專(zhuān)利名稱(chēng)：開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器與應(yīng)用其中的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源供應(yīng)器以及運(yùn)用其中的操作方法，尤其涉及一種開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器與應(yīng)用其中的控制方法。
背景技術(shù)：
定電流控制一直是許多電源供應(yīng)器所希望達(dá)到的目標(biāo)。譬如說(shuō)，對(duì)于照明領(lǐng)域的電源供應(yīng)器而言，發(fā)光時(shí)電源供應(yīng)器提供的就應(yīng)該是一定電流輸出，且這個(gè)定電流輸出不應(yīng)該隨著輸入線電壓(input line voltage)為IOOV或是220V而變化。對(duì)于當(dāng)今的電源供應(yīng)器而言，功因(power factor)也是一個(gè)需要考慮的重點(diǎn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，一個(gè)有好功因的電源供應(yīng)器，其對(duì)于輸入市電(input grid line)而言，等效上可以視為一個(gè)電阻，其輸入線電壓與輸入線電流大致為同相(in phase) 0好功因的電源供應(yīng)器提供功因校正(power factor correction，PFC)，可以有效運(yùn)用電力公司所給予的電能。只是，要如何達(dá)到定電流控制以及功因校正，就有賴(lài)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意與技巧。圖1為一種已知的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器8的架構(gòu)，其為一降壓電源轉(zhuǎn)換器(buck converter)。圖1中的負(fù)載16以一發(fā)光二極管串以及一電容為例。橋式整流器(bridge rectifier) 12將交流端AC的交流市電整成直流，輸出于線電壓端IN。在線電壓端IN的線電壓Vin —般會(huì)有M形波形。轉(zhuǎn)換模組10中，短路的功率開(kāi)關(guān)15會(huì)使主繞組(preliminary winding)PRM儲(chǔ)能；開(kāi)路的功率開(kāi)關(guān)15會(huì)使主繞組PRM通過(guò)二極管11釋能。反饋模組(feedback module) 20檢測(cè)負(fù)載16的電壓，通過(guò)光耦合器23， 來(lái)控制反饋信號(hào)(feedback signal)Vfb?？刂破?8可以是一脈沖寬度調(diào)制器(pulse-width modulator, PWM)，其依據(jù)反饋信號(hào)Vfb，來(lái)控制流經(jīng)主繞組PRM的電流。操作電源供應(yīng)源14， 具有輔助繞組(auxiliary winding)AUX，產(chǎn)生控制器18所需要的操作電壓(operating voltage) Vrc?？刂破?8檢測(cè)電流檢測(cè)電阻M的電流檢測(cè)信號(hào)Vcs，并提供柵信號(hào)VeATE開(kāi)啟或是關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)15。圖2舉例了一已知的控制器18。邏輯控制82依據(jù)比較器88以及時(shí)脈產(chǎn)生器87 的輸出來(lái)產(chǎn)生柵信號(hào)VeATE。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，反饋信號(hào)Vfb可以視為一種限制信號(hào)， 其大約控制了電流檢測(cè)信號(hào)Vcs的峰值，也大約控制了流經(jīng)主繞組PRM的電流峰值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種控制方法，適用于一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其具有一電感元件，耦接至一線電源輸入端。該控制方法包含有提供一電壓除法器(voltage divider)， 具有一電阻以及一可控制電阻，串聯(lián)于一連接端，其中該可控制電阻的電阻值受一控制信號(hào)控制而可改變；依據(jù)該線電源輸入端的輸入電壓，于該連接端產(chǎn)生一限制信號(hào)；以及，依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其控制一電感元件。該開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器包含有一電壓除法器以及一峰值控制器。該電壓除法器，具有一電阻以及一可控制電阻，串聯(lián)于一連接端。該可控制電阻的電阻值受一控制信號(hào)控制而可改變。該電壓除法器依據(jù)該開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的一線電源輸入端的一線輸入電壓，于該連接端產(chǎn)生一限制信號(hào)。該峰值控制器，依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。
