TWI382636B - And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply - Google Patents

And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply Download PDF

Info

Publication number
TWI382636B
TWI382636B TW097121158A TW97121158A TWI382636B TW I382636 B TWI382636 B TW I382636B TW 097121158 A TW097121158 A TW 097121158A TW 97121158 A TW97121158 A TW 97121158A TW I382636 B TWI382636 B TW I382636B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
current
limit value
current limit
power supply
power
Prior art date
Application number
TW097121158A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200952312A (en
Inventor
Pei Lun Huang
Kuang Ming Chang
Original Assignee
Richtek Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richtek Technology Corp filed Critical Richtek Technology Corp
Priority to TW097121158A priority Critical patent/TWI382636B/zh
Priority to US12/457,129 priority patent/US8193791B2/en
Publication of TW200952312A publication Critical patent/TW200952312A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI382636B publication Critical patent/TWI382636B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/908—Inrush current limiters

Description

電源供應器之最大輸出功率的控制方法及裝置
本發明係有關一種電源供應器，特別是關於一種電源供應器的控制方法及裝置。
返馳(flyback)電源供應器是一種利用二線圈電感(two-winding inductor)提供電氣隔離及非反相輸出的升/降壓(buck/boost)轉換器，其能量的儲存及轉換係透過對該二線圈電感的充電及放電。對一個通用輸入(universal input)返馳轉換器而言，通常在低輸入電壓(low line)時操作於連續導通模式(continuous conduction mode; CCM)，而在高輸入電壓(high line)時操作於不連續導通模式(discontinuous conduction mode; DCM)，以獲得較佳效率。然而，返馳電源供應器的傳播延遲(propagation delay)造成電源供應器的最大輸出功率隨輸入電壓(line voltage)的大小變化。傳播延遲係從限流比較器到脈寬調變(PWM)邏輯，再到閘極驅動器，最終到功率MOSFET關閉，所累積下來的結果。圖1繪示在一個切換週期T中，高輸入電壓及低輸入電壓的返馳電感電流的波形10及12。由於傳播延遲Tp之故，電感電流在到達限流值VCL 後，仍繼續向上衝高。由於輸入電壓大小的不同，電感電流波形10及12的上升斜率不同，因此傳播延遲Tp造成的峰值電流差距可能很大。若切換頻率fs是固定的，且假設效率η都一樣，則輸出功率 由每個週期中儲存的能量決定如下： 其中，L為一次側線圈的電感值，Ipk和Ivalley分別為電感電流的峰值及谷值。如圖1所示，對於以固定限流值做控制的轉換器來說，高輸入電壓的輸出功率遠大於低輸入電壓的輸出功率，這就是轉換器需要高輸出功率誤差範圍(tolerance)的原因。此類轉換器的輸出功率誤差範圍可能要達到100%，則在超功率(over power)下易造成元件壓迫或發生系統錯誤。然而超功率測試是在電源供應器設計中極為常見的常規測試，因此，系統工程師往往須耗費極大的心力協調前述因素與商業需求之間的衝突。
由於使用一次側控制(primary side control)的關係，大部份的PWM控制器無法在不同的輸入電壓下將輸出超功率控制的很好。讓輸出超功率的誤差範圍更小，便成為比較PWM控制器的關鍵因素。
美國專利第6674656號讓限流值以內建的鋸齒波形變化，如圖2所示，其限流值VCL (t)隨時間變化的鋸齒波形可以繃緊輸出功率的耐受度，如圖3所示。雖然這種方法簡單又直接，但是也有以下的缺點：(1)此控制雖然是單一方法去適用於所有的應用(one size fits all)，但是該內建的波形係根據一組最普遍應用電源範圍的系統參數計算決定的。雖然系統設計者可以藉由微調 參數以符合該內建的波形，以獲得較好的輸出功率收斂(convergence)，然而，有些參數如效能、電磁干擾(EMI)、熱等是必須妥協的，這些參數將會影響到一次側電感、電流感測電阻、閘極驅動器電阻等等，輸出功率通常會因此背離原先的設計，這迫使系統設計者花費更多時間或增加額外的元件以解決問題。此外，在實務上常發現某些系統設計在使用某些供應商的控制器時能獲得較好的輸出功率收斂，而在以其他控制器替換後變差。(2)這種方法的另一個缺點更嚴重。為了簡化控制器電路設計，該限流值VCL (t)的波形是鋸齒波形，換言之，是只具有單一斜率的波形。有時系統設計需要較大的一次側電感，其電流斜率在低輸入電壓時較小或略高於限流值斜率，這會造成電流感測波形在達到最大週期前無法觸及限流值波形，最後，輸出電壓無法調控且喪失輸出功率限制。(3)由於個別週期時變波形之故，因此在大量製造時難以建立快速測試，因此很難在產品資料(datasheet)中定義其波形誤差範圍，而波形誤差範圍對於預測輸出功率誤差範圍是非常重要的。
