TWI421663B - 主從臨界導電模式功率變換器 - Google Patents

Description

主從臨界導電模式功率變換器 【相關申請案】

本專利申請書係請求在此被併入全部參考之2004年9月7日提出申請共同未決美國臨時專利申請案第60/609,508號之35 U.S.C.119(e)，標題為"主從臨界導電模式功率切換器"下之權利。

本發明係大致有關供應電源至負載之系統，特別係有關使用複數電源來產生高輸出，均勻電源之該系統。

功率切換器建構中係產生若干議題。這些最大問題係不將雜訊引進輸入功率則很難產生無雜訊輸出功率。導向此問題之傳統技術係為人熟知，但卻實行複雜及昂貴。傳統功率切換器係定期引進輸入電流多樣組件而可產生功率損失。此外，先前技術功率切換器通常不呈現為對該功率輸入之簡單電阻負載。

功率因子修正(PFC)之升壓切換器先前技術設計係包含最小化漣波電流問題之兩傳統方法。第5圖描繪先前技術功率因子修正升壓切換器500簡單圖。用於類似第5圖系統之兩方法係為不連續模式(DM)及連續模式(CM)。

切換器500中，交流(AC)電壓供給V_AC係被耦合跨越全波橋式整流器BR之輸入端。橋式整流器BR之第一輸出端係被耦合至電感器L之第一終端。電感器L之第二終端係被耦合至電晶體開關M之汲極及二極體D之陽極。二極體D之陰極係被耦合至輸出電容器C之第一終端。橋式整流器BR之第二輸出端係被耦合至感測電阻器R_SENSE 之第一終端。感測電阻器R_SENSE之第二終端，電晶體開關M之源極及輸出電容器C之第二終端，係各被耦合至地面節點。被形成於感測電阻器R_SENSE第一終端處之電壓信號-I_SENSE係代表升壓切換器500汲取自供給電壓V_AC之電流。因為信號-I_SENSE係藉由跨越被參考接地之電阻器R_SENSE之電壓降來形成，所以其為負極。開關控制電壓信號V_SW係被施加至電晶體開關M之閘極，並控制電晶體開關M汲極是導電(開關關閉)或非導電(開關開啟)。

當開關M被關閉時，電流係從橋式整流器BR流經電感器L及開關M。該情況下，二極體D係被輸出電壓V_OUT逆向偏壓。流經電感器L之電流係將能量儲存當作與電感器L連結之磁場。當開關M被開啟時，被儲存能量係藉由流經二極體D之電流被轉移至輸出電容器C。該情況下，二極體D係被順向偏壓。被儲存於輸出電容器C中之能量係形成可用於驅動負載，如第二電源供給階之跨越電容器C之輸出電壓V_OUT。能量從源極V_AC轉移至電容器C之速率係視開關控制信號V_SW之工作循環而定。

被描繪於第5圖之升壓切換器500係控制電晶體開關M切換發生時點，使得藉由升壓切換器500汲取自交流供給電壓V_AC之電流係實質與該供給電壓V_AC所提供之電壓同相，且可控制電晶體開關M之工作循環使輸出電壓V_OUT可被維持於固定位準處。電壓V_OUT及電壓-I_SENSE係被監視來控制切換。

當該升壓切換器500被操作於連續模式中時，流經電感器L之電流係一直維持於零以上。因此，開關M關閉瞬間，電流係通過二極體D。被儲存於與該二極體D連結之接面中之能量係產生二極體D之有限回復時間，使該二極體D並不瞬間關閉。再者，被儲存於與該二極體D接面中之能量係於其關閉時經由開關M放電。開關M中電流最終高位準可產生超額功率耗散及開關M過早失效。因為此電流高位準係發生於每次開關M被循環時，所以切換頻率係受限。因為該升壓切換器通常產生跨越輸出電容器C約400伏特之調節電壓，所以此對驅動第二電源供給階之升壓切換器特別為真。再者，因為功 率因子修正升壓切換器500係控制切換發生時間使供給電壓V_AC所提供之電壓及電流彼此同相，所以若切換器500被不連續模式操作，則此開關M中電流被提昇之問題傳統上不能藉由在關閉開關M之前促使二極體D中之電流填充至零來避免。

當操作於不連續模式中時，切換器500通常放大促使流經L之電流下降至最小值零，而可同時提昇最大電流值。此不連續模式切換器被允許電流值範圍延伸意指無論操作模式為何，L中之電流平均值仍維持固定。雖然此電流保存促使切換器達成較少損失切換及改良不連續模式切換器之效率，但不性地其會將漣波引進輸入及輸出電流中。

先前技術系統已嘗試藉由使用以上設計複數切換器，修改其相對相位及組合其輸出功率來降低漣波效應。各切換器相位係相對其他切換器作修改使該切換器漣波組成可彼此刪除。該裝置係被描繪於第6圖中。

