CN101982936A - 控制器及其箝制电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于功率转换器的控制器，其包括箝制电路、切换电路以及脉冲生成器。箝制电路耦接控制器的输入端，检测自变压器获得的检测信号。切换电路根据检测信号生成切换信号来切换变压器以调节功率转换器。在切换信号的截止期间内，检测信号的最大电平被箝制在低于阈值电压的电平。由于检测信号的最大电平被箝制且反射信号的振荡能量被放电，提高了对检测信号的检测速度。因此改善了一次侧控制功率转换器的调节操作。

Description

控制器及其箝制电路
技术领域
本发明是有关于一种箝制电路，特别是有关于一种用于功率转换器的箝制电路。
背景技术
图1是绘示一次侧控制功率转换器，其包括变压器10、功率晶体管20、控制器100、整流器40与50、电容器45与55以及分压器。控制器100具有输入端VS，其耦接变压器10的辅助绕组NA。由电阻器30与35所组成的分压器与变压器10的辅助绕组NA并联。由辅助绕组NA所生成的反射信号VNA被分压器衰减，以在电阻器30与35的接点上生成检测信号VS。检测信号VS被提供至控制器100的输入端VS。
控制器100生成切换信号VG，其用来控制功率晶体管20以切换变压器10的一次侧绕组NP。变压器10的二次侧绕组NS通过整流器40及电容器45以在一次侧控制功率转换器的输出端生成输出电压VO。反射信号VNA还通过整流器50对电容器55充电，以提供供应电压VCC至控制器100的供电端VCC。一次侧控制功率转换器的详细叙述以及检测变压器的检测信号的操作可于现有技术中获得，例如第7,016,204号名称为“Close-loop PWM Controller for Primary-side Controlled Power Converters”的美国发明专利、第7,352,595号名称为“Primary-side Controlled Switching Regulator”的美国发明专利以及第7,486,528号名称为“Linear-predict Sampling for Measuring Demagnetized Voltage of Transformer”的美国发明专利。
图4是绘示变压器10的切换信号VG以及辅助绕组NA的反射信号VNA的波形图。当切换信号VG被禁能(disabled)时，在反射信号VNA的前缘上，变压器10的漏电感与功率晶体管20的寄生电容造成了具有振荡周期TS1的振荡能量。当此振荡持续时，检测信号VS无法精确地被检测，尤其是对于应用在一次侧控制功率转换器的高切换频率变压器而言，将拖慢了调节操作的速度。
为了达到检测信号VS的高速检测，宜减短反射信号VNA的振荡周期TS1，以改善一次侧控制功率转换器的调节操作。
发明内容
本发明提供一种用于功率转换器的控制器，其包括箝制电路、切换电路以及脉冲生成器。箝制电路耦接控制器的输入端，检测自变压器获得的检测信号。切换电路根据检测信号生成切换信号来切换变压器以调节功率转换器。在切换信号的截止期间内，检测信号的最大电平被箝制在低于阈值电压的电平。箝制电路包括比较电路及晶体管。比较电路比较检测信号与阈值电压以生成电平控制信号。晶体管受控于电平控制信号以箝制检测信号的最大电平。脉冲生成器根据切换信号的下降缘来生成脉冲信号。脉冲信号用来控制晶体管以箝制检测信号的最大电平。控制器由变压器的反射信号来供给电力，且检测信号是由衰减反射信号而获得。
本发明又提供一种控制器，适用于功率转换器，其包括切换电路、放电电路以及脉冲生成器。切换电路根据来自变压器的检测信号生成切换信号来驱动变压器以调节功率转换器。放电电路耦接控制器的供电端。控制器通过控制器的供电端而由变压器的反射信号来被供给电力。放电电路用来在切换信号的截止期间内对源自控制器的供电端的电流放电。放电电路包括比较电路以及晶体管。比较电路比较一电压电平与一阈值电压以生成放电信号。此电压电平与供电端的电压电平相关联。晶体管耦接比较电路，以根据放电信号对源自控制器的供电端的电流放电。脉冲生成器根据切换信号的下降缘来生成脉冲信号。脉冲信号用来控制晶体管以对源自控制器的供电端的电流放电。
本发明另提供一种箝制电路，用以提高对来自变压器的反射信号的检测速度。此箝制电路包括比较电路以及晶体管。比较电路比较检测信号与阈值电压以生成电平控制信号。晶体管受控于电平控制信号以箝制检测信号的最大电平。晶体管受控于脉冲信号，以箝制检测信号的最大电平。此脉冲信号是由脉冲生成器根据切换信号的下降缘而生成的。而此切换信号用来切换变压器。
附图说明
图1绘示一次侧控制功率转换器；
图2绘示根据本发明一实施例的一次侧控制功率转换器的控制器；
图3绘示根据本发明实施例的控制器的脉冲生成器；
图4绘示切换信号以及反射信号的波形图；
图5绘示根据本发明实施例的切换信号、脉冲信号、反射信号以及检测信号的波形；以及
图6绘示根据本发明另一实施例的控制器。
[主要元件标号说明]
图1：
