TWI548187B - Dynamic drive capability adjustment of the power control device - Google Patents

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TWI548187B TW104102393A TW104102393A TWI548187B TW I548187 B TWI548187 B TW I548187B TW 104102393 A TW104102393 A TW 104102393A TW 104102393 A TW104102393 A TW 104102393A TW I548187 B TWI548187 B TW I548187B
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Description

動態驅動能力調節的電源控制裝置
本發明係有關於一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，尤其是針對正向(Forward)架構、全橋電源轉換架構、半橋電源轉換架構、升壓(Boost)電源轉換架構、降壓(Buck)電源轉換架構的電源轉換單元，利用執行調節處理，依據切換電晶體的狀態，並同時考慮電磁干擾(EMI)及切換損失，而能動態調節所產生的脈衝寬度調變驅動信號，達到動態調節切換電晶體的驅動能力的目的並改善電氣品質及整體源轉換效率。
電源轉換技術對於日益蓬勃發展的電子產業相當重要，因為不同的電子產品需要不同電壓或電流的電源而運作。比如，積體電路(IC)需要5V或3V，電動馬達需要12V直流電，而液晶顯示器中的燈管需要更高壓的電源，如1150V。因此，需要不同電源轉換器以滿足所需。
在習知技術中，切換式(交換式)電源轉換技術是目前電子業界常用的電源轉換技術之一，主要是利用高頻率的脈衝寬度調變(PWM)信號以驅動切換電晶體(或稱驅動電晶體)的導通，進而控制與切換電晶串聯連接之電感(或變壓器)的電流，由於電感本身具有保持電流的作用，防止瞬間改變，所以當切換電晶體被瞬間關閉時，此時原有電流不會立即改變，而是相對緩慢的變化，使得電感被充電或放電，達到改變輸出電壓的目的。
參考第一圖，習用技術調節切換電晶體之驅動能力的示意圖，其中提供驅動信號VD1的預驅動器(pre-driver)之驅動能力是固定的供應電流/移除電流(source current/sink current)架構。如第一圖所示，為調節切換電晶體M1的驅動能力，可配置第一閘極電阻RG1、第二閘極電阻RG2、切換二極體D1以及接地電阻(或稱下拉電阻)RGG，其中第一閘極電阻RG1 及第二閘極電阻RG2是串聯而連接到切換電晶體M1的閘極G，切換二極體D1是與第二閘極電阻RG2並聯連接，且接地電阻RGG連接至切換電晶體M1的閘極G以及接地GND。因此，在打開切換電晶體M1時，驅動信號VD1可控制驅動電流IG1經由第一閘極電阻RG1及第二閘極電阻RG2而到達切換電晶體M1的閘極G，其中切換二極體D1因反偏而關閉，進而提高閘極G的電壓而使切換電晶體M1導通。另外，在關閉切換電晶體M1時，可降低驅動信號VD1，使得閘極G的電壓因關閉電流IG2而降低，進而關閉切換電晶體M1，其中切換二極體D1因順偏而導通，所以關閉電流IG2會經由切換二極體D1及第二閘極電阻RG2，而不會流過第一閘極電阻RG1，同時，關閉電流IG2藉接地電阻RGG而導向接地GND。
因此，利用適當設定第一閘極電阻RG1、第二閘極電阻RG2、接地電阻RGG的電阻值，以及切換二極體D1的電氣參數，即可達到調節切換電晶體M1的驅動能力的目的。
舉例而言，針對切換電晶體M1的關閉操作，當第一閘極電阻RG1設定為0歐姆及第二閘極電阻RG2設定為22歐姆時，切換電晶體M1的汲源電壓之下降時間為80ns，且切換電晶體M1的閘源電壓之米勒平臺約為200ns，而當第一閘極電阻RG1設定為100歐姆及第二閘極電阻RG2的總電阻值設定為22歐姆時，下降時間可拉長為104ns，同時切換電晶體M1的閘源電壓之米勒平臺拉長到約300ns。因此，可降低第一閘極電阻RG1及第二閘極電阻RG2的電阻，以提高轉換效換，但是無法改善EMI。然而，增加第一閘極電阻RG1及第二閘極電阻RG2的電阻，雖可拉長下降時間而改善EMI，但是當米勒平臺過長時，會導致切換電晶體M1之導通電阻無法迅速減小，不利於轉換效率。
很明顯的，上述習知技術的驅動能調節作法是藉調整第一閘極電阻RG1而控制切換電晶體M1的導通速度，同時利用第二閘極電阻RG2調整切換電晶體M1的關閉速度。然而，習知技術的缺點在於只能配置不同的第一閘極電阻RG1及第二閘極電阻RG2而改變驅動信號VD1對切換電晶體M1的打開時間及關閉時間，雖然可適度減少切換損失，但是無法同時降低電磁干擾。亦即，當需要導通切換電晶體時，在原有關閉狀態 下的導通電流為0或趨近於0，所以如果此時的驅動電壓上升較快時，對減少切換損失的幫助不大，反而會增加EMI的不良影響。另一方面，當切換電晶體已部分導通或完全導通時，導通電流已相當大，此時如果驅動電壓的上升較慢或下降較慢，都會在整個切換過程中造成不小的電力損耗。
因此，非常需要一種電源控制裝置，利用具有動態調節驅動能力的功能，增加實際應用時的彈性，藉以擴大應用領域，尤其是利用類比或數位操作的脈波寬度調變驅動控制器，藉回授信號進行調節處理，對切換電晶體的驅動能力進行控制，進而達到動態調節驅動，同時可針對切換電晶體的狀態，考慮電磁干擾(EMI)及切換損失，動態調節脈衝寬度調變驅動信號，提升電氣品質，藉以解決上述習用技術的問題。
本發明之主要目的在於提供一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，包括整流單元、功率因數校正單元、電源轉換單元以及回授單元，其中整流單元接收交流輸入電源，並整流成直流電源而傳送至功率因數校正單元，以進行功率因數校正處理，並產生功率因數校正電源而傳送至電源轉換單元，此外，回授單元電氣連接電源轉換單元而形成控制迴路，並由電源轉換單元依據來自回授單元的回授信號，將功率因數校正電源轉換成輸出電源，用以供應外部負載。
具體而言，電源轉換單元包括變壓器、脈波寬度調變(PWM)驅動控制器、切換電晶體、輸出二極體以及輸出電容，其中變壓器包含一次側線圈及二次側線圈，切換電晶體連接至一次側線圈的一端，PWM驅動控制器進行調節處理以控制切換電晶體，而變壓器的二次側線圈連接至串接的輸出二極體以及輸出電容，且輸出電容是並聯連接至負載，所以由輸出電容產生輸出電源而供應給負載。
回授單元包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、閘流體(Thyristor)以及光耦合器，其中第一電阻、第二電阻、第三電阻為依序串接，且第一電阻及第二電阻的串接點連接至輸出二極體及輸出電容的串接點，用以接收輸出電源，第二電阻及第三電阻的串接點連接至閘流體的閘極端，而閘流體的正極端連接輸出電容，且光耦合器是連接在閘流體的負極 端以及第一電阻之間。此外，光耦合器產生回授信號而回傳至電源轉換單元。
