CN101860240B - 具回授阻抗调变功能的回授电路 - Google Patents

具回授阻抗调变功能的回授电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具回授阻抗调变的回授电路，其包含一比较电路、一计数器与一切换式电阻电路，比较电路接收一功率转换器的一回授讯号，并比较回授讯号与一门坎讯号以产生一控制讯号，回授讯号是关联于功率转换器的一负载状态，计数器耦接比较电路并依据控制讯号产生一调变讯号，切换式电阻电路耦接计数器与功率转换器的一回授回路，并依据调变讯号调变功率转换器的一回授阻抗，当负载状态从一半载/满载减少至一无载/轻载时，回授阻抗是直接从一低阻值调变至一高阻值；当负载状态从无载/轻载增加至半载/满载时，回授阻抗是逐渐从高阻值调变至低阻值。

Description

具回授阻抗调变功能的回授电路
技术领域
本发明是有关于一种功率转换器，尤其是指一种切换式功率转换器的控制。
背景技术
切换式功率转换器已广泛被应用于提供调整电压与调整电流。基于环境污染的限制，功率转换器已需符合电源管理与节省能源的规范。请参阅图1，其是一现有功率转换器的电路图。如图所示，一控制电路10依据一回授讯号VFB产生一切换讯号VPWM，以调整功率转换器的一输出。切换讯号VPWM与回授讯号VFB分别产生于控制电路10的一驱动端VG与一回授端FB。切换讯号VPWM驱动一功率晶体管Q1，功率晶体管Q1耦接一功率变压器T1以切换功率变压器T1。功率变压器T1具有一一次侧绕组NP与一二次侧绕组NS，且连接功率转换器的一输入电压VIN，以储存能量与功率转换。功率变压器T1的储存能量经由一输出整流器DO与一输出电容CO转换至功率转换器的输出端，以产生一输出电压VO。二次侧绕组NS的一第一端连接输出整流器DO的一阳极。二次侧绕组NS的一第二端连接一接地端。输出电容CO连接于输出整流器DO的一阴极与二次侧绕组NS的第二端之间。
复参阅图1，一感测电阻RS串联于功率晶体管Q1，以依据功率变压器T1的一切换电流IP产生一电流讯号VCS于控制电路10的一感测端CS。一输出电阻RO耦接功率转换器的输出，一齐纳二极管ZO经由输出电阻RO而从输出电压VO耦接至一光耦合器OP1的一输入端。一顺向电流IO产生于光耦合器OP1的输入端。光耦合器OP1的一输出端耦接控制电路10的回授端FB以形成一回授回路。一回授电流IFB产生于光耦合器OP1的输出端。依据回授讯号VFB调变切换讯号VPWM的脉波宽度，以达到调整功率转换器的目的。
请参阅图2，其是现有功率转换器的一控制电路的电路图。如图所示，控制电路10包含一脉宽调变电路100与一回授电阻RFB。脉宽调变电路100包含一振荡器110(OSC)、一比较器120、一D型正反器130、一反相器140与一逻辑电路150。振荡器110用于产生一脉波讯号PLS。D型正反器130的一频率输入端ck耦接振荡器110并接收脉波讯号PLS。一供应电压VCC提供至D型正反器130的一输入端D。逻辑电路150的一第一输入端经由反相器140耦接振荡器110并接收脉波讯号PLS，以限制切换讯号VPWM的最大工作周期。D型正反器130的一输出端Q耦接逻辑电路150的一第二输入端。切换讯号VPWM产生于逻辑电路150的一输出端。D型正反器130依据脉波讯号PLS而致能，且脉宽调变电路100依据脉波讯号PLS产生切换讯号VPWM。
复参阅图2，比较器120具有一正输入端，其经由回授电阻RFB耦接一参考电压VREF。回授电阻RFB耦接回授回路。比较器120的正输入端亦耦接图1所示的控制电路10的回授端FB，以接收回授讯号VFB而控制回授回路。一旦，回授回路与功率转换器的输出端开路(open)时，回授讯号VFB会被拉升至参考电压VREF。比较器120的一负输入端耦接图1所示的控制电路10的感测端CS，而接收电流讯号VCS以控制脉波宽度调变。比较器120的一输出端耦接D型正反器130的一重置输入R，以重置D型正反器130。当电流讯号VCS高于回授讯号VFB时，切换讯号VPWM将被禁能。
然而，现今技术的缺点是无论负载状况如何，回授电阻RFB都是相同阻值。此外，回授电阻RFB的功率损耗于无载到满载状态下皆为固定值。如此，其明显会导致较大功率消耗，而增加无载与轻载状态下的功率消耗，而不易达成节能的需求。换言之，当功率转换器操作于无载与轻载时，位于回授端FB的回授电流IFB将从光耦合器OP1提供一较大电流，如此其将会于控制电路10中消耗较多的操作电流。
