具較有效低功率備用模式的電源供應器的製作方法
2024-02-15 05:10:15 1
專利名稱：具較有效低功率備用模式的電源供應器的製作方法
技術領域：
本發明為一種電源供應器，尤指一種具較有效低功率備用模式的電源供應器。
背景技術：
具較低備用損耗已成為電源供應器的基本需求。通常，有兩種方法可以達成此一需求。一種方法是減低功率轉換器的運作頻率，另一種方法是使一功率轉換器運作於一脈衝模式(burst mode)。當處於該脈衝模式時，該轉換器運作於數個連續的切換循環然後接續一無切換的時間周期。藉此方法，在一定時間內的等效切換循環較低，因此，轉換器的備用損耗主要包含與切換循環有關的損耗亦較低。
請參看圖1，其為現有技術中一具正常運作模式與一備用模式的傳統功率轉換器的方塊圖。該功率轉換器電路包含一主電路10、一主控制電路12以及一備用控制器14a。該主控制電路12包括一常態運作控制器12a以及一誤差放大器12b。該誤差放大器12b接受該功率轉換器的輸出電壓作為輸入並輸出一誤差放大電壓VE/A。
在正常運作模式中，該常態運作控制器12a提供一驅動信號Snormal至該主電路10。而在備用運作模式中，該備用控制器14a提供一驅動信號Sstandby至該主電路10。
至於一在輸出端具二極體整流器的脈波寬調變轉換器(PWM converter)，其在備用運作模式中的誤差放大反饋電壓VE/A與在正常運作模式中者極為不同。同時，在備用運作模式中，VE/A很明顯地隨著負載而改變。因此，VE/A可被運用於辨識在備用運作模式中的負載條件，以及可被應用於在輕載條件下選擇備用控制器與達成一電源供應器的低備用損耗。
但對某些類別的轉換器以及即便是對具同步整流器的脈波寬調變轉換器而言，VE/A隨負載而改變的量很少，因此在輕載條件下脈衝模式中，藉助感測VE/A信號來驅動該轉換器成為一不切實際的方法。
發明人鑑於現有技術的缺失，而發明出一種具較有效低功率備用模式的電源供應器。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種實現功率轉換器低備用損耗的裝置與控制方法。
在本發明的轉換器中，每次僅常態運作控制器與備用控制器其中之一被選擇用於控制該主電路。其中，一負載磁滯比較器(loading hystereticcomparator)藉由感測一負載狀態以選擇一控制器以控制該轉換器。當負載減低至該負載磁滯比較器的一低閾值，該負載磁滯比較器產生一信號，而後此一信號使常態運作控制器失能(disable)且使該備用控制器致能(enable)。當負載增加至該負載磁滯比較器的一高閾值，該負載磁滯比較器產生一信號，而後此一信號使該常態運作控制器致能且使該備用控制器失能。因輸出電流直接反映該負載狀態，其通常被感測作為該負載磁滯比較器的輸入信號。
此外，在本裝備的備用運作模式中，一電壓磁滯比較器(voltagehysteretic comparator)用於輸出電壓的增量控制(delta control)。當輸出電壓減低至該電壓磁滯比較器的一低閾值，該功率轉換器的主電路運作且該輸出電壓增加。當該輸出電壓增加至該電壓磁滯比較器的一高閾值，該功率轉換器的主電路停止切換且該輸出電壓降低。因此，在備用運作模式中，該功率轉換器運作於該脈衝模式，而該脈衝模式導致一低備用損耗。
圖1為現有技術中一具正常運作模式與備用運作模式的傳統功率轉換器的方塊圖；圖2為本發明中具一電壓磁滯比較器與一負載磁滯比較器的功率轉換器的方塊圖；圖3是顯示基於圖2負載的負載磁滯比較器輸出電壓與負載變化的關係圖；
圖4是顯示基於圖2的電壓磁滯比較器輸出電壓與輸出電壓變化的關係圖；以及圖5是顯示本發明較佳實施例具切換模式轉換器的電源供應器的示意圖。
具體實施例方式
