消除过电流保护误动作的电源供应器的制作方法

1.本发明涉及一种电源供应器，特别涉及一种可消除过电流保护误动作的电源供应器。


背景技术：

2.传统电源供应器通常包括反馈补偿电路和过电流保护的检测电路，然而，当输出电流过大并触发过电流保护机制时，反馈补偿电路往往意外参与并引发误动作，故会造成输出电位的波形上下振荡。有鉴于此，势必要提出一种全新的解决方案，以克服现有技术所面临的困境。


技术实现要素：

3.在优选实施例中，本发明提出一种消除过电流保护误动作的电源供应器，包括：一第一变压器，包括一第一主线圈和一第一副线圈，其中该第一主线圈用于接收一输入电位，而该第一副线圈用于产生一感应电位；一功率切换器，选择性地将该第一主线圈耦接至一接地电位；一输出级电路，根据该感应电位来产生一输出电流；一检测电路，监控该输出电流，并根据该输出电流来产生一检测电位；一反馈补偿电路，耦接至该输出级电路，并产生一反馈电位和一耦合电流，其中该反馈补偿电路包括一线性光耦合器和一稳压器；一脉冲宽度调制集成电路，根据该反馈电位来产生一脉冲宽度调制电位；一第二变压器，包括一第二主线圈和一第二副线圈，其中该第二主线圈用于接收该耦合电流，而该第二副线圈用于产生一控制电位；以及一控制电路，根据该检测电位和该控制电位来选择性地致能或禁能该线性光耦合器和该稳压器。
附图说明
4.图1是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器的示意图。
5.图2是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器的示意图。
6.图3是显示传统电源供应器的电位波形图。
7.图4是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器的电位波形图。
8.附图标记说明：
9.100,200：电源供应器
10.110,210：第一变压器
11.111,211：第一主线圈
12.112,212：第一副线圈
13.120,220：功率切换器
14.130,230：输出级电路
15.140,240：检测电路
16.150,250：反馈补偿电路
17.152,252：线性光耦合器
18.154,254：稳压器
19.160,260：脉冲宽度调制集成电路
20.170,270：第二变压器
21.171,271：第二主线圈
22.172,272：第二副线圈
23.180,280：控制电路
24.242：放大器
25.262：误差放大器
26.264：比较器
27.390：第一虚线框
28.490：第二虚线框
29.c1：第一电容器
30.c2：第二电容器
31.c3：第三电容器
32.c4：第四电容器
33.c5：第五电容器
34.c6：第六电容器
35.d1：第一二极管
36.d2：第二二极管
37.dl：发光二极管
38.iout：输出电流
39.ip：耦合电流
40.m1：第一晶体管
41.m2：第二晶体管
42.m3：第三晶体管
43.n1：第一节点
44.n2：第二节点
45.n3：第三节点
46.n4：第四节点
47.n5：第五节点
48.n6：第六节点
49.n7：第七节点
50.n8：第八节点
51.n9：第九节点
52.n10：第十节点
53.n11：第十一节点
54.n12：第十二节点
55.n13：第十三节点
56.n14：第十四节点
57.n15：第十五节点
58.ncm：共同节点
59.nin：输入节点
60.nout：输出节点
61.q1：双载子接面晶体管
62.r1：第一电阻器
63.r2：第二电阻器
64.r3：第三电阻器
65.r4：第四电阻器
66.r5：第五电阻器
67.r6：第六电阻器
68.r7：第七电阻器
69.r8：第八电阻器
70.r9：第九电阻器
71.vc：控制电位
72.vd：检测电位
73.vf：反馈电位
74.vin：输入电位
75.vm：脉冲宽度调制电位
76.vout：输出电位
77.vr：参考电位
78.vs：感应电位
79.vss：接地电位
80.vt：三角波电位
具体实施方式
81.为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。
82.在说明书及相关申请文件当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及相关申请文件并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及相关申请文件当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
83.图1是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器100的示意图。例如，电源供应
