TWM312119U - Exchange-type power supply with feedback-control on the primary side - Google Patents

Description

M312119 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 二:作係關於-種-次側回授控制 ，尤指輸出達到電流限制時，輪出 可控制維料變，錢顺出 =出電〜仍 【先前技術】 交換式電源供應器在市；l a 穩壓電源供應器’岐換式遍被❹並已取代線性 度調整控制器控制功率電:曰==為:必須仰賴-脈波寬 波寬度調整控制器依據 生的回授訊號調變脈波寬度調整二二或輸：電流產 以產生適當的導通時間與;： 應器利用，回授方式無法達到丄 變率要求’所以大部份交換式電源授^^ =接由二:欠側取得，需經由光耦合器傳遞 號至一次侧端以控制脈波 彳丨口杈讯 號。因此，光耦合器、回授二二；二的輸出脈波訊 器等回授、限流元件的使:二:的^電阻與運算放大 電為:::ΓΓ授控制的交換式電源供應器 源-供應電首先電路致動由直流輪入電 兒/瓜/，丨L、、工啟動電阻R2對 電⑽到達脈波寬度調整器υ 充電 度調整㈣開始輸出脈波控制功率電晶體二 M312119 、晶體Q1導通時，電流由直流輸入電源VIN供應電流流經 變壓器T1之-次側主線圈、電晶體Q1相到輸入電壓 VIN的負端，二次側因為二極體D3與輸出繞組極性相反所 以無法從-次侧傳遞能量到輸出端，此時能量暫時儲存於 變壓裔T1中，當一次侧電流偵測電阻R6的電壓達到參考 電壓值時，功率電晶體QU成截止，此時二次侧因為二 極體D3與輸出繞組極性變為正向，所以將變壓器丁1的儲 φ 存此1傳遞到輸出端V0，輸出電容C4經過多次週期的充 電崎輸出穩壓點。另外一方面，一次側輔助繞組產生之 電壓經電阻R1和二極體D丨供應電流到電源電壓V c C，提 供脈波寬度調整㈣ϋ m❺電源，辅助繞㈣—路徑則 ”阻R1和二極體D2與電容C6整流後成一直流電壓， 再經電阻R3、R4分壓接至脈波寬度調整器、U1的電壓回授 輸入接腳VFB，電容C6的電壓將會反映輸出端v〇的變 $。由於輸出整流二極體D3壓降隨負載高低變化並且電 • 一 C6的1壓亦隨導通週期大小不同影響，以致從—次側電 奋^6的電屋偵測方式無法完成反映出二次側輸出電壓V〇 =變化，所以輸出電壓調整率較高，無法提供較穩定的電 ^輸而且輸出端通常需接一假負載電阻R8，使輕載時 =出兒壓不致漂移過高準位，因為需接-假負載電阻R8 , ，所以無法達到GREEN MODE之無載要求下輸入功 、^低於G.3W規定，同時此方式並無提供輸纽流電路， 出電流會隨輪出電壓下降而上昇。而電路保護需依 J偵測電阻R6回授訊號限制輸出功率，待脈波 7 M312119 寬度調整器m的電源電應vcc低於最低卫作電麼 脈波寬度調整控制器m’等糊再 - 重新啟動電壓準位時方再次輸出，整缝 == 率於此時方能有效降低。 u輸入功 電路=為回授控制的交換式電_ / ’❼考弟二圖’輸出端vo、缓電阻R8、R9 ^壓後輸人到回授穩壓器U3的輸人端，回_· u3輪 “控制光耦合器U2二次侧的發光二極體電流，再轉換 為一次側電流訊號控制脈波寬度調整器的♦壓回俨_ 入接腳WB的電壓。在狀的輸出負載下脈^度調= 制盗U1的電壓回授輸入接腳VFB的電壓將固定不變 出負載變動時錢回授輸人接腳VFB的電壓將隨之調整: 維持穩定的電壓輸出。-次側辅助繞組也因為電壓超ς泰 源電壓取開始向電容C2充電並供應脈波寬度調整^ 器m電源所需的電壓。此外，第二圖中二二欠側利用^阻 以、R6、R7、電容C4與電晶體Q12組成輪出限流電路， 當電阻R6的電壓超過電晶體q12之基極_射極接面電壓時 限流開始動作。