TWI656722B - 高壓充電控制方法、電源控制器、以及電源供應器 - Google Patents

高壓充電控制方法、電源控制器、以及電源供應器 Download PDF

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Abstract

本發明實施例提供一種電源供應器，其可輸出一輸出電壓，該輸出電壓可選擇為一第一額定電壓或一第二額定電壓，該第二額定電壓高於該第一額定電壓。該電源供應器包含有一整流電路、一變壓器、一功率開關、以及一電源控制器。該整流電路將一市電交流電整流為一整流後之線電壓。該變壓器包含有一一次側線圈、一二次側線圈、以及一輔助線圈。該輸出電壓係由整流該二次側線圈之一二次側線圈跨壓而產生。該功率開關與該一次側線圈串聯。該電源控制器為一積體電路，提供一脈衝寬度調變信號至該功率開關。該電源控制器包含有一高壓充電電路，連接於該整流後之線電壓與一電源端之間。該電源端上具有一操作電壓。當該輸出電壓為該第一額定電壓時，該電源控制器架構來開啟該高壓充電電路，進行高壓充電，從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。當該輸出電壓為該第二額定電壓時，該電源控制器架構來不進行該高壓充電，該操作電 壓由整流該輔助線圈之一感應電壓所產生。

Description

高壓充電控制方法、電源控制器、以及電源供應器
本發明係關於一種開關式電源供應器，尤其是關於透過高壓充電來維持一開關式電源供應器之一操作電壓的方法與相關裝置。
萬用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)在一般現代人的日常生活中，可謂是最為廣泛應用的傳輸介面之一。除了提供方便、快速而又可靠的資料傳輸外，USB還有一個非常方便的功能，那就是透過介面的相接進行電力傳輸、也就是所謂的充電。
為了更加普及USB在不同裝置供電上的應用，並減少電源線的配置，USB開發者論壇(Implementers Forum，IF)於日前宣布了USB電力傳輸(Power Delivery，PD)的電力傳輸規範，旨在透過高達100瓦的電力傳輸量，讓各種裝置均能透過單獨一條USB線纜滿足供電需求，而縮短裝置充電時間的優點，更能優化行動應用的便利性。
USB PD的電力傳輸規範要求USB充電器的輸出電壓VOUT要可變，其變化範圍為5~20伏特，將來更可能會更擴大到3~20伏特。如果USB充電器採用隔離式的架構，那一次側積體電路的操作電壓VDD一般是由變壓器的輔助線圈之感應電壓整流而來，因此一次側積體電路的操作電壓VDD 便會隨著輸出電壓VOUT的變化而變化。一般積體電路的最大允許電壓為30~35伏特。假定輸出電壓VOUT為20伏特對應到的操作電壓VDD是30伏特，那當輸出電壓VOUT為5伏特時，操作電壓VDD將只剩下7.5伏特，這將可能過低而無法驅動外部的功率開關。
為了解決以上問題，第1圖提供了一種習知的USB充電器10。USB充電器10具有一變壓器，其包含有一次側線圈PRM、二次側線圈SEC以及輔助線圈AUX。市電交流電經過了橋式整流器12後，在電源端IN產生了輸入電壓VIN。電阻RHV連接於電源端IN與高壓端HV之間，提供電源控制器18之高壓啟動(High-V startup)所需的電流。
電源控制器18為一一次側積體電路，其提供脈衝寬度調變信號SDRV至功率開關20。功率開關20等效地”切割(chop)”了輸入電壓VIN，使得二次側線圈SEC上產生了交流的二次側線圈跨壓VSEC，此二次側線圈跨壓VSEC經過整流後，在輸出端OUT產生了輸出電壓VOUT，對連接在一USB埠(未顯示)上的負載24充電或供電。負載24可能是一手機或是一電池。
比較器22比較輸出電壓VOUT與目標電壓VTAR，透過光耦合器(photo coupler)26來控制在補償端COMP上的補償電壓VCOMP。電源控制器18根據補償電壓VCOMP控制脈衝寬度調變信號SDRV的工作週期以及/或開關頻率。如此，USB充電器10可以提供了一個封閉迴路，讓輸出電壓VOUT大約調控穩定於目標電壓VTAR。當USB充電器10想要使輸出電壓VOUT為20伏特時，目標電壓VTAR就選定為20伏特。當輸出電壓VOUT要切換為5伏特時，目標電壓VTAR變成5伏特。