本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種控制方法，適用于一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其具有一電感元件，耦接至一線電源輸入端。該控制方法包含有提供一限制信號(hào)；使該限制信號(hào)與該線電源輸入端的一線輸入電壓同相；提供一反饋機(jī)制，使該限制信號(hào)的最大值大致為一定值，不隨該輸入電壓的最大值而改變；以及，依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。


圖1為一種已知的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的架構(gòu)。
圖2舉例了一已知的控制器。
圖3為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器。
圖4舉例一反饋模組的內(nèi)部電路。
圖5為圖4中的一些信號(hào)波形。
圖6為可以取代圖4的右電路的電路。
圖'1為可以取代圖4的左電路的電路。
圖f3為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器。
圖9為圖8中的控制器。
圖10為一控制器，其可替換圖2或是圖9的控制器。
附圖標(biāo)記
8:開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器
10轉(zhuǎn)換模組
11二極管
12橋式整流器
14操作電源供應(yīng)源
15功率開(kāi)關(guān)
16負(fù)載
18、18a:控制器
20反饋模組
23光耦合器
24電流檢測(cè)電阻
25平均電流檢測(cè)器
27分壓器
29電阻
30放大器
32放大器
34N 型 MOSFET
36開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器
37、37a:電壓除法器
38基納二極管
42比較器
44或門(mén)
60反饋模組
70開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器
80控制器
82邏輯控制
87時(shí)脈產(chǎn)生器
88比較器
92計(jì)數(shù)器
94比較器
98限制信號(hào)產(chǎn)生器
AC交流端
AUX輔助繞組
AV端
CS電流檢測(cè)端
DO-D3 數(shù)字信號(hào)
DIN 連接點(diǎn)
FB反饋端
GATE 柵端
GND接地端
Ica電流信號(hào)
IN:線電壓端
Iout輸出電流
OG端
OGl端
PRM 主繞組
Vav控制信號(hào)
Vcc操作電壓
VCC操作電源端
Vco電壓信號(hào)
Vcs電流檢測(cè)信號(hào)
Vdin限制信號(hào)
Vfb反饋信號(hào)
Vfb-DIV 分壓信號(hào)
Vgate 柵信號(hào)
Vin線電壓
VEEF_CC 定電流參考電壓
Vkef_lIM:限制參考電壓VKEF_QVEK 參考電壓VKEF_VLY 參考電壓Rds 通道電阻
具體實(shí)施例方式在以下實(shí)施例中，相同或是類(lèi)似符號(hào)所代表的元件或是信號(hào)，表示相同或是類(lèi)似的元件或是信號(hào)，其可能的變化，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，可以依據(jù)本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)，所能推知。為精簡(jiǎn)的緣故，本說(shuō)明書(shū)將不再累述。以下的實(shí)施例雖然是以降壓電源轉(zhuǎn)換器(buck converter)為例，但是這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明。一般具有電源供應(yīng)器常識(shí)者，在閱讀本說(shuō)明書(shū)后，也能將本發(fā)明應(yīng)用于其他種類(lèi)的轉(zhuǎn)換器，譬如升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)、升降壓轉(zhuǎn)換器(buck-boost converter)、反激式轉(zhuǎn)換器(flyback converter)等等。圖3為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器36。