电源开关驱动方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明是有关于一种供电系统，尤指一种交换式电源供应器的控制方法。
【背景技术】
[0002]交换式电源供应器为现在电子装置上常见的电源供应电路，广泛用来提供电子装置中负载电路所需的电力。直流切换式电源中包含了各式的功率开关单元(例如M0SFETcell)，由于功率开关单元本身的元件特性各自不同，最佳的适用情况亦有所差异。
[0003]交换式电源供应器通常由开关元件、电感和电容回路以及控制电路组成。控制电路产生一系列开关脉冲去控制开关元件的导通和关闭，从而产生脉冲电流。电感、电容回路起低通滤波器作用，把脉冲电流转换为负载所需的直流电流。
[0004]控制电路通常分为两种常见方式，一种为采用固定开关频率并改变脉冲宽度的方法，亦即脉冲宽度调变(Pulse Width Modulat1n，PWM)。另一种为固定脉冲宽度并改变开关频率的方法以对应负载变化的方式，亦即变频驱动器(Variable-frequency Drive, VFD)采用的方式。
[0005]在脉宽调变电路中在负载为轻载(低功率消耗)时的用电效率很低。原因在于，脉宽调变开关电源有两类功率损耗，其中一种为导通损耗主要由负载电流的大小决定，而另一种为开关损耗则正比于开关次数，开关次数越少，则开关损耗越低。由前所述，在轻载条件下导通损耗不大。然而，在脉宽调变电路中轻载的切换频率却与重载条件下完全相同，所以开关损耗较高，这是脉宽调变开关电源的不足。
[0006]相较之下，变频驱动器可改变开关元件的切换频率，以对应负载端的不同功率需求。为了提高轻载时候的效率，电源的工作频率将随着输出功率的降低而持续下降。然而当输出功率降到一定值(轻载或是无负载)的时候，切换频率可能降低到人耳可感知的声音频率范围之内，此时，开关元件的切换操作就会产生音频噪音，使用者便可能听到恼人的持续高频噪音。
【发明内容】
[0007]因此，本发明提出一种电源开关驱动方法，用于交换式电源供应器上，交换式电源供应器用以驱动负载端且包含切换开关。电源开关驱动方法包含下列步骤:侦测交换式电源供应器输出至负载端的输出功率。当输出功率大于负载门槛时，将交换式电源供应器设定于第一工作模式，于第一工作模式中根据输出功率回授调整切换开关。另一方面，当输出功率小于等于负载门槛时，将交换式电源供应器设定于跳频工作模式(burst mode)，于跳频工作模式中将该切换频率固定于一设定频率值。
[0008]根据本发明的一实施例，切换开关根据脉冲驱动信号而切换，脉冲驱动信号包含多个周期性脉冲，多个周期性脉冲的间隔由切换频率决定。
[0009]根据本发明的一实施例，跳频工作模式具有跳频周期，跳频周期包含启动区间以及暂停区间，于启动区间中依切换频率提供所述周期性脉冲至切换开关，于暂停区间中停止提供所述周期性脉冲至切换开关。
[0010]根据本发明的一实施例，于跳频工作模式中，根据输出功率回授调整启动区间与暂停区间之间的相对比例，若输出功率提高则增加启动区间的比例，若输出功率降低则增加暂停区间的比例。
[0011]根据本发明的一实施例，暂停区间大于等该切换频率对应的切换周期。
[0012]根据本发明的一实施例，跳频周期对应的跳频频率小于无源器件的机械振荡频率。
[0013]根据本发明的一实施例，其中所述周期性脉冲各自具有高低准位占空比，当侦测到输出功率由小于负载门槛变化至超过负载门槛时，电源开关驱动方法包含暂时性地将交换式电源供应器维持于跳频工作模式，将切换频率维持于设定频率值，暂时性地增加所述周期性脉冲的高低准位占空比以对应输出功率的变化。
[0014]根据本发明的一实施例，当交换式电源供应器暂时维持于跳频工作模式时，电源开关驱动方法包含若输出功率持续超过负载门槛达到特定时间长度，将交换式电源供应器设定于第一工作模式，以对应输出功率的变化。于另一实施例中，若输出功率明显超过负载门槛，将交换式电源供应器设定于第一工作模式，以对应输出功率的变化。
[0015]根据本发明的一实施例，设定频率值大于人耳可感知的音频最大值。于另一实施例中，设定频率值大致上为25000赫兹。
