TWI489243B - Ｐｆｃ轉換器的電源管理ｉｃ、控制方法以及訊號峰值偵測器及方法 - Google Patents

Description

PFC轉換器的電源管理IC、控制方法以及訊號峰值偵測器及方法

本發明係有關一種功率因數校正(Power Factor Correction；PFC)轉換器的電源管理積體電路(Integrated Circuit；IC)，特別是關於一種減少腳位數量的電源管理IC及其控制方法。

PFC轉換器通常需要取得輸入電壓的交流資訊或直流資訊以達成各種應用，例如美國專利第7,489,532號揭露一種取得輸入電壓的交流資訊的電源轉換器。圖1顯示傳統PFC轉換器的電源管理IC 2，其可以取得輸入電壓的交流資訊及直流資訊。在圖1中，交流電壓Vac經由橋式整流器4整流後得到輸入電壓Vin，分壓電路6分壓輸入電壓Vin產生電壓Vd給電源管理IC 2的腳位MULT，電源管理IC 2藉由電壓Vd取得輸入電壓Vin的交流資訊。電源管理IC 2包括訊號峰值偵測器8偵測電壓Vd的峰值以取得輸入電壓Vin的直流資訊。在訊號峰值偵測器8中，由二極體及運算放大器組成的理想二極體10將電壓Vd提供給電容C1，因而產生峰值訊號Vpeak，該峰值訊號Vpeak等於電壓Vd的峰值，轉換電路12根據峰值訊號Vpeak取得輸入電壓Vin的直流資訊，電阻Rff與電容C1並聯，電阻Rff作為放電路徑供電容C1緩慢放電。然而，傳統的偵測直流資訊方法需要大電容C1來穩定峰值訊號Vpeak，但大電容C1無法製作在電源管理IC 2中，因此需要另一腳位VFF來外接電容 C1，也就是說，電源管理IC 2需要二支腳位MULT及VFF來取得輸入電壓Vin的交流資訊及直流資訊。

為了減少腳位數量，某些PFC轉換器放棄輸入電壓Vin的交流資訊而僅取得直流資訊。圖2、圖3及圖4顯示取得輸入電壓Vin的直流資訊的偵測器。圖2顯示習知的方均根偵測器14，其中電阻R3、R4及電容C1組成濾波器用以取得輸入電壓Vin的方均根值Vrms，電源管理IC 2根據該方均根值Vrms取得輸入電壓Vin的直流資訊。圖3顯示另一種訊號峰值偵測器8，其中電阻R3及R4將輸入電壓Vin分壓產生電壓Vd，電壓Vd經二極體D1對電容C1充電產生峰值訊號Vpeak，電源管理IC 2根據峰值訊號Vpeak取得輸入電壓Vin的直流資訊，電阻Rff與電容C1並聯，電阻Rff作為放電路徑供電容C1緩慢放電。在圖3的訊號峰值偵測器8中，二極體D1的順向偏壓將使峰值訊號Vpeak的峰值與輸入電壓Vin的峰值之間產生誤差，為了消除此誤差，可以在二極體D1的陽極及電阻R4之間增加二極體D2，如圖4所示。

本發明的目的之一，在於提出一種應用在功率因數校正轉換器的訊號峰值偵測器及方法。

本發明的目的之一，在於提出一種功率因數校正轉換器的電源管理積體電路及控制方法。

根據本發明，一種功率因數校正轉換器的訊號峰值偵測器及方法在該功率因數校正轉換器的啟動期間偵測該功率 因數校正轉換器的腳位上的回授訊號以產生峰值訊號供該功率因數校正轉換器取得該輸入電壓的直流資訊，其中該回授訊號與該功率因數校正轉換器的輸出電壓相關，在該啟動前或啟動期間，該輸出電壓等於該功率因數校正轉換器的輸入電壓。

根據本發明，一種功率因數校正轉換器的電源管理積體電路及其控制方法在該功率因數校正轉換器的啟動期間，偵測一腳位上的回授訊號以取得該功率因數校正轉換器的輸入電壓的直流資訊，在該啟動期間結束後，根據該腳位上的該回授訊號以穩定該功率因數校正轉換器的輸出電壓，其中該回授訊號與該輸出電壓相關，而且該輸出電壓在該啟動前或啟動期間等於該輸入電壓。

