CN101064474B - 电源转换器的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种电源转换器的控制电路，其包括一开关而耦接电源转换器的一变压器以切换变压器；一取样电路，其耦接变压器而取样变压器的一返驰电压以产生一电压讯号；一切换电路，其依据电压讯号产生一切换讯号以控制开关，切换讯号的最小导通时间是依据电源转换器的一输入电压而改变。由于在轻载下，返驰电压的脉波宽度狭窄，本发明藉由让切换讯号具有适应性的最小导通时间，以可容易侦测返驰电压，以精确控制电源转换器。

Description

电源转换器的控制电路
技术领域：
本发明是有关于一种电源转换器，其尤指一种电源转换器的控制电路。
背景技术：
按，现今电源转换器已广泛地运用于提供经调整的输出电源。基于安全性的考量，电源转换器的一次侧与二次侧之间必须有电气隔离，所以电源转换器通常设置一变压器用以提供隔离。请参阅图1，其为习知具有一变压器10的电源转换器的电路图。如图所示，习知电源转换器的变压器10耦接有一开关20，开关20可为一功率电晶体或一功率金属氧化半导体场效电晶体(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。在开关20导通期间，变压器10的一次侧将储存能量，一旦开关20截止时，变压器10将释放一次侧的能量至变压器10的二次侧并进而转移能量至电源转换器的输出端。习知电源转换器尚包含一控制电路25，其在一输出端OUT产生一切换讯号VG并输出至开关20，以控制开关20导通/截止并调整电源转换器的输出。当开关20接收到致能的切换讯号VG时，开关20即会导通。
复参考图1，一电流感测元件24，其耦接于开关20与接地端之间，以感测变压器10的一切换电流Ip并产生一电流感测讯号VCS以作切换控制。电流感测元件24可为一电流感测电阻，电流感测元件24耦接于控制电路25的一电流感测端CS，以传送电流感测讯号VCS至电流感测端CS。控制电路25的一接地端GND与一补偿端COM分别耦接于接地与一补偿电容26。
前述的变压器10包含一一次侧绕组Np、一二次侧绕组Ns与一辅助绕组NAUX。一次侧绕组NP自一输入电压VIN耦接至一开关20，二次侧绕组Ns的一端耦接一整流器15的一端，整流器15的另一端与二次侧绕组NS的另一端之间耦接有一滤波电容17。一旦开关20截止时，二次侧绕组Ns将会对应于输出电压Vo产生一返驰电压VF，返驰电压VF可被运用于侦测变压器10的放电时间及回授电源转换器的输出电压V0，进而控制变压器10，以调整电源转换器的输出电压V0。Randolph D.W.Shelly所获准(issue)的美国专利第4,302,803号的“Rectifier-ConverterPower Supply with Multi-Channel Flyback Inverter”是有揭露返驰电压VF控制的技术。然而，习用返驰电压VF控制技术具有无法精准量测变压器10的返驰电压VF的缺点，特别是在电源转换器于轻载状态下。
请参阅图2，其为习知的电源转换器于轻载状态下的电压波形图。变压器10的放电时间TDS可表示如下：
T DS = ( V IN V O + V D ) × W NS W NP × T ON - - - ( 1 )
其中，VIN为电源转换器的输入电压；WNP与WNS分别为变压器10的一次侧绕组NP与二次侧绕组NS的绕组匝数；VD为整流器15的顺向偏压的压降；TON为切换讯号VG的一导通时间。
上述的返驰电压VF，其透过电阻21与22产生一电压感测讯号VDET至耦接的控制电路25，以供控制器25的一电压感测端VS侦测返驰电压VF。当电源转换器于轻载状态下，切换讯号VG的导通时间TON将会缩短，依据方程式(1)得知放电时间TDS亦会随之缩短，此外由于一寄生电容23与电阻21、22会构成一低通滤波器，如此会造成电压感测讯号VDET(如图2所示)的波形会发生失真的情形，而使控制电路25侦测到低电压的返驰电压VF，所以无法准确侦测返驰电压VF，而无法确实控制变压器10及调整电源转换器的输出。
发明内容：
本发明的主要目的，在于提供一种电源转换器的控制电路，其藉由依据电源转换器的输入电压而产生适应性讯号，以确保切换讯号被导通时的最小导通时间，如此可确保返驰电压的最小脉波宽度，以达容易侦测返驰电压的目的。
本发明的电源转换器的控制电路，其包括一开关用以切换电源转换器的一变压器，以从变压器的一次侧传送能量至二次侧；一取样电路，其耦接变压器以取样变压器的一返驰电压，进而依据返驰电压产生一电压讯号；一切换电路，其用于依据电压讯号产生一切换讯号，以控制开关并调整电源转换器的输出；一转换电路，其依据电源转换器的一输入电压而产生一适应性讯号，适应性讯号用于调整切换讯号的最小导通时间，切换讯号的最小导通时间与电源转换器的输入电压成反比例，以在电源转换器于轻载的情况下，可精确取样变压器的返驰电压。