USB充電器10具有一線性穩壓器(Low Drop Out Linear Regulator，LDO)16，其與一整流二極體DAUX串接於電源端VDD與輔助線圈AUX之間。電源端VDD上的操作電壓VDD作為電源控制器18的電源，對其供電。LDO 16箝制操作電壓VDD，使其不高於電源控制器18的最大允許電壓，其舉例來說為30V。系統設計上，當輸出電壓VOUT為5伏特時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX可以設計為電源控制器18之最低需求電壓，譬如說10V。此時，LDO 16等同短路，操作電壓VDD大約為10V。所以電源控制器18具有足夠的電壓驅動功率開關20。當輸出電壓VOUT為20伏特時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX就會變成40伏特，此時，LDO 16消耗掉10伏特，使操作電壓VDD箝制於30V，讓電源控制器18免於受高壓應力損害。
本發明實施例提供一種高壓充電控制方法，適用於一電源供應器，其包含有一功率開關以及一耐高壓開關，該耐高壓開關連接於一整流後之線電壓以及一操作電壓之間，該整流後之線電壓係由整流一市電交流電而產生，該電源供應器可輸出一輸出電壓對一負載供電。該高壓充電控制方法包含有下列步驟：提供一脈衝寬度調變信號至該功率開關，以進行電源轉換，調控該輸出電壓；以及，當進行該電源轉換時，開啟該耐高壓開關，進行高壓充電。該高壓充電可從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。
本發明實施例提供一種電源控制器，適用於一電源供應器，其整流一市電交流電而產生一整流後之線電壓。該電源控制器包含有一脈衝寬度調變信號產生器、一高壓充電電路、以及一高壓充電控制器。該脈衝寬度調變信號產生器，提供一脈衝寬度調變信號，控制一功率開關，以 進行電源轉換，用以調控該電源供應器之一輸出電壓。該高壓充電電路包含有一耐高壓開關，連接於該整流後之線電壓以及一操作電壓之間。該高壓充電控制器，於該電源轉換時，可開啟該耐高壓開關，以使該高壓充電電路從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。
本發明實施例提供一種電源供應器，其可輸出一輸出電壓，該輸出電壓可選擇為一第一額定電壓或一第二額定電壓，該第二額定電壓高於該第一額定電壓。該電源供應器包含有一整流電路、一變壓器、一功率開關、以及一電源控制器。該整流電路將一市電交流電整流為一整流後之線電壓。該變壓器包含有一一次側線圈、一二次側線圈、以及一輔助線圈。該輸出電壓係由整流該二次側線圈之一二次側線圈跨壓而產生。該功率開關與該一次側線圈串聯。該電源控制器為一積體電路，提供一脈衝寬度調變信號至該功率開關。該電源控制器包含有一高壓充電電路，連接於該整流後之線電壓與一電壓端之間。該電源端上具有一操作電壓。當該輸出電壓為該第一額定電壓時，該積體電路架構來開啟該高壓充電電路，進行高壓充電，從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。 當該輸出電壓為該第二額定電壓時，該積體電路架構來不進行該高壓充電，該操作電壓由整流該輔助線圈之一感應電壓所產生。
10‧‧‧USB充電器
12‧‧‧橋式整流器
13‧‧‧整流器
16‧‧‧線性穩壓器
18‧‧‧電源控制器
20‧‧‧功率開關
22‧‧‧比較器
24‧‧‧負載
26‧‧‧光耦合器
70、72‧‧‧步驟集合
80、82、84、86、88、90、92、94‧‧‧ 步驟
100‧‧‧USB充電器
102‧‧‧電源控制器
160‧‧‧高壓充電電路
162‧‧‧二極體
164‧‧‧耐高壓開關
170‧‧‧電源備妥偵測器
172‧‧‧電源風險偵測器
174‧‧‧高壓充電控制器
176‧‧‧時窗調整器
178‧‧‧脈衝寬度調變信號產生器
180‧‧‧取樣保持電路
186、188、190‧‧‧比較器
192‧‧‧脈衝產生器
194‧‧‧加法器
195‧‧‧寄存器
