CN101425752B - 可调整前缘遮蔽时间的控制电路及电源转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可调整前缘遮蔽时间的控制电路，应用于一电源转换系统。该控制电路包含一可变充电电流产生电路，用以根据该反馈信号产生一与该反馈信号的电压值成比例的一充电电流；一电容；一充放电开关，耦接该电容，当该电源转换系统的功率开关导通时该充放电开关截止，当该功率开关截止时该充放电开关导通；一第一比较器，其一输入端耦接该电容及该充放电开关，当该电容的充电电压达到该第一比较器的参考电压时，该第一比较器的输出信号使该电源转换系统启动该过电流保护机制。该控制电路根据与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号决定一遮蔽时间，使该电源转换系统在该遮蔽时间内不启动一过电流保护机制。

Description

可调整前缘遮蔽时间的控制电路及电源转换系统

技术领域

本发明涉及一种前缘遮蔽(leading edge blanking)时间的控制电路，特别是一种可调整前缘遮蔽时间的控制电路及包含该控制电路的电源转换系统。

背景技术

图1显示公知的反驰式电源转换器(flyback converter)10。脉冲调制(pulsewidth modulation；PWM)控制芯片100自其输出管脚(pin)OUT输出一脉冲调制信号VPWM控制功率开关101的导通与截止，以将输入电压Vin转换成输出电压Vout，而为了避免反驰式电源转换器10的一次侧电流Ip过大造成元件损毁，脉冲调制控制芯片100更侦测电流检测(current sensing)管脚CS的电压准位Vcs(Vcs＝Rs×Ip，一次侧电流Ip流经感测电阻Rs所产生)，当Vcs达到一预设的过电流保护(over current protection)参考电压准位时，脉冲调制控制芯片100即启动一过电流保护机制，管脚OUT不再输出脉冲调制信号VPWM，使得功率开关101截止，一次侧电流Ip截止，进而防止过电流现象发生。

然而，功率开关101导通的瞬间会有突波(spike)产生，使电流检测管脚CS所侦测到的电压准位Vcs瞬间提高，因此容易误触发脉冲调制控制芯片100的过电流保护机制，而在没有过电流发生的情况下误将功率开关101截止，影响电源转换器10的运作。一种解决的方法是在脉冲调制控制芯片100中增设一前缘遮蔽机制，脉冲调制控制芯片100于功率开关101导通瞬间的前缘遮蔽时间内忽略电流检测管脚CS所侦测的电压信号(即不执行过电流检测)，直到预设的遮蔽时间过后才恢复正常的过电流检测。

目前采取电流模式(current mode)控制的脉冲调制控制芯片多半内建一固定前缘遮蔽时间的控制电路，然而采取固定的前缘遮蔽时间的控制电路会造成以下两个缺点。

在功率开关101刚截止时，其漏极电压为Vd＝Vin+(Vout/N)+Ip*(Lk/Cd)^1/2，其中N为变压器二次侧绕组与一次侧绕组的圈数比，Lk为变压器一次侧的漏感，Cd为功率开关101的杂散电容。当电源转换器10在开机时，二次侧电流Is对输出电容Co充电，使得输出电压Vout由0慢慢增加，若输出端负载为满载的情况下，将使得输出电压Vout增加的速度更慢，由Vout＝L*(dIs/dt)的公式可知变压器T1的一次侧能量很难充分释放至变压器的二次侧，又因为在前缘遮蔽时间内，功率开关101为导通状态，若固定的前缘遮蔽时间过长，将使一次侧电流Ip累积到很大的值，加上若电源转换器10的输入电压Vin也很高时，功率开关101的漏极电压Vd可能会过高而导致功率开关101损坏。

