專利名稱：多輸出反激式電源供應器及其二次側穩(wěn)壓控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多輸出反激式電源供應器，尤其是一種具有二次側穩(wěn)壓控制電路的多輸出反激式電源供應器。
背景技術：
多組輸出的小功率電源供應器的應用非常廣泛，如顯示器、迷你機(mini PC)、機頂盒(STB)、影音播放器、游戲機等。這些應用領域的需求非常龐大而且市場規(guī)模持續(xù)不斷的成長。在此同時，由于油價高漲與環(huán)保意識抬頭，關于節(jié)能與電力轉換效率的相關規(guī)范紛紛出爐。其中，又以美國加州能源委員會(California Energy Commission, CEC)于2004 年12月通過的強制性電器效率規(guī)章(Appliance EfficiencyRegulations)，及影響個人計算機及服務器市場甚巨的80Plus計劃最為重要。為了輸出穩(wěn)壓的目的，傳統(tǒng)作法于各個輸出端連接功率電阻作為假負載，避免讓輸出端工作于過低負載的狀態(tài)，同時搭配多組輸出反饋，以穩(wěn)定輸出電壓。另一種作法則是在主輸出端以外的其他輸出端以線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，達到輸出穩(wěn)壓目的。但是，隨環(huán)保意識抬頭，這些傳統(tǒng)作法已很難符合效率與省電要求。圖1為一利用線性穩(wěn)壓器達到輸出穩(wěn)壓目的的多輸出反激式電源供應器。此反激式應用電路的一次側具有一脈寬調制(PWM)控制器11與一功率晶體管12，二次側則具有一個主輸出電路與一個第二輸出電路，各個輸出電路分別具有一輸出端V01，V02以提供二個輸出電壓。位于一次側的脈寬調制控制器11通過一反饋裝置13偵測二次側的主輸出端 VOl的電壓電平，據以控制功率晶體管12的導通時間，以調整電源供應端VIN儲存至變壓器 14的一次側繞組140的電能。主輸出端VOl的電壓電平可以通過此反饋控制獲得控制。相較于主輸出電路可利用反饋裝置穩(wěn)定其輸出電壓的電平，第二輸出電路則是利用一線性穩(wěn)壓器22穩(wěn)定第二輸出端V02的電壓電平。不過，受限于線性穩(wěn)壓器22的運作原理，變壓器14的第二輸出繞組142提供至第二輸出電路的繞組電壓必須遠高于第二輸出端V02的預定電壓，以確保第二輸出端V02的輸出電壓電平符合規(guī)格。如此高的繞組電壓會導致線性穩(wěn)壓器22功率損耗的增加。于是，如何提供穩(wěn)定的多組輸出電壓，同時又能夠降低能量耗損，是本領域一個待克服的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一主要目的針對多組輸出時主反饋以外的其它輸出電壓穩(wěn)壓不易的問題，提出解決的方法。本發(fā)明的另一主要目的針對多組輸出功率耗損過高的缺點，提出解決的方法。為了達到前述目的，本發(fā)明的一實施例提供一種多輸出反激式電源供應器。此多輸出反激式電源供應器包括一變壓器、一第一輸出電路、一第二輸出電路與一二次側同步整流控制器。其中，變壓器具有一個一次側繞組、一第一輸出繞組與一第二輸出繞組。第一輸出電路具有一第一輸出電容，該第一整流元件連接于該第一輸出繞組，該第一輸出電容連接于該第一整流元件，以儲存來自第一輸出繞組的電能。第二輸出電路具有一第二整流開關與一第二輸出電容。第二整流開關連接于第一輸出電容與第二輸出電容間。第二輸出電容用以儲存來自第二輸出繞組的電能。二次側同步整流控制器依據一二次側導通周期偵測信號，控制前述第二整流開關的導通狀態(tài)。其中，儲存于第一輸出電容與第二輸出電容的電能通過第二輸出繞組與第二整流開關互相流通。依據前述多輸出反激式電源供應器，本發(fā)明亦提供一二次側穩(wěn)壓控制電路，應用于一多輸出反激式電源供應器，該多輸出反激式電源供應器具有一變壓器、一第一輸出電容與一第二輸出電容，該變壓器具有一個一次側繞組、一第一輸出繞組與一第二輸出繞組， 該第一輸出電容通過一第一整流元件連接該第一輸出繞組，以儲存來自該第一輸出繞組的電能，該第二輸出電容連接該第二輸出繞組，以儲存來自該第二輸出繞組的電能。此二次側穩(wěn)壓控制電路包括一第二整流開關與一二次側同步整流控制器。其中，第二整流開關連接于前述第一輸出電容與第二輸出電容之間。二次側同步整流控制器依據一二次側導通周期偵測信號，控制第二整流開關的導通狀態(tài)，借以使儲存于第一輸出電容與第二輸出電容的電能通過第二輸出繞組與第二整流開關互相流通。關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以借助于以下的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。


