臨限，而暫停 0 在另一例子中，第一電路可以爲欠電壓保護電 回應於該一次電壓落下低於有關於第一臨限的欠電 載。一 器截波 出電流 波器電 感應電 係爲驅 第一臨 壓係爲 的第二 壓的函 該一次 該截波 路，其 壓臨限 -5- 201131949 而暫停該截波。-關斷電路被組態以補償該多功能電壓， 以足夠使得該多功能電壓跨過該第一臨限，以使得第一電 路暫停截波。 第二電路也可以爲叢發模式電路，其當流經負載的電 源供應器輸出電流超出爲該多功能電壓的函數之電流臨限 時，暫停該截波。 【實施方式】 示於圖1 A- 1 B中之設備具有在申請專利範圍中所舉的 元件例子的部份。該設備爲交換電源供應器1 0。其包含一 次整流/濾波電路1 1，其整流及濾波來自交流源1 4的交流 電流。以在一次供應電壓VpHm得到直流一次電流IpHm，以 驅動變壓器20的一次繞組W 1 (或“線圈”）。控制器26截波 經由一次繞組W 1感應的電流Iprini。經由一次繞組W 1感應 的所得變化電流IPHm感應二次及三次（tertiary)電流Isec 及I,ert，以流經變壓器的二次及三次繞組W2、W3。感應之 二次電流Isee供電負載Ruad，及三次電流Itert供電控制器26 。控制器26具有多功能接面3 0。供應至此接面3 0的電壓 V^n影響控制器26的六個不同功能的操作參數。這些功能 爲如下所解釋之工作循環控制、一次電流限制、過電壓保 護、欠電壓保護、叢發模式及外部關閉。 —次整流/濾波電路】1包含全波整流器，其包含四個 二極體D 1、D 2、D 3及D 4，以全波整流該交流電流。此電 路Π更包含儲存電容C 1 ’以濾波及平滑驅動一次繞組W 1 -6- 201131949 的一次電壓νρΗ,/ 二次整流/濾波電路32包含：二極體D5，以半波整流 變壓器二次繞組W2的輸出Vse。，以得到施加至負載1^。3£1的 輸出電壓v。^ ;及—儲存電容C2，以濾波及平滑V()ut。 同樣地，三次整流/濾波電路33包含：二極體D6，以 半波整流變壓器三次繞組W3的輸出Vlert以得到供電控制器 26的所有元件的供應電壓V。。；及一儲存電容C3，以濾波 及平滑V c c。 控制器26具有一接地軌Gndl，其係與電源供應器輸出 的接地軌Gnd2隔離。爲了該理由，個別接地軌係被標示以 不同接地符號41、42。 在此例子中，控制器26的一部份係被製造爲一積體電 路晶片，其元件係密封於單一封裝5 1內。晶片封裝5 1具有 接腳，用以介接至封裝外的電源供應器]〇的元件。這些接 腳包含控制器供應接腳53綁至V。。、一控制器接地接腳54 連接至控制器接地Gndl、一汲極接腳55連接至一次繞組 W1、一多功能接腳56、及一回授接腳57。 多功能接腳56分接至由Vprim延伸至Gndl的電阻分壓 器60。電阻分壓器64具有上電阻R1及下電阻R2。因此，在 多功能接腳的電壓V,nult等於VprimR2/(Rl+R2)。這使得 Vmun正相關（即爲其函數，更明確地說，成比例）於VpHm 並可藉由調整R1及/或R2加以調整。 回授電路70輸出相關於負載電流luad的回授電壓vfb給 回授接腳57。回授部包含光耦合器62’其具有一 LED透過 201131949 電阻R·3及齊納二極體Dz連接至Gndl。只要v。^足夠高於齊 納二極體崩潰電壓’則L E D的光強度正相關於v。u t。因此 ’當負載電流11。a d降低時’ V。u t增加，這增加了 L E D的光 強度。這增加了光稱合器62的光電晶體Trl的導通，而將 回授電壓Vfb加高向Ve<:以對抗偏壓電阻R4的向下偏壓。因 此，vfb係正相關於供應至負載R1()ad的輸出電壓V。