电源控制器制造技术

本发明专利技术是一种电源控制器，包括输入电源感测端、第一驱动端、第一负载感测端、第二驱动端以及第二负载感测端，可连接并控制功率因数校正预先调节器及直流电至直流电转换器的至少其中之一，并依据来自输入电源感测端的输入电源状态信号以及第一、第二负载感测端的负载状态信号，分别选取适当的频率负载工作曲线以执行相对应的操作模式，而将交流电的输入电源转换成稳定直流电的输出电源。由于本发明专利技术可随输入电源状态以及负载状态而动态改变操作模式，所以可降低导通损失及切换损失，同时频率负载工作曲线可用以维持不同输入电压下的最佳操作效率，因而大幅提升整体的电源转换效率。

Power controller

The present invention relates to a power supply controller, including the input power sensing terminal, first driving end, a first load sensing end, second drive end and the second end can be connected with load sensing, and control of power factor correction pre regulator and DC to DC converter of at least one of the input, and according to the power state signal from the input power sensing end and the first and second load sensing the load state of the signal terminal, selects the appropriate frequency load curve to carry out the corresponding operation mode, the output power of the AC input power is converted into stable dc. The present invention can with the input power state and load state changing operation mode, so it can reduce the conduction loss and switching loss, while the frequency of the load curve can be used to maintain the different input voltage under the optimal operating efficiency, thus greatly improve the overall power conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
电源控制器
本专利技术有关于一种电源控制器，尤其是提供多个频率负载工作曲线，并依据来自输入电源感测端的输入电源状态信号以及第一、第二负载感测端的负载状态信号，分别选取其中适当的频率负载工作曲线以执行相对应的操作模式而产生第一及第二PWM驱动信号，分别控制功率因数校正预先调节器及直流电至直流电转换器的至少其中之一，进而将交流电的输入电源转换成稳定直流电的输出电源，可降低切换损失、导通损失、空载损失，提升整体的电源转换效率。
技术介绍
电源供应器是目前电子产品中相当重要电气元件，因为不同产品需要不同电压或电流的电源而运作，比如，集成电路(IC)需要5V或3V，电动马达需要12V直流电，而液晶显示器中的灯管需要更高压的电源，如1150V，因而需要电源供应器以满足对不同电源的需求。因此，电源供应器的电源转换技术日益蓬勃发展，属于电子产业中相当重要的一环。在现有技术中，一般常利用返驰式转换器(flybackconverter)以达到电源转换的目的，包含初级侧调节(PrimarySideRegulation，PSR)或次级侧调节(SecondarySideRegulation，SSR)的不同稳压架构，不过都只使用单一频率负载工作曲线，比如在90V～264V的范围内，其中驱动信号的频率是随不同负载而依据频率负载工作曲线进行变动。