TW202032910A - 電源控制器以及相關之控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之一實施例提供一種電源控制器，適用於一電源轉換器，包含有一轉導器、一開啟時間控制器、一關閉時間控制器、以及一狀態偵測器。該轉導器比較該電源轉換器之一輸出電壓以及一目標電壓，依據一轉導，提供一補償電流，用以建立一補償電壓。該開啟時間控制器依據該補償電壓，控制一功率開關之一開啟時間。該關閉時間控制器用以控制該功率開關之一關閉時間。該狀態偵測器依據該輸出電壓、一上限電壓、以及一下限電壓，控制該轉導器、該開啟時間控制器、該關閉時間控制器、以及一補償電壓設置器。該補償電壓設置器可以設定該補償電壓。

Description

電源控制器以及相關之控制方法
本發明大致關於開關式電源供應器，尤其是關於可以提供功率因子校正的開關式電源供應器、相關的電源控制器以及控制方法。
為了使交流市電能夠有效的被利用，以降低市電的備轉容量，因此，許多的電氣設施規範中，都規定大功率的電器用品以及照明設施必須符合一定的功率因子。身為許多電器用品所必備的電源供應器，就被要求具有功率因子校正(power factor correction)之能力，一方面提供適當的電源規格給予連接的負載，一方面控制從交流市電中所汲取的電流，使自己彷彿成為具有高功率因子的電阻式負載。
第1圖顯示一種開關式電源供應器10，其具有橋式整流器12、功率因子校正電源轉換器14、以及電壓電流調節器(voltage/current regulator)16。橋式整流器12將交流市電VAC轉換為具有M波形的直流電壓VIN1，透過電源線IN1提供給功率因子校正電源轉換器14。功率因子校正電源轉換器14主要扮演了一電阻式負載，從電源線IN1汲取電流，在電源線IN2建立相對於直流電壓VIN1穩定的直流電壓VIN2。以直流電壓VIN2作為輸入電源，電壓電流調節器16提供符合負載18所需要的非常穩定之輸出電源VOUT。
舉例來說，功率因子校正電源轉換器14可以是一昇壓轉換 器，而電壓電流調節器16是一LLC諧振轉換器(resonant converter)或返馳式(flyback)電源轉換器。
儘管直流電壓VIN2是相對於直流電壓VIN1穩定，但也需要符合一定的範圍內。如果直流電壓VIN2沒有適當地控制，舉例來說，在負載暫態響應(load-transient response)時，因為負載巨大變化，直流電壓VIN2可能過高，而造成功率因子校正級14整個瞬間停止，整個開關式電源供應器10變得非常不穩定，甚至會有異音的產生。
本發明之一實施例提供一種控制方法，適用於一電源轉換器中之一電源控制器。該控制方法包含有：比較該電源轉換器之一輸出電壓以及一目標電壓，依據一轉導，提供一補償電流，其中，該補償電流用以建立一補償電壓；依據該補償電壓，控制一功率開關，產生數個開關週期，每一開關週期包含有一開啟時間以及一關閉時間；比較該輸出電壓以及一界限電壓；當該輸出電壓跨過該界限電壓時，提供一失調信號；以及，依據該失調信號，至少進行下列步驟其中之一。該等步驟包含有：將該補償電壓設定為一預設電壓；提供一預設緩衝時間，並於該預設緩衝時間內，步進地變化一特徵，以使該開啟時間緩衝地改變；以及，提供一預設加速時間，並於該預設加速時間內，增加該轉導。
本發明之一實施例提供一種電源控制器，適用於一電源轉換器，包含有一轉導器、一開啟時間控制器、一關閉時間控制器、以及一狀態偵測器。該轉導器比較該電源轉換器之一輸出電壓以及一目標電壓，依據一轉導，提供一補償電流，用以建立一補償電壓。該開啟時間控制器依 據該補償電壓，控制一功率開關之一開啟時間。該關閉時間控制器用以控制該功率開關之一關閉時間。該狀態偵測器依據該輸出電壓、一上限電壓、以及一下限電壓，控制該轉導器、該開啟時間控制器、該關閉時間控制器、以及一補償電壓設置器。該補償電壓設置器可以設定該補償電壓。
10‧‧‧開關式電源供應器
12‧‧‧橋式整流器
14‧‧‧功率因子校正電源轉換器
16‧‧‧電壓電流調節器
18‧‧‧負載
100‧‧‧電源控制器
102‧‧‧轉導器
104‧‧‧開啟時間控制器
106‧‧‧三角波產生器
107‧‧‧SR正反器
109‧‧‧關閉時間控制器
110‧‧‧比較器