^，並逆 相關於爲負載所吸取的負載電流Iuad。 在此例子中之電晶體，場效電晶體（F E T )具有源極 接面S連接至晶片的接地接腳54、汲極接面D連接至晶片的 汲極接腳55、及一閘極接面G。將閘極G向上拉，導通FET ’以透過一次繞組W1排放一次電流IpHm至控制器接地 Gndl。此一次電流。，.^係被電動地驅動-與感應地相反-在 於其係藉由施加電位差於線圏W1之間加以產生。將FET閘 極G下拉關斷FET，以停止一次線圈電流IPHm流經該FET。 這係與二次及三次電流Isee及I,erl相反，這些係感應產生-與電動產生相反。 FET的閘極G係連接至具有四輸入74的第一AND閘A1 的輸出。這些輸入之一係爲具有兩輸入75的二次AND閘極 A2所驅動。只有在and閘A1及A2之所有輸入74、75均爲 高時，FET導通。將AND聞的輸入74、7 5的任一拉下爲低 ’將會關斷FET。AND閘輸入74、75可以爲該六電路之任 一·所拉下爲低-明確地說，如下所述之截波器電路8 1、— 次線圈電流限制電路8 2、過電壓保護電路8 3、欠電壓保護 8 4、叢發模式電路8 5及遠端關斷電路8 6。 201131949 一開關控制器電路9 0係被組態以輸出一開關控制器輸 出91至開關SI、S2及S3。如果FET被截波器電路81或叢發 模式電路8 5之任一或兩者所關斷，則開關控制信號爲高。 這係爲具有兩OR輸入94、95的OR閘極〇1所完成。透過反 相器Invl，一 OR輸入94係爲叢發模式電路85所驅動。另一 OR輸入95係爲第三AND閘A3所驅動，該AND閘A3之一 AND輸入96透過反相器In V2連接至截波器電路81。第三 AND閘A3更具有另兩輸入98，連接至過電壓電路83及欠電 壓電路8 4的輸出。開關S 1及S 2係爲開關控制器輸出9 1變高 而接通。相反地，開關控制器輸出9 1變高而開關S 3斷開。 截波器電路8 1限制最大許可工作循環。截波器電路8 1 包含一截波器比較器CR1及一鋸齒波產生器〇scl，其具有 鋸齒波輸出1〇4。比較器CR1具有正輸入連接至鋸齒波輸出 104，及負輸入透過開關S3連接至多功能接腳56。當鋸齒 波1〇4落於多功能電壓之下時，比較器CR1的輸出變 低，使得第二AND閘A2的輸出變低，這使得第一 AND閘A1 將FET閘極G拉下爲低，這使得FET關斷。 圖2顯示Vmult導通，截波器電路比較器CR1的輸出信 號1 1 0的作用。這顯示出將Vmult由較低位準1 1 2上升至較高 位準1 1 4，減少了比較器輸出1 1 0爲高的時間1 1 6並增加了 爲低之時間1 1 8。這減少了 F E T的導通時間1 1 2並增加了關 斷時間1 1 4。因此，截波器的最大値允許工作循環反比於 vmult。如圖1 A-1 B所示，因爲vmult本身相關於vprim、R1及 R2，所以工作循環隨著VpHm變化，並且，可以藉由調整 -9 - 201131949 R1及R2加以調整。然而，截波頻率等於鋸齒波的頻率並無 關於V m u | (。 爲截波器電路8 1對一次線圈電流Ip H m的截波係有效爲 任一 AND閘輸入爲一次電流限制電路82、過電壓保護電路 83、欠電壓保護電路84、叢發模式電路85及遠端關斷電路 8 6之任一所拉爲低所暫停。 當流經一次線圈W 1的電流IPH m超過一次電流臨限，於 圖1 A-1B中之一次電流限制電路82關斷FET，並甚至在Iprim 下降低於電流臨限後，仍保持FET爲關斷，直到鋸齒波的 下一上升爲止。電流臨限係相反關係於多功能電壓Vmult。 一次電流限制電路8 2利用方波1 2 0。