CN101997534A - 隔离式电源转换器的回授电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种隔离式电源转换器的回授电路，该隔离式电源转换器包含一控制器切换一功率开关以将输入电压转换为输出电压，其特征在于该回授电路包括：光耦合器，电流电压转换电路，电压源，以及启动电路，耦接所述电流电压转换电路及第二电压源，由所述第一及第二电压中选取其中之一作为一回授信号给所述控制器。本发明的隔离式电源转换器的回授电路及控制方法具有改善所述隔离式电源转换器的轻载效能的优点。

Description

隔离式电源转换器的回授电路及控制方法

技术领域

本发明涉及一种隔离式电源转换器，具体地说，是一种隔离式电源转换器的回授电路及控制方法。

背景技术

图1显示已知的隔离式电源转换器10，其中整流电路12将交流电压VAC转换为直流电压Vin，电压Vin经缓冲器(snubber)16供应至变压T1的一次侧线圈Lp，功率开关18连接变压器T1的一次侧线圈Lp，控制器14根据回授信号Vcomp及感测信号Vcs产生控制信号Vgate切换功率开关18，以将电压Vin转换为输出电压Vout，感测信号Vcs正比于通过一次侧线圈Lp的电流Ip，控制器14具有电源输入端VDD供接收电源电压Vcc，回授电路20侦测输出电压Vout以产生回授信号Vcomp给控制器14。回授装置20包括光耦合器(opto-coupler)22以及作为分流调节器(shunt regulator)的齐纳二极管(zener diode)24。光耦合器22根据输出电压Vout产生电流Icomp以决定回授信号Vcomp，光耦合器22包含作为输入端的发光二极管24以及作为输出端的晶体管26，正比于输出电压Vout的电流Id经发光二极管24及齐纳二极管28流向接地端，光耦合器22放大通过发光二极管24的电流Id产生电流Icomp通过晶体管26。齐纳二极管28连接发光二极管24，用以限制发光二极管24阴极上的最大电压值。

当电源转换器10的负载变为轻载时，输出电压Vout上升使得通过发光二极管24的电流Id上升，因此通过晶体管26的电流Icomp也跟着上升，此时回授信号Vcomp将被大电流Icomp拉至较低的准位以减少功率开关18打开(turn on)的时间。然而，电流Id及Icomp的上升也意味着能量的消耗，这将导致电源转换器10在轻载时的效能降低。

因此已知的隔离式电源转换器存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种改善隔离式电源转换器轻载效能的回授电路及控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种隔离式电源转换器的回授电路，所述隔离式电源转换器包含一控制器切换一功率开关以将输入电压转换为输出电压，其特征在于所述回授电路包括：

光耦合器，耦接所述隔离式电源转换器的输出端，放大一第一电流产生一第二电流，所述第一电流与所述输出电压相关；

电流电压转换电路，连接所述光耦合器，根据所述第二电流产生第一电压；

相反极性调节器，连接所述光耦合器，用以在轻载期间使所述第一电流随所述输出电压上升而下降；

电压源，提供第二电压；以及

启动电路，耦接所述电流电压转换电路及第二电压源，由所述第一及第二电压中选取其中之一作为一回授信号给所述控制器。

本发明的隔离式电源转换器的回授电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的回授电路，其中所述电流电压转换器包括一电阻因应所述第二电流产生所述第一电压。

