TW201543797A - 返馳式電源供應器及其控制電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種返馳式電源供應器及其控制電路。返馳式電源供應器包含一變壓器，具有一次側繞組、二次側繞組、以及一輔助繞組；一功率開關，用以控制該一次側繞組的導通時間；一控制電路，用以產生一控制訊號以控制該功率開關，此控制電路為積體電路並具有一電流感測腳位以取得通過該功率開關之一電流感測訊號。返馳式電源供應器還包含一溫敏電阻或是一模式偵測電阻，耦接於該輔助繞組和該電流感測腳位之間，以提供該控制電路溫度相關訊號，藉此使該控制電路得以進行溫度過高保護，或是提供該控制電路模式偵測訊號，藉此使該控制電路得以進行模式偵測。

Description

返馳式電源供應器及其控制電路
本發明係有關一種返馳式電源供應器及其控制電路，特別是指一種能夠進行溫度過高保護(Over-Temperature Protection, OTP)或偵測操作模式為連續導通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)或不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)而不需要增加腳位的返馳式電源供應器及其控制電路。
第1圖示出一種先前技術的返馳式電源供應器100，其中，交流電壓Vac經由整流電路10整流後，產生輸入電壓Vin。變壓器103的一次側繞組W1接收輸入電壓Vin。功率開關PS控制一次側繞組W1的導通時間，而在二次側繞組W2轉換產生輸出電壓Vout。功率開關PS受控於控制電路105，此控制電路105為積體電路並具有已知固定數目的腳位。為進行回授控制，控制電路105需要獲知電流和電壓訊息，其中，電流訊息藉由電流感測腳位CS，自電流感測電路107取得；電壓訊息藉由電壓回授腳位FB，自輔助繞組W3經分壓後取得、或是從二次側經由光耦合方式取得(皆未示出)。控制電路105產生控制訊號，從功率開關控制腳位GATE輸出，以控制功率開關PS的操作。此外，控制電路105還必須連接於電源和地，因此必須具備電源和接地腳位VDD和GND (其中，電源例如但不限於可自輔助繞組W3經降壓後取得)。由上可知，控制電路105至少有五個腳位必須提供給已知的功能使用。
為了保護返馳式電源供應器100不會因為溫度過高而損毀，控制電路105必須接收與溫度相關的訊號，才能根據之而反應，在適當時機停止功率開關PS的操作。此外，在某些應用中，必須判斷返馳式電源供應器100目前的操作模式為連續導通模式或不連續導通模式。這些功能都使得控制電路105必須從其外部取得訊息，也就是必須透過腳位與外部溝通。若是採用六腳位封裝，則控制電路105還可容許有一個腳位DMAG。然而，此腳位DMAG通常必須保留給其他功能使用，而不能用來進行OTP或是操作模式判斷。因此，先前技術或是不能進行OTP和操作模式判斷、或是必須採用更多腳位的封裝而增加成本。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種返馳式電源供應器及其控制電路，能夠進行OTP或偵測操作模式為CCM或DCM而不需要增加腳位。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應器，包含：一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，用以控制該一次側繞組的導通時間；一控制電路，用以產生一控制訊號以控制該功率開關，此控制電路為積體電路並具有一電流感測腳位以取得通過該功率開關之一電流感測訊號；一溫敏電阻，耦接於該輔助繞組和該電流感測腳位之間，以提供該控制電路溫度相關訊號，藉此使該控制電路得以進行溫度過高保護。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路根據該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號，且於該功率開關不導通之時段內，根據該溫度相關訊號而進行溫度過高保護。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路包含：一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號；一比較器，根據該溫度相關訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以決定是否進行溫度過高保護；以及一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能(enable)該比較器。
