TWI513159B - 運用低待機功率損耗控制調整式功率轉換器的方法與裝置 - Google Patents

運用低待機功率損耗控制調整式功率轉換器的方法與裝置 Download PDF

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Chou Sheng Wang
Pei Sheng Tsu
Yi Min Hsu
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Description

運用低待機功率損耗控制調整式功率轉換器的方法與裝置 【0001】
本發明係有關於一種調整式功率轉換器，尤其是關於控制調整式功率轉換器之方法與裝置。
 【0002】
一調整式功率轉換器所提供的輸出電壓及輸出電流具有寬廣範圍，例如：5伏特（Volt）至20伏特以及0.5安培（Amp）至5安培。然而，調整式功率轉換器達到低待機功率與較佳的保護，存在很高的困難度。鑒於上述問題，本發明解決上述問題及達成一低待機功率損耗的調整式功率轉換器。
 【0003】
本發明之目的之一是提供一種方法與裝置，其控制一調整式功率轉換器，而具有低待機功率損耗。
【0004】
本發明之控制調整式功率轉換器的方法，其包含產生一可調整參考訊號，以調整功率轉換器的一輸出電壓；依據可調整參考訊號及輸出電壓產生一回授訊號；依據回授訊號產生一切換訊號，切換訊號切換一變壓器以產生輸出電壓；產生一第一電源及一第二電源，第二電源之電壓準位低於第一電源之電壓準位，第一電源及第二電源作為一控制電路的一電源供應，以產生可調整參考訊號與回授訊號。當第一電源之電壓準位低於一門檻時，控制電路將使用第一電源作為其電源供應；當第一電源之電壓準位高於門檻時，控制電路將使用第二電源作為其電源供應。
【0005】
本發明之控制調整式功率轉換器的裝置，其包含一控制電路、一切換控制器及一電源產生器。控制電路產生一可調整參考訊號，以調整功率轉換器的一輸出電壓。控制電路依據可調整參考訊號及輸出電壓產生一回授訊號。切換控制器依據回授訊號產生一切換訊號，切換訊號切換一變壓器，以產生輸出電壓。電源產生器耦接變壓器，以產生一第一電源及一第二電源。第二電源的電壓準位低於第一電源的電壓準位，第一電源及第二電源作為控制電路的一電源供應。當第一電源的電壓準位低於一門檻時，控制電路將使用第一電源作為其電源供應；當第一電源的電壓準位高於門檻時，控制電路將使用第二電源作為其電源供應。
10．．．變壓器
11．．．二極體
12．．．二極體
13．．．電容器
14．．．電容器
15．．．電阻器
16．．．電阻器
18．．．電壓調整裝置
20．．．電晶體
25．．．電阻器
30．．．整流器
35．．．二極體
37．．．電壓調整裝置
40．．．輸出電容器
45．．．電容器
50．．．光耦合器
51．．．電阻器
60．．．光耦合器
61．．．電阻器
70．．．電容器
80．．．微控制器
81．．．暫存器
82．．．暫存器
83．．．暫存器
85．．．記憶體
86．．．電阻器
87．．．電阻器
91．．．數位類比轉換器
92．．．數位類比轉換器
95．．．類比數位轉換器
100．．．控制電路
200．．．電源供應電路
210．．．電晶體
211．．．電阻器
212．．．電阻器
215．．．比較器
216．．．及閘
220．．．運算放大器
221．．．電阻器
222．．．電阻器
225．．．電晶體
227．．．電容器
230．．．回授電路
240．．．誤差放大器
245．．．緩衝器
250．．．保護電路
251．．．反相器
252．．．及閘
253．．．RS正反器
256．．．電阻器
257．．．電阻器
260．．．多工器
265．．．比較器
271．．．電晶體
272．．．電晶體
280．．．計時器
281．．．反相器
282．．．電晶體
283．．．定電流源
285．．．電容器
290．．．比較器
300．．．切換控制器
310．．．電壓偵測電路
315．．．比較器
320．．．電流偵測電路
325．．．放大器
326．．．電阻器
331．．．或閘
335．．．電阻器
336．．．電晶體
337．．．電阻器
338．．．電阻器
350．．．脈寬調變電路
351．．．反相器
360．．．振盪器
365．．．比較器
367．．．比較器
370．．．及閘
375．．．正反器
400．．．調整電路
410．．．電流源
415．．．比較器
420．．．計時器
421．．．反相器
425．．．計時器
426．．．及閘
427．．．反相器
450．．．數位解碼器
460．．．暫存器
465．．．暫存器
470．．．數位類比轉換器
475．．．數位類比轉換器
480．．．加法電路
485．．．加法電路
500．．．脈波位置調變電路
510．．．電晶體
511．．．電阻器
512．．．電流源
520．．．電容器
530．．．比較器
570．．．正反器
580．．．脈波產生電路
600．．．電源電路
610．．．電晶體
611．．．電阻器
612．．．電阻器
615．．．比較器
620．．．運算放大器
621．．．電阻器
622．．．電阻器
625．．．電晶體
627．．．電容器
AVDD ．．．第二調整電源
CK．．．時脈輸入端
CLR．．．輸入訊號
CNT．．．控制訊號
COMM．．．通信介面
COMV．．．電壓回授訊號
CS．．．電流訊號
D．．．輸入端
FB．．．回授訊號
IEA ．．．電流迴路訊號
IFB ．．．電流回授訊號
IJ ．．．電流詷整訊號
IO ．．．輸出電流
IP ．．．切換電流
IRF ．．．參考訊號
