專利名稱：自發(fā)開關(guān)模式電源之開關(guān)操作方法及自發(fā)開關(guān)模式電源之開關(guān)驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種自發(fā)(free-running)或類共振(quasi-resonant)開關(guān)模式電源之開關(guān)操作方法，如申請專利范圍第1項前言所述之特征，以及，本發(fā)明系有關(guān)于一種自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源之開關(guān)驅(qū)動電路，如申請專利范圍第14項前言所述之特征。
背景技術(shù)：
自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源已經(jīng)問世多年，用以將直流(DC)電壓供應(yīng)至各種負(fù)載裝置，諸如計算機(jī)、監(jiān)視器、電視、或類似裝置。這類開關(guān)模式電源的基本設(shè)計及操作模式，舉例來說，可以參考德國專利號碼DE 197 32 169 A1。另外，集成電路通常則可以用來操作其開關(guān)，進(jìn)而控制這類電源單元的功率消耗，其包括TDA4605或TDA 16846類型的驅(qū)動模塊，亦可以由本發(fā)明申請人提供。
為了協(xié)助了解本發(fā)明，其將會利用下文進(jìn)行詳細(xì)說明，習(xí)知自發(fā)(free-running)返馳轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源的基本設(shè)計及基本操作方法將會配合第1圖及第2圖，首先進(jìn)行詳細(xì)說明。
這個開關(guān)模式電源具有輸入端點EK1、EK2，用以施加整流過的輸入電壓Uin；及具有輸出端點AK1、AK2，用以提供負(fù)載裝置的輸出電壓Uout。變壓器Tr則是用來將輸入電壓Uin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uout，其中，變壓器Tr的主要線圈Lp會串連于輸入端點EK1、EK2間的半導(dǎo)體開關(guān)T1，變壓器Tr的次要線圈Ls則會經(jīng)由整流電路GL連接至輸出端點AK1、AK2。在這種返馳轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源中，主要線圈Lp會在開關(guān)T1封閉時，由輸入電壓Uin流進(jìn)能量、并在開關(guān)T1再次封閉時，將能量經(jīng)由次要線圈Ls及整流電路GL釋放至負(fù)載裝置。
這類電源單元的主要目的乃是將輸出電壓Uout大致維持不變，無論負(fù)載裝置的功率消耗是否出現(xiàn)波動。另外，控制回路乃是用來控制這個輸出電壓Uout或這個開關(guān)模式電源的電壓消耗，其具有由這個輸出電壓Uout推導(dǎo)出來的控制信號RS、并且掌管這個開關(guān)模式電源的功率消耗。這個控制信號RS會施加至驅(qū)動電路IC，藉以提供驅(qū)動信號AS，進(jìn)而利用時脈方式操作其開關(guān)T1。
這個驅(qū)動信號AS會具有序列的驅(qū)動脈沖，其中，各個驅(qū)動脈沖的時間周期(也就是說，這個開關(guān)T1的開啟時間)會取決于這個驅(qū)動信號AS、并隨著這個負(fù)載裝置的功率消耗增加而增加，藉以使這個輸出電壓Uout維持不變。在自發(fā)(free-running)/類共振(quasi-resonant)開關(guān)模式電源中，這個開關(guān)T1的關(guān)閉時間乃是利用這個主要線圈Lp釋放先前儲存能量至這個次要線圈Ls、并因而去磁(demagnetized)的時間掌管。這類主要線圈Lp的磁化狀態(tài)乃是利用輔助線圈Lh偵測，其將會耦接至這個主要線圈Lp、并同樣地耦接至這個驅(qū)動電路IC。
舉例來說，第2圖乃是表示這個主要線圈Lp的驅(qū)動信號AS、功率消耗Pin、磁化狀態(tài)M的時間波形，其中，各種例子的信號波形會在左手邊表示這個控制信號RS的第一數(shù)值、并在手邊表示這個控制信號RS的第二數(shù)值。其中，第一控制信號數(shù)值RS會產(chǎn)生長度ton1的開啟周期、而第二控制信號數(shù)值則會得到長度ton2的開啟周期。
當(dāng)開關(guān)T1關(guān)閉時，各種例子的輸入電流Iin會由零開始線性增加。功率消耗Pin會正比于流進(jìn)電流、并具有第2圖所示的斜面(ramp)波形，假設(shè)這個輸入電壓Uin是維持不變的。利用對應(yīng)的方式，磁化M將會在開啟后線性增加、并在關(guān)閉后再度線性下降(在時間周期toff1、toff2期間)，而這個開關(guān)T1則會在磁化降低至零的時候再度開啟。在這種例子中，去磁時間會正比于磁化時間。
驅(qū)動周期T、T’乃是利用兩連續(xù)開啟脈沖的起點間的時間周期掌管。這個開關(guān)模式電源的消耗能量會正比于功率消耗Pin曲線下的面積、且正比于磁化M曲線下的面積。平均消耗功率則是經(jīng)由各個驅(qū)動周期的消耗能量得到。假設(shè)這個輸入電壓Uin會在數(shù)個驅(qū)動周期內(nèi)維持不變，則這個平均功率位準(zhǔn)將會正比于開啟周期ton1、ton2，并因而正比于這個控制信號RS。