本發明的目的之一，在於提出一種電源供應器之最大輸出功率的控制裝置。
本發明的目的之一，在於提出一種電源供應器之最大 輸出功率的控制方法。
根據本發明，一種電源供應器之最大輸出功率的控制方法係從該電源供應器目前的限流值估算下一個限流值。
根據本發明，一種電源供應器之最大輸出功率的控制裝置係藉一運算電路，從該電源供應器目前的限流值、工作週期被觸發後經過第一時段後的電流感測訊號以及該電流感測訊號在第二時段中的變動量運算得到下一個限流值。
由於本發明的控制方法及裝置係從目前的限流值估算下一個限流值，因此可以降低電源供應器的輸出功率誤差範圍。
圖4顯示被放大m倍的電流感測訊號14，其表示對應的電感電流將能量儲存成期望的最大輸出功率 其中，Vpk和Vvalley分別為電流感測訊號14的峰值和谷值，RCS 為電流感測電阻。在此實施例中，將實際的電流感測訊號放大m倍讓取樣及保持比較簡單，以及具有較佳的雜訊免疫力。經過計算後，將從一個通用固定功率導出一個限流值供電流感測訊號比較，如此可讓內部處理乾淨且容易，但是使用者從外部感覺如同其他控制器一樣。
公式2經整理後改寫為 參照圖4， 其中，ΔV是電流感測訊號14在傳播延遲Tp中的變動量，Von是Vvalley與mVCL 之間的差值，Vi是電源供應器的輸入電壓。
Tp是預設的傳播延遲，隨PCB的不同而改變，可以根據電路預估但會讓事情變複雜。本發明相關應用領域公認的Tp值為250ns。
將公式4和5代入公式3並重新整理後，得出 其中 K為預設值，在此視為一常數。公式7中的變數為Von和ΔV。理論上Von可藉由偵測Vpk得知，然而，由於米勒(Miller)電容的儲存路徑經過電阻Rcs，Vpk無法由圖4的電 流感測訊號14得知，因此在切換週期中以VCL 做為替代方案，將Von表示如下： 如圖4所示，由於電流感測訊號14上升時會發生瞬間電流突波，谷值Vvalley也無法直接由電流感測訊號14得知，因此以下式求得 其中，VLEB 是電流感測訊號14在工作週期被觸發後經過Tp以後的值。VLEB 時序的設計用來消除一個ΔV，因此其寬度等於內部邏輯延遲TP_in (70ns)及傳播延遲TP (250ns)的總合。
將公式10代入公式9可得 至此，所有需要的訊號已可藉偵測得知。公式7改寫為 公式12的物理意義為：從目前週期的限流值VCL [n]預估下一個週期的限流值VCL [n+1]。下一個週期的限流值VCL [n+1]用來將輸出功率限制在Pomax。在負載達到Pomax時 而後輸出電壓會開始下降。
圖5是實現公式12的一個實施例，左上角的ΔV感測電 路20不是本發明，只是提供本發明的運算電路要用的部分參數。圖5中的△V感測電路20係引用本專利申請人在另一件專利申請案的內容，將目前的工作週期被觸發後經過第一時段LEB後的電流感測訊號VLEB 以及電流感測訊號在Tp中的變動量△V分別經第二輸入端228及第三輸入端246提供給本發明的運算電路，以便其運算決定下一個週期的限流值VCL [n+1]。訊號LEB是返馳電源供應器所用的前緣遮蔽訊號，在其他實施例中也可以改用別的訊號，但是△V感測電路20也要跟著修改。本發明的運算電路包含三部份，第一部份電路22用來產生Von-△V，第二部分電路24用來產生Von+△V，第三部分電路26從第一部分電路22及第二部分電路24的輸出產生下一個限流值VCL [n+1]。在第一部份電路22中，第一輸入端226接收目前的限流值VCL [n]，開關S1和電容C1組成取樣/保持(S/H)電路，受訊號LEB控制對目前的限流值VCL [n]取樣及保持，放大器222將VCL [n]放大m倍，經減法器224減去VLEB ，產生Von-△V。在第二部分電路24中，開關S2和電容C2組成取樣/保持電路，受單擊訊號控制對第一部份電路22的輸出取樣及保持，放大器242將△V放大兩倍，經加法器244與Von-△V相加，產生Von+△V。在第三部分電路26中，倒數及放大單元262將Von+△V倒數並放大K倍，K可由外部設定，放大器264將Von-△V衰減2m倍，經加法器266與倒數及放大單元262的輸出相加，完成公式12的運算，經開關S3和電容C3 組成取樣/保持電路取樣及保持，再經單一增益放大器268輸出VCL [n+1]。圖5的電路使用的都是基本的電路單元，此技藝之人士很容易實施。此技藝之人士也可以根據公式12設計不同的運算電路，獲得同樣的限流值VCL [n+1]。
在一實施例中，圖5的電路用於一個具有75%最大責任週期(duty cycle)的電源供應器，其所有的計算在切換週期的前75%期間結束，該計算得到的限流值VCL [n+1]藉由訊號DMAX的控制，在接下來的25%期間轉移到下一個週期使用。
10‧‧‧電感電流的波形
12‧‧‧電感電流的波形
14‧‧‧電流感測訊號
20‧‧‧△V感測電路
22‧‧‧第一部份電路
222‧‧‧放大器
224‧‧‧減法器
24‧‧‧第二部份電路
242‧‧‧放大器
244‧‧‧加法器
26‧‧‧第三部份電路
262‧‧‧倒數及放大單元
264‧‧‧放大器
266‧‧‧加法器
268‧‧‧放大器
圖1係習知返馳電感電流的波形圖；圖2係習知鋸齒波限流值的波形圖；圖3係以圖2之鋸齒波限流值做控制的返馳電感電流的波形圖；圖4係根據本發明的方法實施例；以及圖5係根據本發明的裝置實施例。
14‧‧‧放大m倍的電流感測訊號

