TW472434B - PWM controller - Google Patents

Description

472434 五、發明說明（1) --------- 範疇 ^ ϋ —種脈波宽度調變控制器有關，特別是用該種 制益控制切換模式的電力供應。 斷模，電力供應（8-8)用於許多家庭及工業應用正不 操；階严或1列t電視或電腦顯示器的應用+，需要數種的 備（或* 式。一第一關閉，階段在無電流供應至一設 關^1 ^ #關閉）時發生；—第二，打開，模式在該設備開 正常時發生；及第三模式(稱作備用模式)在 由遙但功能及電力消耗減少時發生。電視經 未將:相t八 會遇到備用模式，通常該遙控關開並 以便:2二關閉’並容許電視内部某些電路維持通電， 模式。.關開的’打開’按紐時’電視立即回到’打開， 電，耗用的電力有必要減少，以便減少電源 特。 現在的目標係減少電力消耗至1位數的瓦 過已二具有備用模式的有效… PS的成組模式操作有點問題，g卩是纟m π h + 爆發頻率）通常會在可聽“f蛮乂 P疋組爆發週期（或 嗓音的理由並不十分明白而且‘導致發生 中產生尖峰電流（注意，如果在各爆發 數增加，@ y$ 0爆發頻率或任何爆發負載係 而不減少供應至SMPS二次側微處理機的平均電

第5頁 472434 五、發明說明（2) 力，便可i查+、 爆發頻率，所二— 不過基本上，沒有辦法調節 太吵。 乂 °又°十者/、旎希望該成品在備用階段中不會 本潑·明力圖日 發明總結 提供一種減輕上述缺點的PWM控制器。 根據本發明π 調變控制器。配備一種如申請專利範圍帛1項之脈波寬度 這種具有一笛_ 點為，在備用=一呆^奴（也稱作閂開階段）的#制残佟 率，而不一中=幅減少負載循 動電流源供應 ^又常稱作起動階段）該起 用=卜開階段可= 為與其他階段(備 於控制該器包三模式期間控制器用 以改變以配合不同的環]。1種構造的優點為爆發頻率可 ρ㈣控制器可以進入成 ’有兩項主要理由讓該 故障條件，例％ 、、式細作。第-理由為如果發現 ㈣計供應值），可_能因^/// u供應（如超過SMPS 況中，要求爆發頻率Λ旦路造⑨，在這種情 一種不正常作 π '、八儘置低，並且因為這種條件代表 礙，因為所所以任何由SMPS產生的噪音：： 告丨残迮入屮衣的疋故障必須合矯正，而非勿為 … 制窃進入成組模式操 非心又。pwm控 式，在這種情況 ！的第一=由為’如S SMPS在備用模 或其他零件中^ 取重要的考慮係為整個SMPS因變壓5| 中的任何機械共振產生的可聽見嘴音量

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五、發明說明（3) 障條件比較，具有能改變備用模式爆發 間控制器，容許使用會產生最…式期 較為理想，該pwm控制器包括一VCC偵測器連 點用於福測該Vcc結點的電壓’其中第三階段係開；於該° Vcc結點的偵測電壓下降低於第一低電壓量及結該 結點的偵測電壓下降低於第二低電壓量。這樣提供一種非 常簡單的方法以決定何時該pwm控制器必須在第三或閃開 階段。 較為理想，該第三階段期間控制器的操作可以改變一或 更多的第一及第二低電壓量及該V c c結點電壓從第一降到 第二電壓置的電流量。這樣提供一種直接方法以改變第三 或閂開階段的期間。 較為理想’該第三階段期間控制器包括一第三階段電流 控制益用於控制在第二階段中彳足§亥'V c c結點供應該p w m控制 器的電流量。較為理想，該第三階段期間控制器包括一程 式結點以連接一外部程式電阻器（程式結點與接地之間）， 如此，從該Vcc結點供應該pwm控制器的電流量藉由選擇一 合適程式電阻而設定（該電流量與程式該電阻值成反比）。 這樣提供一種特別方便的方法供設計者在備用階段中使用 該pwm控制器來改變爆發頻率以減少可聽見噪音，因為電 阻器便宜並有許多不同的電阻強度（相當於各種不同的爆 發頻率）。 較為理想’該pwm控制器另外包括一開關，可在第一位 置，其中該程式結點連接最後由該Vcc結點供電的第一電