脉冲调制控制芯片多半具有间歇工作模式(burst mode)的功能，此操作模式如下：在输出端负载为轻载的情况下，脉冲调制控制芯片100进入间歇工作模式，此时若脉冲调制控制芯片100的反馈信号VCOMP的电压值低于某一门槛准位时，管脚OUT停止输出脉冲调制信号VPWM，当反馈信号VCOMP的电压值高于此一门槛准位时，系统进入正常的电流模式控制，管脚OUT又输出脉冲调制信号VPWM，使得反馈信号VCOMP的电压值会在此一门槛准位附近呈现近似弦波的波形。在脉冲调制控制芯片100进入间歇工作模式时，若前缘遮蔽时间过短，由输入端Vin送入系统的能量便较小，如此将使反馈信号VCOMP所呈现近似弦波的频率变高，这将造成系统有较高的切换损失，使系统的省电功能变差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可调整前缘遮蔽时间的控制电路，应用于一电源转换系统，该控制电路根据与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号调整一遮蔽时间，使该电源转换系统在该遮蔽时间内不启动一过电流保护机制，该控制电路包含一可变充电电流产生电路、一电容、一充放电开关、一充电电流限流电路以及一第一比较器。该可变充电电流产生电路根据该反馈信号产生一与该反馈信号的电压值成正比的一充电电流。该充放电开关耦接该电容，当该电源转换系统的功率开关导通时该充放电开关截止，使该充电电流对该电容进行充电，当该功率开关截止时该充放电开关导通，使该电容进行放电。该充电电流限流电路用以当该充放电开关截止，且该反馈信号的电压值小于一第一门槛值时，提供一固定最小值的充电电流对该电容充电，并在该反馈信号的电压值大于一第二门槛值时，提供一固定最大值的充电电流对该电容充电。该第一比较器的一输入端耦接该电容及该充放电开关，当该电容的充电电压达到该第一比较器的参考电压时，该第一比较器的输出信号使该电源转换系统启动该过电流保护机制。从该功率开关开始导通，直到该电容的充电电压达到该第一比较器的参考电压的时间间隔为该遮蔽时间。

该电源转换系统包含一变压器，一反馈电路，一功率开关，一脉冲调制信号产生器，一过电流保护机制及一可调整前缘遮蔽时间的控制电路。反馈电路，耦接至该电源转换系统输出端，以输出与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号，功率开关，与该变压器的一次侧绕组串联，脉冲调制信号产生器，用以产生一脉冲调制信号以控制该功率开关，并根据该反馈信号决定该脉冲调制信号的责任周期，过电流保护电路，用以当流经该一次侧绕组的电流大于一预设值时，使该脉冲调制信号产生器输出的脉冲调制信号使该功率开关截止，该控制电路根据与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号调整一遮蔽时间，使该电源转换系统在该遮蔽时间内不启动该过电流保护电路。

该可调整前缘遮蔽时间的控制电路更包含一充电电流限流的机制，当反馈信号的电压值小于一第一门槛值时，一固定最小值的充电电流在该电源转换系统的功率开关导通时对该电容进行充电。当反馈信号的电压值大于一第二门槛值时，一固定最大值的充电电流在该电源转换系统的功率开关导通时对该电容进行充电。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为公知的反驰式转换器；

图2a显示本发明可调整前缘遮蔽时间的电源转换系统；

图2b显示本发明第一实施例的可调整前缘遮蔽时间的控制电路；

图3显示本发明第二实施例的可调整前缘遮蔽时间的控制电路；

图4显示本发明电源转换系统的前缘遮蔽时间与反馈信号电压值的关系。

其中，附图标记

10    反驰式电源转换器

100    脉冲调制控制芯片

101    功率开关

20     电源转换系统

T1、T2 变压器

202    功率开关

Rs     电流感测电阻

290    反馈电路

2000   脉冲调制控制器

200    控制电路

201    脉冲调制信号产生器

204    过电流比较器

205    逻辑门

210    电压/电流转换电路

220    电流镜电路

232    电容

234    充放电开关

240    第一比较器

250    第二比较器

260    第一电流源

270    第二电流源

300    前缘遮蔽时间的控制电路

350    第三比较器

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

图2a显示本发明实施例的可调整前缘遮蔽时间的电源转换系统20。

该电源转换系统20包含一变压器T2、一功率开关202、一电流感测(currentsensing)电阻Rs、一反馈电路290以及一脉冲调制控制器2000。反馈电路290输出一反馈信号VCOMP，其电压值与电源转换系统20输出端的负载大小成正比。