在其中一種較佳的實施例中，該參考訊號具有一固定位準、或具有一與該輸出電壓相關的可變位準。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路更包含一取樣脈衝產生電路，以於該功率開關不導通之時段內，產生一取樣脈衝，使該致能開關致能該比較器。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路更包含一遮蔽電路，以於該功率開關不導通的一段初始時間內，禁能(disable)該比較器。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應器包含一二極體，其陽極耦接於該輔助繞組，陰極耦接於該溫敏電阻。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應器更包含一齊納二極體，其陰極耦接於該輔助繞組，陽極耦接於該二極體的陽極。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應器更包含一調整電阻，耦接於該溫敏電阻和該電流感測腳位之間。
就另一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應器之控制電路，該返馳式電源供應器包含一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，受控於該控制電路所產生之一控制訊號而控制該一次側繞組的導通時間；一溫敏電阻，其一端耦接於該輔助繞組；該控制電路包含：一電流感測腳位，用以取得通過該功率開關之一電流感測訊號，且此腳位用以與該溫敏電阻之另一端耦接，以取得溫度相關訊號；一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號；一比較器，根據該溫度相關訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以決定是否進行溫度過高保護；以及一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該比較器。
就另一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應器，包含：一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，用以控制該一次側繞組的導通時間；一控制電路，用以產生一控制訊號以控制該功率開關，此控制電路為積體電路並具有一電流感測腳位以取得通過該功率開關之一電流感測訊號；一模式偵測電阻，耦接於該輔助繞組和該電流感測腳位之間，以提供該控制電路模式偵測訊號，藉此使該控制電路得以進行模式偵測，判斷該返馳式電源供應器是操作於CCM或DCM。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路根據該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號，且於該功率開關不導通之時段內，根據該模式偵測訊號而進行模式偵測。
在其中一種較佳的實施例中，該二次側繞組與一輸出二極體耦接，且該模式偵測結果係用以判斷該輸出二極體上是否並無順向導通跨壓、用以使該返馳式電源供應器操作於DCM和CCM之間的邊界模式、或用以進行流過該輸出二極體之電流的定電流輸出控制。
該返馳式電源供應器更包含該控制電路包含：一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號；一比較器，根據該模式偵測訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以進行模式判斷；以及一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該比較器。
在其中一種較佳的實施例中，該控制電路包含：一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號；一電流零交越偵測電路，根據該模式偵測訊號是否出現電流零交越，以進行模式判斷；以及一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該電流零交越偵測電路。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應器更包含一二極體，其陽極耦接於該輔助繞組，陰極耦接於該模式偵測電阻。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應器更包含一齊納二極體，其陰極耦接於該輔助繞組，陽極耦接於該二極體的陽極。
