TWI496387B - 切換式電源供應器及其控制電路與控制方法 - Google Patents

切換式電源供應器及其控制電路與控制方法 Download PDF

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Description

切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
本發明係有關一種切換式電源供應器及其控制電路與控制方法，特別是指一種抑制補償訊號中波谷附近雜訊的切換式電源供應器及其控制電路與控制方法。
第1A圖顯示典型的降壓型切換式電源供應器1的電路示意圖。如第1A圖所示，降壓型切換式電源供應器1包含功率級11以及控制電路13。功率級11根據驅動訊號，切換功率級11中的開關Q，以將輸入電壓Vin專換為輸出電壓Vout。驅動訊號由控制電路13根據回授訊號FB產生。請參閱第1B圖，顯示控制電路13包括緩衝電路131、誤差放大電路133與比較器135。誤差放大電路133比較回授訊號FB與參考訊號Vref，並根據比較結果，產生補償訊號Vc。其中，回授訊號FB係由串聯於輸出電壓Vout與接地電位之間的電阻R1與R2中，取電阻R2上的分壓而得，如第1A圖所示。比較器135比較補償訊號Vc與相關於功率級11中之電感電流的電流感測訊號CS，並根據比較結果產生脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號。PWM訊號經過緩衝電路131後，轉換為驅動訊號，以操作功率開關Q。並且，功率級11可為同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型或升反壓型功率轉換電路，如第2A-2J圖所示。
以第1A圖所示的降壓型切換式電源供應器1為例，請參閱第1C圖，當輸入電壓Vin是來自於整流後的交流訊號時，其理想波形應為圖中最上方所示的半弦波，但實際訊號將如圖 中第二個波形所示，輸入電壓Vin的最低點不低於輸出電壓Vout。因此，對應的電感電流IL與補償訊號Vc的波形將如圖中第三、四個波形所示。當輸入電壓Vin不大於輸出電壓Vout時，因為回授訊號FB或電流感測訊號CS非常低或為零，會使誤差放大電路133反向放大，而使補償訊號Vc產生扭曲失真，於補償訊號Vc波谷附近產生雜訊(如圖所示，這將造成圓形虛線所示意之雜訊)，進而影響功率因子(power factor,PF)與總體諧波失真(total harmonic distortion,THD)。
另外，在三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)應用於發光二極體電路時，於TRIAC啟動時所造成的雜訊，亦會在補償訊號Vc的波谷附近產生雜訊。又如，在變頻升壓型切換式電源供應器中，須限制訊號的頻率，當頻率很高時，會造成電感電流無法下降，因此，需要補償訊號Vc適時重置。其他類型的功率轉換電路，也往往於補償訊號Vc波谷附近產生雜訊，或是需要週期性對補償訊號Vc作出調整。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種切換式電源供應器及其控制電路與控制方法，可對補償訊號Vc作出調整，以抑制補償訊號中波谷附近雜訊而改善切換式電源供應器的PF與THD。
本發明目的之一在提供一種切換式電源供應器。
本發明另一目的在提供一種切換式電源供應器之控制電路。
本發明另一目的在提供一種切換式電源供應器之控制方法。
為達上述之目的，就其中一觀點言，本發明提供了一種切換式電源供應器，用以將輸入電壓轉換為輸出電壓，所述切換式電源供應器包含：一功率級，根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓；一驅動電路，根據該回授訊號產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號；以及一補償電路，與該驅動電路耦接，根據該輸入電壓，調整該補償訊號，其中當該輸入電壓等於或低於一預定位準時，該補償電路使補償訊號穩定於一預設值。
就另一觀點，本發明也提供了一種切換式電源供應器之控制電路，用以控制一功率級以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，所述控制電路包含：一驅動電路，根據相關於該輸出電壓之回授訊號而產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號，以控制該功率級；以及一補償電路，與該驅動電路耦接，根據該輸入電壓，調整該補償訊號，其中當該輸入電壓等於或低於一預定位準時，該補償電路使補償訊號穩定於一預設值。
在其中一種實施型態中，該補償電路宜包括：一電位偵測電路，用以偵測該輸入電壓的電位，產生一偵測訊號；一穩壓電路，用以提供一電壓位準；以及一導通控制電路，耦接於該補償訊號與該穩壓電路所提供的電壓位準之間，當該偵測訊號顯示該輸入電壓的電位等於或低於該預定位準時，該導通控制電路導通，以使該補償訊號的位準被該穩壓電路所提供的位準所控制。
在一種較佳實施型態中，該電位偵測電路可包括一分壓電路，耦接於該輸入電壓與接地電位之間；該穩壓電路可包括一電容；該導通控制電路可包括一二極體，其順向端耦接 於該補償訊號，逆向端耦接於該電位偵測電路和該穩壓電路。
就又另一觀點，本發明也提供了一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一驅動訊號，控制一功率級以將輸入電壓轉換為輸出電壓；根據一相關於該輸出電壓之回授訊號產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號；以及根據該輸入電壓，調整該補償訊號，其中當該輸入電壓等於或低於一預定位準時，該補償電路使補償訊號穩定於一預設值。
