专利名称：外差斜率的频率产生模式用于电源供应器的轻重载切换的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种具有调整电源转换功能的电源供应器，特别是有关于一种自动侦测外部负载并进一步进行回授控制，以达到依据不同的大小的负载状况来提供不同的输出电流和充电周期的双斜率电源供应器。
背景技术：
在与双斜率电源控制器相关的现有技术中，揭露一种可以针对不同的负载电路， 侦测其外部输出电压，将其外部输出电压，回授至内部侦测电路，并将其与内部参考电压作比较产生误差电压，利用产生出来的误差电压，输入到电源转换器，并产生不同的电流驱动斜率与周期，产生脉波宽度调变(Pulse Width Modulation ；PWM)控制信号，最后达到控制外部驱动电流的效果。如图1所示，为一种现有的电源供应器控制电路，由电源转换器4、回授控制电路 8及外部的负载装置6所组成；其中电源转换器4接受其输入电压Vin，并提供输出电压Vo 至负载装置6，回授控制电路8根据输出电压Vo的准位大小，输出门闸脉波(Gate Pulse), 通过电源转换器来提供不同的准位大小。当外部的负载装置6为大负载时，回授控制电路 8会提供较大的门闸脉波，让电源转换器4提供较大的功率输出；当外部的负载装置6为较小的负载时，回授控制电路8会提供较小的门闸脉波，让电源转换器4提供较小的功率输出，减少功率的消耗。对于电源转换器4，一般而言，其可以根据不同的需要采用降压式转换器(Buck Converter)，升压式转换器(Boost Converter)，或是驰返式转换器(Flyhck Converter)等等不同的电压转换控制器，至于回授控制电路8的设计上，则主要采取脉波宽度调变(PWM)来调整电源转换器4的控制方式，因此在回授控制电路8的设计上，如何根据外部负载装置6的负载状态来决定其输出门闸脉波，并进而让电源转换器4提供适当的输出功率到外部的负载装置6相形重要。请再参考图2，其为现有技术的回授控制电路8的输出门闸脉波的控制电路。如图2所示，利用误差电压Ve输入电压转换电路来控制储能电容25充放电电流的大小，并进而控制电容电压Vramp升降周期的大小，以达到控制门闸脉波的目的。此控制电路包含四组电流源(第一充电电流源21、第一放电电流源22、第二充电电流源23及第二放电电流源 24)及四组电流控制开关(第一切换开关211、第二切换开关221、第三切换开关231及第四切换开关Ml)、储能电容25、控制器沈、充放电电路27及转换电路观；其中，储能电容 25，用以提供充放电。此外，第一充电电流源21耦接第一切换开关211至储存电容25，第一放电电流源22耦接第二切换开关221至储能电容25，第二充电电流源23耦接第三切换开关231至储存电容25，第二放电电流源M耦接第四切换开关241至储能电容25;转换电路观，用以依据一误差电压Ve，经过电压转换后，产生一输出转换控制信号来控制第二充电电流源23，以调整第二充电电流源的汲取电源，并依据开关电流CS的电压输出一重置信号(Reset)至对应的切换开关SWl SW4。控制器26，用以输入电容电压(Vramp)、一高电压参考位准(VH)及一低电压参考位准(VL)，并输出一控制信号(第一及第二控制信号)，及一输出脉波(CLKOUT)，并通过该控制信号针对第一充电电流源21，第一放电电流源22， 第二充电电流源23，第二放电电流源M，控制一充放电容25，来决定充放电电流的大小，通过该控制信号针对第一充电电流源21，第一放电电流源22，第二充电电流源23，第二放电电流源M，控制一储能电容25，来决定充放电电流的大小，来控制该电容电压(Vramp)的周期大小，并进而控制门闸脉波的频率。从以上现有技术可知，其利用回授控制电路8，针对外部输出电压Vo回授控制，并产生误差电压Ve，进而控制第二充电电流源(Ic2)23，由不同的充电电流大小，决定电容电压Vramp的充电周期大小，如此可以针对不同的外部负载，提供不同的充电长度，因此可以达到不同的功率输出效果，因此当外部负载为轻负载时，可以达到功率节省的效果。然而此电路控制方式，存在着工艺漂移的潜在缺陷，造成电路组件的精确度会受到工艺影响，而造成系统的不稳定性。针对如上所述的关系，本发明提出另一设计架构，其提供一种双充电电容的外差双斜率充电架构，由两组分离电容，以及提供两组不同的充电电流源，提供不同的充电速率所形成的外差双斜率，并针对不同的负载来改变充电斜率利用此外差双斜率的外差交叉定点方式，自动提供不同的充放电周期，并决定最后的输出门闸脉波控制波长，并进而达到针对不同的外部负载，提供不同的输出功率，达到节能的效果，并且可以将工艺漂移，造成电容与电流源的组件不匹配性降低达到系统整体较佳的电流与电压的稳定度与精确度。
发明内容
依据上述的说明，本发明首先提供一种外差双斜率的充放电驱动电路，其主要目的在于由一组双电容充放电电路，通过不同的充电电流源的充电速度，产生不同的电压充电频率，由不同的电压充电频率提供不同的PWM控制信号，再由不同的PWM控制信号，产生不同的驱动电流，因此可以依据不同的外部负载，适时地提供不同的输出功率，以达到节能的功能。本发明的另一主要目的在于由一回授控制电路，针对外部负载的输出电压，进行回授控制，将输出电压与回授控制电路内部的参考电压作比较，产生误差电压，由误差电压的大小则会产生不同的门闸脉波，通过电源转换器，可以决定输出驱动功率大小，并达到节能的效果。