本發(fā)明有關于一種動態(tài)驅動能力調節(jié)的電源控制裝置，尤其是在一次側、或二次側分別配置數字式的脈沖寬度調變(pwm)控制器，且依據實際需要進行預設的電源控制功能，并可互相接收、發(fā)送數字信號，而且數字信號可為二次側的偵測電壓、電流經處理后產生并進一步傳回一次側，藉以控制一次側的切換電晶體，或是將一次側用以控制切換電晶體的信號的反向pwm信號傳到二次側而同步控制切換電晶體進而加強電源轉換的穩(wěn)定度，同時確保整體的電氣信號品質。

背景技術：

不同的電子產品需要不同電壓或電流的電源而運作，比如，積體電路(ic)需要5v或3v，電動馬達需要12v直流電，而液晶顯示器中的燈管需要更高壓的電源，如1150v。因此，需要不同電源轉換器以滿足所需，使得電源轉換技術日益蓬勃發(fā)展，屬于電子產業(yè)中相當重要的一環(huán)。

一般而言，電源轉換技術可大致分為隔離式及非隔離式的二類電源轉換，其中隔離式電源轉換是將電源輸入端與負載端隔離開，可避免輸入電源在發(fā)生異常突波時損壞到負載端的設備，因而具有較高的使用安全性，且電路設計較為簡單，而相對的，非隔離式因有安全上的考量，所以在電器安規(guī)上特別嚴格。

參考圖1，現有技術中隔離式電源轉換器的示意圖，其中交流電源vac經適當的整流、濾波后，傳送至變壓器tr的一次側線圈，且驅動切換電晶體q1的汲極端是連接至一次側線圈，驅動切換電晶體q1的源極端是連接感測電阻而產生感測信號，此外，變壓器tr的二次側線圈藉感應一次側線圈的導通電流而產生感應電壓，并經輸出單元的濾波、整流后產生輸出電源vo，以供應外部的負載。

尤其是，利用脈沖寬度調變(pulsewidthmodulation，pwm)控制器u1產 生pwm形式的驅動信號，以控制驅動切換電晶體q1的閘極端，進而控制驅動切換電晶體q1的打開、關閉操作。再者，光耦合器u2連接輸出單元，產生回授信號而傳送至pwm控制器u1，因而達成隔離式電源轉換的功能。

進一步參考圖2，現有技術中另一隔離式電源轉換器的示意圖，大致上是類似于圖1的隔離式電源轉換器，也是利用光耦合器u2產生回授信號以提供給pwm控制器u1，不過圖2的隔離式電源轉換器進一步使用定電壓定電流控制器u3，用以對多個串接的發(fā)光二極體(led)所組成的燈串負載，具體實現定電壓及/或定電流的控制，藉以保持led的發(fā)光品質并延長使用壽限。

很明顯的，上述現有技術的缺點在于光耦合器u2所產生的回授信號屬于類比信號，很容易受到外部電氣雜訊的干擾，即抗雜訊能力不佳，嚴重影響整體電氣操作的穩(wěn)定性。

因此，非常需要一種電源控制裝置，利用隔離信號單元形成第一pwm控制器及第二pwm控制器之間的連接介面，并以數字形式的信號而通訊，具有較強的抗雜訊干擾的能力，可改善整體電氣操作的穩(wěn)定性，避免誤動作，進而加強電源轉換的穩(wěn)定度，同時確保整體的電氣信號品質，藉以解決上述現有技術的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種隔離式電源轉換系統(tǒng)，用以提供將輸入交流電源轉換成輸出直流電源的隔離式電源轉換功能，包含整流單元、變壓器、切換電晶體、第一脈沖寬度調變(pulsewidthmodulation，pwm)控制器、第二pwm控制器、輸出單元以及隔離信號單元，其中整流單元可將交流電源轉換成直流電源。

具體而言，變壓器包含一次側線圈、輔助線圈以及二次側線圈，其中一次側線圈接收直流電源，輔助線圈可藉感應一次側線圈的電流而產生輔助感應電流，且輔助感應電流流過串接電阻而產生輔助信號，而二次側線圈是藉感應一次側線圈的電流而產生感應電流。

