TW201620238A - 返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法 - Google Patents

返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法。返馳式電源供應電路用以將輸入電壓轉換為輸出電壓，並供應負載電流予負載電路，返馳式電源供應電路包含：變壓器電路、功率開關電路、開關電流感測電路、一次側控制電路、以及二次側控制電路。其中，二次側控制電路與輸出端及一次側控制電路耦接，用以根據負載電流，適應性調整補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使返馳式電源供應電路之系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於交越頻率(crossover frequency)的狀況下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。

Description

返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法
本發明係有關一種返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法，特別是指一種根據負載電流，適應性調整補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益之返馳式電源供應電路及其中之二次側控制電路與其控制方法。
在馬達或發光元件電路之電源供應電路的應用中，為了達到功率因數校正(power factor correction, PFC)，與輸出電壓可調整的功能(如可切換於5V、12V、24V等不同的電位之間)，往往需要兩級式的電源供應電路。舉例而言，如第1A圖所示，交流電源30產生交流電壓Vac，電源供應電路100包含第一級功率因數校正(power factor correction, PFC)電路10與第二級的直流-直流(DC-DC)轉換電路20。其中，第一級PFC電路10將交流電壓Vac轉換成直流的輸出電壓Vout，而第二級的直流-直流轉換電路20便將第一級PFC電路10輸出的輸出電壓Vout轉換為負載電流Iload，以提供負載電路40使用，負載電路40例如為馬達或發光元件電路。其中，第一級PFC電路10通常為了達到輸出電壓Vout與交流電壓Vac隔離，大部分會使用隔離式電路來實現。而第二級的直流-直流轉換電路20，根據輸出功率及成本考量，切換式電源供應電路或線性穩壓器均可被使用，而發光元件電路調光功能也可以在此級實現。
舉例而言，電源供應電路100例如顯示一種可調光之隔離式發光元件電源供應電路示意圖，其中第一級PFC電路10操作在不連續導通模式（discontinuous conduction mode, DCM），讓第一級PFC電路10達到高功率因數和隔離的效果。而第二級的直流-直流轉換電路20是利用線性穩壓器，來調整負載電流Iload，進而調整發光元件電路的亮度。
但在前述的電路操作下，當負載電流Iload變小時，也就是負載電路40為輕載時，如果電路的控制系統之補償方式仍是固定不變，也就是採用負載電路40為重載時的補償方式；則電路在輕載狀態下可能會出現控制系統不穩定的情形，如第1B圖顯示輸出電壓Vout與負載電流Iload之波形示意圖，其輸出電壓Vout與負載電流Iload在輕載時會產生斷續的導通與不導通現象，因而讓發光元件電路產生閃爍(flicker)，而讓使用者產生不適的情況。
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電路及其中之二次側控制電路與其控制方法，可以解決輕載時電路不穩定的情形，例如讓發光元件電路即使在輕載時仍能維持相同亮度且不會閃爍。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，該返馳式電源供應電路包含：一變壓器電路，包括一主要繞組 (primary  winding)、一次要繞組(secondary winding) 與一第三繞組(tertiary winding)，其中該主要繞組用以接收該輸入電壓，該次要繞組用以於一輸出端產生該輸出電壓，該第三繞組用以根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號；一功率開關電路，與該主要繞組耦接，用以根據一操作訊號而操作其中一功率開關，進而將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一開關電流感測電路，與該功率開關電路耦接，用以根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號；一一次側控制電路，與該第三繞組、該開關電流感測電路、與該功率開關電路耦接，用以根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與一回授訊號，產生該操作訊號；以及一二次側控制電路，與該輸出端及該一次側電路耦接，用以根據該負載電流，產生該回授訊號，並根據該負載電流適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於一交越頻率(crossover frequency)的狀況下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應電路更包含一光耦合電路，耦接於該一次側電路與該二次側電路之間，用以根據回授訊號，產生一光耦合訊號，以輸入該一次側控制電路。