相對于具有固定時脈的開關(guān)模式電源的情況中，自發(fā)(free-running)/類共振(quasi-resonant)開關(guān)模式電源的實時開關(guān)頻率會隨著這個負(fù)載裝置的功率消耗變動，其中，功率消耗的相關(guān)信息會經(jīng)由這個控制信號回饋給這個開關(guān)T1的驅(qū)動電路。因此，自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源將會特別適用于電視(其中，由于經(jīng)常變化的畫面信息及動態(tài)范圍的語音信號，這個負(fù)載裝置的功率消耗亦會經(jīng)常變動)，藉以使這個電源單元的開關(guān)頻率可以連續(xù)變動、且這個開關(guān)模式電源對于窄頻接收電路(諸如調(diào)諧器等等)的電磁干擾亦僅會作用極短時間，而不致干擾到這個畫面。
自發(fā)(free-running)返馳轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式電源的另一個好處是高效率。因此，這種電源已經(jīng)逐漸應(yīng)用在密閉塑料外殼的微型電源單元，因為這類塑料外殼所能夠釋放的最大熱能均有嚴(yán)格限制。在這類負(fù)載裝置(諸如筆記型計算機(jī)、平面屏幕、充電器、及電子音樂設(shè)備)的例子中，功率消耗可能會在長時間周期內(nèi)維持不變，其表示這個開關(guān)電源的操作頻率亦必須在長時間周期內(nèi)對應(yīng)地維持不變。然而，這樣卻可能會在特定頻道產(chǎn)生高位準(zhǔn)的尖波(peak)，其將會需要應(yīng)用額外的壓制濾波器，藉以使這個尖波(peak)不會超過釋放電磁干擾的最大可允許數(shù)值。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的便是提供一種開關(guān)操作方法，藉以控制自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源的功率消耗，以及提供一種開關(guān)驅(qū)動電路，藉以控制自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源的功率消耗，使釋放電磁干擾能夠在不需要任何負(fù)載防護(hù)手段的前提下降低，即使是連接這個電源單元的負(fù)載裝置的功率消耗必須在長時間周期內(nèi)維持不變。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)成上述及其它目的，本發(fā)明乃提出申請專利范圍第1項所述的開關(guān)操作方法，及申請專利范圍第14項所述的開關(guān)驅(qū)動電路。另外，本發(fā)明的細(xì)部改良則會揭露在申請專利范圍的各個附屬項。
根據(jù)本發(fā)明，在一自發(fā)開關(guān)模式電源中，操作一開關(guān)之方法，其中，功率消耗乃是利用一控制信號進(jìn)行掌管，系包括提供一調(diào)變信號、以及提供該開關(guān)之一驅(qū)動信號，藉以使該驅(qū)動信號具有一遞歸脈沖序列，其中，該遞回脈沖序列至少具有一第一脈沖周期之一第一開啟脈沖、及至少一第二開啟脈沖，其及時跟隨在該至少一第一開啟脈沖后面且具有一第二脈沖周期，其中，至少一該等開啟脈沖之脈沖周期系基于該調(diào)變信號進(jìn)行調(diào)變，且該調(diào)變信號系位于該控制信號預(yù)先決定之一范圍內(nèi)。在這個例子中，該遞歸脈沖序列之該第一開啟脈沖及該第二開啟脈沖之整體開啟時間系取決于該控制信號，藉以使各個遞歸脈沖序列之輸入端點消耗之一平均功率位準(zhǔn)至少大致維持不變，假設(shè)該控制信號亦維持不變的話。
如先前所述，各個驅(qū)動周期之能量(也就是說，自發(fā)開關(guān)模式電源之各個驅(qū)動脈沖或開啟脈沖)會取決于該開關(guān)之開啟時間。根據(jù)習(xí)知的自發(fā)開關(guān)模式電源，假設(shè)功率消耗要維持不變的話，則產(chǎn)生之驅(qū)動信號僅會具有相同脈沖周期之周期性遞歸開啟脈沖，但是，根據(jù)本發(fā)明的方法，一驅(qū)動周期會至少具有兩個開啟脈沖，其中，一個開啟脈沖的脈沖周期會基于該調(diào)變信號進(jìn)行變動，即使該控制信號在各個驅(qū)動周期間維持不變，而另一開啟脈沖則會匹配于第一開啟脈沖之調(diào)變脈沖周期，藉以使各個驅(qū)動周期消耗之平均功率位準(zhǔn)至少能夠大致維持不變。至少一該等第一及第二開啟脈沖的開啟時間最好能夠彼此匹配，藉以使各個驅(qū)動周期消耗的平均功率位準(zhǔn)能夠小于1％波動，相對于兩個或更多個驅(qū)動周期內(nèi)決定的平均功率位準(zhǔn)。
該等第一及第二開啟脈沖的脈沖周期在各個驅(qū)動周期間的變動意謂著該開關(guān)的開關(guān)頻率在各個驅(qū)動周期間的變動，根據(jù)本發(fā)明方法，該開關(guān)會串連于開關(guān)模式電源的主要線圈，因此，釋放電磁干擾便可以散布在較寬的頻率范圍，即使在功率消耗維持不變的情況下，且特別是，這樣亦可以避免釋放干擾的窄頻尖波。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，至少一第一開啟脈沖的脈沖周期會正比于該控制信號，且至少一第二開啟脈沖的脈沖周期會正比于第一脈沖周期，其中，第二脈沖周期取決于第一脈沖周期的正比因子會利用該調(diào)變信號調(diào)變至預(yù)定界限內(nèi)。第二脈沖周期取決于第一脈沖周期的正比因子及這個正比因子利用調(diào)變信號進(jìn)行調(diào)變的范圍最好能夠進(jìn)行選擇，藉以使第二開啟脈沖期間的能量消耗能夠小于第一開啟脈沖期間的能量消耗。在這種情況中，第二開啟脈沖的脈沖周期可以進(jìn)行調(diào)變以變動開關(guān)頻率，其中，第二開啟脈沖期間的功率消耗波動僅會對平均功率消耗造成相當(dāng)有限的影響。
