TWI790937B

TWI790937B - 抑制磁飽和之電源供應器

Info

Publication number: TWI790937B
Application number: TW111108489A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2022-03-09
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2023-01-21
Also published as: TW202337119A; US11777404B1; US20230291308A1

Abstract

一種抑制磁飽和之電源供應器，包括：橋式整流器、升壓電感器、功率切換器、第一脈波寬度調變積體電路、第一輸出級電路、輸入切換電路、變壓器、第一電容器、第二輸出級電路，以及偵測及控制電路。變壓器可內建一漏電感器和一激磁電感器。偵測及控制電路包括鄰近於變壓器之一負溫度係數電阻器。偵測及控制電路可偵測關於功率切換器之一第一電壓斜率，並可偵測關於第一輸出級電路之一第二電壓斜率。偵測及控制電路更可根據第一電壓斜率、第二電壓斜率，以及來自負溫度係數電阻器之一回饋電位來限制流經激磁電感器之一電感電流。

Description

抑制磁飽和之電源供應器

本發明係關於一種電源供應器，特別係關於一種可抑制磁飽和之電源供應器。

在傳統電源供應器中，激磁電感器係內建於其變壓器當中。然而，每種磁性元件都有其正常使用之磁滯曲線範圍。當變壓器之溫度過高且激磁電感器之電感電流過大時，激磁電感器可能會進入磁飽和之狀態，此將導致其磁化特性消失並引發安全性之問題。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。

在較佳實施例中，本發明提出一種抑制磁飽和之電源供應器，包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一升壓電感器，接收該整流電位；一功率切換器，根據一第一脈波寬度調變電位來選擇性地將該升壓電感器耦接至一接地電位；一第一脈波寬度調變積體電路，產生該第一脈波寬度調變電位；一第一輸出級電路，耦接至該升壓電感器，並用於產生一中間電位；一輸入切換電路，根據該中間電位來產生一切換電位；一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器接收該切換電位；一第一電容器，耦接至該主線圈；一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並用於產生一輸出電位；以及一偵測及控制電路，包括鄰近於該變壓器之一負溫度係數電阻器，其中該偵測及控制電路係用於偵測關於該功率切換器之一第一電壓斜率，並用於偵測關於該第一輸出級電路之一第二電壓斜率；其中該偵測及控制電路更根據該第一電壓斜率、該第二電壓斜率，以及來自該負溫度係數電阻器之一回饋電位來限制流經該激磁電感器之一電感電流。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器100之示意圖。例如，電源供應器100可應用於桌上型電腦、筆記型電腦，或一體成形電腦。如第1圖所示，電源供應器100包括：一橋式整流器110、一升壓電感器LU、一功率切換器120、一第一脈波寬度調變積體電路(Pulse Width Modulation Integrated Circuit，PWM IC)130、一第一輸出級電路140、一輸入切換電路150、一變壓器160、一第一電容器C1、一第二輸出級電路170，以及一偵測及控制電路180。必須注意的是，雖然未顯示於第1圖中，但電源供應器100更可包括其他元件，例如：一穩壓器或(且)一負回授電路。