圖3中與圖1相異處有反饋模組(feedback module) 60 反饋模組(feedback module) 60不只是從線電壓端IN以及端 OG檢測(cè)負(fù)載16的電壓，也通過(guò)端OGl與端0G，來(lái)檢測(cè)流經(jīng)負(fù)載16的電流，據(jù)以控制反饋端 FB上的反饋信號(hào)Vfb，以達(dá)到定輸出電流與電壓的目的。同時(shí)，反饋模組60也可使反饋信號(hào) Vfb與在線電壓端IN的線電壓Vin大致為同相，達(dá)到功因校正的功能。圖4舉例反饋模組60的內(nèi)部電路。光耦合器(photo coupler) 23區(qū)隔(isolate) 了左電路與右電路。左電路的最低電壓為端OG的電壓，右電路的最低電壓為接地線的電壓。在左電路中，定電壓參考電壓VKEF_ev以及定電流參考電壓VKEF_ee都是相對(duì)于端OG 的定電壓。放大器32以及分壓器(voltage divider) 27大致放大負(fù)載16的電壓(從端IN 到端0G)與一定電壓參考電壓VKEF_CT所對(duì)應(yīng)的一目標(biāo)電壓的差。電阻四可以視為一個(gè)輸出電流檢測(cè)器，其電壓正比于輸出電流Iot的值。平均電流檢測(cè)器25還包含有一電阻與一電容所構(gòu)成的低通濾波器(low-pass filter)。放大器30以及平均電流檢測(cè)器25大致放大輸出電流Iot的平均值與一定電流參考電壓所對(duì)應(yīng)的一目標(biāo)電流的差。光耦合器23 把放大器30或是放大器32的結(jié)果轉(zhuǎn)換到右電路。在右電路中，光耦合器23的輸出被一電容以及一電阻所低通濾波，于端AV產(chǎn)生控制信號(hào)VAV。電壓除法器37耦接于線電壓端IN與接地端GND之間，具有兩個(gè)電阻以及一個(gè) N型MOSFET 34。電壓除法器37在反饋端FB上產(chǎn)生反饋信號(hào)Vfb，其與線電壓Vin的關(guān)系大致如下公式I所示Vfb = VIN/K -----------(I)。其中，K為除數(shù)，受控于控制信號(hào)VAV。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，N型MOSFET ；34可以視為一可控制的電阻，其通道電阻(channel resistance)Rds會(huì)受其柵端電壓(gate voltage)所控制。所以，控制信號(hào)Vav控制了 N型MOSFET 34的通道電阻Rds，也等同的控制了除數(shù)K。柵電壓越高，通道電阻I DS越小，K就越小。而且，電壓除法器37會(huì)使反饋信號(hào) Vfb與線電壓Vin大約同相。圖5為圖4中的一些信號(hào)波形；其中，線電壓Vin表示線電壓端IN的電壓信號(hào)；反
6饋信號(hào)Vfb表示反饋端FB上的信號(hào)；電流檢測(cè)信號(hào)V。s表示在電流檢測(cè)端CS上的電壓信號(hào)； 輸出電流Iot表示流經(jīng)端OGl到OG之間的電流，也是流經(jīng)負(fù)載16的電流；電流信號(hào)Iffl表示放大器30所汲取的電流；控制信號(hào)Vav為N型MOSFET 34上的柵電壓信號(hào)。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，反饋信號(hào)Vfb與線電壓Vin幾乎是同相。此外，當(dāng)線電壓Vin的最大值變小時(shí)，譬如從220V變成IlOV時(shí)，反饋信號(hào)Vfb —開(kāi)始會(huì)隨著線電壓Vin而下降，但是，因?yàn)檩敵鲭娏鱅qut變小的原因，所以控制信號(hào)Vav會(huì)漸漸下降，使得N型MOSFET 34的通道電阻Rds漸漸增加，進(jìn)而漸漸地增加了反饋信號(hào)Vfb的最大值，最后會(huì)大約回到線電壓Vin 的最大值改變前的值。從圖4中的信號(hào)反饋路徑可以推知，不論是線電壓Vin的最大值是 220V、100V或是90V，在穩(wěn)態(tài)定電流輸出時(shí)，因?yàn)榉答仚C(jī)制的原因，反饋信號(hào)Vfb的最大值大約都會(huì)是一個(gè)定值，而這個(gè)定值，也可以使得電流檢測(cè)信號(hào)V。s峰值的最大值大約是一個(gè)常數(shù)，不會(huì)隨著線電壓Vin而改變。圖6所顯示的電路，可以取代圖4的右電路。電壓除法器37a中，光耦合器23中的發(fā)光器的亮度等同控制了接收器的等效電阻，所以等同控制了電壓除法器37a的除數(shù)K(=