NA ．．．輔助繞組
NB ．．．控制匯流排訊號
NM ．．．數位資料
NP ．．．一次側繞組
NS ．．．二次側繞組
OFF．．．禁能訊號
OV．．．過電壓訊號
PLS．．．時脈訊號
PRST．．．重置訊號
PRT．．．保護訊號
PWRST．．．電源啟用重置訊號
Q．．．輸出端
R．．．重置輸入端
REF_I．．．參考訊號
REF_V．．．參考訊號
RMP．．．斜坡訊號
S．．．設定輸入端
SCNT ．．．脈波訊號
SD ．．．資料訊號
SLP．．．斜率訊號
SM ．．．解調訊號
SW ．．．切換訊號
SX ．．．控制訊號
SY ．．．控制訊號
SYNC ．．．同步訊號
TDS ．．．放電時間訊號
TOUT ．．．逾時訊號
VA ．．．第二回授訊號
VB ．．．回授訊號
VCC ．．．第一電源供應電壓
VCC1 ．．．第二電源供應電壓
VDD ．．．第一調整電源
VDD1 ．．．供應電壓
VDD2 ．．．供應電壓
VDD3 ．．．供應電壓
VEA ．．．電壓迴路訊號
VFB ．．．回授訊號
VIN ．．．輸入電壓
VJ ．．．電壓調整訊號
VO ．．．輸出電壓
VO1 ．．．第二電源
VOV ．．．過電壓參考門檻
VRE1 ．．．參考電壓
VRE2 ．．．參考電壓
VREF1 ．．．參考電壓
VREF2 ．．．參考電壓
VRF ．．．參考訊號
VRV ．．．電壓參考訊號
VS ．．．反射訊號
VSEL ．．．電源選擇訊號
VT ．．．門檻
VT1 ．．．門檻
VT2 ．．．門檻
VTH1 ．．．門檻
第一圖：其係本發明調整式功率轉換器之一實施例的電路圖；
第二圖：其係本發明控制電路之一實施例的電路圖；
第三圖：其係本發明電源供應電路之一實施例的電路圖；
第四圖：其係本發明回授電路之一實施例的電路圖；
第五圖：其係本發明保護電路之一實施例的電路圖；
第六圖：其係本發明計時器之一參考電路圖；
第七圖：其係本發明切換控制器之一實施例的電路圖；
第八圖：其係本發明脈寬調變電路之一參考電路圖；
第九圖：其係本發明調整電路之一實施例的電路圖；
第十圖：其係本發明脈波位置調變電路之一實施例的電路圖；
第十一圖：其係本發明電源電路之一實施例的電路圖；及
第十二圖：其係本發明調整式功率轉換器之另一實施例的電路圖。
 【0007】
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
【0008】
請參閱第一圖，其係本發明調整式功率轉換器之一實施例的電路圖。如圖所示，一控制電路（CONTROL CIRCUIT）100從調整式功率轉換器之一輸出端接收一輸出電壓VO ，而偵測輸出電壓VO ，以構成回授迴路。控制電路100產生一回授訊號FB，回授訊號FB經由一第一訊號轉換裝置耦接一切換控制器（PSR）300，以調整輸出電壓VO 。其中，第一訊號轉換裝置可以為一光耦合器50。
【0009】
一電容器70耦接控制電路100，並用於補償一電壓回授迴路，以調整輸出電壓VO 。控制電路100更產生一控制訊號SX ，控制訊號SX 經由一第二訊號轉換裝置控制切換控制器300。其中，第二訊號轉換裝置可以為一光耦合器60。控制訊號SX 用於切換控制器300的調整及用於保護機制。一電阻器51耦接光耦合器50，並從調整式功率轉換器的輸出端接收輸出電壓VO ，電阻器51用於偏壓光耦合器50的操作電流。一電阻器61耦接光耦合器60，並接收調整式功率轉換器的輸出電壓VO ，電阻器61用於限制光耦合器60的電流。控制電路100包含一通信介面COMM，例如：通用序列匯流排電力傳輸（USB-PD）、國際電機電子工程師協會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）之工作群組（1823）所規範之行動裝置之萬用電源適配器（Universal Power Adapter for Mobile Devices，UPAMD）及單線通信（one-wire communication）等等，以與外部裝置進行通信，例如行動電話、平板電腦（Tablet-PC）與筆記型電腦等等。
【0010】
光耦合器50依據回授訊號FB產生耦接於切換控制器300的一回授訊號VB 。光耦合器60依據控制訊號SX 產生耦接於切換控制器300的一控制訊號SY ，控制訊號SY 表示控制訊號SX 。切換控制器300產生一切換訊號SW ，以切換一變壓器10的一一次側繞組NP ，且經由一二次側繞組NS 、一整流器30及一輸出電容器40產生輸出電壓VO 及一輸出電流IO 於變壓器10的二次側，二次側繞組NS 包含兩個繞組。輸出電容器40耦接調整式功率轉換器的輸出端。一次側繞組NP 的一第一端接收一輸入電壓VIN 。一電晶體20耦接一次側繞組NP 的一第二端，而依據切換訊號SW 切換變壓器10。
【0011】
變壓器10的一輔助繞組NA 經由電阻器15與16構成的一分壓電路產生耦接於切換控制器300的一反射訊號VS ，反射訊號VS 相關聯於輸出電壓VO 。一電阻器25耦接於電晶體20及一接地端之間，而感測變壓器10的一切換電流IP ，以產生耦接於切換控制器300的一電流訊號CS。切換控制器300依據回授訊號VB 、控制訊號SY 、反射訊號VS 及電流訊號CS產生切換訊號SW 。控制電路100設置於變壓器10的二次側，切換控制器300設置於變壓器10的一次側。
【0012】
調整式功率轉換器包含一電源產生器，其產生一第一電源及一第二電源VO1 。電源產生器耦接變壓器10的二次側繞組NS ，電源產生器包含整流器30、輸出電容器40、一二極體35及一電容器45。經由整流器30及輸出電容器40所產生的輸出電壓VO 提供第一電源，以供應電源至控制電路100。變壓器10經由二極體35及電容器45產生第二電源VO1 ，以供應電源至控制電路100。
