電源供應器及其控制方法

2023-06-22 04:07:31 1

專利名稱：電源供應器及其控制方法
技術領域：
本發明是有關ー種電源供應器，特別是關於ー種改善電源供應器在輕載或無載時的電カ損耗的電路及方法。
背景技術：
大部分消費性3C產品皆需電源供應器(Power Supply Unit, PSU)提供電源或對其內部的電池充電，諸如整流器(Adapter)、充電器(Charger)之類等等。這類電源供應器在無載或電池已經充飽時，因內部電路還持續動作所以仍有電カ消耗，若未將其斷電，長時間累積起來的電カ損失也相當可觀。
參照圖1，在現有的電源供應器中，切換式電源轉換器10受控制器12控制，將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout提供給負載。在輕載或無載時，為了降低電カ消耗，電源供應器進入脈衝模式(Burst Mode),在有足夠的輸出電壓Vout時,讓功率開關Qsw跳過幾個周期不切換，並降低控制器12內部的操作電流，因而降低控制器12與切換式電源轉換器10的總和損失。此外,在二次側,採用電流轉換比(Current Transfer Ratio ；CTR)較高的光耦合器14以較小的順偏電流If得到相同大小的回授電流Ic，穩壓電路16也採用較小操作電流的穩壓器17，如TLV431，這樣在固定輸出電壓Vout的操作模式下，降低了回授網路的操作電流，也就降低了整個回授網路的損耗。但採用高電流轉換比的光耦合器14需要搭配低操作電流的穩壓器17，這樣的作法除了零件的單價較高之外，光耦合器14在較小的順偏電流If下的穩定性也是問題之一。

發明內容
本發明的目的之一，在於提出ー種改善電源供應器在輕載或無載時的電カ損耗的電路及方法。根據本發明，ー種電源供應器，包含切換式電源轉換器因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流，負載檢測器檢測負載狀態以產生第一信號，電壓檢測器檢測該輸出電壓，與參考電壓比較產生第二信號，以及禁能電路根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以停止切換該功率開關。根據本發明，一種電源供應器的控制方法包含因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流，檢測負載狀態以產生第一信號，檢測該輸出電壓，與參考電壓比較以產生第二信號，以及根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以停止切換該功率開關。本發明不需搭配價格較高的零件，同時避免不穩定的疑慮，在降低電カ損耗之下，同時兼具成本效益，増加產品競爭力。


圖I是現有的電源供應器的電路圖；圖2是根據本發明的系統方塊圖3是圖2中的電源供應器在進入低載後其輸出電壓的波形圖；圖4是根據本發明的電路的第一實施例；圖5是根據本發明的電路的第二實施例；以及圖6是根據本發明的電路的第三實施例。附圖標號10 切換式電源轉換器12 控制器14 光稱合器

