專利名稱：具有激活過沖禁止功能的電源轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源轉換器，尤指一種電源轉換器的激活過沖的禁止技術(start-up overshoot inhibition)。
一般使用于電源供應系統的電源轉換器，通常會提供多個具有預定電壓值，例如5V或3.3V的輸出電壓，每個輸出電壓是提供給一個或多個在此電壓下能夠適當操作的電子設備。如圖2A所示，一第一輸出電壓Vout1在其激活期間(0-t1)內以一固定的上升斜率爬升至一穩定電壓值(如5V)，此時電源轉換器才進入激活模式操作。這里所謂的激活期間(start-up time or set-up time)是指電源供應器從輸入端接上電源起到其輸出電壓上升到穩壓范圍內為止的時間。相似的，一第二輸出電壓Vout2在其激活時間(0-t2)內是以一固定的上升斜率爬升至一穩定電壓值(如3.3V)，并且該第一輸出電壓Vout1在上升部分的斜率與該第二輸出電壓Vout2在上升部分的斜率相當接近，當兩輸出電壓分別達到穩定下來后，電源轉換器便可分別輸出兩種不同電平的穩定直流電壓至其它的負載，而進入正常模式操作。
然而，電源轉換器的負載，一般是屬于一種動態負載組件(dynamic loadelement)，因此在電源轉換器實際操作時，負載的負載電流也是動態變化，而不是始終維持不變。因此在激活時間時，有可能會因為瞬間負載電流突然急速上升導致電源轉換器輸出超過設定值的輸出電壓，而造成輸出電壓在上升部分的斜率出現過大的現象。如圖2B所示，第一輸出電壓Vout1由于受到其相對應的負載條件的影響，而瞬間輸出一過大的電壓，使得電壓的上升斜率大幅度增加。然而同一時間第二輸出電壓Vout2的上升斜率保持不變，使得在電源轉換器的激活期間內的某一時間點t3上，第一輸出電壓Vout1的瞬間電壓值與第二輸出電壓Vout2的瞬間電壓值間的差距超過其穩定電壓值間的差距，例如，5V-3.3V＝1.7V，導致電源轉換器的輸出電壓超過負載組件所能承受的電壓而誤動作，進而造成當機。此種因為輸出電壓在激活期間內瞬間急速上升而造成系統發生錯誤操作的現象，便稱之為激活過沖(start-upovershoot or set-up overshoot)。
因此所需要的是提出一種電源轉換器的激活過沖禁止技術，以避免電源轉換器在激活期間發生激活過沖的問題，來確保系統的正常操作。
為了實現上述目的，本發明提供了一種電源轉換器，包括至少一個磁飽和放大器，每個磁飽和放大器磁性耦合于一變壓器的一繞組上的一交流電壓，并且放大該交流電壓；至少一個開關電路，耦接于該磁飽和放大器，每個開關電流根據其開/關操作而將放大的交流電壓轉換成一直流電壓；至少一個輸出濾波器，耦接于該開關電路，每個是用以提供一預定的輸出電壓至一負載；至少一開關控制電路，每個是將一輸出電壓與一參考電壓做比較，以產生一脈沖寬度調變信號來控制開關電路的開/關操作，以及一參考電壓產生器，耦接至該開關控制電路，分別提供一參考電壓至每一個開關控制電路，并且參考電壓是使每個預定的輸出電壓在一激活期間內的一上升斜率趨近一致。
另外，本發明還提供了參考電壓產生器，包括一線性電壓產生電路，用以產生具有一上升斜率特性的電壓，一第一參考電壓產生電路，用以依據一預定電壓來限制具有上升斜率特性的該電壓，而產生一第一參考電壓，以及一第二參考電壓產生電路，用以使具有一上升斜率特性的該電壓于一段短時間后激活并且增加該電壓的斜率，而產生一第二參考電壓。
