專利名稱：具有負載補償?shù)碾娫垂芾砥饕约翱刂品椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關式電源供應器以及相關的控制方法。
背景技術：
—般的電源供應器需要在輸出電源點提供一穩(wěn)定的輸出電壓給一負載。輸出電壓的檢測與比較，往往通過一些直接連接在次級側的輸出電源點的檢測元件，像是分壓電阻、LT431等，來實現(xiàn)。其比較結果，可能通過一光耦合器，傳遞到位于初級側的電源控制器。這樣的控制方式一般稱為次級側控制(secondary side control)。為了節(jié)省連接在次級側點的檢測元件以及其操作所需要的電能，所以產(chǎn)生了初級側控制(primary side control)。初級側控制把檢測次級側的輸出電壓的工作,通過電感耦合的原理，在初級側完成。圖1顯示一種采用初級側控制的電源供應器8。電源供應器8采用回掃式架構(flyback) 10。回掃式架構10是一種隔離架構，其以變壓器(具有初級側繞組PRM、次級側繞組SEC以及輔助繞組AUX)來隔離初級側與次級側。電源管理器18通過功率開關15控制變壓器的充放電能。當變壓器放電時，次級側繞組SEC對輸出電源點OUT供電，輔助繞組AUX對操作電源點VCC供電，且因為電感耦合，次級側繞組SEC的跨壓Vsk會與輔助繞組AUX的跨壓Vaux大約為一定比例。電源管理器18通過反饋點FB、分壓電阻13與14，來檢測輔助繞組AUX的跨壓Vaux，等同檢測次級側繞組SEC的跨壓VSE。，也大致等同檢測輸出電源點OUT的輸出電壓VQUT。依據(jù)反饋點FB上的反饋電壓VFB，電源管理器18決定補償點COM上的補償電壓Vot，然后據(jù)以控制功率開關的開啟時間Tw或是關閉時間Τ_。簡而言之，初級側控制是控制輔助繞組AUX的跨壓VAUX，來達到控制輸出電壓Vtot的目的。圖1的初級側控制可能有輸出電壓Vqut隨負載20輕重而改變的問題。因為輸出電源點OUT到次級側繞組SEC之間的寄生電阻與壓降，所以輸出電壓Vott會些許小于跨壓Vse。,其差距會隨著負載電流Itot增大而增大。換言之，如果希望獲得一個固定不隨負載電流I0UT改變的輸出電壓Votjt，跨壓Vsk的目標電壓，等同于跨壓Vaux的另一個目標電壓，就應該隨著負載20所汲取的負載電流Iotit增加而增加。這樣的控制方法,稱為負載補償。負載補償引入了一個正回饋回圈(positive feedback loop)。依據(jù)負載補償,愈重的負載20，產(chǎn)生愈大的負載電流IOTT，所以需要愈高的目標電壓。而越高的目標電壓，對于相同的負載而言，需要有更多的負載電流Iot來支撐。如同本領域所知，正回饋回圈容易導致震蕩，這是在采用負載補償時，應該要想辦法避免的。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種負載補償?shù)目刂品椒?，適用于一電源供應器，用以對一負載供電。該控制方法包含有提供一負載信號，大致對應該電源供應器對該負載所提供的一輸出功率；對該負載信號進行低通處理，以產(chǎn)生一負載補償信號；通過一反饋點，提供一反饋電壓，該反饋點耦接至該電感元件；以及，依據(jù)該反饋電壓，控制該輸出功率，以使該電感元件的一跨壓朝該目標電壓逼近。當該負載補償信號越高時，該目標電壓越高。一種具有負載補償?shù)碾娫垂芾砥鳎m用于控制一電源供應器，用以對一負載供電，該電源管理器包含有一轉換器以及一控制電路。該轉換器具有一第一點接收一負載信號，以及一第二點輸出一負載補償信號。該轉換器將該負載信號轉換成該負載補償信號。該負載信號大致對應該電源供應器對該負載所提供的一輸出功率。該轉換器具有一低通濾波器，稱接于該第一點與該第二點之間。該控制電路，通過一反饋點稱接至一電感元件，并依據(jù)該反饋點所提供的一反饋電壓以及一預設電壓，控制該輸出功率，以使一電感元件的一跨壓朝一目標電壓逼近。該負載補償信號越大，該目標電壓越高。


