專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電源供應(yīng)器的柔性啟動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性啟動(dòng)裝置，尤其涉及一種使用于電源供應(yīng)器中，可使電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)的切換信號(hào)輸出漸增的脈沖寬度的柔性啟動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
各種的電源供應(yīng)器已經(jīng)廣泛地使用來(lái)提供穩(wěn)定調(diào)整的輸出電壓。請(qǐng)參考圖1，為現(xiàn)有電源供應(yīng)器的電路方塊示意圖。現(xiàn)有的電源供應(yīng)器包含切換式電路30、切換式控制器10、輸出電感L、輸出電容C1、分壓電阻(由電阻R1與電阻R2組成)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(由補(bǔ)償電阻R3與補(bǔ)償電容C2組成)。該切換式控制器10的輸出端OUT輸出一切換信號(hào)VPWM，用以控制該切換式電路30中功率開(kāi)關(guān)的切換動(dòng)作，進(jìn)而在電源供應(yīng)器的輸出端得到穩(wěn)定調(diào)整的輸出電壓Vo。
該切換式控制器10包含比較器162、振蕩器168、D型觸發(fā)器(D typeFlip-Flop)166與誤差放大器160。其中振蕩器168用以產(chǎn)生鋸齒波電壓VSAW，該鋸齒波電壓VSAW可以決定切換信號(hào)VPWM的切換頻率。誤差放大器160的正端連接至參考電壓VREF，負(fù)端連接至電源供應(yīng)器的反饋端FB，接收反饋信號(hào)VFB。誤差放大器160根據(jù)參考電壓VREF與反饋信號(hào)VFB用以輸出補(bǔ)償信號(hào)VCOM。比較器162連接至振蕩器168與誤差放大器160，接收鋸齒波信號(hào)VSAW與補(bǔ)償信號(hào)VCOM，經(jīng)由比較運(yùn)算后再通過(guò)D型觸發(fā)器166的邏輯運(yùn)算，輸出切換信號(hào)VPWM，并決定該切換信號(hào)VPWM的脈沖寬度。
配合圖1，請(qǐng)參考圖2，為現(xiàn)有電源供應(yīng)器在啟動(dòng)瞬間的各點(diǎn)信號(hào)波形示意圖。在電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)，電源供應(yīng)器的反饋端FB接收到的反饋信號(hào)VFB極小，因此，誤差放大器160輸出很大的補(bǔ)償信號(hào)VCOM，比較器162將很大的補(bǔ)償信號(hào)VCOM與鋸齒波電壓VSAW進(jìn)行比較運(yùn)算后，再通過(guò)D型觸發(fā)器166的邏輯運(yùn)算，輸出極大脈沖寬度的切換信號(hào)VPWM。換句話(huà)說(shuō)，在啟動(dòng)瞬間并且輸出電壓尚未建立的過(guò)程中，切換信號(hào)VPWM的脈沖寬度為最大值，而輸出電壓建立所需的時(shí)間越長(zhǎng)，將對(duì)功率開(kāi)關(guān)造成很大的電壓與電流應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種柔性啟動(dòng)裝置，使用于電源供應(yīng)器中，在電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)輸出一補(bǔ)償信號(hào)到一脈寬調(diào)制控制器，該脈寬調(diào)制控制器輸出切換信號(hào)的脈沖寬度會(huì)以漸增的狀態(tài)產(chǎn)生，由初始值逐漸增加到設(shè)定值，并于啟動(dòng)完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，如此可用來(lái)避免功率開(kāi)關(guān)在開(kāi)機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性啟動(dòng)裝置，在電源供應(yīng)器開(kāi)機(jī)時(shí)，使用一第一電源對(duì)一啟動(dòng)電容進(jìn)行充電，并于啟動(dòng)電容上建立一參考電壓；一穩(wěn)壓?jiǎn)卧牡谝惠斎攵私邮找粌?nèi)建參考電壓，第二輸入端連接至第一輸出端與該啟動(dòng)電容，該穩(wěn)壓?jiǎn)卧哂虚_(kāi)漏極(open-drain)或開(kāi)集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，使得該啟動(dòng)電容上的參考電壓得以穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓內(nèi)；一誤差放大器，其第三輸入端連接該啟動(dòng)電容與第一輸出端，接收該參考電壓，其一第四輸入端連接到電源供應(yīng)器的反饋端，以接收一反饋信號(hào)，其一第二輸出端連接至該脈寬調(diào)制控制器，用以輸出該補(bǔ)償信號(hào)。