O:\64\64380.ptd 第7頁 472434 五、發明說明（4) 壓源，及第二位置，其中程式結點隔離或連接最後由該 Vcc結點供應比該開關在第一位置更少電流的第二電壓 源，之間切換。使用這種方法，爆發頻率可以在備用階段 (如開關在第一位置）的第一頻率與故障模式（通常較低）的 第二頻率之間變化。 圖式簡單說明 本發明的一具體實施例的說明須參考下列圖式，其中： 圖1顯示一種切換模式電力供應併入一種根據本發明的 pwm控制器； 圖2顯示構成部份圖1切換模式電力供應的pwm控制器的 方塊圖； 圖3顯示圖2控制電路的操作階段曲線； 圖4顯示構成部份圖2 pwm控制器的第三階段期間控制器 的方塊圖〆 _ 圖5為用於分辨備用模式及故障模式的閂配置的方塊 圖。 較佳具體實施例的詳細說明 參考圖1，顯示——種切換模式電力供應配置（SMPS)5，如 在家庭電器中所發現的一樣，需要一高電壓供應，如電視 機。這種特性的標準家庭電器包括一備用模式操作功能， 其間電器開關保持’打開’，但功能性及電力消耗減少。該 S Μ P S配置5包括一 p w m控制器1 0，一電源供應配置2 0，一變 壓器配置3 0及一微處理機及調節配置4 0。 該pwm控制器或控制電路1 0，以下將參考圖2作詳細說

O:\64\64380.ptd 第8頁 472434 五、發明說明（5) 明’結合成一具有8控制針的半導體套組。 該電源供應配置包括一濾波器2 1 ’ 一二極體橋2 2及一體 電容器2 3用來提供整流訊號給結點2 5。另外一結點2 6提供 訊號直接從該濾波器2 1，經二極體2 7 ’至該控制電路1 〇的 控制針8。 該變壓器配置30具有一電磁芯31，一次線圈32及一補助 線圈3 3置於該芯的一邊。該一次線圈3 2具有一結點耦合該 結點2 5，及另外一結點耦合一電晶體夾1 8，詳細如下說 明。該補助線圈具有一結點接地及另外一結點，分別經電 阻器14，二極體15與電容器16，耦合控制電路1〇的控制針 1及6。 —高電壓二次線圈35及低電壓二次線圈36a，b，c&d置 於該芯的另一邊。高電壓線圈35的配置用來在正常操作模 式中提供高電壓電源（〜l〇OV)至-該電器的適當高電壓組件、 (未顯示）。該低電壓二次線圈36a， b，c及d的配置用來搓 供低電壓電源（〜丨〇 v)至該電器的各低電壓組件。二次線 3 6d用來連接並供應低電壓電源給該微處理機及調節配晉· 40 ’該配置也用於調節用途，詳細如下說明。 如果該控制電路10決定需要調節，來自該控制電 針5的訊號起動電晶體夾18，該電晶體夾住該一次合 的兩結點丄經二極體19及電阻器34的線路夾，至該結2 25二故種方法，電晶體夾1 8起動作為電源開關。· ζ f理機及調節配置40具有一微處理機45用來# 4 SMPS的操作備用操作模式(正常模式)的管理，及

第9頁 472434 五、發明說明（6) 功能（未顯示）。如果供應至該變壓器配置3 〇二次側的電力 已達到規定值’則經由光電耦配置串聯調節二極體47便可 達成調節。 該調節二極體47的破壞電壓可經由電阻器41的分壓器電 路及輸出可變電阻器42，連接高電壓線圈35輸出而調整。 使用這種方法’該調節二極體根據由電阻器4丨的分壓器配 置及可變電阻器42的輸出量獲得的電壓傳導電流。該電流 流經光電耦配置的發光二極體（LED) 46，感應其中光電池 1 7產生訊號。該光電池連接儲存該電容器1 6及該pWM控制 電路1 0的針3。 如果該電器開關切換到備用模式，該電器的高電壓組件 不再需要電力。該微處理機45藉由起動電晶體37而重組變 壓器配置3 〇的二次線圈’其中該電晶體經過二極體配置3 7 有效失住高電壓線圈35至二次線圈36d的整流電壓。該微 處理機也起動電晶體49 ’該電晶體有效將—第二穩壓二極 體48插入LED46的通路，以便提供一種備用模式的調節竽 置。 現在也參考圖2，所顯示為該控制電路丨〇的方塊圖。重 要為三控制針，針丨，2及3提供輸入給於所有必要的可變 訊號用來控制SMPS。針丄容納一零電流偵測輸入及一負電 2失。針2結合過電流保護及備用尖峰電流極限值。針3結 合電流讀出電壓（調節）輸入及備用調節。 ° 曰其餘的針用作供應及輸出連接：針4接地，針5驅動該電 曰曰體夾18的電力開關配置，針6經該體電容器i6(vcc)連接