在其中一種較佳的實施例中，該二次側控制電路包括：一電流調節電路，用以與該負載電路耦接，而調節該負載電流；一負載電流感測電路，與該電流調節電路耦接，用以根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號；一轉導放大器，與該負載電流感測電路耦接，用以根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及一補償電路，與該轉導放大器耦接，用以根據該負載電流，產生該補償訊號；其中，該補償電路根據該負載電流，產生該補償訊號，以適應性調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
在前述實施例中，該補償電路較佳地具有：一可變RC電路，與該轉導放大器耦接，用以根據一負載判斷訊號，調整其中一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及一負載判斷電路，根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該補償電路較佳地更包括一磁滯電路，與該可變RC電路及該負載判斷電路耦接，用以磁滯調整該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該負載判斷電路較佳地根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載，並於判斷該負載電路為該重載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點；當判斷該負載電路為該輕載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
就另一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應電路之控制方法，該返馳式電源供應電路用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，該返馳式電源供應電路之控制方法包含：根據一操作訊號，操作一功率開關以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓，並提供該負載電流；根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號；根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號；根據該負載電流，產生一回授訊號；根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與該回授訊號，產生該操作訊號；以及根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於一交越頻率(crossover frequency)的狀況 下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。
在其中一種較佳的實施例中，該根據該回授訊號，產生該操作訊號之步驟包括：根據回授訊號，產生一光耦合訊號；以及根據該光耦合訊號，產生該操作訊號。
在其中一種較佳的實施例中，該根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益之零點(zero)的頻率或/及中頻增益之步驟包括：調節該負載電流；根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號；根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及根據該負載電流，產生該補償訊號；其中，該補償電路根據該負載電流，產生該補償訊號，以適應性調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
在前述實施例中，該根據該負載電流，產生該補償訊號之步驟較佳地包括：根據一負載判斷訊號，調整一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該根據該負載電流，產生該補償訊號之步驟較佳地更包括：磁滯調整該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號之步驟較佳地包括：根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載；其中，於判斷該負載電路為該重載時，調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點；其中，當判斷該負載電路為該輕載時，調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
就另一個觀點言，本發明提供了一種返馳式電源供應電路之二次側控制電路，該返馳式電源供應電路用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，且該返馳式電源供應電路包括：一變壓器電路，包括一主要繞組 (primary  winding)、一次要繞組(secondary winding) 與一第三繞組(tertiary winding)，其中該主要繞組用以接收該輸入電壓，該次要繞組用以於一輸出端產生該輸出電壓，該第三繞組用以根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號；一功率開關電路，與該主要繞組耦接，用以根據一操作訊號而操作其中一功率開關，進而將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一開關電流感測電路，與該功率開關電路耦接，用以根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號；一一次側控制電路，與該第三繞組、該開關電流感測電路、該二次側控制電路、與該功率開關電路耦接，用以根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與一回授訊號，產生該操作訊號；以及該二次側控制電路，耦接於該輸出端及該一次側控制電路之間，該二次側控制電路包含：一電流調節電路，用以與該負載電路耦接，而調節該負載電流；一負載電流感測電路，與該電流調節電路耦接，用以根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號；一轉導放大器，與該負載電流感測電路耦接，用以根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及一補償電路，與該轉導放大器耦接，用以根據該負載電流，產生該補償訊號；其中，該補償電路，用以根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於一交越頻率(crossover frequency)的狀況下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。