本發明的激活過沖禁止的基本原理，是將參考電壓產生器產生的提供給用來調整輸出電壓大小的開關控制電路的參考電壓，在電源轉換器激活時設定一時間延遲(time delay)并調整其上升斜率，由此強迫一輸出電壓于激活期間內的上升斜率相對應地改變，意即，使得各個輸出電壓在激活時間內的上升斜率趨近一致，從而可有效地避免激活過沖問題的發生。
本發明前述的優點與特征，可由下面實施例配合附圖
詳細說明，得一更深入的了解。
圖5是本發明的電源轉換器的參考信號產生器的一電路示意圖；圖6是本發明的電源轉換器的參考信號產生器的各個內部電路電路節點上的電壓波形圖；以及圖7顯示突入電流限制感應電壓，遠程開/關信號RS，第一參考電壓以及第二參考電壓的電壓波形圖。
其中，附圖標記說明如下101開關控制電路102磁飽和放大器103開關電路104輸出濾波器105電阻式電壓分壓器106參考電壓產生器200，201電路部件202，203開關控制電路204，205磁飽和放大器206，207開關電路208，209輸出濾波器210，211電阻式電壓分壓器212參考電壓產生器213誤差放大器214驅動電路301比較器302電流源303，304開關305電壓跟隨器306限壓器307固定電壓308固定電壓309電壓減法器310第一象限截波器
311放大器312限壓器315具上升斜率之線性電壓產生電路316第一參考電壓產生方塊317第二參考電壓產生方塊圖4顯示了開關控制電路202的一電路示意圖，并且其電路操作原理將敘述如下。應注意的是開關控制電路202是與開關控制電路203具有相同的電路結構，并且其電路操作原理應與開關控制電路203的電路操作原理相似。開關控制電路202包括一誤差放大器213，其具有一反相輸入端(invertingterminal)接收由電壓分壓器210所提供的部分輸出電壓VS1，并且具有一非反相輸入端(non-inverting terminal)接收由參考電壓比較器212所提供的一第一參考電壓Vref1。電壓分壓器210所提供的部分輸出電壓VS1由誤差放大器213與參考電壓比較器212所提供的一第一參考電壓Vref1做比較，并且產生一脈沖寬度調變信號輸入至一驅動電路214，較佳是由一雙極接面晶體管(BJT)所建構而成。驅動電路214是根據脈沖信號的寬度驅動開關電路206導通或關閉，由此調整輸出電壓的電壓值。
本發明的激活過沖禁止的基本原理，是將提供給用來調整輸出電壓大小的開關控制電路的參考電壓，在電源轉換器激活時設定一時間延遲(timedelay)并調整其上升斜率，由此強迫一輸出電壓于激活期間內的上升斜率相對應地改變，意即，使得各個輸出電壓在激活時間內的上升斜率趨近一致，而可有效地避免激活過沖問題的發生。
如圖5所示，根據本發明的一較佳實施例的參考電壓產生器212的一電路結構包括一比較器301，其具有一反相輸入端N1接收來自變壓器的二次繞組端的一突入電流限制感應電壓(inrush current limit sense voltage)Bsense，其電壓波形如圖7所示，以及一非反相輸入端接收一固定電壓307。比較器301是將突入電流限制感應電壓Bsense與固定電壓307做比較，并且根據比較結果產生一開關控制信號VSW至具一上升斜率的線性電壓產生電路315的一開關303。具上升斜率的線性電壓產生電路315包括開關303，304，一電流源302，一電容CS以及一電壓跟隨器(voltage follower)305。開關303根據開關控制信號VSW的一狀態而切換其開/關狀態，而電容CS是具有一端耦接至一接地端。當開關303位于關閉狀態時，電流源302向電容CS充電并將能量儲存于電容CS中。當開關303位于開啟狀態時，電容CS便由電路節點N2放電至電壓跟隨器305的一非反相輸入端，因此位于電壓跟隨器305的一非反相輸入端上的電壓是屬于一具有上升斜率的線性電壓VCS，其電壓波形顯示于圖6中。
