TWI437803B - 電源供應器及其控制方法 - Google Patents

電源供應器及其控制方法 Download PDF

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Description

電源供應器及其控制方法
本發明係有關一種電源供應器，特別是關於一種改善電源供應器在輕載或無載時的電力損耗的電路及方法。
大部分消費性3C產品皆需電源供應器(Power Supply Unit,PSU)提供電源或對其內部的電池充電，諸如整流器(Adapter)、充電器(Charger)之類等等。這類電源供應器在無載或電池已經充飽時，因內部電路還持續動作所以仍有電力消耗，若未將其斷電，長時間累積起來的電力損失也相當可觀。
參照圖1，在習知的電源供應器中，切換式電源轉換器10受控制器12控制，將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout提供給負載。在輕載或無載時，為了降低電力消耗，電源供應器進入脈衝模式(Burst Mode)，在有足夠的輸出電壓Vout時，讓功率開關Qsw跳過幾個週期不切換，並降低控制器12內部的操作電流，因而降低控制器12與切換式電源轉換器10的總和損失。此外，在二次側，採用電流轉換比(Current Transfer Ratio;CTR)較高的光耦合器14以較小的順偏電流If得到相同大小的回授電流Ic，穩壓電路16也採用較小操作電流的穩壓器17，如TLV431，這樣在固定輸出電壓Vout的操作模式下，降低了回授網路的操作電流，也就降低了整個回授網路的損耗。但採用高電流轉換比的光耦合器14需要搭配低操作電流的穩壓器17，這樣的作法除了零件的單價較高之外，光耦合器14在較小的順偏電流If下的穩定性也是問題之一。
本發明的目的之一，在於提出一種改善電源供應器在輕載或無載時的電力損耗的電路及方法。
根據本發明，一種電源供應器包含切換式電源轉換器因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流，負載偵測器偵測負載狀態以產生第一信號，電壓偵測器偵測該輸出電壓，與參考電壓比較產生第二信號，以及禁能電路根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以停止切換該功率開關。
根據本發明，一種電源供應器的控制方法包含因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流，偵測負載狀態以產生第一信號，偵測該輸出電壓，與參考電壓比較以產生第二信號，以及根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以停止切換該功率開關。
圖2係根據本發明的系統方塊圖，圖3係圖2中的電源供應器在進入低載後其輸出電壓Vout的波形圖。圖2中的切換式電源轉換器22也是藉控制信號Sc切換功率開關而將輸入電壓Vin轉換成適當的輸出電壓Vout及輸出電流Iout供應負載，但為了改善輕載或無載時的電力損耗，本發明係透過負載偵測器18和電壓偵測器20對切換式電源轉換器22偵測而分別產生信號S1及S2給禁能電路24，其根據負載偵測器18偵測到的負載狀況及輸出電壓Vout的狀況產生信號Sd給控制器26以調整切換式電源轉換器22中的功率開關的動作。負載偵測器18係用以判斷負載是否低於預設值，其具有多種可實施的方式，以隔離式的電壓轉換器為例，負載偵測器18可利用一次側的繞組電壓、流經功率開關的電流、二次側的繞組電壓、輸出電流Iout或輔助線圈繞組…等來偵測負載狀況，產生信號S1給禁能電路24。電壓偵測器20係用以偵測輸出電壓Vout，與參考電壓Vref比較產生信號S2給禁能電路24。在正常負載時，跟習知技術一樣，切換式電源轉換器22產生穩定的輸出電壓Vout。當負載偵測器18偵測到負載低於某預設值時，禁能電路24因應信號S1產生信號Sd通知控制器26停止切換切換式電源轉換器22中的功率開關，於是電源供應器進入節能狀態，輸出電壓Vout會從V1持續下降，如圖3中所示，直到電壓偵測器20偵測到輸出電壓Vout下降到參考電壓Vref時，產生信號S2，禁能電路24因應信 號S2改變信號Sd通知控制器26恢復控制信號Sc，重新啟動切換式電源轉換器22，使輸出電壓Vout回復到V1，並維持一段時間T1，之後，禁能電路24的信號Sd再次控制控制器26停止操作切換式電源轉換器22，如此反覆運作。本發明利用上述的運作模式，不需搭配價格較高的零件，同時避免不穩定的疑慮，在降低電力損耗之下，同時兼具成本效益，增加產品競爭力。
圖4係電路的第一實施例，使用隔離式電壓轉換器22，光耦合器14回傳二次側的狀態給一次側的控制器26。負載偵測器18偵測二次側的輸出電流Iout產生信號S1，電壓偵測器20偵測輸出電壓Vout與參考電壓Vref比較產生信號S2，禁能電路24耦接負載偵測器18及電壓偵測器20，因應信號S1及S2產生信號Sd，經由另一光耦合器28轉換為信號S3給控制器26。本實施例中的負載偵測器18包含積分器對輸出電流Iout進行積分操作，若有足夠的負載便會產生信號S1重設禁能電路24中的計時器30。在負載過低時，當計時器30達到參考時間，禁能電路24觸發信號Sd，因此控制器26停止切換功率開關Qsw，降低工作電流量，以達到降低電力損耗的目的。在此狀態下，輸出電壓Vout會因為功率開關Qsw的停止切換而慢慢下降，電壓偵測器20比較輸出電壓Vout與參考電壓Vref，當輸出電壓Vout下降到小於參考電壓 Vref時，產生信號S2重設禁能電路24中的計時器30，於是關閉信號Sd，控制器26便恢復控制信號Sc重新切換功率開關Qsw，因此輸出電壓Vout會回復到V1，當計時器30經過參考時間T1後，禁能電路24又觸發信號Sd，因此功率開關Qsw再次停止切換。
圖5係電路的第二實施例。本實施例與圖4相似，但是禁能電路24產生的信號Sd改由回授網路中的光耦合器14轉換為信號S3給控制器26。當負載為輕載或無載時，禁能電路24產生的信號Sd會導通電晶體Q1，使光耦合器14流過大量的電流If，控制器26從光耦合器14得到信號S3，作出切換式電源轉換器22轉換過多能量的判斷，因而停止切換功率開關Qsw，於是輸出電壓Vout緩慢下降，當輸出電壓Vout降到小於參考電壓Vref時，信號Sd關閉，因此電晶體Q1關閉，回授網路與控制器26回復正常操作，輸出電壓Vout回復到V1，並啟動計時器30計時，經過長度為T1的時間後，再次停止切換功率開關Qsw。
圖6係電路的第三實施例。由於控制器26會在負載下降時因應回授網路的回授信號縮短功率開關Qsw的導通時間，代表控制信號Sc位於高電壓準位的時間也會縮短，利用此原理，本實施例的負載偵測器18由一次側偵測控制信號Sc以判斷負載的情況，產生的S1傳至同樣位於一次側的禁能電路24。但是電壓偵測器20依舊位於二次側偵測輸出電壓Vout，於電壓偵測 器20與禁能電路24之間耦接光耦合器32，將電壓偵測器20產生的信號S2轉換為信號S4給禁能電路24。禁能電路24將根據信號S1及信號S4決定信號Sd，進而決定控制器26與功率開關Qsw的工作模式。
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熟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，本發明的技術思想由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧切換式電源轉換器
12‧‧‧控制器
14．．．光耦合器
16．．．穩壓電路
17．．．穩壓器
18．．．負載偵測器
20．．．電壓偵測器
22．．．切換式電源轉換器
24．．．禁能電路
26．．．控制器
28．．．光耦合器
30．．．計時器
32．．．光耦合器
圖1係習知的電源供應器的電路圖；圖2係根據本發明的系統方塊圖；圖3係圖2中的電源供應器在進入低載後其輸出電壓的波形圖；圖4係根據本發明的電路的第一實施例；圖5係根據本發明的電路的第二實施例；以及圖6係根據本發明的電路的第三實施例。
18．．．負載偵測器
20．．．電壓偵測器
22．．．切換式電源轉換器
24．．．禁能電路
26．．．控制器

