CN101741254B - 驰返式电压转换器的负锁回路及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种驰返式电压转换器的负锁回路，该驰返式电压转换器包含一变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈以及一第一开关连接所述一次侧线圈，该负锁回路包括一电流源，一电容，一第二开关，一第三开关，一比较器和一逻辑电路，其特征在于：所述电流源，提供一第一电流用以决定所述二次侧线圈上第二电流的峰值；所述电容，设在所述负锁回路中；所述第二开关，连接在所述电流源及电容之间，受控于一第一频率；所述第三开关，与所述电容并联，受控于一第二频率；所述比较器，连接所述电容，比较所述电容上的电压及一第二临界值产生一比较信号；所述逻辑电路，连接所述比较器，根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流。

Description

驰返式电压转换器的负锁回路及控制方法

技术领域

本发明涉及一种驰返式电压转换器，具体地说，是一种种驰返式电压转换器的负锁回路(negative lock loop)及控制方法。

背景技术

图1显示已知的驰返式电压转换器10，其中桥式整流器12用以将交流输入电压VAC转换为直流输入电压VIN，变压器16包含一次侧线圈Lp、二次侧线圈Ls及辅助线圈La，开关SW连接一次侧线圈Lp，控制器14切换开关SW以将直流输入电压VIN转换为输出电压VOUT。图2显示图1中信号的波形，其中波形20为二次侧线圈Ls上的电流Id，波形22为二次侧线圈Ls上的电压Vds。图3显示电流Is的峰值Is_pk与二次侧线圈Ls上电流大于零的电流导通时间toff，其中波形30为电流导通时间toff，波形32为峰值Is_pk。当开关SW打开(turn on)期间，如时间t1至t2所示，一次侧线圈Lp上产生电流Ip，而二次侧线圈Ls上的电压Vds为负值，此时二次侧线圈Ls上没有电流，在时间t2时，开关SW关闭(turn off)，二次侧线圈Ls上的电压Vds变为正值，故二次侧线圈Ls上产生电流Is，接着电流Is将慢慢下降直至零，如时间t3所示，假设开关SW的切换周期为Ts，可求得二次侧线圈Ls上的平均电流

Io＝0.5×Is_pk×toff/Ts　　　　　公式1

其中，Is_pk为电流Is的峰值。由公式1可以进一步推得

Is_pk＝2×Io×Ts/toff　　　　　　　公式2

由于在理想状况下驰返式电压转换器10的输出电压VOUT为定值，因此平均电流Io为定值，又开关SW的切换周期Ts也为定值，故从公式2可知，电流Is的峰值Is_pk与电流导通时间toff的乘积为定值，换言之，在理想状况下，电流Is的峰值Is_pk与电流导通时间toff呈反比，如图3所示，当电流导通时间toff增加时，电流Is的峰值Is_pk降低。

因此，因此已知的电流Is的峰值Is_pk与电流导通时间toff关系之间存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种驰返式电压转换器的负锁回路及控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种驰返式电压转换器的负锁回路，所述驰返式电压转换器包含一变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈以及一第一开关连接所述一次侧线圈，所述负锁回路包括一电流源，一电容，一第二开关，一第三开关，一比较器和一逻辑电路，其特征在于：

所述电流源，提供一第一电流用以决定所述二次侧线圈上第二电流的峰值；

所述电容，设在所述负锁回路中；

所述第二开关，连接在所述电流源及电容之间，受控于一第一频率；

所述第三开关，与所述电容并联，受控于一第二频率；

所述比较器，连接所述电容，比较所述电容上的电压及一第二临界值产生一比较信号；

所述逻辑电路，连接所述比较器，根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流；

其中，在所述第二电流大于一第一临界值时，所述第一频率打开所述第二开关以使所述第一电流对所述电容充电，在所述第一开关打开时，所述第二频率打开所述第三开关以使所述电容放电。

本发明的驰返式电压转换器的负锁回路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的负锁回路，其中更包括：

