TWI598719B - 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法 - Google Patents

可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI598719B
TWI598719B TW105102000A TW105102000A TWI598719B TW I598719 B TWI598719 B TW I598719B TW 105102000 A TW105102000 A TW 105102000A TW 105102000 A TW105102000 A TW 105102000A TW I598719 B TWI598719 B TW I598719B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
primary side
bits
secondary side
instruction
power supply
Prior art date
Application number
TW105102000A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201643583A (zh
Inventor
李敬贊
李茂仕
呂信宏
李三益
Original Assignee
通嘉科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 通嘉科技股份有限公司 filed Critical 通嘉科技股份有限公司
Priority to TW105102000A priority Critical patent/TWI598719B/zh
Priority to US15/174,169 priority patent/US9774267B2/en
Publication of TW201643583A publication Critical patent/TW201643583A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI598719B publication Critical patent/TWI598719B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33515—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with digital control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法
本發明大致係關於使用於電源供應器中的技術，尤其關於電源供應器中，隔絕的一次側與二次側彼此之間的訊息傳遞技術。
隨著移動式電子裝置的普及化，人們對於移動式電子裝置的可用時間越來越要求。因此，移動式電子裝置被要求更省電，移動式電子裝置的電池電量需要增加，而移動式電子裝置的充電時間則需要縮短。
縮短充電時間有許多種方法。舉例來說，高通(Qualcomm)，一家手機晶片大廠，就已經提出了快充2.0版(Quick Charge 2.0)。符合快充2.0版之充電器，可以透過USB連接器上的差動信號線，來接收指令，據以變更其輸出電源之電壓值，來對連接在USB連接器上的電子裝置進行充電。一般而言，輸出電源的電壓值越高，電子裝置所需要的充電時間越短。
第1圖顯示一習知的充電器10，其可以對連接在USB連接器12上的電子裝置(未顯示)進行快速充電。為了安全上的考量，充電器10分有電流隔絕(galvanic insolated)的一次側14P與二次側14S。一次側14P與二次側 14S之間沒有DC的連接。一次側14P的電路主要是以輸入電源VIN與輸入地GNDI來供電，而輸入電源VIN與輸入地GNDI則是依據交流市電VAC-IN透過橋式整流器16，經過全波整流而產生。透過二次繞組LS的放電，二次側14S可以產生有輸出電源VOUT與輸出地GNDO。
二次側控制器18可以從USB連接器12之信號線D+與D-接收指令，然後設定一次側控制器20的控制方式，而一次側控制器20就具以轉換電能，來產生並控制輸出電源VOUT。二次側控制器18提供一脈波寬度調變(pulse-width modulation，PWM)信號SD來驅動光耦合器(photo coupler)26中的發射器(emitter)26E。透過光耦合器26中的接收器26R以及低通濾波器24，轉譯器(translator)22的接收端R上會產生一DC準位，其值會對應PWM信號SD的工作週期(duty cycle)。依據接收端R上的DC準位，轉譯器22便提供相對應的設定信號SSET，來設定一次側控制器20。
舉例來說，當信號線D+與D-上的信號是要充電器10提供輸出電源VOUT的輸出電壓VOUT為12V時，二次側控制器18提供之PWM信號SD的工作週期為50%。因此，接收端R上的DC電壓為2.5V，轉譯器22設定一次側控制器20來偵測輸出電壓VOUT並控制轉換的電能，以使輸出電壓VOUT大約穩定在12V。類似的，如果信號線D+與D-上的信號是要輸出電源VOUT的輸出電壓VOUT為20V時，PWM信號SD的工作週期為100%，所以接收端R上的DC電壓為5V，一次側控制器20會開始控制(regulate)輸出電壓VOUT，使其往20V接近。
本發明之一實施例提供一電源供應器，其具有隔絕的一一次 側以及一二次側。該電源供應器具有相耦合的一一次繞組以及一二次繞組，分別位於電流隔絕的一一次側與一二次側。一次側控制電路設於該一次側，控制流經該變壓器之一電流，架構來使該一次繞組從一輸入電源儲能，以及使該二次繞組釋能而建立一輸出電源。二次側控制電路設於該二次側，被該輸出電源供電。該二次側控制電路提供一指令碼，其以數個指令位元所構成。該二次側控制電路係架構來循序地傳遞該等指令位元至該一次側控制電路，而相對應產生數個接收位元於該一次側。該等接收位元可以用來設定該一次側控制電路之一控制方式。
