CN102053194A - 应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测装置包括：取样及维持电路；检测器；缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器，根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。本发明的应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法具有无需在二次侧使用电流感测电路来感测输出电流而可节省成本的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种感测驰返式转换器的输出电流的装置及方法，具体地说，是一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法。
背景技术
在已知的离线切换式电压转换器中，为了调节输出电压及输出电流，在其二次侧需要输出电压及电流传感器来获得与输出电压及电流相关的回授信号，例如稳压器(shunt regulator)、电流感测电阻及光耦合器。图1为已知的驰返式切换式电压转换器，其中变压器T1具有一次侧线圈Lp连接在电压输入端Vin及功率开关S1之间、二次侧线圈Ls经二极管Do连接到电压输出端Vo、以及辅助线圈Laux连接到二极管Daux，脉宽调变(Pulse Width Modulation；PWM)控制器10提供控制信号Vgs切换开关S1以将输入电压Vin转换为输出电压Vo供应负载RL，以及电流感测电阻Rcs、光耦合器12及稳压器14的组合感测输出电压Vo及输出电流Io而提供回授信号Vfb给PWM控制器10以供调节输出电压Vo及输出电流Io。此输出电流感测需要在二次侧增加额外的电流感测电阻Rcs及电路，而且还需要光耦合器12在一次侧及二次侧之间传递输出电流感测信号，因此需要较高的成本。
因此已知的输出电流感测存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种低成本的输出电流感测装置。
本发明的另一目的，在于提出一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值产生第二信号；
检测器，检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器，根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
本发明的输出电流感测装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的输出电流感测装置，其中所述取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而产生所述第二信号。
前述的输出电流感测装置，其中更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
正反器连接所述拐点电路，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较器连接所述辅助线圈，比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
与门连接所述正反器及比较器，根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；以及
正反器连接所述拐点电路，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述缓冲器包括：
放大器连接所述取样及维持电路，放大所述第二信号产生第五信号；
第一开关连接在所述放大器及所述缓冲器的输出端之间；以及
第二开关连接在所述缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第四信号。
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值产生第二信号；
(C)检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
(D)根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(E)滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤B包括藉由所述控制信号控制所述第一信号对电容的充电以得到所述第二信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤C包括根据所述控制信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤C包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤C包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤D包括：
放大所述第二信号产生第五信号；以及
根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第四信号。
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
第一取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值；
第二取样及维持电路，取样所述第一信号的谷值；
加法器连接所述第一及第二取样及维持电路，结合所述峰值及谷值产生第二信号；
缓冲器连接所述加法器，根据所述第二信号及控制信号产生第三信号，所述第三信号的周期与所述控制信号相同，工作时间与所述控制信号的非工作时间相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述第一取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的峰值。
前述的输出电流感测装置，其中所述第二取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应第四信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的谷值。
前述的输出电流感测装置，其中所述缓冲器包括：
放大器连接所述加法器，放大所述第二信号产生第四信号；
