TWI710887B - 電源供應裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源供應裝置。電源供應裝置包括脈寬調變信號產生電路、電源轉換電路、分壓電路、電容電路以及回授補償電路。脈寬調變信號產生電路根據回授信號產生及調變脈寬調變信號。電源轉換電路根據脈寬調變信號將輸入電壓轉換為輸出電壓。分壓電路對輸出電壓進行分壓以產生第一電壓至節點。電容電路反應於輸出電壓的電壓變化而根據輸出電壓產生第二電壓至節點。在輸出電壓就緒之前，回授補償電路根據第一電壓及參考電壓產生回授信號。在輸出電壓就緒之後，回授補償電路根據第二電壓及參考電壓產生回授信號。

Description

電源供應裝置

本發明是有關於一種電源供應技術，且特別是有關於一種可提高回授反應速度的電源供應裝置。

一般來說，在以脈寬調變為基礎的電源供應裝置中，電源供應裝置通常具有回授電路及脈寬調變控制器。回授電路可根據電源供應裝置的負載的變化(空載、輕載、中載、滿載)提供回授信號，且脈寬調變控制器可根據回授信號而對應地調整脈寬調變信號的工作週期或頻率，藉以穩定電源供應裝置所提供的輸出電壓。

由於負載自空載至重載間的變化很廣，因此脈寬調變信號的頻率變化也很大，導致回授電路的增益及頻寬難以控制，使得回授電路的回授反應速度跟不上脈寬調變信號的變化或負載的變化。如此一來，將會產生輸出電壓不穩定的問題。

有鑑於此，本發明提供一種電源供應裝置。電源供應裝置可反應於輸出電壓的電壓變化而快速地提供回授信號，以提高回授反應速度，從而提供穩定的輸出電壓。

本發明的電源供應裝置包括脈寬調變信號產生電路、電源轉換電路、分壓電路、電容電路以及回授補償電路。脈寬調變信號產生電路用以根據回授信號產生及調變脈寬調變信號。電源轉換電路耦接脈寬調變信號產生電路以接收脈寬調變信號，用以根據脈寬調變信號將輸入電壓轉換為輸出電壓。分壓電路耦接電源轉換電路以接收輸出電壓，且對輸出電壓進行分壓以產生第一電壓至節點。電容電路耦接電源轉換電路以接收輸出電壓，用以反應於輸出電壓的電壓變化而根據輸出電壓產生第二電壓至節點。回授補償電路耦接節點及脈寬調變信號產生電路。在輸出電壓就緒之前，回授補償電路根據第一電壓及參考電壓產生回授信號。在輸出電壓就緒之後，回授補償電路根據第二電壓及參考電壓產生回授信號。

基於上述，在本發明實施例所提出的電源供應裝置中，電容電路可反應於輸出電壓的電壓變化而快速地提供第二電壓給回授補償電路，因此可提高電源供應裝置的回授反應速度，從而提升輸出電壓的補償速度以穩定輸出電壓。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、300:電源供應裝置

110:脈寬調變信號產生電路

120:電源轉換電路

130:分壓電路

140:電容電路

150:回授補償電路

151:誤差放大電路

152:光耦合器

1511:運算放大器

360、560:放電電路

561:比較器

C41:電容器

C51:第一電容器

C52:第二電容器

C53:第三電容器

CG:控制信號

D41:第一二極體

D62:第二二極體

E1、E2:端

GND:接地端

M1:電晶體

ND:節點

R31、R51:第一電阻器

R32、R52:第二電阻器

SFB:回授信號

SP:脈寬調變信號

T1、T2:輸入端

V1:第一電壓

V2:第二電壓

VE:誤差放大信號

VF:切入電壓

VI:輸入電壓

VO:輸出電壓

VREF:參考電壓

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源供應裝置的方塊示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示的圖1的電源供應裝置的電路架構示意圖。

圖3是依照本發明另一實施例所繪示的電源供應裝置的電路架構示意圖。

圖4A是依照本發明一實施例所繪示的電容電路的充電示意圖。

圖4B是依照本發明一實施例所繪示的電容電路的放電示意圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示的放電電路的電路架構示意圖。

圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源供應裝置的方塊示意圖。請參照圖1，電源供應裝置100可例如是變頻穩壓式的電源供應裝置，但不限於此。電源供應裝置100可包括脈寬調變 信號產生電路110、電源轉換電路120、分壓電路130、電容電路140以及回授補償電路150，但本發明不限於此。脈寬調變信號產生電路110用以根據回授信號SFB產生脈寬調變信號SP，且可根據回授信號SFB對脈寬調變信號SP的頻率及工作周期至少其中之一進行調變。電源轉換電路120耦接脈寬調變信號產生電路110以接收脈寬調變信號SP。電源轉換電路120可根據脈寬調變信號SP將輸入電壓VI轉換為輸出電壓VO。

