TW201729522A - 電源產生電路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源產生電路，其具有輸入端以及輸出端，輸入端接收外部電源，輸出端用以耦接外部負載，電源產生電路更包括橋式整流單元、電感單元、第一開關單元、二極體單元、電容、回授分壓器、分壓器、以及控制訊號調整單元。控制訊號調整單元分別與回授分壓器、分壓器及第一開關單元耦接，是用以各別接收回授分壓器及分壓器的訊號後產生控制訊號，其中，當外部負載為輕載時，控制訊號與外部電源同步。

Description

電源產生電路及其操作方法
本發明是有關於一種電源產生電路，尤其是有關於一種可有效提高轉換效率的電源產生電路及其操作方法。
電源供應電路是用以提供適合的電壓至與電源供應電路耦接的電子裝置，電子裝置可以是筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等裝置，不同的電子裝置需要不同的電壓值。電源供應電路會根據當前耦接的電子裝置來調整輸出至電子裝置的電壓，而調整的方法是藉由控制回授開關的關閉或開啟以產生回授電壓，使電源供應電路可根據回授電壓調整輸出電壓，然習知回授開關的關閉或開啟的頻率或次數為固定。
為了提高電源供應電路的轉換效率，本發明提出一種電源產生電路，電源產生電路具有輸入端以及輸出端，輸入端接收外部電源，輸出端用以耦接外部負載電源產生電路更包括橋式整流單元、電感單元、第一開關單元、二極體單元、電容、回授分壓器、分壓器、以及控制訊號調整單元。橋式整流單元耦接於輸入端，電感單元其一端與橋式整流單 元耦接，第一開關單元其一端與電感單元的另一端耦接，其另一端與一低電壓準位耦接，第一開關單元用以根據控制訊號決定是否導通第一開關單元，二極體單元的一端與電感單元耦接，電容的一端與二極體單元以及輸出端耦接，且其另一端與低電壓準位耦接，回授分壓器的一端與二極體單元的另一端耦接，分壓器的一端與電感單元的一端耦接，控制訊號調整單元分別與回授分壓器、分壓器及第一開關單元耦接，是用以各別接收回授分壓器及分壓器的訊號後產生控制訊號，其中，當外部負載為輕載時，控制訊號與外部電源同步。
在本發明的較佳實施例中，上述的控制訊號調整單元更包括回授補償器、輕載偵測單元、相位偵測單元、同步電路、輕載時脈產生電路、連續時脈產生電路、訊號產生單元以及第二開關單元。回授補償器與回授分壓器耦接，輕載偵測單元與回授補償器耦接，相位偵測單元與分壓器耦接，同步電路與相位偵測單元耦接，輕載時脈產生電路與同步電路耦接並輸出輕載時脈控制訊號，連續時脈產生電路用以輸出一連續時脈控制訊號，訊號產生單元與第一開關單元以及回授補償器耦接，用以產生控制訊號，第二開關單元與輕載偵測單元、輕載時脈產生電路、連續時脈產生電路以及訊號產生單元耦接，是用以根據輕載偵測單元的控制決定訊號產生單元是否與輕載時脈產生電路耦接。
本發明更提出一種電源產生電路的操作方法，電源產生電路具有輸入端以及輸出端，輸入端用以接收外部電源，輸出端用以耦接外部負載並輸出輸出電壓，電源產生電路更包括第一開關單元、控制訊號調整單元以及橋式整流單元，控制訊號調整單元與橋式整流單元以及第一開關單元耦接，第一開關單元與橋式整流單元耦接，並根據控制訊號決 定是否導通第一開關單元，其步驟包括：使控制訊號調整單元判斷外部負載是否為輕載；當判斷為是，控制訊號調整單元使控制訊號與外部電源同步。
在本發明的較佳實施例中，當判斷為是，控制訊號調整單元使控制訊號與外部電源同步的步驟更包括：使控制訊號調整單元判斷外部電源的頻率、角度以及位置；使控制訊號調整單元根據外部電源的頻率、角度以及位置產生控制訊號。
本發明的控制訊號因可與外部電源的頻率、角度以及位置同步，因此可根據外部負載的需求調整控制訊號，以較少第一開關單元切換次數取得所需能量，有效提高電源產生電路的效率。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明如下。
10‧‧‧電源產生電路
20‧‧‧外部電源
11‧‧‧橋式整流單元
12‧‧‧電感單元
13‧‧‧第一開關單元
14‧‧‧二極體單元
15‧‧‧電容
16‧‧‧分壓器
17‧‧‧分壓器
18‧‧‧控制訊號調整單元
181‧‧‧回授補償器
182‧‧‧輕載偵測單元
183‧‧‧相位偵測單元
184‧‧‧同步電路
185‧‧‧輕載時脈產生電路
186‧‧‧連續時脈產生電路
187‧‧‧訊號產生單元
188‧‧‧第二開關單元
