TW201316658A - 電源供應器之控制電路 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種電源供應器之控制電路，其用以產生一切換訊號而切換電源供應器，控制電路具有一偵測端，而用以偵測電源供應器的狀態，控制電路包含一第一保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第一偵測訊號，且依據第一偵測訊號，產生一限制訊號，以限制該電源供應器的輸出；一第二保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第二偵測訊號，且依據第二偵測訊號產生一保護訊號，以截止電源供應器的輸出；一分相電路耦接偵測端、第一保護電路與第二保護電路，分相電路依據切換訊號的準位而產生第一偵測訊號與第二偵測訊號，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。

Description

電源供應器之控制電路

    本發明係有關於一種控制電路，其係尤指一種電源供應器之控制電路。

    按，由於現今積體電路的半導體技術發展神速，因此電子產品以輕薄短小為目標吸引大眾，而在過去電子產品裡面的構造特別大而笨重的部份就是電源供應器，此種電源供應器是線性式電源供應器的形式，其具有笨重的隔離變壓器、散熱片和冷卻風扇，不過交換式電源供應器卻能克服這些問題，且可達到效率高、重量輕及體積小的優點。然而交換式電源供應器卻比線性式的複雜許多，要設計交換式電源供應器必須要有類比電子設計、磁性元件設計、邏輯與控制設計相當的知識。
    在交流/直流轉換切換式架構中，一般為了安全性的考量，電源供應器通常需要預防交流電端電壓過電壓(Bulk line over voltage)，而在某些特殊應用中，亦需要感測交流電限制最大責任週期，用以保護內部元件。再者，隨著科技的發展，越來越多的功能被整合至積體電路中，並且低腳位數的積體電路需求越來越大。在一般技術中，交流電端電壓過電壓與感測交流端電壓限制最大責任週期通常會隨應用場合而做不同的設計，一般積體電路若同時需要有偵測交流電端電壓過電壓的機制與感測交流端電壓限制最大責任週期的機制時，積體電路則需要二個偵測端用來偵測過電壓保護與限制最大責任週期的保護。如此，將會增加積體電路的腳位數，進而增加了積體電路的面積。
    因此，如何針對上述問題而提出一種新穎電源供應器之控制電路，其可利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。

    本發明之主要目的，在於提供一種電源供應器之控制電路，其藉由一分相電路耦接一偵測端，並依據一切換訊號的準位而產生並傳送一第一偵測訊號與一第二偵測訊號至一第一保護電路與一第二保護電路，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。
    本發明之電源供應器之控制電路，其用以產生一切換訊號而切換電源供應器，控制電路具有一偵測端，而用以偵測電源供應器的狀態，控制電路包含一第一保護電路、一第二保護電路與一分相電路。第一保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第一偵測訊號，且依據第一偵測訊號，產生一限制訊號，以限制該電源供應器的輸出；第二保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第二偵測訊號，且依據第二偵測訊號產生一保護訊號，以截止電源供應器的輸出；分相電路耦接偵測端、第一保護電路與第二保護電路，分相電路依據切換訊號的準位而產生第一偵測訊號與第二偵測訊號。如此，本發明藉由分相電路耦接偵測端，並依據切換訊號的準位而產生並傳送第一偵測訊號與第二偵測訊號至第一保護電路與第二保護電路，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。