一第二电容，设在所述负锁回路中；

一充放电控制电路，连接所述第二电容及所述逻辑电路，根据所述逻辑电路的输出控制所述第二电容的充放电以调节所述第一电流。

前述的负锁回路，其中所述电流源包括：

一电压电流转换器，连接所述第二电容，将所述第二电容上的电压转换为一第三电流；

一电流镜，连接所述电压电流转换器，镜射所述第三电流产生所述第一电流。

前述的负锁回路，其中所述充放电控制电路包括：

一第二电流源，与所述第二电容串联；

一第四开关，连接在所述第二电流源及第二电容之间，受控于一来自所述逻辑电路的充电信号；

一第三电流源，与所述第二电容并联；

一第五开关，与所述第三电流源串联，受控于一来自所述逻辑电路的放电信号。

前述的负锁回路，其中所述充放电控制电路更包括一强迫电路在所述第二电流大于所述第一临界值的时间超过一第三临界值时，强迫所述第四开关打开一段时间。

前述的负锁回路，其中所述强迫电路包括：

一第三电容，设在所述负锁回路中；

一第四电流源，与所述第三电容串联；

一第六开关，连接在所述第四电流源及第三电容之间，受控于一第二信号，所述第二信号是根据所述第一及第二频率产生；

一第五电流源，与所述第三电容并联；

一第七开关，与所述第五电流源串联，受控于所述第二频率；

一第二比较器，比较所述第三电容上的电压及一第四临界值产生一第三信号用以强迫打开所述第四开关。

一种驰返式电压转换器的控制方法，所述驰返式电压转换器包含一变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈以及一开关连接所述一次侧线圈，其特征在于所述控制方法包括下列步骤：

第一步骤：提供一第一电流用以决定所述二次侧线圈上第二电流的峰值；

第二步骤：以一第一频率及一第二频率控制一电容的充放电，在所述第二电流大于一第一临界值时，以所述第一电流对所述电容充电，在所述开关打开时，让所述电容放电；

第三步骤：比较所述电容上的电压及一第二临界值产生一比较信号；

第四步骤：根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流，以使所述第一电流反比于所述第二电流大于所述第一临界值的时间。

本发明的驰返式电压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。

前述的控制方法，其中更包括根据一第二电容上的电压产生所述第一电流。

前述的控制方法，其中所述根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流的步骤包括根据所述比较信号、第一频率及第二频率控制所述第二电容的充放电以调节所述第一电流。

前述的控制方法，其中更包括在所述第二电流大于所述第一临界值的时间超过一第三临界值时，强迫对所述第二电容充电一段时间。

采用上述技术方案后，本发明的驰返式电压转换器的负锁回路及控制方法具有根据所述驰返式电压转换器的二次侧线圈上电流大于一第一临界值的电流导通时间调节所述二次侧线圈上电流的峰值，以使所述峰值反比于所述电流导通时间的优点。

附图说明

图1显示已知的驰返式电压转换器；

图2显示图1中信号的波形；

图3显示电流Is的峰值Is_pk与二次侧线圈Ls上电流大于零的电流导通时间toff；

图4显示应用在图1中驰返式电压转换器的负锁回路；

图5显示图4中充放电逻辑电路的实施例示意图；

图6显示充电过程的时序图；

图7显示放电过程的时序图；

图8显示图4中充放电控制电路的另一实施例示意图；

图9显示图8中信号的波形。

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。

图4显示应用在驰返式电压转换器10的负锁回路40，其中充放电控制电路42根据充电信号Sc及放电信号Sdc控制电容CN1的充放电以产生电压Vw1，充放电控制电路42包括电流源4202及4208以及开关4204及4206，电流源4202、开关4204及电容CN1三者串联，电流源4208与电容CN1并联，开关4206与电流源4208串联，充电信号Sc及放电信号Sdc分别控制开关4204及4208，电流源46根据电压Vw1产生充电电流ix，电流源46包括电压电流转换器4602及电流镜4604，电压电流转换器4602用以将电压Vw1转换为电流ic，电流镜4604镜射电流ic产生充电电流ix，开关M4连接在电流源46及电容CN2之间，频率Soff切换开关M4以控制电流ix对电容CN2充电，频率Soff藉由侦测驰返式电压转换器10中二次侧线圈Ls上的电流Is而产生的，当电流Is大于零时，如图2的电流导通时间toff所示，频率Soff为高准位以打开开关M4，开关M5与电容CN2并联，频率Son切换开关M5以控制电容CN2放电，当图1中的开关SW打开时，频率Son为高准位以打开开关M5，比较器48比较电容CN2上的电压Vx1及临界值VTH产生比较信号cpout，充放电逻辑电路44根据比较信号cpout以及频率Son及Soff产生充电信号Sc及放电信号Sdc以调节电压Vw1，进而调节电流ix使其与频率Soff的工作时间成反比，最后再利用电流ix调节二次侧线圈Ls上电流Is的峰值Is_pk，使峰值Is_pk反比于电流导通时间toff。

