CN101588128A - 驰返式电源转换器的控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
一种驰返式电源转换器的控制电路，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包括一补偿电路和一脉宽调变电路，其特征在于：所述补偿电路以一锯齿波补偿一第一回授信号产生一第二回授信号，所述第一回授信号为所述输出电压的函数；所述脉宽调变电路根据所述第二回授信号和一感测信号产生所述控制信号，所述感测信号为通过所述功率开关的电流的函数。
Description
技术领域
本发明涉及一种驰返式电源转换器，具体地说，是一种驰返式电源转换器的控制电路及方法。
背景技术
所有的电子装置都需要电源来进行操作，在电源供应器中，由于切换式电源转换器具有较好的效能和能提供适当输出调节，因此被广泛地应用。然而，当切换式电源转换器的负载为轻载时，将因切换损失(switching loss)而造成效能降低，为了改善电源转换器在轻载时的效能，有人提出一种休眠模式(burst mode)来减少轻载时的平均切换频率及切换损失。图1显示已知的电流模式驰返式电源转换器10，其中整流器12将交流电压Vac整流产生直流的输入电压Vin，控制电路16检测通过功率开关18的电流得到感测信号Vcs，并根据感测信号Vcs及回授信号Vcomp产生控制信号VGATE切换功率开关18以使变压器14将输入电压Vin转换为输出电压Vo，光耦合器(opto-coupler)20根据输出电压Vo产生回授信号Vcomp回授至控制电路16，其中回授信号Vcomp为输出电压Vo的函数。
图2显示图1中的控制电路16，其中休眠电路22包括磁滞比较器24根据回授信号Vcomp及预设的电压Burst_level产生遮蔽信号Smask以遮蔽时脉CLK，在控制电路16中，脉宽调变(pulse widthmodulation；PWM)电路28包含比较器30比较感测信号Vcs及回授信号Vcomp产生比较信号Sc，正反器32根据与门26的输出及比较信号Sc产生控制信号VGATE。图3显示图2中信号的波形，其中波形34是负载，波形36为回授信号Vcomp，波形38为控制信号VGATE。参照图2及图3，在正常操作期间，如时间t1至t2，即负载为重载时，回授信号Vcomp大于电压VBURH及VBURL，如波形36所示，因此时脉CLK没有被遮蔽，因而持续输出控制信号VGATE切换功率开关18，如波形38所示，其中电压VBURH及VBURL是磁滞比较器24根据电压Burst_level而产生的磁滞边界，在时间t2时，负载由重载转为轻载，因此回授信号Vcomp开始下降，当回授信号Vcomp低于电压VBURL时，如时间t3所示，电源转换器10进入休眠模式。在休眠模式期间，当回授信号Vcomp低于电压VBURL时，遮蔽信号Smask的逻辑准位转为“0”以遮蔽时脉CLK，直至回授信号Vcomp高于电压VBURH时，如时间t4所示，遮蔽信号Smask的逻辑准位才转为“1”以释放时脉CLK，因而产生休眠周期(burst cycle)以调节输出电压Vo以及传送足够的输出能量，休眠周期如图3的时间t3至t5所示。
图4显示在不同输入电压Vin下的感测信号Vcs，其中波形40为回授信号Vcomp，波形42为高输入电压Vin时的感测信号Vcs，波形44为低输入电压Vin时的感测信号Vcs。图5显示在不同输入电压Vin下的休眠模式进入点，其中波形46为电压VBRUH，波形48为电压VBRUL，波形50为高输入电压Vin时的回授信号Vcomp，波形52为低输入电压Vin时的回授信号Vcomp。参照图1及图4，当输入电压Vin为高压时，感测信号Vcs的上升速度较快，如波形42所示，当输入电压Vin为低压时，感测信号Vcs的上升速度较慢，如波形44所示，当感测信号Vcs达到回授信号Vcomp时，由于信号的传递延迟(propagating delay)，故必须再经一段传递延迟时间Tp，功率开关18才会关闭(turn off)，此外高输入电压Vin时的感测信号Vcs上升比较快，因此高输入电压Vin的感测信号Vcs峰值将比低输入电压Vin的感测信号Vcs高，也就是说，高输入电压Vin时变压器14一次侧上电流I1的峰值将比低输入电压Vin时的电流I1高。在休眠模式期间，电流I1的最小脉冲
I1min＝(Burst_level/Rcs)+(Vin/Lm)×Tp 公式1