本發明利用單一腳位達成穩定輸出電壓及取得輸入電壓的直流資訊，因而減少腳位數量。

圖5顯示應用本發明電源管理IC 16的PFC轉換器，其中交流電壓Vac經由橋式整流器4整流後得到輸入電壓Vin，電源管理IC 16控制開關M1的切換以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vbus，分壓電路20分壓輸出電壓Vbus產生回授訊號VFB至電源管理IC 16的腳位18，電源管理IC 16根據回授訊號VFB穩定PFC轉換器的輸出電壓Vbus。圖6顯示電源管理IC 16的實施例，其包括峰值訊號偵測器22連接腳位18、回授迴路24連接腳位18以及電源開啟重置(power-on reset)電路26提供重置電源訊號POR給訊號峰值 偵測器22，其中重置電源訊號POR係用以啟動或重新啟動PFC轉換器從電源管理IC 16開啟之後，有一段準備時間稱為啟動(startup)期間，如圖7的時間T1至T3所示，在此啟動期間，開關M1維持關閉(off)狀態，輸出電壓Vbus等於輸入電壓Vin，如圖7的波形40及42所示，峰值訊號偵測器22在啟動期間偵測與輸出電壓Vbus相關的回授訊號VFB的峰值產生與輸入電壓Vin的直流資訊相關的峰值訊號Vpeak，電源管理IC 16在啟動期間結束後，可以根據該峰值訊號Vpeak取得輸入電壓Vin的直流資訊。

在圖6中，峰值訊號偵測器22包括比較器28、上升計數器30、數位類比轉換器32及控制器34，比較器28比較回授訊號VFB及峰值訊號Vpeak，並在回授訊號VFB大於峰值訊號Vpeak時送出上升訊號UP，數位類比轉換器32將上升計數器30所提供的計數值CT轉換為峰值訊號Vpeak，在電源開啟重置電路26送出重置電源訊號POR使PFC轉換器進入啟動期間時，如圖7的波形44及時間T1所示，控制器34因應重置電源訊號POR觸發控制訊號Ctrl給計數器30，使計數器30根據取樣時脈CLK開始對上升訊號UP取樣以調升計數值CT，進而使峰值訊號Vpeak隨回授訊號VFB上升，如圖7的波形42及46以及時間T1至T2所示，取樣時脈CLK的頻率影響峰值訊號偵測器22的操作速度及總偵測時間(T2-T1)。當計數值CT持續一預設時間tp不變時，上升計數器30送出致能訊號EN給控制器34，控制器34因而產生啟動訊號PORD啟動電源管理IC 16以 結束啟動期間，如圖7的波形48及時間T3所示，電源管理IC 16在啟動後開始控制開關M1的切換，進而啟動PFC轉換器。在此實施例中，上升計數器30內建暫存器供儲存計數值CT，故在啟動期間結束後，數位類比轉換器32可以根據上升計數器30所儲存的計數值CT提供峰值訊號Vpeak。在啟動期間結束後，回授迴路24開始偵測回授訊號VFB以產生脈寬調變訊號Spwm以切換開關M1，進而使輸出電壓Vbus穩定在目標值。在圖6中，回授迴路24包括誤差放大器36放大回授訊號VFB及參考電壓Vref之間的差值產生誤差訊號COMP，以及比較器38比較鋸齒波訊號Sramp及誤差訊號COMP產生脈寬調變訊號Spwm。

本發明利用接收回授訊號VFB的腳位18來取得輸入電壓Vin的直流資訊，因此無需增加腳位來偵測輸入電壓Vin的直流資訊，故可以減少電源管理IC 16的腳位數量。

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。

2‧‧‧電源管理IC

4‧‧‧橋式整流器

6‧‧‧分壓電路

8‧‧‧訊號峰值偵測器

10‧‧‧理想二極體

12‧‧‧轉換電路

14‧‧‧方均根偵測器

16‧‧‧電源管理IC

18‧‧‧電源管理IC 16的腳位

20‧‧‧分壓電路

22‧‧‧訊號峰值偵測器

24‧‧‧回授迴路

26‧‧‧電源開啟重置電路

28‧‧‧比較器

30‧‧‧上升計數器

32‧‧‧數位類比轉換器

34‧‧‧控制器

36‧‧‧誤差放大器

38‧‧‧比較器

40‧‧‧輸入電壓Vin

42‧‧‧回授訊號VFB

44‧‧‧重置電源訊號POR

46‧‧‧峰值訊號Vpeak

48‧‧‧啟動訊號PORD

圖1顯示傳統PFC轉換器的電源管理積體電路；圖2顯示習知應用在PFC轉換器且僅取得直流資訊的方均根偵測器； 圖3顯示習知應用在PFC轉換器且僅取得直流資訊的訊號峰值偵測器；圖4顯示習知另一種應用在PFC轉換器且僅取得直流資訊的訊號峰值偵測器；圖5顯示應用本發明電源管理IC的PFC轉換器；圖6係本發明電源管理IC的實施例；以及圖7係圖6中訊號的波形圖。

16‧‧‧電源管理IC

18‧‧‧電源管理IC 16的腳位

22‧‧‧訊號峰值偵測器

24‧‧‧回授迴路

26‧‧‧電源開啟重置電路

28‧‧‧比較器

30‧‧‧上升計數器

32‧‧‧數位類比轉換器

34‧‧‧控制器

36‧‧‧誤差放大器

38‧‧‧比較器

Claims (16)

