TWI306325B - A switching control circuit for output power compensation - Google Patents
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1306325 vG:驅動訊號 Q:功率開關 τ:變壓器 八 學式: 本案右有化料時’請揭示最賴*發明特徵的化 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 關—_酿㈣錢錢㈣率娜之诚式控制裝 【先前技術】 =寬調變技術為,知的技術,係用來控制與穩_電源供應器 之=辨。麵供應H必須提供各__功能,如過電壓料 =護:電流與過功率保護係用來保護電源供應器與周邊電二 償二:=:=過功率保護中,_㈣率補 護點。 、為電祕應15在^低輸人電壓下有相同的過载保 ^考第-圖’係為習知的電源供應器電路示意 —顺控她根據峨訊號V』以輪出—控制雜中, 》控制功率咖,進而私财調號 H。。—檢咖输力侧Q串峨,时顺财率開= 1306325 之一次側切換驗Ip。一次側切換驗Ip流過檢知電阻Rs,並在檢知電阻
Rs上產H域測滅Vs,電流制訊號Vs係可以蚊魏供應器的 最大輸出功率。 清參考第二圖,係為習知PWM控制器内部電路方塊示意圖。p麗控 制器1使功率限制比較器11連接於該檢知電阻&用以接收該電流感 測訊號vs ’並比較運算電流感測訊號Vs與一最大功率限制電壓v_,假 使電流Μ峨Vs大於最大裤關健ν_τ,pwM㈣胃i將停用 控制訊號vG的輸出,進而限制並且決定電源供應器的最大輸出功率。同 時’顺控制器!進-步使用- PWM比較器12來比較電壓回授訊號 VFB與電流_峨Vs ’進而週雛地停用控舰號%的輸出,得以穩定 電源供應器的輸出電壓V〇。 復參考第®與第二圖,當功率開關Q導通時,儲存於變壓器T電感 上的能量ε可表示為公式(1): s = \xLpxI2p=PxTs (1) 流過變壓器T-次侧切換電流知可表示為公式⑵: 最大輸出功率P可表示為公式(3): P^sXIl=i^k ⑶ 其中該Ip與Lp分別地表示為變麈器τ的一次側切換電流與一次側電感 值;tOT係為辨開關Q導猶,控制訊號VG的導通時間;Ts係為控制訊 迷VG之切換週期。從上面公式(2)可知,輸入電壓%的大小會影響變墨器 T的人側所建立之—摘城電流Ip,較高的輸人電壓%則-次側切換 電流5立速度較快,反之職慢。如此,藉由比較運算該紐朗訊號 s” ’力率限制電昼Vumit,得以限制與決定電源供應器的最大輸出 5 1306325 功率P。 由於上述公式(3)可以得知’電源供應器輸出功率p之大小係與功率開 關Q的導通時間U與輸入電壓VlN有關。而當考慮到安規(safcty)時,電 源供應器的修輸人龍〜範嶋由9GVae到264Vae,且高、低輸入電 壓之間往往有數倍的差異。然而’透過魏供應麟回授控制迴路可自動 地調整導通時間ton,而使得輸出功率p保持固定值。也就是說,當電流感 測訊號Vs而於最大功率限制電屋v_時,此時最大導通時間將受到限 制,並達成限制變壓器τ一次側切換電流Ip0 配合第二®,請參考第三圖’係為f知獅供應器巾傳輸延遲時間波 形之示意®。習知所使狀神_通常_最大神_籠v_, 例如W的賴雜來與錢_職Vs作比較,若是糕制訊號Vs 大於IV ’則該PWM控制器i將停止輸出控制峨Vg到該功率開關Q, 以限制與決定電源供應器的最大輪出功率p。 然而,實際上當電流感測訊號Vs高於最大功率限制電壓v_的瞬 間,該PWM控制器i的控制訊號Vg會經過一段傳輸延遲時間碰才會截 止。