[发明专利]具空载运作低功率损耗的共振式转换控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具空载运作低待机功率损耗的转换控制方法及装置，特别是一种在任何负载条件下，均可达到较高的转换效能与良好负载稳压率及低待机功率消耗的转换控制方法及装置。

背景技术

由于可用能源的枯竭，各种能源的开发与能源使用的限管是目前全球的共识。因此目前欧美日等先进国家已针对能源运用制定适当的能源政策。而电气产品在待机模式(Standby mode)中的功率消耗值的规范，即绿色电源(Green Power)，一般大多订定在0.5瓦～1瓦之下，此乃避免电气产品在不开机操作时仍消耗过多的功率。相关电子产品制造厂针对未来可能的系统规范及商品要求，开发出适当的产品(如低耗电的IC，特殊功能控制IC)及电源供应器等，甚至在大功率的电气产品上，轻载时的损耗也开始被重视，例如ATXPLUS 80等。以下将介绍目前具低待机损耗交换式电源供应器及其相关控制器所使用的公知技术。

图1为公知低待机损耗交换式电源供应器的电路架构示意图。一般而言，主要是由交流/直流转换单元11及直流/直流转换器12串接，其中交流/直流转换单元11在不同系统规格下，可以采用整流/倍压整流+滤波器或功率因数校正器，其作用乃是将系统输入的交流电压V_ac1转换为第一直流电压V_dc11。使用功率因数修正单元可达到功率因数修正及前置调节器(Pre-regulator)稳压的作用，而交流/直流转换单元11后级所串接的直流/直流转换单12是由一返驰式转换器、一返驰式转换器控制器及一待机模式控制器构成。将交流/直流转换单元11所输出的第一直流电压V_dc11转换为所需的第二直流电压V_dc12如3.3V、5V、12V、24V、48V或是其它规格电压等。

其中直流/直流转换单元12所采用的架构可使用隔离型或非隔离型转换器架构，目前在交换式电源供应器中，返驰式(Flyback)转换器因其架构简单及成本低廉，故被广泛的使用于较低功率的产品约100W以下。其它如顺向式(Forward)，主动箝位顺向式(Active clamp Forward)或其它零电压切换(ZVS)的架构则使用在100W以上的应用。

目前在直流/直流转换器架构中被大幅使用的返驰式转换器，除其本身在正常负载条件所使用的控制器(功能)外，在绿色电源规范要求下，额外使用丛发模式(Burst mode)作为待机模式下的控制方式。

图2为公知低待机损耗交换电源供应器中，后级直流/直流转换单元在丛发待机模式下的系统控制时序与输出电压示意图。当负载在轻载或空载的条件下，除将占空因数(Duty cycle)调整至最大外，并以丛发模式(Burst mode)方式，间歇控制功率晶体的导通及开关。一般而言，在轻载或空载的条件下，以最大的占空因数，仅需几个周期就可使直流输出电压Vdc12维持在某一范围内(即输出电压上限值VB21与输出电压下限值VB22之间)，当输出电压Vdc12高于输出电压上限值VB21时系统可关闭功率晶体的控制信号，直至直流输出电压Vdc12低于输出电压下限值VB22，系统重新输出对功率晶体的控制信号，能减少在轻载及空载条件下，周期时间内功率晶体的切换次数及系统的切换损失。

由于返驰式转换器必须额外使用缓振电路(Snubber)，以降低漏感与寄生电容振荡造成的电压突波(voltage-spike)，缓振电路的使用亦伴随着功率损耗，再者一般的返驰式转换器在未使用特殊控制或辅助开关的情况下，并无法达成软切换(soft-switching)的目的，功率晶体的硬切换(hard-switching)方式同样也伴随着功率损耗。因此在公知的架构下，目前系统在待机模式的损耗约为0.8W～1W左右。而且，使用丛发模式(Burst mode)方式会产生较大的可闻噪音，同时在此模式下负载稳压率会较差，瞬时反应会变差。在此所使用的方式多只适用于100W以下的产品