脉冲调制控制器2000包含一可调整前缘遮蔽时间的控制电路200、一脉冲调制信号产生器201、一过电流比较器204以及一逻辑门205。脉冲调制信号产生器201根据反馈信号VCOMP产生一脉冲调制信号VPWM，以控制该功率开关202。

过电流比较器204，具有一第一输入端(反相输入端)与一第二输入端(非反相输入端)，第一输入端接收一过电流保护参考电压Vref0，第二输入端接收一感测电压Vcs(Vcs＝Rs×Ip，一次侧电流Ip流经感测电阻Rs所产生)。

图2b显示本发明第一实施例的可调整前缘遮蔽时间的控制电路200，该控制电路200包含一电压/电流转换电路210、一电流镜电路220、一电容232以及一充放电开关234、一第一比较器240、一第二比较器250、一第一电流源260以及一第二电流源270。

电压/电流转换电路210根据反馈信号VCOMP产生一与该反馈信号VCOMP的电压值成正比的第一电流IR1(IR1＝VCOMP/R1)；电流镜电路220根据该第一电流IR1产生一与该第一电流IR1相同的第二电流Ia。故电压/电流转换电路210与电流镜电路220构成一可变充电电流产生电路。

在功率开关202导通时(即脉冲调制信号VPWM为逻辑高准位)，充放电开关234(NMOS晶体管截止，充电电流IC1对电容232充电，此时充电电流IC1由第二电流Ia提供，当电容232上的电压VC1充电至第一比较器240的参考电压Vref1时，第一比较器240的输出信号VLEB由逻辑低准位转为逻辑高准位，使得逻辑门205的输出信号不会被固定在逻辑低准位(请参照图2a)，换言之，过电流比较器204的输出信号可透过逻辑门205传递给脉冲调制信号产生器201，此时若感测电压Vcs达到过电流保护参考电压Vref0的准位时，脉冲调制信号产生器201根据过电流比较器204输出的逻辑高准位信号，脉冲调制信号产生器201输出的脉冲调制信号VPWM将由逻辑高准位转为逻辑低准位，功率开关202将由导通状态转为截止状态。

在功率开关202截止时(即脉冲调制信号VPWM为逻辑低准位)，充放电开关234导通，因此电容232透过充放电开关234进行放电，直到电容232上的电压VC1降为零。

从功率开关202开始导通，导致电容232开始进行充电，直到电容232上的电压VC1充电至第一比较器240的参考电压Vref1，这一段时间可称为前缘遮蔽时间TLEB，在此段前缘遮蔽时间TLEB之内，第一比较器240的输出信号VLEB为逻辑低准位，使得逻辑门205的输出信号被固定于逻辑低准位，此时若感测电压Vcs达到过电流保护参考电压Vref0的准位时，过电流比较器204输出端的高逻辑准位信号即无法透过逻辑门205传递给脉冲调制信号产生器201，脉冲调制信号产生器201输出的脉冲调制信号VPWM仍将维持为逻辑高准位，功率开关202维持导通状态。

若反馈信号VCOMP的电压值降低，第一电流IR1与第二电流Ia亦随之变小，当反馈信号VCOMP的电压值小于一第一门槛值Vth1，也就是第二比较器250的参考电压Vref2时，第二比较器250输出一逻辑低准位信号，使得三极管Q1截止，三极管Q2导通，此时充电电流IC1由一第一电流源260提供，充电电流IC1被限制在一最小值，也就是第一电流源260的电流值，功率开关202导通后，电容232上的电压VC1会被以最慢的速度充电至第一比较器240的参考电压Vref1，故前缘遮蔽时间TLEB会被限制在一固定的最大值。如此当反馈信号VCOMP的电压值降低到很小时，可避免前缘遮蔽时间TLEB过长而超出合理范围。

