CN114629355A - 恒流控制装置及其相关恒流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开恒流控制装置及其相关恒流控制方法，用于一电源供应器，其中该电源供应器包括一次侧开关组件与二次侧绕组，该恒流控制装置包括一电压波形检测器，用来根据一第一回馈电压及一控制电压，产生关于该二次侧绕组放电时段长度的一放电时段信号；以及一恒流控制器，该恒流控制器的一积分器根据该放电时段信号与一电流检测电压，并接通一第一电流源及一第二电流源二者其中之一，产生一积分结果电压，该电流检测电压与流经该二次侧绕组的二次侧绕组电流值相关，该二次侧绕组电流值与该电源供应器的二次侧输出电流值呈现正相关。

Description

恒流控制装置及其相关恒流控制方法
技术领域
本发明涉及一种恒流控制装置及其相关恒流控制方法，尤指涉及一种用于一电源供应器的恒流控制装置及其相关恒流控制方法。
背景技术
电流供应器为现有电子产品的必要装置之一，用来将来自电池或市电的电源转换为电子产品所需的电源。现有的电源供应器大多采用开关式电源供应器，其包括两种控制方式：一次侧控制(primary side control，PSC)及二次侧控制(secondary side control，SSC)的控制方式，其中一次侧控制的开关式电源供应器检测一辅助侧绕组上的一反射电压，间接检测二次侧绕组所输出的电压及电源供应器的一输出端的一输出电压。
因此，现有的一次侧控制的开关式电源供应器可通过内部的集成电路(integrated circuit，IC)的动态电压调整电源供应器的输出电压，以执行过电流保护措施。或者，现有的一次侧控制的开关式电源供应器可根据IC所输出的保护电流随着输入电压改变。然而，上述方法通常缺乏硬件的调整弹性及仍旧受限于电源供应器的变压器的电感量的误差影响。
又或者，现有的一次侧控制的开关式电源供应器通过调整位于辅助侧绕组的电流检测端的电流检测电压的峰值，进而调整电源供应器的输出电流。然而，上述方法需要检测开关式电源供应器的二次侧的放电时间及电路复杂度高的缺点。因此，现有技术有改进的必要。
发明内容
因此，本发明提供一种恒流控制装置及其相关恒流控制方法，在电源供应器执行过电流保护流程之前，以两阶段方式执行恒流控制的恒流控制装置及其相关恒流控制方法
本发明实施例揭露一种恒流控制装置，用于一电源供应器，其中该电源供应器包括一次侧开关组件与二次侧绕组，该一次侧开关组件接受一控制电压而选择性地开启导通或关闭，该恒流控制装置包括一电压波形检测器，用来根据一第一回馈电压及该控制电压，产生关于该二次侧绕组放电时段长度的一放电时段信号；以及一恒流控制器，耦接于该电压波型检测器，该恒流控制器包括一积分器、一第一电流源及一第二电流源，该积分器根据该放电时段信号与一电流检测电压，并接通该第一电流源及该第二电流源二者其中之一，产生一积分结果电压，该电流检测电压与流经该二次侧绕组的二次侧绕组电流值相关，该二次侧绕组电流值与该电源供应器的二次侧输出电流值呈现正相关；其中，当该积分器接通该第一电流源，且该积分结果电压改变趋势与该第一电流源积分趋势相反，且该积分结果电压变化达到一第二边界电压值时，该积分器变更为接通该第二电流源；其中，当该积分器接通该第二电流源，且该积分结果电压改变趋势与该第二电流源积分趋势相同，且该积分结果电压变化达到一第一边界电压值时，该积分器变更为接通该第一电流源。
本发明实施例另揭露一种恒流控制方法，用于一电源供应器，其中该电源供应器包括一电压波形检测器、一恒流控制器、一次侧开关组件与二次侧绕组，该一次侧开关组件接受一控制电压而选择性地开启导通或关闭，该恒流控制装置包括由该电压波形检测器根据一第一回馈电压及该控制电压，产生关于该二次侧绕组放电时段长度的一放电时段信号；以及由该恒流控制器的一积分器根据该放电时段信号与一电流检测电压，并接通一第一电流源及一第二电流源二者其中之一，产生一积分结果电压，该电流检测电压关于流经该二次侧绕组的二次侧绕组电流值，该二次侧绕组电流值与该电源供应器的二次侧输出电流值呈现正相关；其中，当该积分器接通该第一电流源，且该积分结果电压改变趋势与该第一电流源积分趋势相反，且该积分结果电压变化达到一第二边界电压值时，该积分器变更为接通该第二电流源；其中，当该积分器接通该第二电流源，且该积分结果电压改变趋势与该第二电流源积分趋势相同，且该积分结果电压变化达到一第一边界电压值时，该积分器变更为接通该第一电流源。
附图说明
图1为本发明实施例的一电源供应器的示意图。
图2为本发明实施例的一恒流控制装置的示意图。
图3A为本发明实施例的一积分结果电压与二次侧输出电流值的关系示意图。
图3B为本发明实施例的二次侧输出电流值与一时间的关系示意图。
图3C为本发明实施例的一积分结果电压、检测电压峰值波形与一过功率风险脉冲的关系示意图。
图3D为本发明实施例的二次侧输出电流值与时间的关系示意图。
图3E为本发明实施例在不同二次侧输出电流值比率时，积分结果电压被限制在两个边界电压值区间内做多次上升下降变化的斜率绝对值关系示意图。
图3F为本发明实施例的积分结果电压、检测电压峰值波形与一过功率风险脉冲的关系示意图。
图4为本发明实施例的积分结果电压、二次侧输出电流值分别与时间的关系示意图。
图5为本发明实施例的恒流控制装置的一控制电压、一电流检测电压、一积分结果电压、一第一回馈电压及二次侧绕组电流值的波形示意图。
图6为本发明实施例的一恒流控制流程的示意图。
附图标记说明
10:电源供应器
102:桥接电路
103:脉冲宽度调变控制器
104:恒流控制装置
1042:电压波形检测器