本發明之一實施例提供一種控制方法，適用於一電源供應器，其具有電流隔絕的一一次側與一二次側。該控制方法包含有將一輸入電源，轉換為一輸出電源，其中該輸入電源與該輸出電源分別位於該一次側與該二次側；循序地從該二次側，傳遞數個指令位元至該一次側，而相對應產生數個接收位元；以及，依據該等接收位元，設定該輸出電源之一輸出規格。
本發明之一實施例提供一種一次側控制器，其為一積體電路，可適用於一電源供應器。該電源供應器具有隔絕的一一次側以及一二次側，該一次側控制器位於該一次側。該一次側控制器包含有一脈波寬度調變器、一多功能接腳、一快速反應偵測器、以及一過溫保護電路。該脈波寬度調變器提供一脈波寬度調變信號，控制一功率開關。該多功能接腳上具有一端電壓。該快速反應偵測器耦接至該脈波寬度調變器與該多功能接腳之間。當該端電壓符合一第一條件時，透過該脈波寬度調變器，使該功率開關開啟。該過溫保護電路耦接至該脈波寬度調變器與該多功能接腳 之間，當該端電壓符合一第二條件時，透過該脈波寬度調變器，使該功率開關維持關閉。
10‧‧‧充電器
12‧‧‧USB連接器
14P‧‧‧一次側
14S‧‧‧二次側
16‧‧‧橋式整流器
18‧‧‧二次側控制器
20‧‧‧一次側控制器
22‧‧‧轉譯器
26‧‧‧光耦合器
26E‧‧‧發射器
26R‧‧‧接收器
60‧‧‧充電器
62‧‧‧二次側控制器
64‧‧‧一次側控制器
66、68‧‧‧電阻
80‧‧‧標頭
80P‧‧‧標頭脈衝
90、92‧‧‧控制方法
102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122‧‧‧步驟
200‧‧‧充電器
202‧‧‧熱敏電阻
203‧‧‧二次側控制器
204‧‧‧一次側控制器
206‧‧‧補償電容
220‧‧‧誤差放大器
222‧‧‧取樣保持器
224‧‧‧脈波寬度調變器
228‧‧‧比較器
230‧‧‧解碼器
232‧‧‧快速反應偵測器
234‧‧‧反彈跳電路
B1、B2、B3‧‧‧資料位元
B1B、B2B、B3B‧‧‧校正位元
COMP‧‧‧補償端
CS‧‧‧電流偵測端
D+、D-‧‧‧信號線
FB‧‧‧回饋端
GNDO‧‧‧輸出地
GNDI‧‧‧輸入地
IPULL‧‧‧電流源
LA‧‧‧輔助繞組
LP‧‧‧主繞組
LS‧‧‧二次繞組
OPTO‧‧‧接收端
OUT‧‧‧驅動端
R‧‧‧接收端
SD‧‧‧脈波寬度調變信號
SF_ON‧‧‧強迫開啟信號
SHT‧‧‧比較結果
SOTP‧‧‧過溫保護信號
SOUT‧‧‧脈波寬度調變信號
SSET‧‧‧設定信號
SSTREAM‧‧‧驅動信號
SW‧‧‧功率開關
tCONFIRM‧‧‧時間點
tDROP‧‧‧時間點
tHOT‧‧‧時間點
tRECON‧‧‧時間點
tSENS‧‧‧時間點
Tdebounce‧‧‧過溫度時間
VAC-IN‧‧‧交流市電
VCS‧‧‧電流偵測信號
VIN‧‧‧輸入電源
VCC‧‧‧操作電源
VCS‧‧‧電流偵測信號
VCOMP‧‧‧補償電壓
VL-LIMIT‧‧‧下限電壓
VOPTO‧‧‧端電壓
VOTP_REF‧‧‧過溫參考電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VOUT‧‧‧輸出電源
VQC‧‧‧解碼參考電壓
VREF‧‧‧目標參考電壓
VREF1、VREF2、VREF3...VREFn‧‧‧參考電壓
第1圖顯示一習知的充電器。
第2圖為依據本發明之實施例所產生的一充電器。
第3A圖舉例顯示驅動信號SSTREAM的架構。
第3B圖舉例顯示驅動信號SSTREAM。
第4圖顯示一對照表，用以表示指令碼的架構與規則。
第5圖顯示控制方法90與92，分別適用於一二次側控制器與一一次側控制器。
第6圖為依據本發明之實施例所產生的另一充電器。
第7圖顯示了一次側控制器之內部電路連接。
第8圖顯示在二次側14S之驅動信號SSTREAM、一次側14P之接收端OPTO上電壓VOPTO、目標參考電壓VREF、以及輸出電壓VOUT的信號波形。
第9圖顯示了二次側14S之輸出電壓VOUT、驅動信號SSTREAM、一次側14P之接收端OPTO上電壓VOPTO、脈波寬度調變信號SOUT以及電流偵測信號VCS的信號波形。
第10圖顯示許多信號波形，用以說明過溫保護的機制。
在本說明書中，有一些相同的符號，其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本 說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
第2圖為依據本發明之實施例所產生的一充電器60，可作為一電源供應器。類似第1圖中的充電器10，充電器60具有電流隔絕(galvanic insolated)的一次側14P與二次側14S。主繞組LP與輔助繞組LA位於一次側14P，二次繞組LS位於二次側14S。藉由開關功率開關SW，一次側控制器64控制流經變壓器主繞組LP的電流。如此，變壓器(包含有主繞組LP、二次繞組LS與輔助繞組LA)可以從輸入電源VIN儲能，並從二次側14S釋能以建立輸出電源VOUT。
二次側控制器62由輸出電源VOUT與輸出地GNDO供電，位於二次側14S。一次側控制器64由操作電源VCC與輸入地GNDI供電，位於一次側14P。
二次側控制器62可以透過一光耦合器26(具有發射器26E以及接收器26R)，循序地傳遞數位的指令位元至一次側14P。依據接收端OPTO上的電壓變化，一次側控制器64可以循序地產生接收位元，而進行相對應的設定。在此實施例中，光耦合器26做為信號通路，連接一次側14P與二次側14S兩邊，但是本發明並不限於此。在其他實施例中，可以以具有電流隔絕功能的元件，來作為信號通路。舉例來說，一變壓器或是一電容，都可以作為一次側14P與二次側14S兩邊之間的信號通路。