就另一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應器之控制電路，該返馳式電源供應器包含一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，受控於該控制電路所產生之一控制訊號而控制該一次側繞組的導通時間；一模式偵測電阻，其一端耦接於該輔助繞組；該控制電路包含：一電流感測腳位，用以取得通過該功率開關之一電流感測訊號，且此腳位用以與該模式偵測電阻之另一端耦接，以取得一模式偵測訊號；一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號；一比較器，根據該模式偵測訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以進行模式判斷；或一電流零交越偵測電路，根據該模式偵測訊號是否出現電流零交越，以進行模式判斷；以及一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該比較器或該電流零交越偵測電路。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第2圖，顯示本發明之返馳式電源供應器的第一個實施例。如第2圖所示，交流電壓Vac經由整流電路10整流後，產生輸入電壓Vin。整流電路10例如為橋式整流電路。返馳式電源供應器200中，變壓器103的一次側繞組W1接收輸入電壓Vin。功率開關PS控制一次側繞組W1的導通時間，而在二次側繞組W2轉換產生輸出電壓Vout。功率開關PS受控於控制電路205，此控制電路205為積體電路並具有已知固定數目的腳位。控制電路205藉由電流感測腳位CS，自電流感測電路107取得電流感測訊號，此電流感測訊號相關於流經功率開關PS的電流，也就是相關於流經一次側繞組W1的電流；此外，控制電路205藉由電壓回授腳位FB，自輔助繞組W3經分壓後取得、或是從二次側經由光耦合方式取得相關於輸出電壓Vout的回授訊號。電流感測電路107例如但不限於包含電阻Rcs，耦接在功率開關PS與地之間；及電阻Rs，耦接在功率開關PS與電流感測腳位CS之間。其中，電阻Rs為較佳但並非絕對必要，可以省略。控制電路205產生控制訊號，從功率開關控制腳位GATE輸出，以控制功率開關PS的操作。
在本實施例中，返馳式電源供應器200還包括一溫敏電阻Rtc，耦接於輔助繞組W3和電流感測腳位CS之間，以提供給控制電路205溫度相關訊號，藉此使控制電路205得以進行溫度過高保護。溫敏電阻Rtc可以具有正溫度係數（電阻值隨溫度增加而升高）或負溫度係數（電阻值隨溫度增加而降低）。此外，較佳而非必須地，在溫敏電阻Rtc和輔助繞組W3之間，可再耦接一二極體D，此二極體D的陽極耦接於輔助繞組W3，陰極耦接於溫敏電阻Rtc。二極體D的目的是提供箝位作用，但亦可省略。
第3圖顯示控制訊號Vgate、電阻Rcs上的電阻跨壓VRcs、輔助繞組電壓Vaux、輔助繞組電壓Vaux經過二極體D箝位後的箝位電壓Vclp、以及不同情況下之電流感測腳位電壓Vcs1、Vcs2之波形圖。請對照第2圖和第3圖，在功率開關PS導通的時間內，流經一次側繞組W1和功率開關PS的電流逐漸增加，但在功率開關PS不導通的時間內，流經一次側繞組W1和功率開關PS的電流為零，因此跨於電阻Rcs上的電阻跨壓VRcs，其波形如圖所示。當功率開關PS不導通時，二次側繞組W2和輔助繞組W3產生感應電流，因此輔助繞組電壓Vaux的波形如圖所示。輔助繞組電壓Vaux經過二極體D箝位後，低於二極體D順向導通電壓Vf的電壓波形被濾除，因此箝位電壓Vclp的波形如圖所示。電流感測腳位CS所接收到的電流感測腳位電壓，在功率開關PS導通的時間內，對應於電阻跨壓VRcs的波形，又，在功率開關PS不導通的時間內，對應於箝位電壓Vclp的波形，減去溫敏電阻Rtc的壓降。當溫敏電阻Rtc具有正溫度係數時，溫度越高，則電流感測腳位電壓越低，如波形Vcs1所示；溫度越低，則電流感測腳位電壓越高，如波形Vcs2所示。因此，根據本發明，可以適當地設定一個參考電壓Vref，使得溫度過高時，可以觸發溫度過高保護功能。同理，當溫敏電阻Rtc具有負溫度係數時，溫度越高，則電流感測腳位電壓越高，如波形Vcs2所示；溫度越低，則電流感測腳位電壓越低，如波形Vcs1所示。因此，同樣可以適當地設定一個參考電壓Vref，使得溫度過高時，可以觸發溫度過高保護功能。
不過，在功率開關PS導通的時間內，電流感測腳位電壓Vcs1、Vcs2與參考電壓Vref之間的關係可能無法確定（視流經一次側繞組W1和功率開關PS的電流和電阻Rcs與電阻Rs的電阻值而定，但這些參數可能需要根據其他需求來決定，而不一定能配合溫敏電阻Rtc的參數設定），因此，較佳方式是在功率開關PS不導通的時間內，才將電流感測腳位電壓Vcs1、Vcs2與參考電壓Vref比較，據以判斷是否觸發溫度過高保護功能。