1042_2:低通滤波器
1042_4:比较器
1042_6:逻辑电路
1042_C:电容
1042_R:电阻
1044:恒流控制器
1044_2:积分器
1044_4:比较器
1044_C:电容
106:光耦合回馈电路
60:恒流控制流程
602,604,606,608:步骤
A,B:时间点
A-E:阶段
Cload:输出电容
CS:电流检测端
cycle_1,cycle_2,cycle_3:循环
DRV:控制电压
HV:电压
I:上拉电流源
Idn:下拉电流源
IDN:下拉电流
Iin:电流
Iout:二次侧输出电流值
Isec:二次侧绕组电流
Isec_m:二次侧绕组电流中间值
IUP_1:第一次电流源
IUP_2:第二次电流源
LPF:低通滤波器
NA:辅助绕组
NP:一次侧绕组
np:一次侧绕组线圈数
NS:二次侧绕组
ns:二次侧绕组线圈数
ORP:过功率风险脉冲
P_1,P_2:比较器
PC_1:第一保护机制比较电路
PC_2:第二保护机制比较电路
Phase_0-Phase_8:区间
Qnp:一次侧开关组件
R1,R2:电阻
Rcs:电流检测电阻
Rdn,Rup:等效电阻
Sdet:检测结果信号
T:周期
T_1:第一临界值
T_2:第二临界值
Tdis:放电时段信号
TF:变压器
TH_1:第一保护机制电压阀值
TH_2:第二保护机制电压阀值
Timer_1,Timer_2:定时器
Vaux:跨压
Vcco:积分结果电压
Vcomp:第二回馈信号
Vcompr:第二边界电压值
Vcompr+:第一边界电压值
Vcs:电流检测电压
Vcs_m:检测电压中间值
Vcs_peak:检测电压峰值
Vdly:延迟信号
VDD:操作电源
Vfb:第一回馈电压
Vin:直流电源
V_initial:初始电压
Vout:输出电源
Vset:等效电压
ΔV:电压差
具体实施方式
图1为本发明实施例的一电源供应器10的示意图。电源供应器10包括一桥接电路102、一变压器TF及一脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)控制器103，脉冲宽度调变控制器103包括恒流控制装置104。桥接电路102用来将来自市电的交流电转换为一直流电源Vin。变压器TF包括一次侧绕组NP、二次侧绕组NS及一辅助绕组NA。该脉冲宽度调变控制器103运作所需电源可为来自桥接电路102的电压HV或来自辅助绕组NA的电压VDD。脉冲宽度调变控制器103用来通过一控制电压DRV控制一次侧开关组件Qnp以开启或关闭电源供应器10，其中当一次侧开关组件Qnp开启时，变压器TF的一次侧绕组NP将电能储存于变压器TF电感中；当一次侧开关组件Qnp关闭时，变压器TF电感通过二次侧绕组电流Isec将电能释放到二次侧的输出电容Cload，以建立一输出电源Vout，该输出电源Vout具有二次侧输出电流值Iout；其中该二次侧绕组电流值Isec与该电源供应器的二次侧输出电流值Iout呈现正相关，亦即当二次侧绕组电流值Isec增加时，该二次侧输出电流值Iout也会增加。
电源供应器10还包括电阻R1及R2，用来检测一辅助电压NA的一跨压Vaux，以提供一第一回馈电压Vfb至脉冲宽度调变控制器103，其中当一次侧开关组件Qnp关闭时，跨压Vaux为二次侧绕组NS的跨压的一反射电压。此外，电源供应器10可另包括一光耦合回馈电路106，使得脉冲宽度调变控制器103可接收代表输出电压Vout大小的第二回馈信号Vcomp，且同时保持一次侧电路与二次侧电路间电信号彼此隔离。此外，电源供应器10可根据一电流检测端CS检测一电流检测电阻Rcs的一电流检测电压Vcs，以反映流经一次侧开关组件Qnp的一电流Iin。
请同时参考图2，图2为本发明实施例脉冲宽度调变控制器103内部的恒流控制装置104的示意图。恒流控制装置104包括一电压波形检测器1042及一恒流控制器1044。电压波形检测器1042用来根据第一回馈电压Vfb及控制电压DRV，产生关于二次侧绕组NS的一放电时段长度的一放电时段信号Tdis。
详细而言，电压波形检测器1042包括一低通滤波器1042_2、一比较器1042_4及一逻辑电路1042_6。低通滤波器1042_2包括一电阻1042_R及一电容1042_C，用来对第一回馈电压Vfb进行低通滤波，以产生一延迟信号Vdly，即低通滤波器1042_2将第一回馈电压Vfb等效延期一电阻电容的固定时间。比较器1042_4用来比较第一回馈电压Vfb及延迟信号Vdly，以于第一回馈电压Vfb低于延迟信号Vdly超过一默认程度时，提供一检测结果信号Sdet至逻辑电路1042_6。当电源供应器10的二次侧绕组NS放电完毕，逻辑电路1042_6即可根据控制电压DRV及检测结果信号Sdet产生放电时段信号Tdis。上述电压波形检测器的运作技术细节可参考TW201404010A1号的相关实施例中的电压波形检测器60具体描述，本专利不再赘述。
恒流控制器1044包括一积分器1044_2、一比较器1044_4、一低通滤波器LPF及一中间值检测器1044_6。积分器1044_2包括一下拉电流源Idn、一电容1044_C、一第一次电流源IUP_1及一第二次电流源IUP_2。下拉电流源Idn可根据电流检测电压Vcs取样数值产生一下拉电流IDN，例如，可根据一检测电压中间值Vcs_m来决定下拉电流IDN大小。电容1044_C用来储存在放电时段长度内下拉电流IDN的一积分结果电压Vcco。第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2可选择性地并联或单独作为上拉电流源I而提供电流至积分器1044_2；例如图2所示一实施例，可由第一次电流源IUP_1单独组成、或由第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2并联组合而成。换言之，积分器1044_2根据放电时段信号Tdis、电流检测电压Vcs、下拉电流IDN及上拉电流源I，以产生积分结果电压Vcco。此外，中间值检测器1044_6用来对应于一次侧开关组件Qnp开启导通时段的中间时间点，读取该电流检测电压Vcs以得到该检测电压中间值Vcs_m。