橋式整流器110可根據一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2來產生一整流電位VR，其中第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2之間可形成具有任意頻率和任意振幅之一交流電壓。例如，交流電壓之頻率可約為50Hz或60Hz，而交流電壓之方均根值可約由90V至264V，但亦不僅限於此。升壓電感器LU可接收整流電位VR。功率切換器120可根據一第一脈波寬度調變電位VM1來選擇性地將升壓電感器LU耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。例如，若第一脈波寬度調變電位VM1為高邏輯位準，則功率切換器120可將升壓電感器LU耦接至接地電位VSS(亦即，功率切換器120可近似於一短路路徑)；反之，若第一脈波寬度調變電位VM1為低邏輯位準，則功率切換器120不會將升壓電感器LU耦接至接地電位VSS(亦即，功率切換器120可近似於一斷路路徑)。第一脈波寬度調變積體電路130可用於產生第一脈波寬度調變電位VM1。第一輸出級電路140係耦接至升壓電感器LU，並可用於產生一中間電位VE。輸入切換電路150可根據中間電位VE來產生一切換電位VW。變壓器160包括一主線圈161、一第一副線圈162，以及一第二副線圈163，其中變壓器160更可內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM。主線圈161、漏電感器LR，以及激磁電感器LM皆可位於變壓器160之同一側，而第一副線圈162和第二副線圈163則皆可位於變壓器160之相對另一側。主線圈161可經由漏電感器LR來接收切換電位VW，而第一副線圈162和第二副線圈163皆可回應於切換電位VW來進行操作。第一電容器C1係耦接至主線圈161。例如，漏電感器LR、激磁電感器LM，以及第一電容器C1三者可共同形成一諧振槽(Resonant Tank)。第二輸出級電路170係耦接至第一副線圈162和第二副線圈163，並可用於產生一輸出電位VOUT，例如，輸出電位VOUT可為一直流電位，其電位位準可介於18V至20V之間，但亦不僅限於此。偵測及控制電路180包括鄰近於變壓器160之一負溫度係數(Negative Temperature Coefficient，NTC)電阻器RN，其中偵測及控制電路180可用於偵測關於功率切換器120之一第一電壓斜率SP1，並可用於偵測關於第一輸出級電路140之一第二電壓斜率SP2。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。接著，偵測及控制電路180更可根據第一電壓斜率SP1、第二電壓斜率SP2，以及來自負溫度係數電阻器RN之一回饋電位VF來限制流經激磁電感器LM之一電感電流ILM。在此設計下，即使變壓器160之溫度變高，通過激磁電感器LM之電感電流ILM仍然受到適當控制，故此將可有效避免激磁電感器LM意外進入磁飽和之狀態。因此，電源供應器100整體之安全性及可靠度均能獲得大幅改善。

以下實施例將介紹電源供應器100之詳細結構及操作方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之電路圖。在第2圖之實施例中，在第2圖之實施例中，電源供應器200具有一第一輸入節點NIN1、一第二輸入節點NIN2，以及一輸出節點NOUT，並包括：一橋式整流器210、一升壓電感器LU、一功率切換器220、一第一脈波寬度調變積體電路230、一第一輸出級電路240、一輸入切換電路250、一變壓器260、一第一電容器C1、一第二輸出級電路270，以及一偵測及控制電路280。電源供應器200之第一輸入節點NIN1和第二輸出節點NIN2可分別由一外部輸入電源處接收一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2，而電源供應器200之輸出節點NOUT則可用於輸出一輸出電位VOUT至一電子裝置(未顯示)。另外，一輸入電流IIN可經由第一輸入節點NIN1進入電源供應器200。

橋式整流器210包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3，以及一第四二極體D4。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第一二極體D1之陰極係耦接至一第一節點N1以輸出一整流電位VR。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一節點N1。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至一接地電位VSS，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至接地電位VSS，而第四二極體D4之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。

升壓電感器LU具有一第一端和一第二端，其中升壓電感器LU之第一端係耦接至第一節點N1以接收整流電位VR，而升壓電感器LU之第二端係耦接至一第二節點N2。

功率切換器220包括一第一電晶體M1。例如，第一電晶體M1可為一N型金氧半場效電晶體(N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSFET)。第一電晶體M1具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第一電晶體M1之控制端係用於接收一第一脈波寬度調變電位VM1，第一電晶體M1之第一端係耦接至一第三節點N3，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第二節點N2。

第一脈波寬度調變積體電路230可用於產生第一脈波寬度調變電位VM1。例如，第一脈波寬度調變電位VM1於電源供應器200初始化時可維持於一固定電位，而在電源供應器200進入正常使用階段後則可提供週期性之時脈波形。

第一輸出級電路240包括一第五二極體D5和一第二電容器C2。第五二極體D5具有一陽極和一陰極，其中第五二極體D5之陽極係耦接至第二節點N2，而第五二極體D5之陰極係耦接至一第四節點N4。第二電容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二電容器C2之第一端係耦接至一第五節點N5以輸出一中間電位VE，而第二電容器C2之第二端係耦接至接地電位VSS。

