1356568 [0001] [0002] [0003] [0004] [0005] 096143444
100年10月07日修正替換頁I 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種直流脈寬調變電源電路及其控制方法 0 【先前技術】 凊參閱圖1 ’其係一種先前技術電源電路之電路結構示音 圖。該電源電路1包括一輸入端101、一整流電路u、一 第一濾波電容（未標示）、一變壓器12、一整流二極體13 、一第二濾波電容14、一負載15、一脈寬調變電路 (Switch IC)16、一電晶體17、一反饋電路18及一輸出 端 102。 s玄變壓器12包括一初級線圈121及一次級線圈122。該輸 入端101藉由該整流電路11及該第一濾波電容接地。該初 級線圈121 —端藉由該第一濾波電容接地，該初級線圈 121另一端電連接該電晶體17之沒極。該次級線圈122— 端藉由該整流二極體13電連接該輸出端1〇2，該次級線圈 122另一端接地。該第二濾波電容14及該負載15分別電連 接於該輸出端102與地之間。 該電晶體17之源極藉由一電阻（未標示）接地，其閘極電 連接該脈寬調變電路16 ^該反饋電路18電連接於該脈寬 調變電路16及該輸出端1〇2之間。該反饋電路18根據該輸 出端102輸出之電壓提供一反饋電壓至該脈寬調變電路16 請一併參閱圖2 ’係圖1所示電源電路1〇之電壓電流波形 不意圖。其中，VI表示該脈寬調變電路16加載於該電晶 表單編號A0101 第4頁/共21頁 1003371691-0 135,6568 100年.10月07日按正替g頁 體17閘極之電壓波形圖，V2表示該整流二極體13輸出之 電壓波形圖，II表示該濾波電容14向該負載15提供之電 流波形圖。外界交流電壓藉由該輸入端101輸入該整流電 路11，經該整流電路11整流後提供一直流電壓於該變壓 器12之初級線圈121。 [0006] 該脈寬調變電路16加載脈衝電壓VI於該電晶體17之閘極 。在該脈衝電壓VI控制下，該電晶體17交替導通與截止 ，該變壓器12之初級線圈121產生變化之電流，該變壓器 12之次級線圈122產生一感應電壓，該感應電壓經該整流 二極體13整流後輸出如V2所示之電壓。當該二極體13輸 出高電平時，該電壓V2向該第二濾波電容14充電，該電 壓V2同時向該負載15供電。當該二極體13輸出低電平時 ，該第二濾波電容14放電，該第二濾波電容14之放電電 流向該負載15供電。 [0007] 然，當該二極體13輸出低電平之時間tl較長時，該第二 濾波電容14放電時間較長，該第二濾波電容14需要不斷 / 的充、放電以向該負載1 5供電。因此，該電源電路10之 輸出端102輸出電流II之波動範圍較大。 【發明内容】 [0008] 有鑑於此，提供一種減小輸出電流波動範圍之電源電路 實為必要。 - [0009] 有鑑於此，提供一種減小輸出電流波動範圍之電源電路 控制方法實為必要。 [0010] 一種直流脈寬調變電源電路，其向負載供電，包括一輸 096143444 表單編號A0101 第5頁/共21頁 1003371691-0 1356568 _:__ 100年10月07日核正替換百 入端、一輸出端、N個變壓單元及一脈寬調變電路，N為 大於1的自然數。該輸入端用於接收外部電路輸入之電壓 。該N個變壓單元均為直流電壓轉換器。該N個變壓單元 分別電連接於該輸入端與該輸出端之間。該脈寬調變電 路分別電連接該N個變壓單元。該脈寬調變電路分別提供 N個不同相位之控制訊號於該N個變壓單元，每二控制訊 號之相位差為360/(Ν + 1)度，該N個變壓單元分別接收該 脈寬調變電路提供之N個控制訊號，並分別輸出N個不同 相位之電壓於該輸出端。 [0011] 一種直流脈寬調變電源電路之控制方法，其包括如下步 驟：產生N個不同相位之PWM控制訊號，N為大於1的自然 數，每二控制訊號之相位差為360/(Ν + 1)度；分別發送 該N個相位差為360/(Ν + 1)度之PWM控制訊號於N個變壓單 元，使該N個變壓單元分別輸出不同相位之N個電壓於一 負載。 [0012] 與先前技術相比，本發明之電源電路包括N個變壓單元， 該N個變壓單元分別向負載供電。由於分別發送N個不同 相位之控制訊號於該N個變壓單元，每二控制訊號之相位 差為36 0/(Ν+1)度。因此，該分別加載N個不同相位之電 壓於該負載。由於加載於該負載之N個電壓相位不同，該 N個電壓對應之低電平時間互相補充，從而減小實際加載 於該負載之電壓之低電平時間，進而減小該電源電路輸 出電流之波動範圍。 【實施方式】 [0013] 請參閱圖3，係本發明電源電路之第一實施方式冬電路結 096143444 表單编號A0101 第6頁/共21頁 1003371691-0 135.6568 100年10月07日按正替換頁 構示意圖。