在該傳輸延遲時間r内’功率開關q係持續導通,並且將繼續傳遞 功率。因此,功率開關q實際的導通時間等於㈣,且無論是在高、低輸 入電壓下,於相同的電源供應器中,其傳輸延遲時間“的大小是相同的。 所以電源供應器在高輸入電壓下,實際的功率限制電壓ν_τ會比低 ^入電壓下之辨限觀壓Vu高,使得電祕應胁高、低輸入電壓 時會造成輪出功率的極A差異。而實際的輸出功率p如下式⑷: T,2 ·丄 、9 比較上述方程式⑶與⑷,由於pwM控制器!内部的傳輸延遲時間^ 將會使激磁電流比理論值多上(Vin /咖,因此,在高輸入電壓時將會有 1306325 相對於低輸入電壓時較大的功率限制電壓¥麵。雖然該傳輸延遲時間^ 很短,通常介於2〇〇ns到350ns的範圍,而較高的切換頻率下,該傳輸延 遲時間td對高、低輸入電壓所造成的輸出功率差異會更形加劇。 【發明内容】 有鑑於此’本發明-種輸出功率補償之切換式控制裝置,係使用於電 源供應财,場式控繼置可藉由輕_阻抗單元雜絲決定一功率 限制訊號的辭值’再透舰較運算辨關碱與—電域觀號得以 產生-重置訊號’該重置訊號可絲決定—驅動訊號的導通時間,作為電 源供應器輸出功率之補償。 本發明輸出神補償之婦式控繼置_—裤_祕於一磁性 元件’係㈣雜侧_換麵性元件,包財:—可讀·波訊號 的振重器;-波織生單元連接於職魅,係·該脈波峨,用以輸 出-功率關峨;—贼單元輕於該波職生單元,⑽蚊該功率 限制訊號的斜雜;-比鮮元連婦—檢知雜、—龍回授端與該波 形產生單το ’係接m❹】峨、—賴回授訊號無神限制訊號, 用以輸出-重置訊號;及-輸出單元連接於該比較單元、該振盪器與該功 率開關,係接㈣《喊無脈波減,践輸出—驅動峨到該功率 開關。 本發明切換式控繼置使用之波形產生單元,包括有—連接於振盤器 的斜坡電路,斜坡電路根據接收的脈波訊號用讀出一斜魏號;一轉換 電路連接於該斜坡電路與雜抗單元,藉由調整雜抗單元贿變該斜坡 訊號的斜率健而輸出-第—電流;及—關電流鏡f路連接於該轉換電 路,係根據該第一電流以輸出該功率限制訊號。 以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質,是為了進一步說明本 1306325 發明的申請翻細,有關本發明的其他目的與優點,將在後續的說 與圖示加以閣述。 【實施方式】 請參考第四圓,為本發明切換式控制裝置使用於電源供應器之較 路不賴。本發明糊阻抗·達成輸㈣率補償之切換式控制裝置 根據調整-阻抗單元Rth_值、—賴喃峨、及從—檢知電阻R 上取得之驗感測訊號Vs,得以決錄出之驅動訊號%的導通時間,驅s 控制功侧Q切換_ τ,肋達到電源供應器輪出功率 配口第四圖、參考第五圖,為本伽切換式控繼置較佳電路 示恩圖。切換式控制裝置2透過一功率開關Q輕接於-磁性元件τ,餘 制該功侧Q切換該磁性树了娜式控制裝置2包括有—紐: =可輸出—脈波訊號PLS ;—波形產生單元20連接於該_ 22,健 收該脈波t總PLS,肋輸出—辨_峨v讀 係接 ㈣波形產生單元20 ’用以決定該功率限制訊號vSAW的辨值疋;::= 早兀26連接於檢知電阻Rs、一電壓回授端fb與該波形產 接收該電流感測訊號Vs、-電壓回授訊號I與該功率限制訊號V ^ 以輸出-重麵Reset;及—輸出單元24連接於該 : 尸與該功率開關Q,係接收該重置訊號如讀 該= 步該脈波訊號PLS以輸出-驅動訊號%到該功率開 器22、該比較單元26及該輪出單元 &中該振盪 該比較單元26連制麵倾糾^孩接碰—_科(未標示)。 