图5显示图4中充放电逻辑电路34的实施例示意图，其中反相器4402根据频率Soff产生信号Soff’，反相器4404根据比较信号cpout产生信号cpout’，反相器4406根据频率Son产生信号Son’，与非门4408根据信号Son’、信号cpout’及频率Soff产生信号Sna1，与非门4410根据信号Son’、信号Soff’及比较信号cpout产生信号Sna2，反相器4412及4414分别根据信号Sna2及Sna1产生充电信号Sc及放电信号Sdc，故充电信号

Sc＝Son’×Soff’×cpout　　　　　　公式1

而放电信号

Sdc＝Son’×Soff×cpout’　　　　　　公式2

图6显示充电过程的时序图，其中波形50为频率Son，波形52为频率Soff，波形54为电压Vx1，波形56为比较信号cpout，波形58为放电信号Sdc，波形60为充电信号Sc。参照图4及图6，在时间t3时，频率Son转为高准位以使电容CN2放电，故电压Vx1变为零，在时间t5时，频率Son转为低准位而频率Soff转为高准位，故电流ix开始对电容CN2充电使得电压Vx1开始上升，当频率Soff转为低准位时，如时间t6所示，若电压Vx1低于临界值VTH，则充电信号Sc转为高准位以使电流源4202对电容CN1充电，故电压Vw1上升，进而使电流ix上升，最后频率Soff在转为低准位时，电压Vx1等于临界值VTH。在此实施例中，当频率Soff转为低准位时，闩锁(latch)电路(图中未示)将使电容CN2持续充电。

图7显示放电过程的时序图，其中波形62为频率Son，波形64为频率Soff，波形66为电压Vx1，波形68为比较信号cpout，波形70为放电信号Sdc，波形72为充电信号Sc。参照图4及图7，在时间t7时，频率Son转为高准位时，电容CN2放电，故电压Vx1变为零，在时间t8时，频率Son转为低准位而频率Soff转为高准位，故电流ix开始对电容CN2充电，电压Vx1开始上升，当电压Vx1达到临界值VTH时，若频率Soff未转为低准位则比较信号cpout转为低准位，如时间t9所示，因此放电信号Sdc转为高准位以使电流源4208对电容CN1放电，故电压Vw1下降，进而使电流ix下降，直至频率Soff转为低准位电容CN1才停止放电，最后频率Soff在转为低准位时，电压Vx1等于临界值VTH。

图8显示图4中充放电控制电路42的另一实施例示意图，其同样包括电流源4202及4208以及开关4204及4206，此外，或门4226具有一第一输入接收充电信号Sc以及一第二输入经开关4224接收频率Son，或门4226根据其两输入上的信号产生一输出切换开关4204，强迫电路4210在电流导通时间toff超过预设的临界值时，产生信号Sfc打开开关4224以使频率Son通过或门4226而强迫开关4204打开一段时间，进而避免因电容CN1的充电时间太短而出现闩状态(latch condition)。在强迫电路4210中，或非门4212根据频率Son及Soff产生信号Xnor，电流源4214与电容CN3串联，开关4216连接在电流源4214及电容CN3之间，电流源4220与电容CN3并联，开关4218与电流源4220串联，信号Xnor及频率Son分别切换开关4216及4218以控制电容CN3的充放电，比较器4222比较电容CN3上的电压Vy1及临界值VTH2产生信号Sfc。

图9显示图8中信号的波形，其中波形80为频率Soff，波形82为频率Son，波形84为信号Xnor。参照图8及图9，当频率Soff的工作时间toff太长时，信号Xnor的工作时间将变短，若信号Xnor的工作时间比频率Son的工作时间短时，电容CN3上的电压Vy1将下降，当电压Vy1低于临界值VTH2时，比较器4222将产生信号Sfc以打开开关4224。