電源轉換單元的PWM驅動控制器可依據回授信號，進行調節處理而產生PWM驅動信號，用以控制、驅動切換電晶體的導通及關閉操作。
電源轉換單元的切換電晶體可為N型切換元件，比如N通道金氧半電晶體(N-channel Metal-Oxide Semiconductor，NMOS)或NPN雙載子電晶體(Bipolar Transistor)，而PWM驅動控制器可由多個獨立電子元件經組合成硬體電路而實現，或是由中央處理器(CPU)或微控制器(MCU)藉執行軟體程式或韌體程式而實現，亦即，本發明的PWM驅動控制器可利用類比方式操作，或完全以數位方式操作。尤其是，電源轉換單元中PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟：在一開始時，因連續導通模式(CCM)下的初始電流較小或非連續導通模式(DCM)下初始電流為0，所以需優先考慮EMI因素，使得PWM驅動控制器的驅動電壓由0V上升到約5V的第一上升時間可適當拉長；接著，因切換電晶體的電壓和電流切換已經完成，為減小導通損耗，需要快速拉高驅動電壓到8V以上，以確保切換電晶體進入飽和導通，使得導通電阻儘量減小，亦即縮短驅動電壓由5V上升到超過約8V的第二上升時間；接著，當要關閉切換電晶體時，因驅動電壓的下降時間過長會增加導通損耗，所以需要縮短驅動電壓的下降時間，亦即縮短驅動電壓由超過8V下降到約5V的第一下降時間；以及適當縮短驅動電壓由約5V降低到0V的第二下降時間。
本發明之另一目的在於提供一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，包括整流單元、功率因數校正單元、電源轉換單元以及回授單元，其中電源轉換單元包含全橋電源轉換架構、半橋電源轉換架構、升壓 電源轉換架構及降壓電源轉換架構的其中之一，尤其是，PWM驅動控制器同樣藉進行上述的調節處理以控制切換電晶體，因而能達成動態調節驅動能力的目的。
因此，電源轉換單元的PWM驅動控制器可依據回授信號而產生PWM驅動信號，用以驅動並控制切換電晶體的導通及關閉操作，進而達到動態調節切換電晶體的驅動能力的目的。整體而言，本發明是藉拉長第一上升時間，而改善EMI效應，並利用縮短第二上升時間、第一下降時間及第二下降時間，進而減少切換損失，並提升整體電源轉換操作的效率，很適合應用於需要進行電源轉換並需同時兼顧EMI及轉換效率的領域。
10‧‧‧整流單元
20‧‧‧功率因數校正單元
21‧‧‧功率因數校正器
22‧‧‧電感
23‧‧‧二極體
24‧‧‧電容
25‧‧‧電晶體
30‧‧‧電源轉換單元
31‧‧‧脈波寬度調變(PWM)驅動控制器
32‧‧‧切換電晶體
32A‧‧‧第一切換電晶體
32B‧‧‧第二切換電晶體
40‧‧‧回授單元
60‧‧‧升壓電阻
70‧‧‧降壓電阻
80‧‧‧第一外部電源單元
90‧‧‧第一外部負載裝置
C1‧‧‧電容
Co‧‧‧輸出電容
D1‧‧‧切換二極體
DD‧‧‧閘流體(Thyristor)
Do‧‧‧輸出二極體
DX‧‧‧輔助二極體
G‧‧‧閘極
GND‧‧‧接地
IG1‧‧‧驅動電流
IG2‧‧‧關閉電流
Ion‧‧‧導通電流
L1‧‧‧電感
Lo‧‧‧輸出電感
M1‧‧‧切換電晶體
MP‧‧‧米勒平臺
P‧‧‧串接點
PH‧‧‧光耦合器
Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧切換電晶體
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
RL‧‧‧負載
RG1‧‧‧第一閘極電阻
RG2‧‧‧第二閘極電阻
RGG‧‧‧接地電阻
T1、T1’‧‧‧第一上升時間
T2、T2’‧‧‧第二上升時間
T3、T3’‧‧‧第一下降時間
T4、T4’‧‧‧第二下降時間
TR1‧‧‧變壓器
Tf‧‧‧汲源電壓下降時間
Tr‧‧‧汲源電壓上升時間
TR1‧‧‧變壓器
TR2‧‧‧變壓器
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
VD1‧‧‧驅動信號
VD‧‧‧PWM驅動信號
Vds‧‧‧汲源電壓
VH‧‧‧最高電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
VL‧‧‧最低電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
第一圖顯示習用技術調節切換電晶體之驅動能力的示意圖。
第二圖顯示依據本發明第一實施例動態驅動能力調節的電源控制裝置的示意圖。
第三圖顯示本發明第一實施例中驅動電壓的第一上升時間、第二上升時間、第一下降時間及第二下降時間的操作波形示意圖。
第四圖顯示本發明第一實施例中驅動電壓的導通操作的波形圖。
第五圖顯示本發明第一實施例中驅動電壓的關閉操作的波形圖。
第六圖顯示本發明第二實施例動態驅動能力調節的電源控制裝置的示意圖。
第七圖顯示本發明第三實施例的示意圖。
第八圖顯示本發明第四實施例的示意圖。
第九圖顯示本發明第五實施例的示意圖。
第十圖顯示本發明第五實施例中PMOS的第一上升時間、第二上升時間、第一下降時間及第二下降時間的操作波形示意圖。
第十一圖顯示本發明第六實施例的示意圖。
第十二圖顯示本發明第七實施例的示意圖。
第十三圖顯示本發明第八實施例的示意圖。
第十四圖顯示本發明第九實施例的示意圖。
第十五圖顯示本發明第十實施例的示意圖。
以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
參閱第二圖，本發明第一實施例動態驅動能力調節的電源控制裝置的示意圖。如第二圖所示，第一實施例動態驅動能力調節的電源控制裝置實質上是包括整流單元10、功率因數校正單元20、電源轉換單元30以及回授單元40，係用以將具有輸入電壓Vin的交流輸入電源轉換成具有輸出電壓Vo的輸出電源，並提供輸出功率給外部的負載RL。
具體而言，整流單元10接收交流輸入電源，並整流成直流電源而傳送至功率因數校正單元20，進而利用功率因數校正處理而產生功率因數校正電源，再由電源轉換單元30接收，並經電源轉換處理而產生輸出電源以供應負載RL。回授單元40電氣連接至電源轉換單元30，用以將輸出電源的輸出電壓Vo轉換成回授信號FB，並回傳至電源轉換單元30，使得電源轉換單元30能獲得負載的狀態，並據以動態調節驅動能力，以改善整體的電源轉換效率。
上述的整流單元10、功率因數校正單元20以及回授單元40可由習知技術實現，並非本發明技術的重點，因此，以下僅簡單描述。
整流單元10可由圖中所示的四個所構成的橋式整流器而完成，而功率因數校正單元20一般主要是使用功率因數校正器21，並配合電感22、二極體23、電容24、電晶體25，以達到校正功率因數的功能。
電源轉換單元30包括變壓器TR1、脈波寬度調變(PWM)驅動控制器31、切換電晶體32、輸出二極體Do以及輸出電容Co，且變壓器TR1包含一次側線圈及二次側線圈，而輸出二極體Do是串接至輸出電容Co，切換電晶體32連接至一次側線圈的一端，PWM驅動控制器31進行調節處理而產生PWM驅動信號VD，以控制切換電晶體32的導通及關閉操作。此外，二次側線圈是串接至輸出二極體Do及輸出電容Co，且輸出電 容Co是並聯連接至負載RL，並由輸出電容Co產生，進而輸出電源以供應給負載RL。
