CN112242786B - 电源供应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源供应装置。电源供应装置包括脉宽调变信号产生电路、电源转换电路、分压电路、电容电路以及反馈补偿电路。脉宽调变信号产生电路根据反馈信号产生及调变脉宽调变信号。电源转换电路根据脉宽调变信号将输入电压转换为输出电压。分压电路对输出电压进行分压以产生第一电压至节点。电容电路反应于输出电压的电压变化而根据输出电压产生第二电压至节点。在输出电压就绪之前，反馈补偿电路根据第一电压及参考电压产生反馈信号。在输出电压就绪之后，反馈补偿电路根据第二电压及参考电压产生反馈信号。

Description

电源供应装置

技术领域

本发明涉及一种电源供应技术，尤其涉及一种可提高反馈反应速度的电源供应装置。

背景技术

一般来说，在以脉宽调变为基础的电源供应装置中，电源供应装置通常具有反馈电路及脉宽调变控制器。反馈电路可根据电源供应装置的负载的变化(空载、轻载、中载、满载)提供反馈信号，且脉宽调变控制器可根据反馈信号而对应地调整脉宽调变信号的工作周期或频率，藉以稳定电源供应装置所提供的输出电压。

由于负载自空载至重载间的变化很广，因此脉宽调变信号的频率变化也很大，导致反馈电路的增益及频宽难以控制，使得反馈电路的反馈反应速度跟不上脉宽调变信号的变化或负载的变化。如此一来，将会产生输出电压不稳定的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电源供应装置。电源供应装置可反应于输出电压的电压变化而快速地提供反馈信号，以提高反馈反应速度，从而提供稳定的输出电压。

本发明的电源供应装置包括脉宽调变信号产生电路、电源转换电路、分压电路、电容电路以及反馈补偿电路。脉宽调变信号产生电路用以根据反馈信号产生及调变脉宽调变信号。电源转换电路耦接脉宽调变信号产生电路以接收脉宽调变信号，用以根据脉宽调变信号将输入电压转换为输出电压。分压电路耦接电源转换电路以接收输出电压，且对输出电压进行分压以产生第一电压至节点。电容电路耦接电源转换电路以接收输出电压，用以反应于输出电压的电压变化而根据输出电压产生第二电压至节点。反馈补偿电路耦接节点及脉宽调变信号产生电路。在输出电压就绪之前，反馈补偿电路根据第一电压及参考电压产生反馈信号。在输出电压就绪之后，反馈补偿电路根据第二电压及参考电压产生反馈信号。

基于上述，在本发明实施例所提出的电源供应装置中，电容电路可反应于输出电压的电压变化而快速地提供第二电压给反馈补偿电路，因此可提高电源供应装置的反馈反应速度，从而提升输出电压的补偿速度以稳定输出电压。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，示出了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1是依照本发明一实施例所示出的电源供应装置的方块示意图；

图2是依照本发明一实施例所示出的图1的电源供应装置的电路架构示意图；

图3是依照本发明另一实施例所示出的电源供应装置的电路架构示意图；

图4A是依照本发明一实施例所示出的电容电路的充电示意图；

图4B是依照本发明一实施例所示出的电容电路的放电示意图；

图5是依照本发明一实施例所示出的放电电路的电路架构示意图。

附图标号说明：

100、300：电源供应装置

110：脉宽调变信号产生电路

120：电源转换电路

130：分压电路

140：电容电路

150：反馈补偿电路

151：误差放大电路

152：光耦合器

1511：运算放大器

360、560：放电电路

561：比较器

C41：电容器

C51：第一电容器

C52：第二电容器

C53：第三电容器

CG：控制信号

D41：第一二极管

D62：第二二极管

E1、E2：端

GND：接地端

M1：晶体管

ND：节点

R31、R51：第一电阻器

R32、R52：第二电阻器

SFB：反馈信号

SP：脉宽调变信号

T1、T2：输入端

V1：第一电压

V2：第二电压

VE：误差放大信号

VF：切入电压

VI：输入电压

VO：输出电压

VREF：参考电压

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例所示出的电源供应装置的方块示意图。请参照图1，电源供应装置100可例如是变频稳压式的电源供应装置，但不限于此。电源供应装置100可包括脉宽调变信号产生电路110、电源转换电路120、分压电路130、电容电路140以及反馈补偿电路150，但本发明不限于此。脉宽调变信号产生电路110用以根据反馈信号SFB产生脉宽调变信号SP，且可根据反馈信号SFB对脉宽调变信号SP的频率及工作周期至少其中之一进行调变。电源转换电路120耦接脉宽调变信号产生电路110以接收脉宽调变信号SP。电源转换电路120可根据脉宽调变信号SP将输入电压VI转换为输出电压VO。