112‧‧‧或閘
114‧‧‧前緣遮蔽器
116‧‧‧比較器
118‧‧‧最大切換頻率控制器
119‧‧‧最小切換頻率控制器
120‧‧‧狀態偵測器
124‧‧‧OVR控制器
126‧‧‧UVR控制器
127‧‧‧補償電壓設置器
128、129‧‧‧比較器
130‧‧‧OVR緩衝控制器
132‧‧‧脈衝產生器
134‧‧‧脈衝產生器
135‧‧‧加速時間產生器
136‧‧‧SR正反器
138‧‧‧計數器
150‧‧‧脈衝產生器
152‧‧‧電流限制控制
154‧‧‧脈衝產生器
156‧‧‧加速時間產生器
CCOM‧‧‧補償電容
COUT‧‧‧輸出電容
CSU1、CSU2‧‧‧可控制電流源
D2‧‧‧整流二極體
DCNT‧‧‧計數
fMAX‧‧‧最大開關頻率
fMIN‧‧‧最小開關頻率
gm‧‧‧轉導
ICOM‧‧‧補償電流
ILP‧‧‧電感電流
IN1、IN2‧‧‧電源線
LP‧‧‧電感
MOVR‧‧‧OVR控制方法
MUVR‧‧‧UVR控制方法
R1、R2、RH、RL‧‧‧電阻
RA‧‧‧斜率
RCS‧‧‧電流偵測電阻
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7‧‧‧步驟
S11、S12、S13、S14、S15‧‧‧步驟
SCS-L‧‧‧信號
SDRV‧‧‧脈波寬度調變信號
SOFF-MAX‧‧‧最大關閉時間信號
SOFF-MIN‧‧‧最短關閉時間信號
SOVR‧‧‧OVR信號
SUVR‧‧‧UVR信號
SW‧‧‧功率開關
SW1、SW2‧‧‧開關
SZCD‧‧‧零切換信號
t1、t2、t11、t12‧‧‧時間點
TOFF‧‧‧關閉時間
TOFF-MAX‧‧‧最長關閉時間
TOFF-MIN‧‧‧最小關閉時間
TON‧‧‧開啟時間
TON-MIN‧‧‧最小開啟時間
VAC‧‧‧交流市電
VCOM‧‧‧補償電壓
VCS‧‧‧電流偵測電壓
VCS-DEF‧‧‧原始預設值
VCS-INT‧‧‧起始值
VCS-LMT‧‧‧限流電壓
VIN1、VIN2‧‧‧直流電壓
VINV‧‧‧輸出電壓
VOUT‧‧‧輸出電源
VR1、VR2‧‧‧預設電壓
VREF-O‧‧‧上限電壓
VREF-TRG‧‧‧目標電壓
VREF-U‧‧‧下限電壓
VREF-Z‧‧‧零參考電壓
VTRI‧‧‧三角波信號
VZCD‧‧‧ZCD信號
第1圖顯示一種開關式電源供應器。
第2圖為依據本發明所實施的功率因子校正電源轉換器。
第3A圖顯示於正常操作時，一電源控制器中相關之電路架構。
第3B圖顯示第3A圖中的一些信號。
第4圖顯示第2圖之電源控制器中相關於過高壓調節與過低壓調節的部分電路。
第5圖顯示適用於第4圖中的OVR控制方法MOVR，用以實現OVR。
第6A圖顯示第4圖中，相關於OVR的電路，可以實現第5圖中的OVR控制方法MOVR。
第6B圖顯示當OV事件發生與解除時，輸出電壓VINV、補償電壓VCOM、OVR信號SOVR、計數DCNT、三角波信號VTRI的斜率RA、最大開關頻率fMAX、轉導器102中的轉導gm、以及電流偵測電壓VCS。
第7圖顯示適用於第4圖中的UVR控制方法MUVR，用以實現UVR。
第8A圖顯示第4圖中，相關於UVR的電路，可以實現第7圖中的UVR控制方法MUVR。
第8B圖顯示當UV事件發生與解除時，輸出電壓VINV、補償電壓VCOM、 限流電壓VCS-LMT、電流偵測電壓VCS、UVR信號SUVR、以及轉導器102中的轉導gm。
在本說明書中，有一些相同的符號，其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
第2圖為依據本發明所實施的功率因子校正電源轉換器14，其為一開關式電源供應器，以直流電壓VIN1作為輸入電源，提供直流電壓VIN2作為輸出電源。直流電壓VIN2是功率因子校正電源轉換器14的輸出電壓。功率因子校正電源轉換器14的主要目的在於校正整個開關式電源供應器10的功率因子，並提供相對穩定的直流電壓VIN2。