較佳的，PWM驅動控制器10可包括微控制器(MCU)或中央處理器(CPU)的單一晶片，或可由多個獨立電子元件所構成的電路。因此，PWM驅動控制器10是以數位方式而實現，切換電晶體32可為N型切換元件，包含N通道金氧半電晶體(N-channel Metal-Oxide Semiconductor，NMOS)或NPN雙載子電晶體(Bipolar Transistor)。
再者，回授單元40可包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、閘流體(Thyristor)DD以及光耦合器PH，其中第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3是依序串接，且第一電阻R1及第二電阻R2的串接點是連接至輸出二極體Do及輸出電容Co的串接點，用以接收輸出電源，而第二電阻R2及第三電阻R3的串接點是連接至閘流體DD的閘極端(G端)，閘流體DD的正極端(A端)是連接至輸出電容Co，且光耦合器PH是連接於閘流體DD的負極端(K端)以及第一電阻R1之間，以使得光耦合器PH產生回授信號FB，並回傳至PWM驅動控制器31。尤其是，PWM驅動控制器31可由回授信號FB而獲得負載RL的負載狀態，比如輕載或重載，進而經由調節處理而產生具適當波形的PWM驅動信號VD，藉以控制切換電晶體32的導通及關閉操作，而降低EMI及切換損失。
為達到降低EMI及切換損失的目的，請配合參考第三圖的波形，同時參考第四圖及第五圖的導通操作及關閉操作的波形圖。更加具體而言，PWM驅動控制器31的調節處理可包括以下步驟：在第一上升時間T1內，將PWM驅動控制器31的PWM驅動信號VD的驅動電壓由0V的最低電壓VL上升到第一電壓V1；在第二上升時間T2內，將驅動電壓由第一電壓V1上升到超過大於第一電壓V1的第二電壓V2而達到最高電壓VH，其中用以開始導通切換電晶體32而使切換電晶體32的汲源電壓會下降；維持一段預設時間；在第一下降時間T3內，將驅動電壓由超過第二電壓V2的最高電壓VH下降到第一電壓V1；以及 在第二下降時間T4內，將驅動電壓由第一電壓V1降低到0V的最低電壓VL。
較佳的，上述的第一電壓V1可為3V至6V，而第二電壓V2可為7V至9V。此外，切換電晶體32的汲源電壓下降時間及汲源電壓上升時間在輸出功率為36W時係分別小於約200ns及約100ns，且汲源電壓下降時間是指切換電晶體32在導通過程中汲源電壓由最高汲源電壓下降至最低汲源電壓的時間，而該汲源電壓上升時間是指切換電晶體32在關閉過程中汲源電壓由最低汲源電壓上升至最高汲源電壓的時間。再者，第一上升時間T1、第二上升時間T2、第一下降時間T3及第二下降時間T4是利用藉加大或減少PWM驅動控制器31的驅動能力而分別動態調整、控制。
此外，上述的最低電壓VL及最高電壓VH可動態調整，藉以搭配不同MOS或電晶體，達到降低導通/切換損失的功效，提升轉換效率。
為進一步清楚說明本發明的實際操作特點，將以NMOS的切換電晶體32當作範例。
具體而言，第一電壓V1是用以開始導通切換電晶體32，使得切換電晶體32的汲源電壓Vds下降。此外，第一電壓V1約為切換電晶體32的米勒平臺，其中米勒平臺是指切換電晶體32在關閉至導通的切換過程中可維持某一定值的閘源電壓Vgs，且當切換電晶體32的汲極電流Id為零時，可拉長第一上升時間T1，以降低電磁干擾(EMI)，因為在此期間，汲極電流Id為零，不會影響切換損失。亦即，可在符合EMI的要求範圍內，儘可能降低PWM驅動信號VD的驅動電壓由0V上升到第一電壓V1的上升速度。同時，儘可能縮短第二上升時間T2、第一下降時間T3及第二下降時間T4以降低切換損失及導通損失至一極小值，因為在此期間的汲極電流Id不為零，所以速度太慢會導致耗電增加，降低整體轉換效率。因此，可藉加大或減少PWM驅動控制器31的驅動能力而分別動態調整控制第一上升時間T1、第二上升時間T2、第一下降時間T3及第二下降時間T4。
以下將詳細說明上述調節處理的具體功效。
首先，在連續導通模式(CCM)下的初始導通電流Ion較小(比 如電源轉換一開始時)，或非連續導通模式(DCM)下初始導通電流Ion為0，所以可不需考慮切換損失，而只考慮EMI因素，亦即儘量壓制EMI的效應，此時，可適當拉長圖中的第一上升時間T1而達成。
對於PWM驅動信號VD由5V上升到約8V的第二上升時間T2，此時，切換電晶體32的電壓和電流切換已經完成，導通電流Ion上升，因此為了減小導通損耗，需要快速拉高驅動電壓到8V以上，以確保切換電晶體32快速進入飽和導通，儘量減小導通電阻，降低切換損失及導通損失。
驅動電壓的第一下降時間T3實質上是第二上升時間T2的相反過程，此時，切換電晶體32的電壓和電流尚未進行切換，所以PWM驅動信號VD降低的時間如果太長，將增加導通損耗，因此，需縮短第一下降時間T3，使導通電流Ion快速減少。
驅動電壓的第二下降時間T4實質上是第一上升時間T1的相反過程，此時導通電流Ion較大，應優先考慮效率因素，亦即需要適當縮短第二下降時間T4，快速關閉切換電晶體32，使導通電流Ion降到0或約為0。
因此，本發明能依據回授信號進行調節處理，調節最佳化的脈衝寬度調變驅動信號，改變切換電晶體(驅動電晶體)的驅動能力，同時達成降低EMI及導通損失的雙重功能，不僅改善電氣操作品質，並提高整體電源轉換效率。
另外，進一步參考第六圖，本發明第二實施例動態驅動能力調節的電源控制裝置的示意圖。要注意的是，第六圖的第二實施例電源控制裝置是類似於第二圖第一實施例的電源控制裝置，其中的主要差異電在於第二實施例中變壓器T1的二次側線圈的極性是相反於第一實施例，而且第二實施例中的電源轉換單元30除了包括變壓器T1、脈波寬度調變(PWM)驅動控制器31、切換電晶體32、輸出二極體Do以及輸出電容Co以外，還額外包括輔助二極體DX及輸出電感Lo，而其餘的元件皆相同，因此，以下將說明輔助二極體DX及輸出電感Lo的技術特徵，而不再贅述相同元件的技術。
如第六圖所示，輸出二極體Do的正端連接至二次側的一 端，輔助二極體DX的正端連接至二次側的另一端，而輸出二極體Do的負端及輔助二極體DX的負端連接至輸出電感Lo的一端，且輸出電感Lo的另一端連接至輸出電容Co的一端，輸出電容Co的另一端連接至二次側的該另一端。同樣的，輸出電容Co是並聯連接至負載RL，並由輸出電容Co產生，進而輸出電源以供應給負載RL。
進一步而言，第六圖的設計架構是屬於正向(Forward)架構，而第二圖的設計架構是屬於返馳(Flyback)架構，是一般電源轉換控制領域中常用的二種架構。
上述本發明的調節處理之技術也可應用於其他電源轉換架構，比如全橋架構、半橋架構，或是用以控制充電電池之充電操作的升壓(Boost)架構或降壓(Buck)架構。下文中將提出這類的電路架構，以進一步說明本發明的特點，其中第七圖、第八圖、第九圖分別顯示依據本發明第三、第四、第五實施例的電源控制裝置的示意圖，主要是使用具全橋架構的電源轉換單元30，而第十一圖、第十二圖、第十三圖分別顯示依據本發明第六、第七、第八實施例的電源控制裝置的示意圖，主要是電源轉換單元30具有半橋架構。