切換電晶體具有汲極端、閘極端以及源極端，其中汲極端連接至一次側線圈，源極端連接至感測電阻的一端，而感測電阻的另一端為接地，此外， 由源極端產生感測信號。

再者，輸出單元包括輸出電晶體、輸出二極體及輸出電容。輸出二極體的正極端連接輸出電晶體的汲極以及輸出電容的一端，而輸出二極體的負極端連接輸出電晶體的源極，輸出電容的另一端連接二次側線圈，并由輸出電容跨接負載以提供輸出電源，以供應負載。

進一步具體而言，第一pwm控制器具有第一端、第二端、第三端、第四端、發(fā)送端以及接收端，其中第一端為懸浮，第二端是經驅動串接電阻而連接至切換電晶體的閘極端，第三端接收輔助信號，第四端可經感測串接電阻而連接至切換電晶體的源極端，用以接收源極端的感測信號。

此外，第二pwm控制器具有類似第一pwm控制器的架構，也包含第一端、第二端、第三端、一第四端、發(fā)送端以及接收端，不過第一端是連接輸出二極體的負極端，第二端連接輸出電晶體的閘極，第三端連接輸出二極體的正極端，且第四端連接該負載。

隔離信號單元是利用變壓器的信號感測繞組作為一二次雙向溝通信號使用。

尤其是，第一pwm控制器依據所接收的感測信號、輔助信號以進行第一控制處理而產生具pwm特性的驅動信號，再由第一pwm控制器的第二端傳送驅動信號至切換電晶體的閘極端以驅動切換電晶體，同時，第一pwm控制器產生第一數字輸出信號，并由第一pwm控制器的發(fā)送端經隔離信號單元而傳送至第二pwm控制器的接收端。再者，第二pwm控制器依據來自第二pwm控制器的第一端、第三端、該第四端及接收端的電氣信號以進一第二控制處理，進而產生二次側調節(jié)信號，并由第三端傳送至輸出電晶體的閘極，同時產生第二數字輸出信號，并由發(fā)送端經隔離信號單元而傳送至第一pwm控制器的接收端。

因此，第一pwm控制器及第二pwm控制器對隔離信號單元的連接介面是以數字形式的信號而通訊，具有較強的抗雜訊干擾的能力，可改善整體電氣操作的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1顯示現有技術中隔離式電源轉換器的示意圖。

圖2顯示現有技術中另一隔離式電源轉換器的示意圖。

圖3顯示本發(fā)明實施例隔離式電源轉換系統(tǒng)的示意圖。

圖4顯示本發(fā)明實施例中第一pwm控制器的功能方塊示意圖。

圖5顯示本發(fā)明的示范性操作波形圖。

圖6顯示本發(fā)明以flyback架構為示范性實例的電路圖。

其中，附圖標記說明如下：

10整流單元

20切換電晶體

31第一pwm控制器

32第二pwm控制器

50輸出單元

60隔離信號單元

co輸出電容

do輸出二極體

fuemi濾波單元

iq一次側導通電流

laux輔助線圈

lp一次側線圈

ls二次側線圈

p1第一端

p2第二端

p3第三端

p4第四端

q1驅動切換電晶體

qo輸出電晶體

r1x串接電阻

rcs感測電阻

rcx感測串接電阻

rpwm驅動串接電阻

rl負載

rx接收端

sr同步整流信號

tr變壓器

tra變壓器

tx發(fā)送端

u1pwm控制器

u2光耦合器

u3定電壓定電流控制器

vac交流電源

vaux輔助信號

vcs感測信號

vdc直流電源

vo輸出電源

vpwm驅動信號

具體實施方式

以下配合圖式及附圖標記對本發(fā)明的實施方式做更詳細的說明，使熟悉本領域技術人員在研讀本說明書后能據以實施。

參閱圖3，本發(fā)明實施例隔離式電源轉換系統(tǒng)的示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的隔離式電源轉換系統(tǒng)主要是包含整流單元10、變壓器tra、切換電晶體20、第一脈沖寬度調變(pulsewidthmodulation，pwm)控制器31、第二pwm控制器32、輸出單元50以及隔離信號單元60，用以提供隔離式的電源轉換功能。

整流單元10是用以將外部輸入的交流電源vac轉換成直流電源vdc，而要注意的是，整流單元10可使用一般傳統(tǒng)的橋式整流器，不過并不以此為限，即，也可使用其他型式的整流器。

