TWI262371B - PMW equipment with a power saving mode controlled by an output voltage feedback retardation circuit - Google Patents

Description

1262371 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 …-種電璧回授遲滯電路控制省電模式的脈寬 調變裝置，尤種使用於電源供應器中，用以跟隨 變化，進而控制輸出驅動訊號之遽寬調變裝置。 、 【先前技術】 在許多低功率輪出之應用場合，如手機、無線電話、 數位相機、PDA的充電器，以及印表機、電視遊樂哭與 上型隨身聽的交流電壓調整器等，對於待機時的省^要 皆相當的高。 ’ ' / 按目前已知的直流電源供應裝置，如交換式電源供應 器中（AC To DC Switching Power Supply)中，為縮小變 壓器之體積，大多使用高頻的脈波寬度調變（p簡）控制直 流輸出電壓，如第一圖所示，係為習知返驰式電源供應裝 置之電路示意圖，變壓器T1係將電路區分成為一次側之前 級電路101與二次側之後級電路102，該一次側101與該 二次側102間係以一光電晶體1Π及一光二極體112分離 該一次側1 〇 1與該一次侧1 〇 2之電信號，但卻可利用光信 號回授二次側102之電壓或電流輸出變化信號至一次侧 101，以同步調整該一次侧1〇1及二次側102之電壓及電流 變化量，或者做為過電流及短路保護之迴授信號。 請復參考第一圖，其中於一次側1〇1輸入一交流電壓 VAC，交流電壓VAC係經過一 EMI濾波器1〇1〇、一橋式整 流器BD1及一高壓濾波電容C1後成為一直流電壓Vin。直 流電壓Vin係藉由一脈波調整控制單元U1控制功率電晶體 1262371 開關Q1之導通週期’進而傳送到該變壓器Ti之一次側繞 組。同時’變壓器Τ1之二次側繞組係感應輸出電壓，該輸 出電壓透過二極體D1及電解電容C2整流濾波後，產生穩 定直流電壓Vout輸出。 直流電壓Vout透過一回授穩壓器D3與一光耦合器11 將輸出直流電壓Vout轉換成一電壓訊號vFB回授至一次側 101之脈波寬度調整控制單元讥。同時，於功率電晶體開 關Q1導通時透過電阻器R2取得一電流回授訊號Vcs，電 流回授訊號Vcs係被傳送到脈波寬度調整控制單元υι，脈 波寬度調整控制單元U1取得該電流回授訊號vcs與該電壓 訊號VFB藉以運算輸出一調整脈波pwM到功率電晶體開關 Q1，用來穩定輸出直流電壓Vout。該光辆合器Η係由該 光電晶體111及該光二極體112組成。 請參考第二圖，係為習知脈波寬度調整控制單元内部 電路方塊圖。脈波寬度調整控制單元U1係由PWM比較器 14、過電流比較器16、正反器18及或（OR)閘電路等所 組成。脈波寬度調變（PWM)技術的工作方式，就是由振盪 電路12提供一固定的頻率pwMclock給脈波寬度調整控制 單元U1。並，脈波寬度調整控制單元ui中之PWM比較器 14則負責檢知輸出直流電壓Vout所回授進來之電壓訊號 ，同時檢知該電流回授訊號vcs以進行比較運算，用來 輪出一調變輸出訊號P丽out。過電流比較器16更取得該 電流回授訊號Vcs與一限流準位iv進行比較運算，以輸出 〜過電流致能訊號0CPEN。調變輸出訊號pwM〇ut與過電流 欵能訊號0CPEN透過或（OR)之邏輯運算後，係輸出一重 薏訊號R到正反器18之R腳位。正反器18之S腳位係連 1262371 接到振盪電路12用以取得固定的頻率PWMcloclu，為工作 頻率’並透過或（OR)以及反（Ν〇τ)之邏輯運算後輸出一 驅動訊號Drv到功率開關（未標示）。 配合第二圖’請參考第三圖，係為習知脈波寬度調整 控制單元内部訊號波形示意圖。如第三圖所示其橫軸表示 為時間軸ΐ ’縱軸表示為各波形圖，在時間t〇到tl時間 電壓訊號VFB為重載，此時電流致能訊號〇cpEN與調變輸出 訊5虎PWMout經過或（〇R)之邏輯運算後輸出重置訊號R， 用以讓正反裔18輪出之驅動訊號Drv的輸出方波變寬，即 功率開關（未標示）的工作週期（duty cycle)變長，如 此即可以提供負载所需之電力。 