請參看圖2，其為本發明中具一電壓磁滯比較器與一負載磁滯比較器的功率轉換器的方塊圖。本發明的功率轉換器包含一接受輸入埠電壓Vin與輸出埠電壓Vo的功率轉換器的主電路10、一主控制電路12、一備用控制電路14、一電流感測器18以及一負載磁滯比較器16。該主控制電路12包括串聯連接的一誤差放大器12b與一常態運作控制器12a。該誤差放大器12b接受主電路10輸出埠的電壓Vo以及輸出一VE/A信號，其輸入至該常態運作控制器12a，該常態運作控制器12a的輸出Snormal是用於控制該主電路10。該備用控制電路14包括串聯連接的一電壓磁滯比較器14b與一備用控制器14a。該電壓磁滯比較器14b接受主電路10輸出埠的電壓Vo以及輸出一V4信號，該V4信號輸入至該備用控制器14a，該備用控制器14a的輸出Sstandby是用於控制該主電路10。一輸出負載電流Io是被一電流感測器18所感測且一負載信號被產生。該負載信號被輸入至一負載磁滯比較器16。該負載磁滯比較器16的輸出V3耦合於該常態運作控制器12a以及該備用控制器14a。
本發明中電源供應器的運作將參照圖3與圖4描述如下。
請參看圖3，當被該電流感測器18所感測的輸出埠的負載自一正常負載減低至一負載磁滯比較器16的低閾值Load-L，該負載磁滯比較器16產生一高電位信號V3，而後該高電位信號V3使該常態運作控制器12a失能且使該備用控制器14a致能。其結果是，該主電路被該備用控制器14a所控制。當被該電流感測器18所感測的輸出埠的負載增加至一負載磁滯比較器16的高閾值Load-H，該負載磁滯比較器16產生一低電位信號V3，而後該低電位信號V3使該常態運作控制器12a致能且使該備用控制器14a失能。而後該主電路10被該主要控制電路12所控制。
在正常運作模式中，因負載夠高，故負載磁滯比較器16將恆常具有一低電位信號V3的輸出。因此，當具誤差放大器12b以及常態運作控制器12a的主要控制電路12控制該輸出電壓V0時，備用控制器14a恆被失能。
在備用運作模式中，因負載夠低，故負載磁滯比較器16將恆常具有一高電位信號V3的輸出。因此，當具該備用控制器14a以及該電壓磁滯比較器14b的備用控制電路14控制輸出電壓V0時，常態運作控制器12a被失能。
此外，在本裝備的備用運作模式中，一電壓磁滯比較器14b用於輸出電壓Vo的增量控制。
請參看圖4，當主電路10的輸出電壓Vo減低至一電壓磁滯比較器14b的低閾值VL，該電壓磁滯比較器14b的輸出為一高電位信號V4，而後該備用控制器14a產生Sstandby，其具用於該主電路的一驅動信號，因此，輸出電壓Vo增加。當輸出電壓Vo增加至電壓磁滯比較器14b的高閾值VH，該電壓磁滯比較器14b的輸出為一低電位信號V4，而後該備用控制器14a產生Sstandby，其不具用於該主電路的一驅動信號，因此，輸出電壓Vo降低。
該常態運作控制器12a以及該備用控制器14a為獨立運作，各自具一獨立的反饋迴路。該誤差放大器12b為該常態運作控制器12a的反饋迴路以及該電壓磁滯比較器14b為該備用控制器14a的反饋迴路。
該負載磁滯比較器16藉由感測該輸出埠一負載狀態而處理一控制信號V3以各自切換常態運作控制器12a以及備用控制器14a至正常運作模式或備用運作模式以相應該輸出埠一負載狀態。在所敘述的較佳實施例中，該負載磁滯比較器16藉由感測該負載狀態，從常態運作控制器12a以及備用控制器14a中選擇一控制器以控制該主電路10。
特別的是，為簡化設計，一單一控制器的功能可同時取代常態運作控制器12a以及備用控制器14a兩者。
本發明可運用於不同的電源供應器，以下將予以說明。
請參看圖5，其是顯示本發明較佳實施例具切換模式轉換器(switchingmode converter)的電源供應器的示意圖。一直流電壓Vin運用於功率轉換器主電路310，其輸出一電壓Vo以及具一負載312。在常態運作時，Vo輸入至一具一誤差放大器的反饋迴路313。一信號V5，為該反饋迴路313的輸出，耦合於一控制電路311以提供一頻率或一脈波寬調變(PWM)信號V1，用於一驅動器315。該驅動器315驅動功率轉換器的主電路310。