其中，Lm为激磁电感。由于电源转换器10进入休眠模式后，每一休眠周期的平均频率将在可听见的噪音范围100Hz～20kHz，因此，电流I1越高噪音将变得越严重。此外，电流I1的峰值不同也将导致回授信号Vcomp的改变，参照图5，在高输入电压Vin时，电流I1具有较高的峰值，因此回授信号Vcomp的准位较低，如波形50所示，这将造成电源转换器10较快进入休眠模式，在低输入电压Vin时，电流I1具有较低的峰值，因此回授信号Vcomp的准位较高，如波形52所示，故低输入电压Vin的休眠模式进入点B晚于高输入电压Vin的休眠模式进入点A。
因此已知的补偿传递延迟的补偿休眠模式存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种可以补偿传递延迟进而补偿休眠模式进入点的驰返式电源转换器的控制电路及方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种驰返式电源转换器的控制电路，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包括一补偿电路和一脉宽调变电路，其特征在于：
所述补偿电路以一锯齿波补偿一第一回授信号产生一第二回授信号，所述第一回授信号为所述输出电压的函数；
所述脉宽调变电路根据所述第二回授信号和一感测信号产生所述控制信号，所述感测信号为通过所述功率开关的电流的函数。
本发明的驰返式电源转换器的控制电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述脉宽调变电路包括：
一比较器比较所述第二回授信号和所述感测信号，且产生一比较信号；
一正反器根据所述比较信号和一时脉产生所述控制信号。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述补偿电路包括一加法器，所述加法器具有一正输入连接所述第一回授信号、一负输入连接所述锯齿波以及一输出提供所述第二回授信号。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中还包括一休眠电路，所述休眠电路根据所述第一回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述休眠电路包括一比较器，所述比较器根据所述第一回授信号及默认值产生一遮蔽信号以减少所述功率开关的切换次数。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述比较器包括一磁滞比较器。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述锯齿波用以稳定所述休眠模式的进入点。
一种驰返式电源转换器的控制方法，所述电源转换器包含连接一功率开关的一变压器，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：
第一步骤：检测所述输出电压产生一第一回授信号；
第二步骤：检测通过所述功率开关的电流产生一感测信号；
第三步骤：根据所述第一回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式；
第四步骤：补偿所述第一回授信号产生一第二回授信号；
第五步骤：根据所述第二回授信号及感测信号产生所述控制信号；
其中，补偿所述第一回授信号是为了让所述休眠模式的进入点不受所述输入电压的影响。
本发明的驰返式电源转换器的控制方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述产生所述控制信号的步骤包括：
第一步骤：比较所述第二回授信号及感测信号，并产生一比较信号；
第二步骤：根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述决定所述电源转换器是否进入休眠模式的步骤包括根据所述第一回授信号及默认值产生一遮蔽信号遮蔽所述时脉。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述产生一第二回授信号的步骤包括将所述第一回授信号减去一锯齿波产生所述第二回授信号。
一种驰返式电源转换器的控制电路，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号而切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包括一补偿电路和一脉宽调变电路，其特征在于：
所述补偿电路以一锯齿波补偿一第一感测信号产生一第二感测信号，所述第一感测信号为通过所述功率开关的电流的函数；
所述脉宽调变电路，根据一回授信号及所述第二感测信号产生所述控制信号，所述回授信号为所述输出电压的函数。
本发明的驰返式电源转换器的控制电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述脉宽调变电路包括：