10～变压器；                20～功率晶体管；
30、35～电阻器；            40、50～整流器；
45、55～电容器；            100～控制器；
GATE～控制器的输出端；
GND～控制器的接地端；       NA～辅助绕组；
NP～一次侧绕组；            NS～二次侧绕组；
VCC～供应电压；             VCC～控制器的供电端；
VG～切换信号；              VNA～反射信号；
VO～输出电压；              VS～检测信号；
VS～控制器的输入端；
图2：
100a～控制器；              110～箝制电路；
112～比较电路；             115～晶体管；
117～电阻器；               125～与门；
150～切换电路；             200～脉冲生成器；
300～取样维持电路；         310～误差放大器；
350～脉宽调制电路；         SB～脉冲信号；
SOV～电平控制信号；         VFB～反馈信号；
VR～参考信号；              VT～阈值电压；
图3：
251、252反相器；            253～晶体管；
254～电容器；               255～反相器；
256～与门；                 260～电流源；
IN～脉冲生成器的输入端；
OUT～脉冲生成器的输出端；
图4：
TOFF～截止期间；                TS1～振荡周期；
图5：
TD～延迟期间；                  TS2～振荡周期；
图6：
280～放电电路；                 281、282～电阻器；
290～比较电路；                 291～与门；
295～晶体管；                   296～电阻器；
SD～放电信号；                  VC～衰减供电电压；
VT2～阈值电压。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
本发明提供一种箝制电路，尤其是对于功率转换器的高速切换频率变压器，其能达到对来自变压器的反射信号的高速检测。
图2绘示根据本发明一实施例的一次侧控制功率转换器的控制器100a。控制器100a包括箝制电路110、切换电路150以及脉冲生成器200。箝制电路110包括比较电路112、晶体管115、电阻器117以及与门125。切换电路150包括取样维持电路300、误差放大器310以及脉宽调制电路350。箝制电路110耦接控制器100a的输入端VS，以检测一检测信号VS。检测信号VS通过图1中由电阻器30与35所组成的分压器衰减反射信号VNA后所获得。取样维持电路300耦接至控制器100a的输入端VS，以取样检测信号VS来生成反馈信号VFB。误差放大器310放大参考信号VR与反馈信号VFB之间的差异，以通过脉宽调制电路350在控制器100a的输出端GATE上生成切换信号VG。切换信号VG根据检测信号VS来驱动图1的功率晶体管20以切换变压器10。
比较电路112具有负端，其接收阈值电压VT。比较电路112的正端与晶体管115的漏极耦接控制器100a的输入端VS。比较电路112比较检测信号VS与阈值电压VT以生成电平控制信号SOV。电平控制信号SOV被提供至与门125的第一输入端，与门125的输出端控制晶体管115的栅极。电阻器117耦接于晶体管115的源极与控制器100a的接地端GND之间。控制器100a的接地端GND耦接至参考接地。脉冲生成器200接收切换信号VG以根据切换信号VG的下降缘来生成脉冲信号SB。脉冲信号SB被提供至与门125的第二输入端。
图2及图4，一旦切换信号VG被禁能时，由振荡能量所导致的振荡突波(oscillating spike)将发生在反射信号VNA的前缘上并维持一振荡周期TS1。此振荡能量是由变压器10的漏电感与功率晶体管20的寄生电容所造成。
复参阅图2及图5，脉冲生成器200接收切换信号VG以生成脉冲信号SB。当切换信号VG变为禁能时，脉冲信号SB将于一延迟期间TD内被使能。在此期间，一旦检测信号VS超过阈值电压VT时，电平控制信号SOV将被使能。这将接通晶体管115，使得在切换信号VG的截止期间TOFF内箝制检测信号VS的电平低于阈值电压VT所决定的电平。
图3绘示根据本发明实施例的脉冲生成器200。脉冲生成器200包括电流源260、反相器251、反相器252、晶体管253、电容器254、反相器255以及与门256。反相器251耦接于脉冲生成器200的输入端IN与反相器252的输入端之间。反相器252的输入端也耦接与门256的第一输入端。反相器252的输出端耦接晶体管253的栅极。电流源260耦接于供电地压VCC与晶体管253的漏极之间。晶体管253的源极耦接至参考接地。电容器254耦接于晶体管253的漏极与参考接地之间。反相器255的输入端耦接晶体管253的漏极。反相器255的输出端耦接与门256的第二输入端。与门256的输出端耦接脉冲生成器200的输出端OUT。一旦脉冲生成器200的输入端IN的电平由逻辑高电平下降至逻辑低电平时，输出端OUT将生成维持一延迟期间TD的高逻辑脉冲。延迟期间TD是由电流源260的电流与电容器254的电容值所决定。