如第七圖所示，本實施例除了PWM驅動控制器31的結構以外，其餘元件皆相同於第二圖的實施例，因此，相同元件的操作將不再贅述。PWM驅動控制器31屬於全橋電源轉換架構，並包含變壓器T2、PWM驅動控制器31、四個切換電晶體Q1、Q2、Q3及Q4、輔助二極體DX、輸出電感Lo、輸出二極體Do以及輸出電容Co，其中變壓器TR2包含一次側線圈以及具有中間抽頭的二次側線圈，而二次側線圈的一端連接至輸出二極體Do的正端，二次側線圈的另一端連接至輔助二極體DX的正端，輸出二極體Do的負端連接至輔助二極體DX的負端以及輸出電感Lo的一端，輸出電感Lo的另一端連接至輸出電容Co的一端，輸出電容Co的另一端連接至二次側線圈的中間抽頭，且輸出電容Co是並聯連接至負載RL，而輸出電容Co產生輸出電源以供應給負載RL。
此外，該PWM驅動控制器31依據來自回授單元40的回授信號FB，進行調節處理以產生四PWM驅動信號，用以分別控制切換電晶 體Q1、Q2、Q3及Q4的導通及關閉操作，而不同切換電晶體Q1、Q2、Q3及Q4所需的PWM驅動信號係具有特定的波形關係，此為週知的習知技術，在此不作詳細描述。不過要注意的是，每個PWM驅動信號是具有上述第三圖至第五圖的特性，用以明確限定PWM驅動控制器31的調節處理。
第七圖中的四個切換電晶體Q1、Q2、Q3及Q4都是利用NPN雙載子電晶體而實現，而在第八圖的實例中，四個切換電晶體Q1、Q2、Q3及Q4都是NMOS，此外，第九圖的實例是使用二個PMOS以及二個NMOS，其電氣操作如同前述實施例，因而不再贅述。
參考第十圖，顯示第九圖中第五實施例的PWM驅動信號之電壓的操作波形示意圖，並分別標示相對應PMOS的切換電晶體所需PWM驅動信號VD’的第一上升時間T1’、第二上升時間T2’、第一下降時間T3’及第二下降時間T4’的波形。更要注意的是，使用PMOS當作切換電晶體32時，是與相對應NMOS的驅動電壓互為反相，且上升及下降的操作也為互反，藉以正確控制PMOS的導通及關閉的動作。
如第六實施例的第十一圖所示，PWM驅動控制器31屬於半橋電源轉換架構，並包含變壓器T2、PWM驅動控制器31、二個切換電晶體Q1及Q2、輔助二極體DX、輸出電感Lo、輸出二極體Do以及輸出電容Co，其中二個切換電晶體Q1及Q2都是NPN雙載子電晶體，而輔助二極體DX、輸出電感Lo、輸出二極體Do以及輸出電容Co的連接方式是相同於第七圖，所以不再贅述。此外，變壓器T2的一次側線圈上二個切換電晶體Q1及Q2連接的方式也屬於習知技術，不再贅述。要注意的是，PWM驅動控制器31所執行的調節處理也是相同於前述實施例。
進一步參考第十二圖的第七實施例示意圖及第十三圖的第八實施例示意圖，其中除了所使用不同型式的切換電晶體Q1及Q2外，其餘元件相同。第十二圖的二個切換電晶體Q1及Q2都是NMOS，而在第十三圖中，使用一個NMOS及一個PMOS。第七實施例及第八實施例同樣可達成第六實施例的電氣功能。
此外，參考第十四圖，本發明第九實施例的示意圖，係表示具有升壓(boost)轉換及動態驅動能力調節功能的電源控制裝置。具體而言， 第九實施例的電源控制裝置包含PWM驅動控制器31、第一切換電晶體32A、第二切換電晶體32B、升壓電阻60、降壓電阻70、電感L1及電容C1，主要是利用PWM驅動控制器31進行調節處理，用以將來自第一外部電源單元80的較低壓之輸入電源轉換成較高壓之輸出電源而供應給第一外部負載裝置90，藉以達成升壓(boost)功能。由於升壓架構的電源轉換為一般習知技術，在此不作詳細說明，而是專注於PWM驅動控制器31對第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B的個別電氣控制操作，藉以達成動態驅動能力調節，同時降低電磁干擾及切換損失。
如第十四圖所示，第一外部負載裝置90是經相互串接的第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B而連接至接地，且第一切換電晶體32A可為NMOS或PMOS，第二切換電晶體32B也可為二極體，圖中是顯示第一切換電晶體32A為NMOS以方便說明，而第二切換電晶體32B為NMOS，其中第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B的閘極是由PWM驅動控制器31控制。第一外部電源單元80經電感L1而連接至第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B的串接點P，且由PWM驅動控制器31感測串接點P的電壓值，用以控制第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B。PWM驅動控制器31經升壓電阻60而連接至第一外部電源單元80，且經降壓電阻70而連接至第一外部負載裝置90。此外，電容C1的一端連接第一外部負載裝置90，且電容C1的另一端為接地。
PWM驅動控制器31的調節處理是類似於上述第二圖的實施例，因而相類似的技術特徵將不再贅述。要注意的是，本實施例與第二圖實施例之間的差異主要是在於第二圖實施例的PWM驅動控制器31只控制單一的切換電晶體32而已，但是本實施例的PWM驅動控制器31可同時控制第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B。因此，當第一切換電晶體32A為NMOS時，PWM驅動控制器31的操作可參考第三圖、第四圖及第五圖的波形，藉以控制每個第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B，而當第一切換電晶體32A為PMOS時，PWM驅動控制器31的操作可額外參考第十圖的波形。
此外，為避免導致第一切換電晶體32A及第二切換電晶體 32B因大電流流過而損壞，所以在參考第三圖、第四圖、第五圖、第十圖的波形時，必須防止第一切換電晶體32A及第二切換電晶體32B同時導通。亦即，當第一切換電晶體32A關閉時，第二切換電晶體32B才可導通，同理，當第二切換電晶體32B關閉時，才可導通第一切換電晶體32A。
第十五圖為本發明第十實施例的示意圖，係類似於上述第十四圖的第九實施例，其主要的差異點在於第一外部電源單元80及第一外部負載裝置90的連接位置互換，因此，第十實施例的電源控制裝置可將來自第一外部電源單元80的較高壓電源轉換成較低壓電源而供應給第一外部負載裝置90，藉以達成降壓(buck)功能，同時實現動態驅動能力調節，降低電磁干擾及切換損失。
同樣的，第九實施例及第十實施例的PWM驅動控制器31可由多個獨立電子元件經組合成硬體電路而實現，或是由一中央處理器(CPU)或一微控制器(MCU)藉執行一軟體程式或一韌體程式而實現，而較佳的，PWM驅動控制器31是由數位操作之積體電路的中央處理器或微控制實現。
綜上所述，本發明的特點主要在於利用脈波寬度調變驅動控制器的調節處理，且在DCM下切換電晶體的初始導通電流為0時，儘可能降低切換電晶體的開通速度，因而減少電壓的切換斜率，達到增加EMI邊際的目的，降低EMI。此外，當切換電晶體在CCM下的初始導通電流不為0時，可加快切換電晶體的開通速度，減少切換損失，進而提升轉換效率，同時確保電氣品質。尤其是，本發明對於驅度能力的調節處理可適用於不同正向、返馳、全橋、半橋、升壓、降壓的電路架構，可擴大應用領域，相當具有產業利用性。
