CN101789681A - 具有开回路保护的电源供应器 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种具有开回路保护的电源供应器，其包含有一变压器、一开关、一讯号产生电路、一回授侦测电路、一低压侦测电路与一延迟电路，变压器接收一输入电压，开关耦接变压器并切换变压器，讯号产生电路产生一切换讯号控制开关切换，回授侦测电路依据电源供应器的一回授讯号产生一拉高讯号，低压侦测电路依据拉高讯号与输入电压产生一延迟讯号，延迟电路依据延迟讯号计数一延迟时间，以产生一截止讯号至讯号产生电路，以拴锁切换讯号。本发明利用低压侦测电路侦测输入电压是否过低，以决定是否进行开回路保护。

Description

具有开回路保护的电源供应器
技术领域
本发明是有关于一种电源供应器，其系尤指一种具有开回路保护的电源供应器。
背景技术
一般电源供应器能够提供稳定的电压与电流。为了符合安全规范(safety)，电源供应器必须提供开回路保护(open-loop protection)与输入电压过低保护(Brown out protection)，以确保电源供应器本身与负载端的应用电路不受影响。参考图1，其为现有的具有开回路保护的电源供应器的电路图。现有的电源供应器包含变压器T1、驱动电路14、讯号产生电路10、振荡器12、功率开关Q1、回授侦测电路16及延迟电路18。
如图1所示，变压器T1具有一次侧绕组NP与二次侧绕组NS，用以储存能量与功率转换。变压器T1耦接至电源供应器的输入电压VIN。功率开关Q1对变压器T1进行切换动作，将变压器T1一次侧绕组NP储存的能量转换至二次侧绕组NS。转换至二次侧绕组NS的能量透过输出整流器DO与输出电容CO整流并产生输出电压VO。电流感测装置RS与功率开关Q1串联连接。电流感测装置RS根据变压器T1的一次侧切换电流IP产生电流讯号VCS。另外，电源供应器的输出电压VO透过回授方式提供回授讯号VFB至驱动电路14与回授侦测电路16。
驱动电路14由逻辑电路144、功率限制比较器146及PWM(PulseWidth Modulation)比较器148组成。驱动电路14依据电流讯号VCS、功率限制讯号VLMT与回授讯号VFB产生清除讯号CLR，以截止切换讯号VPWM。功率限制比较器146与PWM比较器148的一输入端耦接到电流感测装置RS，以接收电流讯号VCS。功率限制比较器146的另一输入端接收功率限制讯号VLMT。PWM比较器148的另一输入端接收回授讯号VFB。
当电流讯号VCS大于功率限制讯号VLMT时，功率限制比较器146的输出端将输出低准位的过电流讯号OC。另外，当电流讯号VCS大于回授讯号VFB时，PWM比较器148的输出端将产生低准位的回授控制讯号CNTR。逻辑电路144的两输入端分别耦接功率限制比较器146及PWM比较器148的输出端。因此逻辑电路144的输出端将依据过电流讯号OC与/或回授控制讯号CNTR产生低准位的清除讯号CLR，以截止切换讯号VPWM。换句话说，驱动电路14根据回授控制讯号CNTR的逻辑准位或过电流讯号OC的逻辑准位决定清除讯号CLR的逻辑准位。
讯号产生电路10包含逻辑电路101、正反器103与逻辑电路105。逻辑电路101为反相器，其输入端耦接振荡器12以接收振荡器12输出的频率讯号PLS。逻辑电路101的输出端耦接正反器103的频率输入端CK，以驱动正反器103。正反器103的输入端D耦接延迟电路18的输出端。正反器103的输出端Q耦接逻辑电路105的一输入端，逻辑电路105的另一输入端经由逻辑电路101接收频率讯号PLS。逻辑电路105的输出端产生切换讯号VPWM。逻辑电路105为与门(ANDgate)。正反器103的重置输入端R耦接驱动电路14的输出端，以接收清除讯号CLR。讯号产生电路10耦接振荡器12与驱动电路14的输出端。讯号产生电路10根据振荡器12输出的频率讯号PLS产生切换讯号VPWM。切换讯号VPWM控制功率开关Q1的切换。讯号产生电路10根据驱动电路14输出的清除讯号CLR周期性地调整切换讯号VPWM的脉波宽度，使电源供应器的输出电压VO得到稳定调整，并且限制输出功率。