器100可应用于台式电脑、笔记本电脑，或一体成形电脑。如图1所示，电源供应器100包括：一第一变压器110、一功率切换器120、一输出级电路130、一检测电路140、一反馈补偿电路150、一脉冲宽度调制集成电路160、一第二变压器170，以及一控制电路180。必须注意的是，虽然未显示于图1中，但电源供应器100还可包括其他元件，例如：一稳压器或(且)一负反馈电路。
84.第一变压器110包括一第一主线圈111和一第一副线圈112，其中第一主线圈111可位于第一变压器110的一侧，而第一副线圈112则可位于第一变压器110的相对另一侧。第一主线圈111可接收一输入电位vin，而作为对于输入电位vin的回应，第一副线圈112可产生一感应电位vs。输入电位vin可来自一外部输入电源，其中输入电位vin可具有任意频率和任意振幅。例如，输入电位vin的频率可约为50hz或60hz，而输入电位vin的方均根值可约为110v或220v，但亦不仅限于此。功率切换器120是选择性地将第一主线圈111耦接至一接地电位vss(例如：0v)。输出级电路130可根据感应电位vs来产生一输出电流iout。检测电路140可监控输出电流iout，并根据输出电流iout来产生一检测电位vd。在一些实施例中，输出级电路130更产生一输出电位vout，其可再传送至一电子装置。反馈补偿电路150耦接至输出级电路130，并可产生一反馈电位vf和一耦合电流ip，其中反馈补偿电路150包括一线性光耦合器152和一稳压器154。脉冲宽度调制集成电路160是根据反馈电位vf来产生一脉冲宽度调制电位vm。第二变压器170包括一第二主线圈171和一第二副线圈172，其中第二主线圈171可位于第二变压器170的一侧，而第二副线圈172则可位于第二变压器170的相对另一侧。第二主线圈171可接收耦合电流ip，而作为对于耦合电流ip的回应，该第二副线圈172可产生一控制电位vc。控制电路180是根据检测电位vd和控制电位vc来选择性地致能或禁能线性光耦合器152和稳压器154。在一些实施例中，若输出电流iout尚未达到一临界值，则控制电路180将同时致能线性光耦合器152和稳压器154；反之，若输出电流iout已达到前述临界值，则控制电路180将同时禁能线性光耦合器152和稳压器154。在此设计下，于过电流保护机制的执行期间，反馈补偿电路150的线性光耦合器152和稳压器154都会由控制电路180所禁能，故可有效避免反馈补偿电路150参与过电流保护机制。因此，本发明能完全消除过电流保护误动作，并且改善电源供应器100的输出稳定度。
85.以下实施例将介绍电源供应器100的详细结构及操作方式。必须理解的是，这些附图和叙述仅为举例，而非用于限制本发明的范围。
86.图2是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器200的示意图。在图2的实施例中，电源供应器200具有一输入节点nin和一输出节点nout，并包括一第一变压器210、一功率切换器220、一输出级电路230、一检测电路240、一反馈补偿电路250、一脉冲宽度调制集成电路260、一第二变压器270，以及一控制电路280。电源供应器200的输入节点nin可由一外部输入电源处接收一输入电位vin，而电源供应器200的输出节点nout可输出一输出电位vout至一电子装置。
87.第一变压器210包括一第一主线圈211和一第一副线圈212，其中第一主线圈211可位于第一变压器210的一侧，而第一副线圈212则可位于第一变压器210的相对另一侧。第一主线圈211的第一端耦接至输入节点nin，而第一主线圈211的第二端耦接至一第一节点n1。在一些实施例中，功率切换器220是根据一脉冲宽度调制电位vm来选择性地将第一节点n1耦接至一接地电位vss(例如：0v)。例如，若脉冲宽度调制电位vm为高逻辑位准，则功率切换
器220即将第一节点n1耦接至接地电位vss(亦即，功率切换器220可近似于一短路路径)；反之，若脉冲宽度调制电位vm为低逻辑位准，则功率切换器220不会将第一节点n1耦接至接地电位vss(亦即，功率切换器220可近似于一开路路径)。第一副线圈212的第一端耦接至一第二节点n2以输出一感应电位vs，而第一副线圈212的第二端耦接至一第三节点n3。
88.输出级电路230包括一第一二极管d1和一第一电容器c1。第一二极管d1的阳极耦接至第二节点n2以接收感应电位vs，而第一二极管d1的阴极耦接至输出节点nout。第一电容器c1的第一端耦接至输出节点nout，而第一电容器c1的第二端耦接至一共同节点ncm以输出一输出电流iout。