【0013】
二極體35的一陽極耦接二次側繞組NS 。電容器45耦接於接地端及二極體35的一陰極之間。當輸出電壓VO 的電壓準位為低時，控制電路100將使輸出電壓VO 作為其電源供應。然，當輸出電壓VO 變為一高電壓時，控制電路100將切換其電源供應為第二電源VO1 ，以節省電源。如此，輸出電壓VO 為高電壓時，控制電路100將使用第二電源VO1 作為其電源供應。第二電源VO1 的電壓準位低於輸出電壓VO （第一電源）的電壓準位。
【0014】
此外，調整式功率轉換器包含一電壓產生器，其產生一第一電源供應電壓VCC 及一第二電源供應電壓VCC1 。電壓產生器耦接變壓器10的輔助繞組NA ，電壓產生器包含二極體11、12及電容器13、14。變壓器10經由二極體11及電容器13產生第一電源供應電壓VCC ，以供應電源至切換控制器300。二極體11的一陽極耦接變壓器10的輔助繞組NA ，電容器13耦接於接地端及二極體11的一陰極之間。輔助繞組NA 包含兩個繞組。變壓器10經由二極體12及電容器14產生第二電源供應電壓VCC1 ，以供應電源至切換控制器300。二極體12的一陽極耦接輔助繞組NA ，電容器14耦接於接地端及二極體12的一陰極之間。
【0015】
當第一電源供應電壓VCC 的電壓準位為低時，切換控制器300將使第一電源供應電壓VCC 作為其電源供應。當第一電源供應電壓VCC 變為一高電壓時，切換控制器300將切換第二電源供應電壓VCC1 為其電源供應，以節省電源。如此，當第一電源供應電壓VCC 變為高電壓時，切換控制器300將使用第二電源供應電壓VCC1 作為其電源供應。其中，第二電源供應電壓VCC1 的電壓準位低於第一電源供應電壓VCC 的電壓準位。
【0016】
請參閱第二圖，其係本發明控制電路100之一實施例的電路圖。如圖所示，一嵌入式微控制器（MCU）80具有一記憶體85，且記憶體85包含一程式記憶體及一資料記憶體。微控制器80產生一控制訊號CNT及一控制匯流排訊號NB ，控制匯流排訊號NB 為雙向（輸入/輸出）。微控制器80包含用以與主機及/或輸入/輸出裝置通信的通信介面COMM。控制匯流排訊號NB 控制一類比數位轉換器（ADC）95及數位類比轉換器（DAC）91、92。微控制器80經由控制匯流排訊號NB 和暫存器（REG）81與82控制數位類比轉換器91與92。暫存器81與82分別具有參考值，控制匯流排訊號NB 用於設定參考值。
【0017】
控制匯流排訊號NB 亦控制一暫存器（REG）83，其用於產生一電源選擇訊號VSEL 。一電源供應電路（LDO）200接收輸出電壓VO （第一電源）及第二電源VO1 ，而產生一第一調整電源VDD ，以供應電源至控制電路100的電路。電源供應電路200更接收電源選擇訊號VSEL ，以選擇輸出電壓VO （第一電源）或第二電源VO1 ，以產生調整電源VDD 。
【0018】
電阻器86與87構成一分壓電路，並依據輸出電壓VO 產生一回授訊號VFB ，且回授訊號VFB 耦接類比數位轉換器95及一回授電路230。如此，類比數位轉換器95偵測輸出電壓VO ，類比數位轉換器95的一輸出端耦接微控制器80，所以藉由控制匯流排訊號NB ，微控制器80可以從類比數位轉換器95讀取輸出電壓VO 的資訊。
【0019】
微控制器80控制數位類比轉換器91與92的輸出。第一數位類比轉換器91依據第一暫存器81的參考值產生一電壓參考訊號VRV ，以控制輸出電壓VO 。第二數位類比轉換器92依據第二暫存器82的參考值產生一過電壓參考門檻VOV ，以達過電壓保護。因此，數位類比轉換器91與92作為一參考產生電路，而產生電壓參考訊號VRV 及過電壓參考門檻VOV 。電壓參考訊號VRV 及過電壓參考門檻VOV 為可調整參考訊號。微控制器80依據輸出電壓VO 的電壓準位控制過電壓參考門檻VOV 。
【0020】
暫存器81與82依據控制電路100的電源啟用（power-on）而被重置，以提供一初始值。舉例來說，第一暫存器81的初始值用於產生電壓參考訊號VRV 的一最小值，其用於產生一5伏特的輸出電壓VO 。換言之，電壓參考訊號VRV 及過電壓參考門檻VOV 依據功率轉換器的電源啟用而被重置為初始值。回授電路230依據電壓參考訊號VRV 、過電壓參考門檻VOV 、輸出電壓VO 、回授訊號VFB 、控制訊號CNT及控制匯流排訊號NB 而產生一電壓回授訊號COMV、回授訊號FB及控制訊號SX 。回授電路230偵測輸出電壓VO ，並依據回授訊號VFB 及電壓參考訊號VRV 產生回授訊號FB。回授訊號FB藉由光耦合器50（如第一圖所示）從回授電路230轉換至切換控制器300。
【0021】
請參閱第三圖，其係本發明電源供應電路200之一實施例的電路圖。如圖所示，電阻器211及212構成的一分壓電路接收輸出電壓VO （第一電源），且衰減輸出電壓VO 。一比較器215的一正輸入端耦接電阻器211及212的連接點，以接收衰減後的輸出電壓VO 。一參考電壓VREF1 供應至比較器215的一負輸入端，比較器215比較參考電壓VREF1 及衰減後的輸出電壓VO 。比較器215的一輸出端耦接一及閘216的一輸入端，以控制一電晶體210。及閘216的一輸出端耦接電晶體210的一閘極，電晶體210的一源極接收輸出電壓VO ，第二電源VO1 耦接電晶體210的一汲極。
【0022】
比較器215經由分壓電路接收輸出電壓VO （第一電源）。當衰減後的輸出電壓VO 低於參考電壓VREF1 時，比較器215導通電晶體210。電源選擇訊號VSEL 亦耦接及閘216，以控制電晶體210。比較器215具有遲滯而為一遲滯比較器。