輸入切換電路250包括一第二脈衝調變積體電路255、一第二電晶體M2，以及一第三電晶體M3。第二脈波寬度調變積體電路255可產生第二脈波寬度調變電位VM2和第三脈波寬度調變電位VM3。例如，第二脈波寬度調變電位VM2和第三脈波寬度調變電位VM3於電源供應器200初始化時可維持於一固定電位，而在電源供應器200進入正常使用階段後則可提供週期性之時脈波形。在一些實施例中，第二脈波寬度調變電位VM2和第三脈波寬度調變電位VM3可具有互補(Complementary)之邏輯位準。在另一些實施例中，第二脈波寬度調變電位VM2和第三脈波寬度調變電位VM3可具有相同波形但其間存在一相位差，使得兩者不會同時為高邏輯位準。第二電晶體M2和第三電晶體M3可各自為一N型金氧半場效電晶體。第二電晶體M2具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第二電晶體M2之控制端係用於接收第二脈波寬度調變電位VM2，第二電晶體M2之第一端係耦接至一第六節點N6以輸出一切換電位VW，而第二電晶體M2之第二端係耦接至第五節點N5以接收中間電位VE。第三電晶體M3具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第三電晶體M3之控制端係用於接收第三脈波寬度調變電位VM3，第三電晶體M3之第一端係耦接至接地電位VSS，而第三電晶體M3之第二端係耦接至第六節點N6。

變壓器260包括一主線圈261、一第一副線圈262，以及一第二副線圈263，其中變壓器260更內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM。漏電感器LR和激磁電感器LM皆可為變壓器260製造時所附帶產生之固有元件，其並非外部獨立元件。漏電感器LR、主線圈261，以及激磁電感器LM皆可位於變壓器260之同一側(例如：一次側)，而第一副線圈262和第二副線圈263則皆可位於變壓器260之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側互相隔離開來)。漏電感器LR具有一第一端和一第二端，其中漏電感器LR之第一端係耦接至第六節點N6以接收切換電位VW，而漏電感器LR之第二端係耦接至一第七節點N7。主線圈261具有一第一端和一第二端，其中主線圈261之第一端係耦接至第七節點N7，而主線圈261之第二端係耦接至一第八節點N8。激磁電感器LM具有一第一端和一第二端，其中激磁電感器LM之第一端係耦接至第七節點N7，而激磁電感器LM之第二端係耦接至一第九節點N9。第一電容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一電容器C1之第一端係耦接至第八節點N8，而第一電容器C1之第二端係耦接至接地電位VSS。在一些實施例中，漏電感器LR、激磁電感器LM，以及第一電容器C1三者可共同形成一諧振槽。第一副線圈262具有一第一端和一第二端，其中第一副線圈262之第一端係耦接至一第十節點N10，而第一副線圈262之第二端係耦接至一共同節點NCM。例如，共同節點NCM可視為另一接地電位，其可與前述之接地電位VSS相同或相異。第二副線圈263具有一第一端和一第二端，其中第二副線圈263之第一端係耦接至共同節點NCM，而第二副線圈263之第二端係耦接至一第十一節點N11。

第二輸出級電路270包括一第六二極體D6、一第七二極體D7，以及一第三電容器C3。第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第十節點N10，而第六二極體D6之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第七二極體D7具有一陽極和一陰極，其中第七二極體D7之陽極係耦接至第十一節點N11，而第七二極體D7之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第三電容器C3具有一第一端和一第二端，其中第三電容器C3之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而第三電容器C3之第二端係耦接至共同節點NCM。

偵測及控制電路280包括一第一斜率偵測器282、一第二斜率偵測器284、一微控制器286、一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第三電阻器R3，以及一負溫度係數電阻器RN。