    茲為使　貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
    請參閱第一圖，係為本發明之電源供應器之一實施例的電路圖。如圖所示，本發明之電源供應器於此實施例中，為一順向式電源供應器，本發明之電源供應器包含一濾波電路10、一整流電路20、一變壓器30、一功率開關40、一控制電路50、一感測元件60與一回授電路70。濾波電路10用以接收一AC交流訊號，並過濾AC交流訊號，整流電路20用以整流濾波電路10過濾後之AC交流訊號而產生一交流電端電壓V_BULK，交流電端電壓V_BULK經耦合變壓器30與功率開關40的切換訊號PWM切換將變壓器30之一次側的高準位直流電壓降壓成變壓器30之二次側的輸出電壓Vout。
    控制電路50在電源供應器中扮演相當重要的角色，其耦接功率開關40、感測元件60與回授電路70，控制電路50利用回授端FB來接收電壓與電流的回授訊號來動態調整功率開關40的時間週期，或是利用感測端CS來接收感測元件60所產生之感測訊號V_CS來調整功率開關40的時間週期，又或是利用偵測端VBS來接收一輸入訊號(即交流電端電壓V_BULK)來動態調整功率開關40的時間週期，如此，可使變壓器30之二次側得到穩定的輸出電壓Vout。
    請參閱第二圖，係為本發明之控制電路之一實施例的電路圖。如圖所示，本發明之控制電路50主要是利用偵測端VBS來接收輸入電壓(即交流電端電壓V_BULK)來產生二個偵測訊號，並分別傳送至二個各自獨立運作的保護電路，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。以下係如何使用控制電路50的偵測端VBS來達到上述的目的而進行詳細說明。
    本發明之控制電路50是利用偵測端VBS來偵測電源供應器的狀態，並且電源供應器更包含一分壓電路80。分壓電路80耦接控制電路50之偵測端VBS，並分壓輸入電壓(即交流電端電壓V_BULK)而產生一分壓訊號V_B，並傳送分壓訊號V_B至偵測端VBS，以供控制電路50進行偵測。其中，分壓電路80包含一第一電阻800與一第二電阻802。第一電阻800用以接收輸入電壓，第二電阻802具有一第一端與一第二端，第二電阻802之第一端耦接第一電阻800與偵測端VBS，第二電阻802之第二端耦接一接地端，即第一電阻800串聯第二電阻802而分壓輸入電壓產生分壓訊號V_B，並傳送分壓訊號V_B至偵測端VBS，以供控制電路50是利用偵測端VBS來偵測電源供應器的狀態。
    再者，控制電路50包含一第一保護電路500、一第二保護電路502與一分相電路504。第一保護電路500耦接偵測端VBS，第一保護電路500由偵測端VBS接收一第一偵測訊號，並依據第一偵測訊號而產生一限制訊號，以限制電源供應器的輸出。第二保護電路502亦耦接偵測端VBS，第二保護電路502也是由偵測端VBS接收一第二偵測訊號，並依據第二偵測訊號產生一保護訊號，以截止電源供應器的輸出。
    分相電路504耦接偵測端VBS、第一保護電路500與第二保護電路502，即分相電路504具有一第一端與一第二端，分相電路504之第一端耦接偵測端VBS、第一保護電路500與第二保護電路502，而分相電路504之第二端耦接接地端，分相電路504依據切換訊號PWM的準位而產生第一偵測訊號與第二偵測訊號，即分相電路504可在切換訊號PWM之準位為高訊號準位時，產生第一偵測訊號，並傳送第一偵測訊號至第一保護電路500，此時，第一保護電路500亦會接收切換訊號，並依據切換訊號而致能，換言之，切換訊號PWM會傳送至分相電路504與第一保護電路500，並切換訊號PWM之準位為高訊號準位時，分相電路504會產生第一偵測訊號，並致能第一保護電路500，使第一保護電路500可接收第一偵測訊號，並依據第一偵測訊號而產生第一保護訊號，以截止電源供應器的輸出。
    反之，切換訊號PWM之準位為低訊號準位時，分相電路504會產生第二偵測訊號，並傳送第二偵測訊號至第二保護電路502，此時，第二保護電路502也會接收切換訊號PWM，並因切換訊號PWM之準位為低訊號準位而致能，使第二保護電路502依據第二偵測訊號而產生一保護訊號而截止電源供應器的輸出。如此，本發明之分相電路504利用切換訊號PWM的不同準位而分別運作，即利用切換訊號PWM的高訊號準位與低訊號準位的分時概念來達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。
