專(zhuān)利名稱(chēng)：交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以平順地開(kāi)啟與關(guān)閉一交換式電源供應(yīng)器的電壓穩(wěn)壓器，并且更特別的，本發(fā)明是指一種電壓穩(wěn)壓器，通過(guò)消除出現(xiàn)于一電源供應(yīng)器的輸出電壓上的電源跳動(dòng)，來(lái)穩(wěn)定交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓。
然而，交換式電源供應(yīng)器的電源品質(zhì)經(jīng)常是視其排除突然的干擾或是維持電源轉(zhuǎn)換效率的能力而定。一個(gè)可能引起電源供應(yīng)器的電源品質(zhì)不穩(wěn)定性的常見(jiàn)問(wèn)題，是由鄰近電源饋入線或電壓總線間所產(chǎn)生的意外而導(dǎo)致的電壓驟降(voltage sag or voltage dip)。電壓驟降通常代表電壓的方均根值(root-mean-square value，rms value)下降至低于其標(biāo)稱(chēng)值(nominal value)的10％至90％，并且會(huì)持續(xù)一段特別長(zhǎng)的時(shí)間，例如，數(shù)秒鐘。在一交流電源中電壓的驟降會(huì)大幅降低一電源供應(yīng)器的可靠性。
在一電源供應(yīng)系統(tǒng)中，電壓斷電的情況(brownout condition)代表主電源的嚴(yán)重下降。電壓斷電的危險(xiǎn)在于其可連續(xù)重復(fù)數(shù)次，且通常會(huì)伴隨一個(gè)接踵而至的突波(surge)，其可為一交換式電源供應(yīng)器所預(yù)期能夠接受的電壓的數(shù)倍。在無(wú)數(shù)次的交換式電源供應(yīng)器的電壓斷電測(cè)試(brownout test)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，若是輸入電壓突然下降而低于其標(biāo)稱(chēng)值的約50％，輸出電壓仍然可受到控制。然而，若是輸入電壓突然下降而低于標(biāo)稱(chēng)值的80％，輸出電壓將會(huì)脫離控制且開(kāi)始劇烈地跳動(dòng)。由電源供應(yīng)器所產(chǎn)生的不穩(wěn)定的輸出電壓，將可能損害到由電源供應(yīng)器來(lái)供電的其它電子電路。
除了當(dāng)輸入電壓突然下降至其標(biāo)稱(chēng)值一預(yù)定的數(shù)量時(shí)所引起的電壓斷電問(wèn)題外，當(dāng)電源供應(yīng)器激活時(shí)，一突波電流(surge current)可能會(huì)產(chǎn)生于電源供應(yīng)器的輸入端上。因此電源供應(yīng)器的輸出電壓在激活時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖(overshoot)且可能會(huì)產(chǎn)生火花。為了限制在激活時(shí)由電源供應(yīng)器的輸入端大量涌入的電流，并且提供一個(gè)簡(jiǎn)易軟激活(soft-start)電源供應(yīng)器的方法，一個(gè)具有軟激活功能的裝置變得很有必要，以確保電源供應(yīng)器的軟激活操作。
有鑒于前述的問(wèn)題，所需要的是可在電壓斷電期間及/或軟激活過(guò)程中穩(wěn)定電源供應(yīng)器的輸出電壓的一輸出電壓穩(wěn)壓器。
本發(fā)明的第二目的在于提供一交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓穩(wěn)壓器，其可使交換式電源供應(yīng)器能夠平順地激活。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓穩(wěn)壓器，包含一電壓比較器，該電壓比較器將一直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)比較結(jié)果，產(chǎn)生一輸出信號(hào)；以及一控制開(kāi)關(guān)，其是根據(jù)電壓比較器的輸出信號(hào)而受到偏壓，并且提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)給交換式電源供應(yīng)器，以根據(jù)控制開(kāi)關(guān)的一開(kāi)/關(guān)狀態(tài)而穩(wěn)定交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓。
在本發(fā)明還揭示了一種交換式電源供應(yīng)器，其包含一整流器，用以將自交流電源所接收的交流電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)過(guò)整流的直流電壓，一開(kāi)關(guān)變壓器，耦接至該整流器，并且包含一初級(jí)側(cè)繞組以及一次級(jí)側(cè)繞組，用以接收該經(jīng)過(guò)整流的直流電壓且經(jīng)由該初級(jí)側(cè)繞組在該次級(jí)側(cè)繞組上產(chǎn)生交流電壓，一開(kāi)關(guān)裝置，耦接至該開(kāi)關(guān)變壓器之初級(jí)側(cè)繞組，用以通過(guò)開(kāi)/關(guān)操作而將該經(jīng)過(guò)整流的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，一輸出部，耦接至開