已知消除系統所汲取之輸入漣波以供應負載電源。技術領域中已知藉由並聯耦合兩電源及提供該兩電源180度相位差之切換頻率來實施輸入漣波電流消除。第6圖所示先前技術系統20係提供以此方式消除輸入漣波電流。系統20包含一第一升壓型功率切換器21(一第一電源)，其包含一脈衝寬度調變(PWM)控制器22，一場效電晶體電源開關M1，一電感L1，一整流器D1及一濾波電容器C1。功率切換器21係以已知方式操作而在此不被進一步說明。藉由第一功率切換器21被供應至負載26之電源係藉由回授網路27及脈衝寬度調變控制器22調節，其輸出係被耦合至場效電晶體電源開關M1之閘極。回授網路27之電阻器R3及R4所形成之分壓器係分割第一功率切換器21之輸出電壓，並比較該被分割輸出電壓及放大器U6中之參考電壓V_REF3。來自放大器U6之輸出電壓接著被耦合至脈衝寬度調變控制器22之控制輸入以調節電源開關M1之ON時間。

系統20進一步包含一第二升壓型功率切換器23(一第二電源)，其包含一脈衝寬度調變控制器24，一場效電晶體電源開關M2，一電感L2，一整流器D2及一濾波電容器C2。功率切換器23係以已知方式 操作而在此不被進一步說明。藉由第二功率切換器23被供應至負載26之電源係藉由回授網路27及脈衝寬度調變控制器24調節，其輸出係被耦合至場效電晶體電源開關M2之閘極。來自放大器U6之輸出電壓亦被耦合至脈衝寬度調變控制器24之控制輸入以調節電源開關M2之ON時間。

亦已知，流經功率切換器21及23中之電感器L1及L2係分別具有矩形波形。固定頻率振盪器25係經由返向器N2被直接耦合至脈衝寬度調變控制器22之時脈輸入及脈衝寬度調變控制器24之時脈輸入，藉以提供180度相位差之時脈波形給該脈衝寬度調變控制器22及24。結果，電感器L1及L2之矩形電流波形會有180度相位差。因此，輸入電流之矩形組成係被消除，僅留下輸入電流之直流組成。第6圖之電路並不提出對負載26之電流或功率等化之問題。再者，因為兩電源組成並不相同，所以會產生些微相位差。產生足以避免施加此電路至高功率裝置之漣波電流。

已知組合可變頻率電源以供應電源至一負載，及進一步使用相位偵測來等化被各電源供應至一負載之電流，及消除該系統所汲取之輸入電流漣波組成。第7圖顯示描繪供應電源至負載36之一系統30方塊圖。系統30係包含被一起耦合於其輸入端及供應電源至相同負載36之第一及第二電源31及32。各電源31及32係為具有其切換頻率及被供應至一負載之電源間之關係之一可變頻率電源。例如，各電源31及32可具有其切換頻率及被供應至線性或非線性之一負載之電源間之關係。同時，各電源亦可具有其切換頻率及被供應至一負載之直流電源間之關係，所以電源及切換頻率係同方向或反向增加或降低，所以電源及切換頻率反向改變。系統30之電源31及32係具有其切換頻率及被供應至負載36之電源間之類似關係。如第7圖所示，第一及第二電源31及32可被彼此並聯耦合。

參考第7圖，該系統進一步包含分別被與第一及第二電源31及32連結之回授網路33及34。第一回授網路33係將一部份第一電源31之輸出電壓耦合至第一電源31之控制端CTRL以改變第一電源31 之第一切換頻率f_sw1，藉此調節第一電源31所供應之電源至負載36。同樣地，第二回授網路34係將一部份第二電源32之輸出電壓耦合至第二電源32之控制端CTRL以改變第二電源32之第二切換頻率f_sw2，藉此調節第二電源32所供應之電源至負載36。

相位偵測裝置35係提供代表第一電源31之第一切換頻率f_sw1及第二電源32之第二切換頻率f_sw2間之相位差之誤差信號。第一切換頻率f_sw1係從第一電源31被耦合且被供應至相位偵測裝置35之輸入端。同樣地，第二切換頻率f_sw2係從第二電源32被耦合且被供應至相位偵測裝置35之另一輸入端。相位偵測裝置35所提供之誤差信號係被耦合至回授網路33及34。該結果係第一及第二切換頻率f_sw1，f_sw2被彼此鎖相。

再者，因為第一及第二電源31及32具有其切換頻率及被供應至負載之電源間之類似關係，所以被第一電源31供應至負載36之電源係實質等於被第二電源32供應至負載36之電源。第7圖中，被第一及第二電源31及32供應至負載36之電源實質等化係意指因為電源31及32被彼此並聯耦合因而施加相同電壓至負載36，所以被各第一及第二電源31及32供應至負載36之電流亦被實質等化。