[0016]根据本发明的一实施例，交换式电源供应器为返驰式转换器(flybackconverter)、降压型转换器(buck converter)、升压型转换器(boost converter)或 LLC 串联谐振转换器(LLC series resonant converter, LLC-SRC)。
[0017]根据本发明的一实施例，第一工作模式为变频工作模式，于该变频工作模式中该电源开关驱动方法根据该输出功率回授调整该切换开关的该切换频率，使该切换频率相对应于该输出功率，其中该切换频率均大于等于该设定频率值。
[0018]根据本发明的另一实施例，第一工作模式为定频工作模式或变频和定频相结合的工作模式。
【附图说明】
[0019]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0020]图1绘示根据本发明的一实施例中一种电源开关驱动方法的方法流程图；
[0021]图2A绘示根据本发明的一实施例中电源开关驱动方法所应用的交换式电源供应器的不意图；
[0022]图2B至图2G分别绘示不同实施例中交换式电源供应器采用各种不同型式的电路架构的示意图；
[0023]图3绘示根据本发明的一实施例中电源开关驱动方法所应用的交换式电源供应器在不同输出功率下切换开关所采用的切换频率的关系图；
[0024]图4绘示当交换式电源供应器处于第一工作模式下控制电路产生的具有不同切换频率的开关控制信号的信号波型示意图；
[0025]图5绘示当交换式电源供应器处于跳频工作模式下控制电路产生的具有相同切换频率的开关控制信号的信号波型示意图；
[0026]图6绘示当交换式电源供应器处于跳频工作模式下控制电路产生的开关控制信号其启动区间与暂停区间于该跳频周期中所占的比例与输出功率的理想关系图；
[0027]图7绘示根据本发明的一实施例中一种电源开关驱动方法的方法流程图；以及
[0028]图8绘示根据图7中电源开关驱动方法当交换式电源供应器处于跳频工作模式下控制电路产生的具有相同切换频率的开关控制信号的信号波型示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[0030]请参阅图1及图2A，图1绘示根据本发明的一实施例中一种电源开关驱动方法100的方法流程图，于本实施例中电源开关驱动方法100用于交换式电源供应器(又称为开关电源)。图2A绘示根据本发明的一实施例中电源开关驱动方法100所应用的交换式电源供应器200的示意图。
[0031]如图2A所示，交换式电源供应器200耦接于电源输入端Vin及负载端LOAD之间，交换式电源供应器200用以将电源输入端Vin提供的电力信号转换为符合负载端LOAD所需规格(如特定电压、特定电流、特定频率或特定功率等)的电力信号，并借以驱动负载端LOAD。
[0032]随着负载端LOAD的工作状态(高速操作、一般操作、待命或关机)不同，交换式电源供应器200需要相对应提供不同的输出功率的驱动信号至负载端LOAD，对应负载端LOAD当下的所需求。
[0033]于此实施例中，如图2A所示，交换式电源供应器200包含侦测电路210、控制电路220以及切换开关230。侦测电路210用以监控交换式电源供应器200输出至负载端LOAD的输出功率。控制电路220用以根据侦测电路210取样得到的输出功率，产生相对应的开关控制信号(亦即，脉冲驱动信号)，并传送至切换开关230。切换开关230根据控制电路220产生的开关控制信号切换开启/关闭状态，进而使交换式电源供应器200产生不同的输出功率。
[0034]于此实施例中，交换式电源供应器200为返驰式转换器(flyback converter)、降压型转换器(buck converter)、升压型转换器(boost converter)或LLC串联谐振转换器(LLC series resonant converter, LLC-SRC)中任一种电路架构。
[0035]请一并参阅图2B至图2G，其分别绘示不同实施例中交换式电源供应器200采用各种不同型式的电路架构的示意图。
[0036]图2B及图2C均绘示交换式电源供应器200采用返驰式转换