轉換器控制邏輯切換方式

電源轉換器可提供系統運作的電源，並按照設計需求保證能依序開啟或關閉各個電路，以確保系統安全和可靠性。電源轉換器的邏輯控制方式會因產業需求而有所不同，而本文介紹常見轉換器邏輯切換方式，並比較各種控制電路的優缺點。

 

緒論

根據統計全球的能源需求超過數千兆瓦小時，並且每年需求量持續增加，若沒辦法提升供電效率，就可能引起斷電或系統不穩定等風險。因此，切換式電源供應器Switch Mode Power Supply (SMPS)模組發展方向追求更高的轉換效率以及更低的能量耗損，可使整體系統運作能符合節能省電之需求，或更進一步延長電子產品的電池續航力。

選擇具有遠端控制功能的電源模組，就可以透過控制引腳(CTRL)讓電源模組進入待機模式或重新啟動。對於 重視節能省電或是需要時序控制的用戶，遠端控制是十分需要的功能。

• 節能省電

電子產品長時間維持高功率模式會容易造成危險且造成能源浪費，例如汽車怠速過程中，適當的關閉不必要的高電流路徑將有助於延長電池續航力。

• 時序控制

隨著功率密度增加，許多電路被放入固定的電源模組中，因此必須利用多個電源轉換器同時供電，產生對電源進行時序控制和管理的需求。首先選擇具備遠端控制功能的轉換器，能夠透過控制引腳(CTRL)使得轉換器在特定工作區間內進入待機模式，直到其他電路工作完成，再使電源轉換器重新啟動。

• 防止湧浪電流

當整體系統中多個供應電源同時接通瞬間，輸入電源對輸入端濾波電容快速充電，進而產生巨大湧浪電流，此電流可能對電路元件造成破壞性影響。

使用遠端控制能有效地錯開各個電源轉換器的啟動時間，以降低輸入電流瞬態變化。對於切換式轉換器來說，這是最有效避免湧浪電流的方式之一。圖2(a)顯示轉換器1和轉換器2同時開啟時，輸入湧浪電流瞬間過高，明顯高於平均穩態電流。圖2(b)顯示分批開啟轉換器1和轉換器2，輸入電流僅出現兩個小突波且峰值明顯小於前者。

 

控制邏輯種類

產品規格書會表示遠端控制該如何使用，但各個應用中電源轉換器的控制邏輯並未完全標準化，其常見的兩種方式是“正邏輯”或“負邏輯”。以下將簡敘說明

• 正邏輯

控制引腳邏輯為1，也就是高電壓訊號則開啟轉換器；邏輯為0，低電壓訊號將關閉轉換器。如果控制引腳維持浮接狀態，正邏輯轉換器會正常運行。

• 負邏輯

控制引腳邏輯為0，也就是低電壓訊號則開啟轉換器；邏輯為1，高電壓訊號則關閉轉換器。如果控制引腳維持浮接狀態，負邏輯轉換器仍會關閉。

將控制引腳邏輯整理成表格如下，然而高電壓與低電壓範圍會根據不同產品而不盡相同，使用電源轉換器前請務必參考產品規格書。

 

建議控制方式

根據不同的控制模式需要搭配適合的外接線路，其外接線路分成隔離型與非隔離型，圖 4為遠端控制功能的非隔離外接建議線路。如圖4(a)(b)得知開關元件使用N型MOS或NPN型BJT，而實際運作時，建議串接一顆順向二極體，避免 Ctrl電壓受到外部雜訊干擾導致誤動作。另一方法是使用電晶體邏輯電路(TTL)來驅動Ctrl腳位，如圖4(c)。

 

圖 5為遠端控制功能的隔離外接建議線路。若控制線路有隔離的需求時，可以使用繼電器或光耦合作為隔離器。

兩種外接線路相比之下，隔離型電路光耦合開關速度較慢，電源轉換器輸出產生較大延遲時間，進而影響整體系統時序；非隔離型電晶體開關反應延遲小，輸出電壓延遲時間主要決定於輸出端的時間常數，其為電源轉換器輸出端的等效電容乘上電阻性負載。

 

實驗

將使用一特定的直流轉直流轉換器，搭配非隔離控制方式如圖4(a)。此為寬輸入電壓範圍從9V到36V輸入，輸出電壓為5V，輸出功率為30W，輸出電流為2.5A，規格如表1所示。

表1.電源轉換器規格

DC to DC Converter
Input voltage	9V dc -36V dc, typ.:24 Vdc
Output voltage	12 Vdc
Output Current	2.5A
Start-up Time	30mS
Remote ON/OFF	DC-DC ON: Open or 3.5V~15Vdc DC-DC OFF: Short or 0V~1.2Vdc
Control Logic	Positive

 

圖6為實際量測的訊號，包含轉換器輸入電壓、輸出電壓，以及控制訊號電壓。正邏輯操作模式時下，控制訊號電壓為6.5V大於最低開啟電壓，此時電源轉換器導通且正常操作。然而低負載狀態下，觀察控制訊號Ctrl電壓上升到3.5V後，轉換器上升時間為8.68毫秒，此時輸出電壓為規格值0.9倍。

 

 

結論

各式各樣的電子產品需要使用電池且大部分都處於待機模式，因此選擇有遠端控制的電源供應器，再搭配外接線路使得系統達到低靜態功率、時序控制和防止湧浪電流。本文介紹有關遠端邏輯控制的功能，以及列出隔離型或非隔離型控制外接線路，並比較差異，最後實作邏輯切換控制器應用於隔離型轉換器。

 

 

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