若反馈信号VCOMP的电压值升高，第一电流IR1与第二电流Ia亦随之变大，当反馈信号VCOMP的电压值大于一第二门槛值Vth2时，致使第一电流IR1与第二电流Ia的电流值的总和超过一第二电流源270的电流值时，因为第二电流源270无法再提供更多的电流，加上电流镜220的作用，第一电流IR1与第二电流Ia会各自被箝制在第二电流源270的电流值的一半，故第二门槛值Vth2等于[(1/2)×(第二电流源270电流值)×电阻R1]，此时三极管Q1导通，三极管Q2截止(当反馈信号VCOMP的电压值大于第二比较器250的参考电压Vref2时，第二比较器输出一逻辑高准位信号，使得三极管Q1导通，三极管Q2截止)，故充电电流IC1等于第二电流Ia，此时充电电流IC1有最大值，即第二电流源270的电流值的一半，功率开关202导通后，电容232上的电压VC1会被以最快的速度充电至第一比较器240的参考电压Vref1，故前缘遮蔽时间TLEB会被限制在一固定的最小值。如此当反馈信号VCOMP的电压值升高到很大时，可避免前缘遮蔽时间TLEB过短而超出合理范围。

当反馈信号VCOMP的电压值介于第一门槛值Vth1(参考电压Vref2)和第二门槛值Vth2之间时，三极管Q1导通，三极管Q2截止，充电电流IC1即为第二电流Ia，第二电流Ia的值与第一电流IR1的值相同，均为VCOMP/R1，因此当反馈信号VCOMP的电压值越大，则充电电流IC1越大，因此前缘遮蔽时间TLEB越短，亦即前缘遮蔽时间TLEB与反馈信号VCOMP的电压值成反比。

图3所示为本发明的第二实施例，与本发明第一实施例的可调整前缘遮蔽时间的控制电路200相比较，第二实施例的可调整前缘遮蔽时间的控制电路300增加了一第三比较器350，其参考电压为Vref3；并且第二电流源270的配置也与第一实施例不相同。

在第二实施例参考电压为Vref3作为第二门槛值Vth2，参考电压为Vref2作为第一门槛值Vth1。当反馈信号VCOMP的电压值介于参考电压Vref2和参考电压Vref3之间时(第一门槛值Vth1＜VCOMP的电压值＜第二门槛值Vth2)，第二比较器250与第三比较器350皆输出一逻辑高准位信号，使得三极管Q1与三极管Q4导通，三极管Q2与三极管Q5截止，充电电流IC1由第二电流Ia提供，第二电流Ia的值与第一电流IR1的值相同，均为VCOMP/R1，因此当反馈信号VCOMP的电压值越大，则充电电流IC1越大，因此前缘遮蔽时间TLEB越短，亦即前缘遮蔽时间TLEB与反馈信号VCOMP的电压值成反比。

当反馈信号VCOMP的电压值小于第一门槛值Vth2，也就是参考电压Vref2时，第二比较器250输出一逻辑低准位信号，第三比较器350输出一逻辑高准位信号，使得三极管Q2与Q4导通，三极管Q1与Q5截止，此时充电电流IC1由第一电流源260提供，充电电流IC1被限制在一最小值，也就是第一电流源260的电流值，功率开关202导通后，电容232上的电压VC1会被以最慢的速度充电至第一比较器240的参考电压Vref1，故前缘遮蔽时间TLEB会被限制在一固定的最大值。如此当反馈信号VCOMP的电压值降低到很小时，可避免前缘遮蔽时间TLEB过长而超出合理范围。

若反馈信号VCOMP的电压值大于参考电压Vref3，三极管Q1与三极管Q5导通，三极管Q2与三极管Q4截止，此时充电电流IC1由第二电流源270提供，充电电流IC1被限制在一最大值，也就是第二电流源270的电流值，当功率开关202导通后，电容232上的电压VC1会被以最快的速度充电至第一比较器240的参考电压Vref1，故前缘遮蔽时间TLEB会被限制在一固定的最小值。如此当反馈信号VCOMP的电压值升高到很大时，可避免前缘遮蔽时间TLEB过短而超出合理范围。