第一开关连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间；以及
第二开关连接在缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述控制信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第三信号。
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值及谷值；
(C)将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号；
(D)根据所述第二信号及控制信号产生第三信号，所述第三信号的周期与所述控制信号相同，工作时间与所述控制信号的非工作时间相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(E)滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤B包括：
藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰值；
延迟前缘遮蔽信号产生一第四信号；以及
藉由所述第四信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤D包括：
放大所述第二信号产生第四信号；以及
根据所述控制信号切换一端接收所述第四信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第三信号。
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
第一取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值；
第二取样及维持电路，取样所述第一信号的谷值；
加法器连接所述第一及第二取样及维持电路，结合所述峰值及谷值产生第二信号；
检测器，检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
缓冲器连接所述加法器以及检测器，根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述第一取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的峰值。
前述的输出电流感测装置，其中所述第二取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应第五信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的谷值。
前述的输出电流感测装置，其中更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
正反器，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较器连接所述辅助线圈，比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
与门连接所述正反器及比较器，根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
前述的输出电流感测装置，其中所述缓冲器包括：
放大器连接所述加法器，放大所述第二信号产生第五信号；
第一开关，连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间；以及
第二开关，连接在缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第四信号。
一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值及谷值；
(C)将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号；
(D)检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
(E)根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(F)滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤B包括：
藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰值；
延迟前缘遮蔽信号产生一第五信号；以及
藉由所述第五信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤D包括根据所述控制信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤D包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
前述的输出电流感测方法，其中所述步骤E包括：
放大所述第二信号产生第五信号；以及
根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第四信号。
采用上述技术方案后，本发明的应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置及方法具有无需在二次侧使用电流感测电路来感测输出电流而可节省成本的优点。
附图说明
图1为已知的驰返式切换式电压转换器的示意图；
图2为驰返式转换器的示意图；
图3为图2的驰返式转换器操作在DCM的波形图；
图4为本发明的第一实施例的示意图；
图5为图4的电路的波形图；
图6为图2的驰返式转换器操作在CCM的波形图；
图7为本发明的输出电流感测装置的第二实施例的示意图；
图8为本发明的输出电流感测装置的第三实施例的示意图；
图9为利用本发明的输出电流感测装置实现过载保护的实施例的示意图；
图10为利用本发明的输出电流感测装置实现定电流控制的实施例的示意图；
图11为切换频率与感测信号Io_signal的关系曲线图；
图12为利用本发明的输出电流感测装置实现前端转换器电压调节的实施例的示意图；以及
图13为利用本发明的输出电流感测装置实现负载状态指示器的实施例的示意图。