【0023】
一電壓調整器包含一運算放大器220、一參考電壓VREF2 、一電晶體225、一電容器227及電阻器221、222，用以產生調整電源VDD 。電晶體225的一源極耦接電晶體210的汲極。電容器227耦接於接地端及電晶體225的一汲極之間，以產生調整電源VDD 。電阻器221的一第一端耦接電容器227，以接收調整電源VDD 。電阻器222耦接於接地端及電阻器221的一第二端之間。運算放大器220的一正輸入端耦接電阻器221及222的連接點，以接收衰減後的調整電源VDD 。參考電壓VREF2 供應至運算放大器220的一負輸入端，運算放大器220的一輸出端耦接電晶體225的一閘極，以控制電晶體225。
【0024】
當電晶體210導通時（第一電源VO 的電壓準位低於一門檻，門檻相關聯於參考電壓VREF1 ），調整電源VDD 由輸出電壓VO 產生。當電晶體210截止時（第一電源VO 的電壓準位高於門檻），調整電源VDD 由第二電源VO1 產生，以節省電源。
【0025】
請參閱第四圖，其係本發明回授電路230之一實施例的電路圖。如圖所示，一誤差放大器240依據回授訊號VFB 與電壓參考訊號VRV 產生電壓回授訊號COMV。回授訊號VFB 耦接誤差放大器240的一負輸入端，電壓參考訊號VRV 傳輸至誤差放大器240的一正輸入端，誤差放大器240的一輸出端輸出電壓回授訊號COMV。因此，誤差放大器240依據輸出電壓VO （如第一圖所示）及電壓參考訊號VRV 產生電壓回授訊號COMV。電壓回授訊號COMV連接電容器70（如第一圖所示），而用於迴路補償。
【0026】
電壓回授訊號COMV更連接一緩衝器（OD）245的一正輸入端，而產生回授訊號FB。緩衝器245的一負輸入端耦接緩衝器245的一輸出端。緩衝器245的輸出為開汲極。一保護電路（PROTECTION）250依據過電壓參考門檻VOV 、輸出電壓VO 、控制訊號CNT及控制匯流排訊號NB 產生控制訊號SX 。
【0027】
請參閱第五圖，其係本發明保護電路250之一實施例的電路圖。如圖所示，由微控制器80（如第二圖所示）輸出的控制訊號CNT經由一反相器251清除一計時器（TIMER）280，其為一監視（watch-dog）計時器。若控制訊號CNT未週期性地被產生，而為邏輯低準位時，計時器280將會產生一逾時（expired）訊號TOUT （邏輯低準位）。逾時訊號TOUT 可以視為一暫停（time-out）訊號。逾時訊號TOUT 及一電源啟用重置（power-on reset）訊號PWRST經由一及閘252耦接一RS正反器253的一重置輸入端R，而重置RS正反器253。微控制器80經由控制匯流排訊號NB 設定RS正反器253，控制匯流排訊號NB 耦接RS正反器253的一設定輸入端S。
【0028】
過電壓參考門檻VOV 及一門檻VT 耦接一多工器（MUX）260，多工器260輸出過電壓參考門檻VOV 或門檻VT ，以作為過電壓保護的一過電壓門檻。因此，多工器260配合第二暫存器82與第二數位類比轉換器92（如第二圖所示）作為產生過電壓門檻的一門檻產生電路。過電壓參考門檻VOV 或門檻VT 經由多工器260耦接一比較器265，多工器260受控於RS正反器253的一輸出端Q。當RS正反器253設定時，過電壓參考門檻VOV 將會被輸出至比較器265的一負輸入端。當RS正反器253重置時，門檻VT 將會被輸出至比較器265的負輸入端，以用於過電壓保護。輸出電壓VO 經由電阻器256與257構成的一分壓電路耦接比較器265的一正輸入端。
【0029】
門檻VT 為過電壓保護的一最小門檻。藉由微控制器80調整過電壓參考門檻VOV 的準位即可調整過電壓保護的過電壓門檻，因此過電壓門檻為一可調整過電壓門檻。當控制訊號CNT未週期性地產生時，過電壓門檻會重置為一最小值（門檻VT ）。舉例來說，過電壓門檻調整為14伏特，以對應於一12伏特的輸出電壓VO ；過電壓門檻調整為6伏特，以對應於一5伏特的輸出電壓VO 。當微控制器80未適時地產生控制訊號CNT時，即使輸出電壓VO 設定為12伏特，過電壓門檻仍會被重置為6伏特，如此當微控制器80錯誤運作下，此方式可以防護功率轉換器免於異常運作。此外，過電壓門檻亦會依據功率轉換器的電源啟用而重置為最小值。
【0030】
比較器265的一輸出訊號耦接一電晶體271的一閘極。當輸出電壓VO 高於過電壓門檻（過電壓參考門檻VOV 或門檻VT ）時，比較器265的輸出訊號驅動電晶體271，以產生控制訊號SX （邏輯低準位）。電晶體271的一源極耦接於接地端，電晶體271的一汲極輸出控制訊號SX 。如此，比較器265用於比較輸出電壓VO 與過電壓門檻，以進行過電壓保護。比較器265配合電晶體271而作為一過電壓保護電路，以產生控制訊號SX 。控制訊號SX 作為一過電壓訊號。如第一圖所示，控制訊號SX 經由光耦合器60傳輸至切換控制器300，以禁能切換訊號SW 而進行過電壓保護。
【0031】
微控制器80產生的控制訊號CNT亦驅動一電晶體272，而產生控制訊號SX 。控制訊號CNT耦接電晶體272的一閘極，電晶體272的一源極耦接於接地端，電晶體272的一汲極輸出控制訊號SX 。電晶體271的輸出與電晶體272的輸出相互並聯，所以控制訊號SX 用於功率轉換器的保護及微控制器80的控制。
【0032】
請參閱第六圖，其係本發明計時器280之一參考電路圖。如圖所示，計時器280包含一反相器281、一電晶體282、一定電流源283、一電容器285及一比較器290。定電流源283的一第一端耦接一供應電壓VDD1 ，定電流源283的一第二端耦接電晶體282的一汲極及電容器285的一第一端，電晶體282的一源極及電容器285的一第二端耦接於接地端。計時器280的一輸入訊號CLR經由反相器281耦接電晶體282的一閘極，以控制電晶體282。於此實施例中，輸入訊號CLR為第五圖所示之反相器251所產生之反相控制訊號 。比較器290的一負輸入端耦接電容器285的第一端，比較器290的一正輸入端接收一門檻VTH1 。比較器290比較電容器285的電壓及門檻VTH1 ，以產生逾時訊號TOUT 。
【0033】
定電流源283用於對電容器285充電。計時器280的輸入訊號CLR經由反相器281及電晶體282對電容器285放電。當電容器285未適時地被輸入訊號CLR放電，且電容器285的電壓已被充電而高於門檻VTH1 時，比較器290將會產生逾時訊號TOUT 。此時，逾時訊號TOUT 之準位為邏輯低準位。
【0034】
請參閱第七圖，其係本發明切換控制器300之一實施例的電路圖。如圖所示，切換控制器300包含一電壓偵測電路（V-DET）310，其偵測第一圖所示之變壓器10的反射訊號VS ，電壓偵測電路310依據反射訊號VS 產生一電壓迴路訊號VEA 及一放電時間訊號TDS 。電壓迴路訊號VEA 相關聯於第一圖所示之輸出電壓VO ，放電時間訊號TDS 相關聯於變壓器10的消磁時間。因此，切換控制器300藉由偵測變壓器10的反射訊號VS 而偵測輸出電壓VO 。
【0035】
一電流偵測電路（I-DET）320依據電流訊號CS及放電時間訊號TDS 產生一電流迴路訊號IEA 。電壓偵測電路310及電流偵測電路320是相關於功率轉換器之一次側調整（Primary Side Regulation，PSR）的技術，而一次側調整技術的細節可以參閱美國專利第6,977,824號“Control circuit for controlling output current at the primary side of a power converter”、美國專利第7,016,204號“Close-loop PWM controller for primary-side controlled power converters”及美國專利第7,352,595號“Primary-side controlled switching regulator”等等。
【0036】
電壓迴路訊號VEA 耦接一比較器315的一正輸入端，一參考訊號REF_V供應至比較器315的一負輸入端。電壓迴路訊號VEA 耦接比較器315，當電壓迴路訊號VEA 高於參考訊號REF_V時，比較器315產生一過電壓訊號OV，以進行過電壓保護。因此，切換控制器300偵測反射訊號VS ，以於切換控制器300進行過電壓保護。
【0037】
電流迴路訊號IEA 耦接一放大器325的一負輸入端，一參考訊號REF_I供應至放大器325的一正輸入端。電流迴路訊號IEA 配合參考訊號REF_I產生一電流回授訊號IFB ，以產生切換訊號SW 。切換訊號SW 用於切換變壓器10，以調整功率轉換器的輸出電流IO （如第一圖所示）。由於電流迴路訊號IEA 相關聯於放電時間訊號TDS ，而放電時間訊號TDS 相關聯於變壓器10的消磁時間，所以切換控制器300偵測變壓器10的反射訊號VS ，以依據變壓器10的消磁時間調整功率轉換器的輸出電流IO 。
【0038】
一電容器326耦接電流回授訊號IFB ，以用於迴路補償。一調整電路400依據控制訊號SY 及電源啟用重置訊號PWRST產生參考訊號REF_V、REF_I及一保護訊號PRT。參考訊號REF_V作為過電壓保護的一過電壓門檻訊號。本發明藉由偵測反射訊號VS 而進行過電壓保護。參考訊號REF_I作為一電流參考訊號，以調整功率轉換器的輸出電流IO 。由於控制訊號SY 代表微控制器80所產生的控制訊號SX （如第二圖所示），所以參考訊號REF_V及REF_I是受控於控制訊號SX ，以進行輸出電壓VO 的過電壓保護及輸出電流IO 的調整。換言之，參考訊號REF_V及REF_I是可以調整。
【0039】
保護訊號PRT及過電壓訊號OV經由一或閘331產生一禁能訊號OFF。一電阻器335用於拉升回授訊號VB ，回授訊號VB 經由一準位偏移電路產生一第二回授訊號VA 。準位偏移電路包含一電晶體336及電阻器335、337與338。電晶體336的一汲極耦接一供應電壓VDD2 。電阻器335的一第一端耦接供應電壓VDD2 及電晶體336的汲極。電阻器335的一第二端耦接電晶體336的一閘極及回授訊號VB 。電晶體336的閘極更接收回授訊號VB ，電晶體336的一源極耦接電阻器337的一第一端，電阻器338耦接於電阻器337的一第二端及接地端之間。第二回授訊號VA 產生於電阻器337及電阻器338的連接點。第二回授訊號VA 相關聯於回授訊號VB 。
【0040】
一脈寬調變電路（PWM）350依據第二回授訊號VA 、電流回授訊號IFB 、禁能訊號OFF及電源啟用重置訊號PWRST產生切換訊號SW 。一電源電路600接收電源供應電壓VCC 及VCC1 ，以產生一第二調整電源AVDD ，以供應電源至切換控制器300的電路。
【0041】
請參閱第八圖，其係本發明脈寬調變電路350之一參考電路圖。如圖所示，一振盪器（OSC）360產生一時脈訊號PLS及一斜坡訊號RMP。時脈訊號PLS耦接一正反器375的一時脈輸入端CK，正反器375的一輸出端Q輸出切換訊號SW ，禁能訊號OFF經由一反相器351耦接正反器375的一輸入端D。