1. 一種功率因數校正轉換器的電源管理積體電路，該功率因數校正轉換器將輸入電壓轉換為輸出電壓，該輸出電壓在該功率因數校正轉換器的啟動前或啟動期間等於該輸入電壓，該電源管理積體電路包括：腳位，供接收與該輸出電壓相關的回授訊號；回授迴路，連接該腳位，在該啟動期間結束後，根據該回授訊號穩定該輸出電壓；以及訊號峰值偵測器，連接該腳位，在該啟動期間偵測該回授訊號並產生峰值訊號以供取得該輸入電壓的直流資訊。
2. 如請求項1之電源管理積體電路，其中該訊號峰值偵測器包括：比較器，連接該腳位，在該回授訊號大於該峰值訊號時產生上升訊號；上升計數器，連接該比較器，在該啟動期間根據一取樣時脈對該上升訊號取樣以調升其所輸出的計數值；以及數位類比轉換器，連接該上升計數器，根據該計數值產生該峰值訊號。
3. 如請求項2之電源管理積體電路，其中該上升計數器儲存該計數值以在該啟動期間結束後維持該峰值訊號。
4. 如請求項2之電源管理積體電路，更包括控制器連接該上升計數器，在該啟動期間提供控制訊號給該上升計數器，以使該上升計數器對該上升訊號取樣。
5. 如請求項2之電源管理積體電路，更包括控制器連接該上升 計數器，在該計數值持續一預設時間不變時，啟動該功率因數校正轉換器。
6. 一種功率因數校正轉換器的控制方法，該功率因數校正轉換器將輸入電壓轉換為輸出電壓，該輸出電壓在該功率因數校正轉換器的啟動前或啟動期間等於該輸入電壓，該控制方法包括下列步驟：(a)偵測該輸出電壓產生回授訊號；(b)在該啟動期間偵測該回授訊號的峰值以產生峰值訊號；(c)根據該峰值訊號取得該輸入電壓的直流資訊；以及(d)在該啟動期間結束後，根據該回授訊號穩定該輸出電壓。
7. 如請求項6之控制方法，其中該步驟b包括：比較峰值訊號及該回授訊號，在該回授訊號大於該峰值訊號時產生上升訊號；提供計數值；在該啟動期間，根據一取樣時脈對該上升訊號取樣以調升該計數值；以及根據該計數值產生該峰值訊號。
8. 如請求項7之控制方法，更包括儲存該計數值以在該啟動期間結束後維持該峰值訊號。
9. 如請求項7之控制方法，更包括在該計數值持續一預設時間不變時，啟動該功率因數校正轉換器。
10. 一種功率因數校正轉換器的訊號峰值偵測器，該功率因數校正轉換器將輸入電壓轉換為輸出電壓並且具有腳位供接收與該輸出電壓相關的回授訊號以穩定該輸出電壓，該輸出電壓在該功率 因數校正轉換器的啟動前或啟動期間等於該輸入電壓，該訊號峰值偵測器包括：比較器，連接該腳位及該訊號峰值偵測器的輸出端，在該回授訊號大於該輸出端的峰值訊號時產生上升訊號；上升計數器，連接該比較器，在該啟動期間根據一取樣時脈對該上升訊號取樣以調升其所輸出的計數值；以及數位類比轉換器，連接該上升計數器及該訊號峰值偵測器的輸出端，根據該計數值產生該峰值訊號供該功率因數校正轉換器取得該輸入電壓的直流資訊。
11. 如請求項10之訊號峰值偵測器，其中該上升計數器儲存該計數值以在該啟動期間結束後維持該峰值訊號。
12. 如請求項10之訊號峰值偵測器，更包括控制器連接該上升計數器，在該啟動期間提供控制訊號給該上升計數器，以使該上升計數器對該上升訊號取樣。
13. 如請求項10之訊號峰值偵測器，更包括控制器連接該上升計數器，在該計數值持續一預設時間不變時，啟動該功率因數校正轉換器。
14. 一種功率因數校正轉換器的訊號峰值偵測方法，該功率因數校正轉換器將輸入電壓轉換為輸出電壓並且具有腳位供接收與該輸出電壓相關的回授訊號以穩定該輸出電壓，該輸出電壓在該功率因數校正轉換器的啟動前或啟動期間等於該輸入電壓，該訊號峰值偵測方法包括下列步驟：比較峰值訊號及該回授訊號，在該回授訊號大於該峰值訊號時產生上升訊號； 提供計數值；在該啟動期間，根據一取樣時脈對該上升訊號取樣以調升該計數值；以及根據該計數值產生該峰值訊號供該功率因數校正轉換器取得該輸入電壓的直流資訊。
15. 如請求項14之訊號峰值偵測方法，更包括儲存該計數值以在該啟動期間結束後維持該峰值訊號。
16. 如請求項14之訊號峰值偵測方法，更包括在該計數值持續一預設時間不變時，啟動該功率因數校正轉換器。