依据上述的目的，本发明首先提供一种外差双斜率回授控制电路，包括一回授误差放大器，其第一输入端与一第一参考电压耦接，其第二输入端与一回授误差电压Vfb耦接；一第一充电电流源耦接一第一切换开关至一第一充电电容的第一端；一第一放电电流源耦接一第二切换开关至第一充电电容的第一端；一可变式充电电流源耦接一第三切换开关至一第二充电电容的第一端；一参考电压准位(threshold)电路，其第一输入端与一第二参考电压耦接，其输出端耦接一第四切换开关至该第二充电电容的该第一端，且其输出端回授连结至第二输入端；一外差双斜率电压比较器，其第一输入端与第一充电电容的第一端耦接，其第二输入端与第二充电电容的第一端耦接，以及一输出端以产生一输出信号； 及一信号控制器，其输入端与外差双斜率电压比较器的该输出信号耦接，并且输出四个信号分别控制第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关及第四切换开关；其中由回授误差电压(Vfb)值来调整可变式充电电流源，使得可变式充电电流源以不同大小的电流对第二
7充电电容进行充电。本发明接着提供一种外差双斜率回授控制电路，包括一回授误差放大器的第一输入端与一第一参考电压(Vrefl)耦接，而其第二输入端与一回授误差电压(Vfb)耦接， 一第一充电电流源耦接一第一切换开关至一第一充电电容的第一端，一第一放电电流源耦接一第二切换开关至第一充电电容的第一端，一第二充电电流源耦接一第三切换开关至一第二充电电容的第一端，一参考电压准位电路的第一输入端与一第二参考电压(Vref2)耦接，而其输出端耦接一第四切换开关至第二充电电容的第一端，且其输出端回授连结至第二输入端，一外差双斜率电压比较器的第一输入端与第一充电电容的第一端耦接，而其第二输入端与第二充电电容的第一端耦接及一输出端以产生一输出信号，一信号控制器的输入端与外差双斜率电压比较器的输出信号耦接，并且输出四个信号分别控制第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关及第四切换开关，其中外差双斜率控制电路的特征在于 第一充电电流源为一固定电流源而第二充电电流源为一可变式充电电流源，由第一充电电流源对第一充电电容进行充电的第一充电斜率与可变式充电电流源以不同大小的电流对第二充电电容进行充电的第二充电斜率的交会电压进行第一充电电容及第二充电电容的充电及放电。本发明接着再提供一种电源供应系统，包括一电源转换器，其一输入端与一输入电源耦接，其一输出端耦接至一负载装置，一外差双斜率回授控制电路其输入端与电源转换器的输出端耦接并且输出一个控制信号至电源转换器的另一输入端，其中电源供应系统的特征在于外差双斜率回授控制电路，进一步包括一回授误差放大器，其第一输入端与一第一参考电压耦接，其第二输入端与一回授误差电压(Vfb)耦接；一第一充电电流源耦接第一切换开关至一第一充电电容的第一端；一第一放电电流源耦接一第二切换开关至第一充电电容的该第一端；一第二充电电流源耦接一第三切换开关至一第二充电电容的第一端；一参考电压准位电路，其第一输入端与一第二参考电压(VreH)耦接，其输出端耦接一第四切换开关至第二充电电容的第一端，且其输出端回授连结至第二输入端；一外差双斜率电压比较器，其第一输入端与第一充电电容的第一端耦接，其第二输入端与第二充电电容的第一端耦接，以及一输出端以产生一输出信号；及一信号控制器，其输入端与外差双斜率电压比较器的输出信号耦接，并且输出四个信号分别控制第一切换开关、第二切换开关、 第三切换开关及第四切换开关；其中第一充电电流源为一固定电流源而第二充电电流源为一可变式充电电流源，由第一充电电流源对第一充电电容进行充电的第一充电斜率与可变式充电电流源以不同大小的电流对第二充电电容进行充电的第二充电斜率的交会电压进行第一充电电容及第二充电电容的充电及放电。
图1为一电源供应器的架构图；图2为一外差双斜率充放电电路的架构图；图3为本发明的外差双斜率充放电电路的架构图；图4为本发明的可变电流源电路架构示意图；图5为本发明的电容充放电与开关切换的波形图；图6为本发明的电容充放电与门闸脉波的对应图。
图7为本发明的外差双斜率充放电电路操作流程图。主要件符号说明电源转换器4回授控制电路8负载装置6外差双斜率回授控制电路30第一切换开关3011第二切换开关3012第三切换开关3021第四切换开关3022外差双斜率电压比较器303信号控制器304参考电压准位电路305第一充电电容306第二充电电容307第一充电电流源308第二充电电流源309第一放电电流源313回授误差放大器314第一固定电流源4011第二固定电流源4012第一可变电阻4013第二可变电阻401具体实施例方式由于本发明主要揭露一种外差双斜率的电源供应器，特别是由两个充电电容的充放电的斜率来切换电流源开关信号，并用以决定回授控制器其输出PWM的控制信号周期大小，并通过转换电路，输出不同的电压周期，达到不同的输出电压功率。首先，请参考图3，其为本发明的外差双斜率控制电路30的电路图。如图3所示， 外差双斜率控制电路30包含第一切换开关(SWl) 3011、第二切换开关(SW2)3012、第三切换开关(SW3) 3021及第四切换开关(SW4) 3022、一个外差双斜率电压比较器303、一个信号控制器304、一个参考电压准位电路305、第一充电电容(Cl) 306、第二充电电容(以)307、第一充电电流源(11)308、第二充电电流源(1幻309、一个放电电流源313、回授误差放大器314、 第一参考电压Vrefl、第二参考电压Vref2以及一个回授误差电压Vfb ；其中，第一充电电流源308为一固定电流源，而第二充电电流源309为一可变式电流源，其可依据回授误差放大器314的输出信号改变电流大小。