第7圖之電路係使用被設計以180度間隔鎖住兩電源相對相位。不幸地，因為兩電源之工作循環並非一直為50%，所以相位並非一直完全相反。再者，第7圖之裝置係於調節迴路限制處損失鎖相，其導致輸入漣波電流消除完全損失，且可產生發自該裝置之聽得見雜訊。

本發明係有關一種使用複數電源來供應一負載之系統及方法，其中這些電源係以從電源特性被調變以預期特性製造輸出功率之主從配置方式來安置。

本發明可以所有臨界導電模式(CCM)切換器來實施，包含用於AC/DC及DC/DC功率切換器及絕緣及非絕緣配置中之降壓，升壓，升-降壓，馳反及順向型切換器。

某些應用中，包含被預期用於超過300瓦特輸出功率之電源供給之 功率因子修正(PFC)前端，係具有以下特性之電源供給系統：輸入電壓全範圍，可變頻率操作，優良輸入電流漣波消除，及最小干擾與輸入功率系統之良好電流共享。本發明係提供系統這些預期特性及生產改良簡化及減輕。再者，本發明係避免使用出現於許多先前技術裝置中之笨重及無效組成，如感測電阻器。

本發明係有關有關一種使用複數電源來供應同調電源至一負載之系統及方法。該系統及方法係涉及觸動從電源開啟來關閉主電源，其進一步涉及使用相位偵測器針對最適功率特性來調整從電源關閉。另一特徵中，本發明於觸動時係使用本地電壓控制振盪器(VCO)。本實施例中，主電源開啟係被鎖定至該本地電壓控制振盪器。該頻率係被控制與主電源頻率相同。再者，本地電壓控制振盪器係具有對稱輸出波形。從電源係被觸動至本地電壓控制振盪器輸出下降緣，其與上升緣實質上有180度相位差(其與主電源開啟同相)。因此，從電源開啟實質上與主電源開啟有180度相位差。此方案係最小化輸入及輸出漣波電流。