在第2圖的充電器60中，依據USB連接器12之信號線D+與D-來的信號，二次側控制器62提供指令碼(command code)。指令碼以數個指令位元所構成，且需要符合一預設的編碼規則。二次側控制器62並提供驅動 信號SSTREAM來驅動發射器26E，並使驅動信號SSTREAM帶有兩部分，前一部分為標頭(header)，緊接的為該指令碼(command code)。當一次側控制器64發現接收端OPTO上出現一相對應的標頭後，就可以知道緊接著在接收端OPTO上將出現數個接收位元。舉例來說，這些接收位元可以設定輸出電源VOUT的輸出電壓VOUT之目標值。
第3A圖舉例顯示驅動信號SSTREAM的架構，前一部分為標頭(header)80，緊接的為一指令碼(command code)。指令碼以6個指令位元所構成，依序為3個資料位元B1、B2、B3，以及3個校正位元B1B、B2B、B3B。第3B圖舉例顯示驅動信號SSTREAM，其中標頭脈衝80P代表了標頭80，其標頭脈衝寬度固定為6ms。標頭脈衝80P後緊接了6個脈衝，兩兩脈衝之間以1ms寬的間隙(space)相隔絕。每個指令位元的一邏輯值決定一相對應之脈衝的一脈衝寬度。舉例來說，如果一指令位元的邏輯值為0，則相對應脈衝之一脈衝寬度就為1ms；如果邏輯值為1，那脈衝寬度就為3ms。在第3B圖中所舉例的驅動信號SSTREAM，其所傳的指令位元，依序為(001110)。
第4圖顯示一對照表，用以表示指令碼的架構。在此實施例中，指令碼需符合一編碼規則，使其帶有偵錯功能，以避免一次側控制器64產生錯誤的動作。如圖所示，指令碼依序包含有3個資料位元B1、B2、B3，以及3個校正位元B1B、B2B、B3B，且每一校正位元係反向於一對應的資料位元。舉例來說，當資料位元B2為0時，校正位元B2B就為1。這樣的編碼規則可以產生一個結果，就是指令碼的碼時間長度(發送完整指令碼所需的時間)，大約會是一個常數，不隨指令碼變化而改變。如同第4圖中所顯示的，不論資料位元如何變化，每個指令碼的碼時間長度都大約會是18ms。
第4圖也顯示了指令碼所代表的功能。舉例來說，當USB連接器12之信號線D+與D-來的信號認定輸出電壓VOUT的目標值為20V時，二次側控制器62所產生的驅動信號SSTREAM，其中除了標頭80之外，應帶有(110001)的指令碼。如第4圖所示，指令碼為(001110)、(010101)、(011100)與(110001)時，分別表示輸出電壓VOUT的目標值為5V、9V、12V與20V。至於其他的指令碼，其代表的功能尚未決定，但可以隨設計者喜好而決定。舉例來說，在其他實施例中，指令碼為(000111)時，代表使一次側控制器64進入休眠模式，把一次側控制器64所消耗的電能大幅降低；當指令碼為(111000)時，代表喚醒一次側控制器64，強制使一次側控制器64開始偵測輸出電壓VOUT。
第5圖顯示控制方法90與92，分別適用於充電器60中的二次側控制器62與一次側控制器64。
在步驟102中，二次側控制器62檢查是否控制狀態需要改變。舉例來說，信號線D+與D-上的信號可能表示輸出電壓VOUT的目標值，需要從12V改變為20V；或是輸出電壓VOUT一直達不到目前所設定的目標值，所以需要改變一次側14P的設定。如果控制狀態不需要改變，則步驟102持續進行。一旦控制狀態需要改變，步驟104先送出標頭80，使驅動信號SSTREAM產生6ms的標頭脈衝80P。接著，視所希望的控制狀態，步驟106依序送出資料位元B1、B2、B3，使驅動信號SSTREAM產生相對應的脈衝。步驟108接著依序送出校正位元B1B、B2B、B3B，使驅動信號SSTREAM產生相對應的脈衝，其中，校正位元B1B、B2B、B3B分別是資料位元B1、B2、B3的反向。為了預防一次側控制器64沒有正確的收到資料位元B1、B2、B3與校正位元 B1B、B2B、B3B，步驟110檢查指令碼是否送出4次。步驟104~108將會被重複的執行，直到步驟110確定指令碼已經送出4次為止，之後回到步驟102。
一次側控制器64執行控制方法92。在步驟112中，一次側控制器64檢查是否因為接收端OPTO上的電壓變化而產生脈衝，並檢查所產生的脈衝之脈衝寬度是否大於5ms，來辨識是否收到標頭80。如果步驟112的答案為否，則持續進行步驟112，直到確定收到標頭80為止。步驟114接續步驟112的是，循序辨識接下來因接收端OPTO上電壓變化而出現的6個脈衝，並依據這些脈衝之脈衝寬度，來產生接收位元。舉例來說，如果這6個脈衝的脈衝寬度，分別大約是3ms、3ms、1ms、1ms、1ms、3ms，那接收位元的序列就是(110001)。步驟116中，一次側控制器64接著檢查接收位元是否符合二次側控制器62用來產生指令碼的編碼規則，其舉例於第3A、3B與4圖中。舉例來說，如果後三個接收位元不是前三個接收位元的反向，那就表示這些接收位元至少有一個錯誤。因為不知道正確的接收位元，所以控制方法92則前進到步驟112，等待下一個標頭80的出現。如果後三個接收位元是前三個接收位元的反向，那表示接收位元全部都是正確的，控制方法92前進到步驟118，依據接收位元來設定一次側控制器64的控制方式。舉例來說，如果接收位元的序列是(110001)，一次側控制器64就設定在變壓器(包含有主繞組LP、二次繞組LS與輔助繞組LA)釋放電能時，端點FB上的期望電壓，據以控制功率開關SW，以使輸出電壓VOUT大約穩定在20V。
另一個實施例中，步驟114可以設定需要在標頭80收到後的一固定的時間長度內，譬如說18ms內，來接收到6個脈衝。如果6個脈衝沒有在固定的時間長度內，出現在接收端OPTO上，那就表示接收失敗，一次 側控制器64就回到步驟112，等待下一個標頭80的出現。