一比较器比较所述回授信号及第二感测信号，且产生一比较信号；
一正反器根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述补偿电路包括一加法器具有一第一正输入连接所述第一感测信号、一第二正输入连接所述锯齿波以及一输出提供所述第二感测信号。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中更包括一休眠电路根据所述回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述休眠电路包括一比较器根据所述回授信号及默认值产生一遮蔽信号以减少所述功率开关的切换次数。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述比较器包括一磁滞比较器。
前述的驰返式电源转换器的控制电路，其中所述锯齿波用以稳定所述休眠模式的进入点。
一种驰返式电源转换器的控制方法，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：
第一步骤：检测所述输出电压产生一回授信号；
第二步骤：检测通过所述功率开关的电流产生一第一感测信号；
第三步骤：根据所述回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式；
第四步骤：补偿所述第一感测信号产生一第二感测信号；
第五步骤：根据所述回授信号及所述第二感测信号产生所述控制信号；
其中，补偿所述第一感测信号是为了让所述休眠模式的进入点不受所述输入电压的影响。
本发明的驰返式电源转换器的控制方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述产生所述控制信号的步骤包括：
第一步骤：比较所述回授信号及第二感测信号，且产生一比较信号；
第二步骤：根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述决定所述电源转换器是否进入休眠模式的步骤包括根据所述回授信号及默认值产生一遮蔽信号遮蔽所述时脉。
前述的驰返式电源转换器的控制方法，其中所述产生所述第二感测信号的步骤包括将所述第一感测信号加上一锯齿波产生所述第二感测信号。
采用上述技术方案后，本发明的驰返式电源转换器的控制电路具有以下优点：
1.采用补偿电路补偿第一回授信号使休眠模式的进入点不受输入电压的影响。
2.采用补偿电路补偿第一感测信号使休眠模式的进入点不受输入电压的影响。
附图说明
图1显示已知的电流模式驰返式电源转换器；
图2显示图1中的控制电路；
图3显示图2中信号的波形；
图4显示在不同输入电压Vin下的感测信号Vcs；
图5显示在不同输入电压Vin下的休眠模式进入点；
图6显示本发明的第一实施例示意图；
图7显示图6中控制电路的更详细电路；
图8显示锯齿波Sramp的波形；
图9显示补偿后的回授信号Vcomp_c和不同输入电压Vin下感测信号Vcs的波形；
图10显示本发明的第二实施例示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图6，图6显示本发明的第一实施例。如图所示，同时请参照图1，以图6所示的控制电路54取代图1中的控制电路16。在控制电路54中，补偿电路56补偿回授信号Vcomp产生回授信号Vcomp_c，休眠电路58根据回授信号Vcomp及预设的电压Burst_level产生遮蔽信号Smask以决定电源转换器10是否进入休眠模式，脉宽调变电路60根据感测信号Vcs、回授信号Vcomp_c及遮蔽信号Smask产生控制信号VGATE以切换功率开关18。图7显示图6控制电路54的更详细电路，补偿电路56包括一加法器62具有正输入622连接回授信号Vcomp、负输入624连接与时脉CLK同步的锯齿波Sramp以及输出626输出信号Vcmop_c，由于输入电压Vin越高传递延迟的影响越大，而电流I1的峰值也越高，故将回授信号Vcomp减去锯齿波Sramp以使补偿后的回授信号Vcomp_c具有正斜率(right slope)，休眠电路58包括磁滞比较器64根据回授信号Vcomp及电压Burst_level产生遮蔽信号Smask至与门66以遮蔽时脉CLK，进而减少功率开关18的切换次数，脉宽调变电路60包括比较器68比较感测信号Vcs及信号Vcomp_c产生比较信号S2，正反器70具有设定端S连接与门66所输出的信号S1、重置端R连接信号S2以及输出端Q输出控制信号VGATE。