分壓電路130耦接電源轉換電路120以接收輸出電壓VO，且在輸出電路VO就緒之前對輸出電壓VO進行分壓以產生第一電壓V1至節點ND。電容電路140耦接電源轉換電路120以接收輸出電壓VO，用以在輸出電路VO就緒之後反應於輸出電壓VO的電壓變化而根據輸出電壓VO產生第二電壓V2至節點ND。回授補償電路150耦接節點ND及脈寬調變信號產生電路110，用以根據節點ND的電壓及參考電壓VREF產生回授信號SFB。

詳細來說，在輸出電壓VO就緒之前，回授補償電路150根據分壓電路130所產生的第一電壓V1及參考電壓VREF產生回授信號SFB，致使脈寬調變信號產生電路110根據回授信號SFB產生脈寬調變信號SP以控制電源轉換電路120產生輸出電壓VO。在輸出電壓VO就緒之後，回授補償電路150可根據電容電路140所產生的第二電壓V2及參考電壓VREF產生回授信號SFB，且脈寬調變信號產生電路110可根據回授信號SFB調變脈寬調變信號SP的頻率及工作周期至少其中之一，致使電源轉換電 路120根據脈寬調變信號SP提供穩定的輸出電壓VO。

可以理解的是，基於電容電路140對電壓變化的反應速度快的特性，電容電路140可反應於輸出電壓VO的電壓變化而快速地提供第二電壓V2給回授補償電路150，因此可提高電源供應裝置100的回授反應速度，從而提升對輸出電壓VO的補償速度以提供穩定的輸出電壓VO。

在本發明的一實施例中，脈寬調變信號產生電路110可採用現有的脈寬調變積體電路來實現，但不限於此。

在本發明的一實施例中，電源轉換電路120可採用各種類型的隔離式電源轉換電路來實現，但不限於此。

在本發明的一實施例中，輸出電壓VO就緒可例如是輸出電壓VO的電壓值已升至預設電壓值達一段時間長度，但本發明不限於此。其中預設電壓值可依實際應用來設定。

圖2是依照本發明一實施例所繪示的圖1的電源供應裝置的電路架構示意圖。請參照圖2。分壓電路130可包括第一電阻器R31以及第二電阻器R32，但不限於此。第一電阻器R31的第一端接收輸出電壓VO。第一電阻器R31的第二端耦接節點ND。第二電阻器R32的第一端耦接節點ND。第二電阻器R32的第二端耦接接地端GND。

電容電路140可包括電容器C41以及第一二極體D41，但不限於此。電容器C41的第一端接收輸出電壓VO。第一二極體D41的陽極耦接電容器C41的第二端。第一二極體D41的陰極耦 接節點ND。

回授補償電路150可包括誤差放大電路151以及光耦合器152，但不限於此。誤差放大電路151耦接節點ND，用以將節點ND的電壓與參考電壓VREF之間的差值進行放大以產生誤差放大信號VE。光耦合器152耦接在誤差放大電路151與脈寬調變信號產生電路110之間，用以根據誤差放大信號VE產生回授信號SFB，並提供回授信號SFB給脈寬調變信號產生電路110。

在本發明的一實施例中，誤差放大電路151可包括運算放大器1511、第一電阻器R51、第一電容器C51、第二電容器C52、第二電阻器R52以及第三電容器C53，但不限於此。運算放大器1511的反相輸入端耦接節點ND。運算放大器1511的非反相輸入端接收參考電壓VREF。運算放大器1511的輸出端耦接光耦合器152以提供誤差放大信號VE。第一電阻器R51的第一端接收輸出電壓VO。第一電容器C51耦接在第一電阻器R51的第二端與節點ND之間。第二電容器C52耦接在節點ND與運算放大器1511的輸出端之間。第二電阻器R52的第一端耦接節點ND。第三電容器C53耦接在第二電阻器R52的第二端與運算放大器1511的輸出端之間。

在輸出電壓VO就緒之前，第一電阻器R31與第二電阻器R32可對輸出電壓VO進行分壓以提供第一電壓V1至節點ND(亦即在節點ND建立第一電壓V1)，其中第一電壓V1如式(1)所示。

而在輸出電壓VO就緒之後，第一二極體D41可反應於輸出電壓VO的電壓變化被導通，因此電容器C41、第一二極體D41與第二電阻器R32將形成一充電電流路徑，致使電容器C41根據輸出電壓VO進行充電，並可透過第一二極體D41提供第二電壓V2至節點ND(亦即在節點ND建立第二電壓V2)，其中第二電壓V2等於輸出電壓VO與第一二極體D41的切入電壓(Cut-in Voltage)VF間的差值，如式(2)所示。