比较器1044_4包括一第一输入端点与一第二输入端点，第一输入端点接收积分结果电压Vcco，第二输入端点选择性地接收恒流控制器1044的一区间上限电压值Vcompr+或一区间下限电压值Vcompr的二者其中之一。于一实施例中，例如区间下限电压值Vcompr可设计为第二回馈信号Vcomp的1/4分压，而区间上限电压值Vcompr+可设计为此区间下限电压值Vcompr加上一固定电压差ΔV，例如：0.2V。如图3A所示，当代表电源供应器10输出电能的二次侧输出电流值Iout超过240％过功率保护设定值时，第二回馈信号Vcomp会上升，进而使第一边界电压值Vcompr+与第二边界电压值Vcompr向上升高。
请继续参考图3A及图3B，图3A为本发明实施例的积分结果电压Vcco与二次侧输出电流值Iout的关系示意图，图3B为本发明实施例的二次侧输出电流值Iout与一时间的关系示意图，其模拟二次侧输出电流值Iout随着时间而线性渐增。图3A所描绘的是积分结果电压Vcco对应于不同的二次侧输出电流值Iout的情形下，以两阶段方式执行一恒流保护措施。在图3A的实施例中，积分结果电压Vcco具有一初始电压V_initial，并且具有恒流控制装置104的一第一临界值T_1及一第二临界值T_2，第二临界值T_2大于第一临界值T_1；其中第一临界值T_1关于电源供应器10的一过电流(overcurrent)状态，即为当二次侧输出电流值Iout大于第一临界值T_1时，代表定电源供应器10发生过电流状态；第二临界值T_2关于电源供应器10的一过功率(overpower)状态，即当二次侧输出电流值Iout大于第二临界值T_2时，代表定电源供应器10发生过功率状态。
在一实施例中，电源供应器10的过电流状态及过功率状态可分别对应至二次侧输出电流值Iout的120％过电流保护设定值及240％过功率保护设定值。举例而言，假设恒流控制装置104的二次侧输出电流值Iout的一产品出厂规格额定电流值为3安培，则120％过电流保护设定值及240％过功率保护设定值分别为3.6安培及7.2安培。
在本发明的实施例中，第一电流源是在不导通第二次电流源IUP_2的情形下，由第一次电流源IUP_1单独对电容1044_C提供升压电流以进行充电；而第二电流源是在导通第二次电流源IUP_2的情形下，由第一次电流源IUP_1及第二次电流源IUP_2并联共同对电容1044_C提供升压电流以进行充电。
为了清楚描述积分结果电压Vcco与二次侧输出电流值Iout之间的关联，图3A中另外标示了不同区间。
如图3A中所示一区间Phase_0对应积分器1044_2接通第一电流源(单独第一次电流源IUP_1)以作为上拉电流源I，且过电流状态尚未发生(二次侧输出电流值Iout小于第一临界值T_1)的区间。此区间的检测电压中间值Vcs_m较小，对应下拉电流IDN较小；于此区间中，当二次侧输出电流值Iout如图3B所示随时间逐渐增加时，积分结果电压Vcco维持在初始电压V_initial。
更详细而言，当第一电流源(单独第一次电流源IUP_1)为上拉电流源I时，代表第一电流源所提供的升压电流的积分趋势是要使积分结果电压Vcco上升。相对地，积分器1044_2中的下拉电流源Idn提供的下拉电流IDN的积分趋势是要使积分结果电压Vcco下降，且此下拉电流IDN与电源供应器10输出电能为正相关。在区间Phase_0中，在电源供应器10输出电能未达到120％过电流设定值状况下，第一电流源所提供的升压电流足以使积分结果电压Vcco不会降低。区间Phase_0与区间Phase_1的交接边界可为：当第一电流源作为积分器1044_2中的上拉电流源I且积分结果电压Vcco开始下降时，代表电源供应器10输出电能达到120％过电流设定值。
如图3A中所示区间Phase_1-7，对应过电流状态已经发生，但过功率状态尚未发生(二次侧输出电流值Iout大于第一临界值T_1，且二次侧输出电流值Iout小于第二临界值T_2)双稳态阶段的波形示意图。于奇数区间Phase_1、Phase_3、Phase_5、Phase_7…中，积分器1044_2接通第一电流源(单独第一次电流源IUP_1)为上拉电流源I；于偶数区间Phase_2、Phase_4、Phase_6…中，积分器1044_2接通第二电流源(第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2并联)为上拉电流源I。双稳态阶段区间Phase_1-7所示波形主要用以示意方式说明积分结果电压Vcco会因应上拉电流源改变，而被限制在两个边界电压值Vcompr+与Vcompr区间内做多次上升下降变化；不代表双稳态阶段区间Phase_1-7中的积分结果电压Vcco与二次侧输出电流值Iout具有类似转移曲线一对一对应关系，或双稳态阶段就刚好只有7个区间。
