动态电源控制方法技术

本发明专利技术揭示一种动态电源控制方法，用以动态调节电源供应器。该方法是专注于假设其他参数都不变并在保持时间的期间内，可藉增加初级电源开关的切换频率或过电流保护(over‑current protection point，OCP)点，而降低大电容(Bulk Capacitor)的最小大电容电压至最大程度，使得保持时间能被延长或者大电容能被缩小。一般，本发明专利技术的方法可应用于不同的电源转换器。

Dynamic power control method

The invention discloses a dynamic power supply control method for dynamically adjusting the power supply device. This method focuses on the assumption that other parameters remain unchanged and the holding time can be prolonged by increasing the switching frequency or the over current protection point (OCP) of the primary power switch and lowering the minimum capacitance voltage of the large capacitor (Bulk Capacitor) to the maximum extent. Or large capacitance can be reduced. Generally, the method of the invention can be applied to different power converters.

【技术实现步骤摘要】
动态电源控制方法
本专利技术有关于一种动态电源控制方法，尤其是在不需增加大电容下可延长保持时间，或是可不在缩短保持时间的代价下，缩小大电容，使得性价比(performance-to-costratio)获得大幅提升。
技术介绍
大部分现今的电脑及电脑周边装置都需要其电源供应器能在短时间/长时间的电力中断后拉长至少10ms的保持时间，或切换到不断电电源供应器(UninterruptedPowerSupply，UPS)操作，藉以有次序的终止资料处理设备的操作。保持时间一般是定义成在电源中断后电源供应器需要保持其输出电压在某一特定范围内的时间间隔。在保持时间内保持输出电压所需的能量是由正确大小的大电容CB单独提供，如图1a所示。前端整流器是负责将正弦AC输入电源经由桥式整流器而整流成未调节的DC入电源，或是经由传统/无桥的功率校正器(powerfactorcorrector，PFC)而整流成调节的DC输入电源。为了在AC电源中断后达到所需的保持时间，DC/DC转换器输出级必须要能操作在具最小大电容电压VBMIN的某一电压范围内，而最小大电容电压VBMIN是低于对应到保持电压所指定的线电压的公称大电容电压VBNOM。在保持时间TH内未被AC电充电下，大电容CB是维持供应电源至输出，直到放电下降到最小大电容电压VBMIN，而在低于最小大电容电压VBMIN时，DC/DC转换器输出级会关闭，如图1b所示。保持时间TH可以数学方式表示成，其中ηDC/DC是DC/DC转换器效率，而POH是在保持时间TH内传送到输出的输出功率。能量传送比r可由以下方程式计算，其中ΔECB是保持时间TH内传送至输出的部分能量，而ECBNOM是以公称大电容电压VBNOM储存在大电容CB中的总能量。Eq.2可由图2的曲线表示。如同可由Eq.1及Eq.2所见，藉降低最小大电容电压VBMIN，保持时间TH可被延长，并且能量传送比r可被放大，或大电容CB可被缩小，而DC/DC转换器输出级在最小大电容电压VBMIN之上仍可正常工作，假设所有其他参数都保持不变。在现有技术中，最小大电容电压VBMIN通常是限制到公称大电容电压VBNOM的80％至90％，且由于而缺少可行且经济的方式无法再降低，让大部分的储存大电容能量在DC/DC转换器输出级关闭后低于最小大电容电压VBMIN时未能被利用到而浪费掉。针对现有技术的缺点，本专利技术提出低成本的方法，可实质上延长保持时间TH并放大能量传送比r或缩小大电容CB，藉降低最小大电容电压VBMIN至最大程度，善加利用大部分的储存大电容能量，并极大化电源供应器的性价比(performance-to-costratio)。
技术实现思路
在本专利技术中，将详细说明动态电源控制方法，且本质上是可改善在电源供应器中已储存大电容能量在保持时间内的使用率。基本的改善是在保持时间内经由增加切换频率或过电流保护(over-currentprotectionpoint，OCP)点藉降低最小大电容电压到最大程度而达成，使得保持时间能获得延长或者大电容能获得缩小，而且是在其他所有参数都不改变下。一般，本专利技术的方法可应用到很广范围的电源转换器。为了使本专利技术的核心构想能更加清楚，在不失去普遍性下，特别挑选返驰电源转换器以当作本专利技术的示范性实例。