因此，为了增进节能，必须依据负载情况切换回授电阻RFB以调整回授阻抗，也就是说，于满载状态下，回授电阻RFB的阻值要减少，而于无载以及轻载状态下，回授电阻RFB的阻值要增加。于相同的晶体管设置于光耦合器OP1之下，假如于无载与轻载状态下增加回授电阻RFB时，控制电路10的操作电流则会降低。此外，顺向电流IO与回授电流IFB亦将会同时下降。因此，藉由依据负载状态而切换回授电阻RFB以调整回授阻抗从一低阻值至一高阻值，将可增进节能。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种具回授阻抗调变功能的回授电路，其用于降低功率转换器于无载与轻载状态下的功率消耗，以达到节能的目的。
为了达到上述的目的，本发明是一种具回授阻抗调变功能的回授电路，其包含有：
一比较电路，接收一功率转换器的一回授回路的一回授讯号，并比较该回授讯号与一门坎讯号以产生一控制讯号，该回授讯号相关联于该功率转换器的一负载状态；
一计数器，耦接该比较电路并依据该控制讯号产生一调变讯号；以及
一切换式电阻电路，耦接该计数器与该功率转换器的该回授回路，以依据该调变讯号调变该功率转换器的一回授阻抗；
其中该负载状态从一半载/满载降低至一无载/轻载时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗直接从一低阻值至一高阻值。
本发明中，其中该回授讯号低于该门坎讯号的一下限值时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗直接从该低阻值至该高阻值。
本发明中，其中该负载状态从一无载/轻载增加至一半载/满载，且该回授讯号高于该门坎讯号的一上限值时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗逐渐由一高阻值到一低阻值。
本发明中，其中该切换式电阻电路更包含：
一回授电阻，耦接该回授回路；以及
复数切换式电阻组，该些切换式电阻组互相串联且串联于该回授电阻，该调变讯号切换该些切换式电阻组。
本发明中，其中每一该切换式电阻组更包含：
一电阻，串联于该回授电阻；以及
一开关，并联于该电阻，并受控于该调变讯号。
本发明中，其中该计数器为一线性移位缓存器。
本发明中，其中该线性移位缓存器更包含：
复数缓存器，该些缓存器相互串联，并依据该控制讯号与该功率转换器的一振荡器的一脉波讯号产生该调变讯号，该脉波讯号提供给该功率转换器的一脉宽调变电路，该脉宽调变电路依据该脉波讯号产生一切换讯号，而切换该功率转换器的一功率变压器，以调整该功率转换器的一输出；以及
一逻辑电路，接收该些缓存器的复数输出，该逻辑电路的一输出耦接该些缓存器的一第一缓存器的一输入。
本发明中，其中该些缓存器的输出决定该线性移位缓存器的多项式并决定该线性移位缓存器的输出。
本发明中，其中该调变讯号为一数字模块码。
本发明中，其中该比较电路为一磁滞比较器。
本发明具有的有益效果：本发明所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，当负载状态从一半载/满载减少至无载/轻载时，回授阻抗会直接从一低阻值调变至一高阻值。当负载状态从无载/轻载增加至半载/满载时，回授阻抗是逐渐从一高阻值调变至一低阻值。
附图说明
图1是现有功率转换器的电路图；
图2是现有功率转换器的控制电路的电路图；
图3是本发明的一较佳实施例的功率转换器的一控制电路的电路图；
图4是本发明的一较佳实施例的一振荡器的电路图；
图5是本发明的一较佳实施例的一计数器的电路图；
图6是本发明的一较佳实施例的切换频率、回授讯号与回授阻抗的关系图；以及
图7是本发明的一较佳实施例的切换讯号与回授讯号的波形图。
【图号简单说明】
10     控制电路         100    脉宽调变电路
110    振荡器           111    比较器
112    比较器           113    与非门
114    与非门           120    比较器
130    D型正反          140    反相器
150    逻辑电路         200    授电路
210    比较电路         220    计数器
221    缓存器        222    缓存器
225    缓存器        229    逻辑电路
Ck     频率输入端    CO     输出电容
CS     感测端        CX     电容