在其中一種較佳的實施例中，該返馳式電源供應電路更包括一光耦合電路，耦接於該一次側電路與該二次側電路之間，用以根據相關於該回授訊號，產生一光耦合訊號，以輸入該一次側電路。
在其中一種較佳的實施例中，該補償電路具有：一可變RC電路，與該轉導放大器耦接，用以根據一負載判斷訊號，調整其中一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及一負載判斷電路，根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該補償電路較佳地更包括一磁滯電路，與該可變RC電路及該負載判斷電路耦接，用以磁滯調整該負載判斷訊號。
在前述實施例中，該負載判斷電路較佳地根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載，並於判斷該負載電路為該重載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點；當判斷該負載電路為該輕載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
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。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
請參閱2圖，顯示本發明的第一個實施例。如第2圖所示，交流電源30產生交流電壓Vac，交流電壓Vac經由整流電路201整流後，產生輸入電壓Vin。整流電路201例如但不限於為橋式整流電路。返馳式電源供應電路200用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，並供應負載電流Iload予負載電路40。返馳式電源供應電路200包含：變壓器電路202、功率開關電路203、一次側控制電路205、開關電流感測電路206、以及二次側控制電路207。
變壓器電路202具有主要繞組(primary  winding)W1、次要繞組(secondary winding) W2、與第三繞組(tertiary winding)W3。其中，次要繞組W2、二次側控制電路207、第三繞組W3與開關電流感測電路206耦接至參考電位REF。主要繞組W1用以接收輸入電壓Vin，次要繞組W2用以於輸出端OUT產生輸出電壓Vout，第三繞組W3用以根據輸出電壓Vout，產生電壓感測訊號DMAG。功率開關電路203與主要繞組W1耦接，用以根據操作訊號GATE而操作其中功率開關，進而將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。開關電流感測電路206與功率開關電路203耦接，用以根據流經功率開關之開關電流Isw，產生開關電流感測訊號CS。
一次側控制電路205與第三繞組W3、開關電流感測電路206、二次側控制電路207、與功率開關電路203耦接，用以根據電壓感測訊號DMAG、開關電流感測訊號CS、與回授訊號FB，產生操作訊號GATE。
二次側控制電路207耦接於輸出端OUT及一次側控制電路205之間，用以根據負載電流Iload，產生回授訊號FB，並根據負載電流Iload，適應性調整補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使系統開迴路增益(system open loop gain)函數，其變數，也就是頻率，在低於交越頻率(crossover frequency) 的狀況下，不具有超過一個極點(pole)，以增加相位裕度(phase margin)。
第3圖顯示負載電路40為重載、中載、與輕載時之未補償系統迴路增益函數。所謂重載，係指負載電流Iload相對較高之負載電路40；而輕載係指負載電流Iload相對較低之負載電路40。負載電路40為重載、中載、與輕載時之未補償系統迴路增益函數中，極點位置由實心的三角形所示意。如圖所示，負載電路40為重載時之未補償系統迴路增益函數中，極點位置之頻率相較於負載電路40為中載或輕載時之未補償系統迴路增益函數中的極點位置之頻率為高。也就是說，當負載電路40為重載、中載、與輕載時，其分別之未補償系統迴路增益函數中的極點位置之頻率由高至低改變。
在負載電路40不同的狀況下，如前所述，如果電路的控制系統之補償方式仍是固定不變，也就是採用負載電路40為重載時的補償方式，則電路在輕載狀態下可能會出現控制系統不穩定的情形。舉例而言，當負載電路40為可調光的發光元件電路，當調整使發光亮度越低，其負載電流Iload越低，即表示負載電路40在應用時因為調光的原因，而成為重載或輕載，習知的補償方式只對重載補償，將會使得負載電流Iload載輕載的狀況下不穩定，而產生閃爍的狀況，或是無法將發光元件電路調整至低亮度的狀況，限制了應用範圍。
請參閱第4圖，顯示本發明的第二個實施例。本實施例顯示返馳式電源供應電路200另一種實施方式。在本實施例中，返馳式電源供應電路200包含：變壓器電路202、功率開關電路203、光耦合電路204、一次側控制電路205、開關電流感測電路206、以及二次側控制電路207。