V2=VO-VF 式(2)

另外，當輸出電壓VO穩定時，節點ND的電壓等於參考電壓VREF，且第一二極體D41被截止。

可以理解的是，由於電容器C41對於電壓變化的反應速度較電阻器(即第一電阻器R31及第二電阻器R32)來得快速，因此電容器C41可反應於輸出電壓VO的電壓變化而快速地提供第二電壓V2給回授補償電路150，從而提高電源供應裝置100的回授反應速度以快速地穩定輸出電壓VO。

在本發明的一實施例中，第一電阻器R31的電阻值極大於第一電阻器R51的電阻值。舉例來說，第一電阻器R31的電阻值大於第一電阻器R51的電阻值的十倍以上，但本發明不限於此。

在本發明的一實施例中，第一電阻器R51的電阻值為10千歐姆(KΩ)，第一電容器C51的電容值為1奈法拉(nF)，第一電阻器R31的電阻值為68.1千歐姆，第二電阻器R32的電阻值為19.2 千歐姆，且電容器C41的電容值為100奈法拉，但本發明不限於此。

在本發明上述實施例的一實驗結果中，當輸出電壓VO發生變化時，若回授補償電路150是根據電容電路140所產生的第二電壓V2及參考電壓VREF產生回授信號SFB給脈寬調變信號產生電路110，則電源供應裝置100的回授反應時間延遲為568毫秒(ms)。相對地，當輸出電壓VO發生變化時，若回授補償電路150是根據分壓電路130所產生的第一電壓V1及參考電壓VREF產生回授信號SFB給脈寬調變信號產生電路110，則電源供應裝置100的回授反應時間延遲為1966毫秒。根據實驗結果可知，電容電路140可有效提升電源供應裝置100的回授反應速度。

圖3是依照本發明另一實施例所繪示的電源供應裝置的電路架構示意圖。請合併參照圖2及圖3。圖3的電源供應裝置300類似於圖2的電源供應裝置100，兩者的差異僅在於：圖3的電源供應裝置300更包括放電電路360。放電電路360耦接在電容器C41的第二端與接地端GND之間。當節點ND的電壓等於參考電壓VREF時(即輸出電壓VO穩定時)，電容器C41所儲存的電能可透過放電電路360進行放電，以避免電容器C41所儲存的電能讓電容器C41與第一電容器C51及第二電容器C52產生諧振。

在本發明的一實施例中，如圖3所示，放電電路360可包括第二二極體D62。第二二極體D62的陽極耦接接地端GND，且第二二極體D62的陰極耦接電容器C41的第二端。在輸出電壓 VO就緒之後，第一二極體D41可反應於輸出電壓VO的電壓變化被導通，且第二二極體D62可反應於輸出電壓VO的電壓變化而被截止。因此，電容器C41、第一二極體D41與第二電阻器R32將形成一充電電流路徑，致使電容器C41根據輸出電壓VO進行充電，並可透過第一二極體D41提供第二電壓V2至節點ND，如圖4A所示。

當節點ND的電壓等於參考電壓VREF時(即輸出電壓VO穩定時)，第一二極體D41被截止且第二二極體D62被導通，因此電容器C41所儲存的電能將透過第二二極體D62放電。詳細來說，如圖4B所示，當節點ND的電壓等於參考電壓VREF時，第二二極體D62、電容器C41、第一電阻器R51、第一電容器C51與第二電阻器R32將形成一放電電流路徑，以宣洩電容器C41所儲存的電能。

另外，關於圖3的電源供應裝置300的其他實施細節及運作，可參酌上述圖1及圖2的相關說明，在此不再贅述。

圖5是依照本發明另一實施例所繪示的放電電路的電路架構示意圖，可用以替換圖3所示的放電電路360。請合併參照圖3及圖5，圖5的放電電路560可包括比較器561以及電晶體M1。比較器561的輸入端T1耦接圖3的節點ND。比較器561的輸入端T2接收圖3的參考電壓VREF。比較器561可對節點ND的電壓與參考電壓VREF進行比較以產生控制信號CG。電晶體M1的第一端E1及第二端E2分別耦接圖3的電容器C41的第二端及接 地端GND。電晶體M1的控制端耦接比較器561以接收控制信號CG。電晶體M1受控於控制信號CG而啟閉。

當節點ND的電壓等於參考電壓VREF時(即圖3的輸出電壓VO穩定時)，電晶體M1反應於控制信號CG而被導通，致使電容器C41所儲存的電能透過電晶體M1放電。另外，當節點ND的電壓不等於參考電壓VREF時(即圖3的輸出電壓VO不穩定時)，電晶體M1反應於控制信號CG而被關斷，致使電容器C41停止放電。