196‧‧‧數位類比轉換器
AUX‧‧‧輔助線圈
CLK‧‧‧時脈埠
COMP‧‧‧補償端
CCOMP‧‧‧補償電容
COUT‧‧‧輸出電容
CS‧‧‧電流偵測端
CVDD‧‧‧電源電容
DAUX‧‧‧整流二極體
DB‧‧‧數位資料
DRV‧‧‧驅動端
FB‧‧‧回饋端
GNDIN‧‧‧一次側地
GNDOUT‧‧‧二次側地
HV‧‧‧高壓端
IHv-CHG‧‧‧充電電流
IN‧‧‧電源端
OUT‧‧‧輸出端
PRM‧‧‧一次側線圈
REC‧‧‧整流端
RF1、RF2‧‧‧電阻
RHV‧‧‧電阻
SDRV‧‧‧脈衝寬度調變信號
SEC‧‧‧二次側線圈
SPG‧‧‧電源穩定信號
SWNDO-EN‧‧‧致能信號
t0、t1、t2、t2、t4、t5、t6、tGOOD‧‧‧時間點
THV-VLY‧‧‧波谷時間區
VAUX‧‧‧感應電壓
VBOUNDARY‧‧‧邊界電壓
VBTM‧‧‧下限參考電壓
VCOMP‧‧‧補償電壓
VCOMP-REF‧‧‧補償參考電壓
VCS‧‧‧電流偵測信號
VDD‧‧‧操作電壓
VDD-GD‧‧‧電源穩定參考電壓
VDD‧‧‧電源端
VFB‧‧‧回饋電壓
VFB-REF‧‧‧參考電壓
VFB-SMPL‧‧‧持守電壓
VHV‧‧‧高電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VLY‧‧‧電壓波谷
VOUT‧‧‧輸出電壓
VOUT-REF‧‧‧預設值
VREC‧‧‧整流後之線電壓
VRISK‧‧‧風險參考電壓
VTAR‧‧‧目標電壓
VTOP‧‧‧上限參考電壓
VUVLO‧‧‧欠壓鎖定電壓
第1圖提供了一種習知的USB充電器。
第2圖顯示依據本發明所實施的USB充電器。
第3圖顯示第2圖中的電源控制器。
第4圖顯示第3圖中的電源風險偵測器。
第5圖顯示第2圖中之高電壓VHV或整流後之線電壓VREC、以及操作電壓VDD的信號波形。
第6圖顯示第3圖中的時窗調整器。
第7圖顯示第2圖之電源控制器在高壓啟動過程中的一些信號波形。
第8圖顯示適用於第2圖之電源控制器中的一種高壓充電控制方法。
以下本發明實施例以一USB充電器作為例子來說明本發明，但本發明並不限於此。本發明的實施例可以是其他種類的開關式電源供應器。此說明書所揭示的實施例並沒有要用來侷限本發明之權利範圍。
依據本發明所實施的一USB充電器可以不需要先前技術USB充電器10中的LDO 16，就可以讓操作電壓VDD維持在足夠高且不傷害一電源控制器之一安全可用範圍內，不論輸出電壓VOUT是5V或是20V。因此，相較之下，本發明所實施的一USB充電器可能成本比較低。
在本發明之一實施例中，當輸出電壓VOUT是20V時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX設計為30V，操作電壓VDD也是30V，完全由整流感應電壓VAUX而產生，並不需要任何的LDO。當輸出電壓VOUT是5V時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX將等比例的降為7.5V，但是一電源控制器將開啟高壓充電，從高壓端HV汲取電流，對操作電壓VDD充電，使其維持在大致不低於10V。因為輔助繞組AUX的感應電壓VAUX低於操作電壓VDD，因此當輸出電壓VOUT是5V時，操作電壓VDD的電能單單由高壓端HV所供應。如此，不論輸出電壓VOUT是20V或是5V，操作電壓VDD可以控制於10V到30V之內 的安全可用範圍，讓該電源控制器可以正常操作。
第2圖顯示依據本發明所實施的USB充電器100。USB充電器100具有一變壓器，其包含有一次側線圈PRM、二次側線圈SEC以及輔助線圈AUX。市電交流電經過了橋式整流器12整流後，在電源端IN產生了輸入電壓VIN，也提供了一次側地GNDIN。整流器13將市電交流電整流後，在整流端REC產生整流後之線電壓VREC。在一個實施例中，輸入電壓VIN大致穩定在一電壓準位，不太隨著市電交流電之週期變化而改變；整流後之線電壓VREC則具有M型信號波形，隨著市電交流電的絕對值改變而變化。電阻RHV連接於整流端REC與高壓端HV之間，可提供電源控制器102之高壓啟動所需的電流。高壓端HV上有高電壓VHV，其大約等同整流後之線電壓VREC。