當(dāng)電源供應(yīng)器開(kāi)機(jī)瞬間，該第一電源對(duì)該啟動(dòng)電容進(jìn)行充電即充電到該參考電壓，使得該補(bǔ)償信號(hào)隨著該參考電壓的緩慢上升而逐漸增加，因而使得切換信號(hào)的脈沖寬度由初始值逐漸增加到設(shè)定值。該補(bǔ)償信號(hào)的漸增可達(dá)到柔性啟動(dòng)的目的。
要注意的是，以上的概述與接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明皆為示范性質(zhì)，是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1是現(xiàn)有的電源供應(yīng)器的電路方塊示意圖；圖2是現(xiàn)有電源供應(yīng)器在啟動(dòng)瞬間的各點(diǎn)信號(hào)波形示意圖；圖3是本發(fā)明柔性啟動(dòng)裝置使用于電源供應(yīng)器的電路示意圖；圖4是本發(fā)明在啟動(dòng)瞬間的各點(diǎn)信號(hào)波形示意圖；及圖5為本發(fā)明穩(wěn)壓?jiǎn)卧碾娐肥疽鈭D。
其中，附圖標(biāo)記如下10-切換式控制器 160-誤差放大器
162-比較器 166-D型觸發(fā)器168-振蕩器 R1、R2-電阻R3-補(bǔ)償電阻C1-輸出電容C2-補(bǔ)償電容L-輸出電感30-切換式電路 40-柔性啟動(dòng)裝置Css-啟動(dòng)電容 402-誤差放大器403-第二開(kāi)關(guān)405-第一開(kāi)關(guān) 406-穩(wěn)壓?jiǎn)卧?060-電流源 4061、4062、4063、4064-晶體管4065-電阻 4066-電容4067-輸出晶體管 407-第一電源408-第二電源50-脈寬調(diào)制控制器502-比較器 504-振蕩器506-D型觸發(fā)器具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖3為本發(fā)明柔性啟動(dòng)裝置使用于電源供應(yīng)器的電路示意圖。柔性啟動(dòng)裝置40連接于一脈寬調(diào)制控制器50與電源供應(yīng)器的反饋端FB。其中反饋端FB通過(guò)分壓電阻(由電阻R1與電阻R2組成)連接至輸出電壓Vo。
再參考圖3，本發(fā)明柔性啟動(dòng)裝置40包含有一第一電源407、一啟動(dòng)電容CSS、一穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06與一誤差放大器402。其中第一電源407連接至啟動(dòng)電容CSS，并對(duì)啟動(dòng)電容CSS進(jìn)行充電，并于該啟動(dòng)電容上建立一參考電壓VREF。穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06利用其第一輸入端(+)接收內(nèi)建參考電壓VR，并將第二輸入端(-)連接至第一輸出端與啟動(dòng)電容CSS以形成一單位增益緩沖器，該穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06具有開(kāi)漏極(open-drain)或開(kāi)集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將啟動(dòng)電容CSS上的參考電壓VREF穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓VR之內(nèi)。
誤差放大器402的第三輸入端(+)連接至啟動(dòng)電容CSS與第一輸出端，其第四輸入端(-)連接到電源供應(yīng)器的反饋端FB，其第二輸出端連接至脈寬調(diào)制控制器50，誤差放大器402將參考電壓VREF與反饋信號(hào)VFB的誤差放大，用以輸出補(bǔ)償信號(hào)VCOM。
上述說(shuō)明中，在電源供應(yīng)器啟動(dòng)瞬間，誤差放大器402第三輸入端(+)接收的參考電壓VREF會(huì)隨著啟動(dòng)電容CSS上的充電電壓逐漸上升，當(dāng)其上升到內(nèi)建參考電壓VR時(shí)即進(jìn)入正常狀態(tài)。也就是說(shuō)，在啟動(dòng)瞬間，連接到啟動(dòng)電容CSS的第三輸入端(+)與連接到電源供應(yīng)器的反饋端FB的第四輸入端(-)，兩者的電壓皆為零伏，使得誤差放大器402的輸出電壓電平與補(bǔ)償信號(hào)VCOM的電壓電平的初始值也為零伏。
再參考圖3，該第一電源407為一電流源，用以對(duì)該啟動(dòng)電容CSS提供充電電流。在電源供應(yīng)器啟動(dòng)瞬間，該啟動(dòng)電容CSS的電壓逐漸上升，該啟動(dòng)電容CSS可通過(guò)本身電容值用以規(guī)劃其啟動(dòng)時(shí)間。較大電容值的啟動(dòng)電容CSS將增加啟動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而可以降低功率開(kāi)關(guān)的電壓與電流額定。因此，通過(guò)合理的選擇該啟動(dòng)電容CSS的電容值，使得啟動(dòng)瞬間所造成的延遲時(shí)間能在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