4㈣輪出端以取得該電壓 括有:一功率比較器262連接於該波形產生單元2〇轉檢^ FB,包 接收該電流感測訊號%與該功率 …W電阻Rs’係 軌说VSAW,用以輪出一過功率訊號 1306325 〇C,▲脈見為變器260連接於該檢知電阻A與電源供應器的輪出端,係 接收該電贼_臟vs與電翻授喊Vfb,践獅—機峨p购;、 及邏輯電路264連接到該功率比較器放、該脈寬調變器⑽及該輸出 單元24 ’雜㈣過功率訊號叱與該調變訊號讀^用以輸出該重置 訊號Reset到該輸出單元24。 該輸出單元24包括有:—正反器242,其-設定端Si4接於該缝器 ^2 ’ -重置端R連接於該比較單元%,係根據該脈波訊號㈣與該重置訊 號Reset付以產生-輸出訊號Qs反閘電路細連接於該振盈器^,係 將該脈波訊號PLS反相,用以輪出—反相脈波訊號㈣;—及閘電路撕 連接於該反閘電路⑽的輸出朗正反器⑽的輪出,係接收該反相脈波 訊號/PLS與該輸it;峨qs,㈣輸丨細動訊號%。 •凊參考第六圖,為本發明使用之波形產生單元電路方塊示意圖。包括 有斜坡電路202連接於該振盡器22,根據該脈波訊號PLS,用以輸出 斜坡訊號RMP ’轉換電路2〇4連接於該斜坡電路2()2與該阻抗單元 Rth藉由調整該阻抗單π %,得以改變該斜坡訊號心?的斜率值,而輸 出第1】’ -限制電流鏡電路2〇6連接於該轉換電路2〇4,係根據 該第一電流I丨,得以輸出該功率限制訊號Vsaw。 該斜坡電路202,包括有:一電容器c ; 一輕合器厕透過一切換開 關sw連接於該電容器c,輕合器厕係將一參考電位合輸出。該 切換開關sw受控於該脈波訊號PLS,以參考電位%對電容器〇進行充 電,再配合放電電流源2024的動作,於該電容器〇上產生該斜坡訊號驗。 該轉換電路204係由-運算放大器2_連接一轉換電晶體2〇42組 成,接收該斜坡訊號RMP,並於娜抗單元‘上產生該第一電流^。該 限制電流鏡電路2〇6包括有:一由電晶體Q1,連接組成的第一電流鏡, 第-電流鏡連接於該轉換電路204與一第—定電流源厕,係接收該第一 電流1丨,並瓢於該第-定電流源薦而映射出—第二電流i2; 一由電晶 !3〇6325 Μ、Q4連接組成的第二電流鏡,連接於該第—電流鏡與一第二 源2062,係將該第二電流12映射出一第三電流13;及一輸出電阻%連ς 於該第二魏鏡麟第二定電流源2〇62,係轉該第三驗13且受限科 第二定電流源線,得以取得-輸出電流τ。,並在輪出電阻^上產S 功率限制訊號VSAW。 〃 配合第五圖與第六圖’請參考第七圖,係為本發明 路波形示意圖。振盪H 22輪出的脈波訊號PLS於時間㈣時為言準位。
C 斜坡訊號腑=考電位 vR1。參考餘Vri經過機電路204得到—第—電流^,第一 m經 過第-電流鏡與第二電流鏡,分別產生第二電流l2與第三電流&,第—電 流^、第二電流l2及第三電流l3的波形相同,僅有電流映射比上的差昱。 輸出電流I。係根據第二定電絲施而與第三電流l3形成互補的波形, 所以此時輸出電流1〇為低準位。 在時間trt2,切換開關SW截止,在電容器c上產生之斜坡訊號㈣? 透過放電電流源2024開始下降。下降的斜坡訊號腑經過轉換電路2〇4 得到下降的第-電流^,下降的第-電流Ιι#經過第—電流鏡與第二電流 鏡’分別產生有第二電流ι2與第三電流l3,第—電流L、第二電流l2及第 三電流13的波形相同,僅有電流映射比上的差異。輸出電流Iq係根據第二 定電流源2G62破第三電流13形成互獅波形,所以此時輸出電流j。為 -上升的波形。此時,第一電流h、第二電流l2及第三電流l3下降波形的 斜率可由阻抗單元Rth來進行調整。 時間tHs’切換開關SW仍為截止,在電容器c上產生之斜坡訊號J^p 已經下降到最低準位。