在其中一種實施型態中，該調整該補償訊號之步驟宜包括：偵測該輸入電壓；以及當該輸入電壓等於或低於一預定位準時，使該補償訊號的位準受控於一穩定電位。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第3圖，顯示本發明的一個實施例。本實施例顯示利用本發明的一種應用架構，如第3圖所示，切換式電源供應器2包含功率級21與控制電路23。其中，功率級21根據驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。控制電路23根據相關於輸出電壓Vout之回授訊號而產生驅動訊號。與先前技術不同的是，本實施例中控制電路23除了根據回授訊號來產生驅動訊號之外，並根據輸入電壓Vin來調整補償訊號Vc，以解決先前技術的問題。控制電路23包括驅動電路231與補償電路233。驅動電路231根據回授訊號，產生補償訊號Vc，並進而根據補償訊號Vc產生驅動訊號，其產生方式舉例而言可參閱第1B圖但不限於第1B圖的電路，例如第1B圖電路中的電流感測訊號 CS可改換為其他形式的鋸齒波訊號。補償電路233與驅動電路231耦接，根據輸入電壓Vin，調整補償訊號Vc，其中當輸入電壓Vin等於或低於一預定位準時，補償電路233使補償訊號Vc穩定於一預設值。
請參閱第4圖，顯示本發明補償電路233的實施例。補償電路233中包含電位偵測電路2332、導通控制電路2334、穩壓電路2336。電位偵測電路2332偵測輸入電壓Vin的電位，產生偵測訊號。當電位偵測電路2332偵測到輸入電壓Vin等於(或低於)預定位準(例如波谷或其附近值)時，偵測訊號使導通控制電路2334導通，而補償訊號Vc便連接到穩壓電路2336，使補償訊號的位準被調整到穩壓電路2336所控制的位準。如第5圖所示，這使得補償訊號Vc的波谷可以穩定於穩壓電路2336所控制的位準而不致如先前技術般具有雜訊，且也有將補償訊號Vc適時重置於已知值的作用。又，當輸入電壓Vin高於預定位準時，則導通控制電路2334不導通，而補償訊號Vc則不受穩壓電路2336所控制。
請參閱第6圖，顯示本發明的一個較具體的實施例。如圖所示，切換式電源供應器3包含功率級31與控制電路33。其中，功率級31例如但不限於為降壓型功率轉換電路，使得切換式電源供應器3為一種降壓型切換式電源供應器，其根據驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。功率級31例如亦可為第2A-2J圖所示之其他型式的功率轉換電路。在本實施例中，控制電路33主要包括驅動電路331與補償電路333。(圖中亦繪示其他電阻和電容元件，目的僅為例示較佳的實施方式，但就本發明的主要目的而言，這些電阻和電容元件並非必要。)驅動電路331根 據回授訊號FB(例如但不限於如圖所示輸出電壓Vout之分壓)，產生補償訊號Vc，並進而根據補償訊號Vc產生驅動訊號。補償電路333根據輸入電壓Vin，調整補償訊號Vc。如圖所示，補償電路333例如但不限於包括由兩串連電阻R3與R4耦接於輸入電壓Vin與接地電位之間所組成的分壓電路，具有電位偵測的功能；二極體D1，具有導通控制的功能；以及電容C3，具有穩壓的功能。當輸入電壓Vin下降至一預定位準，使電阻R3與R4之間的分壓點VD電位加上二極體D1的跨壓等於或低於補償訊號Vc當時的電壓時，二極體D1導通，於是補償訊號Vc便對電容C3充電，以重置補償訊號Vc或釋放補償訊號Vc過高的電壓，將補償訊號Vc穩定於電容C3所控制的位準(電容C3的電壓加上二極體D1的跨壓)；如此，就可消除補償訊號Vc波谷附近的雜訊，且也有將補償訊號Vc適時重置的作用。又，當輸入電壓Vin高於預定位準時，則二極體D1不導通，而補償訊號Vc便不受電容C3所控制。
以上第6圖所示的電路僅為其中一種實施方式，其中的元件可以做各種等效改變，例如電阻R3與R4所組成的分壓電路可代換為其他能夠偵測輸入電壓Vin之電位的電路；二極體D1例如可代換為其他型式的二極體；電容C3例如可代換為一個具有電流吸收能力(current sinking capability)的固定電壓節點。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例 如放大器與比較電路的輸入端正負可以互換，僅需對應修正電路的訊號處理方式即可。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
1,2,3‧‧‧切換式電源供應器
11,21,31‧‧‧功率級
13,23,33‧‧‧控制電路
131‧‧‧緩衝電路
133‧‧‧誤差放大電路
135‧‧‧比較器
231,331‧‧‧驅動電路
233,333‧‧‧補償電路
2332‧‧‧電位偵測電路
2334‧‧‧導通控制電路
2336‧‧‧穩壓電路
CS‧‧‧電流感測訊號
C3‧‧‧電容
D1‧‧‧二極體
GND‧‧‧接地電位
FB‧‧‧回授訊號
IL‧‧‧電感電流
R1,R2,R3,R4‧‧‧電阻
Q‧‧‧開關
Vc‧‧‧補償訊號
VD‧‧‧分壓點
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧參考訊號
第1A圖顯示典型的降壓型切換式電源供應器1的電路示意圖。
第1B圖舉例示出顯示控制電路13的電路示意圖。
第1C圖示出第1A圖中各訊號的波形。
第2A-2J圖示出同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型轉換電路。
第3圖顯示本發明的一個實施例。
第4圖顯示本發明補償電路的一個實施例。
第5圖示出本發明的補償訊號Vc具有較佳的波形。
第6圖顯示本發明的一個較具體的實施例。
2‧‧‧切換式電源供應器
21‧‧‧功率級
23‧‧‧控制電路
231‧‧‧驅動電路
233‧‧‧補償電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓

Claims (12)

  1. 一種切換式電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，所述切換式電源供應器包含：一功率級，根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一驅動電路，根據一回授訊號產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號；以及一補償電路，與該驅動電路耦接，用以於該輸入電壓等於或低於一預定位準時，將該補償訊號穩定於一電壓位準；其中該輸入電壓係一半弦波訊號，且該補償電路用以使該補償訊號的波谷穩定於該電壓位準而不致具有雜訊，且當該輸入電壓高於該預定位準時，該補償訊號不受該補償電路所控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該補償電路包括：一電位偵測電路，用以偵測該輸入電壓的電位，產生一偵測訊號；一穩壓電路，用以提供該電壓位準；以及一導通控制電路，耦接於該補償訊號與該穩壓電路所提供的該電壓位準之間，當該偵測訊號顯示該輸入電壓的電位等於或低於該預定位準時，該導通控制電路導通，以使該補償訊號的位準被重置於該電壓位準。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之切換式電源供應器，其中該電位偵測電路包括一分壓電路，耦接於該輸入電壓與接地電位之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之切換式電源供應器，其中該 穩壓電路包括一電容。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之切換式電源供應器，其中該導通控制電路包括一二極體，其順向端耦接於該補償訊號，逆向端耦接於該電位偵測電路和該穩壓電路。
  6. 一種切換式電源供應器之控制電路，用以控制一功率級以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，所述控制電路包含：一驅動電路，根據相關於該輸出電壓之一回授訊號而產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號，以控制該功率級；以及一補償電路，與該驅動電路耦接，用以於該輸入電壓等於或低於一預定位準時，將該補償訊號穩定於一電壓位準；其中該輸入電壓係一半弦波訊號，且該補償電路用以使該補償訊號的波谷穩定於該電壓位準而不致具有雜訊，且當該輸入電壓高於該預定位準時，該補償訊號不受該補償電路所控制。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該補償電路包括：一電位偵測電路，用以偵測該輸入電壓的電位，產生一偵測訊號；一穩壓電路，用以提供該電壓位準；以及一導通控制電路，耦接於該補償訊號與該穩壓電路所提供的該電壓位準之間，當該偵測訊號顯示該輸入電壓的電位等於或低於該預定位準時，該導通控制電路導通，以使該補償訊號的位準被重置於該電壓位準。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器之控制電 路，其中該電位偵測電路包括一分壓電路，耦接於該輸入電壓與接地電位之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該穩壓電路包括一電容。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該導通控制電路包括一二極體，其順向端耦接於該補償訊號，逆向端耦接於該電位偵測電路和該穩壓電路。
  11. 一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一驅動訊號，控制一功率級以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；根據一相關於該輸出電壓之一回授訊號產生一補償訊號，並進而根據該補償訊號產生該驅動訊號；以及當該輸入電壓等於或低於一預定位準時，該補償訊號穩定於一電壓位準；其中該輸入電壓係一半弦波訊號，且該補償訊號的波谷穩定於該電壓位準而不致具有雜訊，且當該輸入電壓高於該預定位準時，該補償訊號不受該輸入電壓所控制。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之切換式電源供應器之控制方法，其中該調整該補償訊號之步驟，包括：偵測該輸入電壓；以及當該輸入電壓等於或低於該預定位準時，使該補償訊號的位準重置並穩定於該電壓位準。
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