D      输出端        DO     输出整流器
FB     授端          ICH    充电电流
IDH    放电电流      IFB    授电流
IO     顺向电流      NP     一次侧绕组
NS     二次侧绕组    OP1    光耦合器
PLS    脉波讯号      Q      输出端
Q1     功率晶体管    R      重置输入端
R1     电阻          R2     电阻
RFB    授电阻        Rn     电阻
RO     输出电阻      RS     感测电阻
S1     开关          S2     开关
SC     控制讯号      SCH    充电开关
SDH    放电开关      Sn     开关
T1     功率变压器    VCC    供应电压
VCS    电流讯号      VFB    回授讯号
VG     驱动端        VH     跳变点电压
VIN    输入电压      VL     跳变点电压
VPWM   切换讯号      VREF   参考电压
VSAW   锯齿讯号      VT     门坎讯号
X1     数字模块码    X2     数字模块码
Xn     数字模块码    ZFB    授阻抗
ZO     齐纳二极管
具体实施方式
为使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，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
首先，请参阅图3，其是本发明的一较佳实施例的功率转换器的控制电路的电路图。如图所示，控制电路10包含一脉宽调变电路100与一回授电路200。脉宽调变电路100已揭露于上述说明，因此在此不再赘述。回授电路200包含有一比较电路210、一计数器220以及一切换式电阻电路。本发明的一实施例的比较电路210为一磁滞比较器。比较电路210的一正输入端经由回授端FB与功率转换器的回授回路耦接图1所示的功率转换器的输出端，以接收回授讯号VFB。回授讯号VFB关联于功率转换器的负载状态。一门坎讯号VT供应至比较电路210的一负输入端。门坎讯号VT位于图7所示的一下限值VOZ与一上限值VRS之间。比较电路210比较回授讯号VFB与门坎讯号VT，以产生一控制讯号SC。比较电路210的一输出端耦接计数器220，以产生控制讯号SC。
计数器220用于依据脉波讯号PLS与控制讯号SC产生一调变讯号。本发明的一实施例的调变讯号为一数字模块码[Xn、····、X2、X1](digital pattern code)。于无载/轻载期间，当回授讯号VFB小于下限值VOZ时，控制讯号SC将位于一低准位。于半载/满载期间，当回授讯号VFB高于上限值VRS时，控制讯号SC将位于一高准位。切换式电阻电路耦接计数器220与功率转换器的回授回路，并依据数字模块码[Xn、·····、X2、X1]调变功率转换器的回授阻抗。切换式电阻电路包含回授电阻RFB与相互串联的复数切换式电阻组。回授电阻RFB已揭露于上述说明，因此在此不再赘述。该些切换式电阻组包含复数电阻R1、R2、......Rn与复数开关S1、S2、......Sn。该些电阻R1、R2、......Rn与回授电阻RFB相互串联。开关S1与电阻R1为相互并联。开关S2与电阻R2为相互并联。开关Sn与电阻Rn为相互并联并耦接参考电压VREF。因此每一个切换式电阻组包含一电阻和一开关。数字模块码[Xn、····、X2、X1]控制该些开关S1、S2、......Sn。
请参阅图4，其是本发明的一较佳实施例的脉宽调变电路的振荡器的电路图。如图所示，一充电电流ICH的一端耦接供应电压VCC，充电电流ICH的另一端串联一充电开关SCH，以充电一电容CX。一放电电流IDH的一端串联于一放电开关SDH，以放电该电容CX。放电电流IDH的另一端连接于接地端。因此，电容CX产生一锯齿讯号VSAW。比较器111、112与与非门113、114用于产生脉波讯号PLS，以控制放电开关SDH，脉波讯号PLS更供应至图3所示的计数器220。