該電源電路包括一輸入端201、一整流電路21 、一脈寬調變電路22、一第一變壓單元23、一第二變壓 單元24、一濾波電容25、一負載26、一反饋電路27及一 輸出端202。 [0014] 該整流電路21為一全橋式整流電路或一半橋式整流電路 。該脈寬調變電路22分別提供不同相位之控制訊號於該 第一、第二變壓單元23、24。該第一、第二變壓單元23 、24分別接收該脈寬調變電路22之控制訊號，並根據該 控制訊號輸出不同相位之輸出電壓。該反饋電路27根據 該輸出端202輸出之電壓提供一反饋電壓於該脈寬調變電 路22。該第一、第二變壓單元23、24均為直流電壓轉換 器。 [0015] 該第一變壓單元23包括一第一變壓器230、一第一電晶體 231、一第一整流二極體232。該第一變壓器230包括一 第一初級線圈233及一第一次級線圈234。該第一電晶體 231係一N型通道增強型金屬氧化物半導體場效電晶體。 [0016] 該第二變壓單元24包括一第二變壓器240、一第二電晶體 241、一第二整流二極體242。該第二變壓器240包括一 第二初級線圈243及一第二次級線圈244。該第二電晶體 241係一N型通道增強型金屬氧化物半導體場效電晶體。 [0017] 該輸入端201藉由該整流電路21分別電連接該第一、第二 初級線圈233、243之一端。該第一初級線圈233另一端 電連接該第一電晶體231之汲極。該第一電晶體231之源 極藉由一電阻（未標示）接地，其閘極電連接該脈寬調變 096143444 表單編號A0101 第7頁/共21頁 1003371691-0 1356568 100年.10月07日梭正替¥頁 電路22。該第一次級線圈234 —端接地，另一端經由該第 一整流二極體232之正、負極電連接該輸出端202。該濾 波電容25及該負載2 6分別電連接於該輸出端202與地之間 〇 [0018] 該第二初級線圈243另一端電連接該第二電晶體241之汲 極。該第二電晶體241之源極藉由一電阻（未標示）接地， 其閘極電連接該脈寬調變電路22。該第二次級線圈244 — 端接地，另一端經由該第二整流二極體242之正、負極電 連接該輸出端202。該反饋電路27電連接於該脈寬調變電 路22與該輸出端202之間。 [0019] 請一併參閱圖4，係圖3所示電源電路20之電壓電流波形 圖。其中，VI 、V2分別表示該脈寬調變電路22加載於該 第一、第二電晶體231、241閘極之電壓波形圖。V3 、 V4分別表示該第一、第二整流二極體232、242輸出之電 壓波形圖。V5表示該濾波電容25兩端之電壓波形圖。12 表示該濾波電容25向該負載26提供之電流波形圖。外界 交流電壓藉由該輸入端201輸入該整流電路21，經該整流 電路21整流後分別提供一直流電壓於第一、第二初級線 圈233 、 243 。 [0020] 該脈寬調變電路22分別加載脈衝電壓VI、V2於該第一、 第二電晶體231、241之閘極，其中，V2較V 1有一 120度 之相位延遲。在該脈衝電壓VI控制下，該第一電晶體231 交替導通與裁止，該第一初級線圈233產生變化之電流， 該第一次級線圈234產生一感應電壓，該感應電壓經該第 一整流二極體232整流後輸出如V3所示之電壓，設電壓V3 096143444 表單編號A0101 第8頁/共21頁 1003371691-0 135.6568 100年10月0>日按正替換頁 的低電平時間為t2。在該脈衝電壓V2控制下，該第二電 晶體241交替導通與截止，該第二初級線圈243產生變化 之電流，該第二次級線圈244產生一感應電壓，該感應電 壓經該第二整流二極體242整流後輸出如V4所示之電壓。 其中，V4較V3有一 120度相位延遲。 [0021] 該第一整流二極體232加載電壓V3至該濾波電容25，在該 電壓V3之低電平時間t2内，該第二整流二極體242加載電 壓V4至該濾波電容25，因此，實際加載於該濾波電容25 之電壓係V5，則加載於該濾波電容25之實際電壓V5之低 電平時間為t3，t3<t2。該濾波電容25在該電壓丫5作用 下不斷充、放電，從而向該負載26提供如12所示電流。 [0022] 與先前技術相比，本發明之電源電路20包括第一、第二 變壓單元23、24，該脈寬調變電路22分別提供具有120 度相位差之脈衝電壓於該第一、第二變壓單元23、24， 該第一、第二變壓單元23、24分別加載具有120度相位差 之電壓於該濾波電容25。由於在該第一變壓單元23輸出 電壓V3之低電平時間t2内，該第二變壓單元24加載電壓 V4於該濾波電容25，因此，實際加載於該濾波電容25之 電壓V5之低電平時間減小為1:3，從而減小了該濾波電容 25之放電時間，進而減小了該電源電路20輸出電流之變 化範圍。 [0023] 由於該濾波電容25僅在時間t3内向該負載26供電，該濾 波電容25之供電時間縮短，從而降低了該濾波電容25之 工作溫度，進而延長了該濾波電容25之壽命。