请参考图1，回授侦测电路16的两输入端分别接收回授讯号VFB与临界讯号VTH以产生拉高(pull-high)讯号SPH。当电源供应器为正常操作时，回授讯号VFB低于临界讯号VTH。此时，回授侦测电路16的输出端产生低准位的拉高讯号SPH。延迟电路18接收低准位的拉高讯号SPH后不会进行计数，并直接输出高准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10。讯号产生电路10接收高准位的截止讯号SOFF并不会栓锁切换讯号VPWM。但当电源供应器的输出端发生开回路(Open Loop)状态时，回授讯号VFB的准位会透过拉高电阻RPH而被拉高到供应电压VCC。当回授讯号VFB的准位被拉高而大于临界讯号VTH时，回授侦测电路16的输出端产生高准位的拉高讯号SPH。延迟电路18将根据高准位的拉高讯号SPH进行计数，并在一延迟时间之后产生低准位的截止讯号SOFF。讯号产生电路10将依据低准位的截止讯号SOFF栓锁切换讯号VPWM。因此，回授侦测电路16与延迟电路18在回授讯号VFB的准位被拉高时，将驱使讯号产生电路10栓锁切换讯号VPWM进行开回路保护。
此外，电源供应器具有输入电压过低保护电路(图未示)，其在电源供应器的输入电压VIN过低，且计数到延迟时间后会进行输入电压过低保护，而栓锁切换讯号VPWM，输入电压过低保护所须的延迟时间较长于开回路保护所须的延迟时间。实际的应用上，若输入电压过低发生的时间低于输入电压过低保护的延迟时间时，并不需要进行输入电压过低保护，即不需要栓锁切换讯号VPWM。但由于输入电压过低时，回授讯号VFB的准位也会透过拉高电阻RPH被拉高到供应电压VCC，且开回路保护所须延迟时间较短于输入电压过低保护所需的延迟时间，因此会造成开回路保护会抢先在输入电压过低保护之前进行栓锁切换讯号VPWM的动作，而误栓锁切换讯号VPWM。在输入电压过低保护的延迟时间无法缩短的情况下，如何使电源供应器正确的区分开回路保护与输入电压过低保护，实为当今电源供应器设计时重要的课题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供具有开回路保护的电源供应器，本发明的具有开回路保护的电源供应器在回授讯号VFB被拉高时，利用一低压侦测电路侦测电源供应器的输入电压是否过低，以决定是否进行开回路保护。
为了达到上述的目的，本发明是一种具有开回路保护的电源供应器，其包含：
一变压器，接收一输入电压；
一开关，耦接该变压器并切换该变压器；
一讯号产生电路，产生一切换讯号控制该开关切换；
一回授侦测电路，依据该电源供应器的一回授讯号产生一拉高讯号；
一低压侦测电路，依据该拉高讯号与该输入电压产生一延迟讯号；
一延迟电路，依据该延迟讯号计数一延迟时间，以产生一截止讯号至该讯号产生电路，以拴锁该切换讯号。
本发明中，其中该拉高讯号为高准位且该低压侦测电路侦测该输入电压高于一第二讯号时，该延迟电路依据该延迟讯号计数该延迟时间，以产生该截止讯号拴锁该切换讯号。
本发明中，其中该低压侦测电路侦测该输入电压低于一第二讯号时，驱使该延迟电路不计数该延迟时间，该截止讯号不拴锁该切换讯号。
本发明中，更包含一振荡器，该振荡器产生一频率讯号，该讯号产生电路依据该频率讯号产生该切换讯号。
本发明中，更包含一驱动电路，该驱动电路依据该电源供应器的一电流讯号、一功率限制讯号与该回授讯号产生一清除讯号，以截止该切换讯号。
本发明中，其中该回授侦测电路依据该回授讯号与一临界讯号产生该拉高讯号。
本发明中，其中该低压侦测电路是依据一锯齿讯号、一电流讯号与该切换讯号产生一过低讯号，该低压侦测电路依据该过低讯号与该拉高讯号产生该延迟讯号，该电流讯号关联于该输入电压。
本发明中，其中该锯齿讯号高于一第一讯号、该电流讯号低于一第二讯号以及该切换讯号为高准位时，该低压侦测电路禁能该过低讯号，以驱使该延迟电路停止计数该延迟时间，且该切换讯号不被拴锁。
本发明中，其中该拉高讯号为高准位，且该锯齿讯号低于一第一讯号、该电流讯号高于一第二讯号或该切换讯号为低准位时，该低压侦测电路致能该延迟讯号，以驱使该延迟电路计数该延迟时间，以产生该截止讯号拴锁该切换讯号。
本发明中，其中该低压侦测电路更包含：
一周期比较器，比较该锯齿讯号与一第一讯号，并产生一周期讯号；
一输入比较器，比较该电流讯号与一第二讯号，并产生一输入讯号；以及
一第一逻辑电路，依据该周期讯号、该输入讯号与该切换讯号产生该过低讯号。
本发明中，更包含：
一第二逻辑电路，依据该拉高讯号与该过低讯号产生该延迟讯号，该延迟电路依据该延迟讯号计数该延迟时间，以产生该截止讯号。
本发明具有的有益效果：本发明利用低压侦测电路侦测输入电压是否过低，以在回授讯号被拉高为高准位时，作为决定是否进行开回路保护的参考。
附图说明
图1是现有的具有开回路保护的电源供应器的电路图；
图2是本发明的一实施例具有开回路保护的电源供应器的电路图；
图3是本发明的一实施例的延迟电路的电路图；以及
第4A与图4B是本发明的具有开回路保护的电源供应器的波形图。
【图号简单说明】
10    讯号产生电路      101   逻辑电路