圖1為一傳統(tǒng)多輸出反激式電源供應器；圖2為本發(fā)明第一實施例的多輸出反激式電源供應器；圖3為本發(fā)明第二實施例的多輸出反激式電源供應器；圖4為本發(fā)明第三實施例的多輸出反激式電源供應器；圖5為本發(fā)明第四實施例的多輸出反激式電源供應器；圖6為本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器在兩輸出端均為重載時的動作波形圖；圖7為本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器在主輸出端為重載，第二輸出端為輕載時的動作波形圖；圖8為本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器在主輸出端為輕載，第二輸出端為重載時的動作波形圖。主要元件附圖標記說明脈寬調制控制器11功率晶體管12反饋隔離裝置13變壓器14一次側繞組140第一輸出繞組141第二輸出繞組142線性穩(wěn)壓器22主輸出端VOl第二輸出端V02
電源供應端VIN變壓器34，44，54，64一次側繞組Tl第一輸出繞組T21第二輸出繞組T22二次側同步整流控制器；35，45，55，65功率晶體管Ql第一整流開關Q21第二整流開關Q22第一輸出電容Cl第二輸出電容C2脈寬調制控制器31，41，51，61反饋隔離裝置33，43，53，63緩沖器46，56，66偵測端DET接地端GND第一輸出繞組電壓VSl第一輸出電流Il第二輸出電流12第一同步整流開關電流IlS驅動信號OUT
具體實施例方式圖2為本發(fā)明的一種多輸出反激式電源供應器的第一實施例的示意圖。如圖中所示，此多輸出反激式電源供應器具有一變壓器34、一第一輸出電路、一第二輸出電路與一二次側同步整流控制器35。此變壓器34具有一個一次側繞組Tl、一第一輸出繞組T21與一第二輸出繞組T22，以產生二個繞組電壓分別提供至第一輸出電路與第二輸出電路。其中， 一次側繞組Tl連接一電源供應端VIN。第一輸出電路連接至第一輸出繞組T21，并且具有一主輸出端VOl以產生第一輸出電壓。第二輸出電路連接至第二輸出繞組T22，并且具有一第二輸出端V02以產生第二輸出電壓。如圖中所示，第一輸出電路具有一第一整流開關Q21與一第一輸出電容Cl。此第一整流開關Q21可以是一功率晶體管或是其他整流元件。電源供應端VIN通過變壓器34 儲存于第一輸出繞組T21的電能，除了通過主輸出端VOl供應至負載，同時也會儲存至第一輸出電容Cl。第二輸出電路具有一第二整流開關Q22與一第二輸出電容C2。此第二整流開關Q22可以是一功率晶體管或是其他可受控的開關元件。在本實施例中，第二整流開關Q22的一端連接至第二輸出繞組T22，另一端連接至第一輸出電容Cl的高壓端。第一整流開關Q21的一端連接至第一輸出繞組T21，另一端則是連接至接地端。儲存于第一輸出電容Cl的電能可以通過第二整流開關Q22與第二輸出繞組T22轉移至第二輸出電容C2。反之亦然。
二次側同步整流控制器35具有一偵測端DET以獲取一二次側導通周期偵測信號， 并且依據此二次側導通周期偵測信號，產生驅動信號OUT同步控制前述第一整流開關Q21 與第二整流開關Q22的導通狀態(tài)。此二次側導通周期偵測信號可以是第一整流開關Q21的端電壓、第一整流開關Q21的流經電流或是第一輸出繞組T21的輸出電流。本實施例的二次側同步整流控制器35的偵測端DET連接至第一輸出繞組T21與第一整流開關Q21間的電路，以偵測第一整流開關Q21的端電壓。此多輸出反激式電源供應器并具有一反饋電路。此反饋電路由一位于一次側的脈寬調制控制器31與一反饋隔離裝置33所構成。脈寬調制控制器31通過此反饋隔離裝置33，偵測第一輸出電路的主輸出端VOl所輸出的第一電壓信號的電平，據以控制連接至一次側繞組Tl的功率晶體管Ql的導通狀態(tài)，進而調整電源供應端VIN儲存至變壓器34的能量大小。在本實施例中，脈寬調制控制器31依據第一輸出電路的主輸出端VOl的電壓電平，控制儲存至一次側繞組Tl的能量大小。不過，本發(fā)明并不限于此，脈寬調制控制器31 亦可同時偵測第一輸出電路的主輸出端VOl的電壓電平與第二輸出電路的第二輸出端V02 的電壓電平，據以控制儲存至一次側繞組Tl的能量大小。