斜坡訊號RJMP經過轉換電路2〇4得到低準位的第一 電流I广第一電流I,再經過第一電流鏡與第二電流鏡,分別產生有第二電 流I2與第三電流I3,第一電流丨丨、第二電流12及第三電流l3的波形相同, 僅有電流映射比上的差異。輸出電流10係根據第二定電流源2062而與第 1306325 ’所以此時輪出電流1(5為高準位。 V '功率!^較1()會在輸㈣阻^上產生該功率限制訊號 號V_與輸轉流的波形僅為放大增益上的差里。 s月參考第八圓,係為功率 八 Θ力旱限制减VSAW在不同阻抗單元Rth下之波形示意 圖0
r明二^九圖,為本發明於冑、低電壓輸入時之波形示意圖。波形產 的該1 力树軌號v__雛的與該電流_« Vs比較 ,异,用师雅_整㈣贿Vg的脈波寬度,在神_訊號V撕 個職中^具有—補償週期T1,在此段補償週期丁1時間,功率限制訊號 VSAW的斜衬纽抗單元Rth來進行難,侧來作為電驗應器於高、 低輸電壓下功率的補償。當電源供應器於高輸入電壓下可回授取得斜率 較高的電域測職VS2,於讀人賴下朗授取得斜報低的電流感 測訊號VS1。f源供應n於高輸人電壓下所產生斜報高的電流感測訊號 Vs2會很快頂到功率限制峨V肅而截止驅動訊號VG的輸出,以得到較 小脈波寬度的轉峨vG2。而較低輸人電壓下所產錄雜低的電流感 測訊號vsl會較緩頂到功率限制訊號Vsaw而得到較大脈波寬度的驅動訊號 V〇i 0 實際上,當尚輸入電壓下所產生斜率較高的電流感測訊號或低輸 入電遷下所產生解較⑽電流制減Vsi於補償職T!時高於功率限 制訊號VSAW的瞬間’驅動訊號vG會經過一段傳輸延遲時間td後才會截止。 在該傳輸延遲時間td内,功率開關Q係持續導通,並且將繼續傳遞功率。 同時,在相同的電源供應器中,其傳輸延遲時間td的大小是相同的。 上述說明中,由於斜率較高的電流感測訊號VS2於補償週期Tl時先頂 到功率限制訊號VSAW,且驅動訊號VG2會經過一段傳輸延遲時間td後才备 截止’而斜率較低的電流感測訊號vsi於補償週期T,時較緩頂到功率限制 訊號VSAW,且驅動訊號VG1會相對張大,並經過一段傳輸延遲時間td後才 11 1306325 會截止。 功率限制訊號vSAW於補償週期乃時作為限制電源供應器於高、低輸 • 人電壓下之輸出功率’可以料輪高的電流細峨vS2或斜率較低的 • 電賴測訊號Vsi在實際考慮到傳輸延耕間㈣,具有相同的實際功率 限制點va,如此即可補償電源供應器在高、低輸入電財所造成的輸出功 率差異,讓電源供應器工作於高、低壓不同之輸入電源電壓情況下,可以 得到相同之輪出功率。 - ,综上所述’本發明係使用於電源供應器中,藉由調整-阻抗單元的阻 • 值以决疋内部一功率限制訊號的斜率值,並且週期性的比較運算功率限制 訊號與-驗❹m麟以蚊-鶴峨料财期,作為€源供應器 輸出功率之補償。 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纽類 似變化之實_,請包含於本發明之範射,任健悉制技藝者在本 發明之領_’可«思及之變化或修飾时涵蓋在以下本案之專利範圍。 【圖式簡單說明】 圖式說明: 第一圖為習知的電源供應器電路示意圖; 第二圖為習知PWM控制器内部電路方塊示意圖; 第三圖為習知電源供應器中傳輸延遲時間波形之示音圖. 第四圖為本發明切換式控制裝置使電源供應器之^佳示 第五圖為本發明切換式控制裝置較佳電路方塊示音圖. ” 第六圖為本發明使用之波形產生單元電路方塊示意巴. 12 1306325 第七圖為本發明之波形產生單元電路波形示意圖; 第八圖為功率限制訊號VSAW在不同阻抗單元Rth下之波形示意圖;及 第九圖為本發明於高、低電壓輸入時之波形示意圖。 圖號說明: 習知: I : PWM控制器 II :功率限制比較器 . 12:PWM比較器 | Vlimit · 最大功率限制電壓
