TW201524107A - 控制電路以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種控制電路，用於可編程電源供應器。此控制電路包括一電路以及一脈寬調變電路。該電路根據電源供應器的輸出電壓來產生限制信號，以限制功率轉換器的變壓器的切換電流。脈寬調變電路根據回授信號以及限制信號來產生切換信號，以切換變壓器並調整電源供應器的輸出電壓。回授信號的位準與電源供應器的輸出電壓的位準相關聯。電源供應器的輸出電壓為可編程的。

Description

控制電路以及控制方法
本發明是有關於一種用於電源供應器的可編程的電流限制，特別是有關於一種具有可編程輸出電壓(可改變的輸出電壓)的可編程電源供應器。
電流限制的技術利用來滿足安全性的需求。用於電源供應器的電流限制的詳細技術可在以下的習知技術中獲得：編號為6,611,439且名稱為”PWM controller for controlling having a saw-limiter for output power limit without sensing input voltage”的美國專利、編號為6,721,192且名稱為”PWM controller regulating output voltage and output current in primary side”的美國專利、以及編號為7,054,170且名稱為”Power-mode controlled power converter”的美國專利。
本發明提供一種控制電路，用於可編程電源供應器。此控制電路包括一電路以及一脈寬調變電路。該電路根據電源供應器的輸出電壓來產生一限制信號，以限制電源供應器的一變壓器的切換電流。脈寬調變電路根據一回授信號以及限制信號來產生切換信號，以使變壓器切換並調整電源供應器的輸出電壓。回授信號的位準與電源供應器的輸出電壓的位準相關聯。電 源供應器的輸出電壓為可編程的。
本發明另提供一種控制方法，用以控制電源供應器產生輸出電壓。此控制方法包括以下步驟：根據電源供應器的輸出電壓來產生限制信號，以限制電源供應器的變壓器的切換電流；以及根據回授信號以及限制信號來產生切換信號，以使變壓器切換並調整電源供應器的輸出電壓。回授信號的位準與電源供應器的輸出電壓的位準相關聯。電源供應器的輸出電壓為可編程的。
第1圖：
10‧‧‧變壓器
20‧‧‧電晶體
25、31、32‧‧‧電阻器
40‧‧‧整流器
45‧‧‧電容器
50‧‧‧誤差放大器
51、52、56‧‧‧電阻器
57‧‧‧電容器
70‧‧‧參考電壓
80‧‧‧光耦合器
100‧‧‧控制電路
CS‧‧‧切換電流信號
NA‧‧‧輔助線圈
NP‧‧‧一次側線圈
NS‧‧‧二次側線圈
SW‧‧‧切換信號
VIN‧‧‧輸入電壓
VFB‧‧‧回授信號
VO‧‧‧輸出電壓
VR‧‧‧參考電壓
VS‧‧‧反射信號
第2圖：
100‧‧‧控制電路
110‧‧‧電阻器
120‧‧‧電晶體
125、126‧‧‧電阻器
150‧‧‧取樣維持電路(S/H)
200‧‧‧電路
300‧‧‧脈寬調變電路(PWM)
CS‧‧‧切換電流信號
EIN‧‧‧輸入電壓信號
EO‧‧‧輸出電壓信號
IX‧‧‧限制信號
ST‧‧‧初始時序信號
SW‧‧‧切換信號
VB‧‧‧回授信號
VCC‧‧‧電壓
VFB‧‧‧回授信號
VS‧‧‧反射信號
第3圖：
200‧‧‧電路
210‧‧‧放大器
215‧‧‧電阻器
220‧‧‧電晶體
231、232、234、235、238、239‧‧‧電晶體
240‧‧‧電流源
245‧‧‧開關
251、252、253‧‧‧電阻器
260‧‧‧比較器
265‧‧‧電晶體
EIN‧‧‧輸入電壓信號
EO‧‧‧輸出電壓信號
I235、I240‧‧‧電流
IAG‧‧‧電流
IMAX‧‧‧電流源
IX‧‧‧限制信號
ST‧‧‧初始時序信號
VCC‧‧‧電壓
VG‧‧‧信號
VT1‧‧‧臨界值
第4圖：
35‧‧‧電阻器
300‧‧‧脈寬調變電路
400‧‧‧振盪器(OSC)
410‧‧‧反向器
411‧‧‧加法器
415、416‧‧‧比較器
419‧‧‧及閘
420‧‧‧正反器