Claims (3)

  1. 一種電源供應器之最大輸出功率的控制方法，該電源供應器藉由比較一電流感測訊號與一可動態調整的限流值而決定一功率開關的工作週期，該電流感測訊號表示該功率開關中的電流大小，該方法包括：A.提供目前的限流值；以及B.從該目前的限流值與該電流感測訊號估算下一個限流值；其中，該步驟B包括：B1.提供該工作週期被觸發後經過第一時段後的該電流感測訊號；B2.提供該電流感測訊號在第二時段中的變動量；B3.從該目前的限流值及步驟B1與B2提供的參數運算得到該目前的限流值與步驟B1提供的參數之間的差值；以及B4.利用該差值與變動量運算得到該下一個限流值。
  2. 一種電源供應器之最大輸出功率的控制裝置，該電源供應器藉由比較一電流感測訊號與一可動態調整的限流值而決定一功率開關的工作週期，該電流感測訊號表示該功率開關中的電流大小，該裝置包括：第一輸入端，用以接受目前的限流值；第二輸入端，用以接受該工作週期被觸發後經過第一時段後的該電流感測訊號；第三輸入端，用以接受該電流感測訊號在第二時段中的 變動量；以及運算電路，連接該第一至第三輸入端，藉以從該第一至第三輸入端提供的參數運算得到下一個限流值。
  3. 如請求項2的裝置，其中該運算電路包括：第一部分電路，連接該第一及第二輸入端，用以運算得到該二輸入之間的差值；第二部分電路，連接該第一部分電路及第三輸入端，用以運算得到該差值與兩倍該變動量的和值；以及第三部分電路，連接該第一及第二部分電路，用以從該差值與和值產生該下一個限流值。
TW097121158A 2008-06-06 2008-06-06 And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply TWI382636B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW097121158A TWI382636B (zh) 2008-06-06 2008-06-06 And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply
US12/457,129 US8193791B2 (en) 2008-06-06 2009-06-02 Maximum output power control of a flyback converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW097121158A TWI382636B (zh) 2008-06-06 2008-06-06 And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200952312A TW200952312A (en) 2009-12-16
TWI382636B true TWI382636B (zh) 2013-01-11