【0042】
斜坡訊號RMP耦接比較器365與367的負輸入端，電流回授訊號IFB 耦接比較器365的一正輸入端，以與斜坡訊號RMP進行比較。第二回授訊號VA 耦接比較器367的一正輸入端，以與斜坡訊號RMP進行比較。比較器365與367的輸出端耦接一及閘370的輸入端，禁能訊號OFF更經由反相器351耦接及閘370的輸入端。電源啟用重置訊號PWRST亦耦接及閘370的輸入端。及閘370的一輸出端耦接正反器375的一重置輸入端R。
【0043】
時脈訊號PLS經由正反器375週期性地致能切換訊號SW 。當斜坡訊號RMP高於比較器365的電流回授訊號IFB 或高於比較器367的第二回授訊號VA 時，切換訊號SW 將會被禁能。再者，禁能訊號OFF經由反相器351與及閘370亦禁能切換訊號SW ，而電源啟用重置訊號PWRST亦經由及閘370禁能切換訊號SW 。
【0044】
請參閱第九圖，其係本發明調整電路400之一實施例的電路圖。如圖所示，一電流源410用於拉升控制訊號SY ，電流源410從一供應電壓VDD3 耦接至一比較器415的一負輸入端，而控制訊號SY 也耦接比較器415的負輸入端。當控制訊號SY 低於供應至比較器415之一正輸入端的一門檻VT1 時，比較器415產生一脈波訊號SCNT 。
【0045】
一脈波位置調變（pulse-position modulation）電路（PPM）500依據脈波訊號SCNT 產生一解調訊號SM 及一同步訊號SYNC ，脈波訊號SCNT 表示控制電路100（如第二圖所示）的控制訊號SX 。解調訊號SM 及同步訊號SYNC 耦接一數位解碼器（DECODER）450，而產生一數位資料NM 。數位資料NM 儲存至一暫存器（REG）460及一暫存器（REG）465。暫存器460耦接一數位類比轉換器（DAC）470，並輸出數位資料NM 至數位類比轉換器470，以產生一電壓調整訊號VJ 。一加法電路480將一參考訊號VRF 與電壓調整訊號VJ 相加，而產生參考訊號REF_V。暫存器465耦接至一數位類比轉換器（DAC）475，並輸出數位資料NM 至數位類比轉換器475，以產生一電流調整訊號IJ 。一加法電路485將一參考訊號IRF 與電流調整訊號IJ 相加，而產生參考訊號REF_I。換言之，數位資料NM 用於產生電壓調整訊號VJ 及電流調整訊號IJ ，以產生參考訊號REF_V與REF_I。
【0046】
因此，參考訊號REF_V及參考訊號REF_I是可以藉由控制電路100的微控制器80（如第一圖所示）進行調整。變壓器10（如第一圖所示）的反射訊號VS 是用於切換控制器300進行過電壓保護。輸出電壓VO 之過電壓保護的門檻（參考訊號REF_V）是由位於變壓器10之二次側的控制電路100所調整。再者，用於輸出電流IO （如第一圖所示）調整的參考訊號REF_I可以由位於變壓器10之二次側的控制電路100進行調整，所以輸出電流IO 的值可以由位於變壓器10之二次側的控制電路100進行調整。
【0047】
脈波訊號SCNT 更耦接一計時器（TIMER_L）420，以偵測脈波訊號SCNT 的脈波寬度。如此，計時器420用於偵測第一圖所示之控制訊號SX 的邏輯低準位週期。當脈波訊號SCNT 的脈波寬度超過一週期TOV 時，計時器420會經由一反相器421產生保護訊號PRT。計時器420的電路可以同於第六圖所示之計時器280的電路。定電流源283的電流、電容器285的電容值及門檻VTH1 的值決定週期TOV 。
【0048】
保護訊號PRT耦接切換控制器300之或閘331（如第七圖所示），以產生禁能訊號OFF，而禁能切換訊號SW 。當位於變壓器10之二次側的控制電路100偵測到輸出電壓VO 為過電壓時，第五圖所示之控制訊號SX （脈波訊號SCNT ）將會被產生且持續超過週期TOV ，所以當偵測到輸出電壓VO 為過電壓時，切換控制器300將會禁能切換訊號SW 。
【0049】
再者，另一計時器（TIMER_H）425經由一反相器427接收脈波訊號SCNT ，計時器425的一輸出端耦接一及閘426。當脈波訊號SCNT 未被產生且持續超過一特定週期TOT 時，計時器425會經由及閘426產生一重置訊號PRST。計時器425的電路可以同於第六圖所示之計時器280的電路。定電流源283的電流、電容器285的電容值及門檻VTH1 的值決定週期TOT 。電源啟用重置訊號PWRST亦耦接及閘426，而經由及閘426產生重置訊號PRST。重置訊號PRST清除暫存器460與465，而重置電壓調整訊號VJ 及電流調整訊號IJ 的值為零。
【0050】
因此，當控制電路100未週期性地產生控制訊號SX 或者當功率轉換器之電源啟用時，用於過電壓保護的參考訊號REF_V將會被設定為一最小值（參考訊號VRF ），其為初始值。再者，當控制電路100未週期性地產生控制訊號SX 或者當功率轉換器之電源啟用時，用於調整輸出電流IO 的參考訊號REF_I將會被設定為一最小值（參考訊號IRF ），其為初始值。所以，若微控制器80處於不適當的運作時，過電壓保護的門檻（參考訊號REF_V）及輸出電流調整的參考訊號REF_I將會被重置為最小值，以保護及調整功率轉換器。
【0051】
故，控制電路100產生的控制訊號SX 是用於，
  1. 當控制電路100偵測到過電壓時，進行過電壓保護；
  2. 設定切換控制器300之過電壓門檻（REF_V）及電流參考訊號（REF_I）；及
  3. 重置切換控制器300的計時器425，以確保控制電路100正常運作，除此之外，切換控制器300的過電壓門檻（REF_V）及電流參考訊號（REF_I）會重置為最小值，以保護及調整功率轉換器。