分压电路130耦接电源转换电路120以接收输出电压VO，且对输出电压VO进行分压以产生第一电压V1至节点ND。电容电路140耦接电源转换电路120以接收输出电压VO，用以反应于输出电压VO的电压变化而根据输出电压VO产生第二电压V2至节点ND。反馈补偿电路150耦接节点ND及脉宽调变信号产生电路110，用以根据节点ND的电压及参考电压VREF产生反馈信号SFB。

详细来说，在输出电压VO就绪之前，反馈补偿电路150根据分压电路130所产生的第一电压V1及参考电压VREF产生反馈信号SFB，致使脉宽调变信号产生电路110根据反馈信号SFB产生脉宽调变信号SP以控制电源转换电路120产生输出电压VO。在输出电压VO就绪之后，反馈补偿电路150可根据电容电路140所产生的第二电压V2及参考电压VREF产生反馈信号SFB，且脉宽调变信号产生电路110可根据反馈信号SFB调变脉宽调变信号SP的频率及工作周期至少其中之一，致使电源转换电路120根据脉宽调变信号SP提供稳定的输出电压VO。

可以理解的是，基于电容电路140对电压变化的反应速度快的特性，电容电路140可反应于输出电压VO的电压变化而快速地提供第二电压V2给反馈补偿电路150，因此可提高电源供应装置100的反馈反应速度，从而提升对输出电压VO的补偿速度以提供稳定的输出电压VO。

在本发明的一实施例中，脉宽调变信号产生电路110可采用现有的脉宽调变集成电路来实现，但不限于此。

在本发明的一实施例中，电源转换电路120可采用各种类型的隔离式电源转换电路来实现，但不限于此。

在本发明的一实施例中，输出电压VO就绪可例如是输出电压VO的电压值已升至预设电压值达一段时间长度，但本发明不限于此。其中预设电压值可依实际应用来设定。

图2是依照本发明一实施例所示出的图1的电源供应装置的电路架构示意图。请参照图2。分压电路130可包括第一电阻器R31以及第二电阻器R32，但不限于此。第一电阻器R31的第一端接收输出电压VO。第一电阻器R31的第二端耦接节点ND。第二电阻器R32的第一端耦接节点ND。第二电阻器R32的第二端耦接接地端GND。

电容电路140可包括电容器C41以及第一二极管D41，但不限于此。电容器C41的第一端接收输出电压VO。第一二极管D41的阳极耦接电容器C41的第二端。第一二极管D41的阴极耦接节点ND。

反馈补偿电路150可包括误差放大电路151以及光耦合器152，但不限于此。误差放大电路151耦接节点ND，用以将节点ND的电压与参考电压VREF之间的差值进行放大以产生误差放大信号VE。光耦合器152耦接在误差放大电路151与脉宽调变信号产生电路110之间，用以根据误差放大信号VE产生反馈信号SFB，并提供反馈信号SFB给脉宽调变信号产生电路110。

在本发明的一实施例中，误差放大电路151可包括运算放大器1511、第一电阻器R51、第一电容器C51、第二电容器C52、第二电阻器R52以及第三电容器C53，但不限于此。运算放大器1511的反相输入端耦接节点ND。运算放大器1511的非反相输入端接收参考电压VREF。运算放大器1511的输出端耦接光耦合器152以提供误差放大信号VE。第一电阻器R51的第一端接收输出电压VO。第一电容器C51耦接在第一电阻器R51的第二端与节点ND之间。第二电容器C52耦接在节点ND与运算放大器1511的输出端之间。第二电阻器R52的第一端耦接节点ND。第三电容器C53耦接在第二电阻器R52的第二端与运算放大器1511的输出端之间。

在输出电压VO就绪之前，第一电阻器R31与第二电阻器R32可对输出电压VO进行分压以提供第一电压V1至节点ND(亦即在节点ND建立第一电压V1)，其中第一电压V1如式(1)所示。

而在输出电压VO就绪之后，第一二极管D41可反应于输出电压VO的电压变化被导通，因此电容器C41、第一二极管D41与第二电阻器R32将形成一充电电流路径，致使电容器C41根据输出电压VO进行充电，并可通过第一二极管D41提供第二电压V2至节点ND(亦即在节点ND建立第二电压V2)，其中第二电压V2等于输出电压VO与第一二极管D41的切入电压(Cut-inVoltage)VF间的差值，如式(2)所示。