跳变点电压VH与VL分别连接于比较器111的一正输入端与比较器112的一负输入端。比较器111的一负输入端与比较器112的一正输入端耦接电容CX并接收锯齿讯号VSAW。与非门113的一输入端耦接于比较器111的一输出端，与非门113的另一输入端控制充电开关SCH，与非门113的一输出端产生脉波讯号PLS。与非门114的一输入端耦接比较器112的一输出端。与非门114的另一输入端耦接与非门113的输出端，以接收脉波讯号PLS并控制放电开关SDH。与非门114的一输出端耦接与非门113的另一输入端，并控制充电开关SCH。锯齿讯号VSAW因而位于跳变点电压VH与VL之间。
请参阅图5，其是本发明的一较佳实施例的回授电路的计数器的电路图。如图所示，计数器220包含复数缓存器221、222...225与一逻辑电路229，以形成一线性移位缓存器，而依据脉波信号PLS和控制信号SC产生一线性码。本发明的一实施例的逻辑电路229为一互斥或门。本发明的一实施例的该些缓存器221、222...225为复数D型正反器。脉波信号PLS提供至该些缓存器221、222...225的复数频率输入端CK。该些缓存器221、222...225的复数重置输入端R接收控制讯号SC。该些缓存器221、222...225的复数输出Q耦接互斥或门229的复数输入端，以产生数字模块码[Xn、····、X2、X1]。数字模块码[Xn、····、X2、X1]控制图3所示的该些开关S1、S2、...Sn。互斥或门229的一输出端耦接第一缓存器221的一输入端D，该些缓存器221、222····225是相互串联。第一缓存器221的输出端Q耦接缓存器222的一输入端D。缓存器222的输出端Q耦接缓存器225的一输入端D。互斥或门229的该些输入端决定线性移位缓存器的多项式，并决定线性移位缓存器的输出。此外，数字模块码[Xn、····、X2、X1]可为线性码的一部分，以有效的运用。
请参阅图3，当负载状态从半载/满载降低至无载/轻载，且回授讯号VFB低于比较电路210的下限值VOZ时，该些缓存器221、222...225的重置输入端R接收控制讯号SC，以重置该些缓存器221、222...225。数字模块码[Xn、····、X2，、X1]为[0、····、0、0]时，该些开关S1、S2、...Sn则关闭。回授阻抗ZFB是指回授电阻RFB与该些电阻R1、R2、......Rn的总合的一高阻值。此外，本发明的一实施例的高阻值可为50K欧姆(ohm)。
复参阅图3，当负载状态从无载/轻载增加至半载/满载，且回授讯号VFB高于比较电路210的上限值VRS时，该些缓存器221、222...225的重置输入端R接收控制讯号SC，以调变量位模块码[Xn、····、X2、X1]。数字模块码[Xn、····、X2、X1]控制该些开关S1、S2、...Sn的开/关状态。回授阻抗ZFB逐渐的由高阻值降低至一低阻值(例如：50K欧姆、49K欧姆、48K欧姆、47K欧姆...、5K欧姆)。此外，本发明的一实施例的低阻值为5K欧姆。
请参阅图6，其是本发明的一较佳实施例的切换讯号VPWM的切换频率fs、回授讯号VFB与回授阻抗ZFB的关系图。如图所示，如上述，于无载与轻载调变回授阻抗ZFB，是可以节省图3所示的控制电路10的操作电流与图1所示的功率转换器的输出的顺向电流IO，以达到节能的目的。复参阅图3，当负载状态为从半载/满载降低至无载/轻载，且回授讯号VFB低于比较电路210的下限值VOZ时，则直接调变回授阻抗ZFB从低阻值至高阻值。此切换回授阻抗ZFB的切换模式称为一硬式切换(hard switching)。此时，负载已减少至进入一间歇省电模式(burst mode)而达到节能的目的。间歇省电模式是指当功率转换器一直进行稳定调整时，切换讯号VPWM的脉波宽度将会跳跃。假如过大的改变回授阻抗ZFB，例如二阶切换，则回授回路将会不稳定。于无载状态且处于间歇省电模式时，由于顺向电流IO与回授电流IFB会明显降低，且切换讯号VPWM的脉波宽度几乎为零，所以回授回路将会稳定。从半载/满载降低至无载/轻载的状态下，于稳定的回授回路藉由硬式切换改变回授阻抗ZFB是没有任何疑虑，其不仅可有效节省顺向电流IO且亦可节省回授电流IFB。
复参阅图3，当负载从无载/轻载增加到半载/满载，且回授讯号VFB高于比较电路210的上限值VRS时，回授阻抗ZFB则逐渐地从高阻值减少至低阻值(如：50K欧姆、49K欧姆、48K欧姆、47K欧姆...5K欧姆)。此种切换回授阻抗ZFB的切换模式称为一软性切换(soft switching)。如上所述，若过大改变回授阻抗ZFB，例如二阶切换，回授回路则会不稳定。从无载或轻载改变至半载或满载时，若回授阻抗ZFB直接从高阻值降低至低阻值，顺向电流IO与回授电流IFB则会突然增加，如此则会导致切换讯号VPWM的脉波宽度突然增加，而使得回授回路不稳定。由于在无载/轻载至半载/满载时柔性切换回授阻抗ZFB，因此切换讯号VPWM的脉波宽度即会逐渐增加，而保持回授回路的稳定。