在第2圖中，指令碼中的指令位元是循序的透過單一光耦合器26(包含發送器26E與接收器26R)，從二次側14S，傳遞到一次側14P。相較於第1圖中的充電器10，第2圖之充電器60至少就解省了低通濾波器24，成本相對的降低。
第3A、3B與4圖中，指令碼中的指令位元需要符合一定的編碼規則。因此，一次側控制器64可以有效的避免產生錯誤的接收位元，也就可以避免執行錯誤的動作。
第3A、3B與4圖中的指令碼只有六個位元的碼長度，但本發明不限於此。在其他實施例中，指令碼長度可以是兩個位元或是更多。第3A、3B與4圖中的編碼規則也僅僅是一個例子，在其他實施例中，可以有其他種不同的編碼規則。舉例來說，其他實施例所用的編碼規則，可以在接收位元中只有錯一個位元的條件下，有自動校正，變為正確的功能。
儘管在第2圖中，一次側控制器64是透過一接收端OPTO，來接收從二次側14S所傳遞來的指令位元，但本發明並不限於此。舉例來說，在另一個實施例中，一次側控制器64是從回饋端FB來接收二次側14S所傳遞來的指令位元。端點FB是電阻66與68之間的連接點，而電阻66與68連接於輔助繞組LA的兩端之間。此時，回饋端FB可為一多功能接腳(multi-functional pin)，其至少可執行兩個功能：用來偵測輸出電壓VOUT，以及接收指令位元。在另一個實施例中，一次側控制器64是從驅動端OUT來接收二次側14S所傳遞來的指令位元，而驅動端OUT同時是一次側控制器64驅動功率開關SW的端點。在另一個實施例中，一次側控制器64是從電流偵 測端CS來接收二次側14S所傳遞來的指令位元，而電流偵測端CS也提供代表主繞組LP之一電流的電流偵測信號VCS給一次側控制器64。
本發明可以適用於任何的電源供應器中，而第2圖中的充電器60僅僅為一個例子。舉例來說，在另一個實施例中，第2圖中的二次側控制器62也是一同步整流控制器，其控制一整流開關(未顯示)，連接於輸出電源VOUT與二次繞組LS之間。
第6圖為依據本發明之實施例所產生的一充電器200，可作為一電源供應器。充電器200與先前之充電器相似或是相同之處，可以依據先前之教導而得知，不再重述。充電器200除了可以依照第4圖中的編碼規則從二次側14S傳遞指令碼至一次側14P之外，還額外具有兩個功能：1)過溫防護(over temperature protection，OTP)；以及2)快速反應(quick response)。而且，這些功能都可以透過偵測接收端OPTO上的電壓變化而實現。
作為一個例子，一次側控制器204與二次側控制器203都是積體電路。一次側控制器204具有六個接腳，分別連接到接收端OPTO、驅動端OUT、操作電源VCC、電流偵測端CS、回饋端FB、補償端COMP、輸入地GNDI。連接到接收端OPTO的接腳是一多功能接腳(multifunctional pin)，因為一次側控制器204從它接收二次側14S傳遞來的訊息之外，還能透過它實現過溫保護以及快速反應的功能。
如同第6圖所示，負溫度係數(negative temperature coefficient，NTC)的熱敏電阻(thermistor)202連接於接收端OPTO與輸入地GNDI之間，其電阻值隨著充電器200的環境溫度上升而減少。補償端COMP與輸入地GNDI之間，連接有補償電容206。
第7圖顯示了一次側控制器204之內部電路連接。取樣保持器(sample and hold circuit)222可以在適當的時間點，對回饋端FB取樣，作為輸出。誤差放大器220比較取樣保持器222的輸出與一目標參考電壓VREF，據以控制補償端COMP上的補償電壓VCOMP。補償電壓VCOMP受控於取樣保持器222的輸出，取樣保持器222的輸出代表了輔助繞組LA的一反射電壓，其大致對應輸出電壓VOUT。脈波寬度調變器224依據補償電壓VCOMP，調變驅動端OUT上之脈波寬度調變信號SOUT的脈波寬度(pulse width)或是工作週期(duty cycle)。舉例來說，補償電壓VCOMP可以決定電流偵測端CS上之電流偵測信號VCS的一峰值。脈波寬度調變器224所提供的脈波寬度調變信號SOUT，目標是使得輸出電壓VOUT等於目標參考電壓VREF所對應的一個目標值。
電流源IPULL供應給接收端OPTO電流，可以拉高端電壓VOPTO。比較器228比較端電壓VOPTO與一預設的解碼參考電壓VQC，其比較結果提供給解碼器230與快速反應偵測器232。比較器236比較端電壓VOPTO與另一預設的參考電壓VOTP_REF，其比較結果SHT提供給反彈跳(debounce)電路234。反彈跳電路234可以視為一過溫保護電路。
解碼器230可以偵測比較器228之比較結果的邏輯值持續的時間長短，以及第3A、3B與4圖中的編碼規則，來辨識是否有指令碼傳過來，以及指令碼的實際內容。指令碼中的指令位元循序地被解碼器230所辨識並檢驗。一旦解碼器230認為一次側控制器204接收到一個正確的指令碼，解碼器230可以提供相對應的選擇信號SEL_VREF，其控制參考電壓選擇器226，從數個參考電壓VREF1、VREF2、VREF3...VREFn中，擇一輸出，作為目標參考電壓VREF。
請參閱第6圖、第7圖與第8圖，其中，第8圖顯示在二次側14S之驅動信號SSTREAM、一次側14P之接收端OPTO上電壓VOPTO、目標參考電壓VREF、以及輸出電壓VOUT的信號波形。如同第8圖所示，驅動信號SSTREAM先送出指令碼1，而電壓VOPTO大約是相對應的反相變化。當解碼器230從比較器228的比較結果辨認出指令碼1，就在時間點tRECON改變了目標參考電壓VREF。在此實施例中，二次側控制器203對於每個指令碼，連同一個標頭，會送四次，來驅動光耦合器26。而一次側控制器204內的解碼器230會辨識當下所接收到的指令碼是否正確，也就是是否符合第4圖中的編碼規則。只要當下接收到的指令碼正確了，不必要等待二次側控制器203之四次傳送結束，解碼器230就可以改變目標參考電壓VREF。隨著目標參考電壓VREF的改變，輸出電壓VOUT就慢慢地往目標參考電壓VREF所對應的一目標值逼近。類似的，當解碼器230確認指令碼2正確後，解碼器230改變目標參考電壓VREF，輸出電壓VOUT往另一新目標值逼近。