Vin/Vfb)。圖7所顯示的電路，可以取代圖4的左電路。當(dāng)輸出電流Iott過(guò)高，使得平均電流檢測(cè)器25所輸出的電壓信號(hào)νω超過(guò)2. 5V時(shí)，LT431使得光耦合器23中的發(fā)光器發(fā)光；當(dāng)負(fù)載16的電壓(從端IN到端0G)超過(guò)基納二極管38所設(shè)定的相對(duì)應(yīng)電壓時(shí)，基納二極管 38導(dǎo)通使光耦合器23中的發(fā)光器發(fā)光。而光耦合器23可以影響電壓除法器37或37a的可控制電阻的電阻值。在一實(shí)施例中，圖4的右電路以圖6取代，圖4的左電路以圖7所取代。圖8為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器70。與圖1不同的，圖8中的實(shí)施例可以沒(méi)有操作電源供應(yīng)器14以及反饋模組(feedback module) 20，且控制器80可以不需要有反饋端FB，就可以達(dá)到PFC以及定電流輸出控制。圖9為圖8中的控制器80，其包含有限制信號(hào)產(chǎn)生器98以及控制器18。圖9中的控制器18與圖2中的控制器18可以具有完全相同的內(nèi)部元件，因此其操作原理不再重述。不同是，圖2中的控制器18接收反饋信號(hào)Vfb，而圖9中的控制器18接收連接點(diǎn)DIN上的限制信號(hào)VDIN。與圖2類(lèi)似的，限制信號(hào)Vdin控制電流檢測(cè)信號(hào)V。s的峰值，也等于控制了流經(jīng)主繞組PRM的電流峰值。限制信號(hào)產(chǎn)生器98提供一反饋機(jī)制，可以使限制信號(hào)Vdin的最大值，大約維持在一個(gè)定值。以圖9為例，就算限制信號(hào)Vdin隨著線電壓Vin有M狀的波形(M-like wave form)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，限制信號(hào)產(chǎn)生器98可以使限制信號(hào)Vdin的最大值大約等于位于比較器94 的一輸入端的參考電壓VKEF_WEK。以下以參考電壓VKEF_WEK等于2V，而參考電壓VKEFiY等于 0. IV，來(lái)舉例說(shuō)明。當(dāng)限制信號(hào)Vdin超過(guò)2V時(shí)，SR正反器(SR flip-flop)就會(huì)維持輸出端Q為邏輯上的1。之后一段時(shí)間，限制信號(hào)Vdin將隨著線電壓Vin下降而下降。當(dāng)限制信號(hào)Vdin低于 0. IV時(shí)，計(jì)數(shù)器92下數(shù)(count down)，其輸出的數(shù)字信號(hào)D0-D3成為控制信號(hào)，使得連接點(diǎn)DIN到接地端GND的等效電阻降低。同時(shí)，SR正反器的輸出會(huì)被比較器96重置成邏輯上的0。因此，之后的限制信號(hào)Vdin的最大值，將會(huì)比之前的限制信號(hào)Vdin的最大值來(lái)的低。相反的，當(dāng)限制信號(hào)Vdin —直沒(méi)有超過(guò)2V，SR正反器的輸出就會(huì)一直維持在邏輯上的0。如此，當(dāng)限制信號(hào)Vdin低于0. IV時(shí)，計(jì)數(shù)器92上數(shù)(count up)，使得連接點(diǎn)DIN到接地端GND的等效電阻升高。因此，之后的限制信號(hào)Vdin的最大值將會(huì)變高。因此，比較器94與96、SR正反器以及計(jì)數(shù)器92 —起，可以視為一最大值控制器。 其提供一反饋機(jī)制，使限制信號(hào)Vdin的最大值大約為2V。如此，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，限制信號(hào)Vdin的最大值雖然不會(huì)完全等于2V，但大約會(huì)在2V左右徘回(ripple)，將不會(huì)隨著線電壓Vin的最大值變化而改變。也因?yàn)橄拗菩盘?hào)Vdin的最大值大約就是2V，所以電流檢測(cè)信號(hào)V。s的峰值的最大值也大約是一個(gè)固定值，所以可以達(dá)到定電流輸出的功能。此外，因?yàn)橄拗菩盘?hào)Vdin是分壓線電壓Vin而產(chǎn)生，所以限制信號(hào)Vdin會(huì)線電壓Vin 同相，所以，可以預(yù)期的是電流檢測(cè)信號(hào)Vcs的平均值大約也會(huì)與線電壓Vin同相，可以達(dá)到 PFC的功能。圖10為一控制器18a，其可替換圖2或是圖9的控制器18，可以適用于本發(fā)明的實(shí)施例中。與控制器18相異的，控制器18a增加了比較器42以及或門(mén)(OR gate)44，用來(lái)大概限制電流檢測(cè)信號(hào)V。s的峰值不會(huì)超過(guò)限制參考電壓VKEF_UM。如果以圖9，但是其中的控制器18以圖10的控制器18a取代，這樣的一個(gè)實(shí)施例來(lái)解說(shuō)。如果限制信號(hào)產(chǎn)生器98 使限制信號(hào)Vdin的最大值大約就是2V的結(jié)果，導(dǎo)致了分壓信號(hào)VFB_DIV有最大值約250mV，而限制參考電壓Vkef.的值假定為200mV。那么，當(dāng)分壓信號(hào)VFB_DIV小于200mV時(shí)，電流檢測(cè)信號(hào)Vcs的峰值就會(huì)著分壓信號(hào)VFB_DIV改變而改變。當(dāng)分壓信號(hào)VFB_DIV大于200mV時(shí)，電流檢測(cè)信號(hào)V。s的峰值頂多就會(huì)只有約200mV。盡管這樣的例子PF可能降低，但具有的好處是預(yù)防負(fù)載16瞬間承受過(guò)高的電流而燒毀。