425‧‧‧及閘
CLK‧‧‧時脈信號
CS‧‧‧切換電流信號
IMIN‧‧‧電流源
IX‧‧‧限制信號
RMP‧‧‧斜坡信號
SP‧‧‧信號
SW‧‧‧切換信號
VB‧‧‧回授信號
VCC‧‧‧電壓
VLMT‧‧‧電流限制信號
第5圖：
VO‧‧‧輸出電壓
VLMT‧‧‧電流限制信號
第1圖表示根據本發明一實施例的電源供應器。
第2圖表示根據本發明一實施例，在第1圖的電源供應器中的控制電路。
第3圖表示根據本發明一實施例，在第2圖的控制電路中的電路。
第4圖表示根據本發明一實施例，在第2圖的控制電路中的脈寬調變電路。
第5圖表示根據本發明一實施例，在第1圖的電源供應器中的電流限制信號相對於輸出電壓的曲線。
為使本發明之上述目的、特性和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖系表示根據本發明一實施例的可編程電源供 應器。變壓器耦接於電源供應器的輸入電壓VIN與電晶體20之間。電晶體20係使切換變壓器10切換以轉換一功率。此功率與輸入電壓VIN相關聯。變壓器10包括一次側線圈NP、二次側線圈NS、以及輔助線圈NA。當變壓器10切換時，此功率由一次側線圈NP轉移至二次側線圈NS，且產生了電源供應器的輸出電壓VO。換句話說，當變壓器10切換時，變壓器10的二次側線圈NS將透過整流器40以及電容器45來產生輸出電壓VO。控制電路100產生切換信號SW，切換信號SW與電晶體20耦合，以驅動電晶體20進而調整電源供應器的輸出電壓VO。當電晶體20導通時，變壓器10的切換電流將透過電阻器25產生切換電流信號CS。切換電流信號CS耦合至控制電路100。
電阻器31與32耦接變壓器10的輔助線圈NA，以偵測反射信號VS。此反射信號VS耦接至控制電路100。反射信號VS表示變壓器10的反射電壓。在變壓器10的去磁化期間，反射信號VS的位準與輸出電壓VO的位準相關聯。輸出電壓信號EO(顯示於第2圖)根據反射信號VS而產生；換句話說，輸出電壓信號EO與電源供應器的輸出電壓VO的位準相關聯。
誤差放大器50透過電阻器51與52接收輸出電壓VO。誤差放大器50接收參考電壓70(VR)。誤差放大器50的輸出產生回授信號VFB，其透過光耦合器80耦合至控制電路100。因此，控制電路100將根據回授信號VFB來產生切換信號SW，以調整輸出電壓VO，如式(1)所示：
參考電壓70(VR)為可編程的，以決定電源供應器的輸出電壓VO。此外，電阻器52是可調整的，可用來編程輸出電壓VO。電阻器56以及電容器57耦接誤差放大器50，以用於回授迴路補償。電容器57的電容值將決定回授迴路的頻寬，以用於輸出電壓VO的調整。
第2圖係表示根據本發明實施例的控制電路100。在控制電路100中，位準移位電路包括電晶體120以及電阻器110、125、與126。位準移位電路接收回授信號VFB以產生信號VB。換句話說，信號VB的位準與回授信號VFB的位準相關聯。信號VB、切換電流信號CS、以及限制信號IX耦合至脈寬調變電路(pulse width modulation circuit，PWM)300，以產生切換信號SW。電路200根據輸出電壓信號EO以及初始時序信號ST來產生限制信號IX。電路200另可根據輸出電壓信號EO、輸入電壓信號EIN、以及初始時序信號ST來產生限制信號IX。
取樣維持電路(sample-hold circuit，S/H)150接收反射信號VS以產生輸出電壓信號EO以及輸入電壓信號EIN。輸出電壓信號EO與輸出電壓VO相關聯。輸入電壓信號EIN則表示輸入電壓VIN。對變壓器10的反射電壓VS進行取樣以及產生輸出電壓信號EO的詳細技術可在以下習知技術中獲得：編號7,349,229且發明名稱為”Causal sampling circuit for measuring reflected voltage and demagnetizing time of transformer”的美國專利、編號7,486,528且發明名稱為”Linear-predict sampling for measuring demagnetized voltage of transformer”的美國專利、以及編號7,671,578且發明名稱為”Detection circuit for sensing the input voltage of transformer”的美國專利。