本實施例的二次側同步整流控制器35可通過二次側導通周期偵測信號確認變壓器34能量開始釋放與釋放完畢的時點，并以此控制第一整流開關Q21與第二整流開關Q22 的導通周期。此外，如圖中所示，流經第一整流開關Q21的電流IlS為第一輸出電流Il與第二輸出電流12的總和。無論第一輸出電流Il或是第二輸出電流12發(fā)生變化，都可以通過反饋隔離裝置35由一次側控制功率晶體管Ql的導通時間長短，以提供良好的穩(wěn)壓效果。其次，本實施例以一個二組輸出反激式電源供應器為例說明本發(fā)明。不過，本發(fā)明并不限于此。本實施例的主要精神通過偵測主輸出繞組(即前述第一輸出繞組T21)的第一輸出電流II，同步控制其他輸出電路的整流開關的導通狀態(tài)，以使各個輸出電路的輸出電容所儲存的能量可以通過電流的形式互相流通。此概念亦可應用于三組以上輸出電壓的實施狀態(tài)。圖6為圖2的多輸出反激式電源供應器在主輸出端VOl與第二輸出端V02均為重載時的動作波形圖。圖中由上而下依次為第一輸出繞組電壓VS1、第二輸出電流12(亦即流經第二整流開關Q22的電流)、第一輸出電流II、第一同步整流開關電流IlS以及二次側同步整流控制器35輸出的驅動信號OUT。其中，第一同步整流開關電流IlS是指流經第一整流開關Q21的電流，第一輸出電流Il則是指實際流入第一輸出電容Cl的電流。二者并不相同。此多輸出反激式電源供應器的運作流程可區(qū)分為T1、T2與Τ3三個期間。Tl期間為二次側導通期間，Τ2期間為振鈴期間，Τ3期間為一次側導通期間。請同時參照圖2所示， 在二次側導通期間Tl，一次側的功率晶體管Ql關斷，同時，二次側同步整流控制器35的驅動信號OUT轉變?yōu)楦唠娖揭詫ǖ谝徽鏖_關Q21與第二整流開關Q22。此時，儲存于變壓器34的能量開始通過第一輸出繞組T21與第二輸出繞組T22分別釋放至第一輸出電容Cl 與第二輸出電容C2。流經第一整流開關Q21的電流IlS為第二輸出電流12與第一輸出電流Il的總和。當變壓器34能量釋放結束(即第一同步整流開關電流IlS歸零)，二次側同步整流控制器35的驅動信號OUT轉變?yōu)榈碗娖?，關斷第一整流開關Q21與第二整流開關Q22。此時，變壓器34與第一輸出電容Cl及第二輸出電容C2之間產生諧振而進入振鈴期間T2。 接下來，一次側功率晶體管Ql重新導通，進入一次側導通期間T3。此時，能量開始儲存至變壓器34的一次側繞組Tl，等待下一個周期，再度通過第一輸出繞組T21與第二輸出繞組 T22分別釋放至第一輸出電容Cl與第二輸出電容C2。圖7為顯示本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器在主輸出端為重載而第二輸出端為輕載時的動作波形圖。圖中由上而下依次為第一輸出繞組電壓VS 1、第二輸出電流 12 (亦即流經第二整流開關Q22的電流)、第一輸出電流II、第一同步整流開關電流IlS以及二次側同步整流控制器35輸出的驅動信號OUT。相較于圖6的實施例，本實施例的第二輸出端V02為輕載，因此，第二輸出電流12 較小。如圖中a點所示，當?shù)诙敵鲭娏?2降低至零，第一輸出電流Il仍然為正，持續(xù)在對第一輸出電容Cl進行充電。此時，第二整流開關Q22處于導通狀態(tài)，第二輸出電流12會反轉供應至第一輸出電容Cl，以避免第二輸出端V02的電壓電平上升。此反轉流動的第二輸出電流12會逐漸增加(如圖中a點至al點所示)。隨后，當反轉流動的第二輸出電流 12無法繼續(xù)增加時(即圖中al點所示)，第二輸出電流12會迅速歸零，并促使二次側繞組極性反轉。此時，第二整流開關Q22轉變?yōu)椴粚?。相較于第6圖的實施例，本實施例的振鈴期間T2因為二次側繞組極性快速反轉而大幅縮短。圖8為本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器在主輸出端為輕載而第二輸出端為重載時的動作波形圖。圖中由上而下依次為第一輸出繞組電壓VS1、第二輸出電流12(亦即流經第二整流開關Q22的電流)、第一輸出電流II、第一同步整流開關電流IlS以及二次側同步整流控制器35輸出的驅動信號OUT。相較于圖6的實施例，本實施例的主輸出端VOl為輕載，因此，第一輸出電流Il較小。如圖中b點所示，當?shù)谝惠敵鲭娏鱅l降低至零，第二輸出電流12仍然為正，在對第二輸出電容C2進行充電。此時，流經第一整流開關Q21的電流IlS尚未歸零，第二整流開關Q22 仍然是開啟狀態(tài)。