位于電路節點N2的具有上升斜率的線性電壓VCS接著由一電壓跟隨器305而被耦合至電路節點N3。位于電路節點N3上的具有上升斜率的線性電壓VCS接著分別被傳送至一第一參考電壓產生方塊316以及一第二參考電壓產生方塊317中，且分別施加于第一參考電壓產生方塊316內部的一電路節點N5以及第二參考電壓產生方塊317內部的一電路節點N4。
如圖5所示，本發明的一較佳實施例的參考電壓產生器212還包含一二極管D1，其具有一陽極以接收一遠程開/關信號RS，以及一陰極，其連接至第一參考電壓產生方塊316內部的一電路節點N5。關于遠程開/關信號RSRS的電壓波形頁顯示于圖7。如圖7所示，當遠程開/關信號RSRS位于開啟(ON)的狀態時，其實際電壓值為一低電壓，其使得二極管截止(turn off)且第一參考電壓Vref1以及第二參考電壓Vref2是由具有上升斜率的線性電壓VCS來決定。當遠程開/關信號RSRS位于關閉(OFF)的狀態時，其實際電壓值為一高電壓。倘若在這段期間內的某個時間上，遠程開/關信號RSRS的電壓值與上升斜率的線性電壓VCS間的瞬間值差距小于二極管D1的啟始電壓(thresholdvalue)，二極管D1依然處于關閉狀態，并且第一參考電壓Vref1以及第二參考電壓Vref2同樣是由具有上升斜率的線性電壓VCS來決定。然而遠程開/關信號RS的電壓值與上升斜率的線性電壓VCS間的瞬間電壓值差距大于二極管D1的啟始電壓(threshold value)時，二極管D1便會導通，并且假設二極管D1為一理想的二極管，意即其并不會在其端點上產生任何壓降，第一參考電壓產生方塊316內部的一電路節點N5以及第二參考電壓產生方塊317內部的一電路節點N4將會接收到遠程開/關信號RS于關閉(OFF)期間所代表的一高電壓，并且第一參考電壓Vref1以及第二參考電壓Vref2乃是由此高電壓來決定。
因此在第一參考電壓產生方塊316中，當遠程開/關信號RS于開啟(ON)期間內時，節點N5所接收到的是具有上升斜率的線性電壓VCS，其由一限壓器(voltage limiter)306而被限制其一峰值電壓(peak voltage)于一固定的電壓值上，并且所形成的電壓是當作一第一參考電壓Vref1，其電壓波形顯示于圖6以及圖7中于遠程開/關信號RS開啟期間內的部份。當遠程開/關信號RS于關閉(OFF)期間內且遠程開/關信號RS的電壓值與上升斜率的線性電壓VCS間的瞬間電壓值差距大于二極管D1的啟始電壓(threshold value)時，節點N5所接收到的是遠程開/關信號RS的高電壓。因此所形成的第一參考電壓Vref1將會是具有固定值的一直流高電壓，其電壓波形也顯示于遠程開/關信號RS關閉期間內的部份。