V2＝VO-VF 式(2)

另外，当输出电压VO稳定时，节点ND的电压等于参考电压VREF，且第一二极管D41被截止。

可以理解的是，由于电容器C41对于电压变化的反应速度较电阻器(即第一电阻器R31及第二电阻器R32)来得快速，因此电容器C41可反应于输出电压VO的电压变化而快速地提供第二电压V2给反馈补偿电路150，从而提高电源供应装置100的反馈反应速度以快速地稳定输出电压VO。

在本发明的一实施例中，第一电阻器R31的电阻值极大于第一电阻器R51的电阻值。举例来说，第一电阻器R31的电阻值大于第一电阻器R51的电阻值的十倍以上，但本发明不限于此。

在本发明的一实施例中，第一电阻器R51的电阻值为10千欧姆(KΩ)，第一电容器C51的电容值为1纳法拉(nF)，第一电阻器R31的电阻值为68.1千欧姆，第二电阻器R32的电阻值为19.2千欧姆，且电容器C41的电容值为100纳法拉，但本发明不限于此。

在本发明上述实施例的一实验结果中，当输出电压VO发生变化时，若反馈补偿电路150是根据电容电路140所产生的第二电压V2及参考电压VREF产生反馈信号SFB给脉宽调变信号产生电路110，则电源供应装置100的反馈反应时间延迟为568毫秒(ms)。相对地，当输出电压VO发生变化时，若反馈补偿电路150是根据分压电路130所产生的第一电压V1及参考电压VREF产生反馈信号SFB给脉宽调变信号产生电路110，则电源供应装置100的反馈反应时间延迟为1966毫秒。根据实验结果可知，电容电路140可有效提升电源供应装置100的反馈反应速度。

图3是依照本发明另一实施例所示出的电源供应装置的电路架构示意图。请合并参照图2及图3。图3的电源供应装置300类似于图2的电源供应装置100，两者的差异仅在于：图3的电源供应装置300还包括放电电路360。放电电路360耦接在电容器C41的第二端与接地端GND之间。当节点ND的电压等于参考电压VREF时(即输出电压VO稳定时)，电容器C41所存储的电能可通过放电电路360进行放电，以避免电容器C41所存储的电能让电容器C41与第一电容器C51及第二电容器C52产生谐振。

在本发明的一实施例中，如图3所示，放电电路360可包括第二二极管D62。第二二极管D62的阳极耦接接地端GND，且第二二极管D62的阴极耦接电容器C41的第二端。在输出电压VO就绪之后，第一二极管D41可反应于输出电压VO的电压变化被导通，且第二二极管D62可反应于输出电压VO的电压变化而被截止。因此，电容器C41、第一二极管D41与第二电阻器R32将形成一充电电流路径，致使电容器C41根据输出电压VO进行充电，并可通过第一二极管D41提供第二电压V2至节点ND，如图4A所示。

当节点ND的电压等于参考电压VREF时(即输出电压VO稳定时)，第一二极管D41被截止且第二二极管D62被导通，因此电容器C41所存储的电能将通过第二二极管D62放电。详细来说，如图4B所示，当节点ND的电压等于参考电压VREF时，第二二极管D62、电容器C41、第一电阻器R51、第一电容器C51与第二电阻器R32将形成一放电电流路径，以宣泄电容器C41所存储的电能。

另外，关于图3的电源供应装置300的其他实施细节及运作，可参酌上述图1及图2的相关说明，在此不再赘述。

图5是依照本发明另一实施例所示出的放电电路的电路架构示意图，可用以替换图3所示的放电电路360。请合并参照图3及图5，图5的放电电路560可包括比较器561以及晶体管M1。比较器561的输入端T1耦接图3的节点ND。比较器561的输入端T2接收图3的参考电压VREF。比较器561可对节点ND的电压与参考电压VREF进行比较以产生控制信号CG。晶体管M1的第一端E1及第二端E2分别耦接图3的电容器C41的第二端及接地端GND。晶体管M1的控制端耦接比较器561以接收控制信号CG。晶体管M1受控于控制信号CG而启闭。