圖1顯示一種采用初級側控制的電源供應器。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明實施的一電源管理器。圖3顯示圖2中的一峰值檢測器以及一電壓電流轉換器。圖4舉例圖2中的一低通濾波器。圖5，由上而下，依序顯示圖2中的反饋電壓Vfbin、信號Sen、斜坡信號Ssc、峰值信號Vcs-p、以及負載補償電流1-MfSrt。附圖符號說明8電源供應器10 回掃式架構13、14分壓電阻15 功率開關18電源管理器20 負載30 電源管理器32 SR 寄存器34電路36分壓電路38電路40 取樣器42 峰值檢測器44 轉換器60低通濾波器62 負載補償控制電路63電流鏡64電壓電流轉換器66、68 NMOS70比較器AUX 輔助繞組COM 補償點
COMI限制點CS電流檢測點FB反饋點FBIN點GATE閘點1-0ffSet 負載補償電流Ios電流Iout負載電流Ipkm電流OUT電源點PRM初級側繞組SEC次級側繞組Sen信號Ssc斜坡信號Ssh取樣信號 tE、ts時間點Toff關閉時間Ton開啟時間Tsc緩補償時間Vaux跨壓VAUX_TAE目標電壓Vcom補償電壓Vcomi限制電壓Vcs電流檢測信號VCS_P峰值信號Vfb反饋電壓Vfbin反饋電壓Vout輸出電壓Veef預設值Vsec跨壓VSEC_TAE目標電壓Vtaeo預設電壓
具體實施例方式以下將以使用于圖1中的電源供應器8的電源管理器做為實施例。但是，本發(fā)明并不局限于適用于如同圖1的隔離架構，也可以適用于非隔離架構。舉例來說，在閱讀過本說明書之后，本領域的技術人員也可以推知本發(fā)明也可以適用于一升壓器(booster)。圖2顯示依據(jù)本發(fā)明實施的電源管理器30，可以使用于圖1中的電源管理器18。電路34決定一開啟時間Tw的起點。舉例來說，電路34通過反饋點FB可以檢測到變壓器的放電完畢時間點，進而設置(set)SR寄存器(SR register) 32，開啟功率開關15，使之短路(short circuit)。電路38大致決定一關閉時間Ttw的起點。舉例來說，補償點COM上的補償電壓Vcom,經(jīng)過分壓電路36后，在限制點COMI上產(chǎn)生限制電壓Voti。當電流檢測點CS上的電流檢測信號Ves高過限制電壓νωΜΙ時，電路38重設(reset) SR寄存器32，關閉功率開關15，使之開路(open circuit)。所以，限制電壓Vcxill大約決定了電流檢測信號Ves的峰值。峰值檢測器42檢測電流檢測信號Vcs的峰值，以產(chǎn)生峰值信號VCS_P。峰值信號Ves_P對應的是流過初級側繞組PRM的電流Ipkm的電流峰值。因此，峰值信號VCS_P大約對應圖1的電源供應器8對負載20的輸出功率，也就是對應到當時的負載程度。變壓器的一放電時間(discharge time)中，短脈沖(short pulse)的取樣信號Ssh可以使取樣器40對反饋點FB上的反饋電壓Vfb進行取樣，在點FBIN上產(chǎn)生反饋電壓VFBIN。而反饋電壓Vfbin與預設電壓Vtakci比較后，控制補償電壓Vot的增加或是減少。在電源管理器30到達輸出電壓Vtot大致穩(wěn)定時，補償電壓Vot應該維持不變，反饋電壓Vfbin與預設電·壓VTARCi相等。轉換器44將峰值信號Ves_P轉換成負載補償電流1-MfSet。轉換器44中有電壓電流轉換器64以及低通濾波器60。電壓電流轉換器把峰值信號νβ_Ρ轉換成相對應的電流低通濾波器60執(zhí)行低通濾波，產(chǎn)生負載補償電流I_MfSrt。稍后將舉例說明電壓電流轉換器64以及低通濾波器60。請參照圖1與圖2，負載補償電流I_MfSet從反饋點FB汲取一偏差電流。電源管理器30會使圖1中的電源供應器8中，在放電時的輔助繞組AUX跨壓VAUX，朝一目標電壓VAUX_TAK逼近；相對的，也是使在放電時的次級側繞組SEC跨壓Vsrc朝另一個目標電壓VSEC_TAK逼近。目標電壓VAUX_TAK與目標電壓VSK_TAK的比例會是輔助繞組AUX與次級側繞組SEC的圈數(shù)比。目標電壓VAUX_TAK以及負載補償電流I_MfSet需要符合以下公式⑴。Vfb — Vaux^ar5I=R13/ (Rl3+Rl4) _I_QffSet*Rl3*Rl4/ (尺13+尺14)Vfb — Vfbin — VtaeoVaux-TAR — I_0ffSet*Rl4+VTAR0* (Rl3+Rl4)/Rl3......