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)側(cè)繞組，用以提供具有一預(yù)定值的輸出電壓，一開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出開(kāi)關(guān)控制脈沖信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)/關(guān)操作，以及一輸出電壓穩(wěn)壓器，耦接于整流器與開(kāi)關(guān)控制電路之間，是將由整流器所產(chǎn)生的直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)一比較結(jié)果，提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制電路來(lái)穩(wěn)定電源供應(yīng)器的輸出電壓。
本發(fā)明的有益效果在于使用一輸出電壓穩(wěn)壓器來(lái)將開(kāi)關(guān)控制電路的反饋腳位的狀態(tài)，在輸入交流電壓Vac在某一范圍內(nèi)時(shí)夾鉗至一邏輯低狀態(tài)，使得自開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)側(cè)至輸出部的完全的能量傳送可以得到確保，并且輸出電壓得以穩(wěn)定下來(lái)。不論交換式電源供應(yīng)器是處于電壓斷電的情況或是激活的情況下，其輸出電壓可通過(guò)控制傳送至開(kāi)關(guān)控制電路的反饋量來(lái)穩(wěn)定下來(lái)。
本發(fā)明的內(nèi)容與本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與特征，在下面配合實(shí)施例與下列附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下11電磁干擾濾波器12全波整流器13開(kāi)關(guān)裝置14開(kāi)關(guān)變壓器15開(kāi)關(guān)控制電路16輸出部17輸出電壓穩(wěn)壓器21電壓比較器22控制開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)控制電路15可使用由On Semiconductor公司所制造的NCP1200脈沖寬度調(diào)變電流模式控制器(PWM current-mode controller)，并且其腳位說(shuō)明的編輯圖表列于下表中以做參考。
表一由On Semiconductor公司所制造的NCP1200脈沖寬度調(diào)變電流模式控制器的編輯圖表

請(qǐng)參見(jiàn)

圖1，本發(fā)明的特征由一輸出電壓穩(wěn)壓器17來(lái)突顯。該輸出電壓穩(wěn)壓器17加入于交換式電源供應(yīng)器中，并且耦接于整流器12的一輸出端以及通過(guò)引線18連接到開(kāi)關(guān)控制電路15的一反饋腳位(FB pin)之間。將輸出電壓穩(wěn)壓器17加入一交換式電源供應(yīng)器的主要目的在于，若是輸入交流電壓Vac正在經(jīng)歷電壓驟降的過(guò)程或是經(jīng)歷激活的過(guò)程，將開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位驅(qū)動(dòng)至一邏輯狀態(tài)，以便控制輸出電壓Vo而不會(huì)使其產(chǎn)生跳動(dòng)。如圖2所示，顯示了深入研究輸出電壓穩(wěn)壓器17的一詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的輸出電壓穩(wěn)壓器17主要包含一電壓比較器21，其將由全波整流器12所產(chǎn)生的輸入交流電壓Vac的直流成份Vdc與一參考電壓Vref做比較，并且根據(jù)其中所提供的一比較結(jié)果產(chǎn)生一輸出信號(hào)，以及一控制開(kāi)關(guān)22，例如一雙極接面晶體管(BJT)開(kāi)關(guān)，其自電壓比較器21接收該輸出信號(hào)，并且根據(jù)電壓比較器21的輸出信號(hào)以提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位。
較佳者，電壓比較器21可使用LM358單供應(yīng)(single supply)雙運(yùn)算放大器(dual-operational amplifier)，也是由On Semiconductor公司所制造。
根據(jù)本發(fā)明的輸出電壓穩(wěn)壓器17的操作將參照?qǐng)D1、圖2以及圖3來(lái)詳細(xì)解說(shuō)。
假設(shè)輸入交流電壓Vac自0緩慢地增加，由全波整流器12所產(chǎn)生的輸入交流電壓Vac的直流成份Vdc也會(huì)相應(yīng)地增加。同樣地，開(kāi)關(guān)變壓器14的輔助繞組Na開(kāi)始由電壓供應(yīng)腳位VCC將供應(yīng)電壓釋放至開(kāi)關(guān)控制電路15。開(kāi)關(guān)控制電路15的電壓供應(yīng)腳位VCC也同樣地作用于輸出電壓穩(wěn)壓器17的電壓比較器21之第8號(hào)腳位。再者，使用于電壓比較器21的參考電壓Vref是由將供應(yīng)電壓VCC以電壓分壓器R29，R30所決定的比例來(lái)分壓而產(chǎn)生。