前述的回授电路，其中所述相反极性调节器包括：

BJT晶体管，具有一集极耦接所述隔离式电源转换器的输出端、一射极耦接所述光耦合器的输入端以及一基极耦接所述隔离式电源转换器的输出端；以及

齐纳二极管，连接在所述BJT晶体管的基极及射极之间，用以限制所述BJT晶体管基极上的最大电压。

前述的回授电路，其中所述相反极性调节器包括：

PMOS晶体管，连接在所述隔离式电源转换器的输出端及所述光耦合器的输入端之间；以及

运算放大器，连接所述PMOS晶体管的闸极，在所述输出电压增加时，控制所述PMOS晶体管的通道厚度减少。

前述的回授电路，其中所述启动电路包括：

第一开关，连接在所述电流电压转换电路及控制器之间；

第二开关，连接在所述电压源及控制器之间；

第一比较器，连接所述电流电压转换电路及电压源，比较所述第一及第二电压产生第一比较信号；

第二比较器，比较所述隔离式电源转换器的电源电压及一参考电压产生第二比较信号；以及

正反器，连接所述第一及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号切换所述第一及第二开关。

一种隔离式电源转换器轻载的控制方法，所述隔离式电源转换器包含一控制器切换一功率开关以将输入电压转换为输出电压，其特征在于所述控制方法包括下列步骤：

(A)藉由光耦合器放大一与所述输出电压相关的第一电流产生一第二电流；

(B)控制所述第一电流在轻载期间随所述输出电压上升而下降；

(C)根据所述第二电流产生第一电压；

(D)提供一第二电压；以及

(E)由所述第一及第二电压中选取其中之一作为回授信号给所述控制器。

本发明的隔离式电源转换器轻载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，其中所述步骤B包括：

利用BJT晶体管控制所述第一电流的大小；以及

限制所述BJT晶体管基极的电压的最大值，以使所述第一电流在轻载期间随所述输出电压的上升而减少。

前述的控制方法，其中所述步骤B包括：

利用PMOS晶体管控制所述第一电流的大小；以及

在轻载期间，随着所述输出电压上升而减少所述PMOS晶体管的通道厚度。

前述的控制方法，其中所述步骤E包括：

比较所述第一及第二电压产生第一比较信号；

比较所述隔离式电源转换器的电源电压及一参考电压产生第二比较信号；以及

根据所述第一及第二比较信号将所述第一及第二电压其中之一提供至所述控制器。

采用上述技术方案后，本发明的隔离式电源转换器的回授电路及控制方法具有改善所述隔离式电源转换器的轻载效能的优点。

附图说明

图1为已知的隔离式电源转换器示意图；

图2为本发明的回授电路示意图；以及

图3显示图2中相反极性调节器的另一实施例示意图。

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1及图2，图1为已知的隔离式电源转换器示意图，图2为本发明的回授电路示意图。如图所示，所述在回授电路30中，光耦合器40包括晶体管42作为输出端连接在电源电压Vcc及电流电压转换器46之间以及发光二极管44耦接电源转换器10的输出端，通过发光二极管44且与输出电压Vout相关的电流Id被光耦合器40放大产生电流Icomp通过晶体管42，相反极性调节器(reversedpolarity regulator)48连接光耦合器40，用以控制电流Id使其随输出电压Vout的上升或下降而减少或增加，电流电压转换器46包括电阻Rco根据光耦合器40所输出的电流Icomp产生电压VA，启动电路32用以确保电源转换器10可以启动，在电源转换器10启动期间，启动电路32选择电压Vbias作为回授信号Vcomp给控制器14，在电源转换器10启动后，启动电路32选择电压VA作为回授信号Vcomp给控制器14。

在启动电路32中，开关SW1连接在电压源Vbias及控制器14之间，开关SW2接在电流电流转换器46及控制器14之间，比较器34接收及比较电压Vbias及VA以产生比较信号Sc1，磁滞比较器36接收及比较电源电压Vcc及参考电压Vref1产生比较信号Sc2，正反器38的设定端S及重设端R分别接收比较信号Sc1及Sc2，正反器38根据比较信号Sc1及Sc2切换开关SW1及SW2。当电源转换器10启动时，电压VA及电源电压Vcc皆为零，故比较器34送出低准位的比较信号Sc1，而磁滞比较器36送出高准位的比较信号Sc2，因此正反器38将输出低准位的信号以打开开关SW1并关闭(turn off)开关SW2，此时电压Vbias供应至控制器14以作为回授信号Vcomp，进而使输出电压Vout、电压VA及电源电压Vcc开始上升。当电压VA大于电压Vbias时，比较信号Sc1转为高准位以使正反器38输出高准位的信号以关闭开关SW1并打开开关SW2，此时电压VA供应至控制器14以作为回授信号Vcomp。

在相反极性调节器48中，BJT晶体管的集极及射极分别耦接电源转换器10的输出端及发光二极管44，齐纳二极管52连接在BJT晶体管的基极及接地端之间，齐纳二极管52用以限制BJT晶体管基极上的最大电压。当电源转换器10的负载转为轻载时，输出电压Vout上升，因此BJT晶体管集极及射极上的电压上升，又BJT晶体管基极上的电压被齐纳二极管52限制，所以BJT晶体管的基极及射极之间的电压VBE将随输出电压Vout的上升而下降，根据BJT晶体管50的电流公式，电流

Id＝Is×e^(VBE/VT)    公式1

其中，Is为比例电流(scale current)，VT为热电压。从公式1可知，电流Id随着电压VBE的下降而减少。换言之，在轻载时，随着输出电压Vout的上升，电流Id将减少使得电流Icomp也减少，故作为回授信号Vcomp的电压VA也跟着下降以减少功率开关18打开的时间。