在另一個(gè)實(shí)施例中，限制參考電壓VKEF_UM可以高過(guò)分壓信號(hào)VFB_DIV的最大值。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制方法，適用于一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其具有一電感元件，耦接至一線電源輸入端，該控制方法包含有提供一電壓除法器(voltage divider)，具有一電阻以及一可控制電阻，串聯(lián)于一連接端，其中該可控制電阻的電阻值受一控制信號(hào)控制而可改變；依據(jù)該線電源輸入端的輸入電壓，于該連接端產(chǎn)生一限制信號(hào)；以及依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，該開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器驅(qū)動(dòng)一發(fā)光二極管串， 該方法還包含有依據(jù)該發(fā)光二極管串的電壓或依據(jù)流經(jīng)該發(fā)光二極管的電流，來(lái)改變?cè)摽刂菩盘?hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其中包含有依據(jù)該發(fā)光二極管串的電壓或依據(jù)流經(jīng)該發(fā)光二極管的電流，通過(guò)一光耦合器，來(lái)改變?cè)摽刂菩盘?hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中包含有依據(jù)該限制信號(hào)的最大值，來(lái)改變?cè)摽刂菩盘?hào)，以使該最大值為一固定值。
5.一種開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，控制一電感元件，包含有一電壓除法器，具有一電阻以及一可控制電阻，串聯(lián)于一連接端，其中該可控制電阻的電阻值受一控制信號(hào)控制而可改變，該電壓除法器依據(jù)該開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器的一線電源輸入端的一線輸入電壓，于該連接端產(chǎn)生一限制信號(hào)；以及一峰值控制器，依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其中還包含有一輸出電壓檢測(cè)器，用以檢測(cè)一輸出負(fù)載的電壓；一輸出電流檢測(cè)器，用以檢測(cè)流經(jīng)該輸出負(fù)載的電流；以及至少一放大器，依據(jù)該輸出電壓檢測(cè)器或該輸出電流檢測(cè)器的結(jié)果，來(lái)控制該控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其中，該可控制電阻包含有一金氧半場(chǎng)效晶體管(MOS FET)，該控制信號(hào)送至該金氧半場(chǎng)效晶體管，線性的改變?cè)摻鹧醢雸?chǎng)效晶體管的通道等效電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其中還包含有一上下數(shù)計(jì)數(shù)器(up/down counter)，其輸出的數(shù)個(gè)數(shù)字信號(hào)作為該控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其中包含有一最大值控制器，其提供一反饋機(jī)制，使該限制信號(hào)的最大值為一固定值。
10.一種控制方法，適用于一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器，其具有一電感元件，耦接至一線電源輸入端，該控制方法包含有提供一限制信號(hào)；使該限制信號(hào)與該線電源輸入端的一線輸入電壓同相；提供一反饋機(jī)制，使該限制信號(hào)的最大值為一定值，不隨該線輸入電壓的最大值而改變；以及依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。
全文摘要
開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器與應(yīng)用其中的控制方法。一開(kāi)關(guān)式電源供應(yīng)器具有一電感元件，耦接至一線電源輸入端。該控制方法包含有提供一電壓除法器(voltage divider)，具有一電阻以及一可控制電阻，串聯(lián)于一連接端，其中該可控制電阻的電阻值受一控制信號(hào)控制而可改變；依據(jù)該線電源輸入端的輸入電壓，于該連接端產(chǎn)生一限制信號(hào)；以及，依據(jù)該限制信號(hào)，控制流經(jīng)該電感元件的電流峰值。
文檔編號(hào)H02M3/158GK102263507SQ20111014028
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者林建良, 蘇吉葛特凱文 申請(qǐng)人:芯瑞科技股份有限公司