再者，外差双斜率控制电路30中的回授误差放大器314有两个输入端，其第一端 (即正端)与第一参考电压Vrefl耦接，其第二端(即负端)则耦接到回授误差电压Vfb， 而其输出端为输出两组控制信号0utA、0utB，并分别连接至第二充电电流源309(亦即可变电流源)的内部切换开关。接着，第二充电电流源309耦接第三切换开关(SW1)3021至第二充电电容(以)307 ；第一充电电流308耦接第一切换开关3011至第一充电电容306 ；放电电流源313耦接第二切换开关3012至第一充电电容306 ；第一充电电容306上的输出电压连接至外差双斜率电压比较器303的第一输入端(即正端)，第二充电电容307上的输出电压则连接至外差双斜率电压比较器303的第二输入端(即负端)。此外，外差双斜率电压比较器303的输出端连接至信号控制器304的输入端，而信号控制器304的输出连接至第一切换开关3011、第二切换开关3012、第三切换开关3021与第四切换开关3022，其中信号控制器304由AND GATE、ORGATE与反相器逻辑门所组成，其输入端的控制信号经过内部逻辑门处理后，会产生不同的延迟与非交迭信号反相信号，并用以控制上述每一个切换开关的导通(ON)与打开(OFF)时间。第二参考电压Vref2连接至参考电压准位电路305的第一输入端(即正端)，同时参考电压准位电路305会将其输出端回授并连结至其第二输入端 (即负端)，再耦接第四切换开关3022至第二充电电容307。上述的第二充电电流源309，其实际的电路结构如图4所示。第二充电电流源309 包含第一可变电流源4011及第二可变电流源4012，其中第一可变电流源4011的输出端与第三切换开关3021耦接；此外，第二可变电流源4012的输出端耦接至第三切换开关3021 ； 其中，回授误差放大器314的输出端所输出的两组控制信号OutA、OutB分别与第一可变电流4011与第二可变电流4012耦接。当外部负载改变时，回授误差电压Vfb也跟着改变，故可通过输出的两组控制信号0utA、0utB来控制第一可变电流4011与第二可变电流4012，并使得第一可变电流4011与第二可变电流4012跟随着回授误差电压Vfb的大小，呈现对应于回授误差电压Vfb的线性电压变化，并进而控制第一可变电流4011与第二可变电流4012 的内阻值。通过第一可变电流4011与第二可变电流4012的内阻值变化，可以决定第一可变电流源4011与第二可变电流源4012输出电流的大小，因此，使得可变电流源309能够输出线性可变电流。请继续参考图3，当第一切换开关(SWl) 3011被导通(ON)时，第一充电电流源308 开始对第一充电电容(Cl)306进行固定电流的充电，在第一充电电容(Cl)306被充电至第一充电电压(Vrpl)的期间，信号控制器304会将第一切换开关(SW1)3011持续导通(ON)、 将第二切换开关(SW2)3012形成开路(OFF)、将第三切换开关(SW3) 3021持续导通(ON)以及将第四切换开关(SW4)3022形成开路(OFF)；此时第二充电电容(C2) 307上的第二充电电压(Vii^)会从第二参考电压Vref2(即一 DC值)持续上升，其中参考电压准位电路305 的第一输入端(即正端)的第二参考电压Vref2为准平电压(Clamp Voltage)，用以提供一固定的直流参考电位，并用以作为第二充电电容307上的初始电压Vref2，故可通过此参考电压准位电路305的设计来达到稳压的效果。另外，在本发明的实施例中，第一充电电流源 308的电流量设计为第二充电电流源309的整数倍(η)，故会使得第一充电电流源308会以较快的充电速率将第一充电电容306充电至第一充电电压(Vrpl)，其中此第一充电速率即具有一个第一斜率；另外，由于第二充电电容(C2) 307上已有一 DC值，也就是第二参考电压 Vref2,故第二充电电流源309会以第二充电速率将第二充电电容由一电压DC值Vref2充电至第二充电电压(Vrp2)，其中此第二充电速率即具有一个第二斜率。因此，当第一充电电容(Cl) 306与第二充电电容(C2)307都处于充电状态时，在第一充电电容((^) 307的充电状况是会以较大的电流(即第一充电电流源308)被充电至第一充电电压(Vrpl)；而在第二充电电容(C2)307的充电状况会由一较小的电流(即第二充电电流源309)并由一个起始电压(即DC值)开始充电至第二充电电压(Vrp2)。很明显地，当第一充电电容(Cl) 306 与第二充电电容(C2)307都处于充电状态时，经由本发明的电路设计，使得第一充电电容 (Cl)306被充电至第一充电电压(Vrpl)会是以较快的充电速度(即第一斜率)，并且逐渐地追上第二充电电容(C2) 307被充电至第二充电电压(Vrp2)的充电速度(即第二斜率)； 当第一充电电压(Vrpl)追上第二充电电压(Vrp2)时，信号控制器304根据外差双斜率电压比较器303的输出作控制信号的反相控制。很明显地，在本发明的一实施例中，第一充电电容306及第二充电电容307的电容值可以是相同或成等比例；例如，当第一充电电容306 与第二充电电容307比例改变时，第一充电电容306与第二充电电容307充放电的时间会随着改变，因此第一充电电容306与第二充电电容307的充放电周期也会跟着等比例改变。