    接上所述，本發明之控制電路50於本實施例應用中，第一保護電路500為一最大週期限制電路(Max Duty Limiter)，而第二保護電路502為一過電壓保護電路。本發明之分相電路504包含一電流源5040與一切換開關5042。電流源5040用以提供一電流，切換開關5042耦接偵測端VBS與電流源5040之間，切換開關5042依據切換訊號PWM的準位而導通或截止，於本實施例中，當切換訊號PWM的準位為高訊號準位時(如第三圖所示)，切換開關40會打開(即截止)而使分壓電路80所產生之分壓訊號V_B，而作為第一偵測訊號V_BS1，並傳送第一偵測訊號V_BS1至第一保護電路500，第一保護電路500即可依據第一偵測訊號V_BS1而得知最大責任週期。當切換訊號PWM的準位為低訊號準位時(如第三圖所示)，切換開關40會關閉(即導通)而使分相電路504依據分壓訊號V_B與電流源5040用以所產生之電流而產生第二偵測訊號V_BS2，即分相電路504會相加分壓訊號V_B所對應之電壓與電流源5040之電流所對應之電壓而產生第二偵測訊號V_BS2，並傳送第二偵測訊號V_BS2至第二保護電路502，第二保護電路502再依據內定之一參考訊號V_OVP與第二偵測訊號V_BS2而判定輸入訊號是否為過電壓狀態，即第二保護電路502比較第二偵測訊號V_BS2大於參考訊號V_OVP而得知輸入訊號為過電壓狀態，以截止電源供應器的輸出，而達到保護的目的。如此，本發明藉由分相電路504耦接偵測端VBS，並依據切換訊號PWM的準位而產生並傳送第一偵測訊號與第二偵測訊號至第一保護電路500與第二保護電路502，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。
    請一併參閱第四圖，係為本發明之偵測訊號與最大責任週期的對照圖。如圖所示，當要利用第一保護電路500與第二保護電路502來達到最大責任週期限制與過電壓保護的功能，則必須依據最大責任週期限制之百分比與過電壓保護之參考訊號V_OVP大小來設定第一偵測訊號V_BS1與第二偵測訊號V_BS2，而第一偵測訊號V_BS1與第二偵測訊號V_BS2的大小是依據分壓電路80之第一電阻800與第二電阻802而決定，所以，本發明可以依據所要設定最大責任週期限制之百分比與過電壓保護之參考訊號V_OVP大小而設計第一電阻800與第二電阻802，其由下列公式如下：
    ………………………(1)
    ………………………(2)
其中，R_A與R_B分別為第一電阻800與第二電阻802，而IA為電流源5040之電流。舉例而言，若要設計一電路，在輸入電壓為400伏特V時，最大責任週期為20%，且輸入電壓在425伏特V會發生過電壓保護，電流源5040之電流IA為10uA，第二偵測訊號V_BS2為3伏特V，由第四圖可知最大責任週期為20%時所對應之第一偵測訊號V_BS1為4伏特V，因此，可由公式(1)與(2)可知第一電阻800為12.5MΩ，而第二電阻802為126.3KΩ。
    請參閱第五圖，為本發明之控制電路之另一實施例的電路圖。如圖所示，本發明之控制電路50更包含一邏輯單元506、一正反器508、一振盪器510、一驅動單元512與一計時單元514。邏輯單元506耦接第一保護電路500與第二保護電路502，並依據第一保護訊號與第二保護訊號而產生一重置訊號，正反器508耦接邏輯單元506，並依據重置訊號以產生切換訊號PWM而切換電源供應器。為了增加正反器508輸出之訊號的強度，所以增加驅動單元512耦接正反器508，並依據正反器的輸出而產生切換訊號PWM而切換電源供應器之功率開關40。
    承上所述，振盪器510用以產生一振盪訊號，並傳送振盪訊號至邏輯單元506與正反器508，其中，振盪器510產生振盪訊號至邏輯單元506，則可以控制第一保護電路500所能最大責任週期限制的最大百分比。計時單元514耦接第二保護電路502，並依據第二保護訊號，產生一計時訊號並傳送計時訊號至邏輯單元506，以截止電源供應器的輸出，其中，計時單元514用以計時第二保護訊號而決定輸入電壓是否為過電壓的狀態，即第二保護電路502所輸出之第二保護訊號超過一設定時間時，計時單元514則產生並輸出計時訊號，以決定輸入電壓為過電壓的狀態。
    綜上所述，本發明之電源供應器之控制電路用以產生一切換訊號而切換電源供應器，控制電路具有一偵測端，而用以偵測電源供應器的狀態，控制電路之一第一保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第一偵測訊號，且依據第一偵測訊號，產生一限制訊號，以限制該電源供應器的輸出；一第二保護電路耦接偵測端，並由偵測端接收一第二偵測訊號，且依據第二偵測訊號產生一保護訊號，以截止電源供應器的輸出；一分相電路耦接偵測端、第一保護電路與第二保護電路，分相電路依據切換訊號的準位而產生第一偵測訊號與第二偵測訊號，以達到利用積體電路的一個腳位來偵測二個可各自獨立調整的保護電路，而避免增加積體電路的腳位數，進而減少了積體電路的面積。
    本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。
    惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明：

