CN101355298B - 一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路及其方法，无感测损失的电源转换器之输出调整电路包含有转换电路，转换电路可接收来自于电源转换器之第一等比电压，并将第一等比电压转换为充电讯号，而于电源开关导通期间(on-time period)来使能量储存装置储能，因此，输出调整电路即可藉由能量储存装置的电压限定讯号来控制电源开关。与现有技术相比，本发明的无感测损失的电源转换器之输出调整电路及其方法，可以在无感测损失的情况下控制电源转换器的电源开关，且因为不具有感测电阻，也可使电源转换器于大电流下更加稳定。

Description

一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种输出调整电路，特别是指一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路。

背景技术

以电阻为基础的电流感测具有简单、容易使用、低成本等优点，故成为目前最常用的电流感测方式，然而，根据欧姆定律(Ohm′sLaw)，电阻上电压将与流过电阻上的电流呈比例：U＝IR，不过，电阻只要有电流通过，一定会有能量的损耗。因此，通过感测电阻所造成的能量损耗与温度所产生的影响不得不予以重视。

如图1所示的习知电源转换器的电流感测电路，感测电阻12与电源转换器10之电源开关11耦接，在连续电流模式(continuousconduction mode；CCM)下操作，当电源开关11导通时，输入电压将会使变压器13激磁(excites)，因此，切换电流I_P随之增加，并且藉由感测电阻12转换为电压讯号V_ref，控制IC14的比较器141就会接收电压讯号V_ref并与回馈讯号V_FB来比较，当电流到达预定值时，电源开关11就会截止，直到下一个周期，电源开关11将导通以稳定地输出能量。

然而，由于感测电阻12位于主要电源回路上，所以感测电阻12的能量损耗取决于切换电流I_P的大小，切换电流I_P越大，则损耗也随之增加，因此，极需要一种能够没有感测损失的电流感测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其在电源转换器感测电流时没有感测损失。

本发明的另一目的是提供一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其可于电源转换器感测电流时没有感测损失。

本发明的技术方案是这样的：

一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，系先取得一充电讯号，且此充电讯号等比于电源转换器之输入电压，接着于电源开关导通时藉由此充电讯号对能量储存装置进行储能，并透过能量储存装置之电压限制讯号而可控制电源转换器之电源开关。

另一方面，本发明之输出调整方法更包含有取得一放电讯号，此放电讯号等比于电源转换器之输出电压，然后于电源开关截止时藉由放电讯号对能量储存装置进行释能，接着，透过该能量储存装置之电压限制讯号而可控制电源转换器之电源开关。

一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，包含有第一转换电路与能量储存装置，第一转换电路接收来自于电源转换器之第一等比电压，并将第一等比电压转换为充电讯号，于电源开关导通时，藉由充电讯号对能量储存装置进行储能而产生电压限制讯号，且其中电压限制讯号正比于电源开关之切换电流，而可藉由电压限制讯号来控制电源转换器的电源开关。

另一方面，本发明的输出调整电路可更包含有第二转换电路，第二转换电路接收来自于电源转换器之第二等比电压，并将第二等比电压转换为放电讯号，于电源开关截止时，藉由放电讯号对能量储存装置进行释能而产生电压限制讯号，且其中电压限制讯号正比于电源转换器的输出电压，而可藉由电压限制讯号来控制电源转换器的电源开关。

采用上述方案后，本发明的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路及其方法可以在无感测损失的情况下控制电源转换器的电源开关，且因为不具有感测电阻，也可使电源转换器于大电流下更加稳定。 

附图说明

图1为习知电源转换器之电流感测电路之示意图。

图2为本发明无感测损失的电源转换器之输出调整电路之较佳实施例示意图。

图3为图2中第一转换电路与第二转换电路之示意图。

图4为本发明于连续电连操作模式下之波形示意图。

图5为本发明于非连续电连操作模式下之波形示意图。

具体实施方式

根据本发明所揭露之无感测损失的电源转换器之输出调整电路，如图2所示，系显示本发明之较佳实施例示意图，电源转换器20包含有一次侧绕组(primary winding)21、二次侧绕组(secondarywinding)22、辅助绕组(auxiliary winding)23、电源开关24、控制电路25以及能量储存装置26，一次侧绕组21接收输入电压V_IN，并耦接于二次侧绕组22，而可使二次侧绕组22感应产生讯号而输出输出电压V_O，一次侧绕组21亦连接于电源开关24。