当第一充电电压(Vrpl)追上第二充电电压时(Vrp2)时，外差双斜率电压比较器303的输出状态会改变，使得信号控制器304会输出反相控制的控制信号，将第一切换开关(SWl) 3011形成开路(OFF)、将第二切换开关(SW2)3012导通(ON)、将第三切换开关 (SW3)3021形成开路(OFF)以及将第四切换开关(SW4) 3022导通(ON)，此时依据本发明图3 的电路图，第一充电电容(Cl) 306与第二充电电容(C2) 307同时处于放电状态，直到第一充电电容(Cl) 306的第一充电电压(Vrpl)持续放电至一个设定的低电压状态时，则外差双斜率电压比较器303的输出状态会再改变，使得信号控制器304会再输出反相控制的信号，而再将第一切换开关(SW1)3011改变为导通、将第二切换开关(SW2)3012改变为开路(OFF)、 将第三切换开关(SW3)3021改变为导通以及第四切换开关(SW4)3022改变为开路(OFF)； 此时，第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2) 307又进入持续充电的状态。其中第一充电电容306通过第一放电电流源313放电，而第二充电电容307通过参考电压准位电路 305内部的等效电阻提供放电的路径。因此，通过本发明图3的电路图的设计，使得外差双斜率控制电路30可以依据第一充电电容(Cl) 306与第二充电电容(以)307的充电过程及放电电压改变的状态来决定第一充电电容(Cl) 306与第二充电电容(C2) 307是进入充电周期或是进入放电周期，并且可以循环地进行着。由于回授误差放大器314的第二端(即负端)与一回授误差电压Vfb耦接，而此回授误差电压Vfb由电源供应器连接的负载状况的回授信号。此外，因回授误差放大器314 的输出端与可变电流源(即第二充电电流源309)耦接，故可以控制第二充电电流源309的电流大小。例如，当与电源供应器连接的负载为一轻负载时状况时，回授误差电压Vfb会变小，使得第二充电电流源(Ic2)309的输出电流变大；而当与电源供应器连接的负载为一重负载时状况时，回授误差电压Vfb会变大，使得第二充电电流源(Ic2) 309的输出电流变小。当本发明的外差双斜率控制电路30所连接的外部负载为轻负载状态时，其回授误差放大器314的第二端(即负端)的回授误差电压Vfb增小，经过回授误差放大器314 控制，第二充电电流源(Ic2)309的驱动电流变大，导致第二充电电容(C2)307上的第二充电电压(Vrp2)以较快速的速度上升，由于第一充电电流源(Icl) 308是以固定速率上升，当第二充电电容(以)307以较快速度上升时，第一充电电流源(Icl)308必须以较长的时间对第一充电电容306充电才能追到第二充电电容(C2)307上的第二充电电压(Vrp2)。很明显地，此时第一充电电容(Cl)306及第二充电电容(C2)307整个充电的时间会拉长，使得第一充电电压(Vrpl)追到第二充电电压(Vii^)时的电压值会较高，进而使得第一充电电容(Cl) 306需要较久的时间放电至一设定得低电压值，同时第一充电电容306与第二充电电容307的充放电周期，通过回授控制电路侦测与处理后，也决定了最后的PWM控制信号输出，使得最后PWM控制信号输出处于较长的低电压状态，导致电压调节的频率变小，输出功率变小，达到节能的效果。请参考图5，为本发明的外差双斜率电压比较器的输出端与信号控制器输出端的信号图。如图5所示，当第一充电电压Vrpl追上第二充电电压Vrp2时，外差双斜率电压比较器303的输出OutC即会从高电压转变为低电压，经过信号控制器304处理后，第一切换开关SWl会呈现与外差双斜率电压比较器303的输出OutC同步的状态，此时第二切换开关SW2的信号值会与SWl呈现反相的状态，代表充电电路导通(ON)时，放电电路会形成开路(OFF)；反之亦然。由于第一充电电容306与第二充电电容307的动作是一致的，所以第三切换开关SW3与第四切换开关SW4的动作会与第一控制开关SWl与第二控制开关SW2同步。而当第一充电电压Vrpl经由放电过程而降到设定的一初始电压时，外差双斜率电压比较器303的输出outC即会转态，从低电压变成高电压，信号控制器304的输出也会随的转态与外差双斜率电压比较器303的输出outC同步，此时充电电路导通(ON)，放电电路会形成开路(OFF)，达到第一充电电容306与第二充电电容307的周期性充放电。当本发明的外差双斜率控制电路30所连接的外部负载为重负载时，其回授误差放大器314的第二端(即负端)的回授误差电压Vfb变大，经过回授误差放大器314控制， 第二充电电流源(Ic2)309的驱动电流变小，导致第二充电电容(C2) 307上的第二充电电压 (Vrp2)以较慢的速度上升，由于第一充电电流源(Icl) 308是以固定速率上升，当第二充电电容(以)307以较慢速度上升时，第一充电电流源(Icl)308只要以较短的时间对第一充电电容(Cl)306充电即能追到第二充电电容(C2)307上的第二充电电压(Vrp2)。很明显地，此时第一充电电容(Cl)306及第二充电电容(C2)307整个充电的时间会缩短，使得第一充电电压(Vrpl)追到第二充电电压(Vii^)时的电压值会较低，进而使得第一充电电容(Cl)306 使用较短的时间就能放电至设定得低电压值，使得最后输出控制PWM控制信号处于较短的低电压状态，导致电压调节的频率变大，输出功率变大，达到实时负载的效果。为了进一步说明本发明的外差双斜率控制电路的操作，请参考图6 (a)及图6 (b)， 是本发明在重载与轻载时，电容充放电与门闸脉波的对应图。首先，如图6(a)所示，当外部为重负载时，由于外差双斜率控制电路30中的回授误差放大器314的第二端(即负端)的回授误差电压Vfb变大，经过回授误差放大器314的控制，驱动第二充电电流源 (Ic2)309输出小的电流，再加上参考电压准位电路305的第一输入端(即正端)的第二参考电压Vref2是提供一个固定的准平电压，进而使得第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307充电的外差交会的电压也会改变。