此方波1 2 0係以類 似於藉由比較V m u! t與鋸齒波1 〇 4加以產生輸出1 1 〇的方式， 比較回授電壓V fb與鋸齒波1 〇 4加以產生。此方波1 2 0係輸 出至正反器122的Set輸入S。正反器122的Reset接腳R係連 接至過電流比較器CR2的輸出。比較器的正輸入係透過前 緣遮沒電路L E B連接至V D D，該前緣遮沒電路L E B於F E T關 斷時，遮沒感應尖波。 此致使電路81控制FET。在沒有故障狀態下，FET的 on/off係爲正反器輸出Q所控制。vfb與鋸齒波104比較，以 產生方波120。當方波120爲高時，表示正反器的Set輸入 爲高’及FET導通’及一次電流ipHm上升。當電流到達臨 限時，電路82輸出高信號至正反器Reset輸入，以關斷FET 〇 因爲於F E T間之電壓隨著電流之增加而增加，所施加 -10- 201131949 至過電流比較器CR2的正輸入的電壓係正相關，更明確地 說大約成比例於一次繞組電流IpHm。比較器CR2的負輸出 係連接至汲極臨限電壓Vdrnth，這係爲臨限電壓產生器130 所輸出。此產生器130包含op放大器OP1、電壓參考Vrefl、 及互連之電阻R5-R8的網路，使得汲極臨限電壓Vdrnth等於 (Vrefl/R5-Vmult/R7)xR6，其中 Vn^eVpriml^MRl+R〗）。只 要VDD超出Vdrnth，則比較器CR2驅動正反器Reset輸入R爲 高，這驅動AND閛A2的輸出爲低，這驅動AND閘A1的輸出 爲低，這關斷了 FET。 只要V D D超出V d r n t 則此暫停了 一次線圈電流I p r i m的 截波。但是V D D爲正相關於一次線圈電流I p H m。及V d r n | h爲 負相關於vmult，此Vmult等於VprimR2/(Rl+R2)。因此，此 電路82在Iprim超出一次電流臨限後，暫停一次線圏電流 IpHm的截波，該一次電流臨限負相關於Vpri,n並可以藉由調 整R1及/或R2加以調整。 通常，本質峰値電流限制係爲整流器中之內部電路所 設定爲常數。一旦，汲極電流IpHm到達電流限制臨限，切 換循環應立即終止。然而，固定時間延遲ΔΤ係由到達臨限 直到FET最後關斷爲止的時間所衍生。在此延遲中，汲極 電流IpHm持續以等於一次電壓VpHm除以一次線圈W1的電 感LpHni的速率上升。因此，實際電流限制爲本質電流限制 臨限及上升率相關成份的總和’該上升率相關成份爲汲極 電流上升率△I/AtzVpHm/Lprim。
將此乘以固定時間延遲ΔΤ得到ΔΤ(ΔΙ/Δ〇。因此，DC -11 - 201131949 輸入電壓愈高，則實際電流限制上升至一在低直流輸入電 壓之超出本質電流限制位準之位準愈高。這可以造成最大 輸出功率P^Lpriml/O的變化，其中LpH„^ —次線圈電感 及Ip爲在輸入線電壓範圍內的峰値電流限制。V,nult可以用 以調整在整個輸入線電壓範圍內的固定最大輸出功率。真 峰値電流限制等於（Vrefl/R5-Vmult/R7)xR6 + ATVpHm/LpHm， 其中 Vlllult = VprimR2/(Rl+R2p 輸入電壓 Vprim 愈高，則 愈小，及 ΔΤνρ^/Lprim愈大。但在 整個輸入線電壓，真峰値電流限制（Vrefl/R5-Vinull/R7)x R6 + ATVprim/Lpri„^ 保持於定値。 當驅動一次線圈W1的一次電壓Vprim超出過電壓臨限 時，過電壓保護電路83關斷FET。此電路83包含過電壓比 較器CR3，其具有正輸入連接至過電壓臨限參考Vref2及負 輸入透過開關S3連接至多功能電壓Vmult。 因此’當Vmult超出Vref2時，過電壓比較器CR3的輸出 變低，而關斷FET。