再请参阅图8和图9，图8显示锯齿波Sramp的波形，其具有一宽度w等于功率开关18的切换周期的6.25％，而其峰值及谷值之间的差值H约等于0.15V。图9显示补偿后的回授信号Vcomp_c以及不同输入电压Vin下的感测信号Vcs的波形，其中波形72为回授信号Vcomp_c，波形74为高输入电压下的感测信号Vcs，波形76为低输入电压Vin下的感测信号Vcs。在所述实施例中，补偿后的回授信号Vcomp_c的最大值与最小值之间的差约为0.15V，并具有正斜率，当输入电压Vin为高压时，感测信号Vcs上升速度快，如波形74所示，故对高输入电压Vin下的感测信号Vcs而言，回授信号Vcomp_c的准位较低，当输入电压Vin为低压时，感测信号Vcs上升速度慢，如波形76所示，故对低输入电压Vin下的感测信号Vcs而言，回授信号Vcomp_c的准位较高，由于高输入电压Vin的感测信号Vcs在较低的准位达到回授信号Vcomp_c，而低输入电压Vin的感测信号在较高的准位达到回授信号Vcomp_c，故在经过传递延迟时间Tp后，两者的峰值几乎相同，也就是说，不论是在高输入电压或低输入电压下，通过功率开关18的电流I1几乎相同，传递延迟的影响被最小化。
在以锯齿波Sramp补偿回授信号Vcomp后，在不同的输入电压Vin下通过功率开关18的电流I1几乎相同，故休眠模式的进入点不再因不同的输入电压Vin而改变，传递延迟的影响被最小化。在休眠模式下，电流I1的峰值也不再因高输入电压Vin而上升，故能减少噪音。
最后请参阅图10，图10显示本发明的第二实施例，在所述控制电路80中同样包括休眠电路58、脉宽调变电路60与与门66，此外，还包括补偿电路82用以补偿感测信号Vcs产生感测信号Vcs_c，脉宽调变电路60中的比较器68比较感测信号Vcs_c及回授信号Vcomp产生信号S2至正反器70的重置端R。补偿电路82包括加法器84具有两正输入842及844分别连接感测信号Vcs及锯齿波Sramp以及一输出846送出补偿后的感测信号Vcs_c。同样，在以锯齿波Sramp补偿感测信号Vcs后，可以使通过功率开关18的电流I1之峰值在不同的输入电压Vin下几乎相同，因而让休眠模式的进入点不再因不同的输入电压Vin而改变。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
组件符号说明
10 电源转换器
12 整流器
14 变压器
16 控制电路
18 功率开关
20 光耦合器
22 休眠电路
24 磁滞比较器
26 与门
28 脉宽调变电路
30 比较器
32 正反器
34 负载的波形
36 回授信号的波形
38 控制信号VGATE的波形
40 回授信号Vcomp的波形
42 感测信号Vcs的波形
44 感测信号Vcs的波形
46 电压VBURH的波形
48 电压VBURL的波形
50 回授信号Vcomp的波形
52 回授信号Vcomp的波形
54 控制电路
56 补偿电路
58 休眠电路
60 脉宽调变电路
62 加法器
622 加法器62的正输入
624 加法器62的负输入
626 加法器62的输出
64 磁滞比较器
66 与门
68 比较器
70 正反器
72 回授信号Vcomp_c的波形
74 感测信号Vcs的波形
76 感测信号Vcs的波形
80 控制电路
82 补偿电路
84 加法器
842 加法器84的正输入
844 加法器84的正输入
846 加法器84的输出
Claims (22)
1.一种驰返式电源转换器的控制电路，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包括一补偿电路和一脉宽调变电路，其特征在于：
所述补偿电路以一锯齿波补偿一第一回授信号产生一第二回授信号，所述第一回授信号为所述输出电压的函数；
所述脉宽调变电路根据所述第二回授信号和一感测信号产生所述控制信号，所述感测信号为通过所述功率开关的电流的函数。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述脉宽调变电路包括：
一比较器比较所述第二回授信号和所述感测信号，且产生一比较信号；
一正反器根据所述比较信号和一时脉产生所述控制信号。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述补偿电路包括一加法器，所述加法器具有一正输入连接所述第一回授信号、一负输入连接所述锯齿波以及一输出提供所述第二回授信号。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括一休眠电路，所述休眠电路根据所述第一回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述休眠电路包括一比较器，所述比较器根据所述第一回授信号及默认值产生一遮蔽信号以减少所述功率开关的切换次数。
6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述比较器包括一磁滞比较器。