而控制电路25连接于一次侧绕组21与电源开关24，而藉由控制电源开关24之导通/截止来控制电源转换器20。一次侧绕组21与二次侧绕组22系为反向(inversely)。

当电源开关24处于导通状态(on-time period)时，一次侧绕组21上的电流可由方程式(1)得知：

$\mathrm{\Δ}{I}_{L-\mathrm{on}}=\frac{V_{\mathrm{IN}}}{L}\×T_{\mathrm{on}}---\left(1\right)$

其中T_on系为电源开关24导通时间。

L系为一次侧绕组21之电感值。

而辅助绕组23与二次侧绕组22并非反向，故当电源开关24为截止状态(off-time period)，辅助绕组23上会产生反射电流(reflectedcurrent)，可由方程式(2)得知：

$\mathrm{\Δ}{I}_{L-\mathrm{off}}=n\×\frac{V_{\mathrm{bus}}}{L}\×T_{\mathrm{off}}---\left(2\right)$

其中T_OFF为电源开关24截止时间。

L系为一次侧绕组21之电感值。

n系为一次侧绕组21与二次侧绕组22的匝数比。

控制电路25包含有第一转换电路251、第二转换电路252、震荡电路(OSC)253、触发器(flip-flop)254、比较器255以及开关256、257。震荡电路253连接于触发器254之频率输入端(clock-inputterminal)CK，辅助绕组23则连接于触发器254的D输入端(D-inputterminal)D，而重置输入端(reset-input terminal)R则连接于比较器255的输出端，输出端(output terminal)Q则连接于电源开关24以及第一转换电路251下方的开关256，另外一个输出端

则连接于第二转换电路252上方之开关257。

第一转换电路251具有第一等比电压V₁，且第一等比电压V₁正比于电源转换器20之输入电压V_IN，如图2所示，第一等比电压V₁系可由输入电压V_IN透过电阻R_C、R_D分压获得，然而，根据本发明相同的精神下，只要是从电源转换器20任何位置所获得之第一等比电压V₁，仅要满足等比于输入电压V_IN即可，并不限定取得的位置，甚至额外增加信号产生器来产生第一等比电压V₁也可。然而，为了避免额外增加成本，因一般习知电源转换器20已具有的电阻R_C、R_D来取得分压为较佳的方式。

接着第一转换电路251会将第一等比电压V₁转换为充电讯号，而于电源开关24导通状态下，触发器254的输出端Q会发送控制讯号S₁至开关256，控制开关256导通，使得充电讯号对能量储存装置26来进行储能，能量储存装置26可为电容、电感或是任何可以储存能量的装置，此实施例系以电容做为说明。储能后，能量储存装置26可以产生电压限制讯号V_L，至比较器255，透过与参考电压V_R来相互比较而能控制电源转换器20之电源开关24。

第二转换电路252具有第二等比电压V₂，且第二等比电压V₂正比于电源转换器20之输出电压V_O。如图2所示，第二等比电压V₂系可透过辅助绕组取得与输出电压V_O等比的电压分压再透过电阻R_A、R_B分压获得，然而，根据本发明相同的精神下，只要是从电源转换器20任何位置所获得之第二等比电压V₂，仅要满足等比于输出电压V_O即可，并不限定取得的位置，甚至额外增加信号产生器来产生第二等比电压V₂也可，然而，为了避免额外增加成本，因一般习知电源转换器20已具有的电阻R_A、R_B来取得分压为较佳的方式。