只要Vmult超出Vrer2，這有效地暫停截 波。因爲Vmult相關於VpHm (的函數），所以，當Vmul^ 出相關於Vref2的有效過電壓臨限時，電路83有效地暫停該 截波。更明確地說，因爲VmufVpnmRa/iRl+I^)，所以有 效過電壓臨限等於Vref2(Rl+R2)/R2。因此，有效過電壓臨 限可以藉由調整R1及/或R2加以調整。當開關S3爲OR閘01 變高所斷開時，比較器CR3的負輸入與Vmult相隔，及施加 至比較器的負輸入之最後電壓係爲電壓保持電容C4所維持 -12- 201131949 當驅動一次線圈W 1的一次電壓V p H m低於欠電壓臨限 時，欠電壓保護電路84關斷FET。電路84包含欠電壓比較 器CR4，其具有負輸入連接至欠電壓臨限Vref3及正輸入經 由第三開關S3連接多功能電壓Vmult。因此，當Vmult低於 V,.ef3時，欠電壓比較器之輸出將變低，以關斷FET »只要 Vmult低於Vref3時，這有效地暫停截波。 在欠電壓保護電路84中，因爲乂^^係有關於VpHni，所 以當V^n低於相關於Vref3的有效欠電壓臨限時，電路84有 效地暫停截波。更明確地說，因爲Vn^eVpHml^/iRl+IU) ，所以有效欠電壓臨限等於Vre„(Rl+R2)/R2。因此，有效 欠電壓臨限可以藉由調整R1及/或R2調整。 藉由將一輸入電阻（未示出）加至各個正輸入及一具 有較遠大於該輸入電阻的電阻値之回授電阻（未示出）加 於個別比較器正輸入及其輸出間，磁滯現象可以施加至過 電壓及欠電壓比較器CR3、CR4的輸出。當比較器輸出爲 高時，此電阻組態略提昇比較器正輸入，及當比較器輸出 低以加入磁滯現象時，則略降低比較器正輸入。 當相關於輸出電壓乂^的Vfb超出臨限電壓時，叢發模 式電路85關斷FET。此發生於當爲負載Rl()ad所吸引的輸出 電流Iuad下降低於臨限電流時。這藉由增加了 FET關斷的 時間長度及有效地暫停於二次儲存電容C2並不需要被補充 的時間段中之截波，而增加了電源供應器1 0的效率。 叢發模式電路85包含叢發模式比較器CR5。此比較器 CR5具有負輸入連接至在回授接腳57的Vfb。其更有一正輸
S -13- 201131949 入透過開關si及S2連接至vmult及定電流源140 (例如由 NXP半導體公司之1C晶片PSSI202 1 SAY)。電流源140由 VCe導通一固定電流Iref至比較器CR5的正輸入並透過電阻 R2至Gndl。因此，當開關S1及S2爲OR閘變高所接通時， 在比較器的正輸入的電壓爲\^112/(111+112) + 11^112，其中 IrefR2等於當FET爲關斷時的固定電壓及當FET爲導通時， 其大約爲零。當兩開關S1及S2爲OR閘01之變低所斷開時 ，比較器CR5的正輸入隔離開VmiHt及Iref，及施加至比較器 輸入的最後電壓係爲電壓維持電容C5所維持。 當Vfb超出VpriniR2/(Rl+R2) + IrefR2時，叢發模式電路 85暫停截波。這重合於輸出電流I1()ad下降低於輸出電流臨 限。這是因爲Vfb係負相關於ll()ad。叢發模式進入點係正相 關於等於VpriniR2/(Rl+R2)之與I,.efR2。因此，輸出電 壓臨限及輸出電流臨限可以藉由調整R1及/或R2加以調整 〇 遠端關斷電路86包含連接多功能接腳56至Gndl的電晶 體Tr2。這使得可以以開關S4關斷截波，該開關S4可以在 晶片外殼52外、在控制器26外及在電源供應器1 0之外。在 此例子中，開關S4爲手動控制機械開關，但也可以爲電子 控制開關。