電源控制器102為一一次側積體電路，其提供脈衝寬度調變信號SDRV，透過驅動端DRV送至功率開關20。功率開關20等效地”切割(chop)”了輸入電壓VIN，使得二次側線圈SEC上產生了交流的二次側線圈跨壓VSEC，此交流的二次側線圈跨壓VSEC經過一整流二極體與輸出電容COUT整流後，在輸出端OUT產生了輸出電壓VOUT，對連接在一USB埠(未顯示)上的負載24充電或供電。負載24連接於輸出端OUT與二次側地GNDOUT之間。
比較器22比較輸出電壓VOUT與目標電壓VTAR，透過光耦合器(photo coupler)26來控制在補償端COMP上的補償電壓VCOMP。補償電容CCOMP連接於補償端COMP與一次側地GNDIN之間。電源控制器102根據補償電壓VCOMP控制脈衝寬度調變信號SDRV的工作週期以及開關頻率。如此，USB充電器100可以提供了一個封閉迴路，讓輸出電壓VOUT大約調控穩定於目標電壓VTAR。當USB充電器100想要使輸出電壓VOUT為20伏特時，一二次側控 制電路(未顯示)可以選定目標電壓VTAR為20伏特。當輸出電壓VOUT要切換為5伏特時，該二次側控制電路將目標電壓VTAR變成5伏特。
電阻RF1與RF2的連接點連接至電源控制器102的回饋端FB，可以讓電源控制器102偵測輔助線圈AUX的感應電壓VAUX。整流二極體DAUX與電源電容CVDD可以視為一整流器，用以將感應電壓VAUX整流，在電源端VDD產生操作電壓VDD。請注意，整流二極體DAUX與電源電容CVDD所提供的整流功能，只有在操作電壓VDD小於等於感應電壓VAUX才有作用。當感應電壓VAUX小於操作電壓VDD時，整流二極體DAUX將使操作電壓VDD不受感應電壓VAUX影響。
第3圖顯示第2圖中的電源控制器102，其具有高壓充電電路160、電源備妥偵測器170、電源風險偵測器172、高壓充電控制器174、時窗調整器176、以及脈衝寬度調變信號產生器178。
高壓充電電路160連接於高壓端HV與電源端VDD之間，具有串聯的二極體162以及耐高壓開關164。舉例來說，耐高壓開關164可以承受高達800伏特的電壓。當耐高壓開關164開啟時，高壓充電電路160執行高壓充電，從高壓端HV汲取充電電流IHV-CHG，對操作電壓VDD充電。
電源備妥偵測器170偵測操作電壓VDD，以提供電源穩定(power good)信號SPG。當電源穩定信號SPG被禁能時，電源控制器102內部大多電路不工作，可能只有剩下電源備妥偵測器170與高壓充電電路160正常工作，以利於降低電能損耗。此時，耐高壓開關164被開啟，充電電流IHV-CHG對操作電壓VDD充電。當電源穩定信號SPG被致能時，表示操作電壓VDD已經準備妥當，耐高壓開關164被關閉，電源控制器102內的所有電路可 以開始正常操作。
當電源穩定信號SPG被致能時，高壓充電控制器174可以開啟耐高壓開關164，進行高壓充電。當高壓充電控制器174被致能信號SWNDO-EN禁能時，高壓充電控制器174不能開啟耐高壓開關164。為了降低耐高壓開關164的功率損耗，所以在第3圖的實施例中，高壓充電控制器174只有在波谷時間區THV-VLY內，才可能使高壓充電電路160進行高壓充電。一個波谷時間區THV-VLY至少包含有整流後之線電壓VREC的一電壓波谷。在第3圖的實施例中，波谷時間區THV-VLY為高電壓VHV(其大約等於整流後之線電壓VREC)低於邊界電壓VBOUNDARY的時段。
電源風險偵測器172偵測回饋端FB上的回饋電壓VFB以及操作電壓VDD，來辨別操作電壓VDD是否有可能過低，並據以產生致能信號SWNDO-EN，其可以致能/禁能高壓充電控制器174。當操作電壓VDD幾乎沒有過低的可能性時，不需要進行高壓充電，所以高壓充電控制器174被禁能。
時窗調整器176，根據操作電壓VDD以及補償電壓VCOMP，可以自適應地調整波谷時間區THV-VLY。在第3圖中，時窗調整器176可以變更邊界電壓VBOUNDARY，來調整波谷時間區THV-VLY的長度。
