电源控制装置及电源控制方法与流程

本发明涉及一种电源控制装置及电源控制方法，尤其涉及一种可应用于相异操作模式的电源控制装置及电源控制方法。

背景技术：

现有的如笔记本电脑、平板计算机、个人数字助理、视频游戏、视频摄影机等各种可携式电子设备中，一般具有可将一个电压位准上的直流信号转换为不同电压位准上的直流信号(如直流转直流转换器)、将交流信号转换为直流信号(如直流转交流转换器)、将直流信号转换为交流信号(如直流转交流转换器)，或将交流信号转换为交流信号(如直流转直流转换器)，其中，上述转换器中的交流直流电源控制装置的运作中，是依据电感储能组件的电流状态区分：若在零电流点之前控制开关组件进入导通，为连续导通模式(CCM)操作；若在零电流点控制开关组件进入导通，则为临界导通模式(BCM/CrM)操作；若在检测到零电流点之后等待一段延迟时间，再控制开关进入导通，则为不连续导通模式(DCM)操作。

然而，现有的电源控制装置无法适用于如上述的各种不同的操作模式，致使电源控制装置无法依据负载状态而切换至适合的操作模式，因而导致电源控制装置具有高输入尖峰电流、高频切换损失、进入低频间歇模式(BURST MODE)、电流波形失真与进入音频产生音频噪音等缺点，因此现有的电源控制装置仍具备改善空间。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的电源控制装置普遍无法适用各种不同的操作模式，因而普遍具有电源控制装置无法依据负载状态而切换至适合的操作模式的问题。缘此，本发明是提供一种电源控制装置及电源控制方法，主要是包含有状态控制单元，并通过状态控制单元将开关的开关状态区分为四个状态区间， 以通过设定四个状态区间来达到可适用于各种操作模式的目的。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种电源控制装置，是电性连接于一电源功能电路，电源功能电路包含一电源供应电路、一线圈模块、一开关与一负载电路，线圈模块是电性连接于电源供应电路，开关是电性连接于线圈模块，负载电路是电性连接于线圈模块，电源供应电路是用以提供一供应电压，供应电压是使线圈模块中的一感测线圈产生一辅助绕阻电压，电源控制装置包含至少一定时器、一零电流触发单元、一状态控制单元与一开关驱动单元。定时器是用以计时一第一计时时间、一第二计时时间、一第三计时时间与一第四计时时间，零电流触发单元是电性连接于线圈模块，用以在辅助绕阻电压自大于一为正值的感测阀值的一电压值下降为零时，传送出一零电流触发信号。状态控制单元是电性连接于定时器与零电流触发单元，设有一第一状态区间、一第二状态区间、一第三状态区间与一第四状态区间，第一状态区间是对应于一第一计时区间，第二状态区间是对应于一第二计时区间，第三状态区间是对应于一第三计时区间，第四状态区间是对应于一第四计时区间，开关的一开启区间是定义为第一状态区间，开关的一关闭区间是定义区分为第二状态区间、第三状态区间与第四状态区间。开关驱动单元是电性连接于状态控制单元与开关。

其中，初始状态控制单元进入第一状态区间时，定时器是开始计时第一计时时间，并在第一计时时间达第一计时区间时，状态控制单元是进入第二状态区间，定时器是计时第二计时时间，并在第二计时时间达第二计时区间时，状态控制单元是进入第三状态区间，定时器是计时第三计时时间，并在第三计时时间达第三计时区间时，状态控制单元是进入第四状态区间，定时器是计时第四计时时间，并在第四计时时间达第四计时区间时，状态控制单元是重新进入第一状态区间并触发计时器重新计时。其中，在状态控制单元在第三状态区间与第四状态区间中的一者并接收到零电流触发信号时，是重新进入第一状态区间并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关