電晶體Q12集極控制光搞合器二次側二: 光二極體電流，使得一次側脈波寬度調整控制器υ〗的^ 波波寬受到限制，此輸出限流電路因基極_射極接面電壓易 隨溫度變化，所以限颇作的精確衫高為其缺點私較適 用於低價之充電器電路。 第三圖為習知的二次側回授控制的交換式電源供應哭 另-電路方塊圖，請參考第三圖，其精確歧高適用^ M312119 大功率及較大輸出電流的交換電源供絲，係湘運算放 大器U4 A、U4B與回授穩壓器U3、光轉合器仍作為電壓 回授及輸出限流電路。其中，回授穩壓器U3在此為-參 考電麈，生裝置，其提供穩” 2 5V參考電壓給電壓回授 控制運算放MIKA與輸$限流㈣運算放大器㈣，電 ㈣算放大H U4A與輸出限流控觸算放大器 側的2出端各接一二極體D3、D4後接光輕合器U2二次 出脈波宽度達到穩壓及限流的：皮:=U1的輸 採用但零件多、成本高為其缺點。、緣路精確度高常被 廊哭口 ^如何創作出—種—:欠側回授控制交換式電評 應-輸出達到電流限制 、式逼斜、 將 流仍可控制維持不變，而達到輪出降但輸出電 是本創作所欲積極探討之處。 呆4目的者， 【新型内容】 有趫於上述習知之缺憾，創 逐竭其心智悉心研究克服，以 ^:未療於完肩 錢’运而研發出一種一次 二=期利用取樣與保留控制電路取；二換式電源伤 非連續镇式工作時的諧波電壓之轉二：側輔助繞麵 制’產生料漏雙重功t '线作為回拍 與輸出負栽範圍内具有穩定的電二出，的輪入電 輪出電壓下降但輸出電流仍可控制維持=到电 ^312119 達到輸出過電流保護的目的。 之:f"目的在提供-種-次側回授控制交換式 电源仏應裔，/、精著取樣與保留控制電路取得一次側辅助 繞組在非連續模式工作時的諧波電屋之轉角電壓值作為回 授控制，在輸出達到電流限制時，輪出電壓下降但輸出電 流仍可控制維持不變，而達到輪出過電流保護的目的。 时=作之目的係提供—次側回授控制交換式電源供應 祕式變壓器，其具有—初極繞組、-輔助 :组5=繞=_極繞組連接-電源;-功率電晶 ㈣二^ = ϋ ’ 一―次侧回授控制脈波寬度調整 取樣及保留控制電路，其連接該辅助繞 广决差放大盗’其連接該取樣及保留控制電路；一分 ^器二其連接該取樣及保留控制電路；—乘法器，其連接 ，；弟—比較器，其連接該誤差放大器及該功率 „-弟二比較器’其連接該第一比較器及該乘法器； 2率限制補償電路，其連接該乘法器；一控制開關’其 =接該電源及該功率_補償電路；-輸出驅動器，其連 ，功f電晶體；—正反器，其連接該輸出驅動器，·-振 /產，器，其連接該正反器；—前緣消除電路，其連接該 ^ 〇R閘，其連接該第一比較器、該第二比較器 。^緣4除電路；其中，當該電游的電塵達到該一次側 :授控制脈波寬度調整控制器的啟動電壓時，一低壓鎖止 二路UVL0控制該控制開關導通，該功率限制補償電路產生 率F f]補仏電壓，該功率限制補償電壓傳至該乘法器 M312119 輸入端；該振盪產生器彥生一導通訊號傳至該正反器之s 輸入端，使該正反器之Q輸出端由低準位電壓轉為高準位 電壓，該輸出驅動器導通該功率電晶體；該辅助繞組之電 壓回授於該取樣與保留控制電路而產生一電壓值，該電壓 值與一第一參考電壓經該誤差放大器輸出一誤差放大值電 壓，該誤差放大值電壓經複數電阻分壓產生一控制電屬， 該控制電壓傳至該第一比較器之反向輪入端；該電壓值另 一路徑經該分壓器降壓後，利用乘法器與功率限制補償電 壓產生相乘之值再加上一第二參考電壓產生一限流參考電 壓，該限流參考電壓傳至該第一比較器之另一反向輸入 端；該功率電晶體之一源極電壓傳至該第一比較器之非反 向輸入端及該第二比較器之非反向輸人端；當該源極電壓 大於該限流參考電壓或該控制電壓時產生一截止訊號，該 截止訊號㈣QR _至該n肖除電路後產生—重置訊