一電流感測器316產生一信號V2對應於該負載狀態。此一信號被耦合於一負載磁滯比較器211且被運作如圖3所示。在本發明較佳實施例的備用運作模式中，該負載磁滯比較器211輸出一高電位信號V3至反饋迴路313，該反饋迴路313將其參考電壓Vr穩壓至較正常運作模式為高的電位。本發明中此裝備的輸出電壓Vo將升至較正常運作模式為高處。據此較高的輸出電壓Vo，一電壓磁滯比較器210是用於控制該主電路310。
在備用運作模式中，因反饋迴路313的參考電壓如前所述被穩壓於一較高電位，控制電路311將產生一對應的信號V1，而驅動器315以該信號驅動該功率轉換器的主電路310。該輸出電壓V0將升至一較高值。一旦V0高於一預設值VH，該電壓磁滯比較器210，其功能如圖4所示，將產生一低電位信號V4且該驅動器315被栓鎖。因此，沒有驅動是用於該功率開關主電路310，故輸出電壓V0降低。
一旦V0降低至一預設值VL，該電壓磁滯比較器210將產生一高電位信號V4且該驅動器315被解鎖。因此，該功率開關主電路310被該驅動器315所驅動，且該輸出電壓V0增加。因此，該功率轉換器主電路310於備用模式中運作於脈衝模式。
此處，該主要控制電路是由該反饋迴路313、該控制電路311以及該驅動電路315所組成，如圖5所示是用於正常運作模式。而該備用控制電路是由該電壓磁滯比較器210、控制電路311以及驅動器315所組成，如圖5所示。在圖2中的常態運作控制器12a以及備用控制器14a是與圖5中所示的對應者相同，其包括控制電路311以及驅動器315；該對應性有利於較簡單與較低成本電路的設計。
綜上所述，本發明的主要目的在於提供一種實現功率轉換器低備用損耗的裝置與控制方法，可用於減低功率轉換器的備用損耗。因此，本發明具有新穎性、進步性與產業利用性，特為提出本發明的專利申請。
雖然本發明已由上述的實施例所詳細敘述，但熟悉本技術的人士應理解到上述對實施例的揭示內容並不應解釋為對本發明的限制，還可根據所揭示內容作出種種的等效的變型或修改，這些等效的變型或修改均應包含在所附的本申請權利要求範圍內。
權利要求
1.一種電源供應器，其具一第一運作模式與一第二運作模式，該電源供應器包含一主電路，其具至少一輸出埠，用於將一輸入電壓轉換為該輸出埠的一輸出電壓；一第一控制電路，其是於該第一運作模式時用以控制該主電路；一第二控制電路，其是當該電源供應器運作於該第二運作模式時，用於在一脈衝模式控制中控制該主電路；以及一切換控制器，其用於處理一控制信號，相應該輸出埠一負載狀態而控制該第一控制電路與該第二控制電路處於該第一運作模式與該第二運作模式其中之一。
2.如權利要求1所述的電源供應器，其特徵在於該第一控制電路還包括一第一控制器；以及一誤差放大器，其串連連接於該第一控制器的一端與該輸出埠之間。
3.如權利要求1所述的電源供應器，其特徵在於該第二控制電路還包括一第二控制器；以及一電壓磁滯比較器，其串連連接於該第二控制器的一端與該輸出埠之間。
4.如權利要求3所述的電源供應器，其特徵在於當該輸出電壓降至該電壓磁滯比較器的一低閾值且該電壓磁滯比較器的一輸出電壓為一第一閾值時，該第二控制器被致能，而當該輸出電壓升至該電壓磁滯比較器的一高閾值時且該電壓磁滯比較器的一輸出電壓為一第二閾值時，該第二控制器被失能。
5.如權利要求3所述的電源供應器，其特徵在於該切換控制器為一負載磁滯比較器，其感測該負載狀態，其中當該負載降低至該磁滯比較器的一低閾值時，該磁滯比較器產生一第一信號使該第一控制器失能且使該第二控制器致能，而當該負載增加至該磁滯比較器的一高閾值時，該磁滯比較器產生一第二信號以使該第一控制器致能且使該第二控制器失能。
6.如權利要求1所述的電源供應器，其特徵在於該第一運作模式為一正常運作模式。
7.如權利要求1所述的電源供應器，其特徵在於該第二運作模式為一備用運作模式。
8.如權利要求1所述的電源供應器，其特徵在於該負載狀態是由該輸出埠的一輸出電流與一輸出電壓其中之一所決定。