在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着缩短，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压 (Vrp2)交会的电压会比较低，所以第一充电电容(Cl) 306和第二充电电容(C2) 307充放电频率会加快，因此最后回授控制器输出的PWM控制信号周期缩短，提供足够的输出功率；接着，当外部负载为轻载时，由于外差双斜率控制电路30中的回授误差放大器314的第二端 (即负端)的回授误差电压Vfb变小，经过回授误差放大器314的控制，驱动第二充电电流源(Ic2)309输出大的电流，再加上参考电压准位电路305的第一输入端(即正端)的第二参考电压Vref2提供一个相同且固定的准平电压，使得第二充电电流源(Ic2)309充电速率
12由此准平电压开始充电，导致第二充电电流源(Id) 309充电斜率改变，进而使得第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307充电的外差交会的电压也会改变。在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着变长，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp2)交会的电压会比较高，致使第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2) 307充放电的周期会跟着变长。所以，第一充电电容(Cl)306和第二充电电容(C2) 307充放电频率会减慢，因此最后回授控制的PWM控制信号周期加长，减少功率的消耗。再进一步说明，当外部为轻负载时，第二充电电容电压(Vrp2)维持较高DC位准 (level)；例如第二参考电压Vref2是提供一个2V的DC位准；因此，第二充电电流源309 即可从DC位准的2V开始充电，并且还以较快速率对第二充电电容(C2) 307充电；另一方面，第一充电电流源(Icl)308则由较低DC位准对第一充电电容(Cl)306充电；例如DC位准为0. 7V;由于第一充电电流源(Icl)308为第二充电电流源(Ic2)309的呈现一比例关系；例如第一充电电流源(Icl)308所提供的电流值为第二充电电流源(Ic2)309所提供的电流值的整数倍；因此，在本发明中，第一充电电流源(Icl)308始终是能提供较大的电流对第一充电电容(Cl)306充电，所以第一充电电压(Vrpl)会追上第二充电电压(Vrp2)。 在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着变长，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会的电压会比较高，所以第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2) 307充放电的周期会跟着变长。当第一充电电容电压 (Vrpl)超过第二充电电容电压(Vii^)时，外差双斜率电压比较器303的输出信号即刻反转输入到信号控制器304中，信号控制器304产生的开关控制信号即会反相控制所有的电流源控制开关，由于此一回授控制开关路径，是一逻辑控制电路，因此电流源控制开关信号也在极短的时间的内反转并输入到所有的电流源控制开关。此时，第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307开始放电，最后其电容电压会回到其初始状态；例如初始状态设定为0. 7V ；并重复下一次的周期动作。再接着，当外部为重负载时，第二充电电压(Vrp2)依然维持较高DC位准；例如 第二参考电压Vref2提供一个2V的DC位准；因此，第二充电电流源309即可从DC位准的 2V开始充电，并且还以较慢速率对第二充电电容(以)307充电；另一方面，第一充电电流源 (Icl)308对第一充电电容(Cl)306的充电方式与轻载时相同；因此，轻载与重载相较于图 6 (a)的差别在于，第二充电电流源309对于第二充电电容(C2) 307即可从DC位准的2V开始充电，并且是以较慢速率充电。在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp2) 交会一致的时间跟着变短，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会的电压会变低，所以第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp2)充电周期自然缩短。在图6(b)中显示，其门闸脉波(PWM控制信号)为外差双斜率电容的充放电周期经过外差双斜率电压比较器的输出，并经过信号控制器与回授控制电路处理过后所输出的方波。当外差双斜率电容处于充电时，其外差双斜率电压比较器输出的电压脉波处于高电平状态，当外差双斜率电容处于放电时，其外差双斜率电压比较器输出的电压脉波处于低电平状态，通过电容的充放电周期，外差双斜率电压比较器的输出电压脉波，经过信号控制器作信号的微幅调整后，形成门间脉波控制周期，输入电源供应器后，可以调整电源供应器输出的功率大小。当负载由重载转为轻载时，第一充电电容电压(Vrpl)与第二充电电容电压(Vrp》其充放电周期变大，经过外差双斜率电压比较器与信号控制器处理后，其所对应的门闸脉波周期随的变大，因此输出功率变小，达到的减少功率的消耗。接着，请参考图7，是本发明的外差双斜率控制电路的控制方法。