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CN103187875B - 切换式电源供应器及其控制电路 - Google Patents

切换式电源供应器及其控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种切换式电源供应器及其控制电路与控制方法。切换式电源供应器的控制电路根据回授讯号产生补偿讯号，进而产生驱动讯号，以控制一功率级而将输入电压转换为输出电压，其中该补偿讯号根据该输入电压而受调整，当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿讯号被稳定于一默认值。

Description

切换式电源供应器及其控制电路
技术领域
本发明涉及一种切换式电源供应器及其控制电路与控制方法，特别是指一种抑制补偿讯号中波谷附近噪声的切换式电源供应器及其控制电路与控制方法。
背景技术
图1A显示典型的降压型切换式电源供应器1的电路示意图。如图1A所示，降压型切换式电源供应器1包含功率级11以及控制电路13。功率级11根据驱动讯号，切换功率级11中的开关Q，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。驱动讯号由控制电路13根据回授讯号FB产生。请参阅图1B，显示控制电路13包括缓冲电路131、误差放大电路133与比较器135。误差放大电路133比较回授讯号FB与参考讯号Vref，并根据比较结果，产生补偿讯号Vc。其中，回授讯号FB由串联于输出电压Vout与接地电位之间的电阻R1与R2中，取电阻R2上的分压而得，如图1A所示。比较器135比较补偿讯号Vc与相关于功率级11中的电感电流的电流感测讯号CS，并根据比较结果产生脉宽调变(pulse width modulation,PWM)讯号。PWM讯号经过缓冲电路131后，转换为驱动讯号，以操作功率开关Q。并且，功率级11可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型或升反压型功率转换电路，如图2A-2J所示。
以图1A所示的降压型切换式电源供应器1为例，请参阅图1C，当输入电压Vin是来自于整流后的交流讯号时，其理想波形应为图中最上方所示的半弦波，但实际讯号将如图中第二个波形所示，输入电压Vin的最低点不低于输出电压Vout。因此，对应的电感电流IL与补偿讯号Vc的波形将如图中第三、四个波形所示。当输入电压Vin不大于 输出电压Vout时，因为回授讯号FB或电流感测讯号CS非常低或为零，会使误差放大电路133反向放大，而使补偿讯号Vc产生扭曲失真，于补偿讯号Vc波谷附近产生噪声（如图所示，这将造成圆形虚线所示意的噪声），进而影响功率因子(power factor,PF)与总体谐波失真(total harmonic distortion,THD)。
另外，在三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)应用于发光二极管电路时，于TRIAC启动时所造成的噪声，亦会在补偿讯号Vc的波谷附近产生噪声。又如，在变频升压型切换式电源供应器中，须限制讯号的频率，当频率很高时，会造成电感电流无法下降，因此，需要补偿讯号Vc适时重置。其它类型的功率转换电路，也往往于补偿讯号Vc波谷附近产生噪声，或是需要周期性对补偿讯号Vc作出调整。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种切换式电源供应器及其控制电路与控制方法，可对补偿讯号Vc作出调整，以抑制补偿讯号中波谷附近噪声而改善切换式电源供应器的PF与THD。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种切换式电源供应器。
本发明另一目的在于，提出一种切换式电源供应器的控制电路。
本发明另一目的在于，提出一种切换式电源供应器的控制方法。
为达上述目的，就其中一观点言，本发明提供了一种切换式电源供应器，用以将输入电压转换为输出电压，所述切换式电源供应器包含：一功率级，根据一驱动讯号，切换其中至少一个功率开关以将输入电压转换为输出电压；一驱动电路，根据该回授讯号产生一补偿讯号，并进而根据该补偿讯号产生该驱动讯号；以及一补偿电路，与该 驱动电路耦接，根据该输入电压，调整该补偿讯号，其中当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿电路使补偿讯号稳定于一默认值。
就另一观点，本发明也提供了一种切换式电源供应器的控制电路，用以控制一功率级以将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包含：一驱动电路，根据相关于该输出电压的回授讯号而产生一补偿讯号，并进而根据该补偿讯号产生该驱动讯号，以控制该功率级；以及一补偿电路，与该驱动电路耦接，根据该输入电压，调整该补偿讯号，其中当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿电路使补偿讯号稳定于一默认值。