在第7圖中，當端電壓VOPTO掉低過了解碼參考電壓VQC，而導致比較器228之比較結果出現上升緣(rising edge)時，快速反應偵測器232可以提供強迫開啟信號SF_ON，至脈波寬度調變器224的FR端。舉例來說，每當端電壓VOPTO掉低過了解碼參考電壓VQC，強迫開啟信號SF_ON就產生一脈衝，其可以設定脈波寬度調變器224中的一正反器(flip flop)，使得驅動端OUT上之脈波寬度調變信號SOUT轉變為邏輯上的”1”，開啟功率開關SW。功率開關SW維持於開啟狀態的時間稱為開啟時間TON，功率開關SW維持於關閉狀態的時間稱為關閉時間TOFF。此時，開啟時間TON由當時的補償電壓VCOMP所決定。如果強迫開啟信號SF_ON的脈衝出現在開啟時間TON內，那脈 波寬度調變器224就不受影響，這個脈衝會被忽略。如果強迫開啟信號SF_ON的脈衝出現在關閉時間TOFF內，那脈波寬度調變器224會在1)脈衝出現後，且2)最小關閉時間(minimum OFF time)TOFF-MIN之後，就開啟功率開關SW，進入下一個開啟時間TON。最小關閉時間TOFF-MIN指的是緊接於開啟時間TON結束後的一小段時間，也就是關閉時間TOFF的最短時間，也是功率開關SW至少需要持續關閉的時間。只有最小關閉時間TOFF-MIN過去之後，下一個開啟時間TON才可以開始。如果強迫開啟信號SF_ON的脈衝出現在關閉時間TOFF內，但在最小關閉時間TOFF-MIN後，那脈波寬度調變器224就立刻的開啟功率開關SW，進入下一個開啟時間TON。在此實施例中，只要端電壓VOPTO符合掉低過了解碼參考電壓VQC這麼一個快速反應條件，快速反應偵測器232可以透過脈波寬度調變器224，使功率開關SW開啟。
請參閱第9圖，其顯示了二次側14S之輸出電壓VOUT、驅動信號SSTREAM、一次側14P之接收端OPTO上電壓VOPTO、脈波寬度調變信號SOUT以及電流偵測信號VCS的信號波形。在第9圖中假設，一開始充電器200是處於無載狀態。因此輸出電壓VOUT大約是一個定值，脈波寬度調變信號SOUT維持在邏輯上的”0”，功率開關SW一直是關閉的。在時間點tDROP，充電器200的負載(未顯示)變重，因此輸出電壓VOUT開始掉落。此時，一次側控制器204無從得知輸出電壓VOUT的掉落，因為取樣保持器222必須要在二次繞組LS放電(釋磁)時，才能夠偵測到輸出電壓VOUT。在時間點tSENS，二次側控制器203發現了輸出電壓VOUT低於一下限電壓VL-LIMIT，因此緊急的使驅動信號SSTREAM從低電位，變成高電位。經過一段時間延遲，接收端OPTO上電壓VOPTO就相對應的掉落。在電壓VOPTO掉超過解碼參考電壓VQC時，快速反 應偵測器232所發出的信號，使得驅動端OUT上之脈波寬度調變信號SOUT轉變為邏輯上的”1”。此時，因為補償電壓VCOMP還記憶著先前的無載狀態，因此，開啟時間TON將會很快就結束，很可能只是一次側控制器204內部所限定的最小開啟時間(minimum ON time)TMIN-ON。但是，開啟時間TON結束後，取樣保持器222就可以偵測到輸出電壓VOUT的掉落，因此，之後的開關週期內，開啟時間TON就可以針對當下的輸出電壓VOUT而變長，轉換比較多的能量，將輸出電壓VOUT拉高，如同第9圖所示。這樣的好處是可以預防輕載轉換為重載時，輸出電壓VOUT掉過低的情形發生。
請同時參閱第7圖與第10圖。第10圖顯示了熱敏電阻202的溫度，二次側14S之驅動信號SSTREAM、一次側14P之接收端OPTO上電壓VOPTO、比較結果SHT以及過溫保護信號SOTP。如同第10圖所示，溫度漸漸上升。隨著溫度的上升，熱敏電阻202之電阻值變低。因此，電壓VOPTO相對應於驅動信號SSTREAM為低電壓時的電壓值，就漸漸的降低。比較結果SHT隨著端電壓VOPTO交越過溫參考電壓VOPT_REF而變化。從第7圖可得知，當端電壓VOPTO低於過溫參考電壓VOPT_REF時，比較結果SHT為輯上的”1”。
反彈跳電路234可以確認過溫現象是否發生。如同第10圖所示，儘管比較結果SHT在時間點tHOT前有變化，但是比較結果SHT待在邏輯上的”1”之時間都不夠久時，因此過溫保護信號SOTP就會一直維持在邏輯上的”0”。在時間點tHOT後，比較結果SHT為邏輯上的”1”之時間超過一定預設過溫度時間Tdebounce的時間點tCONFIRM時，過溫保護信號SOTP才會變成邏輯上的”1”，確認過溫現象發生。當過溫保護信號SOTP為邏輯上的”1”，脈波寬度調變信號SOUT就會固定為邏輯上的”0”，使功率開關SW關閉。因此，轉換能 量停止，不再供應能量來提高環境溫度。如此達到OTP。在此實施例中，預設過溫度時間Tdebounce必須大於6ms，避免標頭80的出現，誤觸發了OTP機制。在此實施例中，預設過溫度時間Tdebounce為12ms。在此實施例中，端電壓VOPTO符合掉低過了過溫參考電壓VOPT_REF，且維持超過一定預設過溫度時間Tdebounce，這麼一個過溫保護條件，反彈跳電路234，做為一過溫保護電路，可以透過脈波寬度調變器224，使功率開關SW關閉。如同此實施例所揭露的，過溫保護條件跟快速反應條件不一樣。