這個遞歸脈沖序列最好能夠包括m個第一脈沖周期的第一開啟脈沖、及n個第二脈沖周期的第二開啟脈沖，藉以利用這個比例m/n設(shè)定第二開啟脈沖期間消耗能量及整個驅(qū)動周期內(nèi)消耗能量的正比關(guān)系。較佳者，m＝2且n＝1。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的方法，其具有兩個第一開啟脈沖及一個第二開啟脈沖，第二脈沖周期取決于第一脈沖周期的正比因子最好能夠介于0.3及0.5之間、并且可以利用調(diào)變信號在這個范圍內(nèi)變動。
這個調(diào)變信號，其乃是用來將這個遞歸脈沖序列的至少一開啟脈沖的脈沖周期調(diào)變在預(yù)定界限內(nèi)，最好能夠是隨機(jī)信號或偽隨機(jī)信號。
自發(fā)開關(guān)模式電源的最大功率消耗乃是利用這個變壓器的飽和磁化掌管。根據(jù)本發(fā)明的方法，這個電源單元的最大功率消耗會較低，因為沒有使用飽和磁化的緣故(至少時在驅(qū)動周期的遞回脈沖序列的一個開啟脈沖期間)，其乃是由于第一脈沖周期及第二脈沖周期間、用來調(diào)變開關(guān)頻道的時間差異所導(dǎo)致。為了增加最大的功率消耗，因此，本發(fā)明較佳實施例所提供的范圍將會包含這個遞歸脈沖序列中、至少一驅(qū)動脈沖開啟時間的范圍，其脈沖周期乃是利用這個調(diào)變信號進(jìn)行調(diào)變、并且取決于各個開啟程序的主要線圈的最大磁化。若各個開啟程序的最大磁化由于負(fù)載裝置的功率消耗增加而增加，則這個調(diào)變范圍便會降低、并在需要功率消耗很高，進(jìn)而達(dá)到這個變壓器的最大磁化(飽和)時趨近于零。當(dāng)功率消耗具有最大數(shù)值的時候，這個驅(qū)動信號將不會利用這個驅(qū)動信號進(jìn)行調(diào)變。
根據(jù)本發(fā)明，在一自發(fā)開關(guān)模式電源中，一開關(guān)之驅(qū)動電路，其中，該開關(guān)系串連于一變壓器之一主要線圈，系包括一第一輸入端點，用以供應(yīng)一控制信號，其中，該控制信號系決定該電源單元之功率消耗，一第二輸入端點，用以供應(yīng)一磁化信號，其中，該磁化信號系取決于該主要線圈之磁化狀態(tài)，一輸出端點，用以提供一驅(qū)動信號，一信號產(chǎn)生電路，供應(yīng)該磁化信號及取決于該控制信號之一參考信號，該信號產(chǎn)生電路系提供一驅(qū)動信號，其中，該驅(qū)動信號系包括一序列之開啟脈沖，在各種情況中，一開啟脈沖之起點系利用該磁化信號預(yù)先決定，且一開啟脈沖之周期系利用該參考信號預(yù)先決定。一參考信號產(chǎn)生電路系用以產(chǎn)生該參考信號，其供應(yīng)該控制信號、并具有一信號產(chǎn)生器，用以提供一調(diào)變信號。該參考信號產(chǎn)生電路亦具有一加權(quán)電路，供應(yīng)該控制信號及該調(diào)變信號、并用以提供一控制信號，其中，該控制信號系基于該調(diào)變信號進(jìn)行加權(quán)；以及具有一變換開關(guān)，基于該開關(guān)位置，該控制信號或該加權(quán)控制信號系提供做為該參考信號，提供給該信號產(chǎn)生電路。取決于該參考信號產(chǎn)生電路中該變換開關(guān)之開關(guān)位置，該信號產(chǎn)生電路系產(chǎn)生第一開啟脈沖，其第一脈沖周期系取決于該控制信號，或產(chǎn)生第二開啟脈沖，其第二脈沖周期系取決于利用該調(diào)變信號進(jìn)行加權(quán)之該控制信號。在這種情況中，該調(diào)變信號系用以掌管該第二脈沖周期及該第一脈沖周期間之正比因子。該變換開關(guān)，舉例來說，系利用一計算器進(jìn)行操作，藉以計數(shù)該驅(qū)動信號之開啟脈沖、并周期地切換該開關(guān)，藉以產(chǎn)生由第一開啟脈沖及第二開啟脈沖形成之一預(yù)先決定序列圖案。在本發(fā)明之較佳實施例中，該計數(shù)器會進(jìn)行設(shè)計，藉以將該開關(guān)加載至一開關(guān)位置(該控制信號會供應(yīng)至該信號產(chǎn)生電路之位置)達(dá)兩個開啟脈沖之周期，進(jìn)而產(chǎn)生第一驅(qū)動脈沖；及切換該開關(guān)至一開關(guān)位置(該加權(quán)控制信號會供應(yīng)至該信號產(chǎn)生電路之位置)達(dá)一個開啟脈沖之周期，進(jìn)而產(chǎn)生第二開啟脈沖。


本發(fā)明將利用各個較佳實施例、并配合所附圖式詳細(xì)說明如下，其中第1圖系表示根據(jù)習(xí)知技術(shù)之自發(fā)開關(guān)模式電源之電路圖；第2圖系表示根據(jù)習(xí)知技術(shù)之自發(fā)開關(guān)模式電源之選擇信號之時間波形圖；第3圖系表示驅(qū)動信號之時間波形圖，其中，該驅(qū)動信號系具有遞歸脈沖序列，具有第一開啟脈沖及第二開啟脈沖、及表示在開關(guān)模式電源中，變壓器之主要線圈之驅(qū)動信號在三個不同驅(qū)動周期內(nèi)造成之磁化；第4圖系表示驅(qū)動信號之開關(guān)頻率之示意圖，其系第3圖所示驅(qū)動信號中，第一脈沖周期及第二脈沖周期間之時間差異之函數(shù)；第5圖系表示第一脈沖周期及第二脈沖周期之變化之示意圖，其系控制信號之函數(shù)；第6圖系表示決定第一脈沖周期及第二脈沖周期之排列之示意圖，其系控制信號及調(diào)變信號之函數(shù)；第7圖系表示脈沖序列之時間波形圖，其具有第一脈沖周期之兩個第一開啟脈沖及具有第二脈沖周期之一個第二開啟脈沖(第7a圖)、及表示此脈沖序列之主要線圈磁化之時間波形圖(第7b圖)；