第一電阻器R1具有一第一端和一第二端，其中第一電阻器R1之第一端係耦接至第三節點N3，而第一電阻器R1之第二端係耦接至接地電位VSS。亦即，第一電阻器R1係與第一電晶體M1作串聯耦接。第一斜率偵測器282係分別耦接至第三節點N3和接地電位VSS，以監控跨越第一電阻器R1之一第一電位差ΔV1。然後，第一斜率偵測器282可再根據第一電位差ΔV1來計算出一第一電壓斜率SP1。第二電阻器R2具有一第一端和一第二端，其中第二電阻器R2之第一端係耦接至第四節點N4，而第二電阻器R2之第二端係耦接至第五節點N5。亦即，第二電阻器R2係與第五二極體D5作串聯耦接。第二斜率偵測器284係分別耦接至第四節點N4和第五節點N5，以監控跨越第二電阻器R2之一第二電位差ΔV2。然後，第二斜率偵測器284可再根據第二電位差ΔV2來計算出一第二電壓斜率SP2。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之電位波形圖。必須理解的是，當第一脈波寬度調變電位VM1為高邏輯位準時，流經第一電晶體M1和第一電阻器R1之一第一電流I1會逐漸增大，而流經第五二極體D5和第二電阻器R2之一第二電流I2則會維持於0；反之，當第一脈波寬度調變電位VM1為低邏輯位準時，前述之第一電流I1會維持於0，而前述之第二電流I2則會逐漸減小。第一電阻器R1可為電阻值極低之一感測電阻器，其中第一電阻器R1之第一電位差ΔV1可對應於前述之第一電流I1。第二電阻器R2可為電阻值極低之另一感測電阻器，其中第二電阻器R2之第二電位差ΔV2可對應於前述之第二電流I2。根據第3圖之量測結果，第一斜率偵測器282可藉由分析第一電位差ΔV1來取得第一電壓斜率SP1和第一電流I1之相關資訊。另外，第二斜率偵測器284則可藉由分析第二電位差ΔV2來取得第二電壓斜率SP2和第二電流I2之相關資訊。

微控制器286可分別由第一斜率偵測器282和第二斜率偵測器284處接收第一電壓斜率SP1和第二電壓斜率SP2。另外，微控制器286可輸出一固定電流IF至一回饋節點NF。負溫度係數電阻器RN係鄰近於變壓器260。負溫度係數電阻器RN具有一第一端和一第二端，其中負溫度係數電阻器RN之第一端係耦接至回饋節點NF，而負溫度係數電阻器RN之第二端係耦接至共同節點NCM。例如，若變壓器260之溫度升高，則負溫度係數電阻器RN之電阻值將會變小；反之，若變壓器260之溫度降低，則負溫度係數電阻器RN之電阻值將會變大。接著，微控制器286更可根據回饋節點NF處之一回饋電位VF來決定一電位差上限值VUB和一電位差下限值VLB。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之負溫度係數電阻器RN之操作特性圖。在第4圖之實施例中，變壓器260之溫度可介於一第一溫度T1和一第二溫度T2之間，其中負溫度係數電阻器RN與變壓器260可大致具有相等溫度。當變壓器260之溫度下降至第一溫度T1時，負溫度係數電阻器RN可提供一電阻上限值RU，而當變壓器260之溫度上升至第二溫度T2時，負溫度係數電阻器RN可提供一電阻下限值RL。在一些實施例中，微控制器286可根據下列方程式(1)、(2)來計算出前述之電位差上限值VUB和電位差下限值VLB：

……………………………………(1)

……………………………………(2) 其中「VUB」代表電位差上限值，「VLB」代表電位差下限值，「RU」代表電阻上限值，「RL」代表電阻下限值，「IF」代表固定電流IF之電流值，而「K」代表任一放大倍率(其可根據不同需求而進行調整)。