如图7所示，首先，如步骤710所示，当一个电源供应系统启动后，随即会进入步骤720，使得第一(即固定)充电电流源(Icl)308由较低DC位准对第一充电电容(Cl)306进行固定电流的充电；例如DC位准为0. 7V，因此产生一固定的第一斜率；接着，进入步骤730，系统驱动负载并对其所连接的负载状况进行判断；当电源供应系统判断所连接的外部负载为轻负载时，则进入步骤741的程序，即外差双斜率控制电路30中的回授误差放大器314的第二端(即负端) 所提供的回授误差电压Vfb变小；接着，进入步骤743的程序，经过回授误差放大器314的控制，使得驱动第二(即可变)充电电流源(Ic2)309输出大的电流；再接着，进行步骤745 的程序，使得第二充电电容电压(Vrp》维持较高DC位准下进行大电流的充电；例如第二参考电压Vref2提供一个2V的DC位准；因此，第二(即可变)充电电流源309即可从DC 位准的2V开始充电，并且还以较快速率对第二充电电容(以)307充电，因此可以产生一个较大的第二斜率；接着，进入步骤747的程序，进行外差双斜率的外差控制，由于第一(即固定)充电电流源(Icl)308所提供的电流值为第二(即可变)充电电流源(Ic2)309所提供的电流值的整数倍；因此，第一(即固定)充电电流源(Icl)308始终是能提供较大的电流对第一充电电容(Cl)306充电，所以第一充电电压(Vrpl)会追上第二充电电压(Vrp2)，此时，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着变长；再接着，进入步骤749的程序，由于第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp2)交会的电压会比较高， 所以第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307充放电的周期会跟着变长，在此状况下，第一充电电容(Cl) 306和第二充电电容(C2) 307充放电频率会减慢，因此最后回授控制的PWM控制信号周期加长，减少功率的消耗。接着，重复下一次的周期动作。当步骤730判断所连接的外部负载改变为重负载时，则进入步骤751的程序，即外差双斜率控制电路30中的回授误差放大器314的第二端(即负端)所提供的回授误差电压 Vfb变大；接着，进入步骤753的程序，经过回授误差放大器314的控制，使得驱动第二(即可变)充电电流源(Ic2)309输出小的电流；再接着，进行步骤755的程序，以第二(即可变)充电电流源(Ic2)309输出的小电流对第二充电电容电压(Vrp2)在较高DC位准下进行充电，故可以产生一个较小的第二斜率(是指相对于轻载时的第二斜率而言)；接着，进入步骤757的程序，进行外差双斜率的外差控制，由于第一(即固定)充电电流源(Icl)308 所提供的电流值为第二(即可变)充电电流源(Ic2)309所提供的电流值的整数倍；因此， 第一充电电压(Vrpl)会很快的就追上第二充电电压(Vrp2)，此时，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp》交会一致的时间跟着变短；再接着，进入步骤759的程序，由于第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vrp2)交会的电压会比较低，所以第一充电电容(Cl)306 与第二充电电容(C2)307充放电的周期会跟着变短，在此状况下，第一充电电容(Cl)306和第二充电电容(C2) 307充放电频率会加快，因此最后回授控制的PWM控制信号周期减短，增加功率的供应。接着，重复下一次的周期动作。当本发明的控制电路使用在图1的电源供应系统中时，电源转换器4接受其输入电压Vin，并提供输出电压Vo至负载装置6，回授控制电路30根据电源转换器输出电压Vo 的准位大小，输出门闸脉波至电源转换器4中，提供不同的准位大小。由于，电源转换器输
14出电压V0会输入至本发明的回授控制电路30中的回授误差放大器314的第二端(即回授误差电压Vfb)，因此，当负载装置6为重载时，电源转换器的输出电压Vo (即回授误差电压 Vfb)变大，经过回授误差放大器314的控制，驱动第二充电电流源(Ic2)309输出小的电流， 再加上参考电压准位电路305的第一输入端(即正端)的第二参考电压Vref2是提供一个固定的准平电压，进而使得第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307充电的外差交会的电压也会改变。在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着缩短，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会的电压会比较低，所以第一充电电容(Cl)306和第二充电电容(C2) 307充放电频率会加快，因此最后回授控制器输出的PWM控制信号周期缩短，提供足够的输出功率；接着，当外部负载为轻载时，电源转换器的输出电压Vo (即回授误差电压Vfb)会变小，经过回授误差放大器314的控制，驱动第二充电电流源(Ic2)309输出大的电流，再加上参考电压准位电路305的第一输入端(即正端)的第二参考电压Vref2是提供一个相同且固定的准平电压，使得第二充电电流源(Ic2) 309充电速率由此准平电压开始充电，导致第二充电电流源(Ic2)309充电斜率改变，进而使得第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2)307充电的外差交会的电压也会改变。在此状况下，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会一致的时间跟着变长，也就是说，第一充电电压(Vrpl)与第二充电电压(Vii^)交会的电压会比较高， 致使第一充电电容(Cl)306与第二充电电容(C2) 307充放电的周期会跟着变长。所以，第一充电电容(Cl)306和第二充电电容(C2)307充放电频率会减慢，因此最后回授控制的PWM 控制信号周期加长，减少功率的消耗。 以上为针对本发明的较佳实施例的说明，为阐明本发明的目的，并无意限定本发明的精确应用形式，因此在不违反本发明所阐明的精神与范围的内，皆由以上所述或由本发明的实施例所涵盖。因此，本发明的技术思想将由以下的申请专利范围及其均等来决定。
