CN100421340C

CN100421340C - 反激式功率转换器

Info

Publication number: CN100421340C
Application number: CNB2004800167061A
Authority: CN
Inventors: 杨大勇; 陈秋麟; 林振宇; 林宋宜
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: US20040257833A1; WO2004112226A1; CN1806381A; US6862194B2

Abstract

本发明提供一种初级端反激式功率转换器，其供应恒定电压和恒定电流输出。为了在改变负载状态的情况下产生一经很好调节的输出电压，所述功率转换器包括一脉冲宽度调制控制器。所述脉冲宽度调制控制器响应一从电源变压器的第一初级绕组检测到的反激电压产生一脉冲宽度调制信号来控制一开关晶体管。为降低功率消耗，所述第一初级绕组的反激能量用作所述脉冲宽度调制控制器的DC电源。在一延迟时间后采样所述反激电压以降低来自所述变压器的电感漏失的干扰。为产生一更准确的DC输出电压，从检测输入端引入一偏压电流以形成检测电阻器上的电压降来补偿输出整流二极管的电压降。

Description

反激式功率转换器

技术领域

本发明涉及一种开关模式功率转换器，且更特定地说，涉及一种反激式功率转换器。

背景技术

反激式功率转换器广泛应用在家用器具、电池充电器和很多其它产品中。相当多正在进行的研究集中在使反激式功率转换器更小、更便宜且更有效。一反激式功率转换器通常包括一脉冲宽度调制控制器、一功率MOSFET、一变压器和一反馈控制电路。所述反馈控制电路的目的在于感应电源的次级端的输出电压和/或输出电流，并且在于通过一隔离器件(例如光耦合器)将一反馈信号连接至所述脉冲宽度调制控制器。

图1显示一传统反激式功率转换器。尽管所述电路可调节输出电压和输出电流，但是它具有几个缺点。此电路的一个缺点在于所述反激式功率转换器的尺寸不易降低。在不消除光耦合器和次级反馈控制电路的情况下，很难降低所述反激式功率转换器的尺寸。此反激式功率转换器的另一缺点是高功率消耗。为维持从次级端的恒定电流输出，所述电路包括一电流感应电阻器。然而，所述电流感应电阻器增加了功率转换器的功率消耗。

最近几年中，已提出反激式功率转换器的几个初级端控制方案。这些现有技术初级端控制方案已试图以多种方式降低反激式功率转换器的尺寸和成本。一种现有技术初级端控制方案是Arthur J.Collmeyer、Mark D.Telefus、Dickson T.Wong和David B.Manner提出的“Switching powersupply packages”(美国专利第6,434,021.号)。尽管所述电路可调节输出电压和输出电流，但是它具有几个缺点。

此现有技术发明的一个缺点在于脉冲串发生器和脉冲率控制器响应负载而改变开关频率，这对一些电子器材来说是无法接受的。另一缺点在于反馈控制电压是从一高电压源感应得到。此方法导致失去准确性，且它增加了控制器的成本。最后，输出整流器的电压降没有得到补偿。因此，此现有技术发明的输出电压将显着偏离一恒定DC电平。

另一现有技术控制方案是Balu Balakrishnan、Alex B.Djenguerian和Leif O.Lund提出的“Method and apparatus providing amulti-function terminal for a power supply controller”(美国专利第6,538,908.号)。此现有技术的缺点在于仍然需要用于回路控制的光耦合器和次级反馈电路。否则，输出电压和输出电流将显着波动。

反射电压控制也已作为一种初级端控制的方法被提出。教示此方法的两个现有技术专利包括Balu Balakrishnan、David Michael和HughMatthews提出的“Switched mode power supply responsive to voltageacross energy transfer element”(美国专利第6,233,161号)和BaluBalakrishnan、David Michael、Hugh Matthews提出的“Switched modepower supply responsive to current derived from voltage across energytransfer element input”(美国专利第6,480,399号.)。

这两种现有技术的一个主要缺点是不准确的反馈控制。为产生一反馈控制信号，变压器的反射电压被过滤且变为穿过一电阻器-电容器电路的DC电压和/或电流。然而，此反射电压不仅包括输出电压信息，也包括从变压器的漏电感产生的峰值电压。因此，此现有技术发明的输出电压将显着偏离一恒定DC电平。此外，输出整流器的电压降在反馈回路中没有得到补偿。当负载改变时，此问题将把额外失真引进输出电压中。

这两种现有技术发明的另一缺点是高功率消耗。反射电压被过滤以为脉冲宽度调制控制供应功率。然而，尽管脉冲宽度调制控制只消耗少量功率，但是过滤器的电阻器消耗了大部分的反射功率。因此电源的功率消耗高。