功率因子校正電源轉換器14具有昇壓轉換器(booster converter)的架構，包含有電感LP、功率開關SW、電流偵測電阻RCS、補償電容CCOM、電阻R1、R2、RH、RL、整流二極體D2、輸出電容COUT、以及電源控制器100。電阻R1與R2提供ZCD信號VZCD給電源控制器100，用來偵測電感LP之電感電流ILP變為零的時間點，一般稱為此功能為零電流偵測(zero-current detection，ZCD)。電阻RH與RL提供輸出電壓VINV給予電源控制器100，其用以跟目標電壓VREF-TRG以較，用以在補償電容CCOM上建立補償電壓VCOM。在本說明書中，目標電壓VREF-TRG為2.5V，但不限定為2.5V。根據補償電壓VCOM以及ZCD信號VZCD，電源控制器100提供脈波寬度調變(pulse-width modulation，PWM)信號SDRV來控制功率開關SW，產生許多 的開關週期，每一開關週期有一開啟時間TON與一關閉時間TOFF。電源控制器100一方面使得流經電感LP的電感電流ILP的平均值大約與直流電壓VIN1成正比，另一方面企圖使直流電壓VIN2穩定於一定範圍內，使得輸出電壓VINV大約為目標電壓VREF-TRG。輸出電壓VINV大約跟直流電壓VIN2成比例。
在一實施例中，功率因子校正電源轉換器14採用固定開啟時間(constant-ON-time，COT)控制以及臨界模式(critical mode、boundary mode或是transition mode)，來提供功率因子校正。COT控制依據補償電壓VCOM決定功率開關SW的開啟時間TON，其大致與直流電壓VIN1的大小無關。臨界模式則是大約在電感電流ILP從正值掉越0時，開始下一個開關週期中的開啟時間TON。COT控制以及臨界模式這樣的組合，可以達到相當良好的功率因子校正。
第3A圖顯示於正常操作時，電源控制器100中相關之電路架構。在一實施例中，電源控制器100為一封裝好的單晶積體電路。電源控制器100包含有轉導器102、開啟時間控制器104、關閉時間控制器109、以及SR正反器(SR flip-flop)107。
轉導器102比較輸出電壓VINV以及目標電壓VREF-TRG，根據一轉導gm，輸出補償電流ICOM。補償電流ICOM可以對補償電容CCOM充放電，建立補償電壓VCOM。
開啟時間控制器104內，比較器110與三角波產生器106一起可以實現COT控制。三角波產生器106提供三角波信號VTRI，其從開啟時間TON開始時開始以斜率RA上升。比較器110比較三角波信號VTRI與補償電壓VCOM。當三角波信號VTRI超過補償電壓VCOM時，比較器110可以重設SR正反 器107，結束開啟時間TON。藉此，開啟時間控制器104可以實現COT控制。
預防電感電流ILP過大所造成的風險，開啟時間控制器104內的比較器108比較電流偵測電阻RCS所提供的電流偵測電壓VCS以及限流電壓VCS-LMT，據以提供信號SCS-L。電流偵測電壓VCS可以代表流經功率開關SW的電流。當電流偵測電阻RCS所提供的電流偵測電壓VCS超過限流電壓VCS-LMT時，信號SCS-L將透過或閘112、前緣遮蔽器(leading-edge blanking apparatus)114，重設SR正反器107，結束開啟時間TON。
前緣遮蔽器114限定了開啟時間TON的最小開啟時間TON-MIN。換言之，每個開啟時間TON都大於等於最小開啟時間TON-MIN。
關閉時間控制器109中，比較器116比較ZCD信號VZCD以及零參考電壓VREF-Z，據以提供零切換信號SZCD，用以實現臨界模式。當ZCD信號VZCD低於零參考電壓VREF-Z時，零切換信號SZCD可以設置SR正反器107，結束關閉時間TOFF，開始下一開關週期中的開啟時間TON。藉此，關閉時間控制器109可以實現臨界模式操作。
為了避免在直流電壓VIN1接近波谷時所造成的高頻切換，關閉時間控制器109中的最大切換頻率控制器118，依據補償電壓VCOM，提供了最短關閉時間信號SOFF-MIN，限制了最大開關頻率fMAX。類似的，關閉時間控制器109中的最小切換頻率控制器119提供了最大關閉時間信號SOFF-MAX，限制了最小開關頻率fMIN。最短關閉時間信號SOFF-MIN與最大關閉時間信號SOFF-MAX分別定義了最小與最長關閉時間TOFF-MIN、TOFF-MAX，關閉時間控制器109使得關閉時間TOFF限定於最小與最長關閉時間TOFF-MIN、TOFF-MAX兩者之間。
