TWI312227B - - Google Patents

Description

1312227 * 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種具省電模式之返馳式脈寬調變裝 . 置，尤指一種利用雙極性電晶體結構的積體電路製程完 成，使用於電源供應器中，用來控制功率開關切換之脈寬 調變裝置。 【先前技銜】 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（PWM)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 置之電路不意圖，變壓斋T1係將電路區分成為一次側之前 級電路101與二次侧之後級電路102，該一次侧101與該 二次侧102間係以一光電晶體111及一光二極體112分離 該一次侧101與該二次側102之電信號，但卻可利用光信 號回授二次側10 2之電壓或電流輸出變化信號至一次侧 101，以同步調整該一次側101及二次侧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，其中於一次侧101輸入一交流電壓 VAC，交流電壓VAC係經過一 EM I丨慮波器1010、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 開關Q1之導通週期，進而傳送到該變壓器T1之一次侧繞 組。同時，變壓器T1之二次侧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。 1312227 I年月 La马 4 直流電壑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U1。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U1，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p龍到功率電晶體開關 Q1 ’用來穩定輸出直流電壓V〇ut。 同％基於環保意識的逐漸抬頭，具有省電模式（Green

Mode)設計的電源供應器已經越來越普遍化，各個脈波寬 度調整控制ϋ⑽IG)設計廠商無不競相推出具有省電 設計的新一代脈波寬度調整控制器⑽ 〇，代售有產品。具有省電模式（―⑸m 結構的IC製崎體麵) 構的IC有其耐壓較差的缺點^ 0S)結 测試時容易出現不良情形。市面二及 Mode)設計的新—代脈波寬度 ^式⑹咖 路複雜且使用不少的元件，而無法^ (::M IC)其線 bipolar結構的積體電路IC製程 又極性電晶體 BIPOLAR結構的積體電路IC製程，曰2為雙極性電晶體 電。並且，價格比—般的脈:體面積大且較為耗 價格更為昂貴。 度调整控制器（PWM 1C) 【發明内容】 有鑑於此，本發明—鍤呈 種^電料W式脈寬調變 1312227 Ϊ;周敕批Γ於習知具有省電模式（Green M°de)的脈波寬 二ir(PWM IG)技術所使用互補金氧半導體（㈣） ㈣行改’有其耐壓較差的問題以及產品價格高的缺 用雔曰ΐ具令電模式之返馬也式脈寬調變裳置，係採 哭中電路製程完成’其使用於電源 之ϋ。=制功率開關進行省電模式（Gr_) ;號。該週期性脈波訊號透=大波 二=:=，導通該功率開關二: :電概器的回授端，係根據該上:產=率開關 率開關。再者，電源供應：：卜“而之電位以截止該功 】，高，將使糊電:持;該回授訊號之 〜電楔式（G_M〇de^ = 辰盧器電路輪出，以達 了蜂、^概述與接下來的詳細說明皆為> 他目的：：明本發明的申請專利範圍。：；:Ϊ:質，是為 【C，將在後續的說明與圖示加=發明的其 鐵式4 4考第—圖’為本發明雷饮-立 發電^=，調變裝置係採用發明具省電 切率開二 且使用於―電源供應4曰曰體結構的積 切換。本發明裝置之電路構用來控制- 匕括有：—振 1312227 盈'電ί1。、-問鎖電路12及一放大電路16。 一輔二Γ圖所示，振盡器電路1G連接於電源供應器中之 m ^ ^ ^L〇c[C, 11 ^ f ^ t Μ ^ ώ - ϋ ^ fl 16傳送到該功率開二2 =波訊號aGCK透過放大電路 該功率開關Q2，該放大電略用:週期性的導通 極蠕連接於該振，電 $ 晶體Q1，其基 VC，射1Q，集極端連接於輔助電源端 柄器。同時，開關之控制端，為一射極隨 大電路16、該功率_，接於該振盡器電路10、該玫 係根據該回授端^^ ^該電雜應料回授端柯， 本發明俜Ϊ以^而之電位以截止該功率開ilQ2。所以， 及提供負载所需的電力。、應②知出的電力得以穩定 號VFB之電位供應器於輕載狀態下，該回授訊 該振盡器電路將使該_:t路12持續停止 復該振蓋器電路1〇1^；回授訊號㈣電位下降時才回 電路St輔以置進-步包括有-短路保護 係取得該電流偵^ 與—電綱電剛， 债測電流訊號VCS大於短2^：—_電流訊號，當 時，則短路保護電路u 了又包路14设定之保護臨界值 法提供足夠電壓供該振助電源之電壓，使之無 供應器負載端短路時之保^ A 1Q正吊讀，以達到電源 1312227 设芩考第二圖，配合第三 常負載下電路各點的波形=之本發明於電源供應器正 體Q3、Q4...等構件連接振盟器電路1〇係由電晶 生說明如下··振盪器電路1〇’中、週脈波訊號CL0CK產 連接到電源供應器中之— 之电谷C6係透過電阻R5 電壓，並進行充電動作。當電心電源端％以接收辅助電源 到電阻R6上，使得電阻卵⑶上建立的電壓經分壓 -射極（B-E)接面的電壓時，+電曰壓大於電晶體Q3之基極 繼導通，此時，於二極=’ t晶體Q3與電晶體Q4會相 CLOCK。接者，f容器C6 =出端會產生-脈波訊號 後，再次如上述說明進行^放電路徑進行放電，然 利用電容器C6反覆的充帝乍。如此，振盪器電路 訊號CLOCK。 电動作，以輪出週期性脈波 復蒼考第二圖，該問鎖電〜 Q6，其集極端連接到該 12已括有：一弟—電晶邀 到一參考端犧，射極端料 -第1曰亥電源供應器的回授端FB 弟一包日日肢Q5，其集極端連接 兩曰雕 極端，射極端連接到該功:玄 屯日日版Q6之基 =二電晶體⑽之集極端。一遽波電容器。8工 二1=共應器的回授端FB，另一端則連接到該參 盘:如並接於該第二電晶體Q5之基極端 。Ί而、、中該電晶體Q6與該第二電晶體奶等效 (Silicon ControlledRectifier ; SCR)， 具有矽控整流器SCR之各種特性。 士配δ第一圖，復苓考第三圖，當電源供應器正常工竹 日令’振盟器電路10輸出週期性的脈波訊號α〇α透過放力 ^ 1312227