其中，上述电源控制装置的附属技术手段的较佳实施例中，还包含一运算单元，是电性连接于负载电路与状态控制单元，供应电压是于负载电路产生一负载电压，运算单元用以依据负载电压运算出第一计时区间、第二计时区间、第三计时区间与第四计时区间。此外，还包含一零电流记录单元，是 电性连接于零电流触发单元与状态控制单元，用以在零电流触发单元传送出零电流触发信号时，记录并传送出一零电流记录信号，并在状态控制单元进入第四状态区间且检测到零电流记录信号时，是重新进入第一状态区间并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关。另外，在状态控制单元在第二状态区间时，是维持关闭开关。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是还提供一种电源控制方法，是应用于上述的电源控制装置，电源控制方法是先执行(a)判断第一计时时间是否达第一计时区间，接着(b)在步骤(a)的判断结果为是时，状态控制单元进入第二状态区间，接着执行步骤(c)判断第二计时时间是否达第二计时区间，然后执行步骤(d)在步骤(c)的判断结果为是时，状态控制单元进入第三状态区间，接着执行步骤(e)判断辅助绕阻电压是否为零，接着执行步骤(f)在步骤(e)的判断结果为是时，状态控制单元重新进入第一状态区间，并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关。然后执行步骤(g)在步骤(e)的判断结果为否时，判断第三计时时间是否达第三计时区间，接着执行步骤(h)在步骤(g)的判断结果为是时，状态控制单元进入第四状态区间，然后执行步骤(i)判断辅助绕阻电压是否为零，并执行步骤(j)在步骤(i)的判断结果为是时，状态控制单元重新进入第一状态区间，并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关。接着执行步骤(k)在步骤(i)的判断结果为否时，判断第四计时时间是否达第四计时区间，最后再执行步骤(l)在步骤(k)的判断结果为是时，状态控制单元重新进入第一状态区间，并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关。

其中，上述电源控制方法的附属技术手段的较佳实施例中，在步骤(j)与步骤(k)之间是还包含一步骤(j0)判断零电流记录讯号是否为零，并在步骤(j0)的判断结果为是时，状态控制单元重新进入第一状态区间，并触发计时器重新计时与触发开关驱动单元开启开关。

其中，上述电源控制方法的附属技术手段的较佳实施例中，供应电压是于负载电路产生一负载电压，在步骤(a)之前还包含一步骤(a0)依据负载电压运算出第一计时区间、第二计时区间、第三计时区间与第四计时区间。此外，步骤(b)与步骤(c)之间维持关闭开关，且步骤(b)中还包含一步 骤(b0)判断辅助绕阻电压是否为零，并在判断结果为是时记录一零电流发生事件并传送出一零电流记录信号。

藉由本发明所采用的电源控制装置及电源控制方法的主要技术手段后，由于通过设定四个状态区间而可适用于各种操作模式，因此实务上使用时可依据负载状态调整至较佳的操作模式，因而可有效降低高输入尖峰电流、高频切换损失、低频间歇模式、电流波形失真与音频噪音等缺点而解决现有的问题。

本发明所采用的具体实施例，将藉由以下的实施例及图式作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的电源控制装置电性连接于电源功能电路的第一方框示意图；

图2是本发明较佳实施例的电源控制装置电性连接于电源功能电路的第二方框示意图；

图3是本发明较佳实施例的计时区间与负载电压的波形示意图；

图4是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于边界导通模式的波形示意图；

图5是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于不连续导通模式的波形示意图；

图6是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于轻载定频模式的波形示意图；

图7是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于连续导通模式的波形示意图；图8与图8A是本发明较佳实施例的电源控制方法的流程示意图。

附图标记：

1：电源控制装置

11：定时器

12：零电流触发单元

13：状态控制单元

14：开关驱动单元

15：运算单元

16：零电流记录单元

2、2a：电源功能电路

21、21a：电源供应电路

22、22a：线圈模块

221：感应线圈

23、23a：开关

24、24a：负载电路

100、200、300：曲线

A：阀值

t1：第一计时时间

t2：第二计时时间

t3：第三计时时间

t4：第四计时时间

Vzcd_th：阀值

S101-S113：步骤流程

S1：零电流触发信号

具体实施方式

由于本发明所提供的电源控制装置及电源控制方法中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一较佳实施例加以具体说明。