在其中一种实施型态中，该补偿电路宜包括：一电位侦测电路，用以侦测该输入电压的电位，产生一侦测讯号；一稳压电路，用以提供一电压位准；以及一导通控制电路，耦接于该补偿讯号与该稳压电路所提供的电压位准之间，当该侦测讯号显示该输入电压的电位等于或低于该预定位准时，该导通控制电路导通，以使该补偿讯号的位准被该稳压电路所提供的位准所控制。
在一种较佳实施型态中，该电位侦测电路可包括一分压电路，耦接于该输入电压与接地电位之间；该稳压电路可包括一电容；该导通控制电路可包括一二极管，其顺向端耦接于该补偿讯号，逆向端耦接于该电位侦测电路和该稳压电路。
就又另一观点，本发明也提供了一种切换式电源供应器的控制方法，包含：根据一驱动讯号，控制一功率级以将输入电压转换为输出电压；根据一相关于该输出电压的回授讯号产生一补偿讯号，并进而根据该补偿讯号产生该驱动讯号；以及根据该输入电压，调整该补偿讯号，其中当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿电路使补偿讯号稳定于一默认值。
在其中一种实施型态中，该调整该补偿讯号的步骤宜包括：侦测该输入电压；以及当该输入电压等于或低于一预定位准时，使该补偿讯号的位准受控于一稳定电位。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A显示典型的降压型切换式电源供应器1的电路示意图；
图1B举例示出显示控制电路13的电路示意图；
图1C示出图1A中各讯号的波形；
图2A-2J标出同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型转换电路；
图3显示本发明的一个实施例；
图4显示本发明补偿电路的一个实施例；
图5标出本发明的补偿讯号Vc具有较佳的波形；
图6显示本发明的一个较具体的实施例。
图中符号说明 
1,2,3         切换式电源供应器
11,21,31      功率级
13,23,33      控制电路
131           缓冲电路
133           误差放大电路
135           比较器
231,331       驱动电路
233,333       补偿电路
2332          电位侦测电路
2334          导通控制电路
2336          稳压电路
CS            电流感测讯号
C3            电容
D1            二极管
GND           接地电位
FB            回授讯号
IL            电感电流
R1,R2,R3,R4   电阻
Q             开关
Vc            补偿讯号
VD            分压点
Vin           输入电压
Vout          输出电压
Vref          参考讯号
具体实施方式
请参阅图3，显示本发明的一个实施例。本实施例显示利用本发明的一种应用架构，如图3所示，切换式电源供应器2包含功率级21与控制电路23。其中，功率级21根据驱动讯号，切换其中至少一个功率开关以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。控制电路23根据相关于输出电压Vout的回授讯号而产生驱动讯号。与现有技术不同的是，本实施例中控制电路23除了根据回授讯号来产生驱动讯号之外，并根据输入电压Vin来调整补偿讯号Vc，以解决现有技术的问题。控制电路23包括驱动电路231与补偿电路233。驱动电路231根据回授讯号，产生补偿讯号Vc，并进而根据补偿讯号Vc产生驱动讯号，其产生方式举例而言可参阅图1B但不限于图1B的电路，例如图1B电路中的电流感测讯号CS可改换为其它形式的锯齿波讯号。补偿电路233与驱动电路231耦接，根据输入电压Vin，调整补偿讯号Vc，其中当输入电压Vin等于或低于一预定位准时，补偿电路233使补偿讯号Vc稳定于一默认值。
请参阅图4，显示本发明补偿电路233的实施例。补偿电路233中包含电位侦测电路2332、导通控制电路2334、稳压电路2336。电位侦测电路2332侦测输入电压Vin的电位，产生侦测讯号。当电位侦测电路2332侦测到输入电压Vin等于（或低于）预定位准（例如波谷或其附近值）时，侦测讯号使导通控制电路2334导通，而补偿讯号Vc便连接到稳压电路2336，使补偿讯号的位准被调整到稳压电路2336所控制的位准。如图5所示，这使得补偿讯号Vc的波谷可以稳定于稳压电路2336所控制的位准而不致如现有技术般具有噪声，且也有将补偿讯号Vc适时重置于已知值的作用。又，当输入电压Vin高于预定位准时，则导通控制电路2334不导通，而补偿讯号Vc则不受稳压电路2336所控制。