士同理，於時間tl-t2時，係處於正常工作之負載，此 t正反器18輸出之驅動訊號DrV的輸出方波係會處於正常 i、應電力之I度。再者，於時間u負載變輕，此時電 流致能訊號0CPEN與調變輸出訊號PWM〇ut經過或（〇R)之 邏輯運算後輸出重置訊號R。重置訊號R與振衫路12輸 ，固^的頻率PWMclock同時經過正反器18運算後，係於 可以讓正反& 18輸出之驅動訊號Drv的輸出方波變短，如 ^:以提供輕負載所需之電力。而在此，驅動訊號-之功率開關（未標示）其工作頻率並不會因為輸出 此作週期（duty cycle)的改變而改變，換句話說， ^路^作鮮永遠是岐的，如此在㈣下，驅動訊 :rv g跟隨頻帛職lc)ck而固定產生工作週_之方 ，’進而造成輕載下電力之損耗。上述中，時間^ ’此時係無驅動訊號Drv輸出，此跳 踣週期（SKIPPED CYCLE)。 了功係為跳 1262371 常，条:下進行工作時’通 作，其工作損耗係㈣之切換動 、 貝耗契開關切換^貝耗。但是電子 3在輕載或無载時，若仍由脈寬調 ^ 輕載而下降，4L;傳導損耗會因為電子產品處於 疋由於開關切換的工作頻率固定不變，所 ，關切”耗不會跟著負載下降而減少，所以於輕載 2降1用脈錢變技術（PWM)之玉作模式，錢體效率係 明ί考第四圖，係為習知振盪電路内部電路方塊示意 圖振盪電路12中係利用電壓源VDD提供電力、給分壓電阻 R2、R3以得到臨界電壓VH、VL，比較器121、122分 別取得臨界電壓VH、VL朗日請電容GT輸出之充放電訊 旎進行比較運异。運算後之訊號，係接著透過正反器123 用以調整控制電流源n及控制電流源12執行對電容CT =充放電動作。再者，振盪電路丨2係於正反器123之輸出 產生頻率PWMclock以提供脈寬調變技術所需之參考頻 率。 【發明内容】 有鑑於此，本發明一種利用輸出電壓回授遲滯電路控 制省電模式的脈寬調變裝置，其主要目的係使用於電源供 應為中，用以跟隨負載變化，進而控制輸出之驅動訊號到 一功率開關。 為達上述目的，本發明利用一遲滯比較電路，用來截 取一回授電壓、一高臨界電壓及一低臨界電壓，並將該些 電壓進行比較運算及遲滯運算後輸出一遮沒訊號。該遮沒 ^62371 說號係被傳送到連接於該遲滯比較電路之一或閘電路，該 或閘電路同時亦連接到一脈寬調變控制單元用以接收一調 、交afU虎’該或閘電路同時接收該調變訊號與該遮沒訊號， 係進行或（OR)之邏輯運算後輸出一重置訊號。一同步訊 號輸出單元同時接㈣重置訊號與—紐訊號，係進行訊 號之同步化輸出，用以輸出一驅動訊號。 上述說明中’本發明係會跟隨負載之輕重變化，進而 控制驅動訊號之輸出與否，用以提供功率開關之切換或停 動作，使得電源供應器可以適時反應隨時變化的運 仃環境，進而達則㈣效率或㈣㈣輪出以遠到劣電 之功效。 為了使貝番查委員旎更進一步瞭解本發明特徵及技 術内容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所 附圖式僅提供參考與說_，並非用來對本發明加以限制。 【實施方式】 〜請參考第五圖，係為本發明電路示意圖。本發明之脈 寬調變裝置3，係可以跟隨電源供應器之負載變化，進而 控制輸出一驅動訊號DRV到功率開關Q，包括有：一遲帶 比較電路32、-脈寬調變控制單元34、一或閘電路36及 一同步訊號輸出單元38。 後爹亏弟立團，桊兔明脈見調變裝置3係從電源供方 器負載端接收-回授電Μ I，同時利用一直流電源獅^ 過一電阻器R3傳送電力給二個串拯夕笛 ^ “ 口肀钱之乐一電阻器R1及| 二電阻器R2，並透過該串接之二日哭D1 ^一免阻為Rl、R2進行電；; 之分壓，以分別得到一高臨界電壓 〜Wthhlgh及一低臨界^ 缓 Vthlow 〇 1262371 再者，遲滯比較電路32係截取該回授電壓yFB、該高 S品界電壓Vthh i gh及该低臨界電壓v让1 〇w，經比較運算及 遲滯運异後，係輸出一遮沒訊號GreenEN。