【0052】
請參閱第十圖，其係本發明脈波位置調變電路500之一實施例的電路圖。脈波位置調變電路500作為一解調器，以用於具有脈波位置調變之一輸入訊號，例如：控制訊號SX 、SY 及脈波訊號SCNT 。一電流源512從供應電壓VDD3 耦接至一電容器520的一第一端，以對電容器520充電，電容器520的一第二端耦接於接地端。一電阻器511耦接於電容器520的第一端及一電晶體510的一汲極之間。電晶體510的一源極耦接於接地端。脈波訊號SCNT 耦接電晶體510的一閘極，以驅動電晶體510。脈波訊號SCNT 經由電晶體510及電阻器511而對電容器520放電。因此，一斜率訊號SLP產生於電容器520。
【0053】
一比較器530的一正輸入端耦接電容器520的第一端，一門檻VT2 供應至比較器530的一負輸入端。當斜率訊號SLP高於門檻VT2 時，比較器530將會產生一邏輯高準位的一資料訊號SD 。資料訊號SD 耦接一正反器570的一輸入端D，脈波訊號SCNT 更耦接正反器570的一時脈輸入端CK，所以正反器570會依據脈波訊號SCNT 閂鎖資料訊號SD 於正反器570，以產生解調訊號SM 於正反器570的一輸出端Q。電源啟用重置訊號PWRST耦接正反器570的一重置輸入端R，以重置正反器570。脈波訊號SCNT 更經由一脈波產生電路580產生同步訊號SYNC 。解調訊號SM 是依據控制訊號SX 的脈波位置而產生。
【0054】
請參閱第十一圖，其係本發明電源電路600之一實施例的電路圖。如圖所示，電阻器611及612構成的一分壓電路接收第一電源供應電壓VCC ，且衰減第一電源供應電壓VCC 。一比較器615的一正輸入端耦接電阻器611及612的連接點，以接收衰減後的第一電源供應電壓VCC 。一參考電壓VRE1 供應至比較器615的一負輸入端，比較器615比較參考電壓VRE1 及衰減後的第一電源供應電壓VCC ，比較器615的一輸出端耦接一電晶體610的一閘極。電晶體610的一源極接收第一電源供應電壓VCC ，第二電源供應電壓VCC1 耦接電晶體610的一汲極。
【0055】
比較器615經由電阻器611與612接收第一電源供應電壓VCC 。當衰減後的第一電源供應電壓VCC 低於參考電壓VRE1 時，比較器615導通電晶體610。比較器615具有遲滯而為一遲滯比較器。
【0056】
一電壓調整器包含一運算放大器620、一參考電壓VRE2 、一電晶體625、一電容器627及電阻器621、622，以產生調整電源AVDD 。電晶體625的一源極耦接電晶體610的汲極，電容器627耦接於接地端及電晶體625的一汲極之間，以產生調整電源AVDD 。電阻器621的一第一端耦接電容器627，以接收調整電源AVDD ，電阻器622耦接於接地端及電阻器621的一第二端之間。運算放大器620的一正輸入端耦接電阻器621及622的連接點，以接收衰減後的調整電源AVDD 。參考電壓VRE2 供應至運算放大器620的一負輸入端，運算放大器620的一輸出端耦接電晶體625的一閘極，以控制電晶體625。
【0057】
當電晶體610導通（第一電源供應電壓VCC 的電壓準位低於一門檻電壓，門檻電壓相關聯於參考電壓VRE1 ）時，調整電源AVDD 由第一電源供應電壓VCC 產生。當電晶體610截止時（第一電源供應電壓VCC 的電壓準位高於門檻電壓），調整電源AVDD 由第二電源供應電壓VCC1 產生，以節省電源。
【0058】
請參閱第十二圖，其係本發明調整式功率轉換器之另一實施例的電路圖。如圖所示，此調整式功率轉換器無須設置第一圖所示之二極體12與35。此實施例之電源產生器包含整流器30、輸出電容器40、電容器45及一電壓調整裝置37，以產生第一電源（輸出電壓VO ）及第二電源VO1 。電壓產生器包含二極體11、電容器13、14及一電壓調整裝置18，以產生第一電源供應電壓VCC 及第二電源供應電壓VCC1 。
【0059】
輸出電壓VO 提供第一電源，以提供電源至控制電路100。經由電壓調整裝置37，例如：一稽納二極體，輸出電壓VO （第一電源）更產生第二電源VO1 ，以提供電源至控制電路100的電路。電壓調整裝置37的一第一端耦接輸出電容器40及輸出電壓VO 。電容器45耦接於接地端及電壓調整裝置37的一第二端之間，以產生第二電源VO1 。
【0060】
當輸出電壓VO 的電壓準位為低時，控制電路100將使輸出電壓VO 作為其電源供應。然，當輸出電壓VO 為一高電壓時，控制電路100將切換第二電源VO1 作為其電源供應，以節省電源。第二電源VO1 的電壓準位低於輸出電壓VO 的電壓準位（第一電源）。
【0061】
再者，變壓器10經由二極體11及電容器13產生第一電源供應電壓VCC ，以供應電源至切換控制器300的電路。經由電壓調整裝置18，例如：一稽納二極體，第一電源供應電壓VCC 更產生第二電源供應電壓VCC1 ，以供應電源至切換控制器300的電路。電壓調整裝置18的一第一端耦接電容器13及第一電源供應電壓VCC 。電容器14耦接於接地端及電壓調整裝置18的一第二端之間，以產生第二電源供應電壓VCC1 。
【0062】
第二電源供應電壓VCC1 的電壓準位低於第一電源供應電壓VCC 的電壓準位。當第一電源供應電壓VCC 的電壓準位為低時，切換控制器300使第一電源供應電壓VCC 作為其電源供應。當第一電源供應電壓VCC 變為一高電壓時，切換控制器300將切換第二電源供應電壓VCC1 作為其電源供應，以節省電源。
【0063】
惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10．．．變壓器