第8圖系表示自發(fā)開關(guān)模式電源之消耗功率之示意圖，其系第7a圖所示脈沖序列中，第一脈沖周期及第二脈沖周期之函數(shù)；第9圖系表示自發(fā)開關(guān)模式電源之電路示意圖，其系具有根據(jù)本發(fā)明之驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生開關(guān)驅(qū)動信號，此驅(qū)動電路系串連于此電源單元之變壓器；以及第10圖系表示產(chǎn)生開啟脈沖之時間關(guān)系圖。
具體實施例方式
除非另外說明，各個圖式之相同圖式符號將會用來表示相同組件及信號、且具有相同意義。關(guān)于自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源的基本設(shè)計，本發(fā)明的操作方法及本發(fā)明的驅(qū)動電路將會配合第1圖及其圖式符號，進(jìn)行詳細(xì)說明如下。
根據(jù)本發(fā)明，在一自發(fā)(free-running)開關(guān)模式電源中，操作一開關(guān)之方法，其中，該開關(guān)系串連于一變壓器之一主要線圈，系利用一驅(qū)動信號AS進(jìn)行該開關(guān)T1之操作，該驅(qū)動信號系具有一遞歸脈沖序列，具有第一脈沖周期之至少一第一開啟脈沖、及具有第二脈沖周期之至少一第二開啟脈沖，其中，至少一該等脈沖周期系利用一調(diào)變信號之一函數(shù)進(jìn)行調(diào)變。
第3圖系表示一驅(qū)動信號AS之時間波形圖，其中，該驅(qū)動信號AS系具有一遞歸脈沖序列，其具有一第一開啟脈沖及一第二開啟脈沖、及表示該主要線圈Lp由于該等脈沖序列所得到之磁化M。第3圖系表示該驅(qū)動信號在三個驅(qū)動周期內(nèi)之脈沖序列，其中，各個驅(qū)動周期之脈沖序列均不相同，藉以在這些脈沖序列間進(jìn)行區(qū)別。如第3圖所示，AS(1)系表示一第一驅(qū)動周期之脈沖序列，AS(2)系表示一第二驅(qū)動周期之脈沖序列，而AS(3)則表示一第三驅(qū)動周期之脈沖序列。在該第一驅(qū)動周期內(nèi)，磁化M及脈沖序列之時間波形系利用第3圖中之實線表示。在該第二驅(qū)動周期內(nèi)，磁化M及脈沖序列之時間波形系利用第3圖中之虛線表示。另外，在該第三驅(qū)動周期內(nèi)，磁化M及脈沖序列之時間波形系利用第3圖中之點線表示。括號數(shù)目(1)、(2)、(3)系用以區(qū)分各個驅(qū)動周期之信號，其將會配合下文進(jìn)行詳細(xì)說明。
在這個例子中，各個該等脈沖序列系具有一第一開啟脈沖P1及一第二開啟脈沖P2，其將會及時跟隨在該第一開啟脈沖P1后面。該主要線圈Lp會進(jìn)行磁化、并在各個開啟脈沖內(nèi)隨后進(jìn)行去磁，其中，去磁周期系正比于各個開啟脈沖之周期。在下文中，該第二開啟脈沖P1之周期加上額外之去磁時間系稱為第一脈沖周期T1，而第二開啟脈沖P2之周期加上額外之去磁時間則是稱為第二脈沖周期T2。Tp系表示具有該第一開啟脈沖P1及該第二開啟脈沖P2之脈沖序列之周期，在這個例子中，該脈沖序列之周期系由第一脈沖周期T1加上第二脈沖周期T2以得到。
在第3圖所示之較佳實施例中，第一脈沖周期T1系基于一調(diào)變信號，在各個驅(qū)動周期間調(diào)變于預(yù)先決定之界限內(nèi)?；谠摰谝婚_啟脈沖P1所消耗之能量系正比于磁化曲線之面積，磁化曲線系一三角波形，其中，第3圖所示之M1系表示磁化曲線中、該第一開啟脈沖P1所得到之段落；第3圖所示之M2則表示磁化曲線中、該第二開啟脈沖P2所得到之段落。該能量，其系對應(yīng)于磁化曲線下方之積分，可以表示如下W＝(1/2)·a+T12+(1/2)·a·T22(1)其中，W系該能量、而a則是考量磁化曲線之梯度及電路常數(shù)(諸如該變壓器之電感及該輸入電壓Uin)之常數(shù)。
各個驅(qū)動周期所消耗之平均功率位準(zhǔn)Pm可以表示如下Pm＝W/Tp(2)其中，這個消耗之平均功率位準(zhǔn)系利用該負(fù)載裝置之功率消耗掌管，且該功率消耗之相關(guān)信息系包括在該控制信號RS中。如此，在根據(jù)本發(fā)明之方法中，該第二開啟脈沖P2之第二脈沖周期T2便可以匹配于該第一開啟脈沖P1之第一脈沖周期T1，藉以使消耗之平均功率位準(zhǔn)Pm能夠維持不變，假設(shè)該控制信號RS亦維持不變的話。第二脈沖周期T2之?dāng)?shù)值，其系利用該調(diào)變信號對第一脈沖周期T1之?dāng)?shù)值進(jìn)行調(diào)變以得到，可以根據(jù)上述等式(1)及(2)輕易決定。第一脈沖周期T1之變動對于第二脈沖周期T之基本作用，在消耗平均功率位準(zhǔn)仍維持不變之情況下，系表示于第3圖中。磁化曲線之實線波形系表示具有第一脈沖周期T1(1)及第二脈沖周期T2(1)之一第一開啟周期。若第一脈沖周期因調(diào)變動作而變大，如第二驅(qū)動周期之虛線波形所示，則該第一開啟脈沖P1期間之功率消耗亦會對應(yīng)地增加。因此，第二脈沖周期T2必須對應(yīng)地縮小，藉以使整個周期Tp內(nèi)之消耗平均功率能夠維持不變。當(dāng)?shù)诙}沖期間T2系基于等式(1)及(2)決定時，這必須考量到第二脈沖周期T2之縮短所導(dǎo)致之第二開啟脈沖P2期間之能量降低，但是，這亦會使整體周期Tp降低一期間ΔT(1)，相較于實線所示之情況。