权利要求
1.一种外差双斜率回授控制电路，包括一回授误差放大器(314)，其第一输入端与一第一参考电压耦接，其第二输入端与一回授误差电压(Vfb)耦接；一第一充电电流源(308)耦接一第一切换开关(3011)至一第一充电电容(306)的第一端；一第一放电电流源(313)耦接一第二切换开关(3012)至该第一充电电容(306)的该笛一總弟 漸；一可变式充电电流源(309)耦接一第三切换幵关(3021)至一第二充电电容(307)的笛一雜弟兄而；一参考电压准位电路(305)，其第一输入端与一第二参考电压耦接，其输出端耦接一第四切换开关(302 至该第二充电电容(307)的该第一端，且其输出端回授连结至第二输入端；一外差双斜率电压比较器(303)，其第一输入端与该第一充电电容(306)的该第一端耦接，其第二输入端与该第二充电电容(307)的该第一端耦接，以及一输出端以产生一输出信号；一信号控制器(304)，其输入端与该外差双斜率电压比较器(303)的该输出信号耦接， 并且输出四个信号分别控制该第一切换开关3011、该第二切换开关(3012)、该第三切换开关(3021)及该第四切换开关(3022)； 其特征在于由该回授误差电压(Vfb)值来调整该第二充电电流源(309)的输出电流量，使得该第二充电电流源(309)以不同大小的电流对该第二充电电容(307)进行充电。
2.如权利要求1所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该二参考电压(Vref2) 为准平电压(Clamp Voltage)。
3.如权利要求1所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二充电电流源 (309)包括一第一可变电流源G011)； 一第二可变电流源G012)；该第三切换开关(3021)与该第一可变电流G011)及该第二可变电流0012)的另一端耦接。
4.如权利要求1所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第一充电电容(306) 及该第二充电电容(307)的电容值相同或成等比例关系。
5.如权利要求1所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二参考电压 (Vref2)为准平电压(Clamp Voltage)。
6.一种外差双斜率回授控制电路，包括一回授误差放大器(314)的第一输入端与一第一参考电压耦接，而其第二输入端与一回授误差电压(Vfb)耦接，一第一充电电流源 (308)耦接一第一切换开关(3011)至一第一充电电容(306)的第一端，一第一放电电流源 (313)耦接一第二切换开关(3012)至该第一充电电容(306)的该第一端，一第二充电电流源(309)耦接一第三切换开关(3021)至一第二充电电容(307)的第一端，一参考电压准位电路(305)的第一输入端与一第二参考电压耦接，而其输出端耦接一第四切换开关(3022)至该第二充电电容(307)的该第一端，且其输出端回授连结至第二输入端，一外差双斜率电压比较器(303)的第一输入端与该第一充电电容(306)的该第一端耦接，而其第二输入端与该第二充电电容(307)的该第一端耦接及一输出端以产生一输出信号，一信号控制器 (304)的输入端与该外差双斜率电压比较器(303)的该输出信号耦接，并且输出四个信号分别控制该第一切换开关(3011)、该第二切换开关(3012)、该第三切换开关(3021)及该第四切换开关(3022)，其中该外差双斜率控制电路(30)的特征在于该第一充电电流源(308)为一固定电流源而该第二充电电流源(309)为一可变式充电电流源，由该第一充电电流源(308)对该第一充电电容(306)进行充电的第一充电斜率与该可变式充电电流源以不同大小的电流量对该第二充电电容(307)进行充电的第二充电斜率的交会电压，作为该第一充电电容(306)及该第二充电电容(307)的放电控制信号。
7.如权利要求6所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该二参考电压(Vref2) 为准平电压(Clamp Voltage)。
8.如权利要求6所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二充电电流源 (309)包括一第一可变电流源G011)； 一第二可变电流源G012)；该第三切换开关(3021)与该第一可变电流G011)及该第二可变电流0012)的另一端耦接。
9.如权利要求6所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第一充电电容(306) 及该第二充电电容(307)的电容值相同或等比例关系。