图中，10、PWM控制器12、光耦合器14、稳压器20、PWM控制器22、电压Vds的波形24、控制信号Vgs的波形26、电压Vaux的波形28、电流Ids的波形30、感应电流I_Do的波形32、前缘遮蔽信号LEB的波形40、取样及维持电路42、缓冲器44、低通滤波器46、重置持续时间检测器48、放大器50、缓冲器的输出端52、拐点电路54、正反器56、比较器58、与门60、反相器62、信号Vgs_B的波形64、拐点信号SK的波形66、信号Sc1的波形68、信号Sc2的波形70、信号Sc3的波形72、信号Sc5的波形80、控制信号Vgs的波形81、电压Vaux的波形82、感应电流I_Do的波形84、前缘遮蔽信号LEB的波形86、信号LEB_D的波形88、信号Sc5的波形90、感测信号Io_signal的波形92、延迟器94、取样及维持电路96、加法器98、二阶低通滤波器100、比较102、延迟器104、定电流回路106、定电压回路108、前端转换器110、等效电阻112、比较器114、延迟器。
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2，图2为驰返式转换器的示意图。如图所示，所述变压器T1具有一次侧线圈Lp连接在电压输入端Vin及功率开关S1之间、二次侧线圈Ls经二极管Do连接到电压输出端Vo、以及辅助线圈Laux连接到二极管Daux，一次侧线圈Lp、二次侧线圈Ls及辅助线圈Laux的匝数比为Np∶Ns∶Naux，PWM控制器20具有控制端Gate提供控制信号Vgs切换功率开关S1、检测端Vdet检测辅助线圈Laux上的电压Vaux、以及感测端CS感测电阻R1上的电压Vcs来感测功率开关S1的电流Ids。图3为图2的驰返式转换器操作在不连续电流模式(Discontinuous CurrentMode；DCM)的波形图，其中波形22为功率开关S1上的电压Vds，波形24为控制信号Vgs，波形26为辅助线圈Laux上的电压Vaux，波形28为功率开关S1的电流Ids，波形30为通过二极管Do的感应电流I_Do，波形32为前缘遮蔽信号LEB。在时间t1时，如波形24及28所示，控制信号Vgs转为高准位而打开(turn on)功率开关S1，故电流Ids上升。在功率开关S1刚打开时，电流Ids可能出现突波，因此使用前缘遮蔽信号LEB遮蔽可能的突波，以避免因突波而产生误动作。在时间t2时，控制信号Vgs转为低准位而关闭(turn off)功率开关S1，此时电流Ids降为0，而二次侧线圈Ls产生感应电流I_Do通过二极管Do，感应电流I_Do由峰值I_Do_pk开始下降。当感应电流I_Do降至0时，如时间t4所示，电压Vds将因激磁电感Lm及离散电容Ceq而产生弦波振荡，如波形22所示。在DCM模式下，驰返式转换器的输出电流
Io＝Ids_pk×Np/Ns×0.5×Toff/Ts， 公式1
其中Ids_pk为电流Ids的峰值，Ts为控制信号Vgs的周期，Toff为感应电流I_Do的重置持续时间(resetting duration)。由于Np及Ns为定值，因此公式1可改写为
Io＝K1×Ids_pk×Toff/Ts， 公式2
其中K1＝Np/Ns×0.5。
图4为本发明的输出电流感测装置的第一实施例，其应用在DCM驰返式转换器。此输出电流感测装置包括取样及维持电路40取样感测端CS电压Vcs的峰值产生信号Vcs_pk，重置持续时间检测器46检测重置持续时间Toff产生信号Sc3及Sc4，缓冲器42根据信号Vcs_pk、Sc3及Sc4产生信号Sc5，以及低通滤波器44滤波信号Sc5产生与输出电流Io相关的感测信号Io_signal。在取样及维持电路40中，开关S2连接在感测端CS及电容Csh1之间，控制信号Vgs控制开关S2的切换以取样电压Vcs的峰值。为了避免因功率开关S1刚打开时的突波对取样结果造成影响，开关S3与电容Csh1并联，并以前缘遮蔽信号LEB切换开关S3。检测在DCM操作的感应电流I_Do的重置持续时间Toff的方式有很多，较常见的方法是藉由检测辅助线圈Laux上的电压Vaux的拐点来取得，如图3的波形26所示。重置持续时间检测器46包括拐点电路52检测电压Vaux的拐点产生拐点信号SK，正反器54根据控制信号Vgs的反相信号Vgs_B及拐点信号SK决定信号Sc1，比较器56比较电压Vaux及默认值Vref1产生信号Sc2，与门58根据信号Sc1及Sc2产生信号Sc3，反相器60根据信号Sc3产生信号Sc4。
图5为图4的电路的波形图，其中波形62为信号Vgs_B，波形64为拐点信号SK，波形66为信号Sc1，波形68为信号Sc2，波形70为信号Sc3，波形72为信号Sc5。参照图4及图5，在时间t5时，如波形62及66所示，信号Vgs_B转为高准位，故正反器52输出端Q的信号Sc1也转为高准位。在时间t7时，如波形64及66所示，拐点电路50检测到电压Vaux的拐点，因而产生拐点信号SK给正反器52的重置端C而重置信号Sc1。一般来说，感应电流I_Do的重置持续时间Toff是从峰值I_Do_pk降至0的时间。然而，如图3的时间t2至t3所示，在控制信号Vgs转为低准位后，还需要一段时间感应电流I_Do才由峰值I_Do_pk开始下降。因此，为了得到较正确的重置持续时间Toff，重置持续时间检测器46利用比较器54比较电压Vaux及默认值Vref1。在此实施例中，默认值Vref1为0，当电压Vaux大于0时，如图5的时间t6所示，信号Sc2转为高准位，在时间t8时，电压Vaux小于0，因此信号Sc2转为低准位，如波形68所示。最后再利用与门58根据信号Sc1及Sc2产生信号Sc3，如波形70所示，信号Sc3的周期为Ts，信号Sc3的工作时间几乎等于重置持续时间Toff。事实上时间t2至t3是相当短的，几可忽略不计，因此也可以省略重置持续时间检测器46中的比较器54跟与门56。
参照图4及图5，在缓冲42中，放大器48将来自取样及维持电路40的信号Vcs_pk放大K2倍，开关S4连接在放大器48及缓冲器42的输出端50之间，开关S5连接在缓冲42的输出端50及地端GND之间，来自重置持续时间检测器46的信号Sc3及Sc4分别切换开关S4及S5，因而在缓冲器42的输出端50产生信号Sc5，如波形72所示。信号Sc5的峰值为K2×Vcs_pk，周期为Ts，工作时间为Toff。低通滤波器44滤波信号Sc5产生感测信号
Io_signal＝K2×Vcs_pk×Toff/Ts。 公式3
从图2可看出，信号Vcs_pk＝Ids_pk×R1，故公式3可改写为
Io_signal＝K3×Ids_pk×Toff/Ts， 公式4
其中K3＝K2×R1。从公式2及公式4可知，感测信号Io_signal与输出电流Io具有比例关系，因此可以藉由感测信号Io_signal得知输出电流Io的变化。
图6为图2的驰返式转换器操作在连续电流模式(Continuous CurrentMode；CCM)的波形图，其中波形80为控制信号Vgs，波形81为电压Vaux，波形82为通过二极管Do的感应电流I_Do，波形84为前缘遮蔽信号LEB，波形86为信号LEB_D，波形88为缓冲器输出端50的信号Sc5，波形90为感测信号Io_signal。由波形82可知，操作在CCM的驰返式转换器的输出电流