變壓器電路202具有主要繞組(primary  winding)W1、次要繞組(secondary winding) W2、與第三繞組(tertiary winding)W3。其中，次要繞組W2與二次側控制電路207電連接至接地電位GND，而第三繞組W3與電流感測電路206耦接至參考電位REF。主要繞組W1用以接收輸入電壓Vin，次要繞組W2用以於輸出端OUT產生輸出電壓Vout，第三繞組W3用以根據輸出電壓Vout，產生電壓感測訊號DMAG。功率開關電路203與主要繞組W1耦接，用以根據操作訊號GATE而操作其中功率開關，進而將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。開關電流感測電路206與功率開關電路203耦接，用以根據流經功率開關之開關電流Isw，產生開關電流感測訊號CS。
光耦合電路204與二次側控制電路207耦接，用以根據相關於負載電流Iload之回授訊號FB，產生光耦合訊號COMP。一次側控制電路205與第三繞組W3、開關電流感測電路206、光耦合電路204、與功率開關電路203耦接，用以根據電壓感測訊號DMAG、開關電流感測訊號CS、與光耦合訊號COMP，產生操作訊號GATE。
二次側控制電路207與輸出端OUT及光耦合電路204耦接，用以根據負載電流Iload，適應性調整補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路200之系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於交越頻率(crossover frequency) 的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
請參閱第5圖，並同時參閱第3圖，如果控制系統是針對第3與5圖中所示之預設重載情況作補償；也就是說，補償電路增益函數之零點（由第5圖中的實心圓形所示意）的頻率，預設為與預設重載時之未補償系統迴路增益函數之極點的頻率相同，使極點（由第5圖中的實心三角形所示意）與零點對消，使得系統開迴路增益函數在交越頻率(crossover frequency) 在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。舉例而言，如第5圖所示，系統開迴路增益函數以一個一階系統且以-20dB/decade之斜率來交越0dB(也就是交越頻率位置)。為了滿足功率因數校正，此交越頻率往往被設計在20Hz左右。其中，未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、系統開迴路增益函數、交越頻率、中頻增益、極點、與零點，為本領域中，具有通常知識者所熟知，在此不予贅述。
第6圖顯示先前技術負載電路40為輕載時之未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、與系統開迴路增益函數。用以對照說明本發明優於先前技術之處。如圖所示，先前技術的補償電路增益函數在輕載的狀況下與重載的狀況下相同，然而未補償系統迴路增益函數之極點相較於重載的狀況，已經向低頻的方向移動了，以預設重載的補償電路增益函數對輕載的未補償系統迴路增益函數作補償，所得到之系統開迴路增益函數，如圖所示，以-40dB/decade之斜率來交越0dB(也就是交越頻率位置，如圖中實心箭頭所示意)，表示系統開迴路增益函數在頻率低於交越頻率的情況下，極-零點對消後，具有兩個極點，這會使得系統不穩定。
第7圖顯示根據本發明負載電路為輕載時之未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、與系統開迴路增益函數。相對於第6圖，本發明根據負載電流Iload，適應性調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使系統開迴路增益函數在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。舉例而言，如第7圖所示，當負載電流Iload相對較低時，根據本發明，適應性調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，例如調低零點的頻率或/及增加中頻增益，如此一來，系統開迴路增益函數在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1，如圖所示，以-20dB/decade之斜率來交越0dB。
第8圖顯示根據本發明負載電路為重載與輕載時採用不同之補償電路增益函數。顯示本發明根據負載電流Iload，適應性調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益。比較重載與輕載時不同之補償電路增益函數，例如在輕載時，調低零點（如圖中實心圓形所示意）的頻率或/及增加中頻增益（如圖中實心箭號所示意）。
第9圖顯示本發明的第三個實施例。本實施例顯示二次側控制電路207一種實施方式。如圖所示，二次側控制電路207包括：電流調節電路2071、負載電流感測電路2072、轉導放大器2073、以及補償電路2074。電流調節電路2071用以與負載電路40耦接，而調節負載電流Iload。負載電流感測電路2072與電流調節電路2071耦接，用以根據負載電流Iload，產生負載電流感測訊號。轉導放大器2073與負載電流感測電路2072耦接，用以根據負載電流感測訊號、調節參考訊號與補償訊號，產生回授訊號FB。補償電路2074與轉導放大器2073耦接，用以根據負載電流Iload，產生補償訊號。其中，補償電路2074根據負載電流Iload，產生補償訊號，以適應性調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使系統開迴路增益函數在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