103   正反器            105   逻辑电路
12    振荡器            14    驱动电路
144   逻辑电路          146   功率限制比较器
148   PWM比较器         16    授侦测电路
18    延迟电路          182   正反器
184   正反器            186   正反器
20    低压侦测电路      210   周期比较器
220   输入比较器        230   第一逻辑电路
240   第二逻辑电路      CO    输出电容
CLR   清除讯号          CNTR  回授控制讯号
DO    输出整流器        IP    一次侧切换电流
NP    一次侧绕组        NS    二次侧绕组
OC    过电流讯号        PLS   频率讯号
Q1    功率开关          RPH   拉高电阻
RS    电流感测装置      SBO   输入讯号
SDELAY延迟讯号          SDUTY 周期讯号
SOFF  截止讯号          SPH   拉高讯号
T1    变压器            TD    延迟时间
SOL   过低讯号          VCC   供应电压
VCS   电流讯号          VFB   回授讯号
VIN   输入电压          VLMT  功率限制讯号
VO    输出电压          VOSC  锯齿讯号
VPWM  切换讯号          VT1   第一讯号
VT2   第二讯号
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
请参阅图2，是本发明具有开回路保护的电源供应器的电路图。本发明除了图1所示的现有的技术之外，增加了低压侦测(Brown out detection)电路20。低压侦测电路20包括周期比较器210、输入比较器220、第一逻辑电路230与第二逻辑电路240。低压侦测电路20用于侦侧输入电压VIN并产生过低讯号SOL。第一逻辑电路230的较佳实施例为一与非门(NAND gate)，第二逻辑电路240的较佳实施例为一与门(AND gate)。周期比较器210的正端耦接振荡器12，用以接收锯齿讯号VOSC。周期比较器210的负端接收第一讯号VT1。当锯齿讯号VOSC小于第一讯号VT1时，周期比较器210的输出端所产生的周期讯号SDUTY为低准位。其中，周期讯号SDUTY为低准位所维持的一段时间称为截止周期(off-time period)。当锯齿讯号VOSC大于第一讯号VT1时，周期比较器210的输出端产生高准位的周期讯号SDUTY。其中，周期讯号SDUTY为高准位所维持的一段时间称为导通周期(on-timeperiod)。更重要的是，锯齿讯号VOSC的切换周期为固定切换周期，第一讯号VT1为预设的一固定值。因此，周期讯号SDUTY的脉波宽度为一固定的脉波宽度。
输入比较器220的正端接收第二讯号VT2。输入比较器220的负端耦接于电流感测装置RS，用以接收电流讯号VCS。当电流讯号VCS小于第二讯号VT2时，输入比较器220的输出端产生高准位的输入讯号SBO。其中，第二讯号VT2为预设的一固定值，而电流讯号VCS是相关于变压器T1的一次侧切换电流IP，因此电流讯号VCS的峰值大小是相关于电源供应器的输入电压VIN的高低。也就是说，输入电压VIN愈高，电流讯号VCS的峰值愈大；输入电压VIN愈低，电流讯号VCS的峰值愈小。因此，当电流讯号VCS小于第二讯号VT2，输入比较器220的输出端产生高准位的输入讯号SBO时，表示电源供应器的输入电压VIN小于第二讯号VT2而过低。所以，低压侦测电路20可用于侦测输入电压VIN。
第一逻辑电路230的输入端耦接到周期比较器210、输入比较器220与讯号产生电路10的输出端。第一逻辑电路230依据周期讯号SDUTY、输入讯号SBO与切换讯号VPWM来产生过低讯号SOL。第二逻辑电路240的输入端耦接到回授侦测电路16的输出端与第一逻辑电路230的输出端。第二逻辑电路240依据拉高讯号SPH与过低讯号SOL来产生延迟讯号SDELAY。延迟电路18依据延迟讯号SDELAY的准位高低来决定是否进行计数并产生截止讯号SOFF。换言之，延迟电路18即依据拉高讯号SPH与过低讯号SOL的准位而计数延迟时间，并在计数延迟时间之后产生截止讯号SOFF。截止讯号SOFF的准位高低用来决定讯号产生电路10是否对切换讯号VPWM进行栓锁。当低准位的截止讯号SOFF被产生时，讯号产生电路10将依据低准位的截止讯号SOFF栓锁切换讯号VPWM。