因此，仍然需要具有经很好调节的、恒定的输出电压和输出电流的有效的初级端反激式功率转换器。

发明内容

本发明的一主要目标在于提供一种在初级端脉冲宽度调制控制下能够供应一经很好调节的恒定电压和恒定电流输出的反激式功率转换器。

本发明的另一目标在于降低允许器件计数且降低电源成本的反激式功率转换器的尺寸。

本发明的另一目标在于提供一种不需要次级端反馈电路和光耦合器的反激式功率转换器。

本发明的另一目标在于解决前述现有技术发明的缺点。

本发明的另一目标在于提供一种具有脉冲宽度调制功率转换的反激式功率转换器，其中开关频率在正常运行条件下是固定的。

本发明的另一目标在于提供一具有一有低电压源的电源的脉冲宽度调制控制器以使得可大体降低功率消耗。

本发明的另一目标在于改良DC输出电压准确度且降低脉冲宽度调制控制器的成本。为达成此目标，本发明使用一低电压输入端以检测输出电压。

本发明的另一目标在于通过补偿输出整流器的电压降来进一步改良DC输出电压准确度。本发明包括一经改良的反激电压检测电路。所述电路在每一采样循环中通过引进一时间延迟来降低来自变压器的漏电感的干扰。

根据本发明的初级端脉冲宽度调制控制器可提供一经很好调节的输出电压和输出电流。此允许大大降低功率转换器的器件计数、尺寸和成本。

根据本发明的反激式功率转换器包括一脉冲宽度调制控制器，其产生一脉冲宽度调制信号以驱动开关晶体管的栅极。所述脉冲宽度调制信号是响应内部电压检测电路从变压器的一初级绕组采样的反激电压而产生的。

根据本发明的一方面，来自变压器的初级绕组的反激能量被重复利用以降低功率消耗。在脉冲宽度调制信号的下降沿后，将初级绕组的反激能量调整且过滤以将DC功率供应至脉冲宽度调制控制器。此反激能量包括从次级绕组反射的反激电压和漏电感引起的感生电压。

根据本发明的另一方面，脉冲宽度调制控制器的脉冲发生器在一特定延迟时间后产生一采样脉冲。所述采样脉冲用于准确地检测来自第一初级绕组的反激电压，所述反激电压与输出电压成比例。插入所述延迟时间以避免变压器的漏电感引起的感生电压的干扰。

根据本发明的另一方面，消隐电路产生一消隐时间以保证脉冲宽度调制信号的接通时间将引起一足够延迟以精确地采样反激电压。此经采样的电压用于电压调节。

根据本发明的另一方面，为补偿输出整流器上的电压降的改变，脉冲宽度调制控制器的偏压电流吸收器从脉冲宽度调制控制器的检测输入端引入一偏压电流。所述偏压电流将响应负载变化产生检测电阻器上的电压降，所述电压降与输出整流器上的电压降成比例。以此方式，通过使用初级端变压器绕组的反激电压，可能准确地调节输出电压。

根据本发明的另一方面，脉冲宽度调制控制器中的限制电压发生器产生一限制电压，其控制初级绕组的峰值电流，且因此控制从变压器的初级端输送至功率转换器的输出端的功率。

应了解上文的总体描述和下文的详细描述都是示例性的，且希望其能提供对本发明的进一步解释。考虑随后描述和附图，更进一步的目标和优点将变得显而易见。

附图说明

本发明包括附图以提供对本发明的进一步了解，且诸附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。诸附图说明本发明的实施例，并连同以下描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1显示一已知反激式功率转换器。

图2显示根据本发明的一优选实施例的一具有初级脉冲宽度调制控制的反激式功率转换器。

图3显示根据本发明的一优选实施例的一脉冲宽度调制控制器。

图4显示根据本发明的一优选实施例的所述脉冲宽度调制控制器的一电压检测电路。

图5显示根据本发明的一优选实施例的所述脉冲宽度调制控制器的一限制电压发生器。

图6显示根据本发明的一优选实施例的所述脉冲宽度调制控制器的一脉冲宽度调制电路。

图7显示根据本发明的一优选实施例的所述脉冲宽度调制电路的一消隐电路。

图8显示根据本发明的一优选实施例的所述脉冲宽度调制控制器的一脉冲发生器。

图9为一时序图，其显示由根据本发明的一优选实施例的所述脉冲发生器和所述脉冲宽度调制电路产生的信号。

具体实施方式

图1显示一传统反激式功率转换器。电容器34连接至脉冲宽度调制控制器90。所述电容器34通过电阻器22充电。一旦脉冲宽度调制控制器90的电源电压V_CC高于启动阈值电压，脉冲宽度调制控制器90就将被启动。当脉冲宽度调制控制器90开始运行时，它将输出一脉冲宽度调制信号驱动MOSFET 80和变压器40。同时，变压器40的辅助绕组N_A将通过整流器14供应电源电压V_CC。电阻器25将变压器40的开关电流转换为用于脉冲宽度调制控制和过功率保护的电压信号。光耦合器92的输出端供应反馈电压V_FB

所述输出电压V_O和齐纳(Zener)二极管96的齐纳电压通过电阻器28驱动光耦合器92的输入端以完成反馈回路。脉冲宽度调制控制器90的反馈电压V_FB的量值决定脉冲宽度调制信号的接通时间(T_ON)且调节输出功率。与限流电阻器86耦接的晶体管84控制输出电流I_O的最大振幅。当输出电流I_O增加时，限流电阻器86上的电压也增加。当此电压超过晶体管84的结电压(例如0.7V)时，晶体管84将被接通。此将通过降低反馈电压V_FB来减少脉冲宽度调制信号的接通时间。以此方式，电源的输出电流可保持恒定。