Vfb ·回授訊5虎 VG :控制訊號 Q:功率開關 T :變壓器 V〇 :輸出電壓 Rs .檢知電阻 Vs :電流感測訊號 • 本發明: 2:切換式控制裝置 Rth :阻抗單元 Vfb ·電壓回授訊號 VsAW :功率限制訊號 Rs:檢知電阻 Vs:電流感測訊號 VG :驅動訊號 Q :功率開關 13 1306325 τ :變壓器 20 :波形產生單元 202 :斜坡電路 C :電容器 2020 :耦合器 sw :切換開關 Vri :參考電位 2024 :放電電流源 & 204 :轉換電路 ' 2040 :運算放大器 2042 :轉換電晶體 206 :限制電流鏡電路 2060 :第一定電流源 2062 :第二定電流源 Ql、Q2、Q3、Q4 :電晶體 22 :振盪器 _ 24:輸出單元 240 :反閘電路 242 :正反器 244 :及閘電路 26 :比較單元 260 :脈寬調變器 262 :功率比較器 264 :邏輯電路 Rth :阻抗單元 14
Claims (1)
1306325 十、申請專利範圍: 〜出力率補償之切換式控制裝置,使用於-電源供應器中,透過- 功率開_胁—雜元件,餘繼辨開_触磁性元件, 以產生一一次側切換電流,包括有: 一振盘器,係輸出—脈波訊號; 皮开乂產生單元’連接於該振n係接收該脈波訊號,用以輸出一 功率限制訊號; —阻抗單元’連接於職職生單元,㈣蚊該功率關訊號的斜 率值; —比較單元’連接於該電源供魅中之-檢知電阻、-糕回授端與 s皮开/產生單元,係分別接收_電流㈣訊號、—電壓回授訊號與 該功率限制訊號,用以輸出一重置訊號,該電流感測訊號係為該功 —率開,導通時’該一次側切換電流在該檢知電阻上的壓降;及 輸出早7L,連接於該比較單元、該振盥器與該功率開關,係接收該 重置訊號與該脈波訊號,用以輸出一驅動訊號到該功率開關。
2.如申請專利範圍第1 比較單元包括有: 項所述之糾辨補叙树斌控制裝置 其中該 功率比較器,連接於概形產生單元與赌知電阻,係接收該功率 限制訊號與該電流感顺號,用以輸出—過功率訊號; 脈寬调變器,連接於該檢知電阻輿#雷厭+ ⑻興心翻㈣,係接收該電流感 測訊號與該電壓回授訊號,用以輸出一調變訊號;及 邏輯電路,連接觸辨、該脈寬靖n麟輸料元,係 接收該過功率訊·_變訊號’用以輪出該重置訊號到該輸出單 元。 之切換式控制裝置,其中該 3,如申請專利範圍第1項所述之輸出功率補償 15 1306325 輪出單元包括有: ;Hg - 、早7G 反器其—没定端連接於該紐器,一重置端連接於該比較」 —係接收該脈波峨触重置減,肋產生—輸出訊號; -反閘電路’連接於該振|器,係將該脈波 相脈波訊號;及 出反 係接收該 3電路’連接於該反閘電路的輸出與該正反㈣輸出, 反相脈波峨與該輪&城,肋輪iB該驅動訊號。 申月專^範卿1項所述之輸出功率補償之切換式控制裝置,其中該 波形產生單元包括有: 一 δΛ 斜皮電路’連接於該振盈g,係接收該脈波訊號,用以輪出一斜坡 訊號; 一轉換電路’連接於該斜魏路無阻抗單元,触織敏抗單元, 得以改變該斜坡訊賴斜率值,而輸出—第—電流;及 一限制錢鏡電路,連接_轉觀路,顧_第_電流,得以輸 出該功率限制訊號。 5·如申請補範_ 4項所述之輸出功率補償之切換式控繼置,其中該 斜坡電路包括有: 一電容器; -麵合器’透過-切換酬連接於該電容器,係將—參考電_合輸 出;及 一放電電流源,連接於該電容器; 並於該電容器上產生該斜坡訊 其中’該切換開關受控於該脈波訊號, 號。 