Claims (14)

  1. 一種電源供應器，包含：切換式電源轉換器，因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流；控制器，耦接該切換式電源轉換器，以供應該控制信號；負載偵測器，耦接該切換式電源轉換器或控制器，偵測負載狀態以產生第一信號；電壓偵測器，耦接該切換式電源轉換器，偵測該輸出電壓，與參考電壓比較產生第二信號；以及禁能電路，耦接該負載偵測器、該電壓偵測器與該控制器，根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以控制該控制器停止切換該功率開關。
  2. 如請求項1之電源供應器，其中該禁能電路包含計時器耦接該負載偵測器及該電壓偵測器，受該第一信號或該第二信號重設，若達到參考時間還未被重設，則觸發該第三信號控制該控制器停止切換該功率開關。
  3. 如請求項1之電源供應器，其中該切換式電源轉換器為隔離式電壓轉換器。
  4. 如請求項3之電源供應器，更包含光耦合器耦接於該禁能電路及該控制器之間，將該第三信號轉換為第四信號給該控制器。
  5. 如請求項3之電源供應器，更包含光耦合器耦接於該電壓偵測器與該禁能電路之間，將該第二信號轉換為第四信號給該禁能電路。
  6. 如請求項1之電源供應器，其中該負載偵測器包含積分器對該輸出電流或控制信號積分以決定該第一信號。
  7. 如請求項1之電源供應器，其中該負載偵測器偵測該輸出電流以判斷負載是否低於預設值。
  8. 如請求項1之電源供應器，其中該負載偵測器偵測該控制信號以判斷負載是否低於預設值。
  9. 如請求項1之電源供應器，其中該負載偵測器偵測流經該功率開關的電流以判斷負載是否低於預設值。
  10. 一種電源供應器的控制方法，包含下列步驟：(A)因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流；(B)偵測負載狀態以產生第一信號；(C)偵測該輸出電壓，與參考電壓比較以產生第二信號；以及(D)根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以停止切換該功率開關。
  11. 如請求項10之控制方法，其中該步驟B包含偵測該輸出電流以判斷負載是否低於預定值。
  12. 如請求項10之控制方法，其中該步驟B包含偵測該控制信號以判斷負載是否低於預定值。
  13. 如請求項10之控制方法，其中該步驟B包含偵測流經該功率開關的電流以判斷負載是否低於預設值。
  14. 如請求項10之控制方法，其中該步驟D包含下列步驟：由該第一信號或該第二信號重設計時器；以及在該計時器達到參考時間時觸發該第三信號。
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