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CN102468757A - 控制器、电源供应器与控制方法 - Google Patents

控制器、电源供应器与控制方法 Download PDF

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Abstract

控制器、电源供应器与控制方法。该电源供应器包含有一变压器，其包含有一主绕组以及一辅助绕组。一功率开关耦接于该主绕组。一检测电阻耦接于该功率开关与一接地电源线。一控制器具有一多功能端耦接至该检测电阻。一二极管与一第一电阻，串接于该辅助绕组与该多功能端之间。

Description

控制器、电源供应器与控制方法
技术领域
本发明是有关于一种关于电源供应器的保护电路。
背景技术
为了转换效率以及产品体积的考虑，目前许多的电源供应器都是属于开关式电源供应器(switching mode power supply，SMPS)，控制一功率开关的导通与关闭，决定对于一电感元件的储能与释能，达到对负载供应所需要的规格的电源。
举例来说，图1为已知的一SMPS 10，其具有返驰式(flyback)架构。桥式整流器12对市电交流电源AC整流，在IN端提供一线电压电源VIN，其电压可能高达100伏特至300伏特。通过CS端，控制器18检测跨在电流检测电阻16的检测信号VCS，其在功率开关15导通时，代表流经变压器20的一次侧绕组24(primary winding)的电感电流。通过GATE端来开关功率开关15，控制器18控制电感电流增加或减少。二次侧绕组(secondary winding)22对于负载30提供输出电源VOUT。辅助绕组(auxiliary winding)23对控制器18提供操作电源VCC。
开关式电源供应器多需要有保护机制，预防一些不正常(abnormal)状况发生。一种常见的保护称为过电压保护，意指输出电源VOUT的电压过高而反应的保护措施，可能是把开关式电源供应器中的功率开关的关闭一长段时间。
图2为一种普遍知道的过电压保护方法。图2中的过电压保护电路形成于控制器18中。如果比较器32得知检测操作电源VCC的电压高过参考电压VREF1，就可能触发过电压保护。但是，因为漏感(leakage inductance)的原因，操作电源VCC的电压并不能精确地反应输出电源VOUT的电压。所以，图2的方法并不准确。
图3为另一种普遍知道的过电压保护方法。一旦输出电源VOUT的电压高过齐纳二极管38所设定的电压时，光耦合器(photo-coupler)36便拉低了比较器34的一输入端的电压，而触发了过电压信号SOVP。只是，图3需要额外增加齐纳二极管38以及光耦合器(photo-coupler)36，对于产品成本与体积都有不良的影响。
发明内容
本发明的实施例提供一种控制器，用以控制一电源供应器的一功率开关。该电源供应器提供一输出电压。该控制器包含有一多功能端、一时间延迟器、一过电压检测装置、以及一门控制器。该时间延迟器，用以于该功率开关被关闭(OFF)后，提供一延迟时间。该过电压检测装置(over voltage detectioncircuit)，于该延迟时间以后，比较该多功能端的电压与一参考电压，以触发一过电压信号。该过电压信号表示该输出电压超过一预设值。该门控制器，当该功率开关开启(ON)时，依据该多功能端的电压，来触发关闭该功率开关开。当该功率开关开启(ON)时，该多功能端的电压表示流经该功率开关的电流。
本发明的实施例提供一种电源供应器。该电源供应器包含有一变压器，其包含有一主绕组以及一辅助绕组。一功率开关耦接于该主绕组。一检测电阻耦接于该功率开关与一接地电源线。一控制器具有一多功能端耦接至该检测电阻。一二极管与一第一电阻，串接于该辅助绕组与该多功能端之间。
本发明的实施例提供一种控制方法，适用于一电源供应器。该电源供应器具有一功率开关，并提供一输出电压。于该功率开关导通时，依据一多功能端的电压，来触发关闭禁能一门信号，以关闭该功率开关。该多功能端的电压代表流经一电感元件的电流。于该功率开关关闭一段延迟时间后，检测该多功能端的电压。当该多功能端的电压高过一预定值，触发一过电压信号。
附图说明
图1为已知的一SMPS。
图2与图3为普遍知道的过电压保护方法。
图4为依据本发明所实施的一SMPS。
图5显示一部分的控制器以及控制器之外的元件。
图6为图5中的信号波形图。
图7为另一实施例，显示一部分的控制器以及控制器之外的元件。
图8为依据本发明所实施的另一SMPS。
[主要元件标号说明]
10                  开关式电源供应器
12                  桥式整流器