第3圖係表示根據本發明一實施例的電路200。輸出電壓信號EO透過分壓器產生信號VG。此分壓器可由電阻器251與252組成。當電路200根據輸出電壓信號EO、輸入電壓信號EIN、以及初始時序信號ST來產生限制信號IX時，253。分壓器可由電阻器251與252、與253所組成。
上述之電阻器253的致能/禁能係由電晶體265所控制。一旦輸入電壓信號EIN高於臨界值VT1時，比較器260將導通電晶體265。換句話說，當輸入電壓信號EIN高於臨界值VT1時，電阻器253致能；一但輸入電壓信號EIN低於臨界值VT1時，電阻器253則禁能。因此，當輸入電壓信號EIN低於臨界值VT1時，信號VG如式(2)所表示：
當輸入電壓信號EIN高於臨界值VT1時，信號VG則如式(3)所表示：
放大器210、電阻器215、以及電晶體220將根據信號VG還產生電流IAG。
IX=(K×IAG)+(K0×I240)-------------------------------------(6)
如式(6)所示，限制信號IX是根據電流IAG所產生的，其中，K與K0係表示由電晶體231、232、234、235、238、與239所組成的多個電流鏡的比例，I240則電流源240的電流。限制信號IX的最大數值被電流源IMAX所箝制住。電流源240被開關245所致能。開關245係由初始時序信號ST所控制。即是，當電源供應器被啟動，且輸出電壓VO被編程為一高數值期間，初始時序信號ST將致能電流源240。因此，限制信號IX的數值係由輸出電壓信號EO、以及初始時序信號ST所決定。限制信號IX的數值另可由輸出電壓信號EO、輸入電壓信號EIN、以及初始時序信號ST所決定。
詳細來說，當開關245被初始時序信號ST關閉時，由電晶體238與239所組成的電流鏡將只反射流經電晶體235的電流I235以產生限制信號IX。當輸出電壓上升(即在電源供應器的電源啟動期間)，開關245被初始時序信號ST所導通。在此時，由電晶體238與239所組成的電流鏡對多個電流進行鏡反映，此多個電流是指電流I235與I240的加總以產生限制電流IX。因此，根據上述可得知，在電源供應器的電源啟動(power-on period)期間，限制信號IX的位準增加。
第4圖係表示根據本發明一實施例的脈寬調變電路300。振盪器(oscillator，OSC)400將產生時脈信號CLK以及斜坡信號RMP。時脈信號CLK透過反向器410對正反器420計數，以透過及閘425來產生切換信號SW。加法器411將根據斜坡信號RMP以及切換電流信號CS來產生信號SP。信號SP耦合至比較器415。當回授信號VB低於信號SP時，比較器415將透過及閘419來重置正反器420並關閉切換信號SW。限制信號IX以及電流源IMIN耦合至電 阻器35以產生電流限制信號VLMT。根據第4圖，限制信號IX、電流源IMIN、以及電阻器35的操作，電流限制信號VLMT表示限制信號IX。換句話說，電流限制信號VLMT正比於限制信號IX。如此一來，電流限制信號VLMT耦合至變壓器10，用來限制變壓器10的切換電流。當切換電流信號CS高於電流限制信號VLMT時，比較器416則透過及閘419來重置正反器420以及關閉切換信號SW。
第5圖係表示電流限制信號VLMT相對於電源供應器的輸出電壓VO的曲線。當輸出電壓VO的位準被編程為一較高數值(例如20V)時，電流限制信號VLMT將設定為一較高數值(例如1V)。假使輸出電壓VO的位準被編程為一較低數值(例如5V)時，電流限制信號VLMT將自動地設定為一較低數值(例如0.5V)，以符合安全要求。如上所述，電流限制信號VLMT表示限制信號IX。換句話說，限制信號IX的位準根據輸出電壓VO的位準的減少而減少。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧控制電路
110‧‧‧電阻器
120‧‧‧電晶體
125、126‧‧‧電阻器