Io＝0.5×(Ids_pk+Ids_valley)×Np/Ns×Toff/Ts， 公式5
其中Ids_valley为电流Ids的谷值。由于Np及Ns为定值，因此公式5可改写为
Io＝K1×(Ids_pk+Ids_valley)×Toff/Ts。 公式6
如波形80及82所示，当驰返式转换器操作在CCM时，感应电流I_Do的重置持续时间Toff几乎等于控制信号Vgs的非工作时间，因此可以直接用控制信号Vgs取得时间Toff。
图7为本发明的输出电流感测装置的第二实施例，其应用在CCM驰返式转换器。图7的输出电流感测装置与图4的电路同样包括取样及维持电路40以及缓冲器42，此外其还包括延迟器92、取样及维持电路94、加法96及二阶低通滤波器98。在取样及维持电路94中，开关S6的一端经开关S2连接到感测端CS，而另一端则连接到电容Csh2，信号LEB_D控制开关S6切换以取样电压Vcs的谷值产生信号Vcs_valley。如前所述，在功率开关S1刚打开时，电压Vcs可能产生突波，为了避免取样及维持电路94因突波而出现不正确的取样结果，利用延迟器92延迟前缘遮蔽信号LEB产生信号LEB_D，使取样及维持电路94在前缘遮蔽信号LEB结束后才对电压Vcs取样，如图6的波形84及86所示。加法器96结合信号Vcs_pk及Vcs_valley产生信号Vadd。在缓冲器42中，放大器48将信号Vadd放大K2倍，开关S4及S5分别因应控制信号Vgs及其反相信号Vgs_B而切换，因而在缓冲器42的输出端50产生信号Sc5，如波形88所示。信号Sc5的峰值为K2×(Vcs_pk+Vcs_valley)，周期为Ts，工作时间为Toff。二阶低通滤波器98滤波信号Sc5产生感测信号
Io_signal＝K2×(Vcs_pk+Vcs_valley)×Toff/Ts。 公式7
由于信号Vcs_pk＝Ids_pk×R1，而信号Vcs_valley＝Ids_valley×R1，故公式7可改写为
Io_signal＝K3×(Ids_pk+Ids_valley)×Toff/Ts。 公式8
从公式6及公式8可知，感测信号Io_signal与输出电流Io具有比例关系，因此可以藉由感测信号Io_signal得知输出电流Io的变化。
图8为本发明的输出电流感测装置的第三实施例，其应用在可以操作在DCM及CCM的驰返式转换器。图8的输出电流感测装置除了包括图4的取样及维持电路40、缓冲器42及重置持续时间检测器46外，还包括图7的延迟器92、取样及维持电路94、加法器96及二阶低通滤波器98。参照图3及图8，当驰返式转换器操作在DCM时，由于电流Ids的谷值为0，如波形28所示，因此电压Vcs的谷值亦为0，所以加法器96的输出Vadd＝Vcs_pk，同时重置持续时间检测器46藉由检测辅助线圈Laux上的电压Vaux取得周期为Ts且工作时间等于重置持续时间Toff的信号Sc3及其反相信号Sc4。缓冲器42根据信号Vadd、Sc3及Sc4产生信号Sc5。信号Sc5如图5的波形72所示，其具有周期Ts、工作时间Toff以及峰值K2×Vcs_pk。最后二阶低通滤波器98滤波信Sc5产生与输出电流Io相关的感测信号Io_signal，如公式4所示。
参照图6及图8，当驰返式转换器操作在CCM时，取样及维持电路40及94分别取样电压Vcs的峰值及谷值，所以加法器96的输出Vadd＝Vcs_pk+Vcs_valley。如波形81所示，由于电压Vaux没有谷值，因此重置持续时间检测器46中正反器54的输出Sc1将维持在高准位，信号Sc3将由信号Sc2决定。假设比较器56反相输入的默认值Vref1为0，从波形81及82可知信号Sc2的周期为Ts且工作时间几乎等于感应电流I_Do的重置持续时间Toff，因此信号Sc3的周期为Ts且工作时间为Toff。缓冲器42根据信号Vadd、Sc3及Sc4产生信号Sc5，如图6的波形88所示，其具有周期Ts、工作时间Toff以及峰值K2×(Vcs_pk+Vcs_valley)。最后二阶低通滤波器98滤波信Sc5产生与输出电流Io相关的感测信号Io_signal，如公式8所示。
本发明的输出电流感测装置可以更精确的感测负载状态，其决定的感测信号Io_signal可以用来实现许多应用，例如，过载保护、定电流控制、频率调节控制、前端转换器的电压调节以及负载状态指示器等。图9为利用本发明的输出电流感测装置实现过载保护的实施例，其包括比较器100比较感测信号Io_signal及默认值Vref2，以及延迟器102连接比较器100。当感测信号Io_signal持续大于默认值Vref2超过一段预期时间，延迟器102送出故障信号Fault去关闭驰返式转换器。图10为利用本发明的输出电流感测装置实现定电流控制的实施例，其与图2的电路同样包含PWM控制器20、变压器T1及功率开关S1，此外还包括定电压回路106检测输出电压Vo产生回授信号给PWM控制器20的回授端Vfb，以及定电流回路104根据感测信号Io_signal调整回授端Vfb的回授信号以达成定电流控制。在此实施例中，定电流回路104包括电阻Rcc1及Rcc2分压感测信号Io_signal产生分压电压控制通过晶体管Qcc的电流，进而调整回授端Vfb的回授信号。当感测信号Io_signal上升时，通过晶体管Qcc的电流增加，因此回授端Vfb的回授信号下降以使输出电流Io下降；相反的，当感测信号Io_signal下降时，回授端Vfb的回授信号上升以使输出电流Io上升。由于感测信号Io_signal与输出电流Io相关，因此其与负载状态亦相关，所以利用感测信号Io_signal调节功率开关S1的切换频率，可以在重载时提高切换频率以提高驰返式转换器的效能，并在轻载时减少切换频率以减少切换损失，如图11中切换频率与感测信号Io_signal的关系曲线所示。图12为利用本发明的输出电流感测装置实现前端转换器电压调节的实施例，其与图2的电路同样包括PWM控制器20、变压器T1及功率开关S1。在此驰返式转换器中是利用前端转换器108将交流电压Vin_AC转换为直流电压Vin_Dc供给变压器T1的一次侧线圈Lp，电阻R2与由电阻R3、R4及晶体管Qv组成的等效电阻110分压电压Vin_DC产生回授信号Vpfc_fb给前端转换器108以调节电压Vin_DC，感测信号Io_signal控制晶体管Qv的切换以改变等效电阻110的阻值，进而调节电压Vin_DC。参照图12，在PWM控制器20中包含负载状态指示器用以关闭前端转换器108。负载状态指示器如图13所示，其包括比较器112比较感测信号Io_signal及默认值Vref3，并将比较结果送至延迟器114。当感测信号Io_signal持续大于默认值Vref3超过一段预期时间，延迟器114送出负载状态信号Status以关闭前端转换器108，进而达成良好的绿色电源效能。