號至該正反器之&輸入端，該重置訊號使該正反鈐 出端由高準位電壓轉為低準位電壓 2 率電晶體不導通。 竭出使該功 出電壓下降但輸出 I流保護的目的。 藉此，在輪出達到電流限制時，輪 電流仍可控制維持不變’而達到輸出過 L貫施方式】 ，使責審查委員充分瞭解本創 ;作:藉::ϊ具體之實施例， 卞文评細呪明，說明如後： M312119 ::圖為本創作之較佳具體實施例之一次側回授控制 父祆’電：供應器電路系統方塊圖、第五圖為示於第四圖 中之m度輕控㈣㈣電路方塊圖歧第六圖為本 創作，較佳具體實施例之控制訊號圖，請同時參考第四 圖、第五圖及第六圖，本創作之較佳具體實施例之一次側 回授控制交換式電源供應器包含-返馳式變壓器T卜其具 有-初m -漏繞組及—次極繞組，初極繞組連接 私源，功率包日日體Q1，其連接該初級繞組；一次側回授 控制脈波寬度調整控制H m，其具有—取樣及保留控制電 路2，其連接辅助繞組；一誤差放大器AMpl，其連接取樣 及保留控制電路2 ; —分壓器DIVIDER，其連接取樣及保 留控制電路2 ; —乘法器MULT，其連接該分壓器