89.检测电路240包括一放大器242、一第一电阻器r1、一第二电阻器r2、一第二电容器c2，以及一第三电容器c3。第一电阻器r1的第一端耦接至第三节点n3，而第一电阻器r1的第二端耦接至共同节点ncm以接收输出电流iout。第二电容器c2的第一端耦接至第三节点n3，而第二电容器c2的第二端耦接至共同节点ncm。放大器242的正输入端耦接至共同节点ncm，放大器242的负输入端耦接至第三节点n3，而放大器242的输出端耦接至一第四节点n4。第二电阻器r2的第一端耦接至一第五节点n5以输出一检测电位vd，而第二电阻器r2的第二端耦接至第四节点n4。第三电容器c3的第一端耦接至第五节点n5，而第三电容器c3的第二端耦接至共同节点ncm。当输出电流iout流经第一电阻器r1时，放大器242先会放大第一电阻器r1的第一端和第二端之间的一电位差，然后检测电路240再据以产生对应于输出电流iout的检测电位vd。
90.反馈补偿电路250包括一线性光耦合器252、一稳压器254、一第三电阻器r3、一第四电阻器r4、一第五电阻器r5、一第六电阻器r6、一第四电容器c4、一第五电容器c5，以及一第六电容器c6。第三电阻器r3的第一端耦接至输出节点nout，而第三电阻器r3的第二端耦接至一第六节点n6。在一些实施例中，线性光耦合器252是由一pc817电子元件来实施。线性光耦合器252包括一发光二极管dl和一双载子接面晶体管q1。发光二极管dl的阳极耦接至第六节点n6，而发光二极管dl的阴极耦接至一第七节点n7。双载子接面晶体管q1的集极耦接至一第八节点n8以输出一反馈电位fb，而双载子接面晶体管q1的射极耦接至一第九节点n9以输出一耦合电流ip。第四电容器c4的第一端耦接至第八节点n8，而第四电容器c4的第二端耦接至接地电位vss。第五电容器c5的第一端耦接至第七节点n7，而第五电容器c5的第二端耦接至一第十节点n10。第四电阻器r4的第一端耦接至第七节点n7，而第四电阻器r4的第二端耦接至一第十一节点n11。第六电容器c6的第一端耦接至第十一节点n11，而第六电容器c6的第二端耦接至第十节点n10。第五电阻器r5的第一端耦接至输出节点nout，而第五电阻器r5的第二端耦接至第十节点n10。第六电阻器r6的第一端耦接至第十节点n10，而第六电阻器r6的第二端耦接至共同节点ncm。在一些实施例中，稳压器254是由一tl431电子元件来实施。稳压器254的阳极耦接至一第十二节点n12，稳压器254的阴极耦接至第七节点n7，而稳压器254的参考端耦接至第十节点n10。
91.脉冲宽度调制集成电路260包括一误差放大器262和一比较器264。误差放大器262的正输入端用于接收一参考电位vr，误差放大器262的负输入端耦接至第八节点n8以接收反馈电位vf，而误差放大器262的输出端耦接至一第十三节点n13。比较器264的正输入端用于接收一三角波电位vt，比较器264的负输入端耦接至第十三节点n13，而比较器264的输出端用于输出脉冲宽度调制电位vm。输出脉冲宽度调制电位vm可用于调整功率切换器220的
工作周期。
92.第二变压器270包括一第二主线圈271、一第二副线圈272，以及一第七电阻器r7，其中第二主线圈271和第七电阻器r7皆可位于第二变压器270的同一侧，而第二副线圈272则可位于第二变压器270的相对另一侧。第七电阻器r7的第一端耦接至第九节点n9以接收耦合电流ip，第七电阻器r7的第二端耦接至接地电位vss。第二主线圈271的第一端耦接至第九节点n9，第二主线圈271的第二端耦接至接地电位vss。第二副线圈272的第一端耦接至一第十四节点n14以输出一控制电位vc，而第二副线圈272的第二端耦接至共同节点ncm。第七电阻器r7的第一端和第二端之间的一电位差与耦合电流ip的大小成正比。因此，若耦合电流ip变大，则控制电位vc将会升高；反之，若若耦合电流ip变小，则控制电位vc将会降低。
93.控制电路280包括一第一晶体管m1、一第二晶体管m2、一第二二极管d2、一第八电阻器r8，以及一第九电阻器r9。第一晶体管m1和第二晶体管m2可各自为一n型金属氧化物半导体场效晶体管第一晶体管m1的控制端耦接至第十四节点n14以接收控制电位vc，第一晶体管m1的第一端耦接至共同节点ncm，而第一晶体管m1的第二端耦接至第十二节点n12。第二二极管d2的阳极耦接至输出节点nout，而第二二极管d2的阴极耦接至第六节点n6。第八电阻器r8的第一端耦接至一第十五节点n15，而第八电阻器r8的第二端耦接至第五节点n5以接收检测电位vd。第二晶体管m2的控制端耦接至第十五节点n15，第二晶体管m2的第一端耦接至第七节点n7，而第二晶体管m2的第二端耦接至第六节点n6。第九电阻器r9的第一端耦接至第七节点n7，而第九电阻器r9的第二端耦接至第五节点n5。在一些实施例中，第九电阻器r9的电阻值至少为第八电阻器r8的电阻值的2倍以上。
94.在一些实施例中，功率切换器220包括一第三晶体管m3。第三晶体管m3可为一n型金属氧化物半导体场效晶体管。第三晶体管m3的控制端用于接收脉冲宽度调制电位vm，第三晶体管m3的第一端耦接至接地电位vss，而第三晶体管m3的第二端耦接至第一节点n1。
95.在一些实施例中，电源供应器200可操作于一正常模式或一保护模式，其操作原理将分别如下列所述。