请参阅图7，其是本发明的一较佳实施例的切换讯号VPWM与回授讯号VFB的波形图。如上所述，当负载状态为无载以及轻载时，间歇省电模式将被执行以达到节能的目的。间歇省电模式是指当功率转换器一直进行稳定调整时，切换讯号VPWM的脉波宽度将会跳跃。复参阅图3，当负载状态为从半载/满载降至无载/轻载，且回授讯号VFB低于比较电路210的下限值VOZ时，功率转换器将运作于间歇省电模式。此时，回授阻抗ZFB则会直接从低阻值改变为高阻值。由于图1所示的顺向电流IO与回授电流IFB明显减少，且切换讯号VPWM的脉波宽度几乎为零，所以回授回路会保持稳定。当负载状态由无载/轻载增加至半载/满载，且回授讯号VFB高于比较电路210的上限值VRS时，功率转换器会正常运作，且会周期性的产生切换讯号VPWM的脉波宽度。此时，回授阻抗ZFB逐渐的由高阻值下降至低阻值(例如：50K欧姆、49K欧姆、48K欧姆、47K欧姆...、5K欧姆)。
综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其包含有：
一比较电路，接收一功率转换器的一回授回路的一回授讯号，并比较该回授讯号与一门坎讯号以产生一控制讯号，该回授讯号相关联于该功率转换器的一负载状态；
一计数器，耦接该比较电路并依据该控制讯号产生一调变讯号；以及
一切换式电阻电路，耦接该计数器与该功率转换器的该回授回路，以依据该调变讯号调变该功率转换器的一回授阻抗；
其中，该负载状态从一半载/满载降低至一无载/轻载时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗直接从一低阻值至一高阻值。
2.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该回授讯号低于该门坎讯号的一下限值时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗直接从该低阻值至该高阻值。
3.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该负载状态从一无载/轻载增加至一半载/满载，且该回授讯号高于该门坎讯号的一上限值时，该切换式电阻电路调变该回授阻抗逐渐由一高阻值到一低阻值。
4.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该切换式电阻电路更包含：
一回授电阻，耦接该回授回路；以及
复数切换式电阻组，该些切换式电阻组互相串联且串联于该回授电阻，该调变讯号切换该些切换式电阻组。
5.如权利要求4所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中每一该切换式电阻组更包含：
一电阻，串联于该回授电阻；以及
一开关，并联于该电阻，并受控于该调变讯号。
6.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该计数器为一线性移位缓存器。
7.如权利要求6所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该线性移位缓存器更包含：
复数缓存器，该些缓存器相互串联，并依据该控制讯号与该功率转换器的一振荡器的一脉波讯号产生该调变讯号，该脉波讯号提供给该功率转换器的一脉宽调变电路，该脉宽调变电路依据该脉波讯号产生一切换讯号，而切换该功率转换器的一功率变压器，以调整该功率转换器的一输出；以及
一逻辑电路，接收该些缓存器的复数输出，该逻辑电路的一输出耦接该些缓存器的一第一缓存器的一输入。
8.如权利要求7所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该些缓存器的输出决定该线性移位缓存器的多项式并决定该线性移位缓存器的输出。
9.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该调变讯号为一数字模块码。
10.如权利要求1所述的具回授阻抗调变功能的回授电路，其特征在于，其中该比较电路为一磁滞比较器。
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