接着第二转换电路252会将第二等比电压V₂转换为放电讯号，而于电源开关24截止状态下，触发器254的输出端

会发送控制讯号S₂至开关257，控制开关257导通，使得放电讯号对能量储存装置26来进行释能，此时能量储存装置26产生电压限制讯号V_L至比较器255，透过与参考电压V_R,来相互比较而能控制电源转换器20之电源开关24。

图3为图2中第一转换电路251与第二转换电路252之电路示意图。如图3所示，第一转换电路251包含有第一电压/电流转换器(firstvoltage-current converter、)31以及第一电流镜射电路(first current mirrorcircuit)32，第一电压/电流转换器31可将第一等比电压V₁转换为第一电流I₁，然后第一电流镜射电路32则可将第一电流I₁镜射为充电讯号S_C，而对能量储存装置26进行储能。此时，能量储存装置26上的电压限制讯号V_L可由方程式(3)得知：

$\mathrm{\Δ}{V}_{L-\mathrm{on}}=x\×\frac{V_{\mathrm{IN}}\×A}{C}\×\frac{T_{\mathrm{on}}}{R_x}---\left(3\right)$

其中x系为电流镜射转换比(current mirror transfer ratio)。

C系为能量储存装置之储能值。

V_IN系为电源转换器之输入电压。

A系为第一等比电压V₁之等比系数。

T_on系为电源开关24之导通时间。

Rx系为电压/电流转换比。

根据图2所示的实施态样，比例系数A应为

，比较方程式1、3，则可以发现能量储存装置26之电压限制讯号V_L系正比于电源开关24之切换电流，因此，我们可以拿电压限制讯号V_L来取代原本所需要的切换电流，而于电源开关24导通状态下传送至比较器255作为控制电源开关24的依据。

第二转换电路252包含有第二电压/电流转换器33以及两个第二电流镜射电路34、35，第二电压/电流转换器33可将第二等比电压V₂转换为第二电流I2，然后第二电流镜射电路34、35则可将第二电流I₂镜射为放电讯号S_D，而对能量储存装置26进行释能。此时，能量储存装置26上的电压限制讯号V_L则满足下列方程式：

$\mathrm{\Δ}{V}_{L-\mathrm{off}}=y\×\frac{V_O\×B}{C}\×\frac{T_{\mathrm{off}}}{R_y}\×N_x---\left(4\right)$

其中y系为电流镜射转换比率。

C系为能量储存装置之储能值。

V_O系为电源转换器之该输出电压。

B系为第二等比电压V₂之等比系数。

T_off系为该电源开关24之截止时间。

Nx系为电源转换器之辅助绕组23与二次侧绕组22的匝数比。

Ry系为电压/电流转换比率。

根据图2所示的实施态样比例系数B应为，比较方程式2、4，则可以发现能量储存装置26之电压限制讯号V_L系正比于电源开关24之切换电流，因此，我们可以拿电压限制讯号V_L来取代原本所需要的切换电流，而于电源开关24截止状态下传送至比较器255作为控制电源开关24的依据。

如图4所示，系为本发明于连续电流模式(continuous conductionmode)操作下之波形图，而如图5所示，系为本发明于非连续电流模式(discontinuous conduction mode)操作下之波形图，可以看出，不论是在何种模式下操作，皆可透过对能量储存装置26储能、释能所产生之电压限制讯号来控制电源转换器20之电源开关24。

虽然本发明以前述之较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，该电源转换器包含有一电源开关，其特征在于：该输出调整方法包含下列步骤：

取得一充电讯号，该充电讯号等比于该电源转换器之一输入电压；

于该电源开关导通时根据该充电讯号对一能量储存装置储能以产生一电压限制讯号，且该电压限制讯号等比于该电源开关之一切换电流；以及

根据该能量储存装置之该电压限制讯号控制该电源开关。

2.根据权利要求1所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该取得该充电讯号的步骤，系包含下列步骤：

取得一第一等比电压，该第一等比电压系等比于该电源转换器之该输入电压；

转换该第一等比电压为一第一电流；及

转换该第一电流成为该充电讯号。

3.根据权利要求2所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该第一等比电压系由该电源转换器之该输入电压取得。