關閉時間控制器109可以使功率因子校正電源轉換器14操作於臨界模式，並使功率開關SW的開關頻率fSW，大致介於最大開關頻率fMAX與最小開關頻率fMIN之間。
第3B圖顯示第3A圖中的一些信號。PWM信號SDRV定義了許多個開關週期TSW，每一開關週期包含有一開啟時間TON與一關閉時間TOFF。
三角波信號VTRI以一斜率RA上升。當三角波信號VTRI超過補償電壓VCOM時，開啟時間TON結束，關閉時間TOFF開始。因此，儘管直流電壓VIN1會隨著時間而改變，開啟時間TON大約由補償電壓VCOM與三角波信號VTRI所決定，大約為一定值，因此稱為COT控制。
臨界模式下，電感電流ILP可以從0開始，在開啟時間TON結束時，達到一電流峰值。從第3B圖中可知，每個開關週期中的電流峰值，大約跟直流電壓VIN1成比例。
當關閉時間TOFF開始時，ZCD信號VZCD大約比例於直流電壓VIN2，且電感電流ILP線性減少。一但電感LP放電完畢，電感電流ILP等於0，ZCD信號VZCD將快速地掉落。當ZCD信號VZCD大約掉越過0電壓時，關閉時間控制器109結束關閉時間TOFF，並開始下一個開啟時間TON。
第3B圖也提供了最大切換頻率控制器118所輸出的最短關閉時間信號SOFF-MIN，其定義了最小關閉時間TOFF-MIN。關閉時間控制器109使得關閉時間TOFF必須大於等於最小關閉時間TOFF-MIN。
為了預防直流電壓VIN2過高而產生可能的損害，電源控制器100往往設置有過電壓保護(over-voltage protection，OVP)。舉例來說，當可以代表直流電壓VIN2的輸出電壓VINV超過4.8V時，電源控制器100立即的 維持功率開關SW關閉，停止轉換能量。
只是，當第1圖中的負載18急遽的變化時，這樣的負載暫態響應卻可能觸發了OVP，使得電源控制器100停止能量轉換。就算之後直流電壓VIN2下降而解除了OVP，電源控制器100往往出現令人不悅的異音。
為了解決這樣的問題，本發明之一實施例比較輸出電壓VINV以及上限電壓VREF-O與下限電壓VREF-U。在一實施例中，OVP電壓VREF-OVP、上限電壓VREF-O、目標電壓VREF-TRG、與下限電壓VREF-U分別是4.0V、2.6V、2.5V與2.3V。當輸出電壓VINV超過OVP電壓VREF-OVP，將觸發OVP，電源控制器100停止能量轉換。當輸出電壓VINV超過上限電壓VREF-O時，觸發過高壓調節(over-voltage regulation，OVR)；當輸出電壓VINV超過下限電壓VREF-U時，觸發過低壓調節(under-voltage regulation，UVR)。
第4圖顯示電源控制器100中相關於過高壓調節與過低壓調節的部分電路。如同第4圖所示，電源控制器100有狀態偵測器120、OVR控制器124、以及UVR控制器126。OVR控制器124與UVR控制器126可以控制了轉導器102、開啟時間控制器104、關閉時間控制器109、以及補償電壓設置器127。
狀態偵測器120偵測過高壓(OV)與過低壓(UV)事件的發生與解除，並據以觸發相對應的對策。比較器128比較輸出電壓VINV與上限電壓VREF-O，比較器129比較輸出電壓VINV與下限電壓VREF-U。舉例來說，比較器128為一遲滯比較器(hysteresis comparator)，當輸出電壓VINV高於2.6V時，OVR信號SOVR為邏輯”1”；當輸出電壓VINV低於2.5V時，OVR信號SOVR為邏輯”0”。比較器129也可為一遲滯比較器，當輸出電壓VINV低於2.3V 時，UVR信號SUVR為邏輯”1”；當輸出電壓VINV高於2.5V時，UVR信號SUVR為邏輯”0”。上限電壓VREF-O與下限電壓VREF-U為兩個界限電壓。OVR信號SOVR與UVR信號SUVR為兩個失調信號，致能時表示輸出電壓VINV已經接近失去控制了。
OVR控制器124依據比較器128所輸出OVR信號SOVR，進行OVR。UVR控制器126依據比較器129所輸出的UVR信號SUVR，進行UVR。OVR控制器124控制了開啟時間控制器104、關閉時間控制器109、補償電壓設置器127、與轉導器102。補償電壓設置器127用來短暫地將補償電壓VCOM設定為一預設電壓。類似的，UVR控制器126控制了開啟時間控制器104、補償電壓設置器127、與轉導器102。