附图说明图1a显示现有技术中典型的AC/DC电源供应器架构，其中，安置在前端整流器以及DC/DC转换器输出级之间当作能量储存电容的大电容CB，会是AC电源VIN中断后保持输出Vo1,Vo2,…,Von的唯一电源；图1b定义保持时间为TH＝T1-T0，其中T0是大电容CB开始保持住输出时的瞬时时间，即，当大电容电压VB从其公称电压位准VBNOM下降时而且T1是大电容CB停止保持住输出时的瞬时时间，即，当大电容电压VB达到其最小电压位准VBMIN时；图2显示能量传送比r＝ΔECB/ECBNOM的曲线图，是正规化最小大电容电压VBMIN/VBNOM的函数；图3是举例说明当作本专利技术示范性实例的典型返驰电源转换器架构；图4比对显示原有的保持时间TH(ori)以及藉降低原始最小大电容电压VBMIN(ori)到较低的最小大电容电压VBMIN(low)的延长后的保持时间TH(pro)；图5显示返驰电源转换器操作连续导通模式(Continuous-ConductionMode，CCM)且在AC电源中断后的保持时间内的初级电流波形；图6显示增加保持时间内初级电流波形的切换频率的效应；图7显示增加保持时间内初级电流波形的OCP点的效应；图8显示降低后最小大电容电VBMIN(low)的曲线图，是当作增加切换频率的函数且是在OCP点已增加下；以及图9显示延长后保持时间TH(pro)的曲线图，是当作增加切换频率的函数且是在OCP点已增加下。其中，附图标记说明如下：10PWM控制器CB大电容(大电容)fSW)切换频率IPFT初级平顶电流IPPK初级尖峰电流Q1初级电源开关r能量传送比T1、T0时间TH保持时间TH_new新的保持时间TH(pro)延长后保持时间VACAC电压VB大(输入)电容电压VINAC电源Vo1、Vo2、Von输出VBMIM最小大(输入)电容电压VBMIN(low)降低后最小大电容电VBMIM(ori)原始最小大(输入)电容电压VBNOM公称大(输入)电容电压VOCPOCP点VOUT输出电源具体实施方式以下配合图式及附图标记对本专利技术的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。图3显示当作本专利技术示范性实例的简化返驰电源转换器架构，其中脉冲宽度调变(Pulse-WidthModulation，PWM)控制器10是经由未显示的回授控制设计以控制初级电源开关Q1，用以调节次级输出电压VOUT，且可为但不受限于初级侧调节(Primary-SideRegulation，PSR)或次级侧调节(Secondary-SideRegulation，SSR)。在交流(AC)电源发生中断之前，当AC电源的正弦AC电压VAC低于大电容电压VB时，亦即在未显示的桥式整流器停止传导电流时，输入电容CIN(或一般昵称为大电容CB)会放电到其谷底电压，而且当正弦AC电压VAC高于大电容电压VB时，或当未显示的桥式整流器开始传导电流时，会被充电到其尖峰电压。未显示的桥式整流器可为但不受限于二极体桥式整流器或金氧半场效电晶体(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)桥式整流器。定义成尖峰电压以及谷底电压之差额的涟波电压(RippleVoltage)比起大电容电压VB的平均值一般是小到可忽略不计。因此，在AC主线路电压保持不变下，大电容电压VB可视为几乎是定值。在电源中断后不再有AC电源时，保持输出电压所需的所有能量在保持时间内都是仰赖大电容CB。从Eq.1以及图4中可看出，随着最小大电容电压VBMIN变得越低，保持时间TH会延长，尽可能将大电容CB所储存的能量抽取出来用。输出电压VOUT会下降到调节范围之外，并且在超出保持时间TH后会因为OCP或工作比限制(Duty-RatioLimit，DRL)的缘故而很快降到零电压，而不论是那一种情形先发生，因为当大电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态电源控制方法，用以控制一电源供应器将一交流(AC)电源转换成一直流(DC)电源，其特征在于，包括：一输入电容或一大电容是在该AC电源的一正弦AC电压低于一大电容(输入电容)电压时，或是在一桥式整流器停止传导电流时，被放电到该大电容的一谷底电压，并且在该正弦AC电压高于该大电容电压时，或是在该桥式整流器开始传导电流时，被充电到一尖峰电压；一脉冲宽度调变(Pulse‑Width Modulation，PWM)控制器经由一回授控制设计以控制一初级电源开关，而调节该DC电源的一次级输出电压；以及该PWM控制器在一保持时间的期间内，增加该初级电源开关的一切换频率，藉以降低该大电容的一最小大电容电压至一最大程度，其中该保持时间是定义成该AC电源中断后，该电源供应器需要保持住该调节DC输出电源的一输出电压在一特定范围内的一时间间隔。

【技术特征摘要】
2017.04.14 US 15/487,4681.一种动态电源控制方法，用以控制一电源供应器将一交流(AC)电源转换成一直流(DC)电源，其特征在于，包括：一输入电容或一大电容是在该AC电源的一正弦AC电压低于一大电容(输入电容)电压时，或是在一桥式整流器停止传导电流时，被放电到该大电容的一谷底电压，并且在该正弦AC电压高于该大电容电压时，或是在该桥式整流器开始传导电流时，被充电到一尖峰电压；一脉冲宽度调变(Pulse-WidthModulation，PWM)控制器经由一回授控制设计以控制一初级电源开关，而调节该DC电源的一次级输出电压；以及该PWM控制器在一保持时间的期间内，增加该初级电源开关的一切换频率，藉以降低该大电容的一最小大电容电压至一最大程度，其中该保持时间是定义成该AC电源中断后，该电源供应器需要保持住该调节DC输出电源的一输出电压在一特定范围内的一时间间隔。2.根据权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，该初级电源开关是由功率金氧半场效电晶体或功率双载子电晶体而实现。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志良，余金生，彭文彦，
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