第4圖顯示控制電路205內部判斷是否進行溫度過高保護的一個電路實施例。如圖所示，在本實施例中，控制電路205例如但不限於包括：一開關訊號產生電路2051和一比較器2052，其中，比較器2052於功率開關PS不導通之時段內才被致能(enable)。開關訊號產生電路2051用以接收電流感測訊號以及與輸出電壓Vout相關的回授訊號而產生控制訊號，自功率開關控制腳位GATE輸出，其中電流感測訊號為前述電流感測腳位電壓中，對應於電阻跨壓VRcs的波形（亦即功率開關PS導通時，電流感測腳位電壓之波形），而與輸出電壓Vout相關的回授訊號則可自電壓回授腳位FB取得。比較器2052根據溫度相關訊號和參考電壓Vref而產生一比較結果，以決定是否進行溫度過高保護，其中溫度相關訊號為前述電流感測腳位電壓中，對應於箝位電壓Vclp減去溫敏電阻Rtc的壓降後的波形（亦即功率開關PS不導通時，電流感測腳位電壓之波形）。當溫敏電阻Rtc具有正溫度係數時，則可在溫度相關訊號低於參考電壓Vref時，觸發溫度過高保護功能；又，當溫敏電阻Rtc具有負溫度係數時，則可在溫度相關訊號高於參考電壓Vref時，觸發溫度過高保護功能。
比較器2052於功率開關PS不導通之時段內才被致能(enable)，可以用任何等效方式來實現，舉例而言，在第5圖實施例中，可在比較器2052接收溫度相關訊號的路徑上設置一個致能開關SW，而開關訊號產生電路2051在所發出的控制訊號關閉功率開關PS後，才導通該致能開關SW。當然，此僅為等效實施方式的一例，任何使比較器2052於功率開關PS不導通之時段內才被致能的方式，都應視為等效而屬於本發明的範圍。
第6圖顯示控制電路205內部判斷是否進行溫度過高保護的另一個電路實施例。如圖所示，在本實施例中，控制電路205還包含一取樣脈衝產生電路2053，以在適當時機產生一取樣脈衝來導通致能開關SW。請參閱第3圖，假設二次側繞組W2在時間點t2時放電完畢，而下一個週期在t3才開始，（亦即，返馳式電源供應器200操作於DCM，在二次側繞組W2放電完畢之後並沒有立刻進入下一個週期），則輔助繞組電壓Vaux將出現震盪波形（如時間點t2－t3之間所示），此時則較不適宜根據溫度相關訊號和參考電壓Vref來判斷是否進行溫度過高保護，因此可適當設計使取樣脈衝產生電路2053所產生的取樣脈衝，在時間點t2之前導通致能開關SW，令比較器2052在時間點t2之前進行比較。須說明的是，本實施例的取樣脈衝產生電路2053僅是較佳而非必須；舉例而言，若是返馳式電源供應器200操作於CCM（CCM表示在二次側繞組W2放電完畢之前或立刻進入下一個週期），則輔助繞組電壓Vaux將不會出現震盪波形，亦即時間點t2等於時間點t3，此情況下可在功率開關PS不導通的時間點t0之後、下一次功率開關PS導通的時間點t3之前的任何時間或是持續致能比較器2052，就可以不需要取樣脈衝產生電路2053。
第7圖顯示控制電路205內部判斷是否進行溫度過高保護的另一個電路實施例。如圖所示，在本實施例中，控制電路205除了包含取樣脈衝產生電路2053之外，還包含一遮蔽電路2054。遮蔽電路2054的目的是使取樣脈衝產生電路2053所產生的取樣脈衝，不但是在時間點t2之前、且也是在時間點t1之後，才導通致能開關SW，令比較器2052在時間點t1－t2之間進行比較。遮蔽電路2054例如但不限於可以是一個延遲電路，在時間點t1之後，延遲一段預定時間，才使取樣脈衝產生電路2053產生取樣脈衝。須說明的是，本實施例的遮蔽電路2054僅是較佳而非必須；當電路溫度過高時，比較器2052雖在時間點t0－t1之間進行比較而未正確觸發溫度過高保護，但只要能在時間點t1－t2之間正確觸發溫度過高保護，即可。
第8圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第二個實施例。在本實施例中，返馳式電源供應器300還包括一調整電阻Rset，耦接於溫敏電阻Rtc和電流感測腳位CS之間。因為觸發溫度過高保護功能的要求規格可能隨應用而異、輸出電壓Vout的規格可能隨應用而異、輔助繞組W3所產生的電壓規格可能隨應用而異，這些都可能會影響溫度相關訊號和參考電壓Vref的比較設定，然而溫敏電阻Rtc所提供的壓降範圍未必能全然配合該比較設定，因此，可提供調整電阻Rset，使得溫敏電阻Rtc和調整電阻Rset的總壓降，能夠配合溫度相關訊號和參考電壓Vref的比較設定。
第9圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第三個實施例。在本實施例中，返馳式電源供應器400還包括一齊納二極體ZD，其陰極耦接於輔助繞組W3，陽極耦接於二極體D的陽極。齊納二極體ZD的目的是在輔助繞組W3和二極體D的陽極之間，提供一個固定的壓降，以間接降低電流感測腳位CS所需要耐受的電壓。
第10圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第四個實施例。本實施例顯示返馳式電源供應器500可以既包括齊納二極體ZD、也包括調整電阻Rset。
第11圖顯示控制電路205內部判斷是否進行溫度過高保護的另一個電路實施例。在某些應用中，輸出電壓Vout的目標值是可變的。然而，由於二次側繞組W2和輔助繞組W3的圈數比為固定，因此當輸出電壓Vout的目標值改變時，輔助繞組電壓Vaux也會改變，進而影響電流感測腳位電壓中的溫度相關訊號，使得無法在正確的時機觸發溫度過高保護。為解決此問題，如圖所示，在本實施例的控制電路205中，參考電壓Vref是可調整的，具有一與輸出電壓Vout相關的可變位準。因為輔助繞組電壓Vaux會因輸出電壓Vout的目標值改變而對應地改變，故若參考電壓Vref也因輸出電壓Vout的目標值改變而對應地改變，就可以在正確的時機觸發溫度過高保護。