當(dāng)供應(yīng)電壓VCC大于齊納二極管(zener diode)ZD1的電壓時(shí)，施加于電壓比較器21的非反相輸入端(non-inverting input terminal)的參考電壓會(huì)變的不穩(wěn)定。此時(shí)，施加于電壓比較器21的非反相輸入端的參考電壓Vref大于施加于電壓比較器21的反相輸入端的電壓，因此電壓比較器21送出具有一高邏輯狀態(tài)的一輸出信號(hào)至BJT開(kāi)關(guān)22的基極端(base terminal)。BJT開(kāi)關(guān)22則會(huì)受到偏壓而導(dǎo)通，并且從而送出一驅(qū)動(dòng)信號(hào)至開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位，以將開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位導(dǎo)通至地。當(dāng)輸入交流電壓Vac持續(xù)增加而到達(dá)施加于電壓比較器21的反相輸入端(inverting terminal)的電壓大于施加于非反相輸入端的電壓的點(diǎn)，電壓比較器21的輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)會(huì)變成邏輯低(low)，并且BJT開(kāi)關(guān)22會(huì)受到偏壓而截止。此時(shí)，開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位的狀態(tài)會(huì)成為邏輯高(high)，并且開(kāi)關(guān)控制電路15開(kāi)始由驅(qū)動(dòng)脈沖腳位(DRV pin)輸出開(kāi)關(guān)控制脈沖信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置13。在此同時(shí)，電源供應(yīng)器的輸出電壓開(kāi)始上升且會(huì)受到控制而不會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)。
以下對(duì)本發(fā)明的交換式電源供應(yīng)器執(zhí)行一電壓斷電測(cè)試。在電壓斷電的條件下，輸入交流電壓Vac會(huì)下降。當(dāng)Vac持續(xù)下降至使得施加至電壓比較器21的反相輸入端的電壓小于施加于電壓比較器21的非反相輸入端的電壓的電平，電壓比較器21的輸出信號(hào)的狀態(tài)會(huì)上升成為邏輯高且BJT開(kāi)關(guān)22會(huì)受到偏壓而導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位將會(huì)再度導(dǎo)通至地以關(guān)閉開(kāi)關(guān)控制電路15。此時(shí)輸出電壓Vo會(huì)下降至0V而不會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)。
根據(jù)上述說(shuō)明，在一交換式電源供應(yīng)器中使用輸出電壓穩(wěn)壓器17乃是用以當(dāng)輸入交流電壓Vac位于某一電壓電平范圍內(nèi)時(shí)，將開(kāi)關(guān)控制電路15的反饋腳位的狀態(tài)夾鉗至一邏輯低狀態(tài)，以便確保將能量自開(kāi)關(guān)變壓器14的初級(jí)側(cè)完全地傳送至位于開(kāi)關(guān)變壓器14的次級(jí)側(cè)上的輸出部16。通過(guò)將本發(fā)明的輸出電壓穩(wěn)壓器導(dǎo)入交換式電源供應(yīng)器中，產(chǎn)生在電源供應(yīng)器的輸出電壓的信號(hào)跳動(dòng)便可消除，并且因此可輕易地得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。
通過(guò)上述的說(shuō)明，很顯然的是本發(fā)明的基本原理在于使用一輸出電壓穩(wěn)壓器來(lái)將開(kāi)關(guān)控制電路的反饋腳位的狀態(tài)，在輸入交流電壓Vac在某一范圍內(nèi)時(shí)夾鉗至一邏輯低狀態(tài)，使得自開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)側(cè)至輸出部的完全的能量傳送可以得到確保，并且輸出電壓得以穩(wěn)定下來(lái)。不論交換式電源供應(yīng)器是處于電壓斷電的情況或是激活的情況下，其輸出電壓可通過(guò)控制傳送至開(kāi)關(guān)控制電路的反饋量來(lái)穩(wěn)定下來(lái)。
本發(fā)明已由上述的實(shí)施例詳細(xì)敘述，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所作出的等效結(jié)構(gòu)變換，均包含在本發(fā)明的專(zhuān)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電源供應(yīng)器的輸出電壓穩(wěn)壓器，其特征在于，包含一電壓比較器，將一直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)一比較結(jié)果，產(chǎn)生一輸出信號(hào)；以及一控制開(kāi)關(guān)，根據(jù)該輸出信號(hào)而受到偏壓，并根據(jù)該控制開(kāi)關(guān)之一開(kāi)/關(guān)狀態(tài)提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)給該電源供應(yīng)器，以穩(wěn)定該電源供應(yīng)器的一輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出電壓穩(wěn)壓器，其特征在于，該電壓比較器由一雙運(yùn)算放大器所組成，而該控制開(kāi)關(guān)由一雙極接面晶體管所組成。