遮沒訊號 GreenEN係被傳送到連接於該遲滯比較電路32之或閘電路 36。該遲滯比較電路32包括有：一第一比較器322，係接 收該高臨界電壓Vthhigh與該回授電壓vFB，進而比較輸出 一第一比較訊號CS1 ; —第二比較器324,係接收該低臨界 電壓Vthlow與該回授電壓vFB，進而比較輸出一第二比較 訊號CS2 ;及一正反器326，連接於該第一比較器322與該 弟一比較态324 ’係接收該第一比較訊號csi及該第二比 較訊號CS2，進而運算輸出該遮沒訊號GreenEN。 上述說明中，該第一比較器322,其非反向輸入端（+ ) 連接到電源供應器負載端，用以接收該回授電壓VFB，並其 反相輸入端（一）透過一電阻R3連接到一直流電源VDD， 用以接收该南臨界電壓Vthhigh。該第二比較器324，其反 相輸入端（一）連接到電源供應器負載端，用以接收該回 授電壓Vfb，非反向輸入端（+ )透過一第一電阻器ri再 經過電阻R3連接到一直流電源VDD，並透過一第二電阻器 R2連接到一參考地端G，用以接收該低臨界電壓vthlow。 該正反器326係為一 RS正反器，其一重設端（R)連接到 該第一比較器322之輸出端，一設定端（S)連接到該第二 比較器324之輸出端。 同時，該脈寬調變控制單元34係由一 PWM比較器 342、一分壓器344及一過電流比較器346連接組成·，該 PWM比較器342係擷取該電流回授訊號Vcs並透過該分壓 器344擷取該回授電壓vFB，經比較運算後輸出一調變訊號 1262371 PWMout。該過電流比較器346係擷取該電流回授訊號Vcs 與一過電流限制電位Vth，經比較運算後用以輸出一過電 流致能訊號0CPEN。上述說明中，該分壓器344係由電阻 器R4、R5、R6、直流電源及穩壓單元組成。係用來調降回 授電壓Vfb之準位，用以和電流回授訊號Vcs進行比較運算。 復參考弟五圖’該或閘電路3 6連接於該遲滞比較電路 32與該脈寬調變控制單元34，係接收該遮沒訊號 GreenEN、該調變訊號PWMout及該過電流致能訊號〇CPEN， 用以輸出一重置訊號R。 該同步訊號輸出單元38，係由一 RS正反器382、一或 閘單元384及一反閘單元386組成，該一 rs正反器382 之一設定端連接到一振盪器39用以接收該振盪訊號 PWMclock，一重置端連接到該或閘電路36用以接收該重置 訊號R，同時透過該或閘單元384與該反閘單元386用以 輸出該驅動訊5虎DRV到功率開關Q之控制端。 配合第五圖’請參考第六圖，係為本發明電路波形示 意圖。如第六圖所示其縱轴表示電壓（V )、橫軸表示時間 (t>在時間to到tl時間，電壓訊號VFB為正常負載狀態， 此時電流致能訊號0CPEN、調變輸出訊號pwM〇ut及遮沒訊 號GreenEN經過或閘電路36進行或（〇R)之邏輯運算後， 輸出重置訊號R，用以讓同步訊號輸出單元38輸出之驅動 訊號Drv驅動功率開關Q，以提供負載所需之電力。 同時，於時間tl-t2時，負載即進入輕載狀態，此時 回授電壓訊號Vfb係會在南S品界電壓V thh i gh與低臨界電壓 Vthlow二個臨界電壓值間進行上下振盪，該振盡之回授電 壓Vfb經由遲滯比較32分別與高臨界電壓、低 11 1262371 臨界電壓Vthlow進行比較運算，進而分別輸出第一比較訊 號CS1及第二比較訊號CS2。第一比較訊號CS1與第二比 較訊號CS2再透過RS正反器326之運算係輸出遮沒訊號