A、RC‧‧‧輸入

BR‧‧‧橋式整流器

C‧‧‧輸出電容器

C1‧‧‧濾波電容器

C2‧‧‧濾波電容器

CTRL‧‧‧控制端

D‧‧‧二極體

D1‧‧‧整流器

D2‧‧‧整流器

f_sw1‧‧‧第一切換頻率

f_sw2‧‧‧第二切換頻率

I_SENSE‧‧‧電壓信號

L‧‧‧電感器

L1、L2‧‧‧電感

M‧‧‧電晶體開關

M1、M2‧‧‧場效電晶體電源開關

N2‧‧‧返向器

PWM‧‧‧脈衝寬度調變

R3、R4‧‧‧電阻器

R_SENSE‧‧‧感測電阻器

Q‧‧‧輸出

U6‧‧‧放大器

V_AC‧‧‧交流電壓供給

V_OUT‧‧‧輸出電壓

V_REF3‧‧‧參考電壓

V_SW‧‧‧開關控制電壓信號

20‧‧‧消除輸入漣波電流之先前技術系統

21‧‧‧第一升壓型功率切換器

22、24‧‧‧PWM控制器

23‧‧‧第二升壓型功率切換器

25‧‧‧固定頻率振盪器

26‧‧‧負載

27‧‧‧回授網路

30‧‧‧供應電源至負載36之系統

31‧‧‧第一電源

32‧‧‧第二電源

33‧‧‧第一回授網路

34‧‧‧第二回授網路

35‧‧‧相位偵測裝置

36‧‧‧負載

100‧‧‧依據本發明特性供應電源至一負載之系統

102‧‧‧輸入

104‧‧‧組合輸出

110‧‧‧主電源

112、132‧‧‧電源輸入

114、134‧‧‧電流感測輸出

116、136‧‧‧電源輸出

118、138‧‧‧內部單穩態驅動器

122、142‧‧‧內部單穩態延遲裝置

124、144‧‧‧內部單穩態輸出

130‧‧‧從電源

131‧‧‧延遲機構

160‧‧‧相位偵測器

180‧‧‧反向器

200‧‧‧主電源及從電源之電源

210‧‧‧電壓輸入

220、260‧‧‧電源200之輸出

230‧‧‧電壓輸出

240、250‧‧‧電源200之輸入

270、272‧‧‧電感器

274‧‧‧運算放大器

276‧‧‧單穩態

278‧‧‧開關

280‧‧‧二極體

300‧‧‧本發明替代實施例之系統

301‧‧‧輸入

302‧‧‧輸出

310、318、350、358‧‧‧電感器

312、352‧‧‧二極體

314、354‧‧‧開關

316、356‧‧‧單穩態

320、360‧‧‧運算放大器

322‧‧‧延遲裝置

380、382‧‧‧濾波器

392‧‧‧加法器

395‧‧‧回授網路

397‧‧‧回授信號

400‧‧‧本發明較佳實施例之系統

410‧‧‧振盪器電路

420‧‧‧相位偵測器

430‧‧‧分壓器

440‧‧‧振盪器

450‧‧‧反向器

500‧‧‧先前技術功率因子修正升壓切換器

第1圖係為依據本發明特性供應電源至一負載之系統方塊圖。

第2圖進一步描繪第1圖之系統組成。

第3圖顯示本發明替代實施例之功能圖。

第4圖顯示本發明較佳實施例之功能圖。

第5圖顯示先前技術電源。

第6圖顯示使用兩並聯電源功率因子修正之先前技術電源供給前端。

第7圖顯示使用頻率被鎖相迴路等化之兩並聯電源功率因子修正之先前技術電源供給前端。

現在詳細參考本發明較佳及替代實施例，該例係被描繪於附圖中。雖然本發明結合這些實施例做說明，但應了解其不被預期限制本發明為這些實施例。相對地，本發明預期涵蓋可被包含於附帶申請專利範圍 所界定之本發明精神及範圍內之替代，修改及相等物。再者，本發明以下詳細說明中，許多特定細節係被說明以提供本發明透徹了解。然而，應注意本發明可不需這些特定細節即可被實施。其他例子中，熟知方法，程序，組成及電路尚未被詳述而必定會模糊本發明特徵。

第1圖係為依據本發明特性供應電源至一負載之系統100方塊圖。此系統包含兩電源，主電源110及從電源130。各電源係包含以下分別對主電源110及從電源130之組成：電源輸入112，132；電流感測輸出114，134；電源輸出116，136；內部單穩態驅動器118，138；內部單穩態延遲裝置122，142；及內部單穩態輸出124，144。主電源110係被耦合至從電源130以提供被接收於系統100之輸入102處之功率對被供應於系統100之組合輸出104處之功率切換，而提供輸入102及組合輸出104處之最小干擾。

如技術領域中已知，系統100中，當主電源110及從電源130被開啟時，其係被切換電源供應，且僅對其輸出116，136之電源供應。兩者電源供給均依靠無圖示之內部單穩態來控制亦無圖示之內部開關。內部單穩態驅動器118，138係藉由供應供應驅動觸動來決定切換狀態。當電壓被供應至內部單穩態驅動器118，138時，各單穩態係供應電壓至內部開關及內部單穩態輸出124，144。內部單穩態所供應之電壓係依據內部單穩態延遲裝置122，142所決定之延遲而持續。主電源110及從電源130中，開關及內部單穩態電壓供給間之關係係為當單穩態供應電壓或"開啟''時，開關係被關閉，此對應電壓供給之"關閉"狀態。然而，主電源110之內部單穩態輸出124及從電源130之內部單穩態驅動器138之間包含反向器180，係意指從電源130之內部單穩態被驅動實質與主電源110之內部單穩態有相位差。總之，電源供給110及130係被配置使驅動器118，138之接收信號會導致電源供給被關閉，及電壓於延遲電路驅動器122，142所決定之時間區間被供應至輸出124，144。

當主電源110處於關閉配置狀態時，被供應至輸入112之電源係被儲存，當其處於開起配置時，此電源係被供應至輸出116且隨後至組合 輸出104且接著至無圖示之負載。同時，來自組合輸出104之信號係被耦合至內部單穩態延遲裝置122，其中當單穩態主動時電流係被儲存來驅動該延遲裝置。主電源110處於自我共振配置：當主電源110中之電流為零時，來自電流感測輸出114之信號係被傳送至單穩態驅動器118。此信號係選擇性經由延遲機構131被饋送利用通過零點之電流中天生共振延遲。該單穩態接著供應電壓，關閉主電源110及同時提供電壓至單穩態輸出124。該單穩態係依據延遲電路122供應此電壓一時間區間。延遲電路122係藉由系統100之輸出功率來充電。

來自單穩態輸出124之信號係經由反向器180被耦合至從電源130之單穩態驅動器138。因此，當主電源110被切換為關閉位置時，從電源130隨即被切換為開啟位置。從電源130被配置使用回授機構來調整其維持於開啟位置之時間。從電源130維持於開啟位置一段由延遲電路142所決定之時間。延遲電路142係藉由使用系統100之輸出功率，單穩態輸出144及電流感測器輸出142之回授迴路來充電。除非從電源130中之電流實質接近零，否則此回授迴路可操作促使從電源130不致關閉。來自單穩態輸出144之信號及來自電流感測器輸出142之信號係被比較於相位偵測器160內。相位偵測器160之輸出係被添加至與系統100之輸出功率成正比之電流而該組合係被供應至延遲電路142。相位偵測器160之電壓輸出係代表關閉時從電源130中出現之零電流偏移。此誤差信號係提供負回授來調變從電源130之工作循環使該關閉發生於實質零電流出現於從電源130中時。