图2显示根据本发明的一反激式功率转换器。所述反激式功率转换器在初级端脉冲宽度调制控制下供应恒定输出电压和恒定输出电流。功率转换器的一输入端V_IN连接至开关晶体管80的漏极。串联连接第一初级绕组N_P1和第二初级绕组N_P2以构成变压器50的一初级绕组。所述初级绕组的第一端子是所述第一初级绕组N_P1的第一端子，且所述初级绕组的第二端子是所述第二初级绕组N_P2的第二端子。所述第一初级绕组N_P1的第二端子连接至所述第二初级绕组N_P2的第一端子。所述变压器50进一步包括一次级绕组N_S。

变压器50的次级绕组N_S通过输出整流器19连接至功率转换器的一输出端。开关晶体管80的源极通过电流感应电阻器25连接至变压器50的初级绕组的第一端子。所述初级绕组的第二端子连接至一接地参考。当将功率施加至功率转换器的输入端V_IN时，电容器35通过启动电阻器20充电。电容器35连接至脉冲宽度调制控制器100的VCC输入端。电容器35存储由脉冲宽度调制控制器100使用的能量。

一旦脉冲宽度调制控制器100的VCC输入端的电压超过启动阈值电压，脉冲宽度调制控制器100就将开始运行且产生一脉冲宽度调制信号V_PWM。所述信号V_PWM将驱动开关晶体管80的一栅极以用于脉冲宽度调制控制。在脉冲宽度调制信号关闭时，一反激电压将被从次级绕组N_S反射至第一初级绕组N_P1和第二初级绕组N_P2。次级绕组上的电压等于输出整流器19上的电压降和反激式功率转换器的输出电压V_O的总和。

脉冲宽度调制控制器100具有一用于采样第一初级绕组N_P1的反激电压V_P1的检测输入端VS。此被用于调节输出电压V_O。脉冲宽度调制控制器100通过响应在检测输入端VS处采样的电压V_S调整脉冲宽度调制信号来调节功率转换器的输出电压。当脉冲宽度调制信号V_PWM接通时，变压器50的初级电流将产生电流感应电阻器25上的电流感应电压V_IS

电流感应电阻器25连接至开关晶体管80的源极。晶体管80的所述源极连接至脉冲宽度调制控制器100的电流感应输入端IS。所述电流感应输入端IS检测电流感应电压V_IS，所述电流感应电压V_IS用于限制变压器50的峰值初级电流。响应在检测输入端处采样的电压限制所述峰值初级电流的振幅。因此，根据本发明的反激式功率转换器可成功地限制其输出电流。

二极管15的阳极连接至第一初级绕组N_P1的第二端子。二极管15的阴极连接至脉冲宽度调制控制器100的VCC输入端。在脉冲宽度调制信号V_PWM关闭后，第一初级绕组N_P1的经整流的反激电压通过二极管15供应至VCC输入端。电容器35过滤此经整流的反激电压以用DC电源供应脉冲宽度调制控制器100。

供应至脉冲宽度调制控制器100的VCC输入端的电压的一个分量来自从次级绕组N_S反射的反激电压。然而，供应至脉冲宽度调制控制器100的VCC输入端的电压也包括变压器50的漏电感引起的感生电压。变压器50的第一初级绕组N_P1的此反激能量被重复利用以驱动脉冲宽度调制控制器100，因此降低了功率消耗。

不利用变压器50的第二初级绕组N_P2的反激能量。因而，为消除由变压器50的第二初级绕组N_P2的漏电感导致的感生电压，将一缓冲电路与第二初级绕组N_P2并联连接所述缓冲电路包括一与箝压器件47串联连接的二极管17。所述箝压器件可以是齐纳二极管或TVS(瞬态电压抑制器)。

图3显示脉冲宽度调制控制器100的一脉冲发生器700。当脉冲宽度调制信号被切断时，脉冲发生器700产生一采样脉冲V_SP。所述采样脉冲V_SP在特定延迟时间后产生。选择延迟时间以使得可以采样变压器50的第一初级绕组N_P1的反激电压。需要所述延迟时间来避免采样变压器50的漏电感引起的感生电压。所述反激电压通过图2所示的检测电阻器23采样。

在检测输入端VS处采样的电压用于电压调节。一个问题在于输出整流器19上的电压降随负载状态改变。为对此作出补偿，脉冲宽度调制控制器100的偏压电流吸收器从检测输入端VS引入偏压电流I_M。所述偏压电流I_M与输出负载成比例地进行调整。偏压电流I_M将产生检测电阻器23上的电压降，所述电压降与输出整流器19上的电压降成比例。

通过适当地选择检测电阻器23的电阻，可能准确地补偿输出整流器19上的电压降。当检测电阻器23上的电压降与输出整流器19上的电压降相关时，检测电阻器23可以充分地补偿输出整流器19上的电压降。以此方式，根据本发明的反激式功率转换器可在改变负载状态的情况下供应经很好调节的输出电压。