若第一脈沖周期降低，如第三驅(qū)動周期之點線所示，則第二脈沖周期必須要變大，藉以使第三脈沖周期Tp(3)之整體消耗能量能夠維持不變。在本發(fā)明的較佳實施例中，這會使第三脈沖周期Tp(3)增大，相較于第一脈沖周期Tp(1)。該等脈沖周期T1及T2，在任何情況中，均會彼此匹配，藉以使脈沖周期Tp內(nèi)之消耗平均功率均能夠維持不變，其中，脈沖周期會利用調(diào)變方式產(chǎn)生波動，進(jìn)而得到頻率調(diào)變之驅(qū)動信號，即使在該控制信號維持不變之情況、且功率消耗亦會因此維持不變。
第4圖系表示該開關(guān)頻道f之變化，相對于第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2間之一正規(guī)化差異。這可以清楚地表示調(diào)變第一脈沖周期T1及匹配第二脈沖周期T2以將平均功率消耗維持不變將會導(dǎo)致該驅(qū)動信號之開關(guān)頻率之頻率變動。因此，來自該驅(qū)動信號AS之釋放電磁干擾將可以利用本發(fā)明之方法，”涂布”在預(yù)先決定的頻率范圍上，即使該負(fù)載裝置之功率消耗亦能夠在長時間周期內(nèi)維持不變。
第5圖系表示第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2分別相對于該控制信號RS及該負(fù)載裝置之消耗功率之相關(guān)性。這可以清楚地表示第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2會隨著該控制信號RS之增加而變大，進(jìn)而增加其功率消耗，其中，該等脈沖周期T1、T2之相對比例乃是在第一脈沖周期T1變大時縮短第二脈沖周期T2，反之亦然，藉以使平均功率消耗能夠維持不變。第5圖所示之Δt乃是表示第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2間之時間差異。這個時間差異最好能夠隨著功率消耗之增加而縮小，且該控制信號RS最好亦能因而變大，直到第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2，在最大功率消耗時，能夠具有相同周期，進(jìn)行利用該電源單元之最大功率消耗，其乃是經(jīng)由該變壓器之飽和狀態(tài)所限定。
該開關(guān)模式電源之功率消耗乃是利用第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2掌管，其中，至少一脈沖周期系利用一調(diào)變信號MS進(jìn)行調(diào)變。也因此，各個驅(qū)動周期之消耗功率及這個開關(guān)之整體開啟時間亦是經(jīng)由控制信號RS掌管。
第6圖系表示一處理單元10，其系供應(yīng)該控制信號RS以掌管功率消耗、及供應(yīng)該調(diào)變信號MS以調(diào)變至少一開啟脈沖之脈沖周期，并且，該控制信號RS及該調(diào)變信號MS系經(jīng)由第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2決定。該處理單元10，舉例來說，可以具有一查表，其具有第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2對應(yīng)于各種控制信號及各種調(diào)變信號之兩對關(guān)連數(shù)值。另外，該處理單元10亦可以是一計算單元，其系基于先前所述之等式(1)及(2)，根據(jù)一預(yù)先決定控制信號RS及經(jīng)由該調(diào)變信號MS掌管之第一脈沖周期以決定該第二脈沖周期。
第7a圖系表示一脈沖序列，其具有第一脈沖周期T1之兩個第一開啟脈沖P1、及具有第二脈沖周期T2之一個第二開啟脈沖P2。第7b圖系表示一驅(qū)動周期內(nèi)，這類脈沖序列之主線線圈Lp之磁化波形。該自發(fā)開關(guān)模式電源所消耗之平均功率位準(zhǔn)系表示于第8圖，其系取決于第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2。第8圖系表示復(fù)數(shù)個 圓曲線，其中，各個曲線所消耗之平均功率消耗系維持不變，且其中，功率消耗會隨著個別曲線及原點間之距離增加而增加。第8圖所示之曲線系清楚地表示第一脈沖周期T1及第二脈沖周期T2可以在寬廣范圍內(nèi)進(jìn)行波動，藉以達(dá)成預(yù)先決定之平均功率消耗，且，在這種情況中，各個第一脈沖周期T1之關(guān)連第二脈沖周期T1亦可以利用這些曲線決定。第8圖所示之曲線，舉例來說，可以利用第6圖之排列，儲存在一表格中，藉以，舉例來說，決定第一脈沖周期T1之關(guān)連第二脈沖周期T2，其乃是利用，舉例來說，調(diào)變信號進(jìn)行調(diào)變。
本發(fā)明較佳實施例之第一脈沖周期T1系設(shè)定為該控制信號RS之函數(shù)、并因此匹配于該負(fù)載裝置之功率消耗，其中，第二脈沖周期T2系正于于第一脈沖周期T1，且該正比因子系在預(yù)先決定之界限內(nèi)，隨著一調(diào)變信號之一函數(shù)變動，藉以使整體開啟時間能夠不僅取決于該控制信號RS、并且亦取決于該調(diào)變信號MS，藉以提供該驅(qū)動信號之頻率頻率。