96.在正常模式中，输出电流iout尚未达到一临界值，故检测电路240将产生相对较低的检测电位vd以关闭第二晶体管m2。此时，线性光耦合器252被致能，其中光电二极管dl会产生一光线，使得双载子接面晶体管q1会感应并输出耦合电流ip。作为对耦合电流ip的回应，第二变压器270会产生相对较高的控制电位vc以启动第一晶体管m1，故稳压器254亦被致能。
97.在保护模式中，输出电流iout已达到前述临界值，故检测电路240将产生相对较高的检测电位vd以启动第二晶体管m2。此时，由于第二晶体管m2形成一短路路径，线性光耦合器252会被禁能，其中光电二极管dl将无法产生任何光线，且双载子接面晶体管q1亦无法输出耦合电流ip。是以，第二变压器270会产生相对较低的控制电位vc以关闭第一晶体管m1，故稳压器254亦被禁能。换言之，反馈补偿电路250将不会参与电源供应器200的过电流保护机制。另外，因为双载子接面晶体管q1亦无法产生反馈电位vf，所以脉冲宽度调制集成电路260将停止输出脉冲宽度调制电位vm，此将导致电源供应器200及其功率切换器220同步关闭。
98.图3是显示传统电源供应器的电位波形图，其中横轴代表时间，而纵轴代表电位位准或是电流值。若未使用第二变压器270和控制电路280，于过电流保护机制的执行期间，传
统电源供应器的输出电位vout的波形会发生上下振荡(如一第一虚线框390处所示)，这是由于反馈补偿电路意外参与所造成的过电流保护误动作。
99.图4是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器200的电位波形图，其中横轴代表时间，而纵轴代表电位位准或是电流值。根据图4的测量结果，若已使用第二变压器270和控制电路280，于过电流保护机制的执行期间，反馈补偿电路250的线性光耦合器252和稳压器254会暂时被禁能，故可完全消除过电流保护误动作(如一第二虚线框490处所示)。
100.在一些实施例中，电源供应器200的元件参数可如下列所述。第一电阻器r1的电阻值可介于0.99mω至1.01mω之间，优选可为1mω。第二电阻器r2的电阻值可介于9.9ω至10.1ω之间，优选可为10ω。第三电阻器r3的电阻值可介于9.5kω至10.5kω之间，优选可为10kω。第四电阻器r4的电阻值可介于44.65kω至49.35kω之间，优选可为47kω。第五电阻器r5的电阻值可介于66.31kω至73.29kω之间，优选可为69.8kω。第六电阻器r6的电阻值可介于9.69kω至10.71kω之间，优选可为10.2kω。第七电阻器r7的电阻值可介于14.25kω至15.75kω之间，优选可为15kω。第八电阻器r8的电阻值可介于0.99kω至1.01kω之间，优选可为1kω。第九电阻器r9的电阻值可介于2.48kω至2.53kω之间，优选可为2.5kω。第一电容器c1的电容值可介于2850μf至3150μf之间，优选可为3000μf。第二电容器c2的电容值可介于0.99μf至1.01μf之间，优选可为1μf。第三电容器c3的电容值可介于0.99μf至1.01μf之间，优选可为1μf。第四电容器c4的电容值可介于99pf至101pf之间，优选可为100pf。第五电容器c5的电容值可介于1.49nf至1.51nf之间，优选可为1.5nf。第六电容器c6的电容值可介于46.53nf至47.47nf之间，优选可为47nf。第一主线圈211对第一副线圈212的匝数比值可介于5至100之间，优选可为20。第二主线圈271对第二副线圈272的匝数比值可介于0.01至1之间，优选可为0.1。电源供应器200的相位边际可大于45度，而电源供应器200的增益边际可大于-10db。以上参数范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化电源供应器200的输出稳定度。
101.本发明提出一种新颖的电源供应器，其包括控制电路以选择性地致能或禁能反馈补偿电路。根据实际测量结果，使用前述设计的电源供应器可完全消除过电流保护误动作。由于本发明可进一步改善电源供应器的输出稳定度，故其很适合应用于各种各式的装置当中。
102.值得注意的是，以上所述的电位、电流、电阻值、电感值、电容值，以及其余元件参数均非为本发明的限制条件。设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的电源供应器并不仅限于图1-图4所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图4的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的电源供应器当中。虽然本发明的实施例是使用金属氧化物半导体场效晶体管为例，但本发明并不仅限于此，本技术领域人士可改用其他种类的晶体管，例如：接面场效晶体管，或是鳍式场效晶体管等等，而不致于影响本发明的效果。
103.本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。