图4显示本发明第一实施例以及第二实施例的电源转换系统20的前缘遮蔽时间TLEB与反馈信号VCOMP电压值的关系。当反馈信号VCOMP的电压值小于第一门槛值Vth1时，前缘遮蔽时间TLEB会有一固定的最大值TLEB(MAX)，当反馈信号VCOMP的电压值大于第二门槛值Vth2时，前缘遮蔽时间TLEB会有一固定的最小值，当反馈信号VCOMP的电压值介于第一门槛值Vth1及第二门槛值Vth2的范围内时(第一门槛值Vth1＜VCOMP的电压值＜第二门槛值Vth2)，前缘遮蔽时间TLEB的长短与反馈信号VCOMP的电压值成反比。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调整前缘遮蔽时间的控制电路，应用于一电源转换系统，该控制电路根据与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号调整一遮蔽时间，使该电源转换系统在该遮蔽时间内不启动一过电流保护机制，其特征在于，该控制电路包含：

一可变充电电流产生电路，用以根据该反馈信号产生一与该反馈信号的电压值成正比的一充电电流；

一电容；

一充放电开关，耦接该电容，当该电源转换系统的功率开关导通时该充放电开关截止，使该充电电流对该电容进行充电，当该功率开关截止时该充放电开关导通，使该电容进行放电；

一充电电流限流电路，用以当该充放电开关截止，且该反馈信号的电压值小于一第一门槛值时，提供一固定最小值的充电电流对该电容充电，并在该反馈信号的电压值大于一第二门槛值时，提供一固定最大值的充电电流对该电容充电；以及

一第一比较器，其一输入端耦接该电容及该充放电开关，当该电容的充电电压达到该第一比较器的参考电压时，该第一比较器的输出信号使该电源转换系统启动该过电流保护机制；

其中从该功率开关开始导通，直到该电容的充电电压达到该第一比较器的参考电压的时间间隔为该遮蔽时间。

2.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该控制电路更包含一第二比较器，其一输入端耦接该反馈信号，其另一输入端耦接一第二参考电压，当该反馈信号的电压值低于该第二参考电压时，该固定最小值的充电电流在该电源转换系统的功率开关导通时对该电容进行充电。

3.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该固定最小值的充电电流由一第一电流源提供。

4.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该控制电路更包含一第三比较器，其一输入端耦接该反馈信号，其另一输入端耦接一第三参考电压，当该反馈信号的电压值高于该第三参考电压时，该固定最大值的充电电流在该电源转换系统的功率开关导通时对该电容进行充电。

5.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该固定最大值的充电电流由一第二电流源提供。

6.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该充放电开关的导通与截止受一脉冲调制信号控制。

7.根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，其特征在于，该可变充电电流产生电路包含：

一电压/电流转换电路，用以根据该反馈信号产生一与该反馈信号的电压值成正比的一第一电流；以及

一电流镜电路，用以根据该第一电流产生一与该第一电流相同的该充电电流。

8.一种电源转换系统，其特征在于，包含：

一变压器；

一反馈电路，耦接至该电源转换系统输出端，以输出与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号；

一功率开关，与该变压器的一次侧绕组串联；

一脉冲调制信号产生器，用以产生一脉冲调制信号以控制该功率开关，并根据该反馈信号决定该脉冲调制信号的责任周期；

一过电流保护电路，用以当流经该一次侧绕组的电流大于一预设值时，使该脉冲调制信号产生器输出的脉冲调制信号使该功率开关截止；以及

一根据权利要求1所述的可调整前缘遮蔽时间的控制电路，该控制电路根据与该电源转换系统输出端的负载大小相关的一反馈信号调整一遮蔽时间，使该电源转换系统在该遮蔽时间内不启动该过电流保护电路。

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