10．．．濾波電路

20．．．整流電路

30．．．變壓器

40．．．功率開關

50．．．控制電路

500．．．第一保護電路

502．．．第二保護電路

504．．．分相電路

506．．．邏輯單元

508．．．正反器

510．．．振盪器

512．．．驅動單元

514．．．計時單元

5040．．．電流源

5042．．．切換開關

60．．．感測元件

70．．．回授電路

80．．．分壓電路

800．．．第一電阻

802．．．第二電阻

第一圖為本發明之電源供應器之一實施例的電路圖；
第二圖為本發明之控制電路之一實施例的電路圖；
第三圖為本發明之控制電路之切換訊號的波形圖；
第四圖為本發明之偵測訊號與最大責任週期的對照圖；以及
第五圖為本發明之控制電路之另一實施例的電路圖。

50．．．控制電路

500．．．第一保護電路

502．．．第二保護電路

504．．．分相電路

5040．．．電流源

5042．．．切換開關

80．．．分壓電路

800．．．第一電阻

802．．．第二電阻

Claims (10)

1. 一種電源供應器之控制電路，用以產生一切換訊號而切換該電源供應器，該控制電路具有一偵測端，用以偵測該電源供應器的狀態，該控制電路包含：
   一第一保護電路，耦接該偵測端，並由該偵測端接收一第一偵測訊號，且依據該第一偵測訊號，產生一限制訊號，以限制該電源供應器的輸出；
   一第二保護電路，耦接該偵測端，並由該偵測端接收一第二偵測訊號，且依據該第二偵測訊號產生一保護訊號，以截止該電源供應器的輸出；以及
   一分相電路，耦接該偵測端、該第一保護電路與該第二保護電路，該分相電路依據該切換訊號的準位而產生該第一偵測訊號與該第二偵測訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之控制電路，其中該第一保護電路與該第二保護電路依據該切換訊號的不同準位而分別運作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之控制電路，其中該分相電路包含：
   一電流源，用以提供一電流；以及
   一切換開關，耦接該偵測端與該電流源之間，並依據該切換訊號的準位而導通或截止，且該切換開關截止時，而產生該第一偵測訊號，該切換開關導通時，依據該電流產生該第二偵測訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之控制電路，其中該控制電路之該偵測端耦接一分壓電路，其並分壓一輸入電壓，而供該第一保護電路接收該第一偵測訊號或該第二保護電路接收該第二偵測訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應器之控制電路，其中該分壓電路包含：
   一第一電阻，用以接收該輸入電壓；以及
   一第二電阻，具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該第一電阻與該偵測端，該第二端耦接一接地端，該第一電阻與該第二電阻分壓該輸入電壓，而供該第一保護電路接收該第一偵測訊號或該第二保護電路接收該第二偵測訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之控制電路，其更包含：
   一邏輯單元，耦接該第一保護電路與該第二保護電路，並依據該第一保護訊號與該第二保護訊號而產生一重置訊號；以及
   一正反器，耦接該邏輯單元，並依據該重置訊號以產生該切換訊號而切換該電源供應器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應器之控制電路，其更包含：
   一振盪器，用以產生一振盪訊號，並傳送該振盪訊號至該邏輯單元與該正反器。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應器之控制電路，其更包含：
   一驅動單元，耦接該正反器，並依據該正反器的輸出而產生該切換訊號而切換該電源供應器。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應器之控制電路，其更包含：
   一計時單元，耦接該第二保護電路，並依據該該第二保護訊號，產生一計時訊號並傳送該計時訊號至該邏輯單元。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之控制電路，其中該第一保護電路為一最大週期限制電路，而該第二保護電路為一過電壓保護電路。