[發明專利]可提供穩定電壓輸出的切換式直流電源供應器

在審

• 申請號: 201310409657.9
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104426378A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 方證仁
• 申請（專利權）人: 巨控自動化股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;田景宜

技術領域

本發明關于一種切換式電源供應器(switched-mode?power?supply,SMPS)，尤指一種以返馳式(flyback)電源轉換器為基礎構成而不論輕重載均可維持穩定電壓輸出的電源供應器。

背景技術

切換式電源供應器或稱交換式電源供應器(SMPS)在供電系統中為廣泛運用的設備，主要利用PWM控制技術對一切換開關施加導通(ON)/關閉(OFF)信號，使該切換開關交替地導通/關閉，再配合其周邊的電源轉換電路將一輸入電源轉換為所需的直流輸出電源。

對切換式電源供應器而言，若負載為重載狀態或需要輸出一較高電壓時，提供穩定的輸出電源相對會較容易達成。若負載為輕載狀態或是需要輸出一較低電壓時，則相對較為困難。以理論上來講，只要減小PWM控制信號的工作周期(duty?cycle)，即可產生低輸出電壓，例如由圖11A所示的較大工作周期減小為圖11B所示的較小工作周期，但實務上當工作周期越來越小時，PWM控制信號會變得相當微弱，若相當接近系統雜訊時，即難以穩定維持該PWM控制信號，輸出電壓亦隨的產生浮動。此外，該切換開關本身的最小導通時間仍是有一定的限制值，當工作周期小于該限制值，仍無法理想控制。

目前市面上的切換式電源供應器若要提供低輸出電壓時，所使用的控制技術包含以下兩種:

頻率調降法：如圖12A所示，當負載為重載或是高壓輸出時，以較高的切換頻率控制該切換開關；如圖12B所示，當負載為輕載或是低壓輸出時，改為以較低的切換頻率控制該切換開關。但是利用此方法進行控制時，當切換頻率降低至音頻范圍時(低于20KHz)，即會產生機械噪音問題，因此，為避免產生擾人的機械噪音問題，輸出電壓仍無法控制在極低的范圍。

脈沖叢集模式法(burst?mode)：請參考圖13A所示，當負載為輕載或是低壓輸出時，以脈沖叢集模式控制切換開關，即刻意忽略數個周期而使切換開關完全不動作，只在較短的時段內以脈沖叢集信號驅動切換開關。雖然脈沖信號的頻率不變，但以長時間的角度觀察脈沖叢集信號的包絡線(envelope?curve)，如圖13B所示，由包絡線所形成的信號頻率會變的更低，導致切換式電源供應器內部的儲能元件發出機械噪音。

發明內容

為解決現有切換式電源供應器無法在輕載或低電壓輸出的狀態輸出穩定電壓的技術問題，本發明提供一種可線性地控制輸出電壓介于一極低的最小輸出電壓(Vmin)及一預設的較高輸出電壓(Vmax)，令輸出端不論是高低壓輸出或輕重載狀態，均可維持有相同的切換頻率(switching?frequency)及穩定的輸出電壓。

解決上述技術問題所采用的技術方案是提供一種可提供穩定電壓輸出的切換式直流電源供應器，包含：

一變壓器，其一次側具有一激磁線圈及一副輸出線圈，該激磁線圈的第一端連接一輸入電源及一輸入電容，該變壓器二次側具有一主輸出線圈；

一一次側開關，系串聯在該變壓器的激磁線圈與接地之間；

其中，Vs、Va各別代表主輸出線圈及副輸出線圈的電壓，Ns、Na各別代表主輸出線圈及副輸出線圈的匝數；

一主動式減震電路，包含第一二極管至第三二極管、一減震電路儲能電容、一儲能電感與一減震電路開關，其中：

該第二二極管、該儲能電感及第三二極管依序自接地順向串聯到該輸入電源；

該減震電路儲能電容的一端連接在該第三二極管與儲能電感的串接節點，另一端經由該第一二極管連接到該一次側開關與激磁線圈之串接節點；

該減震電路開關的一端連接在減震電路儲能電容與第一二極管之間的節點，另一端連接至接地；

一一次側PWM控制器，系分別連接該減震電路開關及該一次側開關，以分別輸出一第一驅動信號與一第二驅動信號給減震電路開關及一次側開關；

一副輸出線圈，設在該變壓器的一次側，系經由一副輸出二極管連接到該一次側反饋相位補償電路，該副輸出二極管的陰極與接地之間連接一副輸出儲能電容；

一二次側開關，其一端經由一輸出二極管連接到該主輸出線圈的一端，該二次側開關的另一端連接一輸出端；

一二次側反饋相位補償電路，系接收該輸出端上的一輸出電壓及一外部的設定指令，并將輸出電壓及設定指令進行比較；

一二次側PWM控制器，系接收該二次側反饋相位補償電路之比較結果，并輸出一個二次側開關驅動信號以控制該二次側開關；

一同步電路，連接該二次側的主輸出線圈以檢測主輸出線圈上的電壓變化而提供一同步信號至該二次側PWM控制器。