150‧‧‧取樣維持電路(S/H)
200‧‧‧電路
300‧‧‧脈寬調變電路(PWM)
CS‧‧‧切換電流信號
EIN‧‧‧輸入電壓信號
EO‧‧‧輸出電壓信號
IX‧‧‧限制信號
ST‧‧‧初始時序信號
SW‧‧‧切換信號
VB‧‧‧回授信號
VCC‧‧‧電壓
VFB‧‧‧回授信號
VS‧‧‧反射信號

Claims (15)

  1. 一種控制電路，用於一可編程電源供應器，包括：一電路，根據該電源供應器的一輸出電壓來產生一限制信號，以限制該可編程電源供應器的一變壓器的一切換電流；以及一脈寬調變電路，根據一回授信號以及該限制信號來產生一切換信號，以使該變壓器切換並調整該電源供應器的該輸出電壓；其中，該回授信號的位準與該電源供應器的該輸出電壓的位準相關聯，以及該電源供應器的該輸出電壓為可編程的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，該限制信號根據該電源供應器的一輸入電壓而產生。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，更包括：一取樣維持電路，對該變壓器的一反射電壓進行取樣，以產生一輸出電壓信號；其中，該輸出電壓信號表示該電源供應器的該輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，更包括：一取樣維持電路，耦接該變壓器以產生一輸入電壓信號； 其中，該輸入電壓信號表示該電源供應器的一輸入電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，該限制信號的位準根據該電源供應器的該輸出電壓的減少而減少。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，當一輸入電壓增加時，該控制電路減少該限制信號的位準。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，在該電源供應器的電源啟動期間，該限制信號的位準增加。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，當該輸出電壓被編程為一較高數值時，該限制信號的位準增加。
  9. 一種控制方法，用以控制一電源供應器產生一輸出電壓，包括：根據該電源供應器的一輸出電壓來產生一限制信號，以限制該電源供應器的一變壓器的一切換電流；以及根據一回授信號以及該限制信號來產生一切換信號，以使該變壓器切換並調整該電源供應器的該輸出電壓；其中，該回授信號的位準與該電源供應器的該輸出電壓的位準相關聯，以及該電源供應器的該輸出電壓為可編程的。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其中，該限制信號根據該電源供應器的一輸入電壓而產生。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，更包括： 藉由對該變壓器的一反射電壓進行取樣，以產生一輸出電壓信號，其中，該輸出電壓信號表示該電源供應器的該輸出電壓；以及藉由對該變壓器的該反射電壓進行取樣，以產生一輸入電壓信號，其中，該輸入電壓信號表示該電源供應器的一輸入電壓。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其中，該限制信號的位準根據該電源供應器的該輸出電壓的減少而減少。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其中，當一輸入電壓增加時，該限制信號的位準減少。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其中，在該電源供應器的電源啟動期間，該限制信號的位準增加。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其中，當該輸出電壓編程為一較高數值時，該限制信號的位準增加。
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