为方便说明，如图3D所示，假设二次侧输出电流值Iout呈现阶段A-E渐进增加，例如阶段A-E分别对应于电源供应器10出厂规格额定电流值的100％、130％、180％、230％与245％状态，二次侧输出电流值Iout于各阶段分别维持稳定输出一段时间后，二次侧输出电流值Iout增加而进入到下一阶段，则对应的积分结果电压Vcco波形呈现三种态样：(1)在阶段A中，对应于出厂规格额定电流值100％阶段，如图3APhase_0所示，积分结果电压Vcco稳定保持于定值V_initial；(2)在阶段E中，对应于出厂规格额定电流值245％阶段，如图3APhase_8所示，积分结果电压Vcco无法保持定值而呈现逐渐下降；(3)对应于出厂规格额定电流值130％、180％、230％阶段，如图3E所示积分结果电压Vcco为三种不同斜率的上升-下降的三角波形。假设当二次侧输出电流值Iout分别为电源供应器10出厂规格额定电流值的130％、180％与230％时，其对应的下拉电流IDN分别为一第一下拉电流、一第二下拉电流与一第三下拉电流。因为三者大小关系为：第一下拉电流<第二下拉电流＜第三下拉电流；故如图3E所示，对应不同二次侧输出电流值比率，示意说明结果电压Vcco被限制在两个边界电压值Vcompr+与Vcompr区间内上升下降波形的斜率绝对值变化关系；随着二次侧输出电流值Iout增加，下拉电流对应渐增，积分结果电压Vcco的上升速率降低，上升波形斜率绝对值减小(上升波形较接近水平)；但下降速率增加，下降波形斜率绝对值增加(下降波形较接近垂直)。
以下为方便说明图3A中的Phase_1-7，请同时参考图3B。如图3B所示，假设二次侧输出电流值Iout随时间呈现线性渐进增加，例如自对应于电源供应器10出厂规格额定电流值的100％线性渐增至245％，则如图3A所示相同波形，水平横轴可转换为时间轴而得到图3C。
于区间Phase_1中，积分器1044_2接通第一电流源为上拉电流源I，且过电流状态已发生(二次侧输出电流值Iout大于第一临界值T_1)的区间。于此区间中，则积分结果电压Vcco的一改变趋势(即随时间逐渐降低)与第一电流源的一积分趋势(即使积分结果电压Vcco增加)会相反，如此就会触发电源供应器10的一过电流超载保护电路开始运作。如图2所示的恒流控制装置104实施例，恒流控制装置104可包括一第一保护机制比较电路PC_1。第一保护机制比较电路PC_1包括一比较器P_1用来比较积分结果电压Vcco及一第一保护机制电压阀值TH_1。当积分结果电压Vcco变化低于第一保护机制电压阀值TH_1时，可触发一定时器Timer_1，并且于计时超过一第一预设时段时，使电源供应器10停止提供一输出电流。
区间Phase_1与区间Phase_2的交接边界可为：当积分结果电压Vcco变化(即降低)达到第二边界电压值Vcompr时，亦即积分结果电压Vcco下降至区间下限电压值时，触发比较器1044_4改变输出，使得积分器1044_2中的第二次电流源IUP_2路径导通而与第一次电流源IUP_1并联，以使第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2共同对电容1044_C充电，并使比较器1044_4的第二输入端点切换到接收第一边界电压值Vcompr+(即区间上限电压值)。
如图3C中所标示的区间Phase_2，积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源，且过功率状态尚未发生(二次侧输出电流值Iout小于第二临界值T_2)的区间。在区间Phase_2中，第二电流源作为积分器1044_2中的一第二上拉电流源，第二电流源的积分趋势是要使积分结果电压Vcco上升；电源供应器10输出电能未达到240％过功率保护设定值状况下，第二电流源所提供的升压电流足以使积分结果电压Vcco不会降低。因此，当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源时，则积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐上升)与第二电流源的积分趋势(即增加)会相同。
区间Phase_2与区间Phase_3的交接边界可为：当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源，且积分结果电压Vcco变化(即上升)达到第一边界电压值Vcomp+时，亦即积分结果电压Vcco上升至区间上限电压值时，触发比较器1044_4改变输出，进而切断第二次电流源IUP_2，使第二次电流源不再对电容1044_C充电，并使第二输入端点切换到接收第二边界电压值Vcompr(即区间下限电压值)，如此而进入区间Phase_3。
于区间Phase_3中，积分器1044_2接通的上拉电流源I改为第一电流源(即由第一次电流源IUP_1单独对电容1044_C充电)，此时，比较器1044_4的第二输入端点切换到接收第二边界电压值Vcompr(即区间下限电压值)。于区间Phase_3中，当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第一电流源，则积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐下降)与第一电流源的积分趋势(即使积分结果电压Vcco增加)会相反。
区间Phase_3的与区间Phase_4的交接边界可为：当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第一电流源，且当积分结果电压Vcco下降抵达第二边界电压值Vcompr时，触发比较器1044_4改变输出，进行类似区间Phase_1的与区间Phase_2交接边界处动作而进入区间Phase_4。