本发明的有益效果是：依据电源转换器的输入电压的变动，而调整切换电路所产生的切换讯号的最小导通时间，如此控制电路在电源转换器于轻负载状态下可精确侦测变压器的返驰电压，进而可确实控制变压器的切换，以适当调整电源转换器的输出。
附图说明：
图1为习知的电源转换器的电路图；
图2为习知的电源转换器于轻载状态下的波形图；
图3为本发明的一较佳实施例的电源转换器的电路图；
图4为本发明的一较佳实施例的电源转换器的控制电路的方块图；
图5为本发明的一较佳实施例的控制电路其转换电路的电路图；
图6为本发明的一较佳实施例的控制电路其切换电路的电路图；
图7为本发明的一较佳实施例的切换电路其消隐电路的电路图；
图8为本发明的一较佳实施例的控制电路其取样电路的电路图。
图号说明：
10  变压器            15  整流器
17  滤波电容          20  开关
21  电阻              22  电阻
23  寄生电容          24   电流感测装置
25  控制电路          26   补偿电容
30  变压器            32   开关
34  电流感测装置      36   电阻
37  电阻              38   整流器
39  滤波电容          40   电阻
42  电阻              44   寄生电容
50  控制电路          60   转换电路
61  电压转电流转换器  62   运算放大器
63  电阻              64   电晶体
66  电流镜电路        67   电晶体
68  电晶体            69   电流源
70  切换电路          71   振荡电路
72  正反器            73   及闸
74  反相器            75   误差放大器
76  比较器            77   反及闸
78  消隐电路          782  反相器
783 电晶体            785  电容
787 反相器            789  反及闸
80  取样电路          81   取样单元
810 开关              811  开关
815 电容              816  电容
82  取样讯号产生电路  83   第一延迟电路
830 可程式化电流源    833  电晶体
835   电容               84   第二延迟电路
840   电流源             843  电晶体
845   电容               85   反或闸
86    反及闸             87   反相器
COM   补偿端             CS   电流感测端
GND   接地端             OUT  输出端
VS    电压感测端         VCC  供应电压
VCS   电流感测讯号       VG   切换讯号
VDET  电压感测讯号       VI   输入感测端
VI    输入电压讯号       VA   电压讯号
VFB   授讯号             VBLK 消隐讯号
VREF  返驰讯号           NP   一次侧绕阻
NS    二次侧绕阻         NAUX 辅助绕阻
IP    切换电流           IB   适应性讯号
I64   电流               I69  电流
SP    脉波讯号           ENB  取样讯号
SV    取样讯号
具体实施方式：
为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后：
请参阅图3，其为本发明的一较佳实施例的电源转换器的电路图。如图所示，电源转换器包括一变压器30，其包括一一次侧绕组Np、一二次侧绕组Ns与一辅助绕组NAUX。一次侧绕组Np耦接一输入电压VIN与一开关32，开关32为一功率电晶体或一功率金属氧化半导体场效电晶体(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)。一控制电路50，其于一输出端OUT产生一切换讯号VG并输出至开关32，以控制开关32导通/截止，并调整电源转换器的输出。当开关32所接收的切换讯号VG为致能时，开关32即会导通。一电流感测元件34，其耦接于开关32与接地之间，一切换电流IP流经变压器30与开关32至电流感测装置34时，将会产生一电流感测讯号VCS，并传送至控制电路50的一电流感测端CS。上述的电流感测装置34可为一电流感测电阻。