當開關S 4接合時，其將電晶體Tr2的閘極連接 至Vcc，這使得電晶體Tr2將Vmult排放至Gndl，這補償 vmult至低於欠電壓臨限Vref3的位準。這造成欠電壓電路84 關斷FET。只要外部開關S4作動，這就有效地暫停截波。 當開關S4釋放時，偏壓電阻R9將電晶體Tr的閘極拉下，以 -14- 201131949 關斷電晶體Tr並重新開始截波。 過電壓、欠電壓及外部關斷電路83、84及86共享一·共 用特性，即根據Vmult與一參考値的比較而暫停截波。這與 該截波器、一次電流限制及叢發模式電路81、82及85不同 ，其中VmuH係爲該參考値，並被用以與其他感應電壓作比 較。 圖1 A -1 B之例示電源供應器係爲“隔離”型電源供應器 ，其中該電感係爲變壓器，其中，一次線圈W 1電隔離開 該二次線圈W 2、W 3。控制器2 6截波流經一次線圈W 1的電 流，以藉由在一次線圈W〗及二次線圏W 2、W 3間之互感’ 而產生流經二次線圏W2、W3的輸出電流。 另一類型之電源供應器210係示於圖3A-3B，其中元件 係被標示與圖1 A -1 B中之對應元件相同的元件符號。這是“ 非隔離”，更明確地說，“升壓”類型電源供應器，其中電 感只包含一單一線圈W4。在此類型之電源供應器中’控 制器截波經由線圈W4的一次電流’以感應產生藉由自感 之流經相同線圈W4的感應電流。對此非隔離電源供應器 1 0 ’的控制器2 6的功能係與圖1 A -1 B的“隔離”供應器相同。 於此所用之說明係使用例子以揭示本發明’包含最佳 模式，並使得熟習於本技藝者完成並使用本發明。本發明 之專利範圍係爲以下之申請專利範圍所界定’並可以包含 爲熟習於本技藝者所知之其他例子。此等其他例子係在本 案申請專利範圍內，其可以具有與申請專利範圍中所用之 不同表達方式之元件’或者’其可以用與申請專利範圍中 -15- 201131949 大致相同的等效元件。 【圖式簡單說明】 圖1A及1B爲隔離電源供應器示意圖的兩個半部 圖2顯示電源供應器的波形。 圖3 A及3 B爲非隔離電源供應器示意圖的兩個半部》 【主要元件符號說明】 1 0 :交換電源供應器 1 1 : 一次整流濾波電路 1 4 :交流源 20 :變壓器 2 6 :控制器 3 〇 :多功能接面 32 :二次整流/濾波電路 33 :三次整流/濾波電路 41 ： Gnd 1 42 ： Gnd2 51 :單一封裝 5 2 :晶片外殻 5 3 :控制器供應接腳 54 :控制器地端接腳 5 5 :汲極接腳 5 6 :多功能接腳 5 7 :回授接腳 -16- 201131949 60 ·‘電阻分壓器 62 :光耦合器 7 0 :回授電路 7 4 :輸入 75 :輸入 8 1 :截波電路 8 2 : —次線圈電流限制電路 8 3 :過電壓保護電路 8 4 :欠電壓保護 8 5 :叢發模式電路 8 6 :遠端關斷電路 90 :開關控制器電路 9 1 :開關控制器輸出 9 4 : OR輸入 9 5 : Ο R輸入 9 6 : A N D輸入 9 8 :輸入 1 〇 4 :鋸齒波輸出 1 1 0 :輸出信號 1 1 2 :較低位準 1 1 4 :較高位準 1 2 0 :方波 122 :正反器 130 :產生器 -17- 201131949 1 4 0 :電流源 2 1 0 :電源供應器 D 1 - D 6 :二極體 C 1 - C 5 :儲存電容 W1 : —次繞組 W 2 :二次繞組 W 3 :三次繞組 A 1 - A 3 : A N D 閘 C R 1 :截波比較器 Oscl :鋸齒波產生器 L E B :前緣遮沒電路 C R 2 :過電流比較器 CR3 :過電壓比較器 CR4:欠電壓比較器 CR5 :叢發模式比較器