二路16到功率開關Q2控制其導通，同時電流偵測電阻R13 曰接收流過功率開關Q2的電流而產生一偵測電流訊號 閂鎖電路12同時接收該偵測電流訊號vcs與電源供 應，之回授訊號VFB，當兩訊號的總和值大於閂鎖電路12 内邰第一電晶體Q6之基極-射極（B—E)接面的電壓時，第 “电晶體Q6與第二電晶體Q5會相繼導通，而拉下功率開 關Q2控制端之電位以截止該功率開關收。如此，本發明 ，用振盪器電路1 〇輸出週期性的脈波訊號a〇CK配合閂鎖 包路12即可以輪出一週期性的pwM控制訊號到功率開關 =之閘極端，控制功率開關Q2的切換，以讓電源供應器 輸出的電力得以穩定及提供負載所需的電力。 配合第二圖，參考第四圖為本發明於電源供應器低負 士下電路各點的波形示意圖。當電源供應器於低負載工作 ^包源供應斋之回授訊號會拉高，而回授訊號 與偵，電流訊號vcs的總和值會报快的到達閂鎖電路12 内邛第一電晶體Q6之基極-射極（B_E)接面的電壓，讓第 电日日肢Q6與第一電晶體Q5相繼導通，而拉下功率開關 f控制端之電位以截止該功率開關Q2。如此，在電源供應 斋低負載下，本發明輸出的週期性PWM «(Duty CKle) 供應器輸出的電力得以穩定及提供負载所需的電力。 如上述說明中，由於電源供應器於低負載下，本發明 所使狀關電路12會於電源供絲之回授端叩取得一 持續高電位的回授訊號VFB，該持續高電值的回授訊號綱 將使該閃鎖電路12持續停止該振i器電路iq工作，待該 回授訊號VFB電位下降時才回復該振盪器電路職出，以 10 1312227 \成=電松式（Green M〇de)的功能。 綜上所述，本發明具省電模 ’採用雙極性電晶體結構 H也式脈寬 於電源供應器中，用來 广电略製程完戍，:貪巢 M〇de)之切* ㈤功率開關進行省^其便用 如a e〕之切換。本發明使用丁名田。模式， =中之-輔助電源端接收輔助電訌透過電J % ，關之-控制端，用以週期性的大電路傳4:链 ，’ 一閃鎖電路連接到該振盪二^功率開I ^率 ，關及該電源供應器的回授放大c 哉止該功率開關。 力卞開關控制端之電生的 再者，電源供應器於輕载肤能 變高，將使該閃鎖電路持續停止：^二回授訊號之電位 2訊號電位下降時相復該振盪器心路工作’待該 笔模式（Green Mode) 的二振盈器電路輪出，以達成； 綜上所述，本發明完全符 專利法提出申請，請詳查並請早日=要件，故麦依 以保障發明者之權益，若^ 利，實感德便， 疑，請不吝來函指示。 。之貝香查委員有任何的稽 惟，以上所述，僅為本發 詳細說明與圖式，惟本發明=之—的具體實施例之 以限制本發明，本發明之：=亚不舰於此’並非用 圍為準，凡合於本發明申應以下述之申請專利範 ，實施例，皆應包含於本發明之:!f $叙神與其類似變化 蟄者在本發明之領域内， 7 任何热悉该項技 了^易思及之變化或修飾皆可涵 1312227 * » 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； 第二圖為本發明電路示意圖； ' 第三圖為本發明於電源供應器正常負載下電路各點的波 形示意圖；及 第四圖為本發明於電源供應器低負載下電路各點的波形 示意圖。 •【主要元件符號說明】 習知： τι變壓器 101 —次侧電路 1010 EMI濾波器 102二次侧電路 VAC交流電壓 11光耦合器 • 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 本發明： Q2功率開關 12 1312227 * » ίο振盪器電路 12閂鎖電路 14短路保護電路 - 16放大電路 VFB回授訊號 VC輔助電源端 R13電流偵測電阻 VCS偵測電流訊號 # CLOCK週期性脈波訊號 Q6第一電晶體 Q5第二電晶體 C8濾波電容器 ' R9偏壓電阻

