TWI331440B - - Google Patents

Description

1331440 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 • 本發明係有關一種馳返式電壓榦拖哭.. ^ 、电&锝換态，特別是關於一 • 種改善驰返式電壓轉換器輕載效能的裝置及方法。 5 【先前技術】 眾所周知，交流對直流轉換器大部分的時間都處於輕 載或無載情況，例如待機模式或充電器中的電池被移除 • 時，在這樣的情況下，為了限制功率消耗，藍天使(Biue 10 Angle)及能源之星(Energy Star)都訂定了一些規範，因此， 考慮到过些規範’父對直流電源供應器已廣泛地採用省 電模式（Green mode)交流對直流切換式轉換器。 - 圖1係傳統的驰返式交流對直流轉換器1〇〇，其中交 流電壓VAC經EMI濾波器102濾波及橋式整流器1〇4整 15流後產生電壓Vin，控制器108切換開關SW以使變壓器 φ 106將電壓Vin轉換為輸出電壓Vo給負載rl，變壓器1〇6 的輔助線圈Laux提供電流Iaux對電容C2充電產生電源 電壓Vcc至控制器108的接收端VCC，光耦合器112根據 .輸出電壓Vo產生迴授信號FB，誤差放大器11〇根據迴授 2〇信號FB及參考電壓Vref產生誤差信號VEA至控制器108 : 的接收端COMP。在控制器1〇8中，接收端CS感測電阻 : Rs上的電壓Vcs，比較器116根據信號VEA及電壓Vcs 產生比較信號S1，控制邏輯118根據比較信號S1及來自 振盪器114的時脈CLK產生脈寬調變信號PWM切換開關 5 1331440 sw。 當轉換器100的負載變為輕載時，輸出功率大幅降 低，但是功率損失不會跟著降低，因而導致效能降低。在 輕載狀態下，大部分的功率損失來自切換損失（switching -5 i〇ss)，因此提尚效能的關鍵在於減少切換損失。在習知技 術中，當轉換器100進入省電模式後，誤差信號vEA將 在臨界值burst一high及burst_low之間變化，當誤差俨號 VEA低於臨界值burst_low時，切換開關sw使誤差信號 • VEA上升，直至誤差信號VEA大於臨界值burst_high。 10 雖然，省電模式可以減少輕載時的切換損失，但是， 當負載進一步降低或變為無載狀態時，控制器1〇8不再驅 動開關SW，因此輔助線圈Laux也不再供應電流iaux對 電容C2充電’然而，即使沒有切換開關sw的消耗，控 制器108内部仍然有消耗電流使電源電壓vcc下降。由於 15電容C2的時間常數遠小於輸出端Vo上的電容C5，故電 • 源電壓Vcc將降至電壓過低鎖定(UnderVoltage LockOut) 截止臨界值UVLO以使得轉換器100進入打嗝（Hiccup)模 式’但是，在打嗝模式下負載可能突然改變，因此最好避 免進入打嗝模式。 2〇 圖2係用以說明習知避免電源電壓Vcc低於電壓過低 • 鎖定截止臨界值UVLO的方法。在習知的方法中，為了避 ； 免電源電壓Vcc低於電壓過低鎖定截止臨界值UVLO，故 設定一臨界值VCC_L，當電源電壓Vcc低於臨界值VCC_L 時，控制器108將輸出脈寬調變信號PWM強迫切換開關 6 丄331440 SW以使電壓Vcs上升，如圖2的波形200、202、204及 所示，然而，在這樣的情況下，誤差信號VEA近乎為 零’因此限制誤差信號VEA具有一最小值VEA_CLAMP， 如圖2的波形210所示，為了避免在省電模式時出現錯誤 5 的操作，故誤差信號VEA的最小值VEA_CLAMP必需低 於臨界值burst high及burst_low，如圖2的波形206及 2〇8所示，隨著開關SW的切換，電源電壓Vcc最後將維 持在某一個準位，如圖2的波形200所示。然而，由於誤 . 差信號VEA的最小值VEA—CLAMP是定值且必需低於省 10電模式的臨界值burst_low ’因此無法像省電模式般得到足 夠的能量’導致切換的次數增加，使得效能受到限制。 因此’一種改善驰返式電壓轉換器輕載效能的褒置及 方法，乃為所冀。 15 【發明内容】 _ 本發明的目的’在於提出一種改善馳返式電壓轉換器 輕載效能的裴置及方法。 一驰返式電壓轉換器包含一控制器切換一開關以將 一輸入電壓轉換為一輸出電壓給一負載，該控制器具有一 2〇第一接收端連接一電源電壓、一第二接收端連接一隨該輪 : 出電壓變化的第一信號以及一第三接收端連接一與該^ ： 關上電流相關的第二信號’當該第一信號低於該第二作號 時’該控制器關閉(turn Off)該開關。