GreenEM。遮沒訊號GreenEN與該電流致能訊號0CPEN、調 變輸出訊號PWMout經過或閘電路36進行或（〇R)之邏輯 運异後’輸出重置訊號R。 在時間tl-t2期間，由於利用遲滯電路32所帶來之效 果’使得本發明脈寬調變裝置3於輕載狀態下係會進入輕 載遲滯範圍週期，此時幾乎沒有驅動訊號Drv輸出，接著 若是回授電壓VFB超過高臨界電壓vthhigh時係會有短暫的 驅動訊號DRV輸出，此段時期為退出輕載遲滯範圍週期， 因此本發明在輕載下幾乎沒有電力的輸出損耗，以達到省 電要求。再者，於時間t2—t3此段係為無載狀態，此時由 於回授電壓VFB係低於低臨界電壓Vthl〇w值，因此第一比 較訊號csi與第二比較訊號CS2透過Rs正反器326運算輸 ^之遮沒訊號GreenEN係為高準位，使得重置訊號r亦為 高準位，進而停止驅動訊號DRV之輸出以達到省電要求， 於上述說明中’在此時期係稱為跳躍週期（SKIppED CYCLE)。 >請參考第七圖，係為本發明有/無遲滯時之輸出功率、 回授電壓、重置訊號及驅動訊號之關係比較波形示意圖。 其中於時間tl-t2期間，輸出功率P〇ut之負載變化時，輸 出包壓Vout則會受到影響，因此係會造成回授電壓I產 生雜訊（noise)之干擾現象，進而影響遮沒訊號GreenEN 之波形輸出。於時間tl—ΐ2時，電路中若無遲滯時，遮沒 訊號GreenEN輸出係為81之波形，由於負載的變化讓遮沒 12 1262371 訊號GreenEN不穩定，使得驅動訊號DRV於輕載或鉦載下 仍有輸出’進而導致電路功率損失、讀效率降低和不穩 定的輸出f壓。電路巾若树料，係可以得到穩定之遮 /又汛號GreenEN輸出，係為S2之波形，此時因為遮沒訊號 GreenEN輸出穩定於高準位用以防止雜訊（n〇ise)之干擾 現象，使得驅動訊號DRV於輕載或無載下停止輸出，以達 到省電效果和輪出穩定的電壓。 再者，於時間t3—t4期間，輸出功率Pout之負載變化 吋’，會影響輪出電壓V〇ut，相同地，此時一樣會造成回 授電壓vFB產生雜訊（noise)之干擾，進而影響遮沒訊號 GreenEN之波形輸出。電路中若無遲滯時，此時重置訊號尺 係會於輕載或無載下即進入低準位，進而使得驅動訊號開 始有輸出，此時會導致電路功率損失、工作效率降低和不 穩定的輸出電壓。若是電路中有遲滞時，此段時期之遮沒 訊號GreenEN係會延遲一段遲滯時間然後才進入低準位， 以進行驅動訊號DRV之輸出，進而防止 雜訊（noise)之干 擾現象。 本發明係本發明利用一遲滯比較電路，用來截取一回 授電壓、一高臨界電壓及一低臨界電壓，並將該些電壓進 行比較運算及遲滯運算後輸出一遮沒訊號。該遮沒訊號係 被傳送到連接於該遲滞比較電路之一或閘電路，該或閘電 路同時亦連接到一脈寬調變控制單元用以接收一調變訊 號’該或閘電路同時接收該調變訊號與該遮沒訊號，係進 行或（OR)之邏輯運算後輸出一重置訊號。一同步訊號輸 出單元同時接收該重置訊號與一振盪訊號，係進行訊號之 同步化輸出，用以輸出一驅動訊號。 13 1262371 本發明係會跟隨輸出負載之輕重變化，經過遲滯電路 的運算及過濾不必要的切換動作後，進而控制驅動訊號之 輸出與否，用以提供功率開關之切換或停止切換動作，使 得電源供應器可以適時精確的反應隨時變化的運行環境， 進而達到更好的效率或更穩定的輸出以達到省電之功效。 綜上所述，本發明完全符合專利申請之要件，故爰依專利法 提出申請，請詳查並請早曰惠准專利，實感德便，以保障發 明者之權益，若鈞局之貴審查委員有任何的稽疑，請不 吝來函指示。 惟，以上所述，僅為本發明最佳之一的具體實施例之詳 細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限 制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為 準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實 施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在 本發明之領域内，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以 下本案之專利範圍。 【圖式簡單說明】 第一圖為習知返馳式電源供應裝置之電路示意圖； 第二圖為習知脈波寬度調整控制單元内部電路方塊圖； 第三圖為習知脈波寬度調整控制單元内部訊號波形示意 圖； 第四圖為習知振盪電路内部電路方塊示意圖； 第五圖為本發明電路示意圖； 第六圖為本發明電路波形示意圖；及 第七圖為本發明有/無遲滯時之輸出功率、回授電壓、重置 14 1262371 訊號及驅動訊號之關係比較波形示意圖。 