再者，本發明所揭露的電壓動態可用調整利用不同MOS或不同電晶體當作切換電晶體的驅動方式，具體達成降低導通及切換損失的功效，因而提升整體的電源轉萬效率。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
10‧‧‧整流單元
20‧‧‧功率因數校正單元
21‧‧‧功率因數校正器
22‧‧‧電感
23‧‧‧二極體
24‧‧‧電容
25‧‧‧電晶體
30‧‧‧電源轉換單元
31‧‧‧脈波寬度調變(PWM)驅動控制器
32‧‧‧切換電晶體
40‧‧‧回授單元
Co‧‧‧輸出電容
DD‧‧‧閘流體(Thyristor)
Do‧‧‧輸出二極體
PH‧‧‧光耦合器
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
RL‧‧‧負載
TR1‧‧‧變壓器
Vin‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧輸出電壓

Claims (21)

  1. 一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，用以將具一輸入電壓的一交流輸入電源轉換成具一輸出電壓的一輸出電源而提供一輸出功率給外部的一負載，該電源控制裝置包括：一整流單元，用以接收該交流輸入電源，並將該交流輸入電源整流成一直流電源；一功率因數校正單元，用以接收該直流電源，並進行一功率因數校正處理而產生一功率因數校正電源；一電源轉換單元，用以接收該功率因數校正電源並進行一電源轉換處理而產生該輸出電源，以供應該負載；以及一回授單元，係電氣連接至該電源轉換單元，用以將該輸出電源的輸出電壓轉換成一回授信號，並回傳至該電源轉換單元，其中該電源轉換單元包括一變壓器、一脈波寬度調變(PWM)驅動控制器、一切換電晶體、一輸出二極體以及一輸出電容，且該變壓器包含一次側線圈及二次側線圈，而該輸出二極體串接至該輸出電容，該切換電晶體連接至該一次側線圈的一端，該PWM驅動控制器進行一調節處理而產生一PWM驅動信號，用以控制該切換電晶體的導通及關閉操作，該二次側線圈是串接至該輸出二極體及該輸出電容，且該輸出電容是並聯連接至該負載，而該輸出電容產生該輸出電源以供應給該負載，該切換電晶體為一N型切換元件，包含一N通道金氧半電晶體(N-channel Metal-Oxide Semiconductor，NMOS)或一NPN雙載子電晶體(Bipolar Transistor)，而該PWM驅動控制器的PWM驅動信號是連接至 該NMOS的閘極或該NPN雙載子電晶體的基極，該PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟：在一第一上升時間內，將該PWM驅動控制器的PWM驅動信號的一驅動電壓由0V的一最低電壓上升到一第一電壓，其中用以開始導通該切換電晶體而使該切換電晶體的汲源電壓會下降；在一第二上升時間內，將該驅動電壓由該第一電壓上升到超過大於該第一電壓的一第二電壓而達到一最高電壓；維持一預設時間；在一第一下降時間內，將該驅動電壓由超過該第二電壓的最高電壓下降到該第一電壓；以及在一第二下降時間內，將該驅動電壓由該第一電壓降低到0V的最低電壓，其中該第一電壓約為該切換電晶體的米勒平臺，而該米勒平臺是指該切換電晶體在關閉至導通的切換過程中維持某一定值的閘源電壓，且當該切換電晶體的汲極電流為零時，拉長該第一上升時間以降低電磁干擾(EMI)，同時縮短該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間以降低切換損失及導通損失。
  2. 一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，用以將具一輸入電壓的一交流輸入電源轉換成具一輸出電壓的一輸出電源而提供一輸出功率給外部的一負載，該電源控制裝置包括： 一整流單元，用以接收該交流輸入電源，並將該交流輸入電源整流成一直流電源；一功率因數校正單元，用以接收該直流電源，並進行一功率因數校正處理而產生一功率因數校正電源；一電源轉換單元，用以接收該功率因數校正電源並進行一電源轉換處理而產生該輸出電源，以供應該負載；以及一回授單元，係電氣連接至該電源轉換單元，用以將該輸出電源的輸出電壓轉換成一回授信號，並回傳至該電源轉換單元，其中該電源轉換單元包括一變壓器、一PWM驅動控制器、一切換電晶體、一輔助二極體、一輸出電感、一輸出二極體以及一輸出電容，且該變壓器包含一次側線圈及二次側線圈，而該輸出二極體的一正端連接至該二次側的一端，該輔助二極體的一正端連接至該二次側的一另一端，該輸出二極體的一負端及該輔助二極體的一負端連接至該輸出電感的一端，該輸出電感的一另一端連接至該輸出電容的一端，而該輸出電容的一另一端連接至該二次側的該另一端，且該負載並聯連接至該輸出電容，該切換電晶體連接至該一次側線圈的一端，該PWM驅動控制器進行一調節處理而產生一PWM驅動信號，用以控制該切換電晶體的導通及關閉操作，而該輸出電容產生該輸出電源以供應給該負載，該切換電晶體為一N型切換元件，包含一NMOS或一NPN雙載子電晶體，而該PWM驅動控制器的PWM驅動信號是連接至該NMOS的閘極或該NPN雙載子電晶體的基極，該PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟： 在一第一上升時間內，將該PWM驅動控制器的PWM驅動信號的一驅動電壓由0V上升到一第一電壓，其中用以開始導通該切換電晶體而使該切換電晶體的汲源電壓會下降；在一第二上升時間內，將該驅動電壓由該第一電壓上升到超過大於該第一電壓的一第二電壓；維持一預設時間；在一第一下降時間內，將該驅動電壓由超過該第二電壓下降到該第一電壓；以及在一第二下降時間內，將該驅動電壓由該第一電壓降低到0V，其中該第一電壓約為該切換電晶體的米勒平臺，而該米勒平臺是指該切換電晶體在關閉至導通的切換過程中維持某一定值的閘源電壓，且當該切換電晶體的汲極電流為零時，拉長該第一上升時間以降低電磁干擾(EMI)，同時縮短該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間以降低切換損失及導通損失。
  3. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該回授單元包括一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一閘流體(Thyristor)以及一光耦合器，該第一電阻、該第二電阻、該第三電阻為依序串接，且該第一電阻及該第二電阻的一串接點是連接至該輸出二極體及該輸出電容的一串接點，用以接收該輸出電源，而該第二電阻及該第三電阻的一串接點是連接至該閘流體的一閘極端(G端)，而該閘流體的一正極端(A端)是連接至該輸出電容，且該光耦合器 是連接於該閘流體的一負極端(K端)以及該第一電阻之間，以使得該光耦合器產生該回授信號。