14                  电流检测电阻
15                  功率开关
16                  电流检测电阻
18                  控制器
20                  变压器
22                  二次侧绕组
23                  辅助绕组
24                  一次侧绕组
30                  负载
32、34              比较器
36                  光耦合器
38                  齐纳二极管
43                  齐纳二极管
50                  比较器
52                  门控制器
54                  时间延迟器
55                  过电压检测装置
56                  取样器
58                  遮蔽器
80、80a             SMPS
82、82a             控制器
84                  二极管
86、88              电阻
CS/OVP              多功能端
SMED                中继信号
SOVP                过电压信号
TDELAY              延迟时间
VAUX                电压
VCC                 操作电源
VCS                 电压
VG                  信号
VGATE               门信号
VOUT                输出电源
VP                  短脉冲信号
VREF1               参考电压
VREF-OVP            参考电压
VSAMP               取样信号
具体实施方式
图4为依据本发明所实施的一SMPS 80。与图1的SMPS 10不同的，SMPS80有齐纳二极管43、二极管84、电阻86与88、以及控制器82。
控制器82可以是一单晶集成电路，有一多功能端CS/OVP。齐纳二极管43、二极管84与电阻86串接于辅助绕组23与多功能端CS/OVP之间，而电阻88连接于多功能端CS/OVP与电流检测电阻16之间。多功能端CS/OVP至少有两个功能：a)电流检测；以及，b)过电压保护。
当控制器82致能门信号VGATE，通过GATE端，开启功率开关15时，多功能端CS/OVP的电压VCS，会表示流经功率开关15的电流。此时，控制器82依据多功能端CS/OVP的电压VCS，来决定何时禁能门信号VGATE，关闭功率开关15。
在功率开关15关闭后，辅助绕组23的电压VAUX会大约反应二次绕组的电压，也大致反应了输出电源VOUT的电压。如果，电压VAUX低于齐纳二极管43与二极管84所预设的电压，那多功能端CS/OVP的电压VCS就会大约是0伏特。如果，电压VAUX高于那预设的电压，那多功能端CS/OVP的电压VCS就会是一大于0伏特的值。为了预防漏感所导致的不准确的问题，控制器82会在功率开关15关闭一段延迟时间后，比较电压VCS与一参考电压。如果电压VCS高于这参考电压，就会触发一过电压信号，表示输出电源VOUT的电压已经超过了齐纳二极管43与二极管84所预设的电压的一相对应值。
图5显示一部分的控制器82以及控制器82之外的元件。图6为图5中的信号波形图。控制器82具有时间延迟器54、过电压检测装置55、以与门控制器52。过电压检测装置55包含有取样器56与比较器50。
当信号VG为逻辑上的“1”时，门信号VGATE也为逻辑上的“1”，功率开关15导通，辅助绕组23的电压VAUX是负值，其受到二极管84的阻挡，所以不会影响到多功能端CS/OVP的电压VCS。所以，流经功率开关15的电流增加，电压VCS也随之增加，如同图6所示。