由原點開始，第8圖系表示三條放射線，其中，第一條放射線乃是表示第二脈沖周期T2為第一脈沖周期之0.3倍或30％時之功率消耗數(shù)值、第二條放射線乃是表示第二脈沖周期T2為第一脈沖周期之0.4倍或40％時之功率消耗數(shù)值、而第三條放射線則是表示第二脈沖周期T2為第一脈沖周期之0.5倍或50％時之功率消耗數(shù)值。若考量這些放射線間的橢圓功率曲線，則這個區(qū)域內(nèi)之功率曲線大致上系水平行進(jìn)，其表示在第一脈沖周期T1之預(yù)先決定數(shù)值下，第二脈沖周期T2，其介于第一脈沖周期T1之30％及50％間范圍，之波動并不會對平均功率消耗造成任何重要變動。本發(fā)明較佳實施例系利用此特征，其中，第一脈沖周期T1會排他的設(shè)定為該控制信號RS之函數(shù)，且第二脈沖周期T2亦會排他的設(shè)定為第一脈沖周期T1及該調(diào)變信號的函數(shù)，其中，該調(diào)變信號乃是用來掌管第二脈沖周期T2之波動范圍。這個波動范圍最好能夠在具有兩個第一開啟脈沖及一個第二開啟脈沖的脈沖序列中，涵蓋第一脈沖周期的30％至50％范圍。當(dāng)然，在脈沖序列中，第一開啟脈沖P1及第二開啟脈沖P2之時序亦可以視需要變動，而不必取決于第7a圖所示之較佳實施例。
當(dāng)然，遞歸脈沖序列亦可以具有任意數(shù)目的m個第一脈沖P1及n個第二脈沖P2，其中，各個組合亦會產(chǎn)生不同之功率曲線、并得到不同之變動范圍，藉以使第二脈沖周期能夠獨立于第一脈沖周期地進(jìn)行波動，而不會造成平均功率消耗之嚴(yán)重變動。
第9圖系表示一開關(guān)T1之驅(qū)動電路20，其中，該開關(guān)T1系串連于自發(fā)電路段落之一變壓器Tr之一主要線圈Lp，該驅(qū)動電路20會產(chǎn)生一驅(qū)動信號AS，其具有一遞歸脈沖序列，包括至少一第一開啟脈沖及至少一第二開啟脈沖。在這個例子中，一開啟脈沖之脈沖周期會取決于一控制信號RS，而另一開啟脈沖之脈沖周期則會取決于第一開啟脈沖之脈沖周期、并利用一調(diào)變信號MS進(jìn)行調(diào)變。
這個驅(qū)動電路20會具有一第一連接端點K1，施加一控制信號RS，用以決定該電源單元之功率消耗。這個控制信號RS乃是利用已知方式或先前所述方式，經(jīng)由該輸出電壓Uout決定，舉例來說，請參考第1圖。在第9圖所示之較佳實施例中，這個控制信號RS乃是利用一穩(wěn)壓器RL提供，其供應(yīng)一參考電壓Vref及取決于該輸出電壓Uout之一回授信號FS、用以決定該參考電壓Vref及該回饋信號FS間之任何差異。這個穩(wěn)壓器RL，舉例來說，乃是一正比穩(wěn)壓器、一正比積分穩(wěn)壓器、或一積分穩(wěn)壓器。這個控制信號RS，在本較佳實施例中，會隨著該負(fù)載裝置之功率消耗增加而增加，其中，該負(fù)載裝置系連接于該等輸出端點AK1、AK2，且功率消耗乃是基于該輸出電壓Uout及該參考電壓Vref間之差異以決定。
另外，這個驅(qū)動電路20亦具有一第二輸入端點K2，其供應(yīng)一磁化信號S21。這個磁化信號乃是利用一輔助線圈Lh決定，其系耦接至該主要線圈Lp及一比較器KMP，其中，這個比較器KMP系比較這個輔助線圈Lh之電壓及參考地點電位、并在該主要線圈Lp去磁后、在該輔助線圈Lh之電壓落至參考地點電位GND時產(chǎn)生磁化信號S21之上升側(cè)翼。
另外，這個驅(qū)動電路20亦具有一傳統(tǒng)信號產(chǎn)生電路，其具有提供該驅(qū)動信號AS之一分割器電路212、一RS正反器211、及一比較器210。在這個例子中，該正反器211的設(shè)定輸入S會供應(yīng)該磁化信號S21，使該正反器211能夠利用該磁化信號S21的各個上升側(cè)翼進(jìn)行設(shè)定，藉以將一功率晶體管T1開啟，舉例來說，N信道金氧半場效晶體管(N-MOSFET)。另外，該正反器211會基于該比較器210之輸出信號進(jìn)行重設(shè)，藉以將該晶體管T1關(guān)閉。為了產(chǎn)生重設(shè)信號，該比較器210的負(fù)輸入會供應(yīng)一參考電壓S22(經(jīng)由一參考電壓產(chǎn)生電路22產(chǎn)生，其將會詳細(xì)說明如下)及一斜面信號S24。此斜面信號S24會正比于該輸入電流Iin，其在該晶體管T1關(guān)閉時亦是一斜面信號，且在這個較佳實施例中，可以是串連該主要線圈Lp之電阻Rs之電壓。這個斜面信號S24會在該晶體管T1開啟時由零點開始、并隨著時間線性上升，直到該斜面信號S24超過參考信號S22后才會將該正反器211重設(shè)、并將該晶體管T1關(guān)閉。
第10圖系表示斜面信號S24之梯度、參考信號S22之振幅、及晶體管T1之開啟時間ton間之關(guān)系。這可以清楚地表示該開啟時間ton會正比于該參考信號S22，假設(shè)斜面信號之梯度亦維持不變的話。再一次，該斜面信號S24的梯度會取決于該輸入電壓Uin，雖然這個梯度亦可以假設(shè)為常數(shù)(至少在很多個驅(qū)動周期內(nèi))。若該輸入電壓增加，則該控制信號RS便會縮小，藉以使功率消耗能夠維持不變。