请一并参阅图1与图2，图1是本发明较佳实施例的电源控制装置电性连接于电源功能电路的第一方框示意图，图2是显示本发明较佳实施例的电源控制装置电性连接于电源功能电路的第二方框示意图。

如图所示，本发明较佳实施例的电源控制装置1是电性连接于一电源功能电路2、2a，电源功能电路2、2a分别包含一电源供应电路21、21a、一线圈模块22、22a、一开关23、23a与一负载电路24、24a，线圈模块22、22a是电性连接于电源供应电路21、21a，开关23、23a是电性连接于线圈模块22、22a，负载电路24、24a是电性连接于线圈模块22、22a。在此需要一提的是，电源功能电路2是为驰返式(flyback)拓扑，电源功能电路2a则为升 压式功率因子修正电路(Power factor Correction；PFC)拓扑，其中，电源功能电路2、2a的拓扑仅为举例，并非用以限制本发明的范畴，且电源供应电路21、21a、线圈模块22、22a、开关23、23a与负载电路24、24a的组成是视实务的设计而定，而为了方便说明，以下仅以电源功能电路2为例进行说明。

电源控制装置1是包含有至少一定时器11、一零电流触发单元12、一状态控制单元13、一开关驱动单元14、一运算单元15以及一零电流记录单元16。其中，虽然本发明较佳实施例中仅揭示一个定时器11，其他实施例中可使用一个以上的定时器11来实现，而定时器11的组成电路为现有技术，因此不再赘述。

零电流触发单元12是电性连接于线圈模块22的感测线圈221，状态控制单元13是电性连接于零电流触发单元12与定时器11，且状态控制单元13设有一第一状态区间(ON区间)、一第二状态区间(OFF区间)、一第三状态区间(Soft-Window(SW)区间)与一第四状态区间(Hard-Window(HW)区间)，第一状态区间是对应于一第一计时区间，第二状态区间是对应于一第二计时区间，第三状态区间是对应于一第三计时区间，第四状态区间是对应于一第四计时区间，上述的计时区间是为一段时间的区间，且开关23的一开启区间(亦可称导通区间)是定义为第一状态区间，开关23的一关闭区间是定义区分为第二状态区间、第三状态区间与第四状态区间，也就是说，开关23在开启的时候都视为第一状态区间，而在开关23关闭的时候分为第二状态区间、第三状态区间与第四状态区间，以下将进行详述。

开关驱动单元14是电性连接于状态控制单元13，运算单元15是电性连接于电性连接于负载电路24与状态控制单元13，零电流记录单元16是电性连接于零电流触发单元12与状态控制单元13。其中，零电流触发单元12、状态控制单元13、开关驱动单元14、运算单元15与零电流记录单元16是可以模拟电路或数字电路实现，其是视实务的设计而定，举例来说，零电流触发单元12与零电流记录单元16是可以与(and)门与SR闩锁器的组合呈现，但并不限于此。

其中，一般来说，电源供应电路21是可提供一供应电压，此供应电压一般为经由滤波与桥式整流后的电压，且供应电压在传送至线圈模块22时，是 使线圈模块22中的一感测线圈221产生一辅助绕阻电压(一般定义为VZCD)，其中，感测线圈221一般是为二次侧的线圈，以感应一次侧线圈的电流，而前述的辅助绕阻电压将于下进行详细的说明。另外，供应电压传送至负载电路24时，会于负载电路24产生一负载电压，此负载电压可为电阻处的电压或光耦合器的电压，其是视实务的设计而定。

定时器11是用以计时一第一计时时间(以下定义为t1)、一第二计时时间(以下定义为t2)、一第三计时时间(以下定义为t3)与一第四计时时间(以下定义为t4)，具体来说，定时器11是依序计时出第一计时时间t1、第二计时时间t2、第三计时时间t3与第四计时时间t4，亦即第一计时时间t1计时完后即开始计时第二计时时间t2等依此类推。