舉例而言，請參閱第12-13圖，顯示根據輸出電壓Vout來調整參考電壓Vref的兩個實施例。在第12圖中，參考電壓Vref例如可以是輸出電壓相關訊號的一個分壓；在第13圖中，參考電壓Vref例如可以是輸出電壓相關訊號，經過對照電路(mapping circuit)2055所對應產生的一個電壓。所述輸出電壓相關訊號，例如但不限於可取自輔助繞組電壓Vaux或是取自相關於輸出電壓Vout的回授訊號。
第14圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第五個實施例。如第14圖所示，交流電壓Vac經由整流電路10整流後，產生輸入電壓Vin。整流電路10例如為橋式整流電路。返馳式電源供應器600中，變壓器103的一次側繞組W1接收輸入電壓Vin。功率開關PS控制一次側繞組W1的導通時間，而在二次側繞組W2轉換產生輸出電壓Vout。功率開關PS受控於控制電路605，此控制電路605為積體電路並具有已知固定數目的腳位。控制電路605藉由電流感測腳位CS，自電流感測電路107取得電流感測訊號，此電流感測訊號相關於流經功率開關PS的電流，也就是相關於流經一次側繞組W1的電流；此外，控制電路605藉由電壓回授腳位FB，自輔助繞組W3經分壓後取得、或是從二次側經由光耦合方式取得相關於輸出電壓Vout的回授訊號。電流感測電路107例如但不限於包含電阻Rcs，耦接在功率開關PS與地之間；及電阻Rs，耦接在功率開關PS與電流感測腳位CS之間。其中，電阻Rs為較佳但並非絕對必要。控制電路605產生控制訊號，從功率開關控制腳位GATE輸出，以控制功率開關PS的操作。
在本實施例中，返馳式電源供應器600還包括一個模式偵測電阻Rdet，耦接於輔助繞組W3和電流感測腳位CS之間，以對控制電路605提供模式偵測訊號。此外，較佳而非必須地，在模式偵測電阻Rdet和輔助繞組W3之間，可再耦接一二極體D，此二極體D的陽極耦接於輔助繞組W3，陰極耦接於模式偵測電阻Rdet。二極體D的目的是提供箝位作用，但亦可省略。本實施例之返馳式電源供應器600可以偵測操作模式為CCM或DCM而不需要增加腳位。
請參閱第15-16圖，顯示控制訊號Vgate、電阻Rcs上的電阻跨壓VRcs、輔助繞組電壓Vaux、輔助繞組電壓Vaux經過二極體D箝位後的箝位電壓Vclp、以及不同情況下之電流感測腳位電壓Vcs3、Vcs4之波形圖。如前所述，若是返馳式電源供應器600操作於DCM，則輔助繞組電壓Vaux將出現震盪波形（如第15圖時間點t2－t3之間所示），又若是返馳式電源供應器600操作於CCM，則輔助繞組電壓Vaux將不會出現震盪波形（如第16圖時間點t0－t3之間所示）。當返馳式電源供應器600操作於DCM時，也表示在二次側繞組W2放電完畢時，流過第14圖二次側之輸出二極體Do 的電流Ido為零，因此輸出二極體Do上並無順向導通跨壓，此時輸出電壓Vout和二次側繞組W2的上方節點電壓相等，這個時間點對於某些偵測和計算來說是個重要的訊息。
根據以上，在其中一個實施例中，請參閱第17圖，可在功率開關PS不導通的時間內，將電流感測腳位電壓與一適當的參考電壓VrefM相比較，以判斷輔助繞組電壓Vaux是否出現震盪波形(例如但不限於可偵測是否出現第15圖中的膝點)，若是出現，即可判斷返馳式電源供應器600操作於DCM。如圖所示，在本實施例中，控制電路605例如但不限於包括：一開關訊號產生電路6051和一比較器6052，其中，比較器6052於功率開關PS不導通之時段內才被致能。開關訊號產生電路6051用以接收電流感測訊號以及與輸出電壓Vout相關的回授訊號而產生控制訊號，自功率開關控制腳位GATE輸出，其中電流感測訊號為前述電流感測腳位電壓中，對應於電阻跨壓VRcs的波形（亦即功率開關PS導通時，電流感測腳位電壓之波形），而與輸出電壓Vout相關的回授訊號則可自電壓回授腳位FB取得。比較器6052根據電流感測腳位電壓中的模式偵測訊號和參考電壓VrefM而產生一比較結果，以判斷返馳式電源供應器600操作於DCM或CCM，其中模式偵測訊號對應於前述電流感測腳位電壓中的膝點(即，是否存在膝點的訊息)。
比較器6052於功率開關PS不導通之時段內才被致能，可以用任何等效方式來實現，舉例而言，與第5圖實施例相似，可在比較器6052接電流感測腳位電壓的路徑上設置一個致能開關，而開關訊號產生電路6051在所發出的控制訊號關閉功率開關PS後，才導通該致能開關SW。當然，此僅為等效實施方式的一例，任何使比較器6052於功率開關PS不導通之時段內才被致能的方式，都應視為等效而屬於本發明的範圍。