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
V3‧‧‧第三電壓
V4‧‧‧第四電壓
V5‧‧‧第五電壓
S1‧‧‧比較訊號
S2‧‧‧判斷結果訊號
L1‧‧‧輕載時脈控制訊號
L2‧‧‧重載時脈控制訊號
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
PWM‧‧‧控制訊號
T1‧‧‧脈衝模式間隔時間
T2‧‧‧脈衝致能區間
VAC‧‧‧外部電壓
圖1為本發明的電源產生電路實施例示意圖。
圖2A為本發明的控制訊號時序實施例一示意圖。
圖2B為本發明的控制訊號時序實施例二示意圖。
圖2C為本發明的控制訊號時序實施例三示意圖。
圖2D為本發明的控制訊號時序實施例四示意圖。
圖3為本發明的控制訊號時序實施例五示意圖。
圖4為本發明的運作流程實施例示意圖。
請參閱圖1，圖1為本發明的電源產生電路實施例示意圖，電源產生電路10具有輸入端IN以及輸出端OUT，輸入端IN與外部電源20耦接以接收外部電壓，外部電源20可以為交流電源，輸出端OUT用以與外部負載耦接，外部負載可以為筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等電子裝置(未繪示)，電源產生電路10是用以根據不同的外部負載的充電需求將外部電源20所提供的電壓轉換為合適的輸出電壓。
電源產生電路10更包括橋式整流單元11、電感單元12、第一開關單元13、二極體單元14、電容15、回授分壓器16、分壓器17、以及控制訊號調整單元18。橋式整流單元11與輸入端IN耦接，是用以接收外部電源20所提供的電壓，並據以輸出第一電壓V1。電感單元12可以為電感元件，其一端與橋式整流單元11耦接，是用以接收上述的第一電壓V1，並由另一端輸出第二電壓V2。第一開關單元13的第一端與電感單元12的一端耦接，第一開關單元13的第二端與一低電壓準位耦接，低電壓準位可以是接地電壓準位，第一開關單元13的第三端接收控制訊號PWM，第一開關單元13根據控制訊號PWM決定是否導通。二極體單元14的一端與第一開關單元13的第一端以及電感單元12的另一端耦接，二極體單元14的一端接收第二電壓V2並於另一端輸出第三電壓V3。電容15的一端與二極體單元14的另一端耦接，電容15的另一端與上述的低電壓準位耦接，電容15是用以儲存第三電壓V3。回授分壓器16的一端與二極體單元14的另一端耦接並接收第三電壓V3，回授分壓器16是用以將第三電壓V3進行分壓，並於另一端輸出分壓後的第四電壓V4。分壓器17的一端與電感單元12的一端耦接，是用以接收上 述的第一電壓V1，分壓器17是用以將第一電壓V1進行分壓，並於另一端輸出分壓後的第五電壓V5。控制訊號調整單元18分別與回授分壓器16、分壓器17及第一開關單元13耦接，控制訊號調整單元18是用以根據上述的第四電壓V4以及第五電壓V5輸出上述的控制訊號PWM至第一開關單元13。
控制訊號調整單元18更包括了回授補償器181、輕載偵測單元182、相位偵測單元183、同步電路184、輕載時脈產生電路185、連續時脈產生電路186、訊號產生單元187以及第二開關單元188。回授補償器181與回授分壓器16耦接，是用以接收上述的第四電壓V4，並將第四電壓V4與參考電壓比較後輸出比較訊號S1。輕載偵測單元182與回授補償器181耦接，是用以接收比較訊號S1並根據比較訊號S1所包含的補償電壓資訊判斷外部負載是否為輕載並輸出判斷結果訊號S2。相位偵測單元183與分壓器17耦接，是用以接收第五電壓V5，並判斷第五電壓V5的頻率以及角度。同步電路184與相位偵測單元183耦接，是用以接收第五電壓V5並判斷第五電壓V5當前的位置，例如第五電壓V5當前是位於波峰、波谷、上升區間或下降區間等位置。輕載時脈產生電路185與同步電路184以及第二開關單元188耦接，是用以被同步電路觸發184並根據第五電壓V5的頻率、角度以及當前位置輸出輕載時脈控制訊號L1至第二開關單元188。連續時脈產生電路186與第二開關單元188耦接，是用以產生並輸出連續時脈控制訊號L2至第二開關單元188，連續時脈控制訊號L2包括預先設定的固定頻率資訊。第二開關單元188與輕載偵測單元182、輕載時脈產生電路185、連續時脈產生電路186以及訊號產生單元187耦接，第二開關單元188是用以接收判斷結果訊號S2，並根據判斷結果訊號S2切換第 二開關單元188，決定訊號產生單元187與輕載時脈產生電路185或連續時脈產生電路186耦接。訊號產生單元187與上述的第一開關單元13以及第二開關單元188耦接，訊號產生單元187可以為脈衝寬度調變器，是用以透過第二開關單元188接收輕載時脈產生電路185或連續時脈產生電路186輸出的訊號以及比較訊號S1來輸出上述的控制訊號PWM，訊號產生單元187可根據比較訊號S1得知是否需要補償輸出電壓，以及需補償多少補償電壓至輸出電壓，並根據比較訊號S1以及所接收的輕載時脈控制訊號L1或連續時脈控制訊號L2產生控制訊號PWM。