零电流触发单元12是用以在辅助绕阻电压VZCD自大于一为正值的感测阀值Vzcd_th的一电压值下降为零时，传送出一零电流触发信号S1，而在此需要一提的是，开关23在关闭时，会于感测线圈221产生上述的辅助绕阻电压VZCD，且感测阀值一般为正值且为电路对电压的最低检测能力的值(如图4至图6中所示)，此辅助绕阻电压VZCD会经过一振荡区间(也可称为振荡频率)而渐渐为零。

运算单元15用以依据负载电路24中的负载电压运算出上述状态控制单元13中所设有第一状态区间、第二状态区间、第三状态区间与第四状态区间分别所对应的第一计时区间、第二计时区间、第三计时区间与第四计时区间。具体来说，请一并参阅图3，图3是本发明较佳实施例的计时区间与负载电压的波形示意图，如图3所示，曲线100代表第一计时区间的时间值，曲线200代表第二计时区间的时间值，曲线300代表第四计时区间的时间值。由图3可知第一计时区间、第二计时区间与第四计时区间与负载电压的关系。

具体来说，第一计时区间是与负载电压的实时值(即当下的电压值)成正比，而第二计时区间是与负载电压的相异时间输出平均值(即不同时间输出的电压值的平均，例如第1、2、3秒的电压的平均)成反比，第三计时区间为上述振荡区间的1.5至2倍，第四计时区间是在相异时间输出平均值低于某预设的阀值(例如图3中的阀值A)而为最低预定操作频率而成固定的值，但在大于该阀值后是与相异时间输出平均值成反比的关系，其中，上述各计时区间的说明仅为举例，其他实施例中并不限于此。

零电流记录单元16是用以在零电流触发单元12传送出零电流触发信号S1时，记录并传送出一零电流记录信号(图未示)，并在状态控制单元13进入第四状态区间且检测到零电流记录信号时，重新进入第一状态区间受触发重置，而上述记录一零电流发生事件的方式例如是将数字信号设定为1以供系统得知。

就实务上来说，在未考虑辅助绕阻电压VZCD自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零时的状态时，一般来说，初始时开关23是开启，而状态控制单元13进入第一状态区间时，定时器11是同步开始计时第一计时时间t1，并在第一计时时间t1达第一计时区间时，会触发状态控制单元13进入第二状态区间，此时，定时器11同步计时第二计时时间t2，并在第二计时时间t2达第二计时区间时，会触发状态控制单元13进入第三状态区间，同时定时器11计时第三计时时间t3，并在第三计时时间t3达第三计时区间时，触发状态控制单元13是进入第四状态区间，定时器11也同步计时第四计时时间t4，并在第四计时时间t4达第四计时区间时，状态控制单元13是重新进入第一状态区间并触发定时器11重新计时。也就是说，状态控制单元13会随着计时时间达计时区间而依序进入下一状态。

其中，在考虑可能会发生辅助绕阻电压VZCD自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零时的状态时，若状态控制单元13在第二状态区间并接收到零电流触发单元12所发送出的零电流触发信号S1时，是维持关闭开关23，也就是说，即使接收到零电流触发信号S1也不开启开关23，并在第四计时时间t4达第四计时区间时，状态控制单元13重新进入第一状态区间并触发定时器11重新计时与触发开关驱动单元14开启开关23。

在状态控制单元13在第三状态区间与第四状态区间中的一者一个并接收到零电流触发信号S1时，重新进入第一状态区间并触发定时器11重新计时与触发开关驱动单元14开启开关23，即只要在第三状态区间或第四状态区间接收到零电流触发信号S1则直接进入第一状态区间而开启开关23。若在第四计时时间t4达第四计时区间且检测到零电流记录信号时，重新进入第一状态区间并触发定时器11重新计时与触发开关驱动单元14开启开关23。