复参阅图3，一电阻36用于接收电源转换器的输入电压VIN，并串联于一电阻37，电阻37耦接于接地端。控制电路50的一输入感测端VI耦接于电阻36与电阻37之间，输入电压VIN经由电阻36与电阻37而传输至输入感测端VI，以产生一输入电压讯号VI。控制电路50的一电压感测端VS耦接电阻40、42，而藉由电阻40、42耦接变压器30的辅助绕组NAUX，以在电压感测端VS产生关联于变压器10的一返驰电压VF的一电压感测讯号VDET，而侦测返驰电压VF，藉由返驰电压VF即可侦测变压器30的放电时间及/或回授输出电压VO。一寄生电容44耦接于电阻42。此外，变压器30的二次侧绕组Ns耦接一整流器38，而一滤波电容39耦接整流器38与二次侧绕组Ns。
请参阅图4，其为本发明的一较佳实施例的电源转换器的控制电路的方块图。如图所示，控制电路50包括一转换电路60、一切换电路70以及一取样电路80。取样电路80依据电压感测讯号VDET与切换讯号VG而产生一电压讯号VA，也就是说取样电路80依据返驰电压VF而产生电压讯号VA。切换电路70接收电压讯号VA、一适应性讯号(adaptive signal)IB与电流感测讯号VCS，而产生切换讯号VG，并由控制电路50的输出端OUT输出。转换电路60是接收输入电压VIN经分压的输入电压讯号VI而产生一适应性讯号IB，即依据电源转换器的输入电压VIN而产生适应性讯号IB，所以说适应性讯号IB关联于电源转换器的输入电压VIN。切换电路70接收适应性讯号IB而调整切换讯号VG的最小导通时间，让切换讯号VG的最小导通时间与电源转换器的输入电压VIN成反比例。切换电路70依据电压讯号VA、适应性讯号IB与电流感测讯号VCS产生切换讯号VG，以控制开关32并调整电源转换器的输出。
请参阅图5，其为本发明的一较佳实施例的控制电路的转换电路60的电路图。如图所示，转换电路60包括一电压转电流转换器61、一电流镜电路66与一电流源69。电压转电流转换器61，包括一运算放大器62、一电阻63以及一电晶体64，用于在电晶体64的汲极产生电流I64。运算放大器62的正输入端接收输入电压讯号VI，运算放大器62的负输入端耦接于电晶体64的源极，运算放大器62的输出端耦接电晶体64的闸极，电晶体64的汲极输出电流I64，电阻63耦接于接地端与电晶体64的源极之间。因此，电压转电流转换器61是依据电源转换器的输入电压讯号VI而产生电流讯号I64。电流源69耦接一供应电压Vcc并产生一电流I69。电流镜电路66包括电晶体67与电晶体68，而依据电流I64产生适应性讯号IB，电流源69的电流I69决定适应性讯号IB的最小值，适应性讯号IB并传送至切换电路70以决定切换讯号VG的最小导通时间。电晶体67与电晶体68的源极皆耦接于供应电压Vcc，电晶体67与电晶体68的闸极与电晶体67的汲极耦接在一起，电晶体68的汲极输出适应性讯号IB。
请参阅图6，其为本发明的一较佳实施例的控制电路其切换电路的电路图。如图所示，一振荡电路71用以产生一脉波讯号SP，脉波讯号SP为一周期性脉波讯号，并传送至正反器72的时脉输入端CK以经由一及闸73致能切换讯号VG，正反器72的输出端Q耦接及闸73的一输入端。一反相器74，其耦接于及闸73与振荡电路71之间，及闸73的另一输入端经由反相器74接收反相的脉波讯号SP以提供切换讯号VG的最大导通时间，及闸73的输出端输出切换讯号VG至控制电路50的输出端OUT。正反器72的输入端D接收供应电压Vcc。一误差放大器75，其用于依据取样电路80(见图4)所产生的电压讯号VA以产生一回授讯号VFB。误差放大器75的正输入端接收一参考电压VREF，并依据负输入端接收的电压讯号VA而在输出端输出回授讯号VFB。
复参阅图6，一比较器76用于当电流感测讯号VCS高于回授讯号VFB时禁能正反器72，比较器76的正输入端与负输入端分别接收电流感测讯号VCS与回授讯号VFB，比较器76的输出端耦接于一反及闸77的第一输入端，反及闸77的第二输入端耦接一消隐电路78的输出端以接收消隐电路78输出的一消隐讯号VBLK，反及闸77的第三输入端接收经由反相器74反相的脉波讯号SP，反及闸77的输出端耦接于正反器72的重置端R以重置正反器72。上述的消隐电路78是接收切换讯号VG，而产生消隐讯号VBLK。此外，消隐电路78更接收适应性讯号IB以调整切换讯号VG的最小导通时间。