  4. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一電壓為3V至6V，而該第二電壓為7V至9V。
  5. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該PWM驅動控制器是由多個獨立電子元件經組合成硬體電路而實現，或是由一中央處理器(CPU)或一微控制器(MCU)藉執行一軟體程式或一韌體程式而實現。
  6. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該切換電晶體的一汲源電壓下降時間及一汲源電壓上升時間在該輸出功率為36W時係分別小於約200ns及約100ns，且該汲源電壓下降時間是指該切換電晶體在導通過程中的一汲源電壓由一最高汲源電壓下降至一最低汲源電壓的時間，而該汲源電壓上升時間是指該切換電晶體在關閉過程中該汲源電壓由一最低汲源電壓上升至一最高汲源電壓的時間。
  7. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一上升時間、該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間係藉加大或減少該PWM驅動控制器的驅動能力而分 別動態調整控制。
  8. 一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，用以將具一輸入電壓的一交流輸入電源轉換成具一輸出電壓的一輸出電源而提供一輸出功率給外部的一負載，該電源控制裝置包括：一整流單元，用以接收該交流輸入電源，並將該交流輸入電源整流成一直流電源；一功率因數校正單元，用以接收該直流電源，並進行一功率因數校正處理而產生一功率因數校正電源；一電源轉換單元，用以接收該功率因數校正電源並進行一電源轉換處理而產生該輸出電源，以供應該負載；以及一回授單元，係電氣連接至該電源轉換單元，用以將該輸出電源的輸出電壓轉換成一回授信號，並回傳至該電源轉換單元，其中該電源轉換單元包含一全橋電源轉換架構或一半橋電源轉換架構，而每個該全橋電源轉換架構及該半橋電源轉換架構係包含一變壓器、一PWM驅動控制器、至少一切換電晶體、一輔助二極體、一輸出電感、一輸出二極體以及一輸出電容，且該變壓器包含一次側線圈以及具一中間抽頭的二次側線圈，而該二次側線圈的一端連接至該輸出二極體的一正端，該二次側線圈的一另一端連接至該輔助二極體的一正端，該輸出二極體的一負端連接至該輔助二極體的一負端以及該輸出電感的一端，該輸出電感的一另一端連接至該輸出電容的一端，該輸出電容的一另一端連接至該二次側線圈的中間抽頭，且該輸出電容 是並聯連接至該負載，而該輸出電容產生該輸出電源以供應給該負載，該PWM驅動控制器依據該回授信號以進行一調節處理而產生至少一PWM驅動信號，用以分別控制該至少一切換電晶體的導通及關閉操作，且該PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟：在一第一上升時間內，將該PWM驅動控制器的PWM驅動信號的一驅動電壓由0V上升到一第一電壓，其中用以開始導通該切換電晶體而使該切換電晶體的汲源電壓會下降；在一第二上升時間內，將該驅動電壓由該第一電壓上升到超過大於該第一電壓的一第二電壓；維持一預設時間；在一第一下降時間內，將該驅動電壓由超過該第二電壓下降到該第一電壓；以及在一第二下降時間內，將該驅動電壓由該第一電壓降低到0V，其中該第一電壓約為該切換電晶體的米勒平臺，而該米勒平臺是指該切換電晶體在關閉至導通的切換過程中維持某一定值的閘源電壓，且當該切換電晶體的汲極電流為零時，拉長該第一上升時間以降低電磁干擾(EMI)，同時縮短該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間以降低切換損失及導通損失。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該全橋電源轉換架構包含一第一切換電晶體、一第二切換電晶體、一第三切換電晶體以及一第四切換電晶體，且該第一切換電晶 體、該第二切換電晶體、該第三切換電晶體以及該第四切換電晶體是由NPN雙載子電晶體、NMOS或PMOS所構成。
  10. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該半橋電源轉換架構包含一第一切換電晶體及一第二切換電晶體，且該第一切換電晶體及該第二切換電晶體是由NPN雙載子電晶體、NMOS或PMOS所構成。
  11. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該回授單元包括一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一閘流體(Thyristor)以及一光耦合器，該第一電阻、該第二電阻、該第三電阻為依序串接，且該第一電阻及該第二電阻的一串接點是連接至該輸出二極體及該輸出電容的一串接點，用以接收該輸出電源，而該第二電阻及該第三電阻的一串接點是連接至該閘流體的一閘極端(G端)，而該閘流體的一正極端(A端)是連接至該輸出電容，且該光耦合器是連接於該閘流體的一負極端(K端)以及該第一電阻之間，以使得該光耦合器產生該回授信號。
  12. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一電壓為3V至6V，而該第二電壓為7V至9V。
  13. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝 置，其中該PWM驅動控制器是由多個獨立電子元件經組合成硬體電路而實現，或是由一中央處理器(CPU)或一微控制器(MCU)藉執行一軟體程式或一韌體程式而實現。
  14. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該切換電晶體的一汲源電壓下降時間及一汲源電壓上升時間在該輸出功率為36W時係分別小於約200ns及約100ns，且該汲源電壓下降時間是指該切換電晶體在導通過程中的一汲源電壓由一最高汲源電壓下降至一最低汲源電壓的時間，而該汲源電壓上升時間是指該切換電晶體在關閉過程中該汲源電壓由一最低汲源電壓上升至一最高汲源電壓的時間。
  15. 依據申請專利範圍第8項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一上升時間、該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間係藉加大或減少該PWM驅動控制器的驅動能力而分別動態調整控制。