为了达到新一代能效要求，电源供应器必须达成更高的四载平均效率以及极低的空载损失，而高效率的要求关乎电源转换器的功率损失的最小化，其中功率损失又可分为导通损失及切换损失二种，但是二者大致上是呈现彼消则我长的变化趋势，亦即很难同时降低导通损失及切换损失。一般，定频率的控制器在平衡导通损失及切换损失的具体作法是将高压(比如230VAC)的满载设计为不连续导通模式(DCM)，并将低压(比如115VAC)的满载设计为连续导通模式(CCM)。另外，在空载稳压方面，传统设计是加入维持电流的偏压电阻，比如431IC，或哑电阻(Dummyresistor)，藉以维持输出电压的稳定。虽然现有技术中以定频率平衡导通损失及切换损失的作法可近似于最佳化而提高满载时的效率，但是缺点在于：无法有效降低轻载时的切换损耗，而且这类控制器是属于硬切换方式，即，切换条件是受限于硬体电路的特性而无法弹性改变。此外，QR(QuasiResonant)模式的控制器虽然可达到部分的软切换功能，但是对于90VAC～264VAC的全电压范围应用而言，会导致在高输入电压时，比如230VAC，系统的操作频率会过高，导致大幅削弱软切换的优势。现有技术的另一缺点在于QR模式虽然可在相同功率条件下降低切换损失，但是导通损失却比CCM还高，所以QR模式比较适合应用于低负载的条件，因低负载时的导通损失较小。结果，现有技术无法进一步提高电源转换效率。因此，非常需要一种创新的电源控制器，提供多个频率负载工作曲线，并可依据来自输入电源感测端的输入电源状态信号以及第一、第二负载感测端的负载状态信号，分别选取其中适当的频率负载工作曲线以执行相对应的操作模式而产生第一及第二PWM驱动信号，分别控制功率因数校正预先调节器及直流电至直流电转换器的至少其中之一，进而将交流电的输入电源转换成稳定直流电的输出电源，可降低切换损失、导通损失、空载损失，提升整体的电源换效率，藉以解决上述现有技术的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种电源控制器，具有输入电源感测端、第一驱动端、第一负载感测端、第二驱动端以及第二负载感测端，可连接至功率因数校正(PFC)预先调节器及直流电至直流电(DC_DC)转换器的至少其中之一，主要是依据来自输入电源感测端的输入电源状态信号以及第一、第二负载感测端的负载状态信号，分别选取多个预设的频率负载工作曲线中适当的频率负载工作曲线，并执行相对应的操作模式，包含持住模式、突发模式、不连续导通模式、连续导通模式，进而产生第一、第二PWM驱动信号，用以将交流电的输入电源转换成稳定直流电的输出电源，不仅可大幅降低导通损失及切换损失，同时能维持不同输入电压下的最佳操作效率而提升整体的电源转换效率。具体而言，PFC预先调节器是接收输入电源，经PFC预先调节处理而产生PFC直流电源，而DC_DC转换器接收PFC直流电源，经直流到直流调节处理而产生输出电源。此外，输入电源感测端、第一驱动端及第一负载感测端是连接至PFC预先调节器，而第二驱动端及第二负载感测端是连接至DC_DC转换器。输入电源感测端接收输入电源，第一负载感测端用以感测DC_DC转换器对PFC预先调节器的负载效应，而第二负载感测端可感测DC_DC转换器所产生并输出的输出电源所承受的负载。电源控制器储存多个预设的频率负载工作曲线，而不同频率负载工作曲线是对应到输入电源的不同电压范围，供电源控制器进行电源转换操作，进而产生第一PWM驱动信号及第二PWM驱动信号，分别经第一驱动端及第二驱动端传送至PFC预先调节器及DC_DC转换器，将输入电源转换成输出电源。频率负载工作曲线是在输入电源的不同电压范围内定义第一PWM驱动信号及第二PWM驱动信号的频率对不同负载的变动关系，其中负载愈重时，第一及第二PWM驱动信号的频率会保持不变或变得愈高。具体而言，每个频率负载工作曲线在纵轴为频率且横轴为负载的二维频率负载平面上是包含依序连接的第一曲线、第二曲线及第三曲线，其中第一曲线、第三曲线分别为具不同高度的水平直线，而第二曲线为递升曲线，且第一曲线、第二曲线是在第一折点连接，第二曲线、第三曲线是第二折点连接，而第一折点及第二折点分别定义相对的频率及负载的数值。此外，在二维频率负载平面上定义出边界导通模式(BoundaryConductionMode，BCM)曲线，用以界定不连续导通模式(DCM)、连续导通模式(CCM)的操作范围，且BCM曲线所定义的频率是随着负载增加而下降，同时BCM曲线会交越第二曲线或第三曲线，但不会与第一曲线相交。