请参阅图7，其为本发明的一较佳实施例的切换电路中，其消隐电路78的电路图。如图所示，一反相器782耦接于控制电路50的输出端OUT与一电晶体783的闸极，当消隐电路78接收的切换讯号VG为致能时，将经由反相器782而截止电晶体783。电晶体783的源极耦接于接地端，而电晶体783的汲极则接收适应性讯号IB。一电容785耦接于电晶体783的汲极与接地端之间，当电晶体783截止时，适应性讯号IB则对电容785进行充电。电容785更经由一反相器787耦接于反及闸789，反相器787耦接于电容785与反及闸789的一输入端之间，反及闸789的另一输入端接收切换讯号VG，所以反及闸789的输出端则依据切换讯号VG而产生消隐讯号VBLK。其中，适应性讯号IB的电流与电容785的电容量将决定消隐讯号VBLK的脉波宽度。由前述可知，由于适应性讯号IB是关联于电源转换器的输入电压VIN，因此，消隐电路78也是依据输入电压VIN而产生消隐讯号VBLK。此外，当切换讯号VG致能时，消隐讯号VBLK会决定切换讯号VG的最小导通时间。请复参阅图3，切换讯号VG的最小导通时间可提供返驰电压VF的最小脉波宽度。由于切换讯号VG的最小导通时间会依据电源转换器的输入电压VIN减少而增加，因此，方程式(1)可表示如下：
∂ T ON = ( V O + V D ∂ V IN ) × W NP W NS × T DS - - - ( 2 )
∂ T ON = K 0 ∂ V IN - - - ( 3 )
其中，k0为一常数。
若切换讯号VG的最小导通时间的改变与输入电压VIN的变化成反比例，则变压器30的放电时间TDS可保持为一常数，如此即可确实侦测返驰电压VF。
请参阅图8，其为本发明的一较佳实施例的控制电路的取样电路80的电路图。如图所示，取样电路80包括一取样单元81，请复参阅图3，取样单元81经由控制电路50的电压感测端VS耦接变压器30，以取样电压侦测讯号VDET而产生电压讯号VA，也就是说取样单元81用以取样变压器30的返驰电压VF而产生电压讯号VA。一取样讯号产生电路82依据切换讯号VG而产生取样讯号ENB与Sv，取样讯号ENB与Sv用于控制取样单元81的取样时间。取样讯号产生电路82包括一第一延迟电路83与一第二延迟电路84，第一延迟电路83包括一可程式化电流源830(programmable current source)、一电晶体833以及一电容835，以在电容835产生一第一延迟讯号。
承接上述，可程式化电流源830耦接于供应电压Vcc与电晶体833的汲极之间，电晶体833的源极耦接于接地端，电容835耦接于电晶体833的汲极与接地端之间，切换讯号VG分别传送至电晶体833的闸极与一反或闸85的输入端，反或闸85的另一输入端耦接于电容835，反或闸85的输出端产生取样讯号ENB，电晶体833依据禁能的切换讯号VG而截止，以于电容835产生第一延迟讯号。为了在变压器30完全去磁前产生取样讯号ENB与Sv，所以可程式化电流源830的电流大小依据切换讯号VG的导通时间而决定。上述电容835更耦接一反及闸86的一输入端，反及闸86的另一输入端接收经由一反相器87输出的反相的切换讯号VG，反相器87耦接于反及闸86与输出端OUT之间，反及闸86的输出端耦接第二延迟电路84与一反或闸88的输入端。
复参阅图8，第二延迟电路84包括一电流源840、一电晶体843以及一电容845，以产生一第二延迟讯号于电容845。电流源840耦接供应电压Vcc与电晶体843的汲极，电晶体843的源极耦接于接地端，电晶体843的闸极为第二延迟电路84的输入端并耦接反及闸86的输出端。电容845耦接于电晶体843的汲极与接地端之间，电容845更耦接反或闸88的另一输入端，反或闸88的输出端产生取样讯号Sv。电流源840的电流与电容845的电容量将决定取样讯号Sv的脉波宽度。
前述的取样单元81包括开关810、811以及电容815、816。开关810经由控制电路50的电压感测端VS而耦接变压器30，以取样电压感测讯号VDET于电容815，也就是说取样单元81取样变压器30的返驰电压VF。开关810受控于取样讯号ENB。开关811耦接于电容815与电容816之间，开关811由取样讯号Sv控制，以取样电容815的讯号至电容816，因此，电容816即会产生电压讯号VA，并传送至切换电路70的误差放大器75的负输入端(如图6所示)，误差放大器75更接收参考电压VREF以依据电压讯号VA而产生回授电压VFB。
综上所述，本发明的电源转换器的控制电路，其依据电源转换器的输入电压的变动，而调整切换电路所产生的切换讯号的最小导通时间，如此控制电路在电源转换器于轻负载状态下可精确侦测变压器的返驰电压，进而可确实控制变压器的切换，以适当调整电源转换器的输出。
以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及原理所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利范围内。