第三電阻器R3具有一第一端和一第二端，其中第三電阻器R3之第一端係耦接至第九節點N9，而第三電阻器R3之第二端係耦接至第八節點N8。亦即，第三電阻器R3係與變壓器260之激磁電感器LM作串聯耦接。第三電阻器R3可為電阻值極低之又一感測電阻器。根據歐姆定律，跨越第三電阻器R3之一特定電位差ΔVS可對應於流經激磁電感器LM之一電感電流ILM。大致而言，微控制器286可藉由控制此特定電位差ΔVS來限制前述之電感電流ILM，從而可避免激磁電感器LM意外進入磁飽和之狀態。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之特定電位差ΔVS之波形圖。在第5圖之實施例中，特定電位差ΔVS之一可能範圍590係根據第一電壓斜率SP1、第二電壓斜率SP2、電位差上限值VUB，以及電位差下限值VLB所共同決定。根據實際量測結果，只要特定電位差ΔVS落於前述之可能範圍590內，即能保證激磁電感器LM皆可正常運作且不會進入非理想之磁飽和狀態。

第6圖係顯示傳統電源供應器之電流波形圖。如第6圖所示，當傳統電源供應器之變壓器溫度過高時，因磁飽和之故，其輸入電流IIN和電感電流ILM都會產生許多異常之上下震盪。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之電流波形圖。根據第7圖之量測結果，在本發明之電流限制條件下，激磁電感器LM皆可正常運作，即使變壓器260之溫度較高，激磁電感器LM亦不會發生磁飽和。另外，輸入電流IIN和電感電流ILM之異常震盪亦可被完全消除。

本發明提出一種新穎之電源供應器，其可有效抑制非理想之磁飽和現象。根據實際量測結果，使用前述設計之電源供應器其安全性將可大幅提升，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。

值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電源供應器並不僅限於第1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之電源供應器當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,200:電源供應器 110,210:橋式整流器 120,220:功率切換器 130,230:第一脈波寬度調變積體電路 140,240:第一輸出級電路 150,250:輸入切換電路 160,260:變壓器 161,261:主線圈 162,262:第一副線圈 163,263:第二副線圈 170,270:第二輸出級電路 180,280:偵測及控制電路 255:第二脈波寬度調變積體電路 282:第一斜率偵測器 284:第二斜率偵測器 286:微控制器 590:可能範圍 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 D6:第六二極體 D7:第七二極體 I1:第一電流 I2:第二電流 IF:固定電流 IIN:輸入電流 ILM:電感電流 LM:激磁電感器 LR:漏電感器 LU:升壓電感器 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 N7:第七節點 N8:第八節點 N9:第九節點 N10:第十節點 N11:第十一節點 NCM:共同節點 NF:回饋節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NOUT:輸出節點 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 RL:電阻下限值 RN:負溫度係數電阻器 RU:電阻上限值 SP1:第一電壓斜率 SP2:第二電壓斜率 T1:第一溫度 T2:第二溫度 VE:中間電位 VF:回饋電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VLB:電位差下限值 VM1:第一脈波寬度調變電位 VM2:第二脈波寬度調變電位 VM3:第三脈波寬度調變電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VSS:接地電位 VUB:電位差上限值 VW:切換電位 ΔV1:第一電位差 ΔV2:第二電位差 ΔVS:特定電位差

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之示意圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之電路圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之電位波形圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之負溫度係數電阻器之操作特性圖。第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之特定電位差之波形圖。第6圖係顯示傳統電源供應器之電流波形圖。第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之電流波形圖。