主電源110處於自我共振配置：具有視來自組合輸出104及來自其電流感測器114之回授而定之切換狀態。從電源130之切換狀態係藉由主電源110之單穩態輸出，及藉由來自電流感測器134及單穩態輸出144之比較所導出之修正調整之組合輸出104之回授來控制。此法中，從電源130之切換狀態係被反向耦合至主電源110之狀態，而從電源130之工作循環係被最佳化來配適該切換狀態。

經由輸入102被外部供應之電源係經由輸入112被並聯耦合至主電源110且經由輸入112被並聯耦合至從電源130。當主電源110處於開 啟位置時，從電源130係處於關閉位置。被耦合至輸入112且被儲存於主電源110之電源係被供應於輸出116處且隨後至組合輸出104處。同時，輸入132處被耦合至從電源130之電源係被儲存於從電源130中，而無電源被供應至輸出136。當主電源110內之電流達到零時，係號係從電流感測器輸出114被耦合至單穩態裝置118，切換主電源110為關閉位置，該位置係其維持延遲電路122所決定之時間長度。同時，信號係從單穩態輸出124被耦合至單穩態裝置138，觸動從電源130從關閉位置切換為開啟位置。從電源130係維持於開啟位置一段延遲電路142所決定之時間長度。延遲長度係藉由負回授機構於複數切換循環進程上被調變，其中對最佳延遲長度之偏移係可調整被供應至延遲長度電路142之電源。同時，主電源110係依據延遲電路122而維持於關閉狀態。因為延遲電路122，142被相同源供電，所以其可以關閉從電源130而短暫接著開啟主電源110之方式來配置。

第2圖為第1圖之主電源110及從電源130之電源200功能方塊圖。電源200係包含一電壓輸入210，一電壓輸出230，一單穩態276，一運算放大器274，一開關278，一電感器270，一二極體280及一電感器272。被耦合至電壓輸入210之電壓係供電給電感器272，感應電感器272中之感應電流。若開關278開啟，且被供應之電流位於正確方向，則來自電感器272之電流係順向偏壓二極體280且經由電壓輸出230傳遞。若開關278被關閉，則來自電感器270之電流係短路接地且二極體280被反向偏壓。

開關278之狀態係藉由單穩態276之Q輸出來決定。Q輸出可假設兩狀態且預設於一狀態中，當單穩態接收A輸入上之一電壓時，其推動Q輸出至維持單穩態RC輸入所決定之時間之第二狀態。對單穩態276之A輸入及RC輸入係分別藉由電源200之輸入240及250來決定。單穩態之Q輸出係被供應為電源200之輸出260。

被感應於電感器272中之感應電流係被耦合為對運算放大器274之一輸入，對運算放大器274之另一輸入係被接地。運算放大器274之輸 出係被耦合為電源200之輸出220。

第3圖係為本發明替代實施例之功能方塊圖。第3圖之系統300操作實質上類似第1圖之系統100。系統300係被耦合接收輸入301處之電源並於輸出302處供應電源。來自輸入301之電源信號係被耦合至並聯電源，一為主而一為從。

電源信號係被耦合至電感器310，其中其感應電感器318中之感應電流。信號係視開關314狀態而定採用來自電感器310兩路徑之一：若開關開啟，則信號通過二極體312且隨後來到輸出302；若開關被關閉，則信號將經由開關314傳遞接地。被感應信號係從電感器318被供應為對運算放大器320之一輸入。運算放大器320之另一輸入係被短路接地。運算放大器320之輸出係經由延遲裝置322被耦合來觸動單穩態316之輸入A。

電源信號亦被耦合至從電源。電源信號係被耦合至電感器350，其中其感應電感器350中之感應電流。信號係視開關354狀態而定採用來自電感器350兩路徑之一：若開關開啟，則信號通過二極體352且隨後來到輸出302；若開關被關閉，則信號將經由開關354傳遞接地。被感應信號係從電感器358被供應為對運算放大器360之一輸入。運算放大器360之另一輸入係被耦合接地。運算放大器360之輸出係被耦合至可控制從電源之回授網路395。網路395之運算將在更透徹說明主電源之單穩態316，356運作之後被討論如下。

單穩態316，356係具有一輸出Q及兩輸入A及RC。輸出Q可假設兩狀態，一為穩定而一為浮動。從穩定狀態製浮動狀態之切換係發生於當該單穩態接收該輸入A上之信號時，該輸出Q維持於浮動狀態之持續時間係藉由輸入RC來決定。當輸入RC被短路接地時，輸出Q之狀態係切換回至穩定狀態。系統300中，此切換時序之普遍方法係將一電阻器及一電容器之網路連接至該RC輸入。當輸出Q處於浮動狀態時，被儲存於電容器中之功率係跨越電阻器被發散直到該RC輸入被短路接地為止，因而決定輸出Q處於浮動狀態中之時間。