判斷返馳式電源供應器600操作於DCM或CCM，亦可不根據電壓、而是根據電流進行判斷。如前所述，當返馳式電源供應器600操作於DCM時，二次側繞組W2會放電完畢，因此對應地，輔助繞組W3也會放電完畢，故請參閱第18圖，在本實施例中，可在功率開關PS不導通的時間內，以一個電流零交越(Zero Current Crossing, ZCX)偵測電路6056，來判斷電流感測腳位CS所流入的電流是否出現零電流的情況，若是出現，即可判斷返馳式電源供應器600操作於DCM。本實施例中，模式偵測訊號對應於前述的電流零交越(即，是否存在電流零交越的事件)。
判斷返馳式電源供應器600操作於DCM或CCM，此訊息可以有種種利用方式。舉例而言，如前所述，可用以判斷輸出二極體Do上是否並無順向導通跨壓；若無，則輸出電壓Vout和二次側繞組W2的上方節點電壓相等。再舉例而言，根據本發明，可在偵測到前述膝點時，獲知這時二次側繞組W2剛放電完畢，此時可以使返馳式電源供應器600立刻開始下一個週期，則返馳式電源供應器600將操作於DCM中最靠近CCM的狀態(可視為DCM和CCM之間的邊界模式)，為切換損失最低的狀態。例如，參閱第19圖，可在偵測到前述膝點時，傳送訊號給控制電路605中用以產生時脈的震盪器OSC，使返馳式電源供應器600立刻開始下一個週期，即可達成上述目的。再舉例而言，參閱第20圖，Ido 為輸出二極體電流的波形，Ipeak為電流峰值，Tdis 表示二次側繞組W2放電時段，Tp 表示週期時間。根據膝點時間，可計算出Tdis，因此，可計算出輸出二極體電流Ido的值為 Ido= (1/2)Ipeak x (Tdis/Tp) 而可以進行定電流輸出控制。
第21圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第六個實施例。在本實施例中，返馳式電源供應器700還包括一齊納二極體ZD，其陰極耦接於輔助繞組W3，陽極耦接於二極體D的陽極。齊納二極體ZD的目的是在輔助繞組W3和二極體D的陽極之間，提供一個固定的壓降，以間接降低電流感測腳位CS所需要耐受的電壓。本實施例也顯示，前述各實施例中，電流感測電路107內的電阻Rs並非必要而可以省略。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件，因此「耦接」應視為包括直接和間接連接。又如，電阻或分壓電路並非僅限於電阻元件，亦可以其他電路，如電晶體電路等取代。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10‧‧‧整流電路
100,200,300,400,500,600,700‧‧‧返馳式電源供應器
103‧‧‧變壓器
105,205,605‧‧‧控制電路
107‧‧‧電流感測電路
2051,6051‧‧‧開關訊號產生電路
2052,6052‧‧‧比較器
2053‧‧‧取樣脈衝產生電路
2054‧‧‧遮蔽電路
2055‧‧‧對照電路
6056‧‧‧電流零交越偵測電路
CS‧‧‧電流感測腳位
D‧‧‧二極體
DMAG‧‧‧腳位
Do‧‧‧輸出二極體
EN‧‧‧致能訊號
FB‧‧‧電壓回授腳位
GATE‧‧‧功率開關控制腳位
GND‧‧‧接地腳位
Ido‧‧‧輸出二極體電流
Ipeak‧‧‧電流峰值
OSC‧‧‧震盪器
PS‧‧‧功率開關
Rcs,Rs‧‧‧電阻
Rdet‧‧‧模式偵測電阻
Rset‧‧‧調整電阻
Rtc‧‧‧溫敏電阻
SW‧‧‧致能開關
t0,t1,t2,t3‧‧‧時間點
Tdis‧‧‧放電時段
Tp‧‧‧週期時間
Vac‧‧‧交流電壓
Vaux‧‧‧輔助繞組電壓
Vclp‧‧‧箝位電壓
Vcs1-Vcs4‧‧‧電流感測腳位電壓
VDD‧‧‧電源腳位
Vgate‧‧‧控制訊號
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
VRcs‧‧‧電阻跨壓
Vref,VrefM‧‧‧參考電壓
W1‧‧‧一次側繞組
W2‧‧‧二次側繞組
W3‧‧‧輔助繞組
ZD‧‧‧齊納二極體
第1圖顯示一種先前技術的返馳式電源供應器。 第2圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第一個實施例。 第3圖顯示控制訊號Vgate、電阻Rcs上的電阻跨壓VRcs、輔助繞組電壓Vaux、輔助繞組電壓Vaux經過二極體D箝位後的箝位電壓Vclp、以及不同情況下之電流感測腳位電壓Vcs1、Vcs2之波形圖。 第4-7圖顯示本發明在控制電路內部判斷是否進行溫度過高保護的幾個電路實施例。 第8-10圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第二至四個實施例。 第11圖顯示本發明在控制電路內部判斷是否溫度過高保護的另一個電路實施例。 第12-13圖顯示根據輸出電壓來調整參考電壓的兩個實施例。 第14圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第五個實施例。 第15-16圖顯示控制訊號Vgate、電阻Rcs上的電阻跨壓VRcs、輔助繞組電壓Vaux、輔助繞組電壓Vaux經過二極體D箝位後的箝位電壓Vclp、以及不同情況下之電流感測腳位電壓Vcs3、Vcs4之波形圖。 第17-18圖顯示本發明在控制電路內部進行操作模式判斷的兩個電路實施例。 第19圖顯示進行操作模式判斷後如何應用的一個電路實施例。 第20圖顯示控制訊號Vgate以及輸出二極體電流Ido之波形圖。 第21圖顯示本發明之返馳式電源供應器的第六個實施例。