DIVIDER; —第一比較器c〇Ml，其連接誤差放大器AMP1 及功率電晶體Q1 ; —第二比較器COM2，其連接第一比較 器C0M1及乘法器MULT ; —功率限制補償電路1，其連 接乘法器MULT; —控制開關sw，其連接電源及功率限制 補償電路1 ; 一輸出驅動器DRIVER，其連接功率電晶體 Q1 ; —正反器FF1，其連接輸出驅動器DRIVER ; —振盪 產生器OSC，其連接正反器FF1 ; —前緣消除電路LEB， 其連接正反器FF1 ; — 〇R閘，其連接第一比較器C0M1、 第二比較器COM2及前緣消除電路LEB;當電源電壓VCC 由電阻R2、二極體D4充電到達脈波寬度調整控制器U1 的啟動電壓時，脈波寬度調整控制器U1開始動作，低壓 鎖止電路UVLO輸出一 UVO訊號使内部穩壓電路BAND 12 M312119 ，gap輸出一參考電壓並且讓一補償控制開關sw導通，+ -阻R2乃切換至與乘法器MULT連接的功率限制補償電ς 1 ’其與内部分壓電阻分屡產生因輸入電壓VIN之變動產 生不同之功率限制補償電壓WL使得高低壓輸入時的功率 限制點趨於一致。脈波寬度調整控制器之振盪產生哭 OSC輸出一導通訊號到正反器FF1之s輪入端，使正反哭 FF1輸出端Q由低準位電壓轉為高準位電壓，第一輸出ς 動器DRIVER因此輸出高準位電壓使功率電晶體Q1轉為 參考電壓VCL_處於低準位電壓使得脈波寬度調整控制 器υι之導通週期被限流參考電壓VCL限制由最低導^週 ；期隨輸出電壓與輔助繞組電壓變高漸漸展開，而提供― -S〇FT STAR丁的啟動效果。另-方面辅助繞組因為變壓哭 開始動作而開始產生電壓經二極體D2、電阻幻供應電源 電壓VCC，輔助繞組電壓在非連續工作模式時的諧波電壓 ❿之轉角電壓值經電阻R3,分麼，電屋回授輸入接聊VFB $過脈波寬度調整控制器m之取樣與保留控制電路2取 件为壓電壓值作為内部穩壓控制與限流控制的電壓值 v卜5亥私壓值VI與第-參考電壓VREF1經誤差放大器 AMP1輸出兩者誤差之放大值，此_誤差放大器ΑΜρι輸 ，電壓端COMP接一補償元件(例如：電容C5或是利用電 谷及至少-電阻構成）防止誤差放大器ΑΜρι減情形發 - 生。此一誤差放大值電壓經過電阻R7、R8分壓產生一控 制電壓VCTL，控制電壓VCTL接至第一比較器c〇M 1之 M312119 一反向輸入端，此第一比較器C0M1之非反向輸入端則另 接到電流偵侧電阻R6偵侧一次侧電流偵測電壓VCS，非 反向輸入端之一次侧電流偵測電壓VCS與反向輸入端之控 制電壓VCTL比較，當一次侧電流偵測電壓VCS大於控制 電壓VCTL時產生一截止訊號經〇R閘到前緣消除電路 LEB(LEADING EDGE BLANKING)消除一次侧電流偵測電 壓VCS之前緣雜訊電壓後輸出一重置訊號到正反器FF1之 R輸入端，使正反器FF1輸出端Q由高準位電壓轉為低準 位電壓，第一輸出驅動器DRIVER因此輸出低準位電壓使眷 功率電晶體Q1轉為不導通狀態。脈波寬度調整控制器U1 之振盈產生器OSC再次輸出導通脈衝訊號到正反器FF1之 S輸入端’使正反器FF1再次將輸出端Q由低準位電壓轉 “ 為高準位電壓’第一輸出驅動器DRIVER再次輸出高準位 ·— 電壓，使功率電晶體Q1再次轉為導通狀態，再次比較控 · 制電壓VCTL與一次侧電流偵測電壓vcs，產生截止訊號 經0R閘到前緣消除電路LEB (LEADING EDGE | BLANKING)消除一次側電流偵測電壓yes之前緣雜訊電 壓後輸出重置訊號到正反器FF1之尺輸入端，使正反器FF1 輸出端Q由高準位電壓轉為低準位電壓，第一輸出驅動器 DRIVER控制功率電晶體Q1轉為不導通狀態，重覆上述動 作產生一穩定的輸出控制。本創作的一次侧回授控制的脈 波寬度调整控制器Ul之功率限制補償電壓VPL係由電源 之電壓經一電阻分壓後傳至減法器3之反向輸入端與一第 三參考電壓VERF3比較後產生，而限流參考電壓VCL由 14 M312119 取樣與保留控制電路2的輸出電壓 =二1二之比率降壓後與功率限制補償= 相乘後加上第二參考電壓v 通吊麥考電壓卿2設定為一微小的電屋 嶋段由小變大防止輪出電流超過限制Π 茶考—VCL隨輸出端V〇電壓的高低而變化，因此可 以控制輸出電流於限制範圍内。