⑴R13與R14分別表示電阻13與14的阻值。從公式⑴中可以發(fā)現(xiàn)，當負載補償電流1-OffSet越聞時，目標電壓VAUX_TAR也就越聞，目標電壓VSEC；_TAR也越聞。在輸出電壓Vmjt大致穩(wěn)定時，電源供應器8提供一穩(wěn)定的輸出功率,所以峰值信號Vcs_p大約維持固定。此時，峰值信號Ves_P也對應到電流Ire以及負載補償電流I_MfSrt。而負載補償電流1-MfSrt越高，目標電壓VSK_TAK也越高。所以在輸出電Svtm大致穩(wěn)定時，輸出功率越高，目標電壓VSK_TAK也越高，達到了負載補償?shù)哪康摹．斴敵鲭妷篤qut還沒有穩(wěn)定時，峰值信號VCS_P也許變化很快，而圖2中的低通濾波器60可以限制負載補償電流I_MfSrt的變化速度。只要一正回饋回圈中的一信號的變化速度被限制了，就可能可以減少或是消滅正回饋回圈可能導致的震蕩的可能性。因此，低通濾波器60可能減小或是消滅負載補償所導致的震蕩的可能性。圖3顯示圖2中的峰值檢測器42以及電壓電流轉換器64。當功率開關15被從導通變成關閉時，峰值檢測器42中的開關也從導通變成關閉，所以電容上的峰值信號ν&Ρ，將大約會是電流檢測信號Vra的峰值。電壓電流轉換器64中具有一運算放大器、一 NMOS晶體管、以及電流鏡(current mirror)63,其操作原理為本領域技術人員可推知,不再重述。電壓電流轉換器64可以使電流Iffi大約與峰值信號VCS_P等比例。圖4舉例圖2中的低通濾波器60。隨著在閘點GATE上信號VeATE的切換，開關式低通濾波器61會使NMOS 66的柵極電壓，慢慢的追隨NM0S68的柵極電壓。當兩柵極電壓相同時，NMOS 66與68就構成了一個電流鏡(current mirror)。在圖2的實施例中，峰值信號Ves_P作為輸出功率的指標，來產(chǎn)生負載補償電流Ι-Offset^在另一個實施例中，可以以補償電壓Vot作為輸出功率的指標，據(jù)以產(chǎn)生電流Ire以及負載補償電流I_MfSrt。在輕載或是無載開機的過程中，電源管理器一開始會認定當下的負載為重載。如果此時負載補償馬上就實施，目標電壓VSK_TAK以及目標電壓乂皿—^都會非常的高。如此，很·容易就會使得輸出電壓Vmjt過沖(over shoot),而延后了輸出電壓Vmjt達到穩(wěn)定的時間點。圖2中的比較器70以及負載補償控制電路62可以解決開機時輸出電壓Vqut可能過沖的問題?；旧蟻碚f，在開機一開始時，比較器70以及負載補償控制電路62沒有實施負載補償。直等到輸出電壓Vtot到一定程度時，或是快到所希望的穩(wěn)定電壓時，才漸漸地引入負載補償?shù)男ЧＵ埧磮D5，由上而下，依序顯示圖2中的反饋電壓Vfbin、信號Sen、斜坡信號Ssc、峰值信號Vcs-P、以及負載補償電流I_MfSrt。反饋電壓Vfbin等于變壓器放電時的反饋電壓VFB，也大致可以視為對應到輸出電壓V·。在時間點ts之前，峰值信號Ves_P大致維持在一最大值，反饋電壓Vfbin隨著輸出電壓Vot上升而上升。此時，因為反饋電壓Vfbin小于預設值Vkef，所以信號Sen為邏輯上的0，斜坡信號Ss。維持在0V，而負載補償電流1-MfSrt被強制為0，沒有實施負載補償。在時間點ts時，反饋電壓Vfbin高過預設值Vkef，信號Sen邏輯值轉為1，斜坡信號Sse開始緩緩的上升，也導致了負載補償電流I_MfSrt緩緩的增加。換言之，負載補償漸漸地被引入。這一段斜坡信號Sse的時間,稱為緩補償時間Ts。。在時間點tE之后，斜坡信號Ss。到達最高點，負載補償就完整的被引入，負載補償電流受控于峰值信號νβ_Ρ。 在圖2中，負載補償控制電路62是通過電壓電流轉換器64以及低通濾波器60，才影響到負載補償電流I_MfSrt。在另一個實施例中，負載補償控制電路62直接控制低通濾波器60，也就是他們之間沒有電壓電流轉換器64。在一實施例中，預設值Vkef很接近,但是低于預設電壓Vtakci,如同圖5所示。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明的權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種負載補償?shù)目刂品椒?，適用于一電源供應器，用以對一負載供電，該控制方法包含有 提供一負載信號，大致對應該電源供應器對該負載所提供的一輸出功率； 對該負載信號進行低通處理，以產(chǎn)生一負載補償信號； 通過一反饋點，提供一反饋電壓，該反饋點稱接至該電感元件；以及 依據(jù)該反饋電壓，控制該輸出功率，以使該電感元件的一跨壓朝該目標電壓逼近； 其中，當該負載補償信號越高時，該目標電壓越高。