当电压VCS到一定程度时，门控制电路52会使信号VG转态为逻辑上的“0”，关闭功率开关15。功率开关15一关闭，辅助绕组23的电压VAUX一开始会振荡一段短时间，之后稳定于一正值，此正值大约比例于输出电源VOUT的电压。时间延迟器54，于功率开关15被关闭后，提供一延迟时间TDELAY。延迟时间TDELAY用以避免电压VAUX振荡所导致不准确问题。延迟时间TDELAY之后，取样器56发出短脉冲信号VP，对多功能端CS/OVP的电压VCS取样，产生取样信号VSAMP。在短脉冲信号VP为逻辑上的“0”时，取样信号VSAMP接地，固定为0；在短脉冲信号VP为逻辑上的“1”时，取样信号VSAMP等于电压VCS。如同先前所述的，如果输出电源VOUT的电压高，辅助绕组23的电压VAUX也会高。一旦，辅助绕组23的电压VAUX高到使齐纳二极管43崩溃了，会使取样信号VSAMP高于参考电压VREF-OVP，则比较器50触发过电压信号SOVP。举例来说，被触发的电压信号SOVP可使门控制器52在几个连续开关周期都一直维持信号VG于逻辑上的“0”。
图7为另一实施例，显示一部分的控制器82a以及控制器82a之外的元件。图6也可以为图7中的信号波形图。在图7中，比较器50与遮蔽器58可视为一过电压检测装置。在图7中，比较器50比较多功能端CS/OVP的电压与参考电压VREF-OVP，以触发中继信号SMED。这个中继信号SMED绝大部分时间内是被遮蔽器58中的与门所遮蔽，只有当遮蔽器58中的短脉冲信号VP为逻辑上的“1”时，中继信号SMED的逻辑电平，就会通过，作为过电压信号SOVP的逻辑电平。图7的实施例的其它操作原理可以参考图5的说明得知，不再累述。
图8为依据本发明所实施的另一SMPS 80a。与图4的SMPS 80不同的，SMPS 80a没有齐纳二极管43。
在图8中，于功率开关15关闭后，功能端CS/OVP的电压VCS大约反应了辅助绕组23的电压VAUX，也大致反应了输出电源VOUT的电压。所以，在功率开关15关闭一段延迟时间后，控制器82比较电压VCS与一参考电压。如果电压VCS高于这参考电压，就会触发一过电压信号，表示输出电源VOUT的电压已经超过了这参考电压所相对应的值。至于图8的控制器82的内部结构，可以依据图5与图7或是等同的电路来实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种控制器，用以控制一电源供应器的一功率开关，该电源供应器提供一输出电压，该控制器包含有：
一多功能端；
一时间延迟器，用以于该功率开关被关闭后，提供一延迟时间；
一过电压检测装置，于该延迟时间以后，比较该多功能端的电压与一参考电压，以触发一过电压信号，该过电压信号表示该输出电压超过一预设值；以及
一门控制器，当该功率开关开启时，依据该多功能端的电压，来触发关闭该功率开关开；
其中，当该功率开关开启时，该多功能端的电压表示流经该功率开关的电流。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，该过电压检测装置包含有：
一取样器，于该延迟时间后，对该多功能端的电压取样，以产生一取样信号；以及
一比较器，比较该取样信号与该参考电压。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中，该过电压检测装置包含有：
一比较器，比较该多功能端的电压与该参考电压，以触发一中继信号；以及
一遮蔽器，于该延迟时间内，遮蔽该中继信号，于该延迟时间后的至少一预定时间内，以该中继信号作为该过电压信号。
4.一种电源供应器，包含有：
一变压器，包含有一主绕组以及一辅助绕组；
一功率开关，耦接于该主绕组；
一检测电阻，耦接于该功率开关与一接地电源线；
一控制器，具有一多功能端耦接至该检测电阻；以及
一二极管与一第一电阻，串接于该辅助绕组与该多功能端之间。
5.根据权利要求4所述的电源供应器，还包含有一第二电阻，耦接于该检测电阻与该多功能端之间。
6.根据权利要求4所述的电源供应器，还包含有一齐纳二极管，该齐纳二极管、该二极管与该第一电阻，串接于该辅助绕组与该多功能端之间。
7.一种控制方法，适用于一电源供应器，该电源供应器具有一功率开关，并提供一输出电压，该控制方法包含有：
于该功率开关导通时，依据一多功能端的电压，来触发关闭禁能一门信号，以关闭该功率开关，其中，该多功能端的电压代表流经一电感元件的电流；以及
于该功率开关关闭一段延迟时间后，检测该多功能端的电压，其中，当该多功能端的电压高过一预定值，触发一过电压信号。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，该电源供应器包含有一辅助绕组、一齐纳二极管、一二极管与一第一电阻，该齐纳二极管、该二极管与该第一电阻串接于该辅助绕组与该多功能端之间。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，该电源供应器包含有一检测电阻以及一第二电阻，该检测电阻耦接于该功率开关与一接地电源线之间，该第二电阻耦接于该检测电阻与该多功能端之间。
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