相同地，在第二參考電壓產生方塊317中，當遠程開/關信號RS于開啟(ON)期間內時，具有上升斜率的線性電壓VCS被耦合至電路節點N4，并且由一電壓減法器309使其與一固定電壓308相減，而得到一減少的電壓VREDUCED，其電壓波形也顯示于圖6中。減少的電壓VREDUCED進一步地由第一象限截波器(first quadrant chopper)310將第一象限以外的成份給濾除，而得到具有一時間延遲(time delay)效應的截波電壓VCHOPPED，其電壓波形也顯示于圖6中。截波電壓VCHOPPED再由一放大器311對其做信號放大，而得到上升斜率增加的一放大電壓VAMP，其電壓波形也顯示于圖6中。最后放大電壓VAMP由一限壓器312而被限制其峰值電壓于一固定的電壓值上，并且所形成的電壓是當作一第二參考電壓Vref2，其電壓波形也顯示于圖6中。另一方面，當遠程開/關信號RS于關閉(OFF)期間內時，遠程開/關信號RS所代表的高電壓會被耦合至電路節點N4。這個具有固定值的直流高電壓接著會經由電壓減法器309使其與固定電壓308相減，再由放大器311對其做信號放大，而產生第二參考電壓Vref2。在這段期間內的第二參考電壓Vref2的電壓波形顯示于圖7的相對應的時間區域內。
由上述說明以及各個電路節點的電壓波形可發現，利用本發明的激活過沖禁止技術可確實地調整參考電壓的時間延遲以及上升斜率，可強制各個輸出電壓在電源供應器激活期間內的上升斜率趨近一致，而能夠消除在多重輸出電壓的情況下可能發生的激活過沖問題。
本發明已由上述的實施例詳細敘述，并由本技術領域普通技術人員作出的等效結構變換，均包含在本發明的專利范圍內。
權利要求
1.一種電源轉換器，用以提供多個預定的輸出電壓，其特征在于，包括至少一個磁飽和放大器，每個均磁性耦合一變壓器的一繞組上的一交流電壓，并且放大該交流電壓；至少一個開關電路，耦接于該磁飽和放大器，每個是根據該開關電路開/關操作而將放大的交流電壓轉換成一直流電壓；至少一個輸出濾波器，耦接于該開關電路，每個是用以提供一預定的輸出電壓至一負載；至少一開關控制電路，每個是將一輸出電壓與一參考電壓做比較，以產生一脈沖寬度調變信號來控制開關電路的開/關操作；以及一參考電壓產生器，耦接至該開關控制電路，該參考電壓產生器分別提供一參考電壓至每一個開關控制電路，并且參考電壓是使每個預定的輸出電壓在一激活期間內的一上升斜率趨近一致。
2.如權利要求1所述的電源轉換器，其特征在于，該參考電壓產生器包括一線性電壓產生電路，用以產生具有一上升斜率特性的電壓；一二極管，其具有一陽極以接收一遠程開/關信號，以及一陰極以接收該具有一上升斜率特性的電壓；一第一參考電壓產生電路，依據該遠程開/關信號的一狀態以接收該具有一上升斜率特性的電壓或代表該遠程開/關信號的一狀態為關閉的具有固定值的直流高電壓，并且依據一預定電壓來限制該具有上升斜率特性的電壓或該具有固定值的直流高電壓，而產生一第一參考電壓；一第二參考電壓產生電路，依據該遠程開/關信號的一狀態以接收該具有一上升斜率特性的電壓或代表該遠程開/關信號的一狀態為開啟的具有固定值的直流高電壓，并且在當該第二參考電壓產生電路接收該具有一上升斜率特性的電壓時，使該具有一上升斜率特性的電壓延后一段短時間后激活并且增加其斜率，而產生一第二參考電壓；以及一比較器，將一突入電流限制感應電壓與一固定電壓做比較，且根據該比較產生一開關控制信號。
3.如權利要求2所述的電源轉換器，其特征在于，該線性電壓產生電路還包括一電流源；一電容，具有一端耦接至一接地端；一開關，耦接于該電流源以及該電容之間，根據該開關控制信號而開啟/關閉，并且在關閉時使該電流源對該電容充電，以及當開啟時使該電容充電，而在一電路節點上建立具有一上升斜率特性的一線性電壓；以及一電壓跟隨器，用以耦合具有一上升斜率特性的該線性電壓至其一輸出節點。
4.如權利要求3所述的電源轉換器，其特征在于，該第一參考電壓產生電路包括一限壓器，限制具有一上升斜率特性的該線性電壓的一峰值電壓于一預定的電壓值，而產生一第一參考電壓。