再參考圖3，該脈寬調(diào)制控制器50包括振蕩器504、比較器502及D型觸發(fā)器506。其中該振蕩器504用以產(chǎn)生一上限為高臨界電壓VTH2、下限為低臨界電壓VTH1的鋸齒波電壓VSAW。比較器502的正端(+)連接至誤差放大器402的第二輸出端，其負(fù)端(-)連接至振蕩器504，同時(shí)接收比較運(yùn)算補(bǔ)償信號(hào)VCOM與鋸齒波信號(hào)VSAW，運(yùn)算結(jié)果則傳送到D型觸發(fā)器506，通過(guò)D型觸發(fā)器506的邏輯運(yùn)算，輸出并決定切換信號(hào)VPWM的脈沖寬度。
配合圖3，參考圖4，為本發(fā)明在啟動(dòng)瞬間的各點(diǎn)信號(hào)波形示意圖。電源供應(yīng)器開(kāi)機(jī)時(shí)的啟動(dòng)瞬間，配合啟動(dòng)電容CSS的充電，在啟動(dòng)電容CSS上的參考電壓VREF由零伏開(kāi)始上升。由于穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06為單位增益緩沖器，該穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06具有開(kāi)漏極(open-drain)或開(kāi)集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)，因此參考電壓VREF的最大值會(huì)被穩(wěn)定在內(nèi)建參考電壓VR。參考電壓VREF會(huì)逐漸從零伏開(kāi)始往上升，誤差放大器402的第三輸入端(+)則隨著參考電壓VREF逐漸上升，讓其輸出的補(bǔ)償信號(hào)VCOM也跟著逐漸從零伏開(kāi)始增加。在啟動(dòng)電容CSS的充電過(guò)程中，切換信號(hào)VPWM的脈沖寬度由初始值開(kāi)始慢慢增加，直到參考電壓VREF達(dá)到內(nèi)建參考電壓VR，此時(shí)的脈沖寬度達(dá)到設(shè)定值，并于啟動(dòng)完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，因而達(dá)到柔性啟動(dòng)。
請(qǐng)參考圖5，為本發(fā)明穩(wěn)壓?jiǎn)卧碾娐肥疽鈭D。該穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06通過(guò)第一輸入端(+)、第二輸入端(-)及第一輸出端來(lái)與外界電路連接，其內(nèi)部包括有由晶體管4061、4062、4063及4064所組成的一差動(dòng)對(duì)輸入放大器(differential-pair input amplifier)、電流源4060、電阻4065、電容4066與輸出晶體管4067。其中差動(dòng)對(duì)輸入放大器連接至電流源4060，并通過(guò)第一輸入端(+)與第二輸入端(-)接收一差動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)，用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)VOUT。輸出晶體管4067的柵極端連接至差動(dòng)對(duì)輸入放大器，接收該輸出信號(hào)VOUT以產(chǎn)生放大信號(hào)，即為該參考電壓VREF。輸出晶體管4067的漏極端連接至該第一輸出端，其源極端連接至接地端。輸出晶體管4067的柵極端與漏極端連接有一RC電路即電阻4065與電容4066，用以提供補(bǔ)償?shù)淖饔?。該輸出晶體管4067的該漏極端連接到該穩(wěn)壓?jiǎn)卧?06的第一輸出端，用以提供開(kāi)漏極(open-drain)或開(kāi)集極(open-collect)的輸出結(jié)構(gòu)。
再參考圖3，其中本發(fā)明更包含有第一開(kāi)關(guān)405連接于該啟動(dòng)電容CSS與接地端。當(dāng)電源供應(yīng)器未提供輸出功率時(shí)，根據(jù)反饋信號(hào)VFB的電壓電平，用以輸出重置信號(hào)RST以控制第一開(kāi)關(guān)405導(dǎo)通，進(jìn)而對(duì)啟動(dòng)電容CSS進(jìn)行放電以達(dá)到啟動(dòng)重置的目的。另有第二電源408通過(guò)第二開(kāi)關(guān)403連接至啟動(dòng)電容CSS，根據(jù)第二開(kāi)關(guān)403的切換，用以提供放電電流對(duì)啟動(dòng)電容CSS進(jìn)行放電。第二開(kāi)關(guān)403的切換受控于保護(hù)信號(hào)PTN。當(dāng)電源供應(yīng)器發(fā)生過(guò)功率、短路與過(guò)電壓時(shí)，根據(jù)反饋信號(hào)VFB的電壓電平，用以輸出保護(hù)信號(hào)PTN，并對(duì)啟動(dòng)電容CSS進(jìn)行放電，以達(dá)到保護(hù)的目的。