以下將配合圖1說明電源產生電路10的運作方法。首先，外部電源20藉由上述的輸入端IN輸入外部電壓至橋式整流單元11，橋式整流單元11據以輸出第一電壓V1，電感單元12接收第一電壓V1並據以輸出第二電壓V2，二極體單元14接收第二電壓V2並據以輸出第三電壓V3，回授分壓器16接收到第三電壓V3並經過分壓輸出第四電壓V4，回授補償器181將第四電壓V4與參考電壓比較並根據比較結果輸出比較訊號S1，輕載偵測單元182根據比較訊號S1所包含的補償電壓資訊判斷目前的外部負載為輕載或重載，當輕載偵測單元182判斷當前外部負載為輕載，第二開關單元188會根據判斷結果訊號S2使訊號產生單元187與輕載時脈產生電路185耦接，當輕載偵測單元182判斷當前外部負載為重載，第二開關單元188會根據判斷結果訊號S2使訊號產生單元187與重載時脈產生電路186耦接。同時相位偵測單元183接收上述的第五電壓V5並判斷第五電壓V5的頻率以及角度，同步電路184則判斷第五電壓V5當前的位置並驅動輕載時脈產生電路產生輕載時脈控制訊號L1。因此當外部負載為輕載時，訊號產生單元187根據輕載時脈控制訊號L1所包含 的第五電壓V5的頻率、角度以及當前位置資訊產生與第五電壓V5同步，也就是與外部電源20同步的控制訊號PWM，當外部負載為重載時，時脈產生電路186則根據重載時脈控制訊號L2所包含的固定頻率產生控制訊號PWM。
圖2A至圖2D是外部負載為輕載時，控制訊號PWM的時序實施例示意圖，控制訊號PWM包括脈衝模式間隔時間T1，以及脈衝致能區間T2，脈衝模式間隔時間T1為兩個脈衝致能區間T2彼此的間隔時間，脈衝致能區間T2包括多個叢集，使圖1中的第一開關單元13根據控制訊號PWM在脈衝致能區間T2進行數次開關，VAC為外部電源20輸入至電源產生電路10的外部電壓，V5為上述的第五電壓。請先參考圖2A，圖2A中脈衝致能區間T2可根據輕載時脈控制訊號L1而發生於第五電壓V5以及外部電壓VAC的波峰，也就是脈衝致能區間T2與第五電壓V5以及外部電源20同步，由於波峰為第五電壓V5的最大值，因此此實施例可以在短時間內以較少的第一開關單元13切換次數就得到所需的電壓。接著請參考圖2B以及圖2C，脈衝致能區間T2也可發生於第五電壓V5的上升區間或者下降區間，也就是脈衝致能區間T2與第五電壓V5以及外部電源20同步，雖然此實施例需以較多的第一開關單元13切換次數得到所需電壓，但是可以達到零電壓開關切換的效果。此外請參考圖2D，圖2D為結合圖2B以及圖2C，也就是脈衝致能區間T2也可同時發生於第五電壓V5的上升區間以及下降區間。接著請參考圖3，圖3是外部負載為重載時，控制訊號PWM的時序實施例示意圖，由圖3明顯可看出，控制訊號PWM的脈衝模式間隔時間T1以及脈衝致能區間T2為單純的根據預先設定的固定頻率來決定脈衝致能區間T2發生的時間。
根據上述的內容，更可匯整出電源產生電路10 的操作方法，如圖4所示，其步驟包含：使回授補償器181接收上述的第四電壓V4，並將第四電壓V4與參考電壓比較並根據比較結果輸出比較訊號S1(步驟401)；使輕載偵測單元182根據比較訊號S1判斷外部負載是否為輕載(步驟402)；當判斷為是，使訊號產生單元187與輕載時脈產生電路185耦接(步驟403)；當判斷為否，使訊號產生單元187與連續時脈產生電路186耦接(步驟404)；訊號產生單元187根據接收訊號產生控制訊號PWM(步驟405)，其中，若外部負載為輕載，訊號產生單元187根據輕載時脈控制訊號L1產生控制訊號PWM，且控制訊號PWM的時序與外部電源20同步，反的，若外部負載為重載，訊號產生單元187根據重載時脈控制訊號L2產生控制訊號PWM，且控制訊號PWM的時序為固定頻率。