第5圖顯示適用於第4圖中的OVR控制方法MOVR，用以實現OVR。
步驟S1中，比較器128比較輸出電壓VINV與上限電壓VREF-O，來偵測是否輸出電壓VINV過高，發生了過高壓(over voltage，OV)事件。
當OV事件發生時，比較器128輸出邏輯”1”，觸發四個對策，來進行OVR，分別由步驟S2、S3、S4與S5所進行。在一段預設加速時間內，步驟S2將轉導器102的轉導gm增大。步驟S3將補償電壓VCOM設定為不高於預設電壓VR1。也就是說，如果當下的補償電壓VCOM高於預設電壓VR1時，補償電壓VCOM會被強制設定為預設電壓VR1。如果補償電壓VCOM低於預設電壓VR1時，步驟S3將不影響補償電壓VCOM。步驟S4提供一預設緩衝時間，並在這預設緩衝時間內，步進地增加三角波信號VTRI中的斜率RA，以使得開啟時間TON緩衝地縮小。預設緩衝時間後，開啟時間TON維持在最小 開啟時間TON-MIN。步驟S5提供一預設緩衝時間，並在這預設緩衝時間內，步進地減少最大開關頻率fMAX，以使得關閉時間TOFF緩衝地增加，開關頻率fSW緩衝地減少。預設緩衝時間後，開關頻率fSW維持在最小開關頻率fSW-MIN。
在一實施例中，步驟S5中的預設緩衝時間可以跟步驟S4中的預設緩衝時間完全相同，都緊接於OV事件發生之後，但本發明並不限於此。在其他實施例中，步驟S5中的預設緩衝時間可以跟步驟S4中的預設緩衝時間可以不相同。
步驟S4步進地增加三角波信號VTRI中的斜率RA，以使開啟時間TON緩衝地縮小，但本發明不限於此。在另一實施例中，步驟S4可以步進地變化斜率RA之外的另一特徵，使開啟時間TON緩衝地縮小。
步驟S6可以採用比較器128，來判斷是否OV事件已經解除。當OV事件已經解除時，步驟S7步進地增加最大開關頻率fMAX以及減少三角波信號VTRI中的斜率，使得開關頻率fSW與開啟時間TON都緩衝地增加，最後回復為正常操作狀態。簡單的說，步驟S7等同於逆向地執行步驟S4與S5。
第6A圖顯示第4圖中，相關於OVR的電路，可以實現第5圖中的OVR控制方法MOVR。第6B圖顯示當OV事件發生與解除時，輸出電壓VINV、補償電壓VCOM、OVR信號SOVR、計數DCNT、三角波信號VTRI的斜率RA、最大開關頻率fMAX、轉導器102中的轉導gm、以及電流偵測電壓VCS。
在第6B圖中的時間點t1，比較器128發現輸出電壓VINV高過2.6V，OVR信號SOVR從邏輯上的”0”轉為”1”，視為OV事件開始。OVR信號SOVR的上昇緣(rising edge)使得脈衝產生器134提供一短脈衝。
脈衝產生器134所提供的短脈衝致能補償電壓設置器127，其 使得補償電壓VCOM不高於預設電壓VR1。如同第6A圖所舉例的，脈衝產生器134所提供的短脈衝開啟了開關SW2。因此，第6B圖中的補償電壓VCOM迅速的被拉低到預設電壓VR1。先行壓低補償電壓VCOM可以迅速降低功率因子校正電源轉換器14當下所輸出的能量，避免OV事件進一步惡化。
脈衝產生器134所提供的短脈衝也使加速時間產生器135開始計時一預設加速時間。加速時間產生器135包含有計數器138與SR正反器136，舉例來說，可以架構來使得SR正反器136之輸出Q在OV事件發生後的8個連續開關週期內，都維持在邏輯上的”1”，其他時間都維持在邏輯上的”0”。換言之，預設加速時間就是8個連續開關週期。而在預設加速時間內，轉導器102中的開關SW1導通，使得兩個轉導器一起依據驅動補償電容CCOM，所以轉導gm成為gm1與gm2的和；在預設加速時間之外，開關SW1關閉，只有一個轉導器驅動補償電容CCOM，轉導gm只剩下gm1。因此，等效上，在預設加速時間內，轉導器102的轉導gm增大，可以加速使得補償電壓VCOM迅速地到達反應當下負載所應對應的準位。如同第6B圖所示，當OV事件發生後，補償電壓VCOM開始迅速地下降。
脈衝產生器134所提供的短脈衝也使得OVR緩衝控制器130開始進行緩衝程序，使計數DCNT上數。如同第6B圖所示，計數DCNT每經過兩個開關週期增加1，所以經過6個開關週期後，計數DCNT從0轉變為最終的3，因此定義了預設緩衝時間為6個開關週期。在另一個實施例中，預設緩衝時間可以是更多或是更少個開關週期，也可以不是以開關週期為單位計算的一段時間長度。