綜上所述，本發(fā)明的一種柔性啟動(dòng)裝置，是使用于電源供應(yīng)器中，并在電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)輸出補(bǔ)償信號(hào)到脈寬調(diào)制控制器，該脈寬調(diào)制控制器輸出切換信號(hào)的脈沖寬度會(huì)以漸增的狀態(tài)產(chǎn)生，由初始值(即為零伏的電壓)逐漸增加到設(shè)定值，并于啟動(dòng)完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，如此可用來(lái)避免功率開(kāi)關(guān)在開(kāi)機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種柔性啟動(dòng)裝置，使用于一電源供應(yīng)器中，在所述電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)輸出一補(bǔ)償信號(hào)到一脈寬調(diào)制控制器，其特征在于，包括有一啟動(dòng)電容；一第一電源，連接所述啟動(dòng)電容，對(duì)所述啟動(dòng)電容進(jìn)行充電；一穩(wěn)壓?jiǎn)卧?，通過(guò)其一第一輸入端接收一內(nèi)建參考電壓，一第二輸入端連接至一第一輸出端與所述啟動(dòng)電容，用以穩(wěn)定所述啟動(dòng)電容上的一參考電壓；及一誤差放大器，其一第三輸入端連接所述啟動(dòng)電容與所述第一輸出端，其一第四輸入端連接到所述電源供應(yīng)器的反饋端，其一第二輸出端連接至所述脈寬調(diào)制控制器，接收所述參考電壓與一反饋信號(hào)，用以輸出所述補(bǔ)償信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，所述第一電源為一電流源，用以提供一充電電流給所述啟動(dòng)電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，更包括有一第一開(kāi)關(guān)，連接于所述啟動(dòng)電容與一接地端，受控于一重置信號(hào)，用以對(duì)所述啟動(dòng)電容進(jìn)行放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，更包括有一第二電源，提供一放電電流；及一第二開(kāi)關(guān)，連接至所述啟動(dòng)電容與所述第二電源，受控于一保護(hù)信號(hào)，讓所述放電電流對(duì)所述啟動(dòng)電容進(jìn)行放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償信號(hào)的電壓電平在所述電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)，其初始值為零伏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧ㄓ幸徊顒?dòng)對(duì)輸入放大器，連接至一電流源，從所述第一輸入端與所述第二輸入端接收一差動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)，用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)；及一輸出晶體管，其一柵極端連接至所述差動(dòng)對(duì)輸入放大器，接收所述輸出信號(hào)，以輸出所述參考電壓，一漏極端連接至所述第一輸出端，一源極端連接至接地端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性啟動(dòng)裝置，其特征在于，所述輸出晶體管具有開(kāi)漏極或開(kāi)集極的輸出結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性啟動(dòng)裝置，使用于電源供應(yīng)器中，在電源供應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)輸出一補(bǔ)償信號(hào)到一脈寬調(diào)制控制器，該脈寬調(diào)制控制器輸出切換信號(hào)的脈沖寬度會(huì)以漸增的狀態(tài)產(chǎn)生，由初始值逐漸增加到設(shè)定值，并在啟動(dòng)完成后依據(jù)負(fù)載狀態(tài)予以調(diào)整，由此可用來(lái)避免功率開(kāi)關(guān)在開(kāi)機(jī)瞬間造成很大的電壓與電流應(yīng)力。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1862933SQ20051006913
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者楊大勇 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司