于区间Phase_4中，积分器1044_2接通的上拉电流源I改为第二电流源(即由第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2共同对电容1044_C充电)。此时，比较器1044_4的第二输入端点切换到接收第一边界电压值Vcompr+(即区间上限电压值)。于区间Phase_4中，当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源时，积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐上升)与第二电流源的积分趋势(即增加)会相同。其余区间Phase_4及区间Phase_6操作会与上述区间Phase_2操作类似，而区间Phase_7操作会与上述区间Phase_3、区间Phase_5操作类似，因此略过描述不再赘述。
依据本发明实施例：(a)如图3C所示区间Phase_3、区间Phase_5及区间Phase_7所示，当二次侧输出电流值Iout大于第一临界值T_1时，若积分器1044_2接通的上拉电流源I为第一电流源，则积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐降低)将会与第一电流源的积分趋势(即增加)相反，而呈现逐渐降低趋势。(b)如区间Phase_2、区间Phase_4及区间Phase_6所示，当二次侧输出电流值Iout小于第一临界值T_2时，若积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源，则积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐增加)将会与第二电流源的积分趋势(即增加)相同，而呈现逐渐增加趋势。(c)如图3C所示区间Phase_2至区间Phase_7，当积分结果电压Vcco下降抵达第二边界电压值Vcompr，或上升抵达第一边界电压值Vcompr+时，会触发比较器1044_4改变输出，进而改变第二次电流源IUP_2是否作为上拉电流源的一部分。通过上述(a)-(c)机制，使得当二次侧输出电流值Iout大于第一临界值T_1，且二次侧输出电流值Iout小于第二临界值T_2时，积分结果电压Vcco会被保持在第一边界电压值Vcompr+与第二边界电压值Vcompr之间。如此一来，积分结果电压Vcco被保持于远低于初始电压V_initial的电压范围中，当电源供应器10输出电能达到240％过功率保护设定值时，有助于迅速较早关闭电源供应器10。
在图3C中的区间Phase_8中，当积分器1044_2接通的上拉电流源I改为第二电流源(即由第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2共同对电容1044_C充电)，当积分器1044_2接通的上拉电流源I为第二电流源，且积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐降低)与第二电流源的积分趋势(即增加)相反时，代表此时电源供应器10输出电能已经超过240％过功率保护设定值，恒流控制器1044就需要触发电源供应器10的一过功率超载保护电路开始运作。如此设计，当二次侧输出电流值Iout大于第二临界值T_2时，纵使积分器1044_2接通的上拉电流源I已经加大为第二电流源(第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2并联供电)，则积分结果电压Vcco的改变趋势(即随时间逐渐降低)仍会与第二电流源的积分趋势(即增加)相反，而呈现逐渐降低趋势。
如图2所示的恒流控制装置104的实施例，为了执行电源供应器10的过功率保护措施，恒流控制装置104可包括一第二保护机制比较电路PC_2。第二保护机制比较电路PC_2包括一比较器P_2，用来比较第二边界电压值Vcompr及一第二保护机制电压阀值TH_2以于第二边界电压值Vcompr大于第二保护机制电压阀值TH_2时(如图3C中所标示的时间点A所对应到第二边界电压值Vcompr与第二保护机制电压阀值TH_2交会点)，触发定时器Timer_2开始计时，且于计时超过一第二预设时段时，使电源供应器10停止提供输出电流。
如图3F所示积分结果电压Vcco与检测电压峰值Vcs_peak波形，可根据一第三保护机制比较电路实施例(未图标电路)，比较积分结果电压Vcco与各周期中一次侧开关组件Qnp开启导通时所对应的检测电压峰值Vcs_peak；当积分结果电压Vcco下降至检测电压峰值Vcs_peak的电压值时(如图3F中所标示的时间点A所对应到的积分结果电压Vcco与检测电压峰值Vcs_peak交会点)，一比较器(未图标电路)会于每个周期内重复地输出一过功率风险脉冲ORP，恒流控制装置104也可依据出现此过功率风险脉冲ORP来触发定时器Timer_2开始计时，且于计时超过第二预设时段时，使电源供应器10停止提供输出电流。
由于第一保护机制电路PC_1是用来判断电源供应器10是否超过120％过电流保护设定值，而第二保护机制比较电路PC_2是用来判断电源供应器10是否超过240％过功率保护设定值，因此，当第二保护机制比较电路PC_2的定时器Timer_2被触发时，表示电源供应器10已经超过240％过功率保护设定值，因此第二预设时间小于第一预设时段，以避免过度超载损坏电源供应器10。举例来说，第一预设时段可以是100毫秒，第二预设时段可以是30毫秒，即当第一保护机制电路PC_1判断电源供应器10超过120％过电流保护设定值超过100毫秒时，关闭电源供应器10；当第二保护机制比较电路PC_2判断电源供应器10超过240％过功率保护设定值超过30毫秒时，关闭电源供应器10。值得注意的是，第一预设时段及第二预设时段的时间长度不以上述范例为限制。