  16. 一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，用以將來自一第一外部電源單元具較低電壓的一輸入電源轉換成具一較高電壓的一輸出電源而供應給一第一外部負載裝置，藉以達成升壓(boost)功能，該電源控制裝置包括一PWM驅動控制器、一第一切換電晶體、一第二切換電晶體、一升壓電阻、一降壓電阻、一電感及一電容，其中該第一外部負載裝 置是經相互串接的該第一切換電晶體及該第二切換電晶體而連接至接地，且該第一切換電晶體為NMOS或PMOS，而該第二切換電晶體為NMOS，該第一切換電晶體及該第二切換電晶體的閘極是由該PWM驅動控制器所控制，該第一外部電源單元是經該電感而連接至該第一切換電晶體及該第二切換電晶體的一串接點，該PWM驅動控制器藉感測該串接點P以控制該第一切換電晶體及該第二切換電晶體，該PWM驅動控制器經該升壓電阻而連接至該第一外部電源單元，且經該降壓電阻而連接至該第一外部負載裝置，該電容的一端連接至該第一外部電源單元，且該電容的一另一端為接地，其特徵在於該PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟：在一第一上升時間內，將用以驅動通該第一或該第二切換電晶體的PWM驅動信號的一驅動電壓由0V上升到一第一電壓，藉以開始導通該第一或該第二切換電晶體，而使得該第一或該第二切換電晶體的汲源電壓下降；在一第二上升時間內，將該驅動電壓由該第一電壓上升到超過大於該第一電壓的一第二電壓；維持一預設時間；在一第一下降時間內，將該驅動電壓由超過該第二電壓下降到該第一電壓；以及在一第二下降時間內，將該驅動電壓由該第一電壓降低到0V，其中該第一電壓約為該切換電晶體的米勒平臺，而該米勒平臺是指該第一或該第二切換電晶體在關閉至導通的切換過程中維持某一定值的 閘源電壓，且當該第一或該第二切換電晶體的汲極電流為零時，拉長該第一上升時間以降低電磁干擾，同時縮短該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間以降低切換損失及導通損失。
  17. 一種動態驅動能力調節的電源控制裝置，用以將來自一第一外部電源單元具較高電壓的一輸入電源轉換成具一較低電壓的一輸出電源而供應給一第一外部負載裝置，藉以達成降壓(buck)功能，該電源控制裝置包括一PWM驅動控制器、一第一切換電晶體、一第二切換電晶體、一升壓電阻、一降壓電阻、一電感及一電容，其中該第一外部電源裝置是經相互串接的該第一切換電晶體及該第二切換電晶體而連接至接地，且該第一切換電晶體為NMOS或PMOS，而該第二切換電晶體為NMOS，該第一切換電晶體及該第二切換電晶體的閘極是由該PWM驅動控制器所控制，該第一外部負載單元是經該電感而連接至該第一切換電晶體及該第二切換電晶體的一串接點，該PWM驅動控制器藉感測該串接點P以控制該第一切換電晶體及該第二切換電晶體，該PWM驅動控制器經該升壓電阻而連接至該第一外部負載單元，且經該降壓電阻而連接至該第一外部電源裝置，該電容的一端連接至該第一外部負載單元，且該電容的一另一端為接地，其特徵在於該PWM驅動控制器的調節處理包括以下步驟：在一第一上升時間內，將用以驅動通該第一或該第二切換電晶體的PWM驅動信號的一驅動電壓由0V上升到一第一電壓，藉以開始導通該第一或該第二切換電晶體，而使得該第一或該第二切換電晶體的汲 源電壓下降；在一第二上升時間內，將該驅動電壓由該第一電壓上升到超過大於該第一電壓的一第二電壓；維持一預設時間；在一第一下降時間內，將該驅動電壓由超過該第二電壓下降到該第一電壓；以及在一第二下降時間內，將該驅動電壓由該第一電壓降低到0V，其中該第一電壓約為該切換電晶體的米勒平臺，而該米勒平臺是指該第一或該第二切換電晶體在關閉至導通的切換過程中維持某一定值的閘源電壓，且當該第一或該第二切換電晶體的汲極電流為零時，拉長該第一上升時間以降低電磁干擾，同時縮短該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間以降低切換損失及導通損失。
  18. 依據申請專利範圍第16項或第17項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一電壓為3V至6V，而該第二電壓為7V至9V。
  19. 依據申請專利範圍第16項或第17項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該PWM驅動控制器是由多個獨立電子元件經組合成硬體電路而實現，或是由一中央處理器(CPU)或一微控制器(MCU)藉執行一軟體程式或一韌體程式而實現。
  20. 依據申請專利範圍第16項或第17項所述之動態驅動能力調節的電 源控制裝置，其中該第一或該第二切換電晶體的一汲源電壓下降時間及一汲源電壓上升時間在該輸出功率為36W時係分別小於約200ns及約100ns，且該汲源電壓下降時間是指該第一或該第二切換電晶體在導通過程中的一汲源電壓由一最高汲源電壓下降至一最低汲源電壓的時間，而該汲源電壓上升時間是指該第一或該第二切換電晶體在關閉過程中該汲源電壓由一最低汲源電壓上升至一最高汲源電壓的時間。
  21. 依據申請專利範圍第16項或第17項所述之動態驅動能力調節的電源控制裝置，其中該第一上升時間、該第二上升時間、該第一下降時間及該第二下降時間係藉加大或減少該PWM驅動控制器的驅動能力而分別動態調整控制。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI699949B (zh) * 2019-12-10 2020-07-21 產晶積體電路股份有限公司 動態調節電源控制器

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106533151B (zh) * 2016-12-05 2018-09-04 广东美的制冷设备有限公司 部分pfc电路的控制方法及装置、家用电器
JP6803386B2 (ja) * 2017-01-10 2020-12-23 クローズド−アップ ジョイント−ストック カンパニー ドライブＣｌｏｓｅｄ−Ｕｐ Ｊｏｉｎｔ−Ｓｔｏｃｋ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｄｒｉｖｅ 直流電圧−直流電圧変換の方法
TWM564746U (zh) * 2018-04-24 2018-08-01 穩態光電科技股份有限公司 Load-adaptive power supply
TWI671988B (zh) * 2018-07-10 2019-09-11 群光電能科技股份有限公司 電源轉換裝置及其控制方法
CN109067173A (zh) * 2018-08-14 2018-12-21 郑州云海信息技术有限公司 一种服务器及其提升电源转换效率的pol
CN117424585A (zh) * 2019-12-30 2024-01-19 上海瞻芯电子科技有限公司 栅极驱动装置及电子设备
TWI725862B (zh) * 2020-06-01 2021-04-21 通嘉科技股份有限公司 具有多功能端的功率因素校正控制器、以及相關之功率因素校正電路與控制方法
CN112165308B (zh) * 2020-08-20 2023-06-02 上海艾为电子技术股份有限公司 边沿控制电路及其驱动方法和电子设备
TWI748888B (zh) * 2021-03-03 2021-12-01 威綸科技股份有限公司 啟動調整電路以及馳返式電源啟動系統