5.如權利要求3所述的電源轉換器，其特征在于，該第二參考電壓產生電路包括一電壓減法器，用以將該具有一上升斜率特性的該線性電壓或該具有固定值的直流高電壓與一固定電壓相減，以產生一減少的上升線性電壓或直流電壓；一第一象限截波器，用以將該減少的上升線性電壓的第一象限以外的成份移除，以產生具有一時間延遲效應的上升線性電壓；一放大器，用以放大具有一時間延遲效應的該上升線性電壓，以增加其一斜率；以及一限壓器，限制該放大器所產生的放大的上升線性電壓的一峰值電壓于一預定的電壓值，而產生該第二參考電壓信號。
6.如權利要求1所述的電源轉換器，其特征在于，該開關控制電路還包括一誤差放大器，將部份的一輸出電壓與一參考電壓做比較，而輸出一脈沖寬度調變信號；以及一驅動電路，根據該脈沖寬度調變信號的一寬度而驅動該開關電路導通或關閉，其中該驅動電路為一雙極接面晶體管。
7.一種用于電源轉換器的一參考電壓產生器，其特征在于，包括一線性電壓產生電路，用以產生具有一上升斜率特性的電壓；一第一參考電壓產生電路，用以依據一預定電壓來限制具有上升斜率特性的該電壓，而產生一第一參考電壓；以及一第二參考電壓產生電路，用以使具有一上升斜率特性的該電壓于一段短時間后激活并且增加該電壓的斜率，而產生一第二參考電壓。
8.如權利要求7所述的參考電壓產生器，其特征在于，還包括一比較器，將一突入電流限制感應電壓與一固定電壓做比較，且根據該比較產生一開關控制信號。
9.如權利要求8所述的參考電壓產生器，其特征在于，該線性電壓產生電路更包括一電流源；一電容，具有一端耦接至一接地端；一開關，耦接于該電流源以及該電容之間，根據該開關控制信號而開啟/關閉，并且在關閉時使該電流源對該電容充電，以及在開啟時使該電容充電，而在一電路節點上建立具有一上升斜率特性的一線性電壓；以及一電壓跟隨器，用以耦合具有一上升斜率特性的該線性電壓至其一輸出節點。
10.如權利要求9所述的參考電壓產生器，其特征在于，該第一參考電壓產生電路包括一限壓器，該限壓器限制具有一上升斜率特性的該線性電壓的一峰值電壓于一預定的電壓值，而產生一第一參考電壓，且其中該第二參考電壓產生電路包括一電壓減法器，用以將具有一上升斜率特性的該線性電壓與一固定電壓相減，以產生一減少的上升線性電壓；一第一象限截波器，用以將該減少的上升線性電壓的第一象限以外的成份移除，以產生具有一時間延遲效應的上升線性電壓；一放大器，用以放大具有一時間延遲效應的該上升線性電壓以增加其一斜率；以及一限壓器，限制該放大器所產生的放大的上升線性電壓的一峰值電壓于一預定的電壓值，而產生該第二參考電壓信號。
全文摘要
本發明公開了一種電源轉換器，包括至少一個磁飽和放大器，每個均磁性耦合于一變壓器的一繞組上的一交流電壓，并且放大該交流電壓；至少一個開關電路，耦接于該磁飽和放大器，每個是根據該開關電路開/關操作而將放大的交流電壓轉換成一直流電壓；至少一個輸出濾波器，耦接于該開關電路；至少一開關控制電路，每個是將一輸出電壓與一參考電壓做比較，以產生一脈沖寬度調變信號來控制開關電路的開/關操作；以及一參考電壓產生器，該參考電壓產生器分別提供一參考電壓至每一個開關控制電路，并且參考電壓是使每個預定的輸出電壓在一激活期間內的一上升斜率趨近一致，從而避免輸出電壓在激活期間內因為瞬間急速上升而造成系統錯誤的問題發生。
文檔編號H02M7/00GK1430328SQ0310190
公開日2003年7月16日 申請日期2003年1月23日 優先權日2003年1月23日
發明者薩可達薩伊尤恩, 許明純 申請人:臺達電子工業股份有限公司, 泰商泰達電子公司