472434 五、發明說明（7) 該補助線圈3 3，及針8耦合該電源配置2 0的結點2 6。 調節依照下列方法。耦合該控制方塊1 3 0以接收來自針3 的調節訊號。此訊號用來經P w M控制方塊1 4 0通知該驅動控 制方塊1 5 0的規定輸出負載循環’然後’使用該訊號，根 據電晶體夾1 8的電力開關配置控制’驅動該輸出緩衝器 1 9 0。該驅動控制方塊1 5 0及該輸出緩衝器1 9 0—起構成驅 動電路1 5 0，1 9 0 ’並一起抽取在第二或切換階段中該P W Μ 控制器所需要的大部份電力1 0。 備用模式及正常模式係由備用管理方塊偵測’該管理方 塊係自該去磁方塊1 1 〇 (針1 )，該電流讀出方塊1 2 0 (針2 )， 及該控制方塊1 3 〇 (針3經驅動方塊1 5 0 )取得輸入。本偵測 模式的詳細如以下說明並參考圖4。 當備用模式開始’微處理機4 5如上述重組變壓器配置3 0 的二次側。由於該變壓器配置30重組，調節訊號Vpwm將有 致調節該高電壓線圈3 5至規定的1 0 V電壓。所有二次線圈 的電壓將減少，結果造成該補助線圈3 3中產生的電流降低 到該控制電路1 0維持通電所需之下。此時電力由該體電容 器1 6洩放並造成V c c緩慢下降。 見在*考圖3 ’其中顯示的曲線表示該控制電路1 〇的三 種„段’稱為備用模式中Vcc的動態。 佴π ? 汀明起動階段）2 1 5中，由該補助線圈33提 電壓量2 6 0,以下動该控制電路1〇。導致VCC低於第二低 庐糾、+. +扯 下詳細說明（例如，該配置已通電，岑如箭 奴所述在備用模忐 ^ 4如刖 、式中）。在這第一階段2 1 0中，該起動带、、ώ

第11頁 472434 五 '發明說明（8) =〇雁直=攸該遽波器21經¥點26及二極體27抽取電泣， 並供應電流至該儲存 1 f〇抽取電抓 中穩定上升，5 v 冤合益16，仏成^〇在此階段（線210) 之内債測及決定）達到起動低限值240 (VCC管理方塊1 7〇 常操作，Ϊ階/变）22 5中，該削控制電路10正

Vcc會停留在或古於ί机。（如果該配置係在正常模式中， m体 在或同於弟一低電壓量250，及該栌制雷踗10舍 繼續正常操作）。在 及肩控制電路1 〇會 的電沪不h 脊用核式中，VCC因該補助線圈33產生 25〇電Γ不足（線22〇)而下降’至VCC達到第一低電堡量 關Ϊ ^段(所謂軸皆段)23 5中，該控制電路1 0的開 严如起動電流源12。。因此，在此階段中，從Vcc ^的U小，所以Vcc下降很緩慢，至達到第二低電 里26 0，'此時，起動電流源再度起動，又回到第一階段 :在參考圖4 ’其中顯示一第三階段期間控制器（在此狀 番，控制器包括唯一的第三階段電流控制器）包括第一 ^屋源30 5 (最終從Vcc節點-針6供電），一備用對故障開 1 〇，一備用對故障及閂開對起動或階段切換邏輯閘 320私式電阻器3 3 0，程式節點340 (相當針3 )及階段切換 開關35 0。備用對故障開關310用於連接該第一電壓源3〇5、 至該程式節點34 0，如果該節點係在其第一開的位置並將 °亥私式節點3 4 0與s亥第一電壓源3 〇 5隔離，如果該電壓源係 在其第二位置。該開關310的位置由邏輯閘32〇決定，只有 472434

當該p w m控制器1 〇在装笛-+ Ba

y t 4 m 1 第二或閂開階段。SMPS的全部AND 關31〇至其第一位i。以文„〜式插/”3 20起動切換開 ^ 乂下為廷種由pwm控制器偵測的方法 Γΐ:'，，Γ兄明。程式電阻器33 0連接程式節點340及接地並 / 耘式電壓源305抽取可程式電流量（最終從vcc節點 如果開關3 1 0在其第一位置。最後，階段切換開關 〇>起動並k遠pWm控制器内的調節控制裝置解開針3 ,如 果^pwm控制器不在切換或第二階段，則針3便可在不同的 階段中用於不同的功能。 現在參考圖5 ’所顯示為構成部份備用方塊的一閂配置 4〇〇 ’具有第一及第二閂41〇及44〇，及第一及第二AND閘 420 及4 30。 第一閃41 0係由導自電流反應方塊丨2 〇及驅動控制方塊 150的過電流訊號設定，並由導―自控制方塊130及PWM控制 方塊140的調節訊號（Vpwm)再設定。 第一閂41 0的值係定時觸擊第一AND閘420，該閘也接收 起動階段訊號，詳細如以下說明。 第一閂41 0的反向值係定時觸擊第二AND閘43 0，該閘也 接收閂開階段訊號，詳細如以下說明。 第一閃440係由第二AND閘430的輸出設定’並由第一 AND 閘4 2 0的輸出再設定。 備用模式的決定係以下列方法執行。如果Vcc衰落低於 第一低電壓量2 5 0，則會產生閂開階段2 3 5，造成這種階段 是因為該補助線圈33產生的電力不足。可能的原因有兩