第一輸出電流Il會反轉供應至第二輸出電容C2，以避免主輸出端VOl的電壓電平過度上升。此回流會同時導致主輸出端VOl的電壓電平降低。當主輸出端VOl的電壓電平降低至一相對低點時，將無法維持第一輸出電流Il的增加斜率，而導致第一輸出電流Il開始降低(即圖中c點所示)，進而造成第二輸出電流12迅速降低。圖3為本發(fā)明的一種多輸出反激式電源供應器的第二實施例的示意圖。不同于本發(fā)明的第一實施例，本實施例的第一整流開關Q21設置于變壓器44的第一輸出繞組T21與主輸出端VOl之間。第二輸出繞組T22通過第二整流開關Q22直接串接至主輸出端V01。 來自第二輸出繞組T22的電能可通過第二整流開關Q22，直接儲存至第一輸出電容Cl，而不需經過第一整流開關Q21。本實施例與本發(fā)明的第一實施例的差異在于第一整流開關Q21與第一輸出繞組 T21的相對位置互換，因此，其動作原理與第一實施例相類似，在此不再贅述。其次，配合第一整流開關Q21的位置改變，二次側同步整流控制器45的偵測端DET 與接地端GND的位置也要隨同改變。在本實施例中，二次側同步整流控制器45的接地端GND 連接至第一輸出繞組T21的輸出端，亦即第一整流開關Q21 (圖中以一功率晶體管為例)的源極端，二次側同步整流控制器45的偵測端DET則是連接至第一整流開關Q21的漏極端。 此外，因應二次側同步整流控制器45的接地點電位的改變，本實施例在二次側同步整流控制器45與第二整流開關Q22之間增加一緩沖器46，以防止第二整流開關Q22的間源極驅動電壓過高或過低。圖4為本發(fā)明的一種多輸出反激式電源供應器的第三實施例的示意圖。不同于本發(fā)明的第二實施例，本實施例的第二整流開關Q22位于變壓器M的第二輸出繞組T22與第二輸出端V02之間。本實施例與本發(fā)明的第二實施例的差異在于第二整流開關Q22與第二輸出繞組T22的相對位置互換，因此，其動作原理與本發(fā)明的第二實施例相類似，在此不再贅述。圖5為本發(fā)明的一種多輸出反激式電源供應器的第四實施例的示意圖。不同于本發(fā)明的第二實施例，本實施例以一整流二極管Dl取代圖3中的第一整流開關Q21。因此，本實施例的二次側同步整流控制器65輸出的驅動信號OUT僅用以控制第二整流開關Q22的導通狀態(tài)。此二次側同步整流控制器65偵測整流二極管Dl的端電壓或是流經整流二極管 Dl的電流，判斷第一輸出繞組T21是否仍在供電，以控制第二整流開關Q22的導通狀態(tài)。相較于如圖1所示的傳統(tǒng)多輸出反激式電源供應器，本發(fā)明所提供的多輸出反激式電源供應器不需使用線性穩(wěn)壓器22，即可有效穩(wěn)定主輸出端VOl以外的其他輸出端V02 的電壓電平。此外，本發(fā)明的多輸出反激式電源供應器可以有效利用儲存于第一輸出電容 Cl與第二輸出電容C2的電能，以提升能源使用效率，同時可以避免各個輸出端負載不一致時輸出電壓穩(wěn)壓不易的問題。但是，以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明權利要求保護范圍及發(fā)明說明內容所作的簡單的等效變化與修改，皆屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內。另外本發(fā)明的任一實施例或權利要求不須達成本發(fā)明所揭示的全部目的或優(yōu)點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，并非用來限制本發(fā)明的權利要求保護范圍。
權利要求
1.一種多輸出反激式電源供應器，其特征在于，包括一變壓器，具有一個一次側繞組、一第一輸出繞組與一第二輸出繞組；一第一輸出電路，具有一第一整流元件與一第一輸出電容，該第一整流元件連接于該第一輸出繞組，該第一輸出電容連接于該第一整流元件，以儲存來自該第一輸出繞組的電能；一第二輸出電路，具有一第二整流開關與一第二輸出電容，該第二整流開關連接于該第一輸出電容與該第二輸出電容間，該第二輸出電容用以儲存來自該第二輸出繞組的電能；以及一二次側同步整流控制器，依據一二次側導通周期偵測信號，控制該第二整流開關的導通狀態(tài)；其中，儲存于該第一輸出電容與該第二輸出電容的電能通過該第二輸出繞組與該第二整流開關互相流通。
2.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，該第一整流元件為一整流二極管，來自該第一輸出繞組的電能通過該整流二極管儲存至該第一輸出電容。