为了使本发明所属领域普通技术人员可轻易了解本发明的运作，以下具体举例说明，请一并参阅图4，图4是本发明较佳实施例的电源控制装置应 用于边界导通模式的波形示意图，如图4所示，初始开关23在开启时，定时器11开始计时第一计时时间t1，此时状态控制单元13是处于第一状态区间，而在第一计时时间t1达第一状态区间所对应的第一计时区间时，会触发状态控制单元13进入第二状态区间且开关23会进入关闭状态，此时触发定时器11开始计时第二计时时间t2，而在第二计时时间t2达第二状态区间所对应的第二计时区间时，会触发状态控制单元13进入第三状态区间，此时同时触发定时器11开始计时第三计时时间t3，由图中可知在第三状态区间时，辅助绕阻电压在接近第三状态区间快结束时自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降并振荡至零，此时触发零电流触发单元12发送出零电流触发信号S1，同时也使零电流记录单元16记录零电流发生事件(数字逻辑信号为1)，并使状态控制单元13触发重置定时器11(数字逻辑信号为1)与触发开关驱动单元14开启开关23而重新进入第一状态区间。在此需要一提的是，边界导通模式中，第四状态区间所对应的第四计时区间是远小于其他计时区间而不予以标示，其他实施例中，对第四状态区间的定义可为其所对应的第四计时区间为第一计时区间至第三计时区间的总和，也就是说，本发明较佳实施例对第四状态区间所定义的第四计时区间可为第三计时区间后的一区间，也可为第一计时区间至第三计时区间的总和，特此叙明。

请一并参阅图5，图5是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于不连续导通模式的波形示意图，如图5所示，第一状态区间与图4相同不再赘述，而由图中可知，在第二状态区间时辅助绕阻电压有自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降振荡至零，但此时仍维持关闭开关而待第二计时时间t2达第二状态区间所对应的第二计时区间时，触发状态控制单元13进入第三状态区间，此时同时触发定时器11开始计时第三计时时间t3，由图中可知在第三状态区间结束但也达第四状态区间所对应的第四计时区间仍未有辅助绕阻电压自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零的状况(第四计时区间远小于其他计时区间而不予以标示，特此叙明)时，但此时状态控制单元13仍持续检测到零电流记录信号而重新进入第一状态区间并触发定时器11重新计时与触发开关驱动单元14开启开关23。

请一并参阅图6，图6是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于轻载定频模式的波形示意图，如图6所示，在轻载定频模式(GM)中，由图中可 知其在第二状态区间与第三状态区间都未检测到辅助绕阻电压自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零的状况，致使在第四计时时间t4与第四状态区间所对应的第四计时区间相同时，直接使状态控制单元13触发重置定时器11与触发开关驱动单元14开启开关23而重新进入第一状态区间。

请一并参阅图7，图7是本发明较佳实施例的电源控制装置应用于连续导通模式的波形示意图，如图7所示，其与轻载定频模式相同，由图中可知其在第二状态区间与第三状态区间都未检测到辅助绕阻电压自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零的状况，致使在第四计时时间t4与第四状态区间所对应的第四计时区间相同时，直接使状态控制单元13触发重置定时器11与触发开关驱动单元14开启开关23而重新进入第一状态区间。

由以上可知，边界导通模式、不连续导通模式与轻载定频模式都是以检测辅助绕阻电压是否自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零而于波谷触发开起开关23的方式，其差别仅在于触发的延迟以及检测不到辅助绕阻电压自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零时的处理，其中，若辅助绕阻电压的振荡强度足够(大于图4至图6中所显示的感测阀值Vzcd_th)，那么只要在第三状态区间或第四状态区间检测到零电流即开启开关23，或是在第二状态区间内检测到辅助绕阻电压自大于感测阀值Vzcd_th的电压值下降为零时则记录零电流发生事件并在第三状态区间结束时直接触发导通开关23，因此使用者实际上只要控制各状态区间所对应的计时区间的长短就可改变电源控制装置1较佳的操作方式。