9.一種控制方法，其用於具一第一運作模式與一第二運作模式的電源供應器，該方法包含下列步驟提供一主電路，其具至少一輸出埠，用於將一輸入電壓轉換為該輸出埠的一輸出電壓；提供一第一控制電路，其是於該第一運作模式時用以控制該主電路；提供一第二控制電路，其是當該電源供應器運作於該第二運作模式時，用於在一脈衝模式控制中控制該主電路；以及處理一控制信號，相應該輸出埠一負載狀態而控制該第一控制電路與該第二控制電路處於該第一運作模式與該第二運作模式其中之一。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於還包含下列步驟當該輸出電壓降至一電壓磁滯比較器的一低閾值且該電壓磁滯比較器的一輸出電壓為一第一閾值時，使該第二控制器致能；以及當該輸出電壓升至該電壓磁滯比較器的一高閾值且該電壓磁滯比較器的一輸出電壓為一第二閾值時，使該第二控制器失能。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於還包含下列步驟當該負載降低至該磁滯比較器的一低閾值時，使該第一控制器失能且使該第二控制器致能；以及當該負載增加至該磁滯比較器的一高閾值時，使該第一控制器致能且使該第二控制器失能。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於該負載狀態是由該輸出埠的一輸出電流所決定。
13.如權利要求9所述的方法，其特徵在於該負載狀態是由該輸出埠的一輸出電壓所決定。
14.一種電源供應器，其具一第一運作模式與一第二運作模式，該電源供應器包含一主電路，其具至少一輸出埠，用於轉換一輸入電壓為該輸出埠的一輸出電壓；一壓控振蕩器，其用於提供一運作頻率以操作該主電路；一驅動器，其用於以該運作頻率驅動該主電路；一控制器，其用於處理一控制信號以控制該壓控振蕩器，以於一第一運作模式與一第二運作模式其中之一，相應該輸出埠一負載狀態以操作該主電路；以及一備用電路，其是當該電源供應器運作於該第二運作模式時，用於在一脈衝模式控制中控制該主電路，其中當該電源供應器的一輸出電壓降低至一低閾值時，該備用電路使該驅動器致能且該輸出電壓增加，而當該電源供應器的一輸出電壓增加至一高閾值時，該備用電路停止該驅動器的一運作且該輸出電壓減低。
15.一種電源供應器，其具一第一運作模式與一第二運作模式，該電源供應器包含一主電路，其具至少一輸出埠，用於將一輸入電壓轉換為該輸出埠的一輸出電壓；一脈波寬調變器，其用於提供一脈波寬調變信號以操作該主電路；一驅動器，其用於以該脈波寬調變信號驅動該主電路；一控制器，其用於處理一控制信號以控制該脈波寬調變信號，以於一第一運作模式與一第二運作模式其中之一，相應該輸出埠一負載狀態以操作該主電路；以及一備用電路，其是當該電源供應器運作於該第二運作模式時，用於在一脈衝模式控制中控制該主電路，其中當該電源供應器的一輸出電壓降低至一低閾值時，該備用電路使該驅動器致能且該輸出電壓增加而當該電源供應器的一輸出電壓增加至一高閾值時，該備用電路停止該驅動器的一運作且該輸出電壓減低。
全文摘要
本發明揭示一種具一正常運作模式(operationmode)與一備用運作模式的電源供應器。該電源供應器包含一主電路、一第一控制電路、一第二控制電路以及一切換控制器。該主電路具至少一輸出埠，用於將一輸入電壓轉換為該輸出埠的一輸出電壓。該第一控制電路，其是於該正常運作模式時用以控制該主電路。該第二控制電路，其是當該電源供應器運作於該備用運作模式時，用於在備用運作模式中控制該主電路。而該切換控制器，其是用於處理一控制信號，相應該輸出埠一負載狀態而控制該第一控制電路與該第二控制電路處於該正常運作模式或該備用運作模式。
文檔編號G05F1/66GK1591266SQ20041007694
公開日2005年3月9日 申請日期2004年9月3日 優先權日2003年9月3日
發明者甘鴻堅, 孔慶剛, 章進法, 張建中 申請人:臺達電子工業股份有限公司