根據本發明，〜種改 善該轉換器輕载效能的該裝置及方法，包括第一債測電路 7 1331440 偵測該負載及一第二偵測電路偵測該電源電壓，在該負載 低於一第一臨界值且該電源電壓低於一第二臨界值時，連 接偏移電麼至s亥第一接收端以提向該第一信號的準位。 • 5【實施方式】 圖3係本發明的實施例，在馳返式交流對直流轉換器 300中，交流電壓VAC經EMI濾波器302濾波及橋式整 流器304整流後產生電壓vin，控制器308切換開關SW ❿以使變壓器將電壓Vin轉換為輸出電壓v〇給負載 ίο RL，’憂壓器306的輔助線圈Laux提供電流iaux對電容 C2充電產生電源電壓Vcc至控制器308的接收端VCC， 光輕合器312根據輸出電壓v〇產生迴授信號FB，誤差放 - 大器310根據迴授信號FB及參考電壓Vref產生誤差信號 VEA至控制器308的接收端COMP’開關326連接在誤差 15放大裔310的輸出及電磨源3 2 8之間’電源電壓偵測電路 φ 320偵測電源電壓Vcc產生偵測信號Sdl，負載偵測電路 322偵測負載RL產生偵測信號Sd2，及閘324根據信號 Sdl及Sd2輸出信號SL切換開關326。在控制器308中， 接收端CS感測電阻Rs上的電壓Vcs，比較器316根據接 2〇收端COMP及CS上的信號產生比較信號S1，控制邏輯 - 318根據比較信號S1及來自振盪器314的時脈CLK產生 : 脈寬調變信號PWM切換開關SW。 圖4係圖3馳返式交流對直流轉換器300在輕載狀離、 下信號的波形圖，其中波形400為磁滯臨界值vcc Ή， 1331440 波形402為電源電壓Vcc，波形404為磁滯臨界值 VCC_L，波形406為電壓過低鎖定截止臨界值UVLO，波 形408為脈寬調變信號PWM，波形410為接收端COMP 上的信號，波形412為臨界值burst_high，波形414為臨 5 界值burst—low，波形416為電壓Vcs。在負載RL未低於 一預設值時，負載偵測電路322輸出低準位的信號Sd2， 因此開關326關閉，故信號VEA由迴授信號FB及參考電 壓Vref的差值決定，當轉換器300進入無载狀態使得電源 ® 電壓Vcc持續下降時，為了讓電源電壓Vcc不低於電壓過 10低鎖定截止臨界值UVLO，本實施例設定兩個大於電壓過 低鎖定截止臨界值UVLO的磁滯臨界值VCC_H及 VCC—L，如圖4的波形400、404及406所示，在負載RL 變為輕載且低於一臨界值時，負載偵測電路322產生高準 位的信號Sd2 ’當負載RL變為輕載時，轉換器進入省電 15模式’此時’誤差信號VEA將在臨界值burst high及 φ burst_low之間變化。當負載RL進一步下降導致開關sw 停止切換時，電源電壓Vcc將下降且誤差信號VEA也將 下降至接近零的準位，在電源電壓Vcc低於磁滞臨界值 VCC—L時，如時間tl，電源電壓偵測電路320將產生高 2〇 準位的信號Sdl，並強迫開關SW切換，此時，由於信號 Sdl及Sd2均為高準位，因此及閘324輸出高準位的信號 SL打開（turn on)開關326，此時電壓源328提供偏移電壓 Vclamp疊加至誤差信號VEA，使得誤差信號VEA將被拉 高至Vclamp的準位，如圖4的波形410所示，由於誤差 9 1331440 信號VEA在一較高的準位，因此當開關sw切換時能獲 得較高的能量使電源電壓Vcc上升，在電源電壓Vcc高於 磁滯臨界值VCC—H時，如時心2所示，電源電㈣測電 路320輸出的信號Sdl轉為低準位，故及閘324輸出的信 5號SL也轉為低準位使開關326關閉，誤差信號VEA也因 此降至零使得開關sw停止切換，直至電源電壓Vcc再低 於磁滯臨界值VCC_L。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為 闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的 10形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而 作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的 原理以及讓热習該項技術者以各種實施例利用本發 明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想 企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。 