脈衝寬度調變信號產生器178可以依據回饋電壓VFB、電流偵測端CS上的電流偵測信號VCS、以及補償電壓VCOMP，來產生脈衝寬度調變信號SDRV。脈衝寬度調變信號產生器178可能改變脈衝寬度調變信號SDRV的脈衝頻率或是工作週期，來控制對輸出電壓VOUT的電源轉換之能量。當電源穩定信號SPG為禁能時，脈衝寬度調變信號產生器178被禁能，固定地關閉功率開關20，停止一次側與二次側之間的電源轉換。
第4圖顯示第3圖中的電源風險偵測器172。取樣保持電路(sample and hold circuit)180，依據脈衝寬度調變信號SDRV，在適當的時間點對回饋電壓VFB進行取樣，產生持守電壓VFB-SMPL，其用來跟參考電壓VFB-REF比較。只要取樣的時間適切，持守電壓VFB-SMPL可以代表輸出電壓VOUT。換言之，電源風險偵測器172透過回饋端FB以及輔助繞組AUX來偵測輸出電壓VOUT。如果輸出電壓VOUT高於參考電壓VFB-REF所對應的一預設值VOUT-REF，那表示操作電壓VDD應該不會太低，所以致能信號SWNDO-EN將維持在禁能，高壓充電不會被啟用。電源風險偵測器172有兩個比較器182與184，用來辨識操作電壓VDD是否位於上限參考電壓VTOP與下限參考電壓VBTM之間的一預設調控範圍內。如果操作電壓VDD已經高到超過了上限參考電壓VTOP，致能信號SWNDO-EN禁能；如果操作電壓VDD低於下限參考電壓VBTM，致能信號SWNDO-EN致能。
第5圖顯示USB充電器100之高電壓VHV或整流後之線電壓VREC、以及操作電壓VDD的信號波形。為了比較上的方便，操作電壓VDD的信號波形也複製疊加在高電壓VHV或整流後之線電壓VREC的信號波形上。
第5圖中的波谷時間區THV-VLY為高電壓VHV低於邊界電壓VBOUNDARY的時段。舉例來說，一波谷時間區THV-VLY介於時間點t1到t4之間，其中出現了高電壓VHV或整流後之線電壓VREC的電壓波谷VLY。
在時間點t0時，假設致能信號SWNDO-EN為致能。因為致能信號SWNDO-EN為致能，所以高壓充電控制器174在之後的波谷時間區THV-VLY，開啟耐高壓開關164，執行高壓充電，所以操作電壓VDD可以隨著時間而上升。波谷時間區THV-VLY中，有可能發生高電壓VHV低於操作電壓VDD，如同 時間點t2至時間點t3的欠壓時段所示。在欠壓時段中，儘管耐高壓開關164是開啟的，但高壓充電無法實施，操作電壓VDD可能隨著時間些許下降。在波谷時間區THV-VLY之外的時間，耐高壓開關164關閉，高壓充電沒有執行，所以操作電壓VDD隨著電源控制器102消耗電能，而逐漸下降。
操作電壓VDD在時間點t5超過了上限參考電壓VTOP。因此，從時間點t5開始，致能信號SWNDO-EN禁能，耐高壓開關164維持在關閉狀態，不論波谷時間區THV-VLY有沒有出現。因此，操作電壓VDD隨時間而下降。
操作電壓VDD在時間點t6低過了下限參考電壓VBTM，導致了致能信號SWNDO-EN致能。因此，高壓充電在時間點t6之後的第一個波谷時間區THV-VLY開始執行，拉高操作電壓VDD。如同第5圖所示。
第6圖顯示第3圖中的時窗調整器176，其包含有三個比較器186、188與190、一脈衝產生器(pulse generator)192、一加法器(adder)194、一寄存器(register)195、以及一數位類比轉換器(digital-to-analog converter)196。
在第6圖的實施例中，有兩種可能，會造成時間點邊界電壓VBOUNDARY上升與波谷時間區THV-VLY增大：一個是補償電壓VCOMP超過補償參考電壓VCOMP-REF時，由比較器190辨識；另一個是操作電壓VDD低於風險參考電壓VRISK時，由比較器186辨識。當補償電壓VCOMP超過補償參考電壓VCOMP-REF時，表示當下負載24突然變大，脈衝寬度調變信號SDRV的開關頻率可能需要升高，來增加電源轉換的量。可以預期的，電源控制器102會消耗更多的能量，因此波谷時間區THV-VLY就預先增大，對操作電壓VDD充電多一些。當補償電壓VCOMP超過補償參考電壓VCOMP-REF時，脈衝產生器192提供 一短脈衝(short pulse)。加法器194的一正輸入端為邏輯上的”1”。因為時脈埠CLK出現了一上升緣，所以寄存器195的輸出埠上的數位資料DB紀錄了當下於輸入埠IN的值，其為先前的數位資料DB加1。數位類比轉換器196將數位資料DB轉換為類比的邊界電壓VBOUNDARY。因此，當補償電壓VCOMP超過補償參考電壓VCOMP-REF時，邊界電壓VBOUNDARY上升，波谷時間區THV-VLY增大。