图5绘示切换信号VG、脉冲信号SB、辅助绕组NA的反射信号VNA以及检测信号VS的波形。一旦切换信号VG被禁能，脉冲信号SB将被使能并在延迟期间TD内维持使能。复参阅图2及图5，使能的脉冲信号SB与超过阈值电压VT的检测信号VS将通过与门125来接通晶体管115，以箝制检测信号VS，使其低于阈值电压VT的电平。由于反射信号VNA的振荡能量被大量地放电，发生在反射信号VNA的前缘上的振荡周期TS2将短于图4的振荡周期TS1许多。由于检测信号VS的最大电平被箝制住且反射信号VNA的振荡能量被放电，检测信号VS的检测速度可大大地提高。一次侧控制功率转换器的调节操作因而可获得改善。
图6绘示根据本发明另一实施例的控制器100b。控制器100b包括放电电路280，其耦接供电端VCC以接收供电电压VCC。控制器100b通过供电端VCC而由变压器100的反射信号VNA来供给电力。放电电路280用来在切换信号VG的关闭周期TOFF期间对源自供电端VCC的电流放电。放电电路280包括比较电路290、与门291、晶体管295以及电阻器281、282与296。电阻器281与282形成分压器，以将供电电压VCC衰减为一衰减供电电压VC。衰减供电电压VC因此与供电电压VCC相关联。比较电路290用来比较衰减供电电压VC与阈值电压VT2，以在比较电路290的输出端生成放电信号SD。一旦放电信号SD与脉冲信号SB皆被使能时，将通过与门291接通晶体管295。根据放电信号SD以通过电阻器296将源自供电端VCC的电流引导至参考接地。
参考图1及图6，被提供至控制器100b的供电电压VCC是由变压器10的反射信号VNA所生成。将源自供电端VCC的电流引导至参考接地亦可将反射信号VNA的振荡能量放电。此大幅地缩短了当切换信号VG被禁能时，发生在反射信号VNA的前缘的振荡期间。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种控制器，用于功率转换器，包括：
箝制电路，耦接所述控制器的输入端，检测获得自变压器的检测信号；以及
切换电路，根据所述检测信号生成切换信号来切换所述变压器以调节所述功率转换器；
其中，在所述切换信号的截止期间内，所述检测信号的最大电平被箝制在低于阈值电压的电平。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述箝制电路包括：
比较电路，比较所述检测信号与所述阈值电压以生成电平控制信号；以及
晶体管，受控于所述电平控制信号以箝制所述检测信号的所述最大电平。
3.根据权利要求2所述的控制器，还包括：
脉冲生成器，根据所述切换信号的下降缘来生成脉冲信号，其中，所述脉冲信号用来控制所述晶体管以箝制所述检测信号的所述最大电平。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器由所述变压器的反射信号来供给电力，且所述检测信号是由衰减所述反射信号而获得。
5.一种控制器，用于功率转换器，包括：
切换电路，根据来自变压器的检测信号生成切换信号来驱动所述变压器以调节所述功率转换器；以及
放电电路，耦接所述控制器的供电端，其中，所述控制器通过所述控制器的所述供电端而由所述变压器的反射信号来被供给电力，且所述放电电路用来在所述切换信号的截止期间内对源自所述控制器的所述供电端的电流放电。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述放电电路包括：
比较电路，比较电压电平与阈值电压以生成放电信号，其中，所述电压电平与所述供电端的电压电平相关联；以及
晶体管，耦接所述比较电路，以根据所述放电信号对源自所述控制器的所述供电端的所述电流放电。
7.根据权利要求6所述的控制器，还包括：
脉冲生成器，根据所述切换信号的下降缘来生成脉冲信号，其中，所述脉冲信号用来控制所述晶体管以对源自所述控制器的所述供电端的所述电流放电。
8.一种箝制电路，用以提高对来自变压器的反射信号的检测速度，包括：
比较电路，比较检测信号与阈值电压以生成电平控制信号；以及
晶体管，受控于所述电平控制信号以箝制所述检测信号的最大电平。
9.根据权利要求8所述的箝制电路，其中，所述晶体管受控于脉冲信号，以箝制所述检测信号的最大电平，且所述脉冲信号是由脉冲生成器根据切换信号的下降缘而生成。
10.根据权利要求9所述的箝制电路，其中，所述切换信号用来切换所述变压器。
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