如同第6A圖所示，計數DCNT控制了三角波產生器106中影 響三角波信號VTRI的可控制電流源CSU1，也同時控制了最大切換頻率控制器118中用以決定最大開關頻率fMAX的可控制電流源CSU2。
隨著計數DCNT的增加，可控制電流源CSU1所提供的電流步進地增加，也導致了三角波信號VTRI的斜率RA步進地增加。因此，在預設緩衝時間內，隨著一個個開關週期的加入，開啟時間TON減少，電流偵測電壓VCS的峰值降低，如同第6B圖所示。在預設緩衝時間之後，開啟時間TON成為前緣遮蔽器114所定義的最小開啟時間TON-MIN。
類似的，隨著計數DCNT的增加，可控制電流源CSU2所提供的電流步進地減少。因此，在預設緩衝時間內，隨著一個個開關週期的加入，最小關閉時間TOFF-MIN步進地增加，所以最大開關頻率fMAX步進地減少，如同第6B圖所示。因此，開關頻率fSW隨著一個個開關週期減少，而在預設緩衝時間之後，因為最大開關頻率fMAX已經等於最小開關頻率fMIN，所以開關頻率fSW成為最小開關頻率fMIN。
因為開關頻率fSW為最小開關頻率fMIN，且開啟時間TON為最小開啟時間TON-MIN，功率因子校正電源轉換器14只有提供非常少的能量轉換，因此直流電壓VIN2與輸出電壓VINV開始下降，如同第6B圖所示。
在第6B圖中的時間點t2，比較器128發現輸出電壓VINV低過2.5V，OVR信號SOVR從邏輯上的”1”轉為”0”，視為OV事件解除。2.5V可以視為一預設回穩電壓。OVR信號SOVR的下降緣(falling edge)使得脈衝產生器132提供一短脈衝，觸使OVR緩衝控制器130開始進行另一緩衝程序，使計數DCNT下數。如同第6B圖所示，在時間點t2之後，計數DCNT下數，斜率RA步進地減少，最大開關頻率fMAX步進地增加。OV事件解除後，在一段 緊接之預設緩衝時間內，緩衝程序使得功率因子校正電源轉換器14步進地回復到正常操作。簡單的來說，當OV事件解除後，緩衝控制器130所進行的緩衝程序，就是與OV事件開始所進行的緩衝程序剛好相反，可以參考第6B圖與先前相關教導了解得知，不再重述。但這並不用來限制本發明。在其他實施例中，當OV事件解除後緩衝控制器130所進行的緩衝程序，不必要與OV事件開始所進行的緩衝程序完全相反。舉例來說，在另一個實施例中，OV事件解除後緩衝控制器130對於計數DCNT減少的速度比較慢，可以定義另一個比較長的預設緩衝時間。
第7圖顯示適用於第4圖中的UVR控制方法MUVR，用以實現UVR。
步驟S11中，比較器129比較輸出電壓VINV與下限電壓VREF-U，來偵測是否輸出電壓VINV過低，發生了過低壓(under voltage，UV)事件。
當UV事件發生時，比較器129輸出邏輯”1”，觸發兩個對策，來進行UVR，分別由步驟S12與S13所進行，並提供另一個對策，在UV事件解除時，由步驟S15所進行。
步驟S12將補償電壓VCOM設定為不低於預設電壓VR2。也就是說，如果當下的補償電壓VCOM低於預設電壓VR2時，補償電壓VCOM會被強制拉高成為預設電壓VR2。如果補償電壓VCOM高於預設電壓VR2時，步驟S12將不影響補償電壓VCOM。
步驟S13一開始把限流電壓VCS-LMT從原始預設值VCS-DEF減少為起始值VCS-INT，並提供一預設緩衝時間。在這預設緩衝時間內，步驟S13 步進地從起始值VCS-INT開始增加限流電壓VCS-LMT，以使得開啟時間TON緩衝地增加。預設緩衝時間後，限流電壓VCS-LMT回到原始預設值VCS-DEF。在一實施例中，步驟S13中的預設緩衝時間可以跟步驟S4或S5中的預設緩衝時間完全相同，但本發明並不限於此。在其他實施例中，步驟S13中的預設緩衝時間可以跟步驟S4中的預設緩衝時間不相同。
步驟S13步進地增加限流電壓VCS-LMT，以使開啟時間TON緩衝地增加，但本發明不限於此。在另一實施例中，步驟S13可以步進地變化限流電壓VCS-LMT之外的另一特徵，使開啟時間TON緩衝地增加。
步驟S14可以採用比較器129，來判斷是否UV事件已經解除。當UV事件已經解除時，步驟S15在一段預設加速時間內，將轉導器102的轉導gm增大。