第10圖顯示本發明第四個實施例。本實施例顯示二次側控制電路207一種更具體的實施例。如圖所示，電流調節電路2071例如將負載電流Iload調節於電壓Vg/電阻Rcc。負載電流感測電路2072例如包括放大器A1，其利用相關於負載電流Iload之開關Q1源極-汲極間的電壓，放大後產生負載電流感測訊號，以輸入轉導放大器2073。轉導放大器2073根據負載電流感測訊號、調節參考訊號Vdsref與補償訊號Vcs，產生回授訊號FB。轉導放大器2073例如更包含如圖所示之單一增益(unit gain)電路2075，其為本領域中具有通常知識者所熟知，在此不予贅述。補償電路2074與轉導放大器2073耦接，用以根據負載電流Iload，產生補償訊號Vcs。補償電路2074根據負載電流Iload，產生補償訊號Vcs，以適應性調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使系統開迴路增益函數在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。如圖所示，補償電路2074具有：可變RC電路2076、負載判斷電路、以及磁滯電路2077。可變RC電路2076與轉導放大器2073耦接，用以根據負載判斷訊號，調整其中RC參數，而調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益。可變RC電路2076例如包含電容C1與由開關S1隔開之並聯電阻R1與Rsw。根據負載判斷訊號導通或不導通開關S1，以調整包含電阻R1與Rsw之並聯電阻值，以調整可變RC電路2076之RC值。負載判斷電路例如包含如圖所示之比較器A2，根據相關於負載電流Iload之電壓Vd，與負載參考訊號Vref，產生負載判斷訊號。其中，電壓Vd例如可以為負載電流感測電路2072輸出之負載電流感測訊號，或其他負載電流相關訊號。磁滯電路2077與可變RC電路2076及該負載判斷電路耦接，用以磁滯調整該負載判斷訊號。
在第四個實施例中，負載判斷電路根據相關於負載電流Iload之電壓Vd，與負載參考訊號Vref，判斷負載電路40為輕載或重載，並於判斷負載電路40為重載時，使可變RC電路2076調整補償電路增益函數之零點的頻率(例如導通開關S1)，以消除預設重載之未補償系統迴路增益函數之極點；當判斷負載電路40為輕載時，使可變RC電路2076調整補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益(例如不導通開關S1)，以使系統開迴路增益函數在低於交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
第11圖顯示本發明第五個實施例。本實施例顯示可變RC電路2076之另一種實施例。如圖所示，與第四個實施例中的可變RC電路2076不同的是，本實施例中以開關S1隔開之並聯電容C1與C2，即根據負載電流Iload而調整電容值，以調整可變RC電路2076之RC值；非如第四個實施例調整電阻值。當然，根據本發明，亦可以同時調整電容值與電阻值。
第12圖比較先前技術與本發明之輸出電壓Vout與負載電流Iload之波形示意圖。如圖所示，虛直線之前，如前所述，為先前技術的其輸出電壓Vout與負載電流Iload在輕載時會產生斷續的導通與不導通現象，因而讓發光元件電路產生閃爍(flicker)，而讓使用者產生不適的情況；而虛直線之後，為根據本發明之輸出電壓Vout與負載電流Iload在輕載時的波形示意圖，如圖所示，消除了前述斷續的導通與不導通現象，改善輕載時的穩定度，並且增加返馳式電源供應電路的應用範圍。
第13圖顯示本發明第六個實施例。本實施例顯示可變RC電路2076之另一種實施例。如圖所示，本實施例中與第四個實施例及第五個實施例不同的是，在第四個實施例及第五個實施例中，僅舉例說明可使用開關而在兩種補償方式間切換調整，但在本發明概念下，亦可在三種或更多補償方式間切換調整，且也不限於使用開關，例如可使用可變電阻VR與或可變電容VC等。根據負載電流Iload而調整可變電阻值及/或可變電容值，以調整可變RC電路2076之RC值。
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。又如，放大器電路與比較器電路之正負輸入端可以互換，僅需對應修改相關電路或是訊號高低位準的意義即可。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。
100‧‧‧電源供應電路
10‧‧‧PFC電路
20‧‧‧直流-直流轉換電路
30‧‧‧交流電源
40‧‧‧負載電路
200‧‧‧返馳式電源供應電路
201‧‧‧整流電路
202‧‧‧變壓器電路
203‧‧‧功率開關電路
204‧‧‧光耦合電路
205‧‧‧一次側控制電路
206‧‧‧開關電流感測電路
207‧‧‧二次側控制電路
2071‧‧‧電流調節電路
2072‧‧‧負載電流感測電路
2073‧‧‧轉導放大器
2074‧‧‧補償電路
2075‧‧‧單一增益電路
2076‧‧‧可變RC電路
2077‧‧‧磁滯電路
A1‧‧‧放大器
A2‧‧‧比較器
C1,C2‧‧‧電容
COMP‧‧‧光耦合訊號
CS‧‧‧開關電流感測訊號
DMAG‧‧‧電壓感測訊號
FB‧‧‧回授訊號
Frequency(Hz)‧‧‧頻率(Hz)fs操作頻率
Gain(dB)‧‧‧增益(dB)
GATE‧‧‧操作訊號
GND‧‧‧接地電位
Iload‧‧‧負載電流
Isw‧‧‧開關電流
OUT‧‧‧輸出端
Q1‧‧‧開關
R1,Rsw,Rcc‧‧‧電阻
REF‧‧‧參考電位
S1‧‧‧開關
Vac‧‧‧交流電壓
VC‧‧‧可變電容
Vcs‧‧‧補償訊號
Vd,Vg‧‧‧電壓
Vdsref‧‧‧調節參考訊號
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
VR‧‧‧可變電阻
Vref‧‧‧負載參考訊號
VS‧‧‧電壓感測訊號
W1‧‧‧主要繞組
W2‧‧‧次要繞組
W3‧‧‧第三繞組