【主要元件符號說明】 τι變壓器 101 —次侧電路 1010 EMI濾波器 102二次侧電路 VAC父流電壓 11光麵合器 12振盪電路 121、122比較器 123正反器 111光電晶體 112光二極體 U1脈波寬度調整控制單元 14 PWM控制器 16過電流比較器 18正反器 本發明： 3脈寬調變裝置 32遲滯比較電路 322第一比較器 324第二比較器 326正反器 15 1262371 34脈寬調變控制單元 342 PWM比較器 344分壓器 346過電流比較器 36或閘電路 38同步訊號輸出單元 39振盪器

Claims (1)

1262371 申請專利範圍： —種利用輸出電壓回授遲滯電路控制劣带 變裝置，使用於電源供應器中，係跟隨：：：：脈覓調 载交化，進而控制輸出一驅動訊號，包括有· 、 一遲滯比較電路，擷取一回授電壓、_高㉟界帝芦及 -低臨界電壓，該些電壓經比較“$ 後，係輸出一遮沒訊號； # -脈寬調變控制單it ’擷取-電流回授訊號與該回授 電壓，經内部比較運算後輸出一調變訊號； 一或閘電路，連接到該遲滯比較電路與該脈寬調變控 制單元，係接收該遮沒訊號與該調變訊號用以輸^ 一重置訊號；及 同步號輸出早元’連接於該或閘電路，係接收該 重置訊號與一振盪訊號，用以輸出該驅動訊號。 2·如申請專利範圍第1項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該遲滯比較電路 包括有： 一第一比較器，係接收該高臨界電壓與該回授電壓， 進而比較輸出一第一比較訊號； 一第二比較器，係接收該低臨界電壓與該回授電壓， 進而比較輸出一第二比較訊號；及 一正反器，連接於該第一比較器與該第二比較器，係 接收該第一比較訊號及該第二比較訊號，進而運算 輸出該遮沒訊號。 3·如申請專利範圍第2項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 17 1262371 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該第一比較器， 其非反向輸入端連接到電源供應器負載端，用以接收該 回授電壓，並其反相輸入端連接到一直流電源，用以接 收该南臨界電壓。 4·如申請專利範圍第2項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該第二比較器， 其反相輸入端連接到電源供應器負載端，用以接收該回 授電壓，非反向輸入端透過一第一電阻器連接到一直流 電源，並透過一第二電阻器連接到一參考地端。 5·如申請專利範圍第2項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該正反器係為一 RS正反器，其一重設端（R)連接到該第一比較器之輸 出端，一設定端（S)連接到該第二比較器之輸出端。 6·如申請專利範圍第1項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該脈寬調變控制 單元係由一 P丽比較器、一分壓器及一過電流比較器連 接組成；該PWM比較器係擷取該電流回授訊號並透過該 分壓器擷取該回授電壓，經比較運算後輸出該調變訊號。 7·如申請專利範圍第6項所述之利用輸出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該過電流比較器 係擷取該電流回授訊號與一過電流限制電位，經比較運 算後用以輸出一過電流致能訊號到該或閘電路。 8·如申請專利範圍第1項所述之利用輪出電壓回授遲滯電 路控制省電模式的脈寬調變裝置，其中該同步訊號輸= 單元，係由一 RS正反器、一或閘單元及一反閘單元組 成，該-RS正反器之-設定端連接到_振蓋器用以接收 18 1262371 該振盪訊號，一重置端連接到該或閘電路用以接收該重 置訊號，同時透過該或閘單元與該反閘單元用以同步輸 出該驅動訊號。 19