為了提供該參考信號S22，這個驅(qū)動電路20會具有一參考信號產(chǎn)生電路22，包括一信號產(chǎn)生器221(用以提供一調(diào)變信號MS)、及一加權(quán)電路222。這個參考信號產(chǎn)生電路22亦可以具有一變換開關(guān)223，其可以利用一計數(shù)裝置220進(jìn)行操作、并提供該控制信號RS或一加權(quán)控制信號S23(經(jīng)由加權(quán)電路222提供)以做為該參考信號S22。這個加權(quán)電路222會具有一電壓分割器222，藉以分割控制信號RS、并具有一分接頭以產(chǎn)生一加權(quán)控制信號S23。根據(jù)利用該控制信號RS或利用該加權(quán)控制信號S23做為該參考信號S22，藉以決定信號產(chǎn)生電路21之開啟周期，該信號產(chǎn)生電路之輸出便可以產(chǎn)生開啟脈沖，其周期會正比于該控制信號RS、或可以產(chǎn)生開啟脈沖，其周期會正比于該加權(quán)控制信號S23。若信號波形具有兩個第一脈沖P1及一個第二脈沖P2，則這個信號S22基于該調(diào)變信號MS之變動范圍便會如第8圖所示，藉以使該加權(quán)控制信號S23的振幅對應(yīng)于該控制信號RS的30％至50％振幅。在這個例子中，這個計數(shù)器電路220會進(jìn)行設(shè)計，藉以將該變換開關(guān)223保留在一開關(guān)位置(該控制信號RS會供應(yīng)至該信號產(chǎn)生電路21以做為該參考信號S22)達(dá)兩開啟脈沖之周期，藉以產(chǎn)生兩個第一開關(guān)脈沖P1，其周期取決于該控制信號RS；以及藉以將該變換開關(guān)S23改變至一開關(guān)位置(該加權(quán)控制信號S23會供應(yīng)至該信號產(chǎn)生電路21以做為該參考信號S22)達(dá)一開啟脈沖之周期，藉以產(chǎn)生一個第二開啟脈沖P2。
在利用其它脈沖序列的例子中，其具有不同數(shù)目的第一脈沖及不同數(shù)目的第二脈沖，這個計數(shù)器220亦可以進(jìn)行設(shè)計，藉以切換這個變換開關(guān)223，進(jìn)而達(dá)成想要的脈沖序列。
20→驅(qū)動電路21→信號產(chǎn)生電路210→比較器211→RS正反器212→驅(qū)動電路22→參考信號產(chǎn)生電路220→計數(shù)器221→信號產(chǎn)生器222→加權(quán)電路223→轉(zhuǎn)換開關(guān)AK1、AK2→輸出端點AS→驅(qū)動信號C1→電容器D1→二極管EK1、EK2→輸入端點f→頻率FS→回授信號GL→整流電路GND→參考地點電位IC→驅(qū)動電路Iin→輸入電流KMP→電容器Lh→輔助線圈Lp→主要線圈Ls→次要線圈Ms→調(diào)變信號OK→光耦合器P1→第一開啟脈沖P2→第二開啟脈沖RL→穩(wěn)壓器
RS→控制信號Rs→電阻器S21→磁化信號S22→參考信號S23→加權(quán)控制信號T1→第一脈沖周期T1→半導(dǎo)體開關(guān)T2→第二脈沖周期Tp→時間周期TR→變壓器Uin→輸入電壓Uout→輸出電壓Vref→參考電壓Load→負(fù)載裝置Relative frequency→相對頻率Modulation→調(diào)變
權(quán)利要求
1.一種在一自發(fā)開關(guān)模式電源中，操作一開關(guān)(T1)之方法，該開關(guān)(T1)系串連于一變壓器(Tr)之一主要線圈(Lp)，其中，該主要線圈(Lp)系經(jīng)由該主要線圈(Lp)及該開關(guān)(T1)形成之串連電路施加一輸入電壓(Uin)，且其中，該變壓器(Tr)之一次要線圈(Ls)系耦接至產(chǎn)生一輸出電壓(Vout)之輸出端點(AK1、AK2)、決定功率消耗之一控制信號(RS)系提供、且在各種情況中，該開關(guān)(T1)系在該主要線圈(Lp)到達(dá)一預(yù)定磁化狀態(tài)時開啟，其特征在于提供一調(diào)變信號(MS)；以及提供該開關(guān)(T1)之一驅(qū)動信號(AS)，該驅(qū)動信號(AS)具有一遞歸脈沖序列，其中，該遞回脈沖序列至少具有一第一脈沖周期之一第一開啟脈沖(P1)、及至少具有一第二脈沖周期之一第二開啟脈沖(P2)，且其中，至少一該等開啟脈沖(P1、P2)之脈沖周期系利用該調(diào)變信號(MS)進(jìn)行調(diào)變，且該調(diào)變信號(MS)系位于該控制信號(RS)預(yù)先決定之一范圍內(nèi)。
2.如申請專利范圍第1項所述之方法，其中，該等開啟脈沖(P1、P2)之整體開啟時間系，其等于該脈沖序列之所有脈沖之開啟時間總和，并系取決于該調(diào)變信號(MS)。
3.如申請專利范圍第2項所述之方法，其中，至少一該等第一及第二開啟脈沖(P1、P2)之該等開啟時間及該調(diào)變信號(MS)間之關(guān)系會進(jìn)行選擇，藉以使各個遞歸脈沖序列之一平均功率位準(zhǔn)至少能夠大致維持不變，假設(shè)該控制信號(RS)亦維持不變的話，其中，該平均功率位準(zhǔn)系經(jīng)由該等輸入端點(EK1、EK2)進(jìn)行記錄。
4.如申請專利范圍第2項所述之方法，其中，至少一該等第一及第二開啟脈沖(P1、P2)之該等開啟時間及該調(diào)變信號(MS)間之關(guān)系會進(jìn)行選擇，藉以使各個遞歸脈沖序列之一平均功率位準(zhǔn)相對于兩個或更多個遞歸脈沖序列之平均功率位準(zhǔn)之一平均數(shù)值，至少能夠具有小于1％之波動，假設(shè)該控制信號(RS)亦維持不變的話，其中，該平均功率位準(zhǔn)系經(jīng)由該等輸入端點(EK1、EK2)進(jìn)行記錄。