2.如權利要求1所述的控制方法，其中，該電源供應器具有一初級側繞組，該控制方法包含有 檢測流經(jīng)該初級側繞組的電流；以及 檢測流經(jīng)該初級側繞組的電流峰值，作為該負載信號。
3.如權利要求1所述的控制方法，其中，該負載補償信號為從該反饋點汲取的一偏差電流，該反饋點通過一電阻耦接至該電感元件，控制該輸出功率的方法包含有 比較該反饋電壓以及一固定的參考電壓，以控制該輸出功率。
4.如權利要求1所述的控制方法，其中，對該負載信號進行低通處理的步驟，包含有 提供一開關式低通濾波器，來進行低通處理。
5.如權利要求1所述的控制方法，該控制方法還包含有 比較該反饋電壓以及一預設值；以及 當該反饋電壓低于該預設值時，強制使該負載補償信號為O。
6.如權利要求5所述的控制方法，還包含有 于該跨壓高于該預設值后的一緩補償時間內，使該負載補償信號漸漸地增加。
7.一種具有負載補償?shù)碾娫垂芾砥?，適用于控制一電源供應器，用以對一負載供電，該電源管理器包含有 一轉換器，具有一第一點接收一負載信號，以及一第二點輸出一負載補償信號，用以將該負載信號轉換成該負載補償信號，其中，該負載信號大致對應該電源供應器對該負載所提供的一輸出功率，該轉換器具有一低通濾波器，耦接于該第一點與該第二點之間；以及一控制電路，通過一反饋點耦接至一電感元件，并依據(jù)該反饋點所提供的一反饋電壓以及一預設電壓，控制該輸出功率，以使一電感元件的一跨壓朝一目標電壓逼近； 其中，該負載補償信號越大，該目標電壓越高。
8.如權利要求7所述的電源管理器，其中，該轉換器包含有 一電壓電流轉換器，耦接于該第一點與該低通濾波器之間，用以將該負載信號轉換成一第一電流信號； 其中，該低通濾波器接收該第一電流信號，產(chǎn)生一被低通濾波過后的一第二電流信號，作為該負載補償信號。
9.如權利要求7所述的電源管理器，其中，該負載補償信號從該反饋點汲取一偏差電流，該反饋點通過一電阻稱接至一電感元件，該控制電路包含有 一取樣器，用以取樣于該反饋點上的一反饋電壓，以產(chǎn)生一輸入電壓；以及 一比較器，比較該輸入電壓以及一第一參考電壓，用以調整一補償電壓。
10.如權利要求7所述的電源管理器，其中，該低通濾波器為一開關式低通濾波器。
11.如權利要求7所述的電源管理器，其中，該電源管理器還包含有 一比較器，比較該反饋電壓以及一預設值；以及 一負載補償控制電路，耦接至該轉換器，當該反饋電壓低于該預設值時，強制使該負載補償信號為O。
12.如權利要求11所述的電源管理器，其中，在該反饋電壓高于該預設值后的一緩補償時間內，該負載補償控制電路使該負載補償信號漸漸地增加。
全文摘要
具有負載補償?shù)碾娫垂芾砥饕约翱刂品椒?，適用于控制一電源供應器，用以對一負載供電。該電源管理器包含有一轉換器以及一控制電路。該轉換器具有一第一點接收一負載信號，以及一第二點輸出一負載補償信號。該轉換器將該負載信號轉換成該負載補償信號。該負載信號大致對應該電源供應器對該負載所提供的一輸出功率。該轉換器具有一低通濾波器，耦接于該第一點與該第二點之間。該控制電路，通過一反饋點耦接至一電感元件，并依據(jù)該反饋點所提供的一反饋電壓以及一預設電壓，控制該輸出功率，以使一電感元件的一跨壓朝一目標電壓逼近。該負載補償信號越大，該目標電壓越高。
文檔編號H02M3/335GK103001495SQ20111026862
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2011年9月13日
發(fā)明者沈逸倫, 陳仁義, 黃于蕓 申請人:通嘉科技股份有限公司