第6圖的充電器200中，一次側控制器204連接到接收端OPTO的接腳，是一個多功能接腳，至少可以實現三種功能：1)接收二次側來的指令碼；2)快速反應；以及，3)過溫保護。在其他實施例中，一次側控制器的一多功能接腳可以只有這三種功能的其中兩者，也可以具有超過這三種以上的功能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
12‧‧‧USB連接器
14P‧‧‧一次側
14S‧‧‧二次側
16‧‧‧橋式整流器
26‧‧‧光耦合器
26E‧‧‧發射器
26R‧‧‧接收器
60‧‧‧充電器
62‧‧‧二次側控制器
64‧‧‧一次側控制器
66、68‧‧‧電阻
CS‧‧‧電流偵測端
D+、D-‧‧‧信號線
FB‧‧‧回饋端
GNDO‧‧‧輸出地
GNDI‧‧‧輸入地
LA‧‧‧輔助繞組
LP‧‧‧主繞組
LS‧‧‧二次繞組
OPTO‧‧‧接收端
SSTREAM‧‧‧驅動信號
SW‧‧‧功率開關
VAC-IN‧‧‧交流市電
VCC‧‧‧操作電源
VCS‧‧‧電流偵測信號
VIN‧‧‧輸入電源
VOUT‧‧‧輸出電源
VOUT‧‧‧輸出電壓

Claims (27)

  1. 一種電源供應器，其具有隔絕的一一次側(primary side)以及一二次側(secondary side)，該電源供應器包含有：一變壓器，具有相耦合的一一次繞組(primary winding)以及一二次繞組(secondary winding)，分別位於該一次側與該二次側；一一次側控制電路，設於該一次側，控制流經該變壓器之一電流，架構來使該一次繞組從一輸入電源儲能，以及使該二次繞組釋能而建立一輸出電源；以及一二次側控制電路，設於該二次側，被該輸出電源供電；其中，該二次側控制電路提供一指令碼(command code)，其以數個指令位元所構成，該二次側控制電路係架構來循序地(sequentially)傳遞該等指令位元至該一次側控制電路，而相對應產生數個接收位元於該一次側；以及該等接收位元可以用來設定該一次側控制電路之一控制方式。
  2. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，另包含有一光耦合器，作為一通路，從該二次側傳遞該等指令位元至該一次側。
  3. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該指令碼符合一編碼規則，且當該等接收位元符合該編碼規則時，該一次側控制電路依據該等接收位元設定該控制方式。
  4. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該指令碼包含有數個資料位元以及數個校正位元，該等校正位元係反向於該等資料位元。
  5. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該二次側控制電路係架 構來於一端點上，循序地提供數個脈衝(pulse)，來分別代表該等指令位元。
  6. 如申請專利範圍第5項之該電源供應器，其中，每個指令位元的一邏輯值決定一相對應之脈衝的一脈衝寬度。
  7. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，於發送該指令碼之前，該二次側控制電路係架構來先傳遞一標頭至該一次側控制電路。
  8. 如申請專利範圍第7項之該電源供應器，其中，該二次側控制電路係架構來循序地提供數個脈衝(pulse)，來分別代表該等指令位元，且於提供該等脈衝前，該二次側控制電路係提供一標頭脈衝。
  9. 如申請專利範圍第8項之該電源供應器，其中，該標頭脈衝的一標頭脈衝寬度，均大於每個脈衝的脈衝寬度。
  10. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該指令碼係符合一編碼規則，其使得該指令碼的一碼時間長度，為一預設值，不隨該指令碼而改變。
  11. 一種控制方法，適用於一電源供應器，其具有電流隔絕(galvanic insolated)的一一次側(primary side)與一二次側(secondary side)，該控制方法包含有；將一輸入電源，轉換為一輸出電源，其中該輸入電源與該輸出電源分別位於該一次側與該二次側；循序地(sequentially)從該二次側，傳遞數個指令位元至該一次側，而相對應產生數個接收位元；以及依據該等接收位元，設定該輸出電源之一輸出規格。
  12. 如申請專利範圍第11項之該控制方法，其中，該電源供應器包含有一光耦合器，而傳遞該等指令位元之步驟，係透過該光耦合器。
  13. 如申請專利範圍第11項之該控制方法，其中，該等指令位元構成一指令碼，其符合一編碼規則，該控制方法另包含有：檢查該等接收位元是否符合該編碼規則；以及當該等接收位元符合該編碼規則時，依據該等接收位元，設定該輸出規格。
  14. 如申請專利範圍第13項之該控制方法，其中，該編碼規則可使得該指令碼的一碼時間長度，為一預設值，不隨該指令碼而改變。
  15. 如申請專利範圍第13項之該控制方法，其中，該指令碼包含有數個資料位元以及數個校正位元，該編碼規則要求該等校正位元係反向於該等資料位元。
  16. 如申請專利範圍第11項之該控制方法，其中，該等指令位元分別以位於該二次側的數個脈衝來表示，每個指令位元的一邏輯值決定一相對應之脈衝的一脈衝寬度。
  17. 如申請專利範圍第11項之該控制方法，另包含有：從該二次側，傳遞一標頭(header)至該一次側；其中傳遞該等指令位元之該步驟，係緊接於傳遞該標頭之該步驟之後。
  18. 如申請專利範圍第17項之該控制方法，其中，該等指令位元分別以位於該二次側之一端點上的數個脈衝來表示，每個指令位元的一邏輯值決定一相對應之脈衝的一脈衝寬度，該標頭係以該端點上之一標頭脈衝來表示，且該標頭脈衝的一標頭脈衝寬度，均大於每個脈衝的脈衝寬度。