图4为本发明实施例的积分结果电压Vcco、二次侧输出电流值Iout与一时间的关系示意图。与图3C不同的地方在于，图4中的二次侧输出电流值Iout假设自一时间点0开始线性增加，并在时间点Tc具有一最大值。于时间点0，二次侧输出电流值Iout最低，积分结果电压Vcco为初始电压V_initial；于一时间点Ta，第一电流源(单独第一次电流源IUP_1)作为上拉电流源且积分结果电压Vcco下降，代表发生过电流状态；于一时间点Tb，第二电流源(第一次电流源IUP_1与第二次电流源IUP_2并联供电)作为上拉电流源且积分结果电压Vcco下降，代表发生过功率状态。于一时间点Tc，积分结果电压Vcco下降至检测电压峰值Vcs_peak(或第二边界电压值Vcompr上升超过第二保护机制电压阀值TH_2)，使得第二保护机制比较电路PC_2触发定时器Timer_2开始计时，且此时二次侧输出电流值Iout到达最大值后开始反转逐渐降低。于一时间点Td，距离时间点Tc短于30毫秒，二次侧输出电流值Iout持续降低而使过功率状态消除，因此超过240％过功率保护设定机制并未关闭电源供应器10；于一时间点Te，二次侧输出电流值Iout持续降低而使过电流状态消除，积分结果电压Vcco回到初始电压V_initial。
图5为本发明实施例的恒流控制装置104的控制电压DRV、电流检测电压Vcs、积分结果电压Vcco、第一回馈电压Vfb及二次侧绕组NS的二次侧绕组电流值Isec的波形示意图。由图5的实施例可知，积分结果电压Vcco随着电流检测电压Vcs改变，且二次侧输出电流值Iout由下列式(1)参数决定：
Figure BDA0002831011250000151
其中，T为每一个控制电压DRV的周期、Isec_m为二次侧绕组电流值Isec在每一周期的二次侧绕组电流中间值、np为一次侧绕组线圈数、ns为二次侧绕组线圈数。
此外，如图5所示，由于本发明实施例的积分器1044_2的下拉电流源Idn较佳根据检测电压中间值Vcs_m产生，且下拉电流源Idn中的一开关对应于放电时段信号Tdis而被导通，以得到式(2)-(4)：
Figure BDA0002831011250000152
Figure BDA0002831011250000153
Figure BDA0002831011250000154
其中Vset为上拉电流源I的一等效电压、Rup为上拉电流源I的一等效电阻、Rdn为下拉电流源Idn的一等效电阻。
因此本发明实施例的恒流控制装置10的二次侧输出电流值Iout可将式(4)带入式(1)以得到式(5)：
Figure BDA0002831011250000155
进一步地，恒流控制装置10的运作方式可归纳为一恒流控制流程60，如图6所示。恒流控制流程60的步骤包括：
步骤602：开始。
步骤604：由电压波形检测器1042根据第一回馈电压Vfb及控制电压DRV，产生关于二次侧绕组NS放电时段长度的放电时段信号Tdis。
步骤606：由恒流控制器1044的积分器1044_2根据放电时段信号Tdis与电流检测电压Vcs来调整一第一积分趋势电流源，并接通第一电流源及第二电流源二者其中之一作为一第二积分趋势电流源，其中第一积分趋势电流源与第二积分趋势电流源相反，共同作用以产生积分结果电压Vcco。
步骤608：结束。
针对步骤606，以图2所示实施例说明：(1)放电时段信号Tdis与电流检测电压Vcs分别调整下拉电流源Idn电流大小与导通时段长度，其作用是拉低积分结果电压Vcco；(2)选择性地接通第一电流源及第二电流源二者其中之一作为上拉电流源，其作用是拉高积分结果电压Vcco。但本发明不以此为限，例如：放电时段信号Tdis与电流检测电压Vcs可共同调整一上拉电流源，同时选择性地接通第一电流源及第二电流源二者其中之一作为下拉电流源Idn；如此相反积分趋势方向的电路设计亦属于本发明范畴。
此外电流检测电压Vcs关联于流经二次侧绕组NS的二次侧绕组电流值Isec，而二次侧绕组电流值Isec又关联于二次侧输出电流值Iout。下拉电流源Idn较佳根据检测电压中间值Vcs_m产生，如此可不需检测放电时段信号Tdis的时间长度，积分器1044_2就可精确地计算出二次侧输出电流值Iout。
其他关于恒流控制流程60的运作流程，可参考恒流控制装置10的实施例，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供一种恒流控制装置及其相关恒流控制方法，在电源供应器执行过电流保护流程之前，执行过电流保护机制及过功率保护机制的两个不同阶段的恒流控制装置及其相关恒流控制方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种恒流控制装置，用于一电源供应器，其中所述电源供应器包括一次侧开关组件与二次侧绕组，所述一次侧开关组件接受一控制电压而选择性地开启导通或关闭，其特征在于，所述恒流控制装置包括：
一电压波形检测器，用来根据一第一回馈电压及所述控制电压，产生关于所述二次侧绕组放电时段长度的一放电时段信号；以及