第1A-1B圖顯示先前技術電源供應電路100之示意圖與其輸出電壓與負載電流之波形示意圖。 第2圖顯示本發明的第一個實施例。 第3圖顯示負載電路為重載、中載、與輕載時之未補償系統迴路增益函數。 第4圖顯示本發明的第二個實施例。 第5圖顯示負載電路為預設重載時之未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、與系統開迴路增益函數。 第6圖顯示先前技術負載電路為輕載時之未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、與系統開迴路增益函數。 第7圖顯示根據本發明負載電路為輕載時之未補償系統迴路增益函數、補償電路增益函數、與系統開迴路增益函數。 第8圖顯示根據本發明負載電路為重載與輕載時採用不同之補償電路增益函數。 第9圖顯示本發明第三個實施例。 第10圖顯示本發明第四個實施例。 第11圖顯示本發明第五個實施例。 第12圖比較先前技術與本發明之輸出電壓與負載電流之波形示意圖。 第13圖顯示本發明第六個實施例。
Gain(dB)‧‧‧增益(dB)
Frequency(Hz)‧‧‧頻率(Hz)

Claims (17)

  1. 一種返馳式電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，該返馳式電源供應電路包含： 一變壓器電路，包括一主要繞組 (primary  winding)、一次要繞組(secondary winding) 與一第三繞組(tertiary winding)，其中該主要繞組用以接收該輸入電壓，該次要繞組用以於一輸出端產生該輸出電壓，該第三繞組用以根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號； 一功率開關電路，與該主要繞組耦接，用以根據一操作訊號而操作其中一功率開關，進而將該輸入電壓轉換為該輸出電壓； 一開關電流感測電路，與該功率開關電路耦接，用以根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號；       一一次側控制電路，與該第三繞組、該開關電流感測電路、與該功率開關電路耦接，用以根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與一回授訊號，產生該操作訊號；以及 一二次側控制電路，與該輸出端及該一次側電路耦接，用以根據該負載電流，產生該回授訊號，並根據該負載電流適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於一交越頻率(crossover frequency) 的狀況下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式電源供應電路，更包含一光耦合電路，耦接於該一次側電路與該二次側電路之間，用以根據該回授訊號，產生一光耦合訊號，以輸入該一次側控制電路。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之返馳式電源供應電路，其中該二次側控制電路包括： 一電流調節電路，用以與該負載電路耦接，而調節該負載電流； 一負載電流感測電路，與該電流調節電路耦接，用以根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號； 一轉導放大器，與該負載電流感測電路耦接，用以根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及 一補償電路，與該轉導放大器耦接，用以根據該負載電流，產生該補償訊號； 其中，該補償電路根據該負載電流，產生該補償訊號，以適應性調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之返馳式電源供應電路，其中該補償電路具有： 一可變RC電路，與該轉導放大器耦接，用以根據一負載判斷訊號，調整其中一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及 一負載判斷電路，根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之返馳式電源供應電路，其中該補償電路更包括一磁滯磁滯電路，與該可變RC電路及該負載判斷電路耦接，用以磁滯調整該負載判斷訊號。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之返馳式電源供應電路，其中該負載判斷電路根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載，並於判斷該負載電路為該重載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點；當判斷該負載電路為該輕載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
  7. 一種返馳式電源供應電路之控制方法，該返馳式電源供應電路用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，該返馳式電源供應電路之控制方法包含： 根據一操作訊號，操作一功率開關以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓，並提供該負載電流； 根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號； 根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號； 根據該負載電流，產生一回授訊號； 根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與該回授訊號，產生該操作訊號；以及 根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於一交越頻率的狀況下，其極點(pole)總數減去零點總數之差不超過1。