请参阅图6，显示本发明的一个较具体的实施例。如图所示，切换式电源供应器3包含功率级31与控制电路33。其中，功率级31例如但不限于为降压型功率转换电路，使得切换式电源供应器3为一种降压型切换式电源供应器，其根据驱动讯号，切换其中至少一个功率开关以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。功率级31例如亦可为图2A-2J所示的其它型式的功率转换电路。在本实施例中，控制电路33主要包括驱动电路331与补偿电路333。（图中亦绘示其它电阻和电容元件，目的仅为例示较佳的实施方式，但就本发明的主要目的而言，这些电阻和电容元件并非必要。）驱动电路331根据回授讯号FB(例如但不限于如图所示输出电压Vout的分压)，产生补偿讯号Vc，并进而根据补偿讯号Vc产生驱动讯号。补偿电路333根据输入电压Vin，调整补偿讯号Vc。如图所示，补偿电路333例如但不限于包括由两串联电阻R3与R4耦接于输入电压Vin与接地电位之间所组成的分压电路，具有电位侦测的功能；二极管D1，具有导通控制的功能；以及电容C3，具有稳压的功能。当输入电压Vin下降至一预定位准，使电阻R3与R4之间的分压点VD电位加上二极管D1的跨压等于或低于补偿讯号Vc当时的电压时，二极管D1导通，于是补偿讯号Vc便对电容C3充电，以重置补偿讯号Vc或释放补偿讯号Vc过高的电压，将补偿讯号 Vc稳定于电容C3所控制的位准（电容C3的电压加上二极管D1的跨压）；如此，就可消除补偿讯号Vc波谷附近的噪声，且也有将补偿讯号Vc适时重置的作用。又，当输入电压Vin高于预定位准时，则二极管D1不导通，而补偿讯号Vc便不受电容C3所控制。
以上图6所示的电路仅为其中一种实施方式，其中的元件可以做各种等效改变，例如电阻R3与R4所组成的分压电路可代换为其它能够侦测输入电压Vin的电位的电路；二极管D1例如可代换为其它型式的二极管；电容C3例如可代换为一个具有电流吸收能力(current sinking capability)的固定电压节点。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等；又例如放大器与比较电路的输入端正负可以互换，仅需对应修正电路的讯号处理方式即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (8)

1.一种切换式电源供应器，用以将输入电压转换为输出电压，其特征在于，所述切换式电源供应器包含：
一功率级，根据一驱动讯号，切换其中至少一个功率开关以将输入电压转换为输出电压；
一驱动电路，根据一回授讯号产生一补偿讯号，并进而根据该补偿讯号产生该驱动讯号；以及
一补偿电路，与该驱动电路耦接，根据该输入电压，调整该补偿讯号，其中当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿电路使补偿讯号稳定于一默认值；
其中，该补偿电路包括：
一电位侦测电路，用以侦测该输入电压的电位，产生一侦测讯号；
一稳压电路，用以提供一电压位准；以及
一导通控制电路，耦接于该补偿讯号与该稳压电路所提供的电压位准之间，当该侦测讯号显示该输入电压的电位等于或低于该预定位准时，该导通控制电路导通，以使该补偿讯号的位准被该稳压电路所提供的位准所控制。
2.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该电位侦测电路包括一分压电路，耦接于该输入电压与接地电位之间。
3.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该稳压电路包括一电容。
4.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该导通控制电路包括一二极管，其顺向端耦接于该补偿讯号，逆向端耦接于该电位侦测电路和该稳压电路。
5.一种切换式电源供应器的控制电路，用以控制一功率级以将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，所述控制电路包含：
一驱动电路，根据相关于该输出电压的回授讯号而产生一补偿讯号，并进而根据该补偿讯号产生该驱动讯号，以控制该功率级；以及
一补偿电路，与该驱动电路耦接，根据该输入电压，调整该补偿讯号，其中当该输入电压等于或低于一预定位准时，该补偿电路使补偿讯号稳定于一默认值；
其中，该补偿电路包括：
一电位侦测电路，用以侦测该输入电压的电位，产生一侦测讯号；
一稳压电路，用以提供一电压位准；以及
一导通控制电路，耦接于该补偿讯号与该稳压电路所提供的电压位准之间，当该侦测讯号显示该输入电压的电位等于或低于该预定位准时，该导通控制电路导通，以使该补偿讯号的位准被该稳压电路所提供的位准所控制。
6.如权利要求5所述的切换式电源供应器的控制电路，其中，该电位侦测电路包括一分压电路，耦接于该输入电压与接地电位之间。
7.如权利要求5所述的切换式电源供应器的控制电路，其中，该稳压电路包括一电容。
8.如权利要求5所述的切换式电源供应器的控制电路，其中，该导通控制电路包括一二极管，其顺向端耦接于该补偿讯号，逆向端耦接于该电位侦测电路和该稳压电路。
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