其中，本发明所采用的电源控制装置还可对操作频率加以控制，举例来说，在边界导通模式(BCM/CrM)下，周期为第一计时时间加上一线圈模块自然放电时间值(tzcd)，此线圈模块自然放电时间值(即指线圈模块22自然放电的时间值)小于第二计时时间、第三计时时间与第四计时时间的总和，因此当负载降低时，可选择性地控制第二计时时间上升(如图3所示)；而在定频模式时，周期为第一计时时间至第四计时时间的总和，且在极轻载的状态时，第二计时时间远大于第一计时时间、第三计时时间与第四计时时间的总和，因此周期与频率的比值大约等于第二计时时间。

另外，当转为重载状态时，第一计时时间上升，第二计时时间下降近似为零，第四计时时间也下降，当上述的时间值大于第二计时时间、第三计时 时间与第四计时时间的总和时，则为连续导通模式。因此，只要依据图3的线形选择性地控制在每个区间的操作频率。

其中，在此需要说明的是，本发明较佳实施例设定第二状态区间的意义为限制最高切换频率，以防止在开关23开启的时间与零电流的时间都很短时有过高的切换频率，进而降低切换损失。而设定第四状态区间的作用有二，当在轻载且开关23的开启时间很短的情况时，辅助绕阻电压的电位一般很低而可能会让电源控制装置1的零电流触发单元12与零电流记录单元16检测不到，因此经过第二状态区间、第三状态区间与第四状态区间，第四状态区间结束时强制使开关23开启。

此外，当系统在中等负载的情况下，辅助绕阻电压的电位一般是可供电源控制装置1检测，因此一般是不会进入第四状态区间，而在重载时，由图3可知，当负载电压上升至某程度后，设定第四状态区间，使得第二计时时间至第四计时时间的总和小于上述的时间值，此时零电流状态尚未发生，藉由此第四状态区间的结束来强制使开关23开启，则由边界导通模式进入连续导通模式。

请一并参阅图1至图8A，图8与图8A是显示本发明较佳实施例的电源控制方法的流程示意图，如图所示，电源控制方法包含以下步骤：

步骤S101：依据负载电压运算出第一计时区间、第二计时区间、第三计时区间与第四计时区间；

步骤S102：状态控制单元13进入第一状态区间并开启开关23；

步骤S103：判断第一计时时间t1是否达第一计时区间；

步骤S104：状态控制单元13进入第二状态区间并关闭开关23；

步骤S105：判断辅助绕阻电压是否自大于一为正值的感测阀值的一电压值下降为零；

步骤S106：维持关闭开关23并记录一零电流发生事件；

步骤S107：判断第二计时时间t2是否达第二计时区间；

步骤S108：状态控制单元13进入第三状态区间；

步骤S109：判断辅助绕阻电压是否自大于感测阀值的电压值下降为零；

步骤S110：状态控制单元13重新进入第一状态区间，并触发定时器11重新计时与触发开关驱动单元14开启开关23；

步骤S111：判断第三计时时间t3是否达第三计时区间

步骤S112：状态控制单元13进入第四状态区间；

步骤S113：判断是否发生零电流记录事件；

步骤S114：判断辅助绕阻电压是否自大于感测阀值的电压值下降为零；

步骤S115：判断第四计时时间t4是否达第四计时区间。

其中，上述步骤S109、步骤S113、步骤S114与步骤S115的判断结果为是都是执行步骤S110以重新开启开关23，而在其他实施例中，可不执行步骤S105与步骤S106而直接执行步骤S107，其余实施方式均与电源控制装置1相同，因此不再予以赘述。另外，步骤S113中所指的零电流记录事件可以为步骤S106所指零电流发生事件而记录此事件所定义的零电流记录事件，也可以指当下第四状态区间是否发生新的零电流发生事件而记录的零电流记录事件，其是视实务的设计而定。

因此，采用本发明所采用的电源控制装置及电源控制方法后，由于通过设定四个状态区间而可适用于各种操作模式，因此实务上使用时可依据负载状态调整至较佳的操作模式，因而可有效降低高输入尖峰电流、高频切换损失、低频间歇模式、电流波形失真与音频噪音等缺点而解决现有的问题。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲保护的权利要求的范畴内。