3.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，該第一整流元件為一第一整流開關，來自該第一輸出繞組的電能通過該第一整流開關儲存至該第一輸出電容， 該二次側同步整流控制器依據該二次側導通周期偵測信號，同步控制該第一整流開關與該第二整流開關的導通狀態(tài)。
4.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，該二次側導通周期偵測信號為該第一整流元件的端電壓、該第一整流元件的流過電流或是該第一輸出繞組的輸出電流。
5.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，該二次側同步整流控制器具有一接地端連接至該第一輸出繞組的一輸出端。
6.如權利要求5所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，更包括一緩沖器，該二次側同步整流控制器通過該緩沖器驅動該第二整流開關。
7.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，更包括一反饋電路，該反饋電路依據該第一輸出電路的輸出電壓，控制儲存至該一次側繞組的電能。
8.如權利要求1所述的多輸出反激式電源供應器，其特征在于，更包括一反饋電路，該反饋電路依據該第一輸出電路與該第二輸出電路的輸出電壓，控制儲存至該一次側繞組的電能。
9.一二次側穩(wěn)壓控制電路，應用于一多輸出反激式電源供應器，該多輸出反激式電源供應器具有一變壓器、一第一輸出電容與一第二輸出電容，該變壓器具有一個一次側繞組、 一第一輸出繞組與一第二輸出繞組，該第一輸出電容通過一第一整流元件連接該第一輸出繞組，以儲存來自該第一輸出繞組的電能，該第二輸出電容連接該第二輸出繞組，以儲存來自該第二輸出繞組的電能，其特征在于，該二次側穩(wěn)壓控制電路包括一第二整流開關，連接于該第一輸出電容與該第二輸出電容之間；以及一二次側同步整流控制器，依據一二次側導通周期偵測信號，控制該第二整流開關的導通狀態(tài)；其中，儲存于該第一輸出電容與該第二輸出電容的電能通過該第二輸出繞組與該第二整流開關互相流通。
10.如權利要求9所述的二次側穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，該第一整流元件為一整流二極管，來自該第一輸出繞組的電能通過該整流二極管儲存至該第一輸出電容。
11.如權利要求9所述的二次側穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，該二次側導通周期偵測信號為該第一整流元件的端電壓、該第一整流元件的流過電流或該第一輸出繞組的輸出電流。
12.如權利要求9所述的二次側穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，該第一整流元件為一第一整流開關，來自該第一輸出繞組的電能通過該第一整流開關儲存至該第一輸出電容，該二次側同步整流控制器依據該二次側導通周期偵測信號，同步控制該第一整流開關與該第二整流開關的導通狀態(tài)。
13.如權利要求9所述的二次側穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，該二次側同步整流控制器具有一接地端連接至該第一輸出繞組的一輸出端。
14.如權利要求13所述的二次側穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，更包括一緩沖器，該二次側同步整流控制器通過該緩沖器驅動該第二整流開關。
全文摘要
一種多輸出反激式電源供應器，具有一變壓器、一第一輸出電路、一第二輸出電路與一二次側同步整流控制器；其中，變壓器具有一個一次側繞組、一第一輸出繞組與一第二輸出繞組；第一輸出電路具有一第一輸出電容，以儲存來自第一輸出繞組的電能；第二輸出電路具有一第二整流開關與一第二輸出電容，以儲存來自第二輸出繞組的電能；二次側同步整流控制器依據一二次側導通周期偵測信號，控制前述第二整流開關的導通狀態(tài)；其中，儲存于第一輸出電容與第二輸出電容的電能通過第二輸出繞組與第二整流開關互相流通。
文檔編號H02M7/217GK102377356SQ20101025076
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2010年8月11日
發(fā)明者徐達經 申請人:尼克森微電子股份有限公司