變壓器tra包含一次側線圈lp、輔助線圈laux以及二次側線圈ls，其中一次側線圈lp是連接至整流單元10，用以接收直流電源vdc，而輔助線圈laux感應一次側線圈lp的電流而產生輔助感應電流，并流過串接電阻r1x而產生輔助信號vaux。此外，二次側線圈ls藉感應一次側線圈lp 的電流而產生感應電流，并傳送至輸出單元50。

再者，切換電晶體20具有汲極端、閘極端以及源極端，其中汲極端連接至一次側線圈lp，且源極端連接至感測電阻rcs的一端，而感測電阻rcs的另一端為接地，其中感測電阻rcs與源極端的連接點產生感測信號vcs。

輸出單元50包括輸出電晶體qo、輸出二極體do及輸出電容co，其中輸出二極體do的正極端連接輸出電晶體qo的汲極以及輸出電容co的一端，而輸出二極體do的負極端連接輸出電晶體qo的源極，同時，輸出電容co的另一端連接變壓器tra的二次側線圈ls，并由輸出電容co跨接負載rl，以提供輸出電源vo。隔離信號單元60是利用配置于變壓器tra的信號感測繞組以作為一二次雙向溝通信號使用。

具體而言，第一pwm控制器31具有第一端p1、第二端p2、第三端p3、第四端p4、發(fā)送端tx以及接收端rx，其中第一端p1為懸浮，第二端p2經驅動串接電阻rpwm而連接至切換電晶體20的閘極端，第三端p3接收輔助信號vaux，第四端p4經感測串接電阻rcs而連接至切換電晶體20的源極端。此外，第二pwm控制器32類似于第一pwm控制器31，也具有第一端p1、第二端p2、第三端p3、第四端p4、發(fā)送端tx以及接收端rx。不過，第二pwm控制器32的第一端p1連接輸出二極體do的負極端，第二端p2連接輸出電晶體qo的閘極，第三端p3連接輸出二極體do的正極端，第四端p4連接負載rl。

第一pwm控制器31在發(fā)送端tx產生數字輸出信號，并經隔離信號單元60而傳送至第二pwm控制器32的接收端rx。相類似的，第二pwm控制器32在發(fā)送端tx產生數字輸出信號，并經隔離信號單元60而傳送至第一pwm控制器31的接收端rx。因此，第一pwm控制器31及第二pwm控制器32對隔離信號單元60的連接介面用以傳送數字形式的信號，達到數字通訊的目的，可大幅強化抗雜訊的能力。

再者，如圖4中第一pwm控制器31的功能方塊示意圖所示，第一pwm控制器31包括數字控制器31a、pwm驅動器31b以及數字至類比轉換器adc，不過要注意的是，第二pwm控制器32也具有圖5相同的功能方塊，而較佳的，數字控制器31a是藉配合軟體程式或韌體程式而運作的中央處理器(cpu)或微控制器(mcu)的數字電子元件而實現。

數字控制器31a電氣連接至pwm驅動器31b以及數字至類比轉換器adc，其中數字控制器31a接收來自接收端rx的數字輸入信號，并將數字輸出信號經由發(fā)送端tx向外傳送，且第一端p1、第三端p3、第四端p4連接至數字至類比轉換器adc，用以將來自第一端p1、第三端p3、第四端p4的類比信號轉換成數字信號，藉以提供數字控制器31產生數字pwm驅動信號，并由pwm驅動器31b的輸入端接收，進而產生類比驅動信號，而由輸出端傳送至第二端p2。

再回到圖3，雖然第一pwm控制器31及第二pwm控制器32具有相同的功能方塊，不過在整體的隔離式電源轉換系統(tǒng)中是個別提供不同的電氣功能。具體而言，第一pwm控制器31的主要功能在于產生驅動信號vpwm以控制切換電晶體20的打開、關閉操作，藉以實現一次側調節(jié)(primarysideregulation，psr)，包含利用第三端p3接收輔助感測端aux的輔助信號vaux以偵測輸出電壓電流，并利用第四端p4接收感測信號vcs而偵測一次側的電流，并產生一次側狀態(tài)信號的數字輸出信號而經發(fā)送端tx傳送至隔離信號單元60。即，第一pwm控制器31是依據所接收到的感測信號vcs、輔助信號vaux以進行第一控制處理，進而產生具pwm特性的驅動信號vpwm，再由第一pwm控制器31的第二端p2傳送至切換電晶體20的閘極端，藉以驅動切換電晶體20，同時，第一pwm控制器31產生第一數字輸出信號，并由第一pwm控制器31的發(fā)送端tx經隔離信號單元60而傳送至第二pwm控制器32的接收端rx。