如图3所示，脉冲宽度调制控制器100中的限制电压发生器300产生限制电压V_限制。当开关晶体管80接通时，变压器50的初级电流流经电流感应电阻器25且产生所述电流感应电阻器25上的电流感应电压。限制电压V_限制与输出电压V_O成比例。通过使用限制电压V_限制，根据本发明的反激式功率转换器可维持恒定输出电流I_o。

图3显示根据本发明的脉冲宽度调制控制器100的方块图。脉冲宽度调制控制器100包括一电压检测电路200、所述限制电压发生器300、一脉冲宽度调制电路500和所述脉冲发生器700。

脉冲宽度调制控制器100从反馈电压V_F、限制电压V_限制和电流感应电压V_IS产生脉冲宽度调制信号V_PWM。所述脉冲宽度调制信号V_PWM用于脉冲宽度调制控制。运行脉冲宽度调制信号以使得输出电压和输出电流都得以很好地调节。

电压检测电路200用于从检测输入端VS采样反激电压。电压检测电路200也用于产生一保持电压V_H和一反馈电压V_F。所述保持电压V_H是从脉冲宽度调制控制器100的检测输入端采样的电压。

限制电压发生器300响应保持电压V_H产生限制电压V_限制。所述限制电压V_限制用于限制变压器的峰值初级电流。

脉冲发生器700产生用于电压检测电路200的采样脉冲V_SP。所述采样脉冲V_SP用于采样反激电压。采样由脉冲宽度调制信号V_PWM控制。

图4显示根据本发明的一优选实施例的脉冲宽度调制控制器100的电压检测电路200。在此实施例中，VS输入端连接至开关220的输入端子。开关220由采样脉冲VSP接通和断开。开关220的输出端子连接至电容器230以产生保持电压V_H。电容器230进一步连接至运算放大器241的正端子。运算放大器240的输出驱动晶体管213的栅极。运算放大器240的负端子连接至晶体管213的源极。运算放大器240的正端子连接至参考电压V_RV。运算放大器241的负端子和输出端连接在一起。晶体管213的源极通过电阻器250进一步连接至运算放大器241的输出端。

晶体管213的漏极连接至一电流镜。所述电流镜包括一晶体管215、一晶体管216和一晶体管217。晶体管215是电流镜的输入端。晶体管217的漏极连接至电阻器251以产生反馈电压V_F。晶体管216的漏极连接至偏压电流吸收器的输入端。所述偏压电流吸收器包括一晶体管210和一晶体管211。晶体管210的漏极是偏压电流吸收器的输入端。为引入偏压电流I_M，检测输入端VS连接至晶体管211的漏极。偏压电流I_M是与反馈电压V_F成比例地产生。反馈电压V_F与输出电压成反比。因此，偏压电流I_M的振幅也与输出负载成比例。

图5显示根据本发明的一优选实施例的脉冲宽度调制控制器100的限制电压发生器300。在此实施例中，保持电压V_H供应至运算放大器340的正端子。所述运算放大器340耦接至晶体管310和电阻器352以产生第一限制电流I₃₅₂。晶体管311与晶体管312成对，并且它们通过反射第一限制电流I₃₅₂产生第二限制电流I₃₁₂。以第一电流源371供应所述晶体管311和晶体管312对。第一限制电流I₃₅₂和第二限制电流I₃₁₂的总和的最大振幅由第一电流源371限制。第二限制电流I₃₁₂与第二电流源370供应的电流结合以产生电阻器353上的限制电压V_限制。因此限制电压V_限制是与保持电压V_H的量值成比例地产生。限制电压V_限制可表达为：

其中R₃₅₃和R₃₅₂分别是电阻器353和电阻器352的电阻，K₁是晶体管311和晶体管312的几何比(geometrical ratio)，且I₃₇₀是电流源370供应的电流。

图6显示根据本发明的一优选实施例的脉冲宽度调制控制器100的脉冲宽度调制电路500，其中所述脉冲宽度调制电路500包括两个比较器545和546、两个“与非”门510和511、一触发器515、一振荡器530和一消隐电路520。电流感应输入端IS连接至比较器545的负端子和比较器546的负端子。比较器545用于比较反馈电压V_F与电流感应电压V_IS。比较器546用于比较限制电压V_限制与电流感应电压V_IS。比较器545的输出端连接至“与非”门510的第一输入端。比较器546的输出端连接至“与非”门510的第二输入端。“与非”门511的第一输入端连接至“与非”门510的输出端。“与非”门511的第二输入端连接至消隐电路520的输出端。振荡器530产生一时钟信号以设置触发器515。触发器515由“与非”门511的输出重设。触发器515将脉冲宽度调制信号V_PWM供应至消隐电路520的输入端。一旦脉冲宽度调制信号被开启，消隐电路520就产生消隐信号V_BLK以保证脉冲宽度调制信号V_PWM的最小接通时间。