当节点ND的电压等于参考电压VREF时(即图3的输出电压VO稳定时)，晶体管M1反应于控制信号CG而被导通，致使电容器C41所存储的电能通过晶体管M1放电。另外，当节点ND的电压不等于参考电压VREF时(即图3的输出电压VO不稳定时)，晶体管M1反应于控制信号CG而被关断，致使电容器C41停止放电。

综上所述，在本发明实施例所提出的电源供应装置中，电容电路可反应于输出电压的电压变化而快速地提供第二电压给反馈补偿电路，因此可提高电源供应装置的反馈反应速度，从而提升输出电压的补偿速度以稳定输出电压。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种电源供应装置，其特征在于，包括：

脉宽调变信号产生电路，用以根据反馈信号产生及调变脉宽调变信号；

电源转换电路，耦接所述脉宽调变信号产生电路以接收所述脉宽调变信号，用以根据所述脉宽调变信号将输入电压转换为输出电 压；

分压电路，耦接所述电源转换电路以接收所述输出电压，且对所述输出电压进行分压以产生第一电压至节点；

电容电路，耦接所述电源转换电路以接收所述输出电压，用以反应于所述输出电压的电压变化而根据所述输出电压产生第二电压至所述节点，其中所述电容电路包括电容器，所述电容器的第一端接收所述输出电压；以及第一二极管，所述第一二极管的阳极耦接所述电容器的第二端，且所述第一二极管的阴极耦接所述节点；

反馈补偿电路，耦接所述节点及所述脉宽调变信号产生电路，其中在所述输出电压就绪之前，所述反馈补偿电路根据所述第一电压及参考电压产生所述反馈信号，其中在所述输出电压就绪之后，所述反馈补偿电路根据所述第二电压及所述参考电压产生所述反馈信号；以及

放电电路，耦接在所述电容器的所述第二端与接地端之间，其中所述放电电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极耦接所述接地端，且所述第二二极管的阴极耦接所述电容器的所述第二端，

其中当所述节点的电压等于所述参考电压时，所述第一二极管被截止，且所述第二二极管、所述电容器、第一电阻器、第一电容器与第二电阻器形成放电电流路径，以宣泄所述电容器所存储的电能。

2.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于：

在所述输出电压就绪之后，所述第一二极管反应于所述输出电压的电压变化被导通，致使所述电容器根据所述输出电压进行充电，且通过所述第一二极管提供所述第二电压至所述节点，其中所述第二电压等于所述输出电压与所述第一二极管的切入电压之间的差值。

3.根据权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于，当所述节点的电压等于所述参考电压时，所述第一二极管被截止。

4.根据权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于，

其中在所述输出电压就绪之后，所述第二二极管反应于所述输出电压的电压变化而被截止。

5.根据权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于，所述放电电路包括：

比较器，用以对所述节点的电压与所述参考电压进行比较以产生控制信号；以及

晶体管，耦接在所述电容器的所述第二端与所述接地端之间，且受控于所述控制信号而启闭，

其中当所述节点的电压等于所述参考电压时，所述晶体管反应于所述控制信号而被导通，且所述电容器所存储的电能通过所述晶体管放电，

其中当所述节点的电压不等于所述参考电压时，所述晶体管反应于所述控制信号而被关断。

6.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述分压电路包括：

所述第一电阻器，所述第一电阻器的第一端接收所述输出电压，且所述第一电阻器的第二端耦接所述节点；以及

所述第二电阻器，所述第二电阻器的第一端耦接所述节点，且所述第二电阻器的第二端耦接所述接地端。

7.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述反馈补偿电路包括：

误差放大电路，耦接所述节点，用以将所述节点的电压与所述参考电压之间的差值进行放大以产生误差放大信号；以及

光耦合器，耦接在所述误差放大电路与所述脉宽调变信号产生电路之间，用以根据所述误差放大信号产生所述反馈信号，并将所述反馈信号提供至所述脉宽调变信号产生电路。

8.根据权利要求7所述的电源供应装置，其特征在于，所述误差放大电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的反相输入端耦接所述节点，所述运算放大器的非反相输入端接收所述参考电压，且所述运算放大器的输出端耦接所述光耦合器以提供所述误差放大信号；

所述第一电阻器，所述第一电阻器的第一端接收所述输出电压；

所述第一电容器，耦接在所述第一电阻器的第二端与所述节点之间；

第二电容器，耦接在所述节点与所述运算放大器的所述输出端之间；

所述第二电阻器，所述第二电阻器的第一端耦接所述节点；以及

第三电容器，耦接在所述第二电阻器的第二端与所述运算放大器的所述输出端之间。

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