图3是本发明的一实施例的延迟电路18的电路图。延迟电路18包含正反器182、184、...186。其中正反器182、184、...186的频率端CK连接到振荡器12(参阅图2)，以接收频率讯号PLS的时间基准(time base)进行计数。正反器182的输入端D接收供应电压VCC。正反器184与186的输入端D耦接至上一级正反器的输出端Q。举例来说，正反器184的输入端D耦接至正反器182的输出端Q。正反器186的反相输出端/Q产生截止讯号SOFF。另外，正反器182、184、...186的重置端R共同耦接至第二逻辑电路240的输出端(参阅图2)，用以接收延迟讯号SDELAY。
请参考图2，当延迟电路18接收到低准位的延迟讯号SDELAY后，造成正反器182、184、...186被重置而禁能延迟电路18。因此延迟电路18并不会作计数动作。最后一级的正反器186的反相输出端/Q直接输出高准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10。相反地，当延迟电路18接收到高准位的延迟讯号SDELAY后，并不会重置正反器182、184、...186。此时延迟电路18开始进行计数动作。延迟电路18计数到一段延迟时间TD之后，最后一级的正反器186的反相输出端/Q直接输出低准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10。讯号产生电路10将依据低准位的截止讯号SOFF栓锁切换讯号VPWM。
当电源供应器正常操作时，回授信号VFB会低于临界讯号VTH(参阅图2)。此时，回授侦测电路16的输出端产生低准位的拉高讯号SPH。第二逻辑电路240接收低准位的拉高讯号SPH后，不论过低讯号SOL的准位高或低，第二逻辑电路240会直接产生低准位的延迟讯号SDELAY。延迟电路18接收到低准位的延迟讯号SDELAY后，正反器182、184、...186(参阅图3)将被重置。因此延迟电路18并不会进行计数，并直接输出高准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10。所以，在电源供应器操作正常时，讯号产生电路10并不会对切换讯号VPWM与电源供应器进行拴锁。另外，在开回路状态或是输入电压过低，回授信号VFB的准位都会被拉高到供应电压VCC，且回授侦测电路16产生高准位的拉高讯号SPH。当电源供应器的输出端发生开回路状态，回授侦测电路16会产生高准位的拉高讯号SPH。低压侦测电路20根据切换讯号VPWM、锯齿讯号VOSC以及电流讯号VCS进行判断输入电压VIN是否过低。当电流讯号VCS大于第二讯号VT2时，表示电源供应器的输入电压VIN供电正常。
请参考图4A与图4B，其为本发明的电源供应器的波形图。请一并参阅图2，如图4A所示，只要周期讯号SDUTY、输入讯号SBO或切换讯号VPWM其中一个为低准位时，第一逻辑电路230的输出端就会产生高准位的过低讯号SOL。换言之，只要锯齿讯号VOSC低于第一讯号VT1、电流讯号VCS高于第二讯号VT2或切换讯号VPWM为低准位时，低压侦测电路20会致能过低讯号SOL。经过适当的设计第一讯号VT1与第二讯号VT2，在一个切换周期内，可以达成持续高准位的过低讯号SOL。也就是说，当输入电压VIN供电正常时过低讯号SOL会维持高准位，再配合高准位的拉高讯号SPH，低压侦测电路20会产生持续高准位的延迟讯号SDELAY，本发明即判断电源供应器发生开回路状态。而延迟电路18接收到高准位的延迟讯号SDELAY后开始进行计数，延迟电路18计数一段延迟时间TD之后，延迟电路18产生低准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10，以对切换讯号VPWM进行拴锁。
另外，如图4B所示，当开回路状态未发生，而输入电压VIN过低时，低压侦测电路20根据切换讯号VPWM、锯齿讯号VOSC以及电流讯号VCS进行判断输入电压VIN是否过低。当电流讯号VCS小于第二讯号VT2时，表示电源供应器的输入电压VIN过低，输入讯号SBO一直维持高准位。只要周期讯号SDUTY、输入讯号SBO或切换讯号VPWM其中一个为低准位时，第一逻辑电路230的输出端就会产生高准位的过低讯号SOL。当周期讯号SDUTY、输入讯号SBO与切换讯号VPWM同时皆为高准位时，第一逻辑电路230的输出端就会产生低准位的过低讯号SOL。换言之，锯齿讯号VOSC高于第一讯号VT1、电流讯号VCS小于第二讯号VT2以及切换讯号VPWM为高准位时，低压侦测电路20会禁能过低讯号SOL。当过低讯号SOL禁能后，延迟讯号SDELAY将被禁能。