類似的，在第6圖的實施例中，當操作電壓VDD低於風險參考電壓VRISK時，邊界電壓VBOUNDARY上升，波谷時間區THV-VLY增大，以預防操作電壓VDD低到欠壓鎖定(under voltage lockout)電壓VUVLO，而導致整個電源控制器102重置，中斷了一次側到二次側的電源轉換。
在第6圖的實施例中，當操作電壓VDD高達於上限參考電壓VTOP時，表示波谷時間區THV-VLY中的高壓充電可以讓操作電壓VDD達到相當高的準位，因此邊界電壓VBOUNDARY下降，波谷時間區THV-VLY減小，以降低高壓充電時，高壓充電電路160所消耗的電能。
所以，第6圖中的時窗調整器176，自適應地調整波谷時間區THV-VLY，使操作電壓VDD大致維持在上限參考電壓VTOP與風險參考電壓VRISK之間的一操作電壓期望範圍內。
上限參考電壓VTOP、下限參考電壓VBTM、風險參考電壓VRISK、欠壓鎖定電壓VUVLO彼此的大小關係可以參考第5圖，其中顯示了上限參考電壓VTOP是他們之中最大的，而欠壓鎖定電壓VUVLO是他們之中最小的。
第7圖顯示電源控制器102在高壓啟動過程中的一些信號波 形。一開始操作電壓VDD低於欠壓鎖定電壓VUVLO，所以電源穩定信號SPG為禁能，高壓充電電路160中的耐高壓開關164開啟，執行高壓充電。充電電流IHV-CHG對操作電壓VDD充電，所以操作電壓VDD隨著時間而上升。電源穩定信號SPG維持在禁能，直到在時間點tGOOD時操作電壓VDD超過了一電源穩定參考電壓VDD-GD。在時間點tGOOD之前，脈衝寬度調變信號SDRV維持在邏輯上的”0”，固定地關閉功率開關20，一次側與二次側之間的電源轉換停止。高壓啟動在時間點tGOOD完成。在時間點tGOOD之後，脈衝寬度調變信號SDRV的工作週期以及開關頻率開始不為0，一次側與二次側之間的電源轉換開始進行。
第8圖顯示適用於電源控制器102中的一種高壓充電控制方法。步驟集合70執行高壓啟動。在步驟集合70中，步驟80先維持功率開關20關閉，停止一次側與二次側之間的電源轉換。步驟82執行高壓充電，從高壓端HV，汲取充電電流IHV-CHG，對操作電壓VDD充電。步驟82中的高壓充電持續到操作電壓VDD超過電源穩定參考電壓VDD-PG為止。
步驟集合72接續步驟82，進行一次側與二次側之間的電源轉換，並且嘗試維持操作電壓VDD在可操作的區間。在步驟集合72中，步驟84提供脈衝寬度調變信號SDRV，開始一次側與二次側之間的電源轉換。步驟86則從操作電壓VDD、感應電壓VAUX來判斷是否致能高壓充電。如果步驟86的答案是否定的，那執行步驟94，操作電壓VDD單單由整流感應電壓VAUX所產生，不執行高壓充電。如果步驟86的答案是肯定的，那執行步驟88，在波谷時間區THV-VLY內，進行高壓充電，從高壓端HV，汲取充電電流IHV-CHG，對操作電壓VDD充電。步驟90接續步驟88，依據操作電壓VDD以及 補償電壓VCOMP，自適應地調整波谷時間區THV-VLY。步驟92接續步驟90，查看操作電壓VDD是否低於欠壓鎖定電壓VUVLO。如果步驟92的答案為肯定的，那表示電源控制器102需要重置，本方法回到步驟集合70的高壓啟動。否則，步驟84接續步驟92的否定答案，持續一次側與二次側之間的電源轉換。步驟84也接續步驟94。
舉例來說，在一實施例中，上限參考電壓VTOP、下限參考電壓VBTM、風險參考電壓VRISK、欠壓鎖定電壓VUVLO分別是12V、11V、10V與5V。第2圖中的變壓器之線圈比例選定為，當輸出電壓VOUT是20V時，輔助繞組AUX的一感應電壓VAUX為30V；當輸出電壓VOUT是5V時，輔助繞組AUX的一感應電壓VAUX為7.5V。此時，參考電壓VFB-REF所對應的輸出電壓VOUT之預設值VOUT-REF可以為7.5V
