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TWI387194B - 減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法 - Google Patents

減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法 Download PDF

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Description

減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法
本發明係有關一種電源轉換器，特別是關於一種減少返馳式電源轉換器(flyback power converter)之待機功耗的裝置及方法。
如圖1所示，常用於電源供應器的返馳式電源轉換器包含變壓器Tx連接在一次側電路10和二次側電路12之間，一次側電路10藉控制器14切換功率開關16而控制變壓器Tx的一次側電流，當功率開關16截止時變壓器Tx的能量傳送至二次側，因而對電容C充電，進而供應電流Io給負載，輸出回授電路18(例如本實施例的光耦合器)提供輸出回授，穩壓器(shunt regulator)20的陰極K連接光耦合器18，以控制發光二極體的電流Id，電阻R1和R2串聯在返馳式電源轉換器的輸出端Vo和接地端之間，且電阻R2的一端連接穩壓器20的參考端R，因而尺度化返馳式電源轉換器的輸出電壓
Vo=VR×((R1+R2)/R2)=VR×(1+(R1/R2))，　公式1
其中VR為穩壓器20提供的參考電壓。假設光耦合器18中發光二極體的兩端與返馳式電源轉換器的輸出端Vo之間的電阻分別為R3及R4，則從輸出端Vo流到光耦合器18的發光二極體電流
Id=(Vo-(VK+1.1))/R3　公式2
從輸出端Vo流到偏壓點K的偏壓電流
Ibias=(Vo-VK)/R4　公式3
從輸出端Vo流到電阻R1和R2的分壓器電流
Ir=Vo/(R1+R2)。　公式4
當系統進入待機模式後，雖然負載電流Io降到很低，但是返馳式電源轉換器的輸出電壓Vo仍然維持不變，因此，從公式2到公式4可知，電流Id、Ibias和Ir和正常工作時是一樣的，也就是說，光耦合器18、穩壓器20及電阻R1、R2、R3、R4還是有很大的功率消耗，造成返馳式電源轉換器在待機時的損耗過多。
本發明的目的之一，在於提出一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法。
根據本發明，一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法，藉由切換穩壓器提供的參考電壓，降低該返馳式電源轉換器的待機電壓，因而減少輸出回授電路、該穩壓器及分壓電阻在待機時之功率消耗。
根據本發明，一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置及方法，藉由切換該返馳式電源轉換器之穩壓器的分壓電阻比值，降低該返馳式電源轉換器的待機電壓，因而減少輸出回授電路、該穩壓器及分壓電阻在待機時之功率消耗。
圖2係第一實施例的示意圖，其仍然使用圖1的電路架構，只是增加開關-電阻網路並聯到電阻R1。此開關-電阻網路包含串聯的開關SW及電阻R5，開關SW受休眠訊號S1控制。電阻R1與開關-電阻網路的組合具有等效電阻Req，因此輸出電壓
Vo=VR×((Req+R2)/R2)=VR×(1+(Req/R2))。　公式5
輸出電壓Vo對參考電壓VR的比值由等效電阻Req與電阻R2組成的分壓器的分壓比決定。在正常工作時，開關SW是開路的，因此Req=R1。系統進入待機模式後，休眠訊號S1使開關SW閉路，因此電阻R5並聯電阻R1，等效電阻Req變小了。
從公式5可知，當Req變小，輸出電壓Vo也會變小。
從公式2和公式3可知，當Vo變小，電流Id和Ibias都會變小，也就是說，光耦合器18、穩壓器20及電阻R3、R4的功耗都變小了。又
Ir=VR/R2　公式6
維持不變，但是Req變小，因此等效電阻Req的功耗也變小了。
基於相同的原理，可以改為將開關-電阻網路與電阻R2並聯，並將開關SW的控制訊號改為休眠訊號S1的反相訊號/S1，成為圖3的實施例。在正常工作下，開關SW是閉路的，而在待機時，開關SW是開路的，因此電阻R2與開關-電阻網路組合的等效電阻Req在待機時比較大。公式5可以改寫為
Vo=VR×((Req+R2)/R2)=VR×(1+(R1/Req))。　公式7
因為參考電壓VR固定，所以待機時的輸出電壓Vo會因為Req變大而變小，導致Id、Ibias和Ir全部變小，也就是說，光耦合器18、穩壓器20及電阻R1、R2、R3、R4的功耗全部都減少了。
上述兩個實施例係藉切換分壓器電阻的阻值來改變輸出電壓Vo對參考電壓VR的比值，以降低待機電壓Vo_standby，圖4的實施例則是藉切換穩壓器20的參考電壓VR來降低待機電壓Vo_standby。在此實施例中，穩壓器包含雙極性接面電晶體(BJT)22及運算放大器24。BJT 22的集極和射極分別為穩壓器的陰極K和陽極A，基極連接運算放大器24的輸出端，運算放大器24的正輸入端為穩壓器的參考端R，負輸入端連接串聯的電壓源V1及V2。開關SW並聯電壓源V2，受休眠訊號S1控制。在正常工作時，開關SW斷路，因此運算放大器24的參考電壓為V1+V2，參考端R的電壓VR等於V1+V2。當系統進入休眠模式後，休眠訊號S1使開關SW閉路，因此運算放大器24的參考電壓VR降為V1。從公式1可知，參考電壓VR降低會導致返馳式電源轉換器的輸出電壓Vo跟著降低。在其他實施例中，僅使用電壓源V2，因此待機時的參考電壓VR等於零，待機電壓Vo_standby為零，待機功耗會更低。在變化的實施例中，可將開關SW改為並聯到電壓源V1。
如果系統本身沒有休眠訊號S1可以使用，則可採用圖5的實施例來產生，其係在負載電流Io的路徑上串聯電流感測電阻Rs，並將其產生的電流感測電壓Vcs提供給比較器26，與參考電壓Vref比較，產生休眠訊號S1，或再經反相器28產生其反相訊號/S1。參考電壓Vref為負值，當正常工作時，負載電流Io大，電流感測電壓Vcs低於參考電壓Vref，因此休眠訊號S1為低準位。在進入休眠模式後，負載電流Io變小，導致電流感測電壓Vcs高於參考電壓Vref，因此休眠訊號S1為高準位。
圖6係休眠訊號S1與輸出電壓Vo的時序圖，在正常工作期間，休眠訊號S1處於低準位，輸出電壓Vo維持在正常值Vo_normal。在進入休眠模式後，休眠訊號S1切換到高準位，因此輸出電壓Vo降到待機電壓Vo_standby。在某些應用中，待機電壓Vo_standby為零。在某些其他應用中，待機電壓Vo_standby維持足以供某些裝置操作的準位。例如在顯示器應用中，影像控制器(scalar)須維持運作，以便提供下一次喚醒系統的指令，因此待機電壓Vo_standby的準位要能維持影像控制器的運作。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．一次側電路
12．．．二次側電路
14．．．控制器
16．．．功率開關
18．．．光耦合器
20．．．穩壓器
22．．．BJT
24．．．運算放大器
26．．．比較器
28．．．反相器
圖1係習知的返馳式電源轉換器的示意圖；
圖2係根據本發明的第一實施例；
圖3係根據本發明的第二實施例；
圖4係根據本發明的第三實施例；
圖5係提供休眠訊號的實施例；以及
圖6係休眠訊號與輸出電壓的時序圖。
12．．．二次側電路
18．．．光耦合器
20．．．穩壓器