Claims (1)

1312227 瞀 » 十、申請專利範圍： 1. 一種具省電模式之返驰式脈寬調變裝置，其採用雙極性 電晶體結構的積體電路製程完成，係使用於一電源供應 .. 器中，用來控制一功率開關之切換，包括有： 一振盪器電路，連接於電源供應器中之一輔助電源端 ' 以接收一輔助電源電壓，且輸出一週期性脈波訊 號，該週期性脈波訊號透過一放大電路傳送到該功 率開關之一控制端，用以週期性的導通該功率開 • 關，及 一閂鎖電路，連接到該振盪器電路、該放大電路、該 功率開關及該電源供應器的回授端，係根據該回授 端產生的一回授訊號，週期性的拉下該功率開關控 制端之電位，以截止該功率開關，同時，電源供應 器於輕載狀態下，該回授訊號之電位變高，將使該 閂鎖電路持續停止該振盡器電路工作，待該回授訊 號電位下降時才回復該振盪器電路輸出。 2. 如申請專利範圍第1項所述之具省電模式之返驰式脈寬 ® 調變裝置，進一步包括有一短路保護電路，連接於該輔 助電源端與一電流偵測電阻，以取得該電流偵測電阻上 之一偵測電流訊號，當偵測電流訊號大於内部設定之一 保護臨界彳直時，係用以拉低該輔助電源之電壓，使之無 法提供足夠電壓供該振盪器電路正常動作。 3. 如申請專利範圍第1項所述之具省電模式之返馳式脈寬 調變裝置，其中該閂鎖電路包括有： 一第一電晶體，其集極端連接到該振盪器電路，射極 14 1312227 端連接到一參考端，基極端連接到該電源供應器 的回授端； 一第二電晶體，其集極端連接到該第一電晶體之基極 端，射極端連接到該功率開關之控制端，基極端則 連接到該第一電晶體之集極端； 一濾波電容器，其一端連接於該電源供應器的回授 端，另一端則連接到該參考端；及 一偏壓電阻，並接於該第二電晶體之基極端與射極端。 4. 如申請專利範圍第1項所述之具省電模式之返馳式脈寬 調變裝置，其中該放大電路為一射極隨耦器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之具省電模式之返馳式脈寬 調變裝置，其中該放大電路為一第二電晶體，其基極端 連接於該振盪器電路，集極端連接於該輔助電源端，射 極端則連接於該功率開關之控制端。