10‧‧‧整流電路
200‧‧‧返馳式電源供應器
103‧‧‧變壓器
205‧‧‧控制電路
107‧‧‧電流感測電路
CS‧‧‧電流感測腳位
D‧‧‧二極體
DMAG‧‧‧腳位
FB‧‧‧電壓回授腳位
GATE‧‧‧功率開關控制腳位
GND‧‧‧接地腳位
PS‧‧‧功率開關
Rcs,Rs‧‧‧電阻
Rtc‧‧‧溫敏電阻
Vac‧‧‧交流電壓
Vaux‧‧‧輔助繞組電壓
Vclp‧‧‧箝位電壓
VDD‧‧‧電源腳位
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
W1‧‧‧一次側繞組
W2‧‧‧二次側繞組
W3‧‧‧輔助繞組

Claims (21)

  1. 一種返馳式電源供應器，包含： 一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組； 一功率開關，耦接於該一次側繞組，用以控制該一次側繞組的導通時間； 一控制電路，用以產生一控制訊號以控制該功率開關，此控制電路為積體電路並具有一電流感測腳位以取得通過該功率開關之一電流感測訊號； 一溫敏電阻，耦接於該輔助繞組和該電流感測腳位之間，以提供該控制電路溫度相關訊號，藉此使該控制電路得以進行溫度過高保護。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路根據該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號，且於該功率開關不導通之時段內，根據該溫度相關訊號而進行溫度過高保護。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路包含： 一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號； 一比較器，根據該溫度相關訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以決定是否進行溫度過高保護；以及 一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能(enable)該比較器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之返馳式電源供應器，其中該參考訊號具有一固定位準、或具有一與該輸出電壓相關的可變位準。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路更包含一取樣脈衝產生電路，以於該功率開關不導通之時段內，產生一取樣脈衝，使該致能開關致能該比較器。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路更包含一遮蔽電路，以於該功率開關不導通的一段初始時間內，禁能(disable)該比較器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式電源供應器，更包含一二極體，其陽極耦接於該輔助繞組，陰極耦接於該溫敏電阻。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之返馳式電源供應器，更包含一齊納二極體，其陰極耦接於該輔助繞組，陽極耦接於該二極體的陽極。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式電源供應器，更包含一調整電阻，耦接於該溫敏電阻和該電流感測腳位之間。
  10. 一種返馳式電源供應器之控制電路，該返馳式電源供應器包含一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，受控於該控制電路所產生之一控制訊號而控制該一次側繞組的導通時間；一溫敏電阻，其一端耦接於該輔助繞組；該控制電路包含： 一電流感測腳位，用以取得通過該功率開關之一電流感測訊號，且此腳位用以與該溫敏電阻之另一端耦接，以取得一溫度相關訊號； 一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號； 一比較器，根據該溫度相關訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以決定是否進行溫度過高保護；以及 一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能(enable)該比較器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之返馳式電源供應器之控制電路，其中該參考訊號具有一固定位準、或具有一與該輸出電壓相關的可變位準。