4.根据权利要求3所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中于该电源开关导通时该电压限制讯号系满足下列方程式：

其中，x系为电流镜射转换比；

C系为该能量储存装置之储能值；

V_IN系为该电源转换器之该输入电压；

A系为该第一等比电压之等比系数；

T_on系为该电源开关之导通时间；及

Rx系为电压/电流转换比率。

5.根据权利要求1所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：更包含下列步骤：

取得一放电讯号，该放电讯号等比于该电源转换器之一输出电压；

于该电源开关截止时根据该放电讯号对该能量储存装置进行释能以调整该电压限制讯号；以及

透过该能量储存装置之该电压限制讯号控制电源转换器之电源开关。

6.根据权利要求5所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该取得该放电讯号的步骤，系包含下列步骤：

取得一第二等比电压，该第二等比电压系等比于该电源转换器之该输出电压；

转换该第二等比电压为一第二电流；及

转换该第二电流进行成为该放电讯号。

7.根据权利要求6所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该第二等比电压系由该电源转换器之该输出电压取得。

8.根据权利要求5所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该电源开关截止时该电压限制讯号系满足下列方程式：

其中，y系为电流镜射转换比；

C系为该能量储存装置之储能值；

V_O系为该电源转换器之该输出电压；

B系为该第二等比电压之等比系数；

T_off系为该电源转换器之截止时间；

Nx系为该电源转换器之辅助绕组与二次侧绕组的匝数比；及

Ry系为电压/电流转换比率。

9.根据权利要求5所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整方法，其特征在于：其中该能量储存装置之该电压限制讯号系等比于该电源转换器之该输出电压。

10.一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：该电源转换器包含有一次侧绕组、一二次侧绕组、一辅助绕组与一电源开关，该输出调整电路系包含有：

一第一转换电路，由该第一转换电路接收一第一等比电压，并将该第一等比电压转换成一充电讯号；及

一能量储存装置，于该电源开关导通时接收该充电讯号予以储能；

其中该能量储存装置产生一电压限制讯号，该电压限制讯号等比于该电源开关之一切换电流，而可控制该电源开关。

11.根据权利要求10所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中该第一转换电路系包含有：

一第一电压/电流转换器，用以将该第一等比电压转换为一第一电流；及

一第一电流镜射电路，将该第一电流进行转换成为该充电讯号。

12.根据权利要求11所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中于该电源开关导通时该电压限制讯号系满足下列方程式：

其中，x系为电流镜射转换比；

C系为该能量储存装置之储能值；

V_IN系为该电源转换器之该输入电压；

A系为该第一等比电压之等比系数；

T_on系为该电源开关之导通时间；及

Rx系为电压/电流转换比。

13.根据权利要求10所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中该能量储存装置系为一电容。

14.根据权利要求10所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中该能量储存装置系为一电感。

15.根据权利要求10所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：更包含有：

一第二转换电路，由该第二转换电路接收一第二等比电压，并将该第二等比电压转换成一放电讯号；及

其中于该电源开关截止时该放电讯号对该能量储存装置进行释能，且该能量储存装置产生该电压限制讯号，该电压限制讯号等比于该电源转换器之一输出电压，而可控制该电源开关。

16.根据权利要求15所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中该第二转换电路系包含有：

一第二电压/电流转换器，用以将该第二等比电压转换为一第二电流；及

两个第二电流镜射电路，将该第二电流进行转换成为该放电讯号。

17.根据权利要求15所述的一种无感测损失的电源转换器之输出调整电路，其特征在于：其中该电源开关截止时该电压限制讯号系满足下列方程式：

其中，y系为电流镜射转换比；

C系为该能量储存装置之储能值；

V_O系为该电源转换器之该输出电压；

B系为该第二等比电压之等比系数；

T_off系为该电源开关截止时间；

Nx系为该电源转换器之辅助绕组与二次侧绕组的匝数比；及

Ry系为电压/电流转换比。

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