因此，在一个切换周期内，第一逻辑电路230的输出端会产生高准位与低准位交替的过低讯号SOL。由于第二逻辑电路240的较佳实施例为与门，因此第二逻辑电路240的输出端也会产生高准位与低准位交替的延迟讯号SDELAY。延迟电路18接收到高准位与低准位交替的延迟讯号SDELAY后并不会输出低准位的截止讯号SOFF。也就是说，高准位的延迟讯号SDELAY驱使延迟电路18进行计数但还未计数到延迟时间TD，低准位的延迟讯号SDELAY就会禁能延迟电路18，而驱使延迟电路18停止计数。因此，延迟电路18没有机会输出低准位的截止讯号SOFF，而一直维持输出高准位的截止讯号SOFF到讯号产生电路10。也就是说，在某些造成输入电压过低的状态使拉高讯号SPH为高准位时，讯号产生电路10并不会对切换讯号VPWM进行拴锁。
综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其包含：
一变压器，接收一输入电压；
一开关，耦接该变压器并切换该变压器；
一讯号产生电路，产生一切换讯号控制该开关切换；
一回授侦测电路，依据该电源供应器的一回授讯号产生一拉高讯号；
一低压侦测电路，依据该拉高讯号与该输入电压产生一延迟讯号；
一延迟电路，依据该延迟讯号计数一延迟时间，以产生一截止讯号至该讯号产生电路，以拴锁该切换讯号。
2.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该拉高讯号为高准位且该低压侦测电路侦测该输入电压高于一第二讯号时，该延迟电路依据该延迟讯号计数该延迟时间，以产生该截止讯号拴锁该切换讯号。
3.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该低压侦测电路侦测该输入电压低于一第二讯号时，驱使该延迟电路不计数该延迟时间，该截止讯号不拴锁该切换讯号。
4.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，更包含一振荡器，该振荡器产生一频率讯号，该讯号产生电路依据该频率讯号产生该切换讯号。
5.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，更包含一驱动电路，该驱动电路依据该电源供应器的一电流讯号、一功率限制讯号与该回授讯号产生一清除讯号，以截止该切换讯号。
6.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该回授侦测电路依据该回授讯号与一临界讯号产生该拉高讯号。
7.根据权利要求1所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该低压侦测电路是依据一锯齿讯号、一电流讯号与该切换讯号产生一过低讯号，该低压侦测电路依据该过低讯号与该拉高讯号产生该延迟讯号，该电流讯号关联于该输入电压。
8.根据权利要求7所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该锯齿讯号高于一第一讯号、该电流讯号低于一第二讯号以及该切换讯号为高准位时，该低压侦测电路禁能该过低讯号，以驱使该延迟电路停止计数该延迟时间，且该切换讯号不被拴锁。
9.根据权利要求7所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该拉高讯号为高准位，且该锯齿讯号低于一第一讯号、该电流讯号高于一第二讯号或该切换讯号为低准位时，该低压侦测电路致能该延迟讯号，以驱使该延迟电路计数该延迟时间，以产生该截止讯号拴锁该切换讯号。
10.根据权利要求7所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，其中该低压侦测电路更包含：
一周期比较器，比较该锯齿讯号与一第一讯号，并产生一周期讯号；
一输入比较器，比较该电流讯号与一第二讯号，并产生一输入讯号；以及
一第一逻辑电路，依据该周期讯号、该输入讯号与该切换讯号产生该过低讯号。
11.根据权利要求10所述的具有开回路保护的电源供应器，其特征在于，更包含：
一第二逻辑电路，依据该拉高讯号与该过低讯号产生该延迟讯号，该延迟电路依据该延迟讯号计数该延迟时间，以产生该截止讯号。
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