7.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述锯齿波用以稳定所述休眠模式的进入点。
8.一种驰返式电源转换器的控制方法，所述电源转换器包含连接一功率开关的一变压器，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：
第一步骤：检测所述输出电压产生一第一回授信号；
第二步骤：检测通过所述功率开关的电流产生一感测信号；
第三步骤：根据所述第一回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式；
第四步骤：补偿所述第一回授信号产生一第二回授信号；
第五步骤：根据所述第二回授信号及感测信号产生所述控制信号。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述产生所述控制信号的步骤包括：
第一步骤：比较所述第二回授信号及感测信号，并产生一比较信号；
第二步骤：根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述决定所述电源转换器是否进入休眠模式的步骤包括根据所述第一回授信号及默认值产生一遮蔽信号遮蔽所述时脉。
11.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述产生一第二回授信号的步骤包括将所述第一回授信号减去一锯齿波产生所述第二回授信号。
12.一种驰返式电源转换器的控制电路，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号而切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，所述控制电路包括一补偿电路和一脉宽调变电路，其特征在于：
所述补偿电路以一锯齿波补偿一第一感测信号产生一第二感测信号，所述第一感测信号为通过所述功率开关的电流的函数；
所述脉宽调变电路，根据一回授信号及所述第二感测信号产生所述控制信号，所述回授信号为所述输出电压的函数。
13.如权利要求12所述的控制电路，其特征在于，所述脉宽调变电路包括：
一比较器比较所述回授信号及第二感测信号，且产生一比较信号；
一正反器根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
14.如权利要求12所述的控制电路，其特征在于，所述补偿电路包括一加法器具有一第一正输入连接所述第一感测信号、一第二正输入连接所述锯齿波以及一输出提供所述第二感测信号。
15.如权利要求12所述的控制电路，其特征在于，更包括一休眠电路根据所述回授信号及一默认值决定所述电源转换器是否进入休眠模式。
16.如权利要求15所述的控制电路，其特征在于，所述休眠电路包括一比较器根据所述回授信号及默认值产生一遮蔽信号以减少所述功率开关的切换次数。
17.如权利要求16所述的控制电路，其特征在于，所述比较器包括一磁滞比较器。
18.如权利要求15所述的控制电路，其特征在于，所述锯齿波用以稳定所述休眠模式的进入点。
19.一种驰返式电源转换器的控制方法，所述电源转换器包含一变压器连接一功率开关，所述功率开关由一控制信号切换以使所述变压器将一输入电压转换为一输出电压，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：
第一步骤：检测所述输出电压产生一回授信号；
第二步骤：检测通过所述功率开关的电流产生一第一感测信号；
第三步骤：根据所述回授信号及一默认值决定所述电源转换器
是否进入休眠模式；
第四步骤：补偿所述第一感测信号产生一第二感测信号；
第五步骤：根据所述回授信号及所述第二感测信号产生所述控制信号。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述产生所述控制信号的步骤包括：
第一步骤：比较所述回授信号及第二感测信号，且产生一比较信号；
第二步骤：根据所述比较信号及一时脉产生所述控制信号。
21.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述决定所述电源转换器是否进入休眠模式的步骤包括根据所述回授信号及默认值产生一遮蔽信号遮蔽所述时脉。
22.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述产生所述第二感测信号的步骤包括将所述第一感测信号加上一锯齿波产生所述第二感测信号。
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