當USB充電器100使其輸出電壓VOUT為20V時，操作電壓VDD將完全由整流感應電壓VAUX而產生，所以是30V。因為輸出電壓VOUT大於預設值VOUT-REF(7.5V)，因此，致能信號SWNDO-EN禁能，高壓充電電路160將維持關閉，沒有提供高壓充電。
當輸出電壓VOUT從20V切換為5V時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX將比例的降為7.5V。操作電壓VDD將從30V，隨著電源控制器102的耗電而漸漸地下降。但是，一旦操作電壓VDD低於下限參考電壓VBTM(11V)，高壓充電可以在波谷時間區THV-VLY進行，從高壓端HV汲取電流，對操作電壓VDD充電，使其維持在大致不低於10V。當輸出電壓VOUT是5V時，輔助繞組AUX的感應電壓VAUX(現在為7.5V)將低於操作電壓VDD，所以操作電壓VDD的電能單單由高電壓VHV或整流後之線電壓VREC來的高壓 充電所供應。
如此，不論輸出電壓VOUT是20V或是5V，操作電壓VDD可能可以維持在10V到30V之內的安全可用範圍，讓該電源控制器102可以正常操作。
波谷時間區THV-VLY不一定要由邊界電壓VBOUNDARY所界定。在另一個實施例中，波谷時間區THV-VLY從高電壓VHV到達一波峰後的一延遲時間TDELAY後開始，而時窗調整器176自適應地調整延遲時間TDELAY。
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。

Claims (21)

  1. 一種高壓充電控制方法，適用於一電源供應器，其包含有一功率開關以及一耐高壓開關，該耐高壓開關連接於一整流後之線電壓以及一操作電壓之間，該整流後之線電壓係由整流一市電交流電而產生，該電源供應器可輸出一輸出電壓對一負載供電，該高壓充電控制方法包含有下列步驟：提供一脈衝寬度調變信號至該功率開關，以進行電源轉換，調控該輸出電壓；以及當進行該電源轉換時，開啟該耐高壓開關，進行高壓充電；其中，該高壓充電可從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。
  2. 如申請專利範圍第1項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：提供一波谷時間區，其中出現有該整流後之線電壓的一電壓波谷；以及於該波谷時間區時，開啟該耐高壓開關。
  3. 如申請專利範圍第2項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：依據該操作電壓，自適應地調整該波谷時間區。
  4. 如申請專利範圍第2項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：比較該操作電壓以及一上限參考電壓；當該操作電壓超過該上限參考電壓時，增大該波谷時間區；比較該操作電壓以及一風險參考電壓；以及當該操作電壓低於該風險參考電壓，縮小該波谷時間區。
  5. 如申請專利範圍第2項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：比較該整流後之線電壓以及一邊界電壓，以提供該波谷時間區。
  6. 如申請專利範圍第2項之該高壓充電控制方法，其中，該電源供應器提供一補償電壓，依據該輸出電壓而產生，該高壓充電控制方法包含有下列步驟：依據該補償電壓，產生該脈衝寬度調變信號；以及依據該補償電壓，自適應地調整該波谷時間區。
  7. 如申請專利範圍第1項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：辨識該操作電壓是否位於一預設調控範圍內；當該操作電壓高過該預設調控範圍時，禁能該高壓充電；以及當該操作電壓低於該預設調控範圍時，致能該高壓充電。
  8. 如申請專利範圍第1項之該高壓充電控制方法，其包含有下列步驟：透過一輔助繞組偵測該輸出電壓，並據以控制該高壓充電。