图7显示根据本发明的一优选实施例的脉冲宽度调制电路500的消隐电路520。所述消隐电路520包括一反相器521、一反相器522、一“与非”门523、一晶体管526、一电容器527和一电流源525。消隐电路520的目的在于产生消隐信号V_BLK。脉冲宽度调制信号V_PWM被供应至反相器521的输入端和“与非”门523的第一输入端。晶体管526与电流源525、电容器527和反相器522耦接以产生一消隐时间T_BLK。一旦脉冲宽度调制信号被开启，反相器521的输出就驱动晶体管526的栅极以启动消隐时间T_BLK。反相器522的输出端连接至“与非”门523的第二输入端。“与非”门523的输出端(它是消隐电路520的输出端)产生消隐信号V_BLK。它的波形显示在图9中。

图8显示根据本发明的一优选实施例的脉冲宽度调制控制器100的脉冲发生器700。为产生一最小延迟时间T_d(min)，所述脉冲发生器700包括一晶体管710、一电流源771、一电容器750和一反相器731。为产生一断开时间延迟，所述脉冲发生器700包括一n型晶体管712、一p型晶体管711、一电流源772、一电流源773和一电容器751。产生所述断开时间延迟以使得其与脉冲宽度调制信号V_PWM的接通时间成比例。为产生一采样时间T_S，所述脉冲发生器700包括一晶体管714、一电流源774、一电容器752和一反相器732。

脉冲宽度调制信号V_PWM被供应至晶体管710的栅极和反相器730的输入端。当脉冲宽度调制信号V_PWM开启时，p型晶体管711也接通。电流源772则对电容器751充电以产生一充电时间。当脉冲宽度调制信号V_PWM被关闭时，n型晶体管712接通。电流源773则使电容器751放电以产生一与充电时间成比例的放电时间。

反相器731的输出端连接至“或非”门738的第一输入端。“或非”门738的第二输入端耦接至电容器751。“或非”门738的输出端连接至“与”门735的第一输入端和“与非”门736的第一输入端。反相器730的输出驱动“与非”门736的第二输入端和“与非”门735的第二输入端。“与非”门736的输出端连接至晶体管714的栅极以控制采样时间T_S的启动。反相器732的输出驱动“与”门735的第三输入端。“与”门735的输出端输出脉宽等于采样时间T_S的采样脉冲V_SP。

图9显示脉冲宽度调制电路500和脉冲发生器700的时序图。在脉冲宽度调制信号变低后，在一延迟时间T_d后产生采样脉冲V_SP。在此情况下，所述延迟时间T_d可以是断开时间延迟。然而，如果所述断开时间延迟少于最小延迟时间T_d(min)，那么延迟时间T_d将由最小延迟时间T_d(min)决定。所述延迟时间的目的在于尽可能消除变压器50的漏电感的影响。为达到此目的，在每一循环中将所述延迟时间T_d插入到脉冲宽度调制信号V_PWM的下降沿和反激电压采样过程的开始之间。

一旦脉冲宽度调制信号开启，图6所示的消隐电路520就产生消隐时间T_BLK，其决定脉冲宽度调制信号的最小接通时间。最小延迟时间T_d(min)由脉冲宽度调制信号的最小接通时间决定。

消隐时间T_BLK保证延迟时间T_d和采样时间T_S将足够精确地采样反激电压。

参看图2，功率转换器的输出电压V_O可表达为：

V_{O} = V_{NS} - V_{d} = \frac{N_{s}}{N_{P 1}} \times V_{P 1} - V_{d} = \frac{N_{s}}{N_{P 1}} \times (V_{H} + I_{M} \times R_{23}) - V_{d} - - - (2)

其中V_NS是次级绕组上的电压，V_P1是第一初级绕组的电压，V_d是输出整流器19上的电压降，且R₂₃是电阻器23的电阻。

输出电压V_O也可按照脉冲宽度调制反馈控制电路表达：

V_O＝G_m×(V_RV-V_H)(3)

其中G_m是脉冲宽度调制反馈控制电路的回路增益，且V_RV是电压检测电路200的参考电压。基于等式(2)和等式(3)，输出电压可以重写为：

V_{O} = {\frac{N_{S}}{N_{P 1}} \times V_{RV} + [(\frac{N_{S}}{N_{P 1}} \times I_{M} \times R_{23}) - V_{d}]} \div {1 + (\frac{N_{S}}{N_{P 1}} \times \frac{1}{G_{m}})}

因为G_m＞＞1，所以V_O可以简化形式表达为：

V_{O} = \frac{N_{S}}{N_{P 1}} \times V_{RV} + [(\frac{N_{S}}{N_{P 1}} \times I_{M} \times R_{23}) - V_{d}] - - - (4)

问题在于，输出整流器19上的电压降随输出负载而改变。为对此作出补偿，本发明引进一偏压电流I_M。所述偏压电流I_M与反馈电压V_F成比例地且与负载成比例地进行调整。通过适当地选择电阻器23的电阻，可能补偿输出整流器19上的电压降的反作用。因此，根据本发明的反激式功率转换器可供应一经很好调节的输出电压V_O。

限制电压发生器300产生限制电压V_限制以控制穿过初级绕组的峰值电流。以此方式，所述限制电压发生器300也控制从变压器50的初级端输送至功率转换器的输出端的功率。如等式(1)和等式(2)所示，V_限制是保持电压V_H的函数。保持电压V_H本身是输出电压V_O的函数。因此功率转换器的输出电压V_O决定限制电压V_限制。