一恒流控制器，耦接于所述电压波型检测器，所述恒流控制器包括一积分器、一第一电流源及一第二电流源，所述积分器根据所述放电时段信号与一电流检测电压，并接通所述第一电流源及所述第二电流源二者其中之一，产生一积分结果电压，所述电流检测电压与流经所述二次侧绕组的二次侧绕组电流值相关，所述二次侧绕组电流值与所述电源供应器的二次侧输出电流值呈现正相关；
其中，当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第一电流源积分趋势相反，且所述积分结果电压变化达到一第二边界电压值时，所述积分器变更为接通所述第二电流源；
其中，当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第二电流源积分趋势相同，且所述积分结果电压变化达到一第一边界电压值时，所述积分器变更为接通所述第一电流源。
2.如权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，所述第一电流源选择性地作为所述积分器中的一第一上拉电流源，所述第一电流源积分趋势是要使所述积分结果电压上升；其中所述积分器包括一下拉电流源，用来根据所述电流检测电压与所述放电时段信号产生一下拉电流，所述下拉电流源积分趋势是要使所述积分结果电压下降；其中当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第一电流源积分趋势相反，且所述积分结果电压变化达到所述第二边界电压值时，所述积分结果电压下降至一区间下限电压值。
3.如权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，所述第二电流源选择性地作为所述积分器中的一第二上拉电流源，所述第二电流源积分趋势是要使所述积分结果电压上升；其中所述积分器包括一下拉电流源，用来根据所述电流检测电压与所述放电时段信号产生一下拉电流，所述下拉电流源积分趋势是要使所述积分结果电压下降；其中当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第二电流源积分趋势相同，且所述积分结果电压变化达到所述第一边界电压值时，所述积分结果电压上升至一区间上限电压值。
4.如权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压与所述第一电流源积分趋势相反时，对应所述二次侧输出电流值大于一第一临界值；当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压与所述第二电流源积分趋势相反时，对应所述二次侧输出电流值大于一第二临界值；其中所述第一电流源的值小于所述第二电流源的值，所述第一临界值小于所述第二临界值；当所述二次侧输出电流值大于所述第一临界值，且所述二次侧输出电流值小于所述第二临界值时，所述积分结果电压将被保持在所述第一边界电压值与所述第二边界电压值之间。
5.如权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，所述积分器包括：
一下拉电流源，用来根据所述电流检测电压与所述放电时段信号，产生一下拉电流；
一电容，用来储存所述放电时段信号内所述下拉电流的所述积分结果电压；以及
一第一次电流源及一第二次电流源；
其中，所述第一次电流源构成所述第一电流源，所述第一次电流源与所述第二次电流源并联构成所述第二电流源。
6.如权利要求5所述的恒流控制装置，其特征在于，所述积分器还包括：
一比较器，包括一第一输入端点与一第二输入端点，所述第一输入端点接收所述积分结果电压，所述第二输入端点选择性地接收所述区间上限电压值与所述区间下限电压值二者其中之一；
其中当所述积分结果电压下降达到所述区间下限电压值时，使所述第一次电流源与所述第二次电流源并联，以使所述第一次电流源与所述第二次电流源共同对所述电容充电，并使所述第二输入端点切换到接收所述区间上限电压值；
其中当所述积分结果电压上升达到所述区间上限电压值时，所述比较器切断所述第二次电流源，使所述第二次电流源不再对所述电容充电，并使所述第二输入端点切换到接收所述区间下限电压值。
7.如权利要求1所述的恒流控制装置，其特征在于，所述恒流控制器还包括：
一第一保护机制比较电路，用来比较所述积分结果电压及一第一保护机制电压阀值，当所述积分结果电压低于所述第一保护机制电压阀值时，触发开始计时，当计时超过一第一预设时段时，使所述电源供应器停止提供一输出电流。
8.如权利要求7所述的恒流控制装置，其特征在于，所述电流检测电压对应于所述二次侧绕组电流值的一检测电压峰值，其中所述恒流控制器还包括：
一第二保护机制比较电路，依据所述积分结果电压来减少所述一次侧开关组件开启导通传递的能量以降低所述检测电压峰值，当所述积分结果电压下降触发所述第二保护机制比较电路开始降低所述检测电压峰值时，进而触发开始计时，当计时超过一第二预设时段时，使所述电源供应器停止提供所述输出电流。
9.如权利要求8所述的恒流控制装置，其特征在于，所述第二保护机制比较电路具有一第二保护机制比较器，用来比较所述积分结果电压及所述检测电压峰值，当所述积分结果电压下降至所述检测电压峰值时，触发所述第二保护机制比较电路开始计时。
10.如权利要求5所述的恒流控制装置，其特征在于，所述电流检测电压对应于所述二次侧绕组电流值具有一检测电压中间值，其中所述下拉电流源根据所述检测电压中间值产生所述下拉电流。
11.一种恒流控制方法，其特征在于，用于一电源供应器，其中所述电源供应器包括一电压波形检测器、一恒流控制器、一次侧开关组件与二次侧绕组，所述一次侧开关组件接受一控制电压而选择性地开启导通或关闭，所述恒流控制装置包括：