  19. 如申請專利範圍第11項之該控制方法，另包含有：依據該等接收位元，來調控該輸出電源之一輸出電壓值。
  20. 如申請專利範圍第19項之該控制方法，其中，該電源供應器另包含有一變壓器，該控制方法包含有：從該一次側，透過該變壓器，偵測該輸出電壓值。
  21. 一種一次側控制器，其為一積體電路，可適用於一電源供應器，該電源供應器具有隔絕的一一次側以及一二次側，該一次側控制器位於該一次側，包含有：一脈波寬度調變器，提供一脈波寬度調變信號，控制一功率開關；一多功能接腳，該多功能接腳上具有一端電壓；一快速反應偵測器，耦接至該脈波寬度調變器與該多功能接腳之間，依據該端電壓，透過該脈波寬度調變器，使該功率開關開啟；一過溫保護電路，耦接至該脈波寬度調變器與該多功能接腳之間，依據當該端電壓，透過該脈波寬度調變器，使該功率開關維持關閉；以及一解碼器，用以透過該多功能接腳來接收一指令碼，並據以決定一目標參考電壓；其中，該電源供應器使該二次側的一輸出電壓往一目標值逼近；且該目標值對應該目標參考電壓。
  22. 如申請專利範圍第21項之該一次側控制器，其中，當該端電壓跨越一解碼參考電壓，且該功率開關處於一關閉狀態時，該快速反應偵測器於一最小關閉時間後，透過該脈波寬度調變器，使該功率開關開啟。
  23. 如申請專利範圍第21項之該一次側控制器，其中，比較該端電壓與一過溫參考電壓而產生一比較結果，且當該比較結果持續維持在一邏輯值超過一預設過溫度時間時，該過溫保護電路透過該脈波寬度調變器，使該功率開關維持關閉。
  24. 如申請專利範圍第21項之該一次側控制器，其中，該指令碼包含有數個指令位元，循序地(sequentially)透過該多功能接腳，被該解碼器所辨識。
  25. 如申請專利範圍第24項之該一次側控制器，另包含有：一參考電壓選擇器，耦接至該解碼器之一輸出，從數個預設參考電壓中擇一，作為該目標參考電壓。
  26. 一種電源供應器，具有隔絕的一一次側以及一二次側，包含有：一功率開關，位於該一次側；如申請專利範圍第21項之該一次側控制器；以及一熱敏電阻，連接至該多功能接腳。
  27. 如申請專利範圍第26項之該電源供應器，另包含有：一二次側控制器，位於該二次側；以及一光耦合器，耦接於該多功能接腳與該二次側控制器之間；其中，該二次側控制器可提供該指令碼，該指令碼包含有數個指令位元，循序地透過該光耦合器以及該多功能接腳，傳送到該一次側控制器。
TW105102000A 2015-06-11 2016-01-22 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法 TWI598719B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105102000A TWI598719B (zh) 2015-06-11 2016-01-22 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法
US15/174,169 US9774267B2 (en) 2015-06-11 2016-06-06 Power supplies and control methods suitable for sequentially transmitting command bits from secondary side to primary side

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104118866 2015-06-11
TW105102000A TWI598719B (zh) 2015-06-11 2016-01-22 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201643583A TW201643583A (zh) 2016-12-16
TWI598719B true TWI598719B (zh) 2017-09-11

Family

ID=57517409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105102000A TWI598719B (zh) 2015-06-11 2016-01-22 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9774267B2 (zh)
TW (1) TWI598719B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201421055D0 (en) * 2014-11-27 2015-01-14 Dialog Semiconductor Inc Isolated switching power converter with data communication between primary and secondary sides
TWI671982B (zh) * 2017-10-03 2019-09-11 偉詮電子股份有限公司 可提供不同保護之電源轉換器、電源控制器、以及相關之控制方法
TWI692183B (zh) 2018-11-28 2020-04-21 群光電能科技股份有限公司 同步整流裝置
CN111525805B (zh) 2019-02-01 2021-10-22 群光电能科技股份有限公司 具有过温度保护补偿的电源转换器
TWI723533B (zh) * 2019-02-01 2021-04-01 群光電能科技股份有限公司 零電壓切換返馳式電源轉換裝置及零電壓切換返馳式電源轉換方法
CN114342238A (zh) * 2019-09-16 2022-04-12 赤多尼科两合股份有限公司 具有用于数据传输的电容器的功率转换器