11．．．二極體
12．．．二極體
13．．．電容器
14．．．電容器
15．．．電阻器
16．．．電阻器
20．．．電晶體
25．．．電阻器
30．．．整流器
35．．．二極體
40．．．輸出電容器
45．．．電容器
50．．．光耦合器
51．．．電阻器
60．．．光耦合器
61．．．電阻器
70．．．電容器
100．．．控制電路
300．．．切換控制器
COMM．．．通信介面
COMV．．．電壓回授訊號
CS．．．電流訊號
FB．．．回授訊號
IO ．．．輸出電流
IP ．．．切換電流
NA ．．．輔助繞組
NP ．．．一次側繞組
NS ．．．二次側繞組
SW ．．．切換訊號
SX ．．．控制訊號
SY ．．．控制訊號
VB ．．．回授訊號
VCC ．．．第一電源供應電壓
VCC1 ．．．第二電源供應電壓
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VO1 ．．．第二電源
VS ．．．反射訊號

Claims (10)

  1. 【第1項】
    一種控制調整式功率轉換器的方法，其包含：
    產生一可調整參考訊號，以調整該功率轉換器的一輸出電壓；
    依據該可調整參考訊號與該輸出電壓產生一回授訊號；
    依據該回授訊號產生一切換訊號，該切換訊號切換一變壓器，而產生該輸出電壓；
    產生一第一電源；以及
    產生一第二電源；
    其中，該第二電源之電壓準位低於該第一電源之電壓準位，該第一電源與該第二電源作為一控制電路的一電源供應，以產生該可調整參考訊號與該回授訊號，當該第一電源之電壓準位低於一門檻時，該控制電路將使用該第一電源作為該電源供應；當該第一電源之電壓準位高於該門檻時，該控制電路將使用該第二電源作為該電源供應。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：
    產生一第一電源供應電壓；以及
    產生一第二電源供應電壓；
    其中，該第二電源供應電壓之電壓準位低於該第一電源供應電壓之電壓準位，該第一電源供應電壓與該第二電源供應電壓作為一切換控制器的一電源供應，以產生該切換訊號，當該第一電源供應電壓之電壓準位低於一門檻電壓時，該切換控制器將使用該第一電源供應電壓作為其電源供應；當該第一電源供應電壓之電壓準位高於該門檻電壓時，該切換控制器將使用該第二電源供應電壓作為其電源供應。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制電路位於該變壓器之二次側，一切換控制器位於該變壓器之一次側，以產生該切換訊號，該控制電路具有一通信介面，以與一外部裝置通信。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制電路產生一控制訊號，該控制訊號調整一切換控制器之一過電壓門檻訊號，以進行該輸出電壓的一過電壓保護。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制電路產生一控制訊號，該控制訊號控制一切換控制器之一可調整電流參考訊號，以調整一輸出電流。
  6. 【第6項】
    一種控制調整式功率轉換器的裝置，其包含：
    一控制電路，產生一可調整參考訊號，以調整該功率轉換器的一輸出電壓，並依據該可調整參考訊號與該輸出電壓產生一回授訊號；
    一切換控制器，依據該回授訊號產生一切換訊號，該切換訊號切換一變壓器，而產生該輸出電壓；以及
    一電源產生器，耦接該變壓器，而產生一第一電源與一第二電源；
    其中，該第二電源之電壓準位低於該第一電源之電壓準位，該第一電源與該第二電源作為該控制電路的一電源供應，當該第一電源之電壓準位低於一門檻時，該控制電路將使用該第一電源作為該電源供應；當該第一電源之電壓準位高於該門檻時，該控制電路將使用該第二電源作為該電源供應。
  7. 【第7項】
     如申請專利範圍第6項所述之裝置，更包含：
    一電壓產生器，產生一第一電源供應電壓與一第二電源供應電壓；
    其中，該第二電源供應電壓之電壓準位低於該第一電源供應電壓之電壓準位，該第一電源供應電壓與該第二電源供應電壓作為該切換控制器的一電源供應，當該第一電源供應電壓之電壓準位低於一門檻電壓時，該切換控制器將使用該第一電源供應電壓作為其電源供應；當該第一電源供應電壓之電壓準位高於該門檻電壓時，該切換控制器將使用該第二電源供應電壓作為其電源供應。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該控制電路位於該變壓器之二次側，該切換控制器位於該變壓器之一次側，該控制電路具有一通信介面，以與一外部裝置通信。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該控制電路包含：
    一門檻產生電路，產生該控制電路用於一過電壓保護之一可調整過電壓門檻；以及
    一過電壓保護電路，比較該輸出電壓及該可調整過電壓門檻，而產生一過電壓訊號；
    其中，該過電壓訊號轉換至該切換控制器，而禁能該切換訊號。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該控制電路更包含：
    一類比數位轉換器，偵測該功率轉換器的該輸出電壓；
    其中，該類比數位轉換器之一輸出耦接至該控制電路之一微控制器。
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