綜上所述，在本發明實施例所提出的電源供應裝置中，電容電路可反應於輸出電壓的電壓變化而快速地提供第二電壓給回授補償電路，因此可提高電源供應裝置的回授反應速度，從而提升輸出電壓的補償速度以穩定輸出電壓。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:電源供應裝置

110:脈寬調變信號產生電路

120:電源轉換電路

130:分壓電路

140:電容電路

150:回授補償電路

ND:節點

SFB:回授信號

SP:脈寬調變信號

V1:第一電壓

V2:第二電壓

VI:輸入電壓

VO:輸出電壓

VREF:參考電壓

Claims (10)

1. 一種電源供應裝置，包括：一脈寬調變信號產生電路，用以根據一回授信號產生及調變一脈寬調變信號；一電源轉換電路，耦接該脈寬調變信號產生電路以接收該脈寬調變信號，用以根據該脈寬調變信號將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；一分壓電路，耦接該電源轉換電路以接收該輸出電壓，且對該輸出電壓進行分壓以產生一第一電壓至一節點；一電容電路，耦接該電源轉換電路以接收該輸出電壓，用以反應於該輸出電壓的電壓變化而根據該輸出電壓產生一第二電壓至該節點；以及一回授補償電路，耦接該節點及該脈寬調變信號產生電路，其中在該輸出電壓就緒之前，該回授補償電路根據該第一電壓及一參考電壓產生該回授信號，其中在該輸出電壓就緒之後，該回授補償電路根據該第二電壓及該參考電壓產生該回授信號，其中當該輸出電壓的電壓值已升至預設電壓值達一段時間長度，判定該輸出電壓已就緒。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該電容電路包括：一電容器，該電容器的第一端接收該輸出電壓；以及一第一二極體，該第一二極體的陽極耦接該電容器的第二 端，且該第一二極體的陰極耦接該節點。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電源供應裝置，其中：在該輸出電壓就緒之後，該第一二極體反應於該輸出電壓的電壓變化被導通，致使該電容器根據該輸出電壓進行充電，且透過該第一二極體提供該第二電壓至該節點，其中該第二電壓等於該輸出電壓與該第一二極體的一切入電壓(Cut-in Voltage)之間的差值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電源供應裝置，其中當該節點的電壓等於該參考電壓時，該第一二極體被截止。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，更包括：一放電電路，耦接在該電容器的該第二端與一接地端之間，其中當該節點的電壓等於該參考電壓時，該電容器所儲存的電能透過該放電電路進行放電。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電源供應裝置，其中該放電電路包括：一第二二極體，該第二二極體的陽極耦接該接地端，且該第二二極體的陰極耦接該電容器的該第二端，其中在該輸出電壓就緒之後，該第二二極體反應於該輸出電壓的電壓變化而被截止，其中當該節點的電壓等於該參考電壓時，該第二二極體被導通，且該電容器所儲存的電能透過該第二二極體放電。
7. 如申請專利範圍第5項所述的電源供應裝置，其中該放電電路包括：一比較器，用以對該節點的電壓與該參考電壓進行比較以產生一控制信號；以及一電晶體，耦接在該電容器的該第二端與該接地端之間，且受控於該控制信號而啟閉，其中當該節點的電壓等於該參考電壓時，該電晶體反應於該控制信號而被導通，且該電容器所儲存的電能透過該電晶體放電，其中當該節點的電壓不等於該參考電壓時，該電晶體反應於該控制信號而被關斷。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該分壓電路包括：一第一電阻器，該第一電阻器的第一端接收該輸出電壓，且該第一電阻器的第二端耦接該節點；以及一第二電阻器，該第二電阻器的第一端耦接該節點，且該第二電阻器的第二端耦接一接地端。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該回授補償電路包括：一誤差放大電路，耦接該節點，用以將該節點的電壓與該參考電壓之間的差值進行放大以產生一誤差放大信號；以及一光耦合器，耦接在該誤差放大電路與該脈寬調變信號產生電路之間，用以根據該誤差放大信號產生該回授信號，並將該回 授信號提供至該脈寬調變信號產生電路。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應裝置，其中該誤差放大電路包括：一運算放大器，該運算放大器的反相輸入端耦接該節點，該運算放大器的非反相輸入端接收該參考電壓，且該運算放大器的輸出端耦接該光耦合器以提供該誤差放大信號；一第一電阻器，該第一電阻器的第一端接收該輸出電壓；一第一電容器，耦接在該第一電阻器的第二端與該節點之間；一第二電容器，耦接在該節點與該運算放大器的該輸出端之間；一第二電阻器，該第二電阻器的第一端耦接該節點；以及一第三電容器，耦接在該第二電阻器的第二端與該運算放大器的該輸出端之間。

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