  9. 一種電源控制器，適用於一電源供應器，其整流一市電交流電而產生一整流後之線電壓，該電源控制器包含有：一脈衝寬度調變信號產生器，提供一脈衝寬度調變信號，控制一功率開關，以進行電源轉換，用以調控該電源供應器之一輸出電壓；一高壓充電電路，包含有一耐高壓開關，連接於該整流後之線電壓以及一操作電壓之間；以及一高壓充電控制器，於該電源轉換時，可開啟該耐高壓開關，以使該高壓充電電路從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。
  10. 如申請專利範圍第9項之該電源控制器，其中，該高壓充電控制器可提供一波谷時間區，其中出現有該整流後之線電壓的一電壓波谷，且該高壓充電控制器於該波谷時間區時，開啟該耐高壓開關。
  11. 如申請專利範圍第10項之該電源控制器，其中，該高壓充電控制器比較該整流後之線電壓以及一邊界電壓，以提供該波谷時間區。
  12. 如申請專利範圍第10項之該電源控制器，另包含有：一時窗調整器，依據該操作電壓，自適應地調整該波谷時間區。
  13. 如申請專利範圍第12項之該電源控制器，其中，該時窗調整器依據該操作電壓，自適應地調整該波谷時間區，以使該操作電壓維持在一操作電壓期望範圍內，其中，該操作電壓期望範圍介於一上限參考電壓以及一風險參考電壓之間。
  14. 如申請專利範圍第9項之該電源控制器，另包含有：一電源風險偵測器，其依據該操作電壓與一感應電壓，來致能該高壓充電控制器；其中，該感應電壓可對應該輸出電壓。
  15. 一種電源供應器，其可輸出一輸出電壓，該輸出電壓可選擇為一第一額定電壓或一第二額定電壓，該第二額定電壓高於該第一額定電壓，該電源供應器包含有：一整流電路，用以將一市電交流電整流為一整流後之線電壓；一變壓器，包含有一一次側線圈、一二次側線圈、以及一輔助線圈，其中，該輸出電壓係由整流該二次側線圈之一二次側線圈跨壓而產生；一功率開關，與該一次側線圈串聯；以及一電源控制器，為一積體電路，提供一脈衝寬度調變信號至該功率開關，包含有：一高壓充電電路，連接於該整流後之線電壓與一電源端之間；該電源端上具有一操作電壓；其中，當該輸出電壓為該第一額定電壓時，該電源控制器架構來開啟該高壓充電電路，進行高壓充電，從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電；以及當該輸出電壓為該第二額定電壓時，該電源控制器架構來不進行該高壓充電，該操作電壓由整流該輔助線圈之一感應電壓所產生。
  16. 如申請專利範圍第15項之該電源供應器，其中，該電源控制器包含有：一脈衝寬度調變信號產生器，提供該脈衝寬度調變信號，控制該功率開關，以進行電源轉換，用以調控該輸出電壓；該高壓充電電路包含有一耐高壓開關，連接於該整流後之線電壓以及該操作電壓之間；以及一高壓充電控制器，當該輸出電壓為該第一額定電壓時，可開啟該耐高壓開關，以使該高壓充電電路從該整流後之線電壓汲取一充電電流，對該操作電壓充電。
  17. 如申請專利範圍第16項之該電源供應器，其中，該高壓充電控制器可提供一波谷時間區，其中出現有該整流後之線電壓的一電壓波谷，且該高壓充電控制器於該波谷時間區時，開啟該耐高壓開關。
  18. 如申請專利範圍第17項之該電源供應器，其中，該電源控制器另包含有：一時窗調整器，依據該操作電壓，自適應地調整該波谷時間區。
  19. 如申請專利範圍第15項之該電源供應器，其中，該整流電路為一第二整流電路，該電源供應器另包含有一第一整流電路，用以將該市電交流電整流為一輸入電壓，該一次側線圈連接於該輸入電壓與該功率開關之間。
  20. 如申請專利範圍第15項之該電源供應器，其中，當該操作電壓低於一欠壓鎖定電壓時，該電源控制器固定關閉該功率開關，且開啟該高壓充電電路，進行該高壓充電。
  21. 一種高壓充電控制方法，適用於一電源供應器，其包含有一功率開關以及一耐高壓開關，該耐高壓開關連接於一整流後之線電壓以及一操作電壓之間，該整流後之線電壓係由整流一市電交流電而產生，該電源供應器可輸出一輸出電壓對一負載供電，該高壓充電控制方法包含有下列步驟：比較該整流後之線電壓以及一邊界電壓；當該整流後之線電壓高過該邊界電壓時，禁能高壓充電，其中，該高壓充電，被致能時，可從該整流後之線電壓汲取一充電電流，透過該耐高壓開關，對該操作電壓充電；以及依據該操作電壓，調整該邊界電壓。
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