再者，在BCM曲线的左下方区域是属于DCM的操作范围，而BCM曲线的右上方区域是属于CCM的操作范围，即，频率愈低，是操作在朝DCM，频率愈高，则操作在朝CCM。尤其是，第一曲线是对应到空负载的负载状态，而第一曲线、BCM曲线的间的区域是对应到低负载，且BCM曲线以上的区域是对应到重负载。本专利技术的电源控制器可依据输入电源选取适当的频率负载工作曲线，藉以调整第一PWM驱动信号及第二PWM驱动信号的频率，同时依据BCM曲线判断负载程度，进而选取DCM、CCM中适当的操作模式。要注意的是，第二折点的频率及负载是分别大于第一折点的频率及负载，且第二折点的频率及负载是随输入电源的电压上升而降低。更进一步而言，上述的电源转换操作包括：在PFC预先调节器及/或DC_DC转换器的负载状态为空负载(对应到第一曲线)且相对应的负载电流为零时，当作零负载，则电源控制器选取并执行持住模式；如果是在空负载(对应到第一曲线)且相对应的负载电流不为零时，则选取并执行突发模式；如果是在低负载(对应到第一曲线、BCM曲线之间的区域，则选取并执行不连续导通模式；以及如果是在重负载(对应到BCM曲线以上)，则选取并执行连续导通模式。由于本专利技术是设计成可随输入电源状态以及负载状态而动态改变操作模式，所以可降低导通损失及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源控制器，用以连接并控制一功率因数校正(Power Factor correction，PFC)预先调节器以及一直流电至直流(DC_DC)电转换器，该PFC预先调节器是接收交流电的一输入电源，经一PFC预先调节处理而产生一PFC直流电源，该DC_DC转换器接收该PFC直流电源，经一直流到直流调节处理而产生直流电的一输出电源，且该电源控制器具有一输入电源感测端、一第一驱动端、一第一负载感测端、一第二驱动端以及一第二负载感测端，该输入电源感测端、该第一驱动端及该第一负载感测端是连接至该PFC预先调节器，而该第二驱动端及该第二负载感测端是连接至该DC_DC转换器，该输入电源感测端接收该输入电源，该第一负载感测端用以感测该DC_DC转换器对该PFC预先调节器的负载效应，该第二负载感测端用以感测该DC_DC转换器所产生并输出的该输出电源所承受的负载，其特征在于，该电源控制器储存多个预设的频率负载工作曲线，而不同频率负载工作曲线是对应到该输入电源的不同电压范围，用以供该电源控制器进行一电源转换操作，进而产生一第一PWM驱动信号及一第二PWM驱动信号，并分别经该第一驱动端及该第二驱动端传送至该PFC预先调节器及该DC_DC转换器，藉以将该输入电源转换成该输出电源，其中该频率负载工作曲线是定义在一纵轴为频率且一横轴为负载的一二维频率负载平面上，用以在该输入电源的不同电压范围内定义该第一PWM驱动信号及该第二PWM驱动信号的频率对不同负载的一变动关系，且该负载愈重时，该第一PWM驱动信号及该第二PWM驱动信号的频率会保持不变或变得愈高，而该频率负载工作曲线包含依序连接的一第一曲线、一第二曲线及一第三曲线，该第一曲线、该第二曲线是在一第一折点连接，而该第二曲线、该第三曲线是一第二折点连接，且在该二维频率负载平面上定义出一边界导通模式(Boundary Conduction Mode，BCM)曲线，用以界定一不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)及一连续导通模式(Continuous Conduction Mode，CCM)的操作范围，由该边界导通模式曲线所定义的频率是随着负载的增加而下降，并且会随输入电源的电压范围的下降/上升而下降/上升，同时该边界导通模式曲线会交越该第二曲线或该第三曲线，但不会与该第一曲线相交，该第一曲线是对应到一空负载，该第二曲线中由该第一折点至该BCM曲线之间的一区域是对应到一低负载，该第二曲线中在该BCM曲线以上的一区域以及该第三曲线是对应到一重负载，该第一折点及该第二折点分别定义相对的频率及负载的数值，该第二折点的频率及负载是分别大于该第一折点的频率及负载，且该第二折点的频率及负载是随该输入电源的电压上升而降低，该电源转换操作包括：在该PFC预先调节器及/或该DC_DC转换器的负载状态为该空负载且相对应的负载电流为零时，当作一零负载，则该电源控制器选取并执行一持住模式；如果是在该空负载且该相对应的负载电流不为零时，则选取并执行一突发模式；如果是在该低负载，则选取并执行一不连续导通模式；以及如果是在该重负载，则选取并执行一连续导通模式。...