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。
Claims (30)
1.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值产生第二信号；
检测器，检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
缓冲器连接所述取样及维持电路以及检测器，根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
2.如权利要求1所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而产生所述第二信号。
3.如权利要求1所述的输出电流感测装置，其特征在于，更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
4.如权利要求1所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
正反器连接所述拐点电路，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较器连接所述辅助线圈，比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
与门连接所述正反器及比较器，根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
5.如权利要求3所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；以及
正反器连接所述拐点电路，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
6.如权利要求1所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述缓冲器包括：
放大器连接所述取样及维持电路，放大所述第二信号产生第五信号；
第一开关连接在所述放大器及所述缓冲器的输出端之间；以及
第二开关连接在所述缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第四信号。
7.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值产生第二信号；
(C)检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
(D)根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(E)滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
8.如权利要求7所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤B包括藉由所述控制信号控制所述第一信号对电容的充电以得到所述第二信号。
9.如权利要求7所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤C包括根据所述控制信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
10.如权利要求9所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤C包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
11.如权利要求9所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤C包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定所述第三信号。
12.如权利要求7所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤D包括：
放大所述第二信号产生第五信号；以及
根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第四信号。
13.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
第一取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值；
第二取样及维持电路，取样所述第一信号的谷值；
加法器连接所述第一及第二取样及维持电路，结合所述峰值及谷值产生第二信号；
缓冲器连接所述加法器，根据所述第二信号及控制信号产生第三信号，所述第三信号的周期与所述控制信号相同，工作时间与所述控制信号的非工作时间相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
14.如权利要求13所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述第一取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的峰值。
15.如权利要求13所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述第二取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应第四信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的谷值。
16.如权利要求13所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述缓冲器包括：
放大器连接所述加法器，放大所述第二信号产生第四信号；
第一开关连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间；以及
第二开关连接在缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述控制信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第三信号。