綜以上所述，由於本發明的電源產生電路實施例，在外部負載為輕載時，可以產生與外部電源同步的控制訊號PWM，使第一開關單元13可與外部電源同步開啟並取得所需電壓，不僅使第一開關單元13可減少操作次數以及能量損耗，更可達到零電壓開關切換的效果，大幅增進電源產生電路的轉換效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後付的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電源產生電路
20‧‧‧外部電源
11‧‧‧橋式整流單元
12‧‧‧電感單元
13‧‧‧第一開關單元
14‧‧‧二極體單元
15‧‧‧電容
16‧‧‧分壓器
17‧‧‧分壓器
18‧‧‧控制訊號調整單元
181‧‧‧回授補償器
182‧‧‧輕載偵測單元
183‧‧‧相位偵測單元
184‧‧‧同步電路
185‧‧‧輕載時脈產生電路
186‧‧‧連續時脈產生電路
187‧‧‧訊號產生單元
188‧‧‧第二開關單元
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
V3‧‧‧第三電壓
V4‧‧‧第四電壓
V5‧‧‧第五電壓
S1‧‧‧比較訊號
S2‧‧‧判斷結果訊號
L1‧‧‧輕載時脈控制訊號
L2‧‧‧重載時脈控制訊號
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
PWM‧‧‧控制訊號

Claims (7)

  1. 一種電源產生電路，具有一輸入端以及一輸出端，該輸入端用以接收一外部電源，該輸出端用以耦接一外部負載，其包括：一橋式整流單元，耦接於該輸入端；一電感單元，其一端與該橋式整流單元耦接；一第一開關單元，其一端與該電感單元的另一端耦接，其另一端與一低電壓準位耦接，根據一控制訊號(PWM)決定是否導通該第一開關單元；一二極體單元，其一端與該電感單元耦接；一電容，其一端與該二極體單元以及該輸出端耦接並，其另一端與該低電壓準位耦接；一回授分壓器，其一端與該二極體單元的該另一端耦接；一分壓器，其一端與該電感單元的該一端耦接；以及一控制訊號調整單元，其分別與該回授分壓器、該分壓器及該第一開關單元耦接，是用以各別接收回授分壓器及該分壓器的訊號後產生該控制訊號；其中，當該外部負載為輕載時，該控制訊號與該外部電源同步。
  2. 如請求項1所述的電源產生電路，其中，該控制訊號調整單元包括：一回授補償器，與該回授分壓器耦接；一輕載偵測單元，與該回授補償器耦接；一相位偵測單元，與該分壓器耦接；一同步電路，與該相位偵測單元耦接； 一輕載時脈產生電路，與該同步電路耦接，是用以輸出一輕載時脈控制訊號；一連續時脈產生電路，用以輸出一連續時脈控制訊號；一訊號產生單元，與該第一開關單元以及該回授補償器耦接，是用以產生該控制訊號；以及一第二開關單元，與該輕載偵測單元、該輕載時脈產生電路、該連續時脈產生電路以及該訊號產生單元耦接，是用以根據該輕載偵測單元的控制決定該訊號產生單元是否與該輕載時脈產生電路耦接。
  3. 如請求項2所述的電源產生電路，其中，該控制訊號包括一脈衝模式間隔時間，該脈衝模式間隔時間包括一脈衝致能區間。
  4. 如請求項3所述的電源產生電路，其中，該訊號產生單元為脈衝寬度調變器。
  5. 一種電源產生電路的操作方法，該電源產生電路具有一輸入端以及一輸出端，該輸入端用以接收一外部電源，該輸出端用以耦接一外部負載並輸出一輸出電壓，該電源產生電路更包括一第一開關單元、一控制訊號調整單元以及一橋式整流單元，該控制訊號調整單元與該橋式整流單元以及該第一開關單元耦接，該第一開關單元與該橋式整流單元耦接，並根據一控制訊號決定是否導通該第一開關單元，其步驟包括：使該控制訊號調整單元判斷該外部負載是否為輕載；以及 當判斷為是，該控制訊號調整單元使該控制訊號與該外部電源同步。
  6. 如請求項5所述的電源產生電路的操作方法，其中，使該控制訊號調整單元判斷該外部負載是否為輕載的步驟更包括：使該控制訊號調整單元比較該輸出電壓以及一參考電壓以判斷該外部負載是否為輕載。
  7. 如請求項5所述的電源產生電路的操作方法，其中，當判斷為是，該控制訊號調整單元使該控制訊號與該外部電源同步的步驟更包括：使該控制訊號調整單元判斷該外部電源的頻率、角度以及位置；使該控制訊號調整單元根據該外部電源的頻率、角度以及位置產生該控制訊號。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI710887B (zh) * 2019-06-28 2020-11-21 宏碁股份有限公司 電源供應裝置

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