本發明之 電源電路20之第一、第二變壓器230、240採用單向推動 096143444 表單編號A0101 第9頁/共21頁 1003371691-0 1356568 _ loo年ίο月〇7日按正替換π ，該脈寬調變電路22輸出電壓之佔空比可達到50%以上 而不會損壞該第一、第二變壓器230、240。同時，較採 用雙向推動變壓器（如全波推挽式變壓器）之電源電路， 該電源電路20之第一、第二變壓器230、240之工作頻率 降低，從而降低該電源電路20之磁損耗。 [0024] 請參閱圖5，係本發明電源電路之第二實施方式之電路結 構示意圖。該電源電路30與第一實施方式之電源電路20 之區別在於：該電源電路30包括Ν個變壓單元（未標示）， 其中，Ν為大於2之自然數。 [0025] 一脈寬調變電路32分別提供Ν個不同相位之控制訊號於該 Ν個變壓單元，該Ν個控制訊號中，每二控制訊號之相位 差為36 0/(Ν + 1)度。該Ν個變壓單元在該控制訊號控制下 分別提供Ν個電壓於一濾波電容35，設該Ν個電壓分別為 Vl~Vn，如圖6所示。該Ν個電壓Vl~Vn互相低電平時間， 因此，加.載於該遽波電容35之實際電壓如V0所示。該渡 波電容35在該電壓V0作用下充、放電，從而向負載36提 供如13所示電流。 [0026] 與先前技術相比，本發明之電源電路30包括N個變壓單元 ，該脈寬調變電路32分別提供N個不同相位之控制訊號於 該N個變壓單元，該N個變壓單元在該控制訊號控制下分 別提供N個不同相位之電壓V卜Vn於該濾波電容35，其中 ，二相鄰電壓之相位差為360/CN + 1)度。該N個電壓 V卜Vn互相補充低電平時間，當N足夠大時，實際加載於 該濾波電容35之電壓之低電平時間近似為0。因此，該脈 寬調變電路32輸出電壓之佔空比可在1%〜99%範圍内變 096143444 表單编號A0101 第10頁/共21頁 1003371691-0 1356568 [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] 096143444 100年10月0>日梭正替換頁 化，而實際加載於該濾波電容35之電壓之低電平時間近 似為0。該電源電路30不需該濾波電容35即可實現直流輸 出，且輸出電流13變化範圍進一步減小。 當實際加載於該濾波電容35之電壓之低電平時間近似為0 時，僅由該變壓單元向該負載供電，該濾波電容35僅提 供輕載濾波之功能，該濾波電容35工作溫度降低。該濾 波電容3 5亦可採用低容量之電容。同時，由於由N個變壓 單元向該負載36供電，該電源電路30可實現大電流供電 ，從而提高輸出功率。 惟，本發明之特徵不僅可應用於上述之實施方式，更可 依需求而作適當應用上的變更。例如，該電源電路可包 括N個反饋電路，每一反饋電路反饋一變壓單元輸出之電 壓於該脈寬調變電路，並不限於上述實施方式所述。 綜上所述，本發明確已符合發明之要件，爰依法提出專 利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施方式，本 發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技 藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆 應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係一種先前技術電源電路之電路結構示意圖。 圖2係圖1所示電源電路之電壓電流波形示意圖。 圖3係本發明電源電路之第一實施方式之電路結構示意圖 〇 圖4係圖3所示電源電路之電壓電流波形圖。 表單編號A0101 第11頁/共21頁 1003371691-0 1356568 100年.10月07日核正替換頁 [0034] 圖5係本發明電源電路之第二實施方式之電路結構示意圖 [0035] 圖6係圖5所示電源電路之電壓電流波形圖。 【主要元件符號說明】 [0036] 電源電路 20 ' 30 [0037] 輸入端 201 [0038] 整流電路 21 [0039] 脈寬調變電路 22 ' 32 [0040] 第一變壓單元 23 [0041] 第一變壓器 230 [0042] 第一電晶體 231 [0043] 第一整流二極體 232 [0044] 第一初級線圈 233 [0045] 第一次級線圈 234 [0046] 第二變壓單元 24 [0047] 第二變壓器 240 [0048] 第二電晶體 241 [0049J 第二整流二極體 242 [0050] 第二初級線圈 243 [0051] 第二次級線圈 244 表單編號A0101 第12頁/共21頁 096143444 1003371691-0 1356568 100年.10月07日梭正替換頁 [0052] 濾波電容 25 ' 35 [0053] 負載 26 ' 36 [0054] 反饋電路 27 [0055] 輸出端 202 1003371691-0 096143444 表單編號A0101 第13頁/共21頁