由于输出功率是输出电压V_O的函数，在功率转换器的输出电流总是大于一最大值时可达到一恒定电流输出。所述输出功率P_O以下式给出：

P_{O} = V_{O} \times I_{O} = η \times P_{IN} = η \times \frac{1}{2 \times T} \times L_{P} \times {I_{P}}^{2} - - - (5)

其中P_IN是输入至初级端的功率，η是功率转换效率，T是开关频率的周期，L_P是变压器50的初级电感，且I_P是变压器50的初级电流。

所述初级电流I_P产生电阻器25上的电流感应电压V_IS，电阻器25连接至脉冲宽度调制控制器100的IS输入端。一旦电流感应电压V_IS高于限制电压V限制，脉冲宽度调制控制器的逻辑电路就将关闭脉冲宽度调制信号以限定初级电流I_P的值。以此方式，限制电压V_限制和电阻器25调节初级电流I_P。参看等式(5)，功率转换器的输出电流I_O可显示为：

其中R₂₅是电阻器25的电阻。

为产生一恒定输出电流I_O，当V_O2＝0.5×V_O1(P_O2＝0.5×P_O1)时，V_限制应根据以下等式被降低：

V_限限2 ²＝0.5×V_限制1 ²

V_限制2＝0.707×V_限制1

其中第一限制电压V_限制1指的是第一输出电压V_O1且第二限制电压V_限制2指的是第二输出电压V_O2。

限制电压发生器300从保持电压V_H产生限制电压V_限制。参看等式(2)，保持电压V_H本身是输出电压V_O的函数。因此，通过输出电压一减少到(0.5×V_O)就将限制电压降低到(0.707×V_限制)，可容易地达成一恒定输出电流。

如上文所述，反激式功率转换器包括脉冲宽度调制控制器100以产生偏压电流I_M和保持电压V_H。保持电压V_H和偏压电流I_M通过在每一脉冲宽度调制循环中采样第一初级绕组上的电压得以产生。以此方式，根据本发明的反激式功率转换器可将输出电压保持恒定。为限制穿过初级绕组的峰值电流，响应输出电压V_O而产生限制电压V_限制。以此方式，根据本发明的反激式功率转换器可将输出电流保持恒定。

所属领域的技术人员将易于理解，可对本发明的结构进行多种修改和改变而不偏离本发明的范畴或精神。考虑到上文，倘若本发明的修改和改变属于以上权利要求书及其均等物的范畴，则希望本发明涵盖这些修改和改变。

Claims

1. 一种反激式功率转换器，其特征在于其包括：

一变压器，其具有一次级绕组、一第一初级绕组及一第二初级绕组，所述第一初级绕组和所述第二初级绕组各分别具有一第一端子和一第二端子，其中所述第一初级绕组的所述第二端子连接至所述第二初级绕组的所述第一端子，其中所述第二初级绕组的所述第二端子连接至一接地参考；

一输出整流器，其从所述次级绕组连接至所述反激式功率转换器的一输出端；

一开关晶体管，其用于控制所述反激式功率转换器的初级绕组上的电压，其中所述开关晶体管的一漏极连接至所述反激式功率转换器的一输入端；

一电流感应电阻器，其用于产生一电流感应电压，其中所述电流感应电阻器连接在所述开关晶体管的一源极与所述第一初级绕组的所述第一端子之间；

一脉冲宽度调制控制器，其用于提供一脉冲宽度调制信号以驱动所述开关晶体管的一栅极，其中所述脉冲宽度调制控制器具有一用于接收功率的VCC输入端、一用于接收一反激电压的检测输入端、一用于电流检测的电流感应输入端和一连接至所述第一初级绕组的所述第一端子的GND输入端，其中所述电流感应输入端连接至所述开关晶体管的所述源极；

一电源引脚电容器，其用于启动所述脉冲宽度调制控制器，其中所述电源引脚电容器连接在所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端与所述GND输入端之间；

一启动电阻器，其用于充电所述电源引脚电容器，其中所述启动电阻器从所述反激式功率转换器的所述输入端连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端；

一电源引脚二极管，其从所述第一初级绕组的所述第二端子连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端；

一检测电阻器，其用于接收一偏压电流以补偿所述输出整流器上的电压降，其中所述检测电阻器从所述第一初级绕组的所述第二端子连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端；

一过渡电压抑制器，其与所述第二初级绕组并联连接；和

一缓冲二极管，其与所述过渡电压抑制器串联连接。

2. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其中所述反激式功率转换器的输出电流和所述反激式功率转换器的输出电压以一使它们恒定的方式进行调节。

3. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中在所述脉冲宽度调制信号被关闭后，所述反激电压被迅速地从所述次级绕组反射至所述变压器的所述第一初级绕组和所述第二初级绕组。

4. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中在所述脉冲宽度调制信号的接通时间中，产生所述变压器的一初级电流，其中所述变压器的所述初级电流产生所述电流感应电阻器上的一电流感应电压。

5. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端引入的一偏压电流是与所述反激式功率转换器的输出负载成比例地进行调整。

6. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述脉冲宽度调制信号是响应从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样的所述反激电压进行调整，其中以一使所述DC输出电压保持恒定的方式执行所述调整。

7. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述变压器的峰值初级电流是响应从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样的电压而受到限制，其中所述变压器的所述峰值初级电流以一使所述输出电流保持恒定的方式受到限制。

8. 根据权利要求1所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述脉冲宽度调制控制器进一步包括：

一电压检测电路，其用于从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样所述反激电压，其中所述电压检测电路产生一保持电压和一反馈电压，其中所述保持电压是从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样的电压；

一限制电压发生器，其用于响应所述保持电压产生一限制电压，其中所述限制电压用于限制所述变压器的峰值初级电流；

一脉冲宽度调制电路，其用于产生所述脉冲宽度调制信号，其中所述脉冲宽度调制信号是所述反馈电压、所述限制电压和所述电流感应电压的函数；和

一脉冲发生器，其用于响应所述脉冲宽度调制信号产生一采样脉冲，其中所述采样脉冲用于采样所述反激电压。

9. 根据权利要求8所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述电压检测电路包括：

一采样开关，其具有一连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端的输入端子，其中所述采样开关由所述采样脉冲接通和断开；

一采样保持电容器，其用于产生所述保持电压，其中所述采样保持电容器连接至所述采样开关的一输出端子；

一第一采样保持运算放大器，其具有一耦接至所述采样保持电容器的正端子；

一第二采样保持运算放大器，其具有一耦接至一采样保持参考电压的正端子；

一采样保持晶体管，其具有一连接至所述第二采样保持运算放大器的一输出端子的栅极，其中所述采样保持晶体管具有一连接至所述第二采样保持运算放大器的一负端子的源极；

一采样保持电阻器，其连接在所述采样保持晶体管的所述源极与所述第一采样保持运算放大器的一输出端之间；

一采样保持电流镜，其具有一采样保持输入镜晶体管、一第一采样保持输出晶体管和一第二采样保持输出晶体管，其中所述采样保持输入镜晶体管连接至所述采样保持晶体管的一漏极；

一参考电阻器，其用于产生所述反馈电压，其中所述参考电阻器耦接至所述第二采样保持输出晶体管的一漏极；和

一偏压电流吸收器，其用于产生所述偏压电流，其中所述偏压电流吸收器具有一偏压输入镜晶体管和一偏压输出镜晶体管，其中所述第一采样保持输出晶体管的一漏极连接至所述偏压输入镜晶体管的一漏极，其中所述偏压输出镜晶体管的一漏极连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端，其中所述偏压输出镜晶体管的所述漏极从所述检测输入端引入所述偏压电流，其中所述偏压电流是响应所述反馈电压而产生。

10. 根据权利要求8所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述限制电压发生器包括：

一用于产生一第一限制电流的装置，其中所述用于产生所述第一限制电流的装置包括一限制电压运算放大器、一限制电压晶体管和一限制电压输入电阻器；

一用于产生一第二限制电流的装置，其中所述用于产生一第二限制电流的装置包括一第一限制电压镜晶体管和一第二限制电压镜晶体管，其中所述用于产生所述第一限制电流的装置连接至所述第一限制电压镜晶体管的一漏极；

一用于限定所述第二限制电流的最大值的第一限制电压电流源，其中所述第一限制电压电流源连接至所述第一限制电压镜晶体管的一源极和所述第二限制电压镜晶体管的一源极；

一第二限制电压电流源；和

一用于产生所述限制电压的限制电压输出电阻器，其中所述限制电压输出电阻器连接至所述第二限制电压电流源和所述第二限制电压镜晶体管的所述漏极，其中所述限制电压与所述保持电压的量值成比例地产生。

11. 根据权利要求8所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述脉冲宽度调制电路包括：

一反馈比较器，其具有一以所述反馈电压供应的正输入端，其中所述反馈比较器具有一连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述电流感应输入端的负输入端；

一限制比较器，其具有一以所述限制电压供应的正输入端，其中所述限制比较器具有一连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述电流感应输入端的负输入端；

一第一脉冲宽度调制“与非”门，其具有一连接至所述反馈比较器的一输出端的第一输入端，其中所述第一脉冲宽度调制“与非”门具有一连接至所述限制比较器的一输出端的第二输入端；

一第二脉冲宽度调制“与非”门，其具有一连接至所述第一脉冲宽度调制“与非”门的一输出端的第一输入端；

一消隐电路，其用于产生一消隐信号以保证所述脉冲宽度调制信号的一最小接通时间，其中所述消隐电路具有一连接至所述第二脉冲宽度调制“与非”门的一第二输入端的输出端子；

一振荡器，其用于产生一时钟信号；和

一触发器，其用于将所述脉冲宽度调制信号供应至所述消隐电路的一输入端子，其中所述触发器由所述时钟信号设置，且由所述第二脉冲宽度调制“与非”门的一输出重设。

12. 根据权利要求11所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述消隐电路包括：

一用于产生一消隐时间的装置，其包括一消隐晶体管、一消隐电流源、一消隐电容器和一消隐反相器；

一消隐输入反相器，其用于将所述脉冲宽度调制信号供应至所述消隐晶体管的一栅极以启动所述消隐时间，所述消隐输入反相器具有一由所述脉冲宽度调制信号供应的输入端，其中所述消隐输入反相器的所述输入端是所述消隐电路的一输入端子，其中所述消隐时间在所述脉冲宽度调制信号的每一上升沿后不久开始；和