10.如权利要求6所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二参考电压 (Vref2)为准平电压(Clamp Voltage)。
11.一种电源供应系统，包括一电源转换器G)，其一输入端与一输入电源耦接，其一输出端耦接至一负载装置(6)，一外差双斜率回授控制电路其输入端与该电源转换器的输出端耦接并且输出一个控制信号至该电源转换器(4)的另一输入端，其中该电源供应系统的特征在于该外差双斜率回授控制电路，进一步包括一回授误差放大器(314)，其第一输入端与一第一参考电压耦接，其第二输入端与一回授误差电压(Vfb)耦接；一第一充电电流源(308)耦接一第一切换开关(3011)至一第一充电电容(306)的第一端；一第一放电电流源(313)耦接一第二切换开关(3012)至该第一充电电容(306)的该笛一雜弟 兄而；一第二充电电流源(309)耦接一第三切换开关(3021)至一第二充电电容(307)的第一端；一参考电压准位电路(30 ，其第一输入端与一第二参考电压耦接，其输出端耦接一第四切换开关(302 至该第二充电电容(307)的该第一端，且其输出端回授连结至第二输入端；一外差双斜率电压比较器(303)，其第一输入端与该第一充电电容(306)的该第一端耦接，其第二输入端与该第二充电电容(307)的该第一端耦接，以及一输出端以产生一输出信号；及一信号控制器(304)，其输入端与该外差双斜率电压比较器(303)的该输出信号耦接， 并且输出四个信号分别控制该第一切换开关(3011)、该第二切换开关(3012)、该第三切换开关(3021)及该第四切换开关(3022)； 其特征在于该第一充电电流源(308)为一固定电流源而该第二充电电流源(309)为一可变式充电电流源，由该第一充电电流源(308)对该第一充电电容(306)进行充电的第一充电斜率与该可变式充电电流源以不同大小的电流量对该第二充电电容(307)进行充电的第二充电斜率的交会电压，作为该第一充电电容(306)及该第二充电电容(307)的放电控制信号。
12.如权利要求11所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该二参考电压 (Vref2)为准平电压(Clamp Voltage)。
13.如权利要求11所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二充电电流源 (309)包括一第一可变电流源G011)； 一第二可变电流源G012)；该第三切换开关(3021)与该第一可变电流G011)及该第二可变电流0012)的另一端耦接。
14.如权利要求11所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第一充电电容 (306)及该第二充电电容(307)的电容值相同或等比例关系。
15.如权利要求11所述的外差双斜率回授控制电路，其特征在于该第二参考电压 (Vref2)为准平电压(Clamp Voltage)。
16.一种外差双斜率回授电路的控制方法，包括 启动一电源供应系统；提供一固定充电电流源对一第一充电电容(306)进行固定电流的充电，以产生一第一充电斜率；驱动负载并判断所连接的外部负载为轻负载； 提供一回授误差电压(Vfb)至回授误差放大器(314)的第二端； 驱动一可变充电电流源输出一第一电流，其经由该回授误差放大器314的控制来驱动可变充电电流源输出该第一电流；对一第二充电电容电压(Vrp2)进行充电，其在一较高DC位准(level)下由该第一电流对该第二充电电容电压(Vrp》进行充电，以产生一第二充电斜率； 其特征在于比对该第一充电斜率及该第二充电斜率，是以外差方式判断该第一充电斜率及该第二充电斜率交会一致的时间，并于该第一充电斜率及该第二充电斜率交会一致时，进行放电；输出一第一 PWM控制信号，是依据该第一充电斜率及该第二充电斜率的充电及放电频率产生该第一 PWM控制信号。
17.如权利要求16所述的控制方法，当该判断所连接的外部负载为重负载时提供一回授误差电压(Vfb)至回授误差放大器(314)的第二端； 驱动一可变充电电流源输出一第一电流，其经由该回授误差放大器314的控制来驱动可变充电电流源输出该第一电流；对一第二充电电容电压(Vrp》进行充电，其在一较高DC位准下由该第一电流对该第二充电电容电压(Vrp》进行充电，以产生一第二充电斜率； 其特征在于比对该第一充电斜率及该第二充电斜率，是以外差方式判断该第一充电斜率及该第二充电斜率交会一致的时间，并于该第一充电斜率及该第二充电斜率交会一致时，进行放电；输出一第二 PWM控制信号，依据该第一充电斜率及该第二充电斜率的充电及放电频率产生该第二 PWM控制信号，其中该第二 PWM控制信号频率大于该第一 PWM控制信号频率。
全文摘要
本发明是一种外差斜率的频率产生模式用于电源供应器的轻重载切换，由一电源转换器、回授控制电路，及一双斜率充放电电路，决定输出电流的输出功率，根据不同的外部负载装置，以及不同的外部电压上升速度，通过回授控制电路，产生回授电压输入电源转换器，通过双斜率充放电电路，产生不同的充电电流，并进而达到不同的操作模式。当外部的负载改变时，回授控制电路会侦测误差电压，并回授控制电源转换器，进而改变电流的供应大小，达到驱动电流与输出功率的自动调整。
文档编号H02J7/00GK102280908SQ201010203110
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者贾儒林 申请人:力林科技股份有限公司