Family

ID=41400159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097121158A TWI382636B (zh) 2008-06-06 2008-06-06 And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8193791B2 (zh)
TW (1) TWI382636B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8310850B2 (en) * 2009-12-22 2012-11-13 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for varying current limit to limit an output power of a power supply
US8947895B2 (en) 2011-03-09 2015-02-03 Marvell World Trade Ltd. Two-peak current control for flyback voltage converters
CN105652074B (zh) 2014-12-03 2018-08-10 万国半导体(开曼)股份有限公司 电压检测电路及检测电压变化的方法
CN105763061B (zh) * 2014-12-17 2018-05-29 万国半导体(开曼)股份有限公司 反激转换器输出电流计算电路及计算方法
CN104796003B (zh) * 2015-05-05 2017-06-16 西安电子科技大学 用于反激式pwm变换器dcm模式的输出电流计算电路
TWI548185B (zh) * 2015-10-30 2016-09-01 通嘉科技股份有限公司 可補償電感變異之電源控制方法與相關裝置
CN106712545B (zh) * 2015-11-12 2019-05-10 通嘉科技股份有限公司 可补偿电感变异的电源控制方法与相关装置
TWI759690B (zh) * 2020-02-19 2022-04-01 英屬開曼群島商萬國半導體（開曼）股份有限公司 一種固定導通時間的反激式轉換器及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6841979B2 (en) * 2001-05-22 2005-01-11 Powerdsine, Ltd. Power distribution with digital current control
TW200630770A (en) * 2005-02-21 2006-09-01 System General Corp Switching controller having output power limitation and brownout protection
TWM327600U (en) * 2007-06-13 2008-02-21 Niko Semiconductor Co Ltd The output current limited control for switching power supply and controller for controlling the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6781357B2 (en) * 2001-09-27 2004-08-24 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for maintaining a constant load current with line voltage in a switch mode power supply
US6674656B1 (en) * 2002-10-28 2004-01-06 System General Corporation PWM controller having a saw-limiter for output power limit without sensing input voltage
US6992452B1 (en) * 2002-12-02 2006-01-31 Deka Products Limited Partnership Dynamic current limiting
US20060255772A1 (en) * 2003-01-27 2006-11-16 Weibin Chen High-Q digital active power factor correction device and its IC
US7911808B2 (en) * 2007-02-10 2011-03-22 Active-Semi, Inc. Primary side constant output current controller with highly improved accuracy
TW200849779A (en) * 2007-06-13 2008-12-16 Richtek Technology Corp Method and device to limit the output power of switching-type converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6841979B2 (en) * 2001-05-22 2005-01-11 Powerdsine, Ltd. Power distribution with digital current control
TW200630770A (en) * 2005-02-21 2006-09-01 System General Corp Switching controller having output power limitation and brownout protection
TWM327600U (en) * 2007-06-13 2008-02-21 Niko Semiconductor Co Ltd The output current limited control for switching power supply and controller for controlling the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20090303756A1 (en) 2009-12-10
US8193791B2 (en) 2012-06-05
TW200952312A (en) 2009-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI382636B (zh) And a control method and a device for controlling the maximum output power of the power supply
Chattopadhyay et al. A digital current-mode control technique for DC–DC converters
Corradini et al. Current-limited time-optimal response in digitally controlled DC–DC converters
CN106130349B (zh) 返驰式电源供应器及其控制器与驱动器
US8670255B2 (en) Utilization of a multifunctional pin combining voltage sensing and zero current detection to control a switched-mode power converter
Eberle et al. A practical switching loss model for buck voltage regulators
US9647562B2 (en) Power conversion with switch turn-off delay time compensation
TW201509080A (zh) 用於調整電源變換系統的系統控制器和方法
Kondrath et al. Comparison of wide-and high-frequency duty-ratio-to-inductor-current transfer functions of DC–DC PWM buck converter in CCM
US9065344B2 (en) Circuit for determining the end of a demagnetization stroke of a switched mode power supply
TWI473399B (zh) 控制電路以及控制方法
US20110194316A1 (en) Switching power supply device
Meyer et al. Controlled auxiliary circuit to improve the unloading transient response of buck converters
JP5401729B2 (ja) 電力変換装置の制御回路および制御方法
Suntio Average and small-signal modeling of self-oscillating flyback converter with applied switching delay
TW201434253A (zh) 用於電源變換系統中的即時信號採樣的系統和方法
Lee et al. Derivation of DCM/CCM boundary and ideal duty-ratio feedforward for three-level boost rectifier
Channappanavar et al. A novel current estimation technique for digital controlled switching converters operating in CCM and DCM
Bez et al. Control technique for reliable operation of the synchronous series capacitor tapped inductor converter
Lu et al. A large signal dynamic model for single-phase AC-to-DC converters with power factor correction
Channappanavar et al. A novel bidirectional current estimator for digital controlled DC-DC converters
CN101751060B (zh) 电源供应器的最大输出功率的控制方法和装置
Iftikhar et al. Theoretical and experimental investigation of averaged modeling of non-ideal PWM DC-DC converters operating in DCM
Janke et al. Large-signal input characteristics of selected DC–DC switching converters. Part I. Continuous conduction mode
Corina et al. A new averaged switch model including conduction losses for PWM converters operating in discontinuous inductor current mode

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees