专利名称：可随直流电压改变切换频率的交换式电源装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种电源供应装置，特别是有关一种可随直流电压改变切换频率的交换式电源装置。
图1表示一个现有的交换式电源供应装置的电路方块图，为简化起见在此图中输出电压的回授稳压控制线路省略。
如图1所示，上述现有交换式电源供应装置1，主要包括如下单元。一个开关10，例如由N型金属氧化物半导体晶体管所构成，用以接收一个直流输入电压Vin。上述直流输入电压Vin由电池装置所供应或是将交流输入电压(例如市电)经过整流装置转换成直流电压。例如，以笔记型电脑为例，若使用电池装置，其直流输入电压为10V，若使用市电，经整流后，其直流输入电压为22V。
一个切换控制装置20，用以输出一个周期性切换信号Vs，驱动开关10进行导通或断路的切换动作。使上述开关10输出一个切换波形电压Vx。上述切换控制装置20，一般使用脉冲调制控制装置(PWM)，而切换信号Vs的频率由电阻器RT和电容器CT的值决定。
一个能量转换装置30，在此由二极管、电感器及电容器构成的网路，用以将上述切换波形电压Vx转换成一个直流输出电压Vout。
目前，所使用的直流对直流交换式电源供应装置，例如图1所示，由于切换控制开关20配置固定的电容器CT和电阻器RT；所以，当直流输入电压Vin改变时，上述切换信号Vs的频率(或周期)仍然是固定的。
如图2A至2C所示，其显示在不同直流输入电压(Vin=10、15、20V)时，图中，为切换信号Vs的工作周期(例如，分别为50％、30％、10％)的对应变化及上述开关10所输出的对应切换波形电压Vx的示意图。由于电源供应装置之的直流输出电压，调整在一个特定位准上下。所以，直流输入电压Vin变大时，利用直流输出电压Vout的回授控制，驱动上述切换控制装置20，使切换信号Vs的工作周期也随之变小；反之，直流输入电压Vin变小时，则驱动切换控制装置20，使切换信号Vs的工作周期也随之变大，以便使电源供应装置能够输出特定位准的直流电压。
如图2A～2C可知，切换波形电压Vx的斜线面积(P1～P3)分别对应于将要转换为直流输出电压Vout的能量，且能量P1～P3理论上相等。倘若，开关10是一个理想元件，在导通/断路的切换时不会消耗能量(即不同时导通电流)的话，则上述P1～P3理论上均可以转换为直流输出电压Vout。但是，实际上，开关20在切换(on/off)时，亦即在切换波形电压Vx的上升期间tr(rise time)和下降期间tf(falltime)均会损耗能量。所损耗的能量Pd约正比于tr×f(或tf×f)，其中f表示切换信号Vs的频率。
当直流输入电压为高电压(例如Vin 20V)时，由于切换信号Vs的工作周期(duty cycle)非常短，所需的上升(下降)时间却相当长；因此，所损耗的能量占预定转换能量P3的比例，远大于直流输入电压为低电压时的情形，对电源供应装置而言，此无功损耗会降低电源供应装置的转换效率。
因此，针对上述缺点，若能在直流输入电压为高电压时，自动地将切换信号的频率降低，则可以将上述功率损耗降低。在开关20于每次切换时，损耗的能量Pd约正比于tr×f，故而降低切换信号的频率，亦可以大大减少所有切换过程中的功率损耗。
本发明的目的在于提供一种交换式电源供应装置，其可以随著输入直流电压之改变，而调整切换信号的频率，以达到降低不必要功率损耗的目的，并增进转换效率。
为达到上述目的本发明采取如下措施本发明的交换式电源供应装置，包括一个开关，例如由功率晶体管所构成，用以接收一个直流输入电压，并对应一个切换信号的控制进行导通或断路的切换，输出一个切换波形电压；一个切换控制装置，例如为脉冲调制控制装置，用以输出上述切换信号；一个频率选择装置，利用检测上述直流输入电压的大小，而驱使上述切换控制装置改变上述切换信号的频率；以及，一个能量转换装置，用以将上述切换波形电压转换成一个直流输出电压。
本发明采取如下具体结构本发明的一种可随直流电压改变切换频率的交换式电源装置，包括一个开关、一个切换控制装置、一个频率选择装置及一个能量转换装置；开关用以接收一个直流输入电压，开关的输出端连接能量转换装置；切换控制装置分别连接开关的控制端及频率选择装置；直流输入电压并输至频率选择装置；开关并对应一个切换信号的控制进行导通或断路的切换，而输出一个切换波形电压；切换控制装置用以输出上述切换信号；频率选择装置利用检测直流输入电压的大小，驱使切换控制装置改变切换信号的频率；能量转换装置用以将切换波形电压转换成一个直流输出电压。
其中，所述切换控制装置具有频率调整输入接口，利用所述频率调整输入接口连接的电阻器、电容器组合，以改变所述切换信号的频率。
其中，所述频率选择装置包括一个电压检测单元、一个电阻器切换装置、至少一个电容器以及至少二个电阻器；电阻器切换装置依据所述电压检测单元的检测结果，将电阻器选择组合连接至所述频率调整输入接口。
其中，所述频率选择装置包括一个电压检测单元、一个电容器切换装置、至少一个电阻器以及至少一个电容器；电容器切换装置依据所述电压检测单元的检测结果，将电容器选择组合连接至所述频率调整输入接口。
其中，所述频率选择装置，包括一个电压检测单元、一个阻抗切换装置、至少一个电阻器以及至少一个电容器；阻抗切换装置依据所述电压检测单元检测的结果，选择所述电阻器及所述数个电容器选择组合，分别连接至所述频率调整输入接口。
其中，所述切换控制装置为脉冲调制控制装置。
其中，所述开关为功率晶体管。
结合附图及实施例对本发明的具体结构特征详细说明如下附图的简单说明图1现有交换式电源供应装置的电路方块图；图2A至2C在不同直流输入电压时，切换信号工作周期的对应变化示意图，以及开关所输出的对应切换波形电压的示意图；图3本发明实施例的电路方块图；图4A本发明实施例中直流输入电压具有高电压，且未改变切换信号频率时，其切换信号波形和切换波形电压的波形示意图；图4B本发明实施例中直流输入电压具有高电压时，且将切换信号频率降低为二分之一时，其切换信号波形和切换波形电压的波形示意图。
如图3所示，其为本发明实施例的电路方块图，为简化起见，在此图中输出电压的回授稳压控制电路省略。其中，本发明的交换式电源供应装置，其可以随输入直流电压改变，而调整切换信号的频率，其包括如下单元一个开关10，例如由NMOS功率晶体管所构成，用以接收一个直流输入电压Vin。直流输入电压Vin由电池供应装置提供或是将交流输入电压(例如市电)经过整流装置转换成直流电压。一个切换控制装置20，例如为一个脉冲调制控制装置，用以输出一个周期性切换信号Vs，以驱动上述开关10进行导通/断路(on/off)的切换动作。使开关10输出一个切换波形电压Vx。在此实施例中，切换控制装置20具有频率调整输入接口，该接口包括一个频率调整电容输入端FC，固定耦接一个电容器CT；及一个频率调整电阻输入端FR。
一个能量转换装置30，其可为一个网路，例如由二极管、电感器及电容器构成的网路(但本发明并不限定于此种网路)，用以将切换波形电压Vx转换成一个直流输出电压Vout。
一个频率选择装置40，包括一个电压检测单元40a；一电阻器(阻抗)切换装置40b；以及，数个电阻器(R1-R4)。上述电压检测单元40a可为由电阻所构成的网路(未图示)，以便对上述直流输入电压进行检测取样。依据直流输入电压Vin的取样值，上述电阻器(阻抗)切换装置40b中的比较器OP1～OP3，分别选择将晶体管Q1～Q3导通，而选择组合上述数电阻器，连接至切换控制装置20的频率调整电阻输入端FR，驱使切换控制装置20输出不同频率的切换信号Vs。
例如，当Vin为10V时，OP1～OP3的输出将晶体管Q1～Q3均导通，故切换控制装置20的频率调整电阻输入端FR仅连接四个电阻器R1～R4的并连组合，输出的切换信号Vs的频率为fs。当10v＜Vin为15V时，OP1～OP2的输出将晶体管Q1～Q2均导通，故上述切换控制装置20的频率调整电阻输入端FR仅连接三个电阻器(R1，R2和R4)的并连组合，输出的切换信号Vs频率例如为fs/2。当15v＜Vin为20V时，OP1的输出将晶体管Q1导通，故上述切换控制装置20的频率调整电阻输入端FR仅连接二个电阻器(R1和R4)的并连组合，输出的切换信号Vs频率例如为fs/3。当Vin＞20V时，OP1～OP3的输出并未将晶体管Q1～Q3导通，故上述切换控制装置20的频率调整电阻输入端FR仅连接电阻器R4，输出的切换信号Vs频率例如为fs/4。
由上述可知，若直流输入电压的值升高(例如由10V到22V)，则切换信号Vs则降低(由fs到fs/4)。
在此实施例中，改变上述频率调整电阻输入端FR的电阻器的连接组合，以调整切换信号的频率。但是，本发明并不限定于此，亦可以将上述频率调整电阻输入端FR连接一个固定电阻器，再使用上述阻接切换装置40b，以将数个电容器选择组合，连接至频率调整电容输入端FC，也会达到调整切换信号频率的目的。
当然，本发明亦可以同时使用上述阻接切换装置40b，以将数个电容器、电阻器予以选择组合，再分别连接至上述频率调整电容输入端FC及频率调整电阻输入端FR上，也可达到调整上述切换信号频率的目的。
假设，直流输入电压Vin为20V时，若电源供应器的设计成将切换信号的频率由原来的频率fo(周期T为10％)变成频率fo/2(周期2T仍为10％)。当直流输入电压Vin为20V且切换信号仍保持固定频率fo时，其切换信号Vs波形和切换波形电压Vx如图4A所示。当直流输入电压Vin为20V且切换信号的频率变化为fo/2时，其切换信号Vs波形和切换波形电压Vx如图4B所示。
由图4A和4B可知，在相同时间周期(2T)内，图4A中的Vx电压转换为直流输出电压Vout的能量为面积Px11加上Px12，而图4B中的Vx电压转换为直流输出电压Vout的能量为面积Px20，两者在开关10没有损耗的情形下是相等的。就能量Px20而言，其上升和下降时间的能量损耗所占Px20能量的比例，明显小于上升和下降时间的能量损耗分别占Px11和Px12能量的比例。又，在2T时间内，图4A所示的上升和下降时间的能量损耗为2倍于图4B所示的情况，因为Px12会有额外的能量消耗。所以应用本发明，当直流输入电压具有高电压时，自动将切换信号的频率予以降低，确实能够增进电压的转换效率，且能降低能量损耗。
以上叙述是借实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可随直流电压改变切换频率的交换式电源装置，包括一个开关、一个切换控制装置、一个频率选择装置及一个能量转换装置；开关用以接收一个直流输入电压，开关的输出端连接能量转换装置；切换控制装置分别连接开关的控制端及频率选择装置；直流输入电压并输至频率选择装置；开关并对应一个切换信号的控制进行导通或断路的切换，而输出一个切换波形电压；切换控制装置用以输出上述切换信号；频率选择装置利用检测直流输入电压的大小，驱使切换控制装置改变切换信号的频率；能量转换装置用以将切换波形电压转换成一个直流输出电压。
2．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述切换控制装置具有频率调整输入接口，利用所述频率调整输入接口连接的电阻器、电容器组合，以改变所述切换信号的频率。
3．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述频率选择装置包括一个电压检测单元、一个电阻器切换装置、至少一个电容器以及至少二个电阻器；电阻器切换装置依据所述电压检测单元的检测结果，将电阻器选择组合连接至所述频率调整输入接口。
4．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述频率选择装置包括一个电压检测单元、一个电容器切换装置、至少一个电阻器以及至少一个电容器；电容器切换装置依据所述电压检测单元的检测结果，将电容器选择组合连接至所述频率调整输入接口。
5．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述频率选择装置，包括一个电压检测单元、一个阻抗切换装置、至少一个电阻器以及至少一个电容器；阻抗切换装置依据所述电压检测单元检测的结果，选择所述电阻器及所述数个电容器选择组合，分别连接至所述频率调整输入接口。
6．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述切换控制装置为脉冲调制控制装置。
7．根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述开关为功率晶体管。
全文摘要
一种可随直流电压改变切换频率的交换式电源装置,包括:一个开关、一个切换控制装置、一个频率选择装置及一个能量转换装置;开关用以接收一个直流电压,其输出端连接能量转换装置;切换控制装置分别连接开关的控制端及频率选择装置;直流输入电压并输至频率选择装置;所述开关并对应一个切换信号进行导通或断路的切换,输出一个切换波形电压。本电源装置可随输入直流电压的大小调整切换信号的频率;以增进电压转换效率及降低功率损耗。
文档编号H02M3/156GK1307395SQ0010054
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月21日 优先权日2000年1月21日
发明者李英维 申请人:神基科技股份有限公司