图3显示图2中相反极性调节器48的另一实施例，其包括PMOS晶体管54、运算放大器56以及电阻Rd1及Rd 2，参照图1及图3，PMOS晶体管54连接在电源转换器10的输出端及光耦合器40的发光二极管44之间，电阻Rd1及Rd2分压输出电压Vout产生电压Vd，运算放大器56根据参考电压Vref2及电压Vd控制PMOS晶体管54的通道厚度。当电源转换器10的负载转为轻载时，电压Vd上升将随输出电压Vout上升而增加，因此运算放大器56输出较大的电压至PMOS晶体管54的闸极，使得PMOS晶体管的通道厚度减少，进而使电流Id及Icomp下降。

使用本发明回授电路30的隔离式电源转换器10在轻载时，光耦合器40上的电流Id及Icomp将随输出电压Vout的上升而减少，因此在轻载时具有较佳的效能。

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整流电路

14控制器

16缓冲器

18功率开关

20回授电路

22光耦合器

24发光二极管

26晶体管

28齐纳二极管

30回授电路

32启动电路

34比较器

36磁滞比较器

38正反器

40光耦合器

42晶体管

44发光二极管

46电流电压转换器

48相反极性调节器

50BJT晶体管

52齐纳二极管

54PMOS晶体管

56运算放大器。

Claims (9)

1.一种隔离式电源转换器的回授电路，所述隔离式电源转换器包含一控制器切换一功率开关以将输入电压转换为输出电压，其特征在于所述回授电路包括：

光耦合器，耦接所述隔离式电源转换器的输出端，放大一第一电流产生一第二电流，所述第一电流与所述输出电压相关；

电流电压转换电路，连接所述光耦合器，根据所述第二电流产生第一电压；

相反极性调节器，连接所述光耦合器，用以在轻载期间使所述第一电流随所述输出电压上升而下降；

电压源，提供第二电压；以及

启动电路，耦接所述电流电压转换电路及第二电压源，由所述第一及第二电压中选取其中之一作为一回授信号给所述控制器。

2.如权利要求1所述的回授电路，其特征在于，所述电流电压转换器包括一电阻因应所述第二电流产生所述第一电压。

3.如权利要求1所述的回授电路，其特征在于，所述相反极性调节器包括：

BJT晶体管，具有一集极耦接所述隔离式电源转换器的输出端、一射极耦接所述光耦合器的输入端以及一基极耦接所述隔离式电源转换器的输出端；以及

齐纳二极管，连接在所述BJT晶体管的基极及射极之间，用以限制所述BJT晶体管基极上的最大电压。

4.如权利要求1所述的回授电路，其特征在于，所述相反极性调节器包括：

PMOS晶体管，连接在所述隔离式电源转换器的输出端及所述光耦合器的输入端之间；以及

运算放大器，连接所述PMOS晶体管的闸极，在所述输出电压增加时，控制所述PMOS晶体管的通道厚度减少。

5.如权利要求1所述的回授电路，其特征在于，所述启动电路包括：

第一开关，连接在所述电流电压转换电路及控制器之间；

第二开关，连接在所述电压源及控制器之间；

第一比较器，连接所述电流电压转换电路及电压源，比较所述第一及第二电压产生第一比较信号；

第二比较器，比较所述隔离式电源转换器的电源电压及一参考电压产生第二比较信号；以及

正反器，连接所述第一及第二比较器，根据所述第一及第二比较信号切换所述第一及第二开关。

6.一种隔离式电源转换器轻载的控制方法，所述隔离式电源转换器包含一控制器切换一功率开关以将输入电压转换为输出电压，其特征在于所述控制方法包括下列步骤：

(A)藉由光耦合器放大一与所述输出电压相关的第一电流产生一第二电流；

(B)控制所述第一电流在轻载期间随所述输出电压上升而下降；

(C)根据所述第二电流产生第一电压；

(D)提供一第二电压；以及

(E)由所述第一及第二电压中选取其中之一作为回授信号给所述控制器。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：

利用BJT晶体管控制所述第一电流的大小；以及

限制所述BJT晶体管基极的电压的最大值，以使所述第一电流在轻载期间随所述输出电压的上升而减少。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：

利用PMOS晶体管控制所述第一电流的大小；以及

在轻载期间，随着所述输出电压上升而减少所述PMOS晶体管的通道厚度。

9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤E包括：

比较所述第一及第二电压产生第一比较信号；

比较所述隔离式电源转换器的电源电压及一参考电压产生第二比较信号；以及

根据所述第一及第二比较信号将所述第一及第二电压其中之一提供至所述控制器。

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