如上所述，其中電麼回授輸入接腳WB接一二極體 D3負責將電壓回授輸人接腳WB之負壓鉗位在負 〇·7ν)電壓的準位，電壓回授輸人接腳vfb經過取樣鱼保 留控制電路2取得魏轉角電壓值儲存於電容。轉角電 壓值一方面經第一誤差放大器AMP1及電阻R7、R8產生 控制電壓VCTL，另-方面經—緩衝器BUFFER、分壓器 divider、乘法器MULT再加第二參考電壓VREF2產: 限流參考電壓VCL，限流參考電壓VCL等於分壓器 DIVIDER的輸出電壓與功率限制補償電壓vpL乘積再加 第二參考電壓VREF2之值。輸入電壓VIN經一補償控制 開關SW再與電阻R5產生分壓輸入減法器3之反向輪入 端，其與第三參考電壓VREF3比較輸出功率限制補償電壓 VPL。一次側電流偵測電壓vcs將分別與限流參考電壓 VCL·及控制電壓vcTL比較，當一次侧電流偵測電壓Vcs 大於其中一組電壓時將輸出截止訊號，截止訊號經間 再經前緣消除電路LEB(LEADING EDGE BLANKING)消除 一次側電流偵測電壓VCS之前緣雜訊電壓後，輸出一重置 15 M312119 減到正反為FF1之R輸入端，使正反器則輸出端Q由. 同準位私壓轉為低準位電壓，第一輸出驅動器driver因 此輸出低準位電壓，使功率電晶體Q1 #為不導通狀態。 移相WPHASE SHIFT產生一空白訊號肌八狐輸入取樣 與保奋控制電路2,讓電路取樣時序在空白訊號BLANK之 後，以避開取樣在電壓回授輸入接腳VFB電壓振鈴 (RINGING)區域。 第七圖為本創作之理想輸出限流之曲線圖，輸出最大 包抓被限制在限制電流值，當輸出電壓下降至一設定值時# 輸出電流折回。 ^第八圖為本創作之較佳具體實施例之一次側回授控制 父換式電源供應益内之取樣與保留控制電路之内部電路方 塊圖，係利用電壓回授輸入接腳VFB的電壓在空白訊號 -BLANK之後較平坦的電壓準位予以儲存並追隨電壓變 - 化，§私壓回授輸入接腳VFB電壓到達諧波開始處時轉折 進入另一陡峭的斜率變化時，從取樣及保留控制電路取得 ⑩ 之電壓V1立刻停止追隨電壓回授輸入接腳VFB的電壓變 化並記憶儲存轉角處電壓值，以作為内部穩壓控制與限流 L制的控制電壓，如第八圖所示，空白訊號BLANK將控 :私日日體Q4導通將電壓VI放電歸零，待空白訊號BLANK 結束後仔止放電，運算放大器AMp2與電晶體Q2在較平 ~的斜率^壓時構成一電壓隨耦器使電壓回授輸入接腳 ， VFB的電壓傳送儲存於電容ο上，電容c2之電壓即為控、 制電壓VI，偏壓BIAS控制電晶體Q5導通形成一放電電 16 M312119 流Idschg，此放電電流Idschg設定為遠小於電壓隨耦器控 制的充電mhg’目的是產生與電壓賴輸人接腳vfb 的電壓相_應之電壓變化，電壓回授輸人接腳VFB的電壓 與空白訊f虎BLANK #反相訊號經及M AND輸入正反器 FF3控制電晶體Q5導通與關閉，用以獲取電壓v卜正反 器FF2為防止於第一諧波之後有誤觸發動作發生，由此， 取樣與保留控制電路即可取得非連續模缸作時的譜波電 壓之轉角電壓值作為回授控制。 _如上所述’本創作係藉著取樣與保留控制電路取得一 次側輔助繞組在非連續模式1㈣㈣波電壓之轉角電壓 值作為回授控制’在輸出達到電流限制時，輸出電壓下降 ，出電流仍可控制維持不變，而達到輸出過電流保護的 ^的;i產業上的可利用性而言，利用本創作所衍生的產 σα，當可充分滿足目前市場的需求。

，本創作在上文巾佳實關揭露，㈣習本項技 ^應理解的是，該實_伽於微本創作，而不岸解 7限制賴作之_。^主意的是，舉凡與該實施例等 變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之射内。因此， 本剑作之保護範圍當以下文之中請專利範圍所界定者為準 【圖式簡單說明】 第一圖為習知的一 電路方塊圖。 次側回授控制的交換式 電源供應

M312119 第二圖為習知的二次侧回授控制的交換式電源供應器 電路方塊圖。 第三圖為習知的二次侧回授控制的交換式電源供應器 另一電路方塊圖。 第四圖為本創作之較佳具體實施例之一次侧回授控制 交換式電源供應器電路糸統方塊圖。 第五圖為示於第四圖中之脈波寬度調整控制器内部電 路方塊圖。 第六圖為本創作之較佳具體實施例之控制訊號圖。 第七圖為本創作之理想輸出限流之曲線圖。 第八圖為本創作之較佳具體實施例之一次侧回授控制 交換式電源供應器内之取樣與保留控制電路之内部電路方 塊圖。 【主要元件符號說明】 ui脈波寬度調整控制器 U2光耦合器 U3回授穩壓器 U4A、U4B運算放大器 UVLO低壓鎖止電路 UVO訊號 BAND GAP内部穩壓電路 SW補償控制開關 M312119