被供應至輸出302之主及從之組合輸出亦被供應為對該主及從之回 授信號。回授信號397通過濾波器380及隨後通過濾波器382及加法器392。濾波器382之輸出係被耦合至單穩態316之輸入RC。因此，位於浮動狀態之持續時間係被濾波器382決定於單穩態316中。單穩態316係經由輸出Q來驅動開關314之狀態。輸出Q之狀態及開關314係借由單穩態316來決定。同時，來自輸出Q係被提供至從電源之單穩態356之輸入A。

由於開關314，354之規格，耦合單穩態316之輸出Q至單穩態356之輸入A會產生之效應：關閉開關314隨後開啟開關354。因此，從電源之開啟可藉由開關主電源來觸動。然而，從電源及主電源之實際工作循環並非鏡影像，因此不會完全消除輸入及輸出漣波電流。再者，決定切換週期之回授機構係具有可調變這些工作循環之修正因子。這些回授機構將被詳細說明。

從電源之回授網路395係以運算放大器360之輸出及單穩態356之輸出Q為基礎來決定正確信號單穩態356之輸入A及RC。再者，網路395係控制從單穩態356之輸出Q至開關354之信號。回授網路395係對來自運算放大器360及單穩態356之輸入執行兩獨立操作，這兩操作器產生兩獨立輸出。

為了形成第一輸出，回授網路395可比較單穩態356之輸出Q及運算放大器360之輸出間之相位。輸出Q係促使單穩態356實施從電源中之切換事件，運算放大器360之輸出係可表示從電源中所出現之電流量。該相位比較可計算預期切換時間與從電源中之電流實質為零之最佳切換時間之信號代表偏離。

第二輸出係為單穩態356之輸出Q及運算放大器360之輸出上之及閘390執行之運算結果。使運算會產生除非從電源中之電流實質小於或等於零否則不觸動切換事件之輸出。

回授網路395之第一輸出信號係經由濾波器384被傳送至加法器392。加法器392組合此第一輸出及回授信號397。此加法器之輸出係被供應至濾波器386及隨後至單穩態356之輸入RC。

因此，切換至單穩態356之輸出Q係藉由來自單穩態316之輸出Q 來決定，而該浮動狀態持續時間係藉由回授信號397所決定之信號及回授網路395之第一輸出來決定。

回授網路395之第二輸出信號係耦合來控制從電源之開關354。從電源之切換狀態係藉由被組合於邏輯及閘390之單穩態356之輸出Q及運算放大器360之輸出來決定。因此，除非從電源中之電流實質小於或等於零否則無任何切換事件被觸動。

回授網路395之效應係提供修正從電源之預期切換時間。如上述，此預期切換時間係直接從關閉主電源來觸動。然而缺乏回授網路395，開關354可被以從電感器350中之不可接受電流位準來關閉。此可能對開關354造成損害。回授網路395可提供兩功能：第一，其防止開關354以不可接受電流位準來關閉；第二，其修正從電流之工作循環，促使其朝向其關閉事件發生於從電源中之電流之最佳時間點。

第4圖顯示本發明較佳實施例之系統400功能圖。系統400係第3圖系統300相同，但多了單穩態316之輸出Q及單穩態356之輸入A間之振盪器電路410。

振盪器電路410係包含電壓控制振盪器440，具有50%工作循環來產生被傳送至單穩態356之輸入A之觸動信號。被耦合至振盪器440控制信號係被調變使振盪器440之頻率與單穩態316之輸出Q之頻率實質相同。再者，當來自振盪器440之信號被觸動離開該信號前導緣時，其與單穩態316之輸出Q之信號係實質同相。此信號係被反向及耦合至單穩態356之輸入A，使單穩態356之最終輸出Q與單穩態316之輸出Q實質上有180度相位差。

振盪器電路410中，單穩態316之輸出Q係耦合至相位偵測器420，其中其被與電壓控制振盪器440之輸出做比較。相位偵測器420之最終輸出係與兩輸入信號間之誤差成正比。此輸入係耦合至分壓器430及隨後至振盪器440。該結果係為可驅動振盪器之輸出訊號與單穩態316之輸出Q前導緣同相之回授網路。因此，振盪器440之輸出亦藉由反向器450反向且被耦合至單穩態356之輸入A。此操作有效地於與單穩態316之輸出Q之訊號180度相位差之點處觸動單穩態356。

由於開關314，354之規格，耦合單穩態316，356之輸出Q上之信號180度相位差會產生此效應：關閉開關314隨後開啟開關354。因此，從電源之開啟可藉由開關主電源來觸動。

與系統300相較系統400會產生更佳輸入及輸出電流漣波消除。如上述，主電源及從電源之間並不一致。為了不損害電路組件，主電源及從電源之工作循環彼此不必為鏡影像。因此主電源及從電源信號不能完全消除彼此漣波組成。

本地振盪器400可提供對主電源及從電源工作循環之固定修正，驅使它們朝向各50%且180度相位差之狀態。該修正係促成最佳消除。相對地，系統300並無該修正。於是，系統400對系統300具有增強漣波消除。本發明已就包含細節之特定實施例型式做說明來促進理解本發明建構及操作原理。在此對特定實施例及細節之參考並不被預期限制附帶申請專利範圍。熟練技術人士應了解只要不背離本發明精神及範圍，均可修改被選擇用於描述之實施例。