15 丨 【圖式簡單說明】 圖1係傳統的馳返式交流對直流轉換器； 圖2係用以說明習知避免電源電壓Vcc低於電壓過低 鎖定截止臨界值UVLO的方法； 20 圖3係本發明的實施例；以及 圖4係圖3馳返式交流對直流轉換器300在輕載狀態 下信號的波形圖。 【主要元件符號說明】 1331440 100 馳返式交流對直流轉換器 102 EMI濾波器 - 104 橋式整流器 - 106 變壓器 _ 5 108 控制器 110 誤差放大器 112 光稱合器 114 振盪器 • 116 比較器 10 118 控制邏輯 200 電源電壓Vcc的波形 202 '電壓過低鎖定截止臨界值UVLO的波形 - 204 脈寬調變信號PWM的波形 206 臨界值burst_high的波形 15 208 臨界值burst_low的波形 • 210 誤差信號VEA的波形 212 電壓Vcs的波形 300 驰返式交流對直流轉換器 302 EMI濾、波器 20 304 橋式整流器 - 306 變壓器 308 控制器 310 誤差放大器 312 光耦合器 11 1331440 314 振盪器 316 比較器 - 318 控制邏輯 320 電源電壓偵測電路 5 322 負載偵測電路 - 324 及閘 326 開關 328 電壓源 • 400 磁滯臨界值VCC_H的波形 10 402 電源電壓Vcc的波形 404 磁滯臨界值VCC_L的波形 里 406 電壓過低鎖定截止臨界值UVLO的波形 - 408 脈寬調變信號PWM的波形 410 誤差信號VEA的波形 15 412 臨界值burst_high的波形 • 414 臨界值burst_low的波形 416 電壓Vcs的波形 12

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： .種改善馳返式電壓轉換器輕載效能的裝置，該轉換器 包合一控制器切換一開關以將一輸入電壓轉換為一輸 5 ^ ^'α負載，該控制器具有一第一接收端連接一電 =電壓、一第二接收端連接一隨該輸出電壓變化的第一 乜號以及一第三接收端連接一與該開關上電流相關的 第一k號，在該第一信號低於該第二信號時，該控制器 > 關閉該開關，該裝置包括： 10 —第—偵測電路，用以偵測該負載； —第二偵測電路，用以偵測該電源電壓；以及 根據該第一及第二偵測電路的輸出，選擇性地提高該 第—信號準位的電路。 月求項1之裴置，其中該選擇性地提高該第一信號準 位的電路包括： 15 —電壓源；以及 第，開關’連接在該電壓源及第二接收端之間，在 忒負載低於一第一臨界值且該電源電壓低於一第 3 一臨界值時’該第二開關打開。 20 . 驰返式電壓轉換器輕載效能的方法，該轉換器 出:'制器切換—開關以將—輸人電壓轉換為-輸 源電：給；負载，該控制器具有一第—接收端連接-電 1 、一第二接收端連接—隨該輸出電壓變化的第- 二 :―第三接收端連接一與該開關上電流相關的 在該第—信號低於該第二信號時，該控制器 13 1331440 關閉該開關’該方法包括下列步驟： 偵測該負載及電源電壓；以及 在該負載低於一第一臨界值且該電源電壓低於一第二 臨界值時，提尚該第一信號的準位直至該電源電 壓高於一第三臨界值。 4.如請求項3之方法，其中提高該第—信號的準位的步驟 包括連接一預設的電壓至該第一信號。 5· —種馳返式電壓轉換器，包括： 一開關； ίο 15 20 一控制器，用以切換該開關以將一輸入電壓轉換為一 輸出電壓給一負載，該控制器具有一第一接收端 連接-電源電壓、-第二接收端連接一隨該輸出 電壓變化的第一信號以及一第三接收端連接一與 該開關上電流相關的第二信號；以及 用以改輕載效能的裝置，根據該負载及電源電壓，選 擇性地提高該第一信號的準位。 6. 如請求項5之馳返式電壓轉換器，其中該用以改輕載效 能的裝置包括： 一第一偵測電路，用以偵測該負載； 一第二偵測電路，用以偵測該電源電壓；以及 根據該第-及第二债測電路的輸出，提供一偏移電塵 至該第二接收端的電路。 7. 如請求項6之馳返式電壓轉換器，其中該提供一 壓至該第二接收端的電路包括： 14 1331440

   一電壓源，提供該偏移電壓；以及 一第二開關，連接在該電壓源及第二接收端之間，在 該負載低於一第一臨界值且該電源電壓低於一第 二臨界值時，該第二開關打開。 15