TWI751489B (zh) * 2020-02-11 2022-01-01 宏碁股份有限公司 充電系統和充電裝置
TWI729887B (zh) * 2020-07-21 2021-06-01 華邦電子股份有限公司 電壓調整器
TWI770696B (zh) * 2020-11-30 2022-07-11 芯巧科技股份有限公司 由二次側主控之切換式轉換電路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5841641A (en) * 1996-05-01 1998-11-24 Compaq Computer Corporation Protected zero-crossing detection using switching transistor's on-resistance
US6301135B1 (en) * 1999-03-01 2001-10-09 Texas Instruments Incorporated Isolated switching-mode power supply control circuit having secondary-side controller and supervisory primary-side controller
US8719811B2 (en) * 2008-10-07 2014-05-06 Ricoh Company, Ltd. Method of causing functions to be executed on business office appliances
US8466628B2 (en) 2009-10-07 2013-06-18 Lutron Electronics Co., Inc. Closed-loop load control circuit having a wide output range
TWI456382B (zh) 2011-10-03 2014-10-11 Leadtrend Tech Corp 電源供應器、用於電源供應器的電源管理裝置及用於電源管理裝置之低電壓保護以及過溫度保護之方法
CN103036454A (zh) 2011-10-08 2013-04-10 通嘉科技股份有限公司 电源供应器、电源管理装置及低电压和过温度保护的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160365796A1 (en) 2016-12-15
TW201643583A (zh) 2016-12-16
US9774267B2 (en) 2017-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI598719B (zh) 可從二次側循序傳遞數個指令位元至一次側的電源供應器以及相關之控制方法
US8854842B2 (en) Digital communication link between secondary side and primary side of switching power converter
US9893626B2 (en) Switching mode power supply with selectable constant-voltage constant-current control
TWI331440B (zh)
US8098501B2 (en) Switching power supply control circuit
US20190074761A1 (en) Semiconductor device for power supply control and power supply device, and discharging method for x capacitor
TWI479791B (zh) 隔離式電壓轉換器電路以及控制方法
TWI436187B (zh) 隔離式電源轉換器的回授電路及控制方法
KR101309293B1 (ko) 스위칭 모드 파워 서플라이 및 그 구동 방법
TWI655528B (zh) 充電系統及其電源適配器
JP5488274B2 (ja) 半導体集積回路およびスイッチング電源装置
US9287796B2 (en) Isolated power converter circuit and control method thereof
US10158298B2 (en) Communication circuit for flyback power converter with synchronous rectifier
US9614446B2 (en) Power supply device
JP2017163779A (ja) 給電装置、１次側コントローラ、ａｃアダプタ、電子機器、短絡検出方法
JP2016116320A (ja) 絶縁型直流電源装置および制御方法
KR101489962B1 (ko) 전력 변환기, 그 스위칭 제어 장치 및 구동 방법
WO2010125751A1 (ja) スイッチング電源装置
KR102143254B1 (ko) 플라이백 컨버터의 pwm 제어장치
CN114759809A (zh) 开关电源和用在开关电源中的方法
KR101431143B1 (ko) 전력 변환기, 그 스위칭 제어 장치 및 구동 방법
US8619441B2 (en) Switching regulator
CN106301020B (zh) 从次级侧传递指令位至初级侧的电源供应器及其控制方法
TW202341607A (zh) 開關電源和用在開關電源中的方法
CN110690823B (zh) 切换式电源供应器及其功率开关控制电路