再者，第二pwm控制器32可利用第一端p1、第三端p3、第四端p4偵測輸出電源vo的電壓、電流，藉以進行穩(wěn)壓穩(wěn)流補償控制，也可偵測纜線因為耗損造成的壓降以進行補償，即線端補償(line-endcompensation)，并產生數字輸出信號當作數字回授信號而經發(fā)送端tx傳送至隔離信號單元60，進而傳送至第一pwm控制器31，形成回授回路，取代圖1中傳統(tǒng)上利用光偶合器回送至一次側的pwm控制器的作法。尤其是，第二pwm控制器32可實現具定電壓、定電流特性的輸出電源vo，同時可彌補第一pwm控制器31的動態(tài)負載反應較慢的缺點。即，第二pwm控制器32可依據來自第二pwm控制器32的第一端p1、第三端p3、第四端p4及接收端rx的電氣信號以進行第二控制處理，進而產生二次側調節(jié)信號，并由第三端p3傳送至輸出電晶 體qo的閘極，同時產生第二數字輸出信號，并由第二pwm控制器32的發(fā)送端tx經隔離信號單元60而傳送至第一pwm控制器31的接收端rx。

第二pwm控制器32的定電壓、定電流特性尤其適用于電池的充放電控制，因為在充電初期，一般充電電池的電壓較低而需要先進行定電流充電，并在充電電池的電壓達到最高值時，進行定電壓充電，此時，充電電流會逐步下降到零為止。因此，第二pwm控制器32可在充電初期，進行定電流充電，并在電壓最高值時，轉換成定電壓充電，以滿足實際要求。

此外，第二pwm控制器32還可達成同步整流控制(synchronousrectifiercontrol)的功能，包括在進行連續(xù)導通模式(continuousconductionmode，ccm)時，可根據接收端rx接收第一pwm控制器31的同步整流信號，以決定切換電晶體20的打開、關閉，進而達到同步整流功能，并可在非連續(xù)導通模式(discontinuousconductionmode，dcm)時，根據第一pwm控制器31的同步整流信號以決定當作同步整流電晶體用的qo輸出電晶體的打開、導通時機，并在二次側線圈ls的電流下降到0時，關閉qo輸出電晶體。

尤其是，第一pwm控制器31及第二pwm控制器32對隔離信號單元60的連接介面是以數字形式的信號而通訊，具有較強的抗雜訊干擾的能力，可改善整體電氣操作的穩(wěn)定性。

參考圖5為示范性的操作波形圖，其中iq為一次側線圈pl的導通電流，idout為輔助線圈laux的導通電流，ton為一次側線圈pl的打開時間，toff為idout不為零的時間，而ts為驅動信號vpwm的周期時間。此外，同步整流信號sr系來在第一pwm控制器31的接收端rx。

上述第二pwm控制器32的同步整流功能可減少二次側上do輸出二極體的損耗，進而提升電源換效率。

以返馳(flyback)架構的電路為例，如圖6所示，本發(fā)明的隔離信號單元60可利用信號感測繞組的方式而配置于變壓器tra，即，整個變壓器tra可為包含一次側線圈lp、輔助線圈laux、二次側線圈ls以及信號感測繞組的單一裝置，能簡化整體電氣連接線路的設計，降低制作成本，并改善電氣信號品質。

綜上所述，本發(fā)明的主要特點在于提供具有相同功能方塊的第一及第二pwm控制器的隔離式電源轉換系統(tǒng)，并利用隔離信號單元連接第一及第二 pwm控制器，尤其第一及第二pwm控制器是藉隔離信號單元以數字信號的方式通訊，可具體實現定電壓、定電流功能，非常適合應用于電池充放電的領域，而且還可提供功率因素校正(powerfactorcorrection，pfc)，用于降低或消除虛功，以改善轉換效率。

由于第一、第二pwm控制器及隔離信號單元之間的介面數字信號方式，所以具有抗雜訊特性，能確保預設電氣功能的操作，提高整體隔離式電源轉換系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性及可靠度。尤其，本發(fā)明可適用于不同正向、返馳、全橋、半橋、升壓、降壓的電路架構，能擴大應用領域，相當具有產業(yè)利用性。

以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實施例，并非企圖據以對本發(fā)明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的發(fā)明精神下所作有關本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發(fā)明意圖保護的范疇。