100:電源供應器

110:橋式整流器

120:功率切換器

130:第一脈波寬度調變積體電路

140:第一輸出級電路

150:輸入切換電路

160:變壓器

161:主線圈

162:第一副線圈

163:第二副線圈

170:第二輸出級電路

180:偵測及控制電路

C1:第一電容器

ILM:電感電流

LM:激磁電感器

LR:漏電感器

LU:升壓電感器

RN:負溫度係數電阻器

SP1:第一電壓斜率

SP2:第二電壓斜率

VE:中間電位

VF:回饋電位

VIN1:第一輸入電位

VIN2:第二輸入電位

VM1:第一脈波寬度調變電位

VOUT:輸出電位

VR:整流電位

VSS:接地電位

VW:切換電位

Claims

一種抑制磁飽和之電源供應器，包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一升壓電感器，接收該整流電位；一功率切換器，根據一第一脈波寬度調變電位來選擇性地將該升壓電感器耦接至一接地電位；一第一脈波寬度調變積體電路，產生該第一脈波寬度調變電位；一第一輸出級電路，耦接至該升壓電感器，並用於產生一中間電位；一輸入切換電路，根據該中間電位來產生一切換電位；一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器接收該切換電位；一第一電容器，耦接至該主線圈；一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並用於產生一輸出電位；以及一偵測及控制電路，包括鄰近於該變壓器之一負溫度係數電阻器，其中該偵測及控制電路係用於偵測關於該功率切換器之一第一電壓斜率，並用於偵測關於該第一輸出級電路之一第二電壓斜率；其中該偵測及控制電路更根據該第一電壓斜率、該第二電壓斜率，以及來自該負溫度係數電阻器之一回饋電位來限制流經該激磁電感器之一電感電流。
如請求項1之電源供應器，其中該橋式整流器包括：一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該整流電位；一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一節點；一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點；其中該升壓電感器具有一第一端和一第二端，該升壓電感器之該第一端係耦接至該第一節點以接收該整流電位，而該升壓電感器之該第二端係耦接至一第二節點。
如請求項2之電源供應器，其中該功率切換器包括：一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該第一脈波寬度調變電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第三節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第二節點。
如請求項3之電源供應器，其中該第一輸出級電路包括：一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第二節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第四節點；以及一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至一第五節點以輸出該中間電位，而該第二電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
如請求項4之電源供應器，其中該偵測及控制電路更包括：一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該第三節點，而該第一電阻器之該第二端係耦接至該接地電位；一第一斜率偵測器，監控該第一電阻器，以取得該第一電壓斜率；一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第二電阻器之該第二端係耦接至該第五節點；以及一第二斜率偵測器，監控該第二電阻器，以取得該第二電壓斜率。
如請求項4之電源供應器，其中該輸入切換電路包括：一第二脈波寬度調變積體電路，產生一第二脈波寬度調變電位和一第三脈波寬度調變電位；一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該第二脈波寬度調變電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第六節點以輸出該切換電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第五節點以接收該中間電位；以及一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收該第三脈波寬度調變電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該第六節點。
如請求項6之電源供應器，其中該漏電感器具有一第一端和一第二端，該漏電感器之該第一端係耦接至該第六節點以接收該切換電位，該漏電感器之該第二端係耦接至一第七節點，該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第七節點，該主線圈之該第二端係耦接至一第八節點，該激磁電感器具有一第一端和一第二端，該激磁電感器之該第一端係耦接至該第七節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至一第九節點，該第一電容器具有一第一端和一第二端，該第一電容器之該第一端係耦接至該第八節點，該第一電容器之該第二端係耦接至該接地電位，該第一副線圈具有一第一端和一第二端，該第一副線圈之該第一端係耦接至一第十節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一共同節點，該第二副線圈具有一第一端和一第二端，該第二副線圈之該第一端係耦接至該共同節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第十一節點。
如請求項7之電源供應器，其中該第二輸出級電路包括：一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第十節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位；一第七二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第七二極體之該陽極係耦接至該第十一節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；以及一第三電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第三電容器之該第二端係耦接至該共同節點。
如請求項7之電源供應器，其中該偵測及控制電路更包括：一微控制器，輸出一固定電流至一回饋節點，其中該負溫度係數電阻器具有一第一端和一第二端，該負溫度係數電阻器之該第一端係耦接至該回饋節點，而該負溫度係數電阻器之該第二端係耦接至該共同節點；其中該微控制器更根據該回饋節點處之該回饋電位來決定一電位差上限值和一電位差下限值。
如請求項9之電源供應器，其中該偵測及控制電路更包括：一第三電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電阻器之該第一端係耦接至該第九節點，而該第三電阻器之該第二端係耦接至該第八節點；其中該微控制器係藉由控制該第三電阻器之一特定電位差來限制流經該激磁電感器之該電感電流；其中該特定電位差之一可能範圍係根據該第一電壓斜率、該第二電壓斜率、該電位差上限值，以及該電位差下限值所共同決定。