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之返馳式電源供應電路之控制方法，其中該根據該回授訊號，產生該操作訊號之步驟包括：      根據回授訊號，產生一光耦合訊號；以及      根據該光耦合訊號，產生該操作訊號。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之返馳式電源供應電路之控制方法，其中該根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益之零點(zero)的頻率或/及中頻增益之步驟包括： 調節該負載電流； 根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號； 根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及 根據該負載電流，產生該補償訊號，以適應性調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之返馳式電源供應電路之控制方法，其中該根據該負載電流，產生該補償訊號之步驟包括： 根據一負載判斷訊號，調整一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及 根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之返馳式電源供應電路之控制方法，其中該根據該負載電流，產生該補償訊號之步驟更包括：磁滯調整該負載判斷訊號。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之返馳式電源供應電路之控制方法，其中該根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號之步驟包括：根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載； 其中，於判斷該負載電路為該重載時，調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點； 其中，當判斷該負載電路為該輕載時，調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
  13. 一種返馳式電源供應電路之二次側控制電路，該返馳式電源供應電路用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一負載電流予一負載電路，且該返馳式電源供應電路包括：一變壓器電路，包括一主要繞組 (primary  winding)、一次要繞組(secondary winding) 與一第三繞組(tertiary winding)，其中該主要繞組用以接收該輸入電壓，該次要繞組用以於一輸出端產生該輸出電壓，該第三繞組用以根據該輸出電壓，產生一電壓感測訊號；一功率開關電路，與該主要繞組耦接，用以根據一操作訊號而操作其中一功率開關，進而將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一開關電流感測電路，與該功率開關電路耦接，用以根據流經該功率開關之一開關電流，產生一開關電流感測訊號；一一次側控制電路，與該第三繞組、該開關電流感測電路、該二次側控制電路、與該功率開關電路耦接，用以根據該電壓感測訊號、該開關電流感測訊號、與一回授訊號，產生該操作訊號；以及該二次側控制電路，耦接於該輸出端及該一次側電路之間，該二次側控制電路包含： 一電流調節電路，用以與該負載電路耦接，而調節該負載電流； 一負載電流感測電路，與該電流調節電路耦接，用以根據該負載電流，產生一負載電流感測訊號； 一轉導放大器，與該負載電流感測電路耦接，用以根據該負載電流感測訊號、一調節參考訊號與一補償訊號，產生該回授訊號；以及 一補償電路，與該轉導放大器耦接，用以根據該負載電流，產生該補償訊號； 其中，該補償電路用以根據該負載電流，適應性調整一補償電路增益函數之零點(zero)的頻率或/及中頻增益，以使該返馳式電源供應電路之一系統開迴路增益(system open loop gain)函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之返馳式電源供應電路之二次側控制電路，其中該返馳式電源供應電路更包括一光耦合電路，耦接於該一次側電路與該二次側電路之間，用以根據相關於該回授訊號，產生一光耦合訊號，以輸入該一次側電路。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之返馳式電源供應電路之二次側控制電路，其中該補償電路具有： 一可變RC電路，與該轉導放大器耦接，用以根據一負載判斷訊號，調整其中一RC參數，而調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益；以及 一負載判斷電路，根據該負載電流與一負載參考訊號，產生該負載判斷訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之返馳式電源供應電路之二次側控制電路，其中該補償電路更包括一磁滯電路，與該可變RC電路及該負載判斷電路耦接，用以磁滯調整該負載判斷訊號。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之返馳式電源供應電路之二次側控制電路，其中該負載判斷電路根據該負載電流，判斷該負載電路為一輕載或一重載，並於判斷該負載電路為該重載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率，以消除一預設重載之一未補償系統迴路增益函數之極點；當判斷該負載電路為該輕載時，使可變RC電路調整該補償電路增益函數之零點的頻率或/及中頻增益，以使該系統開迴路增益函數在低於該交越頻率的狀況下，其極點總數減去零點總數之差不超過1。
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