A、RC‧‧‧輸入

Q‧‧‧輸出

V_OUT‧‧‧輸出電壓

100‧‧‧依據本發明特性供應電源至一負載之系統

102‧‧‧輸入

104‧‧‧組合輸出

110‧‧‧主電源

112、132‧‧‧電源輸入

114、134‧‧‧電流感測輸出

116、136‧‧‧電源輸出

118、138‧‧‧內部單穩態驅動器

122、142‧‧‧內部單穩態延遲裝置

124、144‧‧‧內部單穩態輸出

130‧‧‧從電源

131‧‧‧延遲機構

160‧‧‧相位偵測器

180‧‧‧反向器

Claims (28)

1. 一種將功率供應至一負載之系統，該系統包含：a.一第一及第二電源，各具有一控制系統；b.一用於偵測該第一電源之關閉事件及隨後觸動該第二電源之開啟事件之裝置，該裝置包含一用於直接將一第一信號供應至該第一電源之一開關及該第二電源之該控制系統之裝置；及c.一回授機構，配置以監視該第二電源的一切換狀態並根據該切換狀態而連續調整該第二電源之一工作循環，其中該回授機構更配置以在該第二電源中的一殘餘電源供應器電流是實質等於零的時候觸動該第二電源中的一關閉事件，其中該第一及第二電源具有類似雜訊特性。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一電源具有一包含一頻率及一工作循環之一切換波形，其中該工作循環係藉由一第一回授系統而採用包含與該系統所供應之該功率成正比之信號之輸入來調變，且其中該頻率係藉由一第二回授系統而採用包含與該第一電源中出現的一電源供應器電流成正比之一信號之輸入來調變。
3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該第二回授系統包含一用於偵測缺乏該第一電源中之該電源供應器電流且隨後發送該第一電源之該控制系統之信號來觸動該第一電源之關閉事件之裝置。
4. 如申請專利範圍第3項之系統，其中該控制系統的該隨後發送信號包含可延遲該信號發送以利用該第一電源中該電源供應器電流的已知振盪行為使該電流於該第一電源之關閉事件時具有一最大絕對振幅之裝置。
5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第二電源具有一包含一頻率及一工作循環之一切換波形，其中該頻率係藉由觸動該第二電源之一開啟事件來決定，且其中該工作循環係藉由一第三回授系統而採用包含一與出現於該第二電源中之一電源供應器電流成正比之信號、一與該系統所供應之該功率成正比之信號及一預期切換事件之輸入來調變。
6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該預期切換事件係藉由該第一電源之該關閉事件所間接觸動。
7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該第三回授系統被配置以決定該 預期切換事件及該第二電源中該電源供應器電流間的一差別，其中該控制系統係使用表示該差別之一信號來連續調整該第二電源之該工作循環。
8. 一種將電源供應至一負載之系統，該系統包含：a.一第一及第二電源，各具有一控制系統；及b.一用於偵測該第一電源之一關閉事件及隨後觸動該第二電源之一開啟事件之裝置，其中該用於偵測裝置包含用於將一第一信號直接供應至該第一電源之一開關及該第一電源與該第二電源之間耦合的一振盪器電路之裝置，該振盪器電路負責供應一控制信號至該第二電源之該控制系統，其中該振盪器電路包括一電壓控制振盪器，該電壓控制振盪器配置以從該第一電源接收該第一信號並產生該控制信號，以使得該控制信號的一頻率等於該第一信號的一頻率；其中該第一及第二電源具有類似雜訊特性。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該控制信號具有一波形，該波形具有與該第一電源之一波形實質相同之頻率，亦與該第一電源實質180度相位差，及具有實質50%之一工作循環。
10. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該第一電源具有一切換波形，該切換波形包含一頻率及一工作循環，其中該工作循環是由一第一回授系統採用包含一與該系統所供應之該功率成正比之信號之輸入來調變，另外其中該頻率是由一第二回授系統採用包含與該第一電源中之一電源供應器電流成正比之一信號之輸入來決定。
11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該第二回授系統包含可偵測缺少該第一電源中該電源供應器電流及隨後發送該第一電源之該控制系統之信號來觸動第一電源之關閉事件之裝置。
12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該控制系統隨後發送信號包含可延遲該發送信號以利用該第一電源中之該電源供應器電流的已知振盪行為使該電流於該第一電源之關閉事件時具有一最大絕對振幅之裝置。
13. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該第二電源具有一包含一頻率及一工作循環的切換波形，其中該頻率係藉由觸動該第二電源之一開啟事件來決定，另外其中該工作循環係藉由一第三回授系統採用一包含與出 現於該第二電源中之一電源供應器電流成正比之信號、一與該系統所供應之該功率成正比之信號及一預期切換事件之輸入來調變。