17.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值及谷值；
(C)将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号；
(D)根据所述第二信号及控制信号产生第三信号，所述第三信号的周期与所述控制信号相同，工作时间与所述控制信号的非工作时间相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(E)滤波所述第三信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
18.如权利要求17所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤B包括：
藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰值；
延迟前缘遮蔽信号产生一第四信号；以及
藉由所述第四信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
19.如权利要求17所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤D包括：
放大所述第二信号产生第四信号；以及
根据所述控制信号切换一端接收所述第四信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第三信号。
20.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测装置，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测装置包括：
第一取样及维持电路，取样与所述一次侧线圈的电流相关的第一信号的峰值；
第二取样及维持电路，取样所述第一信号的谷值；
加法器连接所述第一及第二取样及维持电路，结合所述峰值及谷值产生第二信号；
检测器，检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
缓冲器连接所述加法器以及检测器，根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
低通滤波器连接所述缓冲器，滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
21.如权利要求20所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述第一取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应所述控制信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的峰值。
22.如权利要求20所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述第二取样及维持电路包括：
输入端，接收所述第一信号；
电容；以及
开关连接在所述输入端及电容之间，因应第五信号使所述第一信号对所述电容充电而取得所述第一信号的谷值。
23.如权利要求20所述的输出电流感测装置，其特征在于，更包括一辅助线圈耦接所述一次侧线圈产生一电压供所述检测器决定所述第三信号。
24.如权利要求23所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述检测器包括：
拐点电路连接所述辅助线圈，检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
正反器，根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较器连接所述辅助线圈，比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
与门连接所述正反器及比较器，根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
25.如权利要求20所述的输出电流感测装置，其特征在于，所述缓冲器包括：
放大器连接所述加法器，放大所述第二信号产生第五信号；
第一开关，连接在所述放大器及缓冲器的输出端之间；以及
第二开关，连接在缓冲器的输出端及地端之间；
其中，所述第一及第二开关因应所述第三信号切换以在所述缓冲器的输出端产生所述第四信号。
26.一种应用于驰返式转换器一次侧的输出电流感测方法，所述驰返式转换器包括一次侧线圈、二次侧线圈以及连接所述一次侧线圈的功率开关因应控制信号切换以使所述二次侧线圈产生感应电流，其特征在于所述输出电流感测方法包括下列步骤：
(A)感测所述一次侧线圈的电流产生第一信号；
(B)取样所述第一信号的峰值及谷值；
(C)将所述峰值与所述谷值相加产生第二信号；
(D)检测所述感应电流的重置持续时间产生第三信号，所述第三信号的周期等于所述控制信号的周期，且工作时间等于所述感应电流的重置持续时间；
(E)根据所述第二信号及第三信号产生第四信号，所述第四信号的周期及工作时间与所述第三信号相同，且峰值由所述第二信号决定；以及
(F)滤波所述第四信号产生与所述驰返式转换器的输出电流相关的感测信号。
27.如权利要求26所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤B包括：
藉由所述控制信号控制所述第一信号对第一电容的充电以得到所述第一信号的峰值；
延迟前缘遮蔽信号产生一第五信号；以及
藉由所述第五信号控制所述第一信号对第二电容的充电以得到所述第一信号的谷值。
28.如权利要求26所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤D包括根据所述控制信号及一与所述一次侧线圈耦接的辅助线圈上的电压决定所述第三信号。
29.如权利要求28所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤D包括：
检测所述辅助线圈上的电压拐点产生拐点信号；
根据与所述控制信号反相的第五信号以及所述拐点信号决定第六信号；
比较所述辅助线圈上的电压及默认值产生第七信号；以及
根据所述第六及第七信号产生所述第三信号。
30.如权利要求26所述的输出电流感测方法，其特征在于，所述步骤E包括：
放大所述第二信号产生第五信号；以及
根据所述第三信号切换一端接收所述第五信号的开关，以在所述开关的另一端产生所述第四信号。
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