US11626804B2 (en) * 2021-07-23 2023-04-11 Huayuan Semiconductor (Shenzhen) Limited Company Power converter, method for driving switching transistors and a power supply system thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010026458A1 (en) * 1998-07-09 2001-10-04 Illinois Tool Works Inc. Power convertor with low loss switching
US20080290911A1 (en) * 2007-05-21 2008-11-27 Advanced Analogic Technologies, Inc. MOSFET gate drive with reduced power loss
TW201023492A (en) * 2008-12-02 2010-06-16 Delta Electronics Inc Single stage switching power supply circuit
TW201240301A (en) * 2011-03-28 2012-10-01 Silitek Electronic Guangzhou Power factor correction boost converter and frequency switching modulation method thereof
TW201304380A (zh) * 2011-07-01 2013-01-16 Yu-Kang Lo 電源轉換器、直流電壓轉換電路與其控制方法
TW201442408A (zh) * 2013-04-19 2014-11-01 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci 單級高功因返馳-順向式轉換器及光源系統

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10225406B4 (de) * 2002-06-07 2005-07-14 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler und Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Schalters
DE102004036522A1 (de) * 2004-07-28 2006-03-23 Infineon Technologies Ag Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltwandler zur Verbesserung der Sprungantwort
US7848117B2 (en) * 2007-01-22 2010-12-07 Power Integrations, Inc. Control arrangement for a resonant mode power converter
US9572208B2 (en) * 2008-08-29 2017-02-14 Philips Lighting Holding B.V. LED lighting system with accurate current control
US8487546B2 (en) * 2008-08-29 2013-07-16 Cirrus Logic, Inc. LED lighting system with accurate current control
US9141118B2 (en) * 2011-12-07 2015-09-22 System General Corporation Switching current synthesis circuit for power converter
US9178413B2 (en) * 2013-11-19 2015-11-03 Active-Semi, Inc. Power factor correction autodetect
CN103944374A (zh) * 2014-04-25 2014-07-23 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 原边反馈的pfc恒压驱动控制电路及控制方法
US9331585B1 (en) * 2014-11-11 2016-05-03 Inno-Tech Co., Ltd. Power control apparatus with dynamic adjustment of driving capability

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010026458A1 (en) * 1998-07-09 2001-10-04 Illinois Tool Works Inc. Power convertor with low loss switching
US20080290911A1 (en) * 2007-05-21 2008-11-27 Advanced Analogic Technologies, Inc. MOSFET gate drive with reduced power loss
TW201023492A (en) * 2008-12-02 2010-06-16 Delta Electronics Inc Single stage switching power supply circuit
TW201240301A (en) * 2011-03-28 2012-10-01 Silitek Electronic Guangzhou Power factor correction boost converter and frequency switching modulation method thereof
TW201304380A (zh) * 2011-07-01 2013-01-16 Yu-Kang Lo 電源轉換器、直流電壓轉換電路與其控制方法
TW201442408A (zh) * 2013-04-19 2014-11-01 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci 單級高功因返馳-順向式轉換器及光源系統

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI699949B (zh) * 2019-12-10 2020-07-21 產晶積體電路股份有限公司 動態調節電源控制器

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TW201628322A (zh) 2016-08-01
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