由所述电压波形检测器根据一第一回馈电压及所述控制电压，产生关于所述二次侧绕组放电时段长度的一放电时段信号；以及
由所述恒流控制器的一积分器根据所述放电时段信号与一电流检测电压，并接通一第一电流源及一第二电流源二者其中之一，产生一积分结果电压，所述电流检测电压与流经所述二次侧绕组的二次侧绕组电流值相关，所述二次侧绕组电流值与所述电源供应器的二次侧输出电流值呈现正相关；
其中，当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第一电流源积分趋势相反，且所述积分结果电压变化达到一第二边界电压值时，所述积分器变更为接通所述第二电流源；
其中，当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第二电流源积分趋势相同，且所述积分结果电压变化达到一第一边界电压值时，所述积分器变更为接通所述第一电流源。
12.如权利要求11所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述第一电流源选择性地作为所述积分器中的一第一上拉电流源，所述第一电流源积分趋势是要使所述积分结果电压上升；
其中，所述积分器包括一下拉电流源，用来根据所述电流检测电压与所述放电时段信号产生一下拉电流，所述下拉电流源积分趋势是要使所述积分结果电压下降；
其中，当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第一电流源积分趋势相反，且所述积分结果电压变化达到所述第二边界电压值时，所述积分结果电压下降至一区间下限电压值。
13.如权利要求11所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述第二电流源选择性地作为所述积分器中的一第二上拉电流源，所述第二电流源积分趋势是要使所述积分结果电压上升；
其中，所述积分器包括一下拉电流源，用来根据所述电流检测电压与所述放电时段信号产生一下拉电流，所述下拉电流源积分趋势是要使所述积分结果电压下降；
其中，当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压改变趋势与所述第二电流源积分趋势相同，且所述积分结果电压变化达到所述第一边界电压值时，所述积分结果电压上升至一区间上限电压值。
14.如权利要求11所述的恒流控制方法，其特征在于，当所述积分器接通所述第一电流源，且所述积分结果电压与所述第一电流源积分趋势相反时，对应所述二次侧输出电流值大于一第一临界值；当所述积分器接通所述第二电流源，且所述积分结果电压与所述第二电流源积分趋势相反时，对应所述二次侧输出电流值大于一第二临界值；其中所述第一电流源的值小于所述第二电流源的值，所述第一临界值小于所述第二临界值；当所述二次侧输出电流值大于所述第一临界值，且所述二次侧输出电流值小于所述第二临界值时，所述积分结果电压将被保持在所述第一边界电压值与所述第二边界电压值之间。
15.如权利要求11所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述积分器的一下拉电流源根据所述电流检测电压与所述放电时段信号，产生一下拉电流；
所述积分器的一电容储存所述放电时段信号内所述下拉电流的所述积分结果电压；以及
所述积分器的一第一次电流源构成所述第一电流源，而所述第一次电流源与一第二次电流源并联构成所述第二电流源。
16.如权利要求15所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述积分器的一比较器的一第一输入端点接收所述积分结果电压，所述比较器的一第二输入端点选择性地接收所述区间上限电压值与所述区间下限电压值二者其中之一；
其中当所述积分结果电压下降达到所述区间下限电压值时，使所述第一次电流源与所述第二次电流源并联，以使所述第一次电流源与所述第二次电流源共同对所述电容充电，并使所述第二输入端点切换到接收所述区间上限电压值；
其中当所述积分结果电压上升达到所述区间上限电压值时，所述比较器切断所述第二次电流源，使所述第二次电流源不再对所述电容充电，并使所述第二输入端点切换到接收所述区间下限电压值。
17.如权利要求11所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述恒流控制器的一第一保护机制比较电路比较所述积分结果电压及一第一保护机制电压阀值，当所述积分结果电压低于所述第一保护机制电压阀值时，触发开始计时，当计时超过一第一预设时段时，使所述电源供应器停止提供一输出电流。
18.如权利要求17所述的恒流控制方法，其特征在于，还包括：
所述恒流控制器的一第二保护机制比较电路，依据所述积分结果电压来减少所述一次侧开关组件开启导通传递的能量以降低一检测电压峰值，当所述积分结果电压下降触发所述第二保护机制比较电路开始降低所述检测电压峰值时，进而触发开始计时，当计时超过一第二预设时段时，使所述电源供应器停止提供所述输出电流。
19.如权利要求18述的恒流控制方法，其特征在于，所述第二保护机制比较电路具有一第二保护机制比较器，用来比较所述积分结果电压及所述检测电压峰值，当所述积分结果电压下降至所述检测电压峰值时，触发所述第二保护机制比较电路开始计时。
20.如权利要求15所述的恒流控制方法，其特征在于，所述电流检测电压对应于所述二次侧绕组电流值具有一检测电压中间值，其中所述下拉电流源根据所述检测电压中间值产生所述下拉电流。
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