16 穩壓電路17 穩壓器18 負載檢測器20 電壓檢測器22 切換式電源轉換器24 禁能電路26 控制器28 光稱合器30 計時器32 光稱合器
具體實施例方式圖2是根據本發明的系統方塊圖，圖3是圖2中的電源供應器在進入低載後其輸出電壓Vout的波形圖。圖2中的切換式電源轉換器22也是藉控制信號Sc切換功率開關而將輸入電壓Vin轉換成適當的輸出電壓Vout及輸出電流Iout供應負載，但為了改善輕載或無載時的電カ損耗，本發明是透過負載檢測器18和電壓檢測器20對切換式電源轉換器22檢測而分別產生信號SI及S2給禁能電路24，其根據負載檢測器18檢測到的負載狀況及輸出電壓Vout的狀況產生信號Sd給控制器26以調整切換式電源轉換器20中的功率開關的動作。負載檢測器18用以判斷負載是否低於預設值，其具有多種可實施的方式，以隔離式的電壓轉換器為例，負載檢測器18可利用一次側的繞組電壓、流經功率開關的電流、二次側的繞組電壓、輸出電流Iout或輔助線圈繞組...等來檢測負載狀況，產生信號SI給禁能電路24。電壓檢測器20用以檢測輸出電壓Vout，與參考電壓Vref比較產生信號S2給禁能電路24。在正常負載時,跟現有技術ー樣,切換式電源轉換器22產生穩定的輸出電壓Vout。當負載檢測器18檢測到負載低於某預設值吋，禁能電路24因應信號SI產生信號Sd通知控制器26停止切換切換式電源轉換器22中的功率開關，於是電源供應器進入節能狀態，輸出電壓Vout會從Vl持續下降，如圖3中所示，直到電壓檢測器20檢測到輸出電壓Vout下降到參考電壓Vref時，產生信號S2，禁能電路24因應信號S2改變信號Sd通知控制器26恢復控制信號Sc，重新啟動切換式電源轉換器22，使輸出電壓Vout回復到VI，並維持一段時間Tl，之後，禁能電路24的信號Sd再次控制控制器26停止操作切換式電源轉換器22，如此反覆運作。本發明利用上述的運作模式，不需搭配價格較高的零件，同時避免不穩定的疑慮，在降低電カ損耗之下，同時兼具成本效益，増加產品競爭力。
圖4是電路的第一實施例，使用隔離式電壓轉換器22，光耦合器14回傳二次側的狀態給一次側的控制器26。負載檢測器18檢測二次側的輸出電流Iout產生信號SI,電壓檢測器20檢測輸出電壓Vout與參考電壓Vref比較產生信號S2，禁能電路24耦接負載檢測器18及電壓檢測器20，因應信號SI及S2產生信號Sd，經由另一光耦合器28轉換為信號S3給控制器24。本實施例中的負載檢測器18包含積分器對輸出電流Iout進行積分操作，若有足夠的負載便會產生信號SI重設禁能電路24中的計時器30。在負載過低吋，當計時器30達到參考時間，禁能電路24觸發信號Sd，因此控制器26停止切換功率開關Qsw，降低工作電流量，以達到降低電カ損耗的目的。在此狀態下，輸出電壓Vout會因為功率開關Qsw的停止切換而慢慢下降，電壓檢測器20比較輸出電壓Vout與參考電壓Vref，當輸出電壓Vout下降到小於參考電壓Vref時，產生信號S2重設禁能電路24中的計時器30，於是關閉信號Sd，控制器26便恢復控制信號Sc重新切換功率開關Qsw，因此輸出電壓Vout會回復到VI，當計時器30經過參考時間Tl後，禁能電路24又觸發信號Sd，因此功率開關Qsw再次停止切換。圖5是電路的第二實施例。本實施例與圖4相似，但是禁能電路24產生的信號Sd改由回授網路中的光耦合器14轉換為信號S3給控制器26。當負載為輕載或無載吋，禁能 電路24產生的信號Sd會導通電晶體Ql，使光耦合器14流過大量的電流If，控制器26從光耦合器14得到信號S3，作出切換式電源轉換器22轉換過多能量的判斷，因而停止切換功率開關Qsw，於是輸出電壓Vout緩慢下降，當輸出電壓Vout降到小於參考電壓Vref時，信號Sd關閉，因此電晶體Ql關閉，回授網路與控制器26回復正常操作，輸出電壓Vout回復到VI，並啟動計時器30計時，經過長度為Tl的時間後，再次停止切換功率開關Qsw。圖6是電路的第三實施例。由於控制器26會在負載下降時因應回授網路的回授信號縮短功率開關Qsw的導通時間，代表控制信號Sc位於高電壓準位的時間也會縮短，利用此原理，本實施例的負載檢測器18由一次側檢測控制信號Sc以判斷負載的情況，產生的SI傳至同樣位於一次側的禁能電路24。但是電壓檢測器20依舊位於二次側檢測輸出電壓Vout，於電壓檢測器20與禁能電路24之間耦接光耦合器32，將電壓檢測器20產生的信號S2轉換為信號S4給禁能電路24。禁能電路24將根據信號SI及信號S2決定信號Sd，進而決定控制器26與功率開關Qsw的工作模式。以上對於本發明的較佳實施例所作的敘述是為闡明的目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例是為解說本發明的原理以及讓本領域技術人員以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想由權利要求及其均等來決定。