Claims (14)

1.一种电源转换器的控制电路，其特征在于，其包含：
一开关，耦接一变压器用以切换该变压器；
一取样电路，耦接该变压器并取样该变压器的一返驰电压，并依据该返驰电压产生一电压讯号；
一切换电路，耦接该取样电路并依据该电压讯号产生一切换讯号，以控制该开关并调整该电源转换器的输出；以及
一转换电路，耦接该变压器，并依据该电源转换器的一输入电压产生一适应性讯号并传输至该切换电路；
其中，该切换电路依据该适应性讯号调整该切换讯号的一最小导通时间，该切换讯号的该最小导通时间与该电源转换器的该输入电压成反比例，以确保该返驰电压具有一最小脉波宽度，以有助于该返驰电压的取样。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该切换电路更包括：
一消隐电路，依据该切换讯号与该适应性讯号产生一消隐讯号，该切换讯号致能而导通该开关时，该消隐讯号决定该切换讯号的最小导通时间。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该适应性讯号包括一最小值，而决定该切换讯号的最小导通时间。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该转换电路包括：
一电压转电流转换器，依据该电源转换器的该输入电压产生一电流讯号；
一电流源，产生一电流；以及
一电流镜电路，依据该电流讯号与该电流源的电流，产生该适应性讯号；
其中，该电流源的电流决定该适应性讯号的一最小值而决定该切换讯号的最小导通时间。
5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该取样电路包括：
一取样单元，耦接该变压器，藉由取样该变压器的该返驰电压以产生该电压讯号；以及
一取样讯号产生电路，耦接该切换电路并依据该切换讯号产生至少一取样讯号，该取样讯号控制该取样单元的取样时间。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该切换电路更接收该电源转换器的一电流感测讯号，并依据该电流感测讯号产生该切换讯号。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该开关为一功率电晶体，该功率电晶体为一功率金属氧化半导体场效电晶体。
8.一种电源转换器的控制电路，其特征在于，其包含：
一开关，耦接一变压器用以切换该变压器；
一取样电路，耦接该变压器并取样该变压器的一返驰电压产生一电压讯号；以及
一切换电路，耦接该取样电路并依据该电压讯号与一适应性讯号产生一切换讯号，以控制该开关，该适应性讯号关连于该电源转换器的一输入电压，该切换电路依据该适应性讯号调整该切换讯号的一最小导通时间，该切换讯号的该最小导通时间依据该电源转换器的该输入电压变动而改变，该切换讯号的该最小导通时间与该电源转换器的该输入电压成反比例，以确保该返驰电压具有一最小脉波宽度，以有助于该返驰电压的取样。
9.如权利要求8所述的控制电路，其特征在于，该取样电路包括：
一取样单元，耦接该变压器并取样该变压器的该返驰电压而产生该电压讯号；以及
一取样讯号产生电路，耦接该切换电路并依据该切换讯号产生至少一取样讯号，该取样讯号控制该取样单元的取样时间。
10.如权利要求8所述的控制电路，其特征在于，该切换电路更接收该电源转换器的一电流感测讯号，并依据该电流感测讯号产生该切换讯号。
11.如权利要求8所述的控制电路，其特征在于，该开关为一功率电晶体，该功率电晶体为一功率金属氧化半导体场效电晶体。
12.一种电源转换器的控制电路，其特征在于，其包含：
一开关，耦接一变压器，用以切换该变压器；以及
一切换电路，依据一电压讯号与一适应性讯号产生一切换讯号以控制该开关，该电压讯号关连于该变压器的一返驰电压，该适应性讯号关连于该电源转换器的一输入电压，该切换电路依据该适应性讯号调整该切换讯号的一最小导通时间，该切换讯号的该最小导通时间是依据该电源转换器的该输入电压变动而改变，该切换讯号的该最小导通时间与该电源转换器的该输入电压成反比例，以确保该变压器的一返驰电压具有一最小脉波宽度。
13.如权利要求12所述的控制电路，其特征在于，该切换电路更包括：
一消隐电路，依据该切换讯号与该输入电压产生一消隐讯号，该切换讯号致能而导通该开关时，该消隐讯号决定该切换讯号的最小导通时间。
14.如权利要求12所述的控制电路，其特征在于，该开关为一功率电晶体，该功率电晶体为一功率金属氧化半导体场效电晶体。
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