【技术特征摘要】
1.一种电源控制器，用以连接并控制一功率因数校正(PowerFactorcorrection，PFC)预先调节器以及一直流电至直流(DC_DC)电转换器，该PFC预先调节器是接收交流电的一输入电源，经一PFC预先调节处理而产生一PFC直流电源，该DC_DC转换器接收该PFC直流电源，经一直流到直流调节处理而产生直流电的一输出电源，且该电源控制器具有一输入电源感测端、一第一驱动端、一第一负载感测端、一第二驱动端以及一第二负载感测端，该输入电源感测端、该第一驱动端及该第一负载感测端是连接至该PFC预先调节器，而该第二驱动端及该第二负载感测端是连接至该DC_DC转换器，该输入电源感测端接收该输入电源，该第一负载感测端用以感测该DC_DC转换器对该PFC预先调节器的负载效应，该第二负载感测端用以感测该DC_DC转换器所产生并输出的该输出电源所承受的负载，其特征在于，该电源控制器储存多个预设的频率负载工作曲线，而不同频率负载工作曲线是对应到该输入电源的不同电压范围，用以供该电源控制器进行一电源转换操作，进而产生一第一PWM驱动信号及一第二PWM驱动信号，并分别经该第一驱动端及该第二驱动端传送至该PFC预先调节器及该DC_DC转换器，藉以将该输入电源转换成该输出电源，其中该频率负载工作曲线是定义在一纵轴为频率且一横轴为负载的一二维频率负载平面上，用以在该输入电源的不同电压范围内定义该第一PWM驱动信号及该第二PWM驱动信号的频率对不同负载的一变动关系，且该负载愈重时，该第一PWM驱动信号及该第二PWM驱动信号的频率会保持不变或变得愈高，而该频率负载工作曲线包含依序连接的一第一曲线、一第二曲线及一第三曲线，该第一曲线、该第二曲线是在一第一折点连接，而该第二曲线、该第三曲线是一第二折点连接，且在该二维频率负载平面上定义出一边界导通模式(BoundaryConductionMode，BCM)曲线，用以界定一不连续导通模式(DiscontinuousConductionMode，DCM)及一连续导通模式(ContinuousConductionMode，CCM)的操作范围，由该边界导通模式曲线所定义的频率是随着负载的增加而下降，并且会随输入电源的电压范围的下降/上升而下降/上升，同时该边界导通模式曲线会交越该第二曲线或该第三曲线，但不会与该第一曲线相交，该第一曲线是对应到一空负载，该第二曲线中由该第一折点至该BCM曲线之间的一区域是对应到一低负载，该第二曲线中在该BCM曲线以上的一区域以及该第三曲线是对应到一重负载，该第一折点及该第二折点分别定义相对的频率及负载的数值，该第二折点的频率及负载是分别大于该第一折点的频率及负载，且该第二折点的频率及负载是随该输入电源的电压上升而降低，该电源转换操作包括：在该PFC预先调节器及/或该DC_DC转换器的负载状态为该空负载且相对应的负载电流为零时，当作一零负载，则该电源控制器选取并执行一持住模式；如果是在该空负载且该相对应的负载电流不为零时，则选取并执行一突发模式；如果是在该低负载，则选取并执行一不连续导通模式；以及如果是在该重负载，则选取并执行一连续导通模式。2.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，该第一曲线、该第三曲线分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树嘉，林敬渊，谢文岳，林志峰，
申请(专利权)人：产晶积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71