[发明专利]可提供稳定电压输出的切换式直流电源供应器

说明书

技术领域

本发明关于一种切换式电源供应器(switched-mode power supply,SMPS)，尤指一种以返驰式(flyback)电源转换器为基础构成而不论轻重载均可维持稳定电压输出的电源供应器。

背景技术

切换式电源供应器或称交换式电源供应器(SMPS)在供电系统中为广泛运用的设备，主要利用PWM控制技术对一切换开关施加导通(ON)/关闭(OFF)信号，使该切换开关交替地导通/关闭，再配合其周边的电源转换电路将一输入电源转换为所需的直流输出电源。

对切换式电源供应器而言，若负载为重载状态或需要输出一较高电压时，提供稳定的输出电源相对会较容易达成。若负载为轻载状态或是需要输出一较低电压时，则相对较为困难。以理论上来讲，只要减小PWM控制信号的工作周期(duty cycle)，即可产生低输出电压，例如由图11A所示的较大工作周期减小为图11B所示的较小工作周期，但实务上当工作周期越来越小时，PWM控制信号会变得相当微弱，若相当接近系统杂讯时，即难以稳定维持该PWM控制信号，输出电压亦随的产生浮动。此外，该切换开关本身的最小导通时间仍是有一定的限制值，当工作周期小于该限制值，仍无法理想控制。

目前市面上的切换式电源供应器若要提供低输出电压时，所使用的控制技术包含以下两种:

频率调降法：如图12A所示，当负载为重载或是高压输出时，以较高的切换频率控制该切换开关；如图12B所示，当负载为轻载或是低压输出时，改为以较低的切换频率控制该切换开关。但是利用此方法进行控制时，当切换频率降低至音频范围时(低于20KHz)，即会产生机械噪音问题，因此，为避免产生扰人的机械噪音问题，输出电压仍无法控制在极低的范围。

脉冲丛集模式法(burst mode)：请参考图13A所示，当负载为轻载或是低压输出时，以脉冲丛集模式控制切换开关，即刻意忽略数个周期而使切换开关完全不动作，只在较短的时段内以脉冲丛集信号驱动切换开关。虽然脉冲信号的频率不变，但以长时间的角度观察脉冲丛集信号的包络线(envelope curve)，如图13B所示，由包络线所形成的信号频率会变的更低，导致切换式电源供应器内部的储能元件发出机械噪音。

发明内容

为解决现有切换式电源供应器无法在轻载或低电压输出的状态输出稳定电压的技术问题，本发明提供一种可线性地控制输出电压介于一极低的最小输出电压(Vmin)及一预设的较高输出电压(Vmax)，令输出端不论是高低压输出或轻重载状态，均可维持有相同的切换频率(switching frequency)及稳定的输出电压。

解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种可提供稳定电压输出的切换式直流电源供应器，包含：

一变压器，其一次侧具有一激磁线圈及一副输出线圈，该激磁线圈的第一端连接一输入电源及一输入电容，该变压器二次侧具有一主输出线圈；

一一次侧开关，系串联在该变压器的激磁线圈与接地之间；

其中，Vs、Va各别代表主输出线圈及副输出线圈的电压，Ns、Na各别代表主输出线圈及副输出线圈的匝数；

一主动式减震电路，包含第一二极管至第三二极管、一减震电路储能电容、一储能电感与一减震电路开关，其中：

该第二二极管、该储能电感及第三二极管依序自接地顺向串联到该输入电源；

该减震电路储能电容的一端连接在该第三二极管与储能电感的串接节点，另一端经由该第一二极管连接到该一次侧开关与激磁线圈之串接节点；

该减震电路开关的一端连接在减震电路储能电容与第一二极管之间的节点，另一端连接至接地；

一一次侧PWM控制器，系分别连接该减震电路开关及该一次侧开关，以分别输出一第一驱动信号与一第二驱动信号给减震电路开关及一次侧开关；

一副输出线圈，设在该变压器的一次侧，系经由一副输出二极管连接到该一次侧反馈相位补偿电路，该副输出二极管的阴极与接地之间连接一副输出储能电容；

一二次侧开关，其一端经由一输出二极管连接到该主输出线圈的一端，该二次侧开关的另一端连接一输出端；

一二次侧反馈相位补偿电路，系接收该输出端上的一输出电压及一外部的设定指令，并将输出电压及设定指令进行比较；

一二次侧PWM控制器，系接收该二次侧反馈相位补偿电路之比较结果，并输出一个二次侧开关驱动信号以控制该二次侧开关；

一同步电路，连接该二次侧的主输出线圈以检测主输出线圈上的电压变化而提供一同步信号至该二次侧PWM控制器。