第8A圖顯示第4圖中，相關於UVR的電路，可以實現第7圖中的UVR控制方法MUVR。第8B圖顯示當UV事件發生與解除時，輸出電壓VINV、補償電壓VCOM、限流電壓VCS-LMT、電流偵測電壓VCS、UVR信號SUVR、以及轉導器102中的轉導gm。
在第8B圖中的時間點t11，比較器129發現輸出電壓VINV低於2.3V，UVR信號SUVR從邏輯上的”0”轉為”1”，視為UV事件開始。UVR信號SUVR的上昇緣使得脈衝產生器150提供一短脈衝。
脈衝產生器150所提供的短脈衝致能補償電壓設置器127，其使得補償電壓VCOM不低於預設電壓VR2。如同第8A圖所舉例的，補償電壓設置器127中的電路架構來拉昇補償電壓VCOM至預設電壓VR2為止。先行拉高補償電壓VCOM可以迅速增加功率因子校正電源轉換器14當下所輸出的能 量，避免UV事件進一步惡化。
脈衝產生器150所提供的短脈衝也使得UVR控制器126中的電流限制控制152開始進行一緩衝程序，先使限流電壓VCS-LMT從原始預設值VCS-DEF減少為起始值VCS-INT，並提供預設緩衝時間。在這預設緩衝時間內，電流限制控制152從起始值VCS-INT開始步進地增加限流電壓VCS-LMT，最後回復到原始預設值VCS-DEF，如同第8B圖舉例所示。舉例來說，電流限制控制154可以具有一計數器以及一數位類比轉換器。脈衝產生器150所提供的短脈衝先將計數器歸零，然後在預設緩衝時間內計數器漸漸地增加其輸出的數值，直到數值為最大值。數位類比轉換器將計數器所輸出的數值轉換成為相對應的限流電壓VCS-LMT。這樣緩衝程序可能可以避免功率因子校正電源轉換器14因能量轉化變化過大時所造成的異音。
在第8B圖中的時間點t12，比較器129發現輸出電壓VINV高過2.5V，UVR信號SUVR從邏輯上的”1”轉為”0”，視為UV事件解除。UVR信號SUVR的下降緣(falling edge)使得脈衝產生器154供一短脈衝，觸使加速時間產生器156開始計時一預設加速時間，從時間點t12到時間點t13。加速時間產生器156的電路結構與加速時間產生器135相類似，可以透過先前之教導而得知，不再重述。在預設加速時間內，轉導器102的轉導gm增大，可以加速使得補償電壓VCOM迅速地到達反應當下負載所應對應的準位。回復為正常操作狀態。
透過以上的OVR控制方法MOVR與UVR控制方法MUVR，功率因子校正電源轉換器14可以在負載暫態響應時，預防直流電壓VIN2過高或過低，使整個開關式電源供應器10穩定地操作，並避免了異音的產生
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧電源控制器
102‧‧‧轉導器
104‧‧‧開啟時間控制器
109‧‧‧關閉時間控制器
120‧‧‧狀態偵測器
124‧‧‧OVR控制器
126‧‧‧UVR控制器
127‧‧‧補償電壓設置器
128、129‧‧‧比較器
gm‧‧‧轉導
SOVR‧‧‧OVR信號
SUVR‧‧‧UVR信號
VCOM‧‧‧補償電壓
VINV‧‧‧輸出電壓
VREF-O‧‧‧上限電壓
VREF-U‧‧‧下限電壓

Claims (18)

  1. 一種控制方法，適用於一電源轉換器中之一電源控制器，該控制方法包含有：比較該電源轉換器之一輸出電壓以及一目標電壓，依據一轉導，提供一補償電流，其中，該補償電流用以建立一補償電壓；依據該補償電壓，控制一功率開關，產生數個開關週期，每一開關週期包含有一開啟時間以及一關閉時間；比較該輸出電壓以及一界限電壓；當該輸出電壓跨過該界限電壓時，提供一失調信號；以及依據該失調信號，至少進行下列步驟其中之一，該等步驟包含有：將該補償電壓設定為一預設電壓；提供一預設緩衝時間，並於該預設緩衝時間內，步進地變化一特徵，以使該開啟時間緩衝地改變；以及提供一預設加速時間，並於該預設加速時間內，增加該轉導。
  2. 如申請專利範圍第1項之該控制方法，包含有：依據該補償電壓以及一三角波信號，控制該開啟時間，其中，該三角波信號具有一斜率；以及於該預設緩衝時間內，步進地變化該斜率，以使該開啟時間緩衝地改變。
  3. 如申請專利範圍第2項之該控制方法，其中，該預設緩衝時間為一第一緩衝時間，緊接於當該輸出電壓超過該界限電壓時。