Claims (8)

  1. 一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置，該返馳式電源轉換器含有電容連接在輸出端及接地端之間以供應負載電流，以及輸出回授電路提供輸出回授，該裝置包括：穩壓器，連接該輸出回授電路，且提供參考電壓；分壓器，連接該輸出端及該穩壓器，根據分壓比決定該輸出端的電壓；開關-電阻網路，並聯該分壓器中的電阻，受休眠訊號控制而切換該分壓比；電流感測電阻，串聯在該負載電流的路徑上，根據該負載電流產生電流感測電壓；以及比較器，比較該電流感測電壓與該參考電壓以產生該休眠訊號。
  2. 如請求項1之裝置，其中該穩壓器包括：雙極性接面電晶體，具有集極連接該輸出回授電路；以及運算放大器，具有正輸入端連接該分壓器，負輸入端連接電壓源，以及輸出端連接該雙極性接面電晶體的基極。
  3. 一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的裝置，該返馳式電源轉換器含有電容連接在輸出端及接地端之間以供應負載電流，以及輸出回授電路提供輸出回授，該裝置包括：穩壓器，連接該輸出回授電路，且提供參考電壓；以及分壓器，連接該輸出端及該穩壓器，根據分壓比決定該輸出端的電壓；其中，該穩壓器受休眠訊號控制而切換該參考電壓。
  4. 如請求項3之裝置，更包括：電流感測電阻，串聯在該負載電流的路徑上，以產生電流感測電壓；以及比較器，比較該電流感測電壓與該參考電壓以產生該休眠訊號。
  5. 如請求項3之裝置，其中該穩壓器包括：雙極性接面電晶體，具有集極連接該輸出回授電路；運算放大器，具有正輸入端連接該分壓器，負輸入端連接電壓源，以及輸出端連接該雙極性接面電晶體的基極；以及開關，受該休眠訊號切換而旁通該電壓源。
  6. 一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的方法，該返馳式電源轉換器含有電容連接在輸出端及接地端之間以供應負載電流，以及輸出回授電路提供輸出回授，該方法包括：提供參考電壓；根據分壓比，從該參考電壓決定該輸出端的電壓；因應休眠訊號而切換該分壓比；根據該負載電流產生電流感測電壓；以及比較該電流感測電壓與參考電壓以產生該休眠訊號。
  7. 一種減少返馳式電源轉換器之待機功耗的方法，該返馳式電源轉換器含有電容連接在輸出端及接地端之間以供應負載電流，以及輸出回授電路提供輸出回授，該方法包括：提供參考電壓；根據分壓比，從該參考電壓決定該輸出端的電壓；以及 因應休眠訊號而切換該參考電壓。
  8. 如請求項7之方法，更包括：根據該負載電流產生電流感測電壓；以及比較該電流感測電壓與該參考電壓以產生該休眠訊號。
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