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   驰返式电压转换器

12   桥式整流器

14   控制器

16   变压器

20   电流Is的波形

22   电压Vds的波形

30   电流导通时间toff

32   电流Is的峰值Is_pk

40   负锁回路

42   充放电控制电路

4202 电流源

4204   开关

4206   开关

4208   电流源

4210   强迫电路

4212   或非门

4214   电流源

4216   开关

4218   开关

4220   电流源

4222   比较器

4224   开关

4226   或门

44     充放电逻辑电路

4402   反相器

4404   反相器

4406   反相器

4408   或非门

4410   或非门

4412   反相器

4414   反相器

46     电流源

4602   电压电流转换器

4604　电流镜

48    比较器

50    频率Son的波形

52    频率Soff的波形

54    电压Vx1的波形

56    比较信号cpout的波形

58    放电信号Sdc的波形

60    充电信号Sc的波形

62    频率Son的波形

64    频率Soff的波形

66    电压Vx1的波形

68    比较信号cpout的波形

70    放电信号Sdc的波形

72    充电信号Sc的波形

80    频率Soff的波形

82    频率Son的波形

84    信号Xnor的波形

Claims (10)

1.一种驰返式电压转换器的负锁回路，所述驰返式电压转换器包含一变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈以及一第一开关连接所述一次侧线圈，所述负锁回路包括一电流源，一电容，一第二开关，一第三开关，一比较器和一逻辑电路，其特征在于：

所述电流源，提供一第一电流用以决定所述二次侧线圈上第二电流的峰值；

所述电容，设在所述负锁回路中；

所述第二开关，连接在所述电流源及电容之间，受控于一第一频率；

所述第三开关，与所述电容并联，受控于一第二频率；

所述比较器，连接所述电容，比较所述电容上的电压及一第二临界值产生一比较信号；

所述逻辑电路，连接所述比较器，根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流；

其中，在所述第二电流大于一第一临界值时，所述第一频率打开所述第二开关以使所述第一电流对所述电容充电，在所述第一开关打开时，所述第二频率打开所述第三开关以使所述电容放电。

2.如权利要求1所述的负锁回路，其特征在于更包括：

一第二电容，设在所述负锁回路中；

一充放电控制电路，连接所述第二电容及所述逻辑电路，根据所述逻辑电路的输出控制所述第二电容的充放电以调节所述第一电流。

3.如权利要求2所述的负锁回路，其特征在于，所述电流源包括：

一电压电流转换器，连接所述第二电容，将所述第二电容上的电压转换为一第三电流；

一电流镜，连接所述电压电流转换器，镜射所述第三电流产生所述第一电流。

4.如权利要求2所述的负锁回路，其特征在于，所述充放电控制电路包括：

一第二电流源，与所述第二电容串联；

一第四开关，连接在所述第二电流源及第二电容之间，受控于一来自所述逻辑电路的充电信号；

一第三电流源，与所述第二电容并联；

一第五开关，与所述第三电流源串联，受控于一来自所述逻辑电路的放电信号。

5.如权利要求4所述的负锁回路，其特征在于，所述充放电控制电路更包括一强迫电路在所述第二电流大于所述第一临界值的时间超过一第三临界值时，强迫所述第四开关打开一段时间。

6.如权利要求5所述的负锁回路，其特征在于，所述强迫电路包括：

一第三电容，设在所述负锁回路中；

一第四电流源，与所述第三电容串联；

一第六开关，连接在所述第四电流源及第三电容之间，受控于一第二信号，所述第二信号是根据所述第一及第二频率产生；

一第五电流源，与所述第三电容并联；

一第七开关，与所述第五电流源串联，受控于所述第二频率；

一第二比较器，比较所述第三电容上的电压及一第四临界值产生一第三信号用以强迫打开所述第四开关。

7.一种驰返式电压转换器的控制方法，所述驰返式电压转换器包含一变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈以及一开关连接所述一次侧线圈，其特征在于所述控制方法包括下列步骤：

第一步骤：提供一第一电流用以决定所述二次侧线圈上第二电流的峰值；

第二步骤：以一第一频率及一第二频率控制一电容的充放电，在所述第二电流大于一第一临界值时，以所述第一电流对所述电容充电，在所述开关打开时，让所述电容放电；

第三步骤：比较所述电容上的电压及一第二临界值产生一比较信号；

第四步骤：根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流，以使所述第一电流反比于一时间，所述时间为所述第二电流大于所述第一临界值的时间。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，更包括根据一第二电容上的电压产生所述第一电流。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述比较信号、第一频率及第二频率调节所述第一电流的步骤包括根据所述比较信号、第一频率及第二频率控制所述第二电容的充放电以调节所述第一电流。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，更包括在所述第二电流大于所述第一临界值的时间超过一第三临界值时，强迫对所述第二电容充电一段时间。

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