  4. 如申請專利範圍第3項之該控制方法，包含有： 於該第一緩衝時間內，步進地增加該斜率，以緩衝地減少該開啟時間；提供一第二緩衝時間，接於當該輸出電壓低於一預設回穩電壓；以及並於該第二緩衝時間內，步進地減少該斜率，以緩衝地增加該開啟時間。
  5. 如申請專利範圍第1項之該控制方法，包含有：比較一電流偵測電壓以及一限流電壓，來控制該開啟時間；以及於該預設緩衝時間內，步進地增加該限流電壓，至一原始預設值；其中，該電流偵測電壓可代表流經該功率開關之一電流。
  6. 如申請專利範圍第1項之該控制方法，包含有：依據該補償電壓，提供一最小關閉時間；使該關閉時間不小於最小關閉時間；以及於該預設緩衝時間內，步進地變化該最小關閉時間。
  7. 如申請專利範圍第1項之該控制方法，其中，該電源控制器耦接至一電感，提供一零電流偵測信號，該控制方法包含有：依據該零電流偵測信號，控制該關閉時間。
  8. 一種電源控制器，適用於一電源轉換器，包含有：一轉導器，比較該電源轉換器之一輸出電壓以及一目標電壓，依據一轉導，提供一補償電流，用以建立一補償電壓；一開啟時間控制器，依據該補償電壓，控制一功率開關之一開啟時間；一關閉時間控制器，用以控制該功率開關之一關閉時間；以及一狀態偵測器，依據該輸出電壓、一上限電壓、以及一下限電壓，控制該轉導器、該開啟時間控制器、該關閉時間控制器、以及一補償 電壓設置器；其中，該補償電壓設置器可以設定該補償電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，該開啟時間控制器包含有一三角波產生器，用以提供一三角波信號，該開啟時間控制器比較該三角波信號以及該補償電壓，用以控制該開啟時間，該三角波信號具有一斜率，當該輸出電壓超過該上限電壓時，該開啟時間控制器使該斜率步進地增加，以緩衝地減少該開啟時間。
  10. 如申請專利範圍第9項之該電源控制器，其中，當該狀態偵測器依據該輸出電壓以及該上限電壓，認為一過高壓事件解除時，該開啟時間控制器使該斜率步進地減少。
  11. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，該關閉時間控制器提供有一最小關閉時間，且當該輸出電壓超過該上限電壓時，該關閉時間控制器使該最小關閉時間步進地增加，以緩衝地減少該功率開關之一開關頻率。
  12. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，當該狀態偵測器依據該輸出電壓以及該上限電壓，認為一過高壓事件解除時，該關閉時間控制器使該最小關閉時間步進地減少。
  13. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，當該輸出電壓超過該上限電壓時，該補償電壓設置器使該補償電壓不高於一預設電壓。
  14. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，當該輸出電壓超過該上限電壓時，該轉導器於一預設加速時間內增加該轉導。
  15. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，當該輸出電壓低於該下 限電壓時，該補償電壓設置器使該補償電壓不低於一預設電壓。
  16. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，該開啟時間控制器依據一限流電壓以及一電流偵測電壓，來控制該開啟時間，該電流偵測電壓可代表流經該電源轉換器之一功率開關之一電流，且當該輸出電壓低於該下限電壓時，該開啟時間控制器使該限流電壓步進地增加，以緩衝地增加該開啟時間。
  17. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，當該狀態偵測器依據該輸出電壓以及該下限電壓，認為一過低壓事件解除時，該轉導器於一預設加速時間內增加該轉導。
  18. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，該開啟時間控制器可實現一固定開啟時間控制，該關閉時間控制器可實現一臨界模式。
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