5.如申請專利范圍第1至4項之任何一項所述之方法，其中該第一開啟脈沖之該第一脈沖周期系正比于該控制信號(RS)、且該第二開啟脈沖之該第二脈沖周期系正比于該第一開啟周期，其中，該第二脈沖周期取決于該第一脈沖周期之一正比因子系調(diào)變至該調(diào)變信號(MS)之預(yù)定界限內(nèi)。
6.如申請專利范圍第5項所述之方法，其中，該第二脈沖周期變動之該等界限系進(jìn)行選擇，藉以使該開關(guān)模式電源消耗之該平均功率位準(zhǔn)大致維持不變，假設(shè)該控制信號(RS)亦維持不變的話。
7.如申請專利范圍第5項所述之方法，其中，該第二開啟周期變動之該等界限系進(jìn)行選擇，藉以使該開關(guān)模式電源消耗之該平均功率位準(zhǔn)能夠具有小于1％之波動，假設(shè)該控制信號(RS)亦維持不變的話。
8.如前述申請專利范圍任何一項所述之方法，其，中該脈沖序列系具有該第一脈沖周期之m個第一開啟脈沖(P1)、及具有該第二脈沖周期之n個第二開啟脈沖(P2)。
9.如申請專利范圍第8項所述之方法，其中，m＝2且n＝1。
10.如申請專利范圍第8或9項所述之方法，其中，該第二脈沖周期利用該調(diào)變信號(MS)進(jìn)行調(diào)變之范圍系介于該第一脈沖周期之0.3倍至0.5倍間。
11.如前述申請專利范圍任何一項所述之方法，其中，該調(diào)變信號(MS)系一隨機(jī)或偽隨機(jī)信號。
12.如前述申請專利范圍任何一項所述之方法，其中，該遞歸脈沖序列之至少一該等驅(qū)動脈沖(P1、P2)之開啟周期范圍系取決于各個開啟程序之該主要線圈之最大磁化，其中，脈沖周期系利用該調(diào)變信號(MS)進(jìn)行調(diào)變。
13.如申請專利范圍第12項所述之方法，其中當(dāng)該功率消耗很高，進(jìn)而達(dá)到該主要線圈(Lp)之最大磁化(飽和)時，該第一及該第二脈沖周期間之差異會趨近于零。
14.一種在一自發(fā)開關(guān)模式電源中，一開關(guān)(T1)之驅(qū)動電路，其中，該開關(guān)(T1)系串連于一變壓器(Tr)之一主要線圈(Lp)，該驅(qū)動電路系具有下列特征一第一輸入端點(K1)，用以供應(yīng)一控制信號(RS)，其中，該控制信號(RS)系掌管功率消耗，一第二輸入端點(K2)，用以供應(yīng)一磁化信號(S21)，其中，該磁化信號(S21)系取決于該主要線圈(Lp)之磁化狀態(tài)，一輸出端點(AK)，用以提供一驅(qū)動信號(AS)，一信號產(chǎn)生電路(21)，供應(yīng)該磁化信號(S21)及取決于該控制信號(RS)之一參考信號(S22)，該信號產(chǎn)生電路(21)系提供一驅(qū)動信號(AS)，其中，該驅(qū)動信號(AS)系包括一序列之開啟脈沖，在各種情況中，一開啟脈沖之起點系利用該磁化信號(S21)預(yù)先決定，且一開啟脈沖之周期系利用該參考信號(S22)預(yù)先決定，其特征在于一參考信號產(chǎn)生電路(22)，供應(yīng)該控制信號(RS)，該參考信號產(chǎn)生電路(22)系提供該參考信號(S22)、并具有下列特征一信號產(chǎn)生器(221)，用以提供一調(diào)變信號(MS)；一加權(quán)電路(222)，供應(yīng)該控制信號(RS)及該調(diào)變信號(MS)，該加權(quán)電路(222)系提供一控制信號(S23)，其中，該控制信號(S23)系基于該調(diào)變信號(MS)進(jìn)行加權(quán)；一變換開關(guān)(223)，基于該開關(guān)位置，該控制信號(RS)或該加權(quán)控制信號(S23)系提供做為該參考信號(S22)。
15.如申請專利范圍第14項所述之驅(qū)動電路，其中，該參考信號產(chǎn)生電路(22)系具有一計數(shù)器(220)，用以操作該變換開關(guān)(S23)、并計數(shù)該驅(qū)動信號(AS)之該等驅(qū)動脈沖。
16.如申請專利范圍第14或15項所述之驅(qū)動電路，其中，該加權(quán)電路會具有一信號分割器(222)，該信號分割器(222)之分割比例會設(shè)定在該調(diào)變信號(MS)之預(yù)定界限內(nèi)、該信號除法器(222)會供應(yīng)該控制信號(RS)、且該信號除法器(222)會具有一信號分接頭，藉以分接該加權(quán)控制信號(S23)。
全文摘要
本發(fā)明系有關(guān)于一種在一自發(fā)開關(guān)模式電源中，操作一開關(guān)之方法，該開關(guān)系串連于一變壓器之一主要線圈。該方法系包括提供一調(diào)變信號；以及提供該開關(guān)之一驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號具有一遞歸脈沖序列，其中，該遞回脈沖序列至少具有一第一脈沖周期之一第一開啟脈沖、及至少具有一第二脈沖周期之一第二開啟脈沖，且其中，至少一該等開啟脈沖之脈沖周期系利用該調(diào)變信號進(jìn)行調(diào)變，且該調(diào)變信號系位于該控制信號(RS)預(yù)先決定之一范圍值內(nèi)。
文檔編號H02M3/338GK1492568SQ0315881
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者M·菲爾德科爾勒, M 菲爾德科爾勒 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司