權利要求
1.ー種電源供應器，其特徵在於，所述的電源供應器包含 切換式電源轉換器，因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流； 控制器，耦接所述切換式電源轉換器，以供應所述控制信號； 負載檢測器，耦接所述切換式電源轉換器或控制器，檢測負載狀態以產生第一信號； 電壓檢測器，耦接所述切換式電源轉換器，檢測所述輸出電壓，與參考電壓比較產生第ニ信號；以及 禁能電路，耦接所述負載檢測器、所述電壓檢測器與所述控制器，根據所述第一信號及所述第二信號決定第三信號以控制所述控制器停止切換所述功率開關。
2.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述禁能電路包含計時器耦接所述負載檢測器及所述電壓檢測器，受所述第一信號或所述第二信號重設，若達到參考時間還未被重設，則觸發所述第三信號控制所述控制器停止切換所述功率開關。
3.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述切換式電源轉換器為隔離式電壓轉換器。
4.如權利要求3所述的電源供應器，其特徵在於，所述的電源供應器更包含光耦合器，耦接於所述禁能電路及所述控制器之間，將所述第三信號轉換為第四信號給所述控制器。
5.如權利要求3所述的電源供應器，其特徵在於，所述的電源供應器更包含光耦合器，耦接於所述電壓檢測器與所述禁能電路之間，將所述第二信號轉換為第四信號給所述禁能電路。
6.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述負載檢測器包含積分器對所述輸出電流或控制信號積分以決定所述第一信號。
7.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述負載檢測器檢測所述輸出電流以判斷負載是否低於預設值。
8.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述負載檢測器檢測所述控制信號以判斷負載是否低於預設值。
9.如權利要求I所述的電源供應器，其特徵在於，所述負載檢測器檢測流經所述功率開關的電流以判斷負載是否低於預設值。
10.一種電源供應器的控制方法，其特徵在於，所述的控制方法包含下列步驟 (A)因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流； (B)檢測負載狀態以產生第一信號； (C)檢測所述輸出電壓，與參考電壓比較以產生第二信號；以及 (D)根據所述第一信號及所述第二信號決定第三信號以停止切換所述功率開關。
11.如權利要求10所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包含檢測所述輸出電流以判斷負載是否低於預定值。
12.如權利要求10所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包含檢測所述控制信號以判斷負載是否低於預定值。
13.如權利要求10所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包含檢測流經所述功率開關的電流以判斷負載是否低於預設值。
14.如權利要求10所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟D包含下列步驟 由所述第一信號或所述第二信號重設計時器；以及在所述計時器達到參考時間時觸發所述第三信號
全文摘要
一種電源供應器及其控制方法，該電源供應器包含切換式電源轉換器，因應控制信號切換功率開關以產生輸出電壓及輸出電流；控制器，耦接該切換式電源轉換器，以供應該控制信號；負載檢測器，耦接該切換式電源轉換器或控制器，檢測負載狀態以產生第一信號；電壓檢測器，耦接該切換式電源轉換器，檢測該輸出電壓，與參考電壓比較產生第二信號；以及禁能電路，耦接該負載檢測器、該電壓檢測器與該控制器，根據該第一信號及該第二信號決定第三信號以控制該控制器停止切換該功率開關。本發明利用上述的運作模式，不需搭配價格較高的零件，同時避免不穩定的疑慮，在降低電力損耗之下，同時兼具成本效益，增加產品競爭力。
文檔編號H02M3/157GK102684498SQ201110112478
公開日2012年9月19日 申請日期2011年5月3日 優先權日2011年3月18日
發明者劉國基, 張崇誠, 李彥德, 蔡富生, 黎光峰 申請人:立錡科技股份有限公司