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之返馳式電源供應器之控制電路，其中該控制電路更包含一取樣脈衝產生電路，以於該功率開關不導通之時段內，產生一取樣脈衝，使該致能開關致能該比較器。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之返馳式電源供應器之控制電路，其中該控制電路更包含一遮蔽電路，以於該功率開關不導通的一段初始時間內，禁能(disable)該比較器。
  14. 一種返馳式電源供應器，包含： 一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組； 一功率開關，耦接於該一次側繞組，用以控制該一次側繞組的導通時間； 一控制電路，用以產生一控制訊號以控制該功率開關，此控制電路為積體電路並具有一電流感測腳位以取得通過該功率開關之一電流感測訊號； 一模式偵測電阻，耦接於該輔助繞組和該電流感測腳位之間，以提供該控制電路模式偵測訊號，藉此使該控制電路得以進行模式偵測，判斷該返馳式電源供應器是操作於連續導通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)或不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路根據該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號，且於該功率開關不導通之時段內，根據該模式偵測訊號而進行模式偵測。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之返馳式電源供應器，其中該二次側繞組與一輸出二極體耦接，且該模式偵測結果係用以判斷該輸出二極體上是否並無順向導通跨壓、用以使該返馳式電源供應器操作於DCM和CCM之間的邊界模式、或用以進行流過該輸出二極體之電流的定電流輸出控制。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路包含： 一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號； 一比較器，根據該模式偵測訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以進行模式判斷；以及 一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該比較器。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之返馳式電源供應器，其中該控制電路包含： 一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和該回授訊號而產生該控制訊號； 一電流零交越偵測電路，根據該模式偵測訊號是否出現電流零交越，以進行模式判斷；以及 一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該電流零交越偵測電路。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之返馳式電源供應器，更包含一二極體，其陽極耦接於該輔助繞組，陰極耦接於該模式偵測電阻。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之返馳式電源供應器，更包含一齊納二極體，其陰極耦接於該輔助繞組，陽極耦接於該二極體的陽極。
  21. 一種返馳式電源供應器之控制電路，該返馳式電源供應器包含一變壓器，具有一次側繞組，以接收一輸入電壓；二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及一輔助繞組；一功率開關，耦接於該一次側繞組，受控於該控制電路所產生之一控制訊號而控制該一次側繞組的導通時間；一模式偵測電阻，其一端耦接於該輔助繞組；該控制電路包含： 一電流感測腳位，用以取得通過該功率開關之一電流感測訊號，且此腳位用以與該模式偵測電阻之另一端耦接，以取得一模式偵測訊號； 一開關訊號產生電路，用以接收該電流感測訊號和一與該輸出電壓相關的回授訊號而產生該控制訊號； 一比較器，根據該模式偵測訊號和一參考訊號而產生一比較結果，以進行模式判斷；或一電流零交越偵測電路，根據該模式偵測訊號是否出現電流零交越，以進行模式判斷；以及 一致能開關，於該功率開關不導通之時段內，致能該比較器或該電流零交越偵測電路。
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