一消隐“与非”门，其用于供应所述消隐信号，其中所述消隐“与非”门具有一由所述脉冲宽度调制信号供应的第一输入端和一连接至所述消隐反相器的一输出端的第二输入端。

13. 根据权利要求8所述的反激式功率转换器，其特征在于其中所述脉冲发生器包括：

一用于产生一最小延迟时间的装置，其具有一第一脉冲发生器晶体管、一第一脉冲发生器电流源、一第一脉冲发生器电容器和一第一脉冲发生器反柱器，其中所述第一脉冲发生器晶体管具有一由所述脉冲宽度调制信号供应的栅极；

一用于产生一断开时间延迟的装置，其具有一脉冲发生器p型晶体管、一脉冲发生器n型晶体管、一第二脉冲发生器电流源、一第三脉冲发生器电流源和一第二脉冲发生器电容器；

一用于产生一采样时间的装置，其具有一第二脉冲发生器晶体管、一第四脉冲发生器电流源、一第三脉冲发生器电容器和一第二脉冲发生器反相器；

一第三脉冲发生器反相器，其具有一由所述脉冲宽度调制信号供应的输入端；

一脉冲发生器“或非”门，其具有一连接至所述第一脉冲发生器反相器的一输出端的第一输入端和一连接至所述第二脉冲发生器电容器的第二输入端；

一脉冲发生器“与非”门，其用于供应一信号以启动所述采样时间，其中所述脉冲发生器“与非”门具有一连接至所述脉冲发生器“或非”门的一输出端的第一输入端、一连接至所述第三脉冲发生器反相器的一输出端的第二输入端和一连接至所述第二脉冲发生器晶体管的一栅极的输出端；和

一脉冲发生器“与”门，其用于供应所述采样脉冲，其中所述脉冲发生器“与”门具有一连接至所述脉冲发生器“或非”门的所述输出端的第一输入端、一连接至所述第三脉冲发生器反相器的所述输出端的第二输入端和一连接至所述第二脉冲发生器反相器的一输出端的第三输入端，其中所述采样脉冲的脉宽等于所述采样时间。

14. 根据权利要求13所述的反激式功率转换器，其特征在于其中在所述脉冲宽度调制信号被开启时，所述第二脉冲发生器电容器和所述脉冲发生器p型晶体管产生一充电时间。

15. 根据权利要求13所述的反激式功率转换器，其特征在于其中在所述脉冲宽度调制信号被关闭时，所述脉冲发生器n型晶体管、所述第二脉冲发生器电容器和所述第三脉冲发生器电流源产生一放电时间，其中所述放电时间与所述充电时间成比例。

16. 一种反激式功率转换器，其包括一变压器；一输出整流器，其从所述变压器的一次级绕组连接至所述反激式功率转换器的一输出端；一开关晶体管，其用于控制所述反激式功率转换器的初级绕组上的电压，其中所述开关晶体管的一漏极连接至所述反激式功率转换器的一输入端；一电流感应电阻器，其用于产生一电流感应电压，其中所述电流感应电阻器连接在所述开关晶体管的一源极与所述初级绕组的第一初级绕组的第一端子之间；其特征在于所述反激式功率转换器包括：

一脉冲宽度调制控制器，其用于提供一脉冲宽度调制信号以驱动所述开关晶体管的一栅极，其中所述脉冲宽度调制控制器具有一用于接收功率的VCC输入端、一用于接收一反激电压的检测输入端、一用于电流检测的电流感应输入端和一连接至所述第一初级绕组的所述第一端子的GND输入端，且所述电流感应输入端连接至所述开关晶体管的所述源极，其中所述脉冲宽度调制信号是响应一从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样的反激电压进行调整，其中以一使DC输出电压保持恒定的方式执行所述调整，且所述变压器的一峰值初级电流是响应从所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端采样的电压而受到限制，且其中所述变压器的所述峰值初级电流以一使输出电流保持恒定的方式受到限制。

17. 根据权利要求16所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一电源引脚电容器，其用于启动所述脉冲宽度调制控制器，其中所述电源引脚电容器连接在所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端与所述GND输入端之间。

18. 根据权利要求17所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一启动电阻器，其用于充电所述电源引脚电容器，其中所述启动电阻器从所述反激式功率转换器的所述输入端连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端。

19. 根据权利要求16所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一电源引脚二极管，其从所述第一初级绕组的第二端子连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述VCC输入端。

20. 根据权利要求16所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一检测电阻器，其用于接收一偏压电流以补偿所述输出整流器上的电压降，其中所述检测电阻器从所述第一初级绕组的所述第二端子连接至所述脉冲宽度调制控制器的所述检测输入端。

21. 根据权利要求16所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一过渡电压抑制器，其与所述初级绕组的第二初级绕组并联连接。

22. 根据权利要求21所述的反激式功率转换器，其特征在于其进一步包括一缓冲二极管，其与所述过渡电压抑制器串联连接。