Cn電容 1功率限制補償電路 2取樣與保留控制電路 3減法器 MULT乘法器 VIN輸入電壓 VCC電源電壓 V0輸出端 VCL限流參考電壓 VPL功率補償電壓 VCTL控制電壓 OSC振盪產生器 FF1、FF2、FF3 正反器 DRIVER第一輸出驅動器 Q1功率電晶體 Q2、Q3、Q4、Q5、Q12 電晶體 Dn二極體 VFB電壓回授輸入接腳 T1變壓器 AMP1誤差放大器 AMP2運算放大器 COMP輸出電壓端 C0M1第一比較器 COM2第二比較器 19 M312119 LEB前緣消除電路 DIVIDER分壓器 BUFFER緩衝器 VERF1第一參考電壓 VERF2第二參考電壓 VERF3第三參考電壓 VCS —次侧電流偵測電壓 ldschg放電電流 lchg充電電流 BALNK空白訊號 BIAS偏壓 VI電壓

20

Claims (1)

1. M312119 九、申請專利範圍· 1· 一種一次侧回授控制交換式電源供應器，其包含： 一返驰式變壓器，並且右_ ^扣A …、有初極繞組、一輔助繞組 及一次極繞組，該初極繞組連接一電源； 一功率電晶體，其連接該初級繞組；

   一一次側回授控制脈波寬度調整控制器，其呈有 -取樣及^控制電路，其連接該輔助繞組； 一誤差放大盗，其連接該取樣及保留控制電路； 一分壓器，其連接該取樣及保留控制電路； 一乘法裔’其連接該分壓器； -第-比較器’其連接該誤差放大器及該功率電晶 -第二比較n ’其連接該第—比較器及該乘法器； 一功率限制補償電路，其連接該乘法器； -控制開關’其連㈣電源及該功率關補償電路 一輪出驅動器，其連接該功率電晶體； 一正反器，其連接該輸出驅動器； 振盪產生器，其連接該正反器； 鈾緣消除電路，其連接該正反器； 、，〇R閘，其連接該第一比較器、該第二比較器及 該前緣消除電路； 办其中，當該電源的電壓達到該一次侧回授控制脈波 =度调整控制器的啟動電壓時，—健鎖止電路控制該 控制開關導通，該功率限制補償電路產生—功率限制補 21 M312119 2壓’該功率限制補償電壓傳至該乘法器輸入端；該 使=產生器產生一導通訊號傳至該正反器之s輸入端， 上忒正反裔之Q輸出端由低準位電壓轉為高準位電壓， f輪出驅動器導通該功率電晶體；該辅助繞組之電壓回 =於^取樣與保留控制電路而產生一電壓值，該電壓值 考電壓經該誤差放大器輸出—誤差放大值電 =，該誤差放大值電壓經複數電阻分壓產生一控制電 ^雜制電壓傳至該第—比較器之反向輪人端；該電 =經該分壓轉壓後錢功德償電壓輸入該乘 ^，錄法ϋ的輸出電壓再加上—第二參考電壓產生 —限流參考電壓’該限流參考電Μ傳至該第二比較器之 =向輸人端’該功率電晶體之—源極電壓傳至該第一比 非反向輸入端及該第二比較器之非反向輸入端； 田該源極電壓大於該㈣電壓或該限流參考麵時產生 二_錢號、_ 0R _至财緣消除電 :=一偷號至該正反器之R輸入端，該重置訊 二二輪出端由高準位電a轉為低準位電 i，该輸出驅動器使該功率電晶體不導通。 2.ΠΓ1項所述之一次側回授控制交換式電 狀應，其中，該誤差放大器與_補償元件 止該誤差放大器振盪。 万 3· 士申^專利犯圍第2項所述之_次側回 源供應器，其中，該補償元件係為至矣= 電容連接至少一電阻。 22