3.一種電源供應(yīng)器，其特征在于，包含一整流器，用以將自一交流電源所接收的交流電壓轉(zhuǎn)換成為直流電壓；一開(kāi)關(guān)變壓器，耦接至該整流器且包含一初級(jí)側(cè)繞組以及一次級(jí)側(cè)繞組，以通過(guò)該初級(jí)側(cè)繞組在該次級(jí)側(cè)繞組上產(chǎn)生交流電壓；一開(kāi)關(guān)裝置，耦接至該開(kāi)關(guān)變壓器的該初級(jí)側(cè)繞組，用以通過(guò)開(kāi)/關(guān)操作將一經(jīng)過(guò)整流的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓；一輸出部，耦接至該開(kāi)關(guān)變壓器的該次級(jí)側(cè)繞組，用以提供具有一預(yù)定值的一輸出電壓；一開(kāi)關(guān)控制電路，其輸出開(kāi)關(guān)控制脈沖信號(hào)以控制該開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)/關(guān)操作；以及一輸出電壓穩(wěn)壓器，耦接于該整流器以及該開(kāi)關(guān)控制電路之間，是將該直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)比較結(jié)果，提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該開(kāi)關(guān)控制電路來(lái)穩(wěn)定該輸出電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，還包含一電磁干擾濾波器，耦接至該整流器，用以消除出現(xiàn)于自一交流電源延伸出來(lái)的電源線間的噪音信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該開(kāi)關(guān)變壓器還包含一輔助繞組。
6.如權(quán)利要求5所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該開(kāi)關(guān)控制電路是由該開(kāi)關(guān)變壓器的該輔助繞組來(lái)電源驅(qū)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該開(kāi)關(guān)裝置由一功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管所組成。
8.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該輸出電壓穩(wěn)壓器還包含一電壓比較器，該經(jīng)過(guò)整流的直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)比較結(jié)果，產(chǎn)生一輸出信號(hào)；以及一控制開(kāi)關(guān)，根據(jù)該輸出信號(hào)而受到偏壓，并且提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)給該開(kāi)關(guān)控制電路，以根據(jù)該控制開(kāi)關(guān)的一開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制該電源供應(yīng)器的該輸出電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該電壓比較器由一雙運(yùn)算放大器所組成。
10.如權(quán)利要求8所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該控制開(kāi)關(guān)由一雙極接面晶體管所組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用以通過(guò)消除出現(xiàn)在交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓上的電源跳動(dòng)，來(lái)穩(wěn)定一交換式電源供應(yīng)器的輸出電壓的輸出電壓穩(wěn)壓器。該輸出電壓穩(wěn)壓器主要包括一電壓比較器，將一直流電壓與一參考電壓做比較，并且根據(jù)一比較結(jié)果，產(chǎn)生一輸出信號(hào)，以及一控制開(kāi)關(guān)，其是根據(jù)該電壓比較器的輸出信號(hào)而受到偏壓，并且提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電源供應(yīng)器，以根據(jù)該控制開(kāi)關(guān)的一開(kāi)/關(guān)狀態(tài)來(lái)穩(wěn)定電源供應(yīng)器的輸出電壓。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1430121SQ0310190
公開(kāi)日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者雅各瓊哈艾威, 派雅風(fēng)邦羅恩沙瓦德 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司, 泰商泰達(dá)電子公司