6·如申請專利綱第4項所述之輸出功率補償之切換式控制裝置,其中該 限制電流鏡電路包括有: ' 16 1306325 一第一電流鏡,連接於該轉換電路與一第一定電流源,係接收該第一 電流,並受限於該第—定電流源,而映射出一第二電流; 一第二電流鏡,連接於該第一電流鏡與一第二定電流源,係將該第二 電流映射出一第三電流·,及 -輸出電阻’連接於該第二電流鏡與該第二定電流源,係根據該第三 電流且夂限於該第二定電流源,得以取得一輸出電流,產生該功率 限制訊號。 7·-種輸出功率補償之切換式控制裝置,使用於—電源供應器中 ,透過一 功率開關搞接於一磁性元件,係控制該功率開關切換該磁性元件, 以產生一一次側切換電流,包括有: —控制單7G,連接於該電源供應器中之一回授端與該功率開關,係透 過該回授端接收一電流感測訊號與一電壓回授訊號,用以輸出一驅 動訊號來控制該功率關與該電源供應器之輸出電S ,該電流感測 訊號係為該功率開關導通時,該一次侧切換電流在一檢知電阻上的 壓降;及 波形產生單元,連接於該控制單元,係傳送一功率限制訊號到該控 制單兀,用以控制該驅動訊號與限制該一次側切換電流。 8. 如申請專利翻S 7項所述之輸出神補償之祕式控織置,進一步 包括-阻鮮7〇連胁紐形產生料,㈣蚊該神關訊號的斜 率值。 9. 如申請專利範圍第7項所述之輸出功率補償之切換式控制裝置,其中該 功率限制訊號與該驅動訊號係為同步。 10‘如申轉利範㈣7項所述之輪丨功率麵之切換式控制裝置,其中該 控制單元包括有: 17 1306325 力率比u ’連胁該波形產生單元與該回授端,係接收該功率限 制訊號與該電流感測訊號,用以輸出一過功率訊號; -脈寬機n ’連接於細授端,係接_電域測峨與該電壓回 授訊號,用以輸出一調變訊號; -邏輯電路,連接_功率比鮮與顧寬調縣,係接收該過功率 訊號與該調變訊號,用以輸出一重置訊號丨及 一正反器,倾n皮罐觸重置峨,㈣輸出娜動訊號;
其中該脈舰號制來導戦驅動碱,該重置域伽來截止該驅 動訊號。 U.如申請專娜圍第7項所述之輸出功率補償之切換式控制裝置,其中該 波形產生單元包括有: -斜坡電路,係接收該脈波訊號,㈣輸出—斜坡峨; -轉換電路,連接於該斜坡電路與雜抗單元,藉由調整雜抗單元, 得以改變該斜坡訊號的斜率值,而輸出—第一電流;及 一限制電流鏡電路,連接於該轉拖雪々 職魏,係根據該第-電流,得以輸 出該功率限制訊號。 12.如申請糊細第U項所述之輸出辨麵之切換式控織置,其中 該斜坡電路包括有: 一電容器; -耗合器,透過-切換開關連接於該電容器,係將—參考電位輛合輸 出;及 一放電電流源,連接於該電容器; ^ 電容紅赴該斜坡訊 之切換式控制裝置,其中 13.如申請專利範圍第η項所述之輸出功率補償 該限制電流鏡電路包括有: 18 1306325 一第一電流鏡,連接於該轉換電路與一第一定電流源,係接收該第一 電流,並受限於該第一定電流源,而映射出一第二電流; 一第二電流鏡,連接於該第一電流鏡與一第二定電流源,係將該第二 電流映射出一第三電流;及 一輸出電阻,連接於該第二電流鏡與該第二定電流源,係根據該第三 電流且受限於該第二定電流源,得以取得一輸出電流,產生該功率 限制訊號。
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2005
- 2005-11-04 TW TW94138688A patent/TWI306325B/zh not_active IP Right Cessation
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