14. 如申請專利範圍第13項之系統，其中該預期切換事件是由該第一電源之該關閉事件所間接觸動。
15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該第三回授系統配置以決定該預期切換事件及該第二電源中之一電源供應器電流的一差別，其中該控制系統使用表示該差別的一信號來連續調整該第二電源之該工作循環。
16. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該第三回授系統更包含可防止切換發生於當該第二電源供應器中的該電源供應器電流大於零時的裝置。
17. 一種可提供功率之因子修正至一電源供應器之系統，該系統包含：a.第一及第二電源，其中該第一及第二電源之各電源具有該各電源所供應之該功率及該各電源之該切換頻率之間類似關係，且其中該第一及第二電源之各電源在電源輸出中具有類似的特性雜訊；b.偵測該第一電源中一關閉事件及隨後產生有一第一頻率之一第一信號來觸動該第二電源中一開啟事件之裝置；c.根據該第二電源之出現的特性而調變該第二電源之該工作循環的裝置；及d.一振盪器電路，包括一電壓控制振盪器，該電壓控制振盪器配置以接收該第一信號並產生具有一第二頻率之一控制信號，以觸動該第二電源中的該開啟事件，其中該第一頻率等於該二頻率。
18. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該偵測裝置包含直接供應該第一信號至該第一電源之一開關及該振盪器電路之裝置。
19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第一電源具有一切換波形，該切換波形包含一頻率及一工作循環，其中該工作循環係藉由一第一回授系統而採用包含與該系統所供應之該功率成正比之信號之輸入來調變，且其中該頻率係藉由一第二回授系統而採用包含與該第一電源中出現的一電源供應器電流成正比之一信號之輸入來調變。
20. 如申請專利範圍第19項之系統，其中該第二回授系統包含可偵測缺乏該第一電源中之該電源供應器電流且隨後發送該第一電源之該控制系 統之信號來觸動該第一電源之關閉事件之裝置。
21. 如申請專利範圍第20項之系統，其中該控制系統隨後發送信號包含可延遲該信號發送以利用該第一電源中該電源供應器電流的已知振盪行為使該電流於該第一電源之關閉事件時具有一最大絕對振幅之裝置。
22. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第二電源具有一切換波形，該切換波形包含一頻率及一工作循環，其中該頻率係藉由觸動該第二電源中一開啟事件來決定，且用於調變該第二電源之該工作循環之裝置係為一第三回授系統，第三回授系統採用包含一與出現於該第二電源中之一電源供應器電流成正比之信號、一與該系統所供應之該功率成正比之信號及一預期切換事件之輸入。
23. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該預期切換事件係藉由該第一電源中該關閉事件間接觸動。
24. 如申請專利範圍第23項之系統，其中該第三回授系統配置以決定該預期切換事件及該第二電源中一電源供應器電流之間的一差別，其中該控制系統使用表示該差別之一信號來連續調變該第二電源之該工作循環。
25. 如申請專利範圍第24項之系統，其中該控制系統包括之一波形具有與該第一電源之一波形實質相同之頻率，與該第一電源實質180度相位差，及具有實質50%之一工作循環。
26. 如申請專利範圍第24項之系統，其中該第三回授系統更包含防止切換發生於當該第二電源中的該電源供應器電流大於零時的裝置。
27. 一種可提供功率之因子修正至一電源供應器之方法，該方法包含：a.耦合一第一及一第二電源，使得兩電源可從該相同來源接收功率及輸出功率至該相同負載；其中該第一電源具有一第一切換週期，且該第二電源具有一第二切換週期；b.以一自我共振方式配置該第一電源，以使得該第一電源決定該第一切換週期的一切換頻率；c.當該第一電源關閉時配置該第二電源為開啟，藉此該第二電源之該第二切換週期具有約等於該第一電源之切換頻率之一切換頻率；及d.調變該第二電源之一工作循環，以使得該第二電源之一關閉事件發生 於該第二電源中一電源供應器電流實質等於零的時候。
28. 一種可提供功率因子修正至一電源供應器之方法，該方法包含：a.耦合一第一及一第二電源，使得兩電源可從該相同來源接收功率及輸出功率至該相同負載；其中兩電源均具有一切換週期；b.以一自我共振方式配置該第一電源，使其決定其自我切換週期之切換頻率；c.配置一本地振盪器，以在等於該第一電源之切換頻率之一頻率且更與該第一電源之切換頻率同相校準之一頻率來製造具有約50%之波形；d.配置該第二電源，以該本地振盪器所製造之該波形約180度相位差之一切換頻率來操作，藉此該第二電源之切換週期具有一約等於該第一電源之切換頻率及與該第一電源之切換頻率180度相位差之一切換頻率；及e.調變該第二電源之工作循環，使該第二電源之關閉事件發生於相對存在於該第二電源之一電流之一最佳時間。