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五、發明說明（ίο) 種： a) 發生過電流條件’造成該控制器1〇有效關閉㈣”的 關開。 b) 如上述，已故由該微處理機45輸入備用模式。 在後一個情況中，由於超電壓出現在重配置瞬間，在工 作階段225中就已經收到調整訊號。所以，第一閃41〇會有 一低值，其反向輸出會變高。然後兩者輸出至第二MD閘 430 ’導致第一問440設定’並顯示備用模式。 同樣’正常模式的決定以下列方法執行。假定該pwM控 制電路10已經在備用模式，補充電流源（未顯示）的開關打 開’有效減少比較器（未顯示）的電壓低限量。所以，當該 微處理機45決定再輸入正常模式，及再配置第二線圈:^ 在起動階段中會需要大量電流。如此會導致過電流保護訊 號，而無調節。在這種方法中第一閂41 〇會被高值閂鎖， 結果第一 AND閘4 2 0的輸出會變高（起動階段訊號也會出 現）。如此，導致第二閃440設定’該PWM控制電路1〇 效取消備用模式，並回到正常模式。電路1u内有 可以意識到，另外不同於上述的具體實施例是有可能。 例如，雖然容許的該PWM控制電路10的操作基本上仍如 述，精密的SMPS配置便與上述不同。 此外’閂配置40 0可由其他的邏輯配置取代以執行基 上相同的功能。 &

Claims (1)

1. 472434 六、申請專利範圍 1. 一種pwm控制器，其包括一Vcc節點；一 合該Vcc節點；及-驅動器電路也連接該^源耗 pwm控制器的配置便於在第一階段操作中，該起，其中該 =電流至該Vcc節點，但該驅動器電路關°閉；流源 段中，起動该驅動器電路並從該v 抽 一階 =m ’该起動電流源及該驅動.器電路均關閉n 2. 如申# ΐ 一有少置電流可從該vce節點抽取。 "月專利範圍第1項之pWm控制芎，i 器包括-第三階段期間控制器，其用來";第：：:制 間。 '、π木役制弟二階段的期 如申請專利範圍第1項之控制器，i =括一VCC偵測器，其連接該v ; 二m ; 節點的電壓，直ψ夫斗v外 ‘用不傾測遠Vcc 低電壓量時，;證=C即點的偵測電壓下降低於第一 壓下降低於第=始^當該VCC節點的價測電 如申請專利二時之階段結束。 器包括一Vcc偵測突圍第員PWm控制器，其中該pwm控制 節點的電壓，盆，其連接該VCC節點，用來偵測該Vcc 低電壓量時，$ =當該¥^節點的偵測電壓下降低於第一 壓下降低&笛^第三階段開始，及當該Vce節點的偵測電 5. :申;ί;;電壓量時，該第三階段結束。 期間控制器可改^圍第4項之控制器’其中該第三階段 Re節‘點的電壓從\一或多種該第—及第三低電壓量及該 6. 如申請專利f 降到第二電壓量時的電流量。 圍第2，3，4或5項之pWm控制器，其中該

   第15頁 472434 六、申請專利範圍 第三階段期間控制器包括一第三階段電流控制器，其用來 控制在第三階段中由該pwm控制器從該Vcc節點抽取的電流 量。 7·如申請專利範圍第6項之pwm控制器，其中該第三階段 電流控制器包括一程式節點，其用來連接一外部程式電阻 器（程式節點與接地之間），以便藉由選擇一適當程式電阻 器來設定由該pwm控制器從該Vcc節點抽取電流量。 8 .如申請專利範圍第7項之p w m控制器，其中該p w m控制 器另外包括一開關，該開關可在第一位置與二位置間做切 換，在該第一位置時，該程式節點耦合至一由該V c c節點 供電的第一電壓源，及在第二位置時，該程式節點隔離或 連接至一由該V c c節點供電，但抽取比該開關在第一位置 時較少電流的第二電壓源（以已知程式電阻器而言）。

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