CN102570834A - 用于功率转换器的间歇切换的控制电路及方法 - Google Patents

用于功率转换器的间歇切换的控制电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使功率转换器间歇切换的控制电路，包含：适应电路，回应于与功率转换器的输出负载相关的一回馈讯号而产生适应门坎；及切换电路，根据适应门坎及回馈讯号产生切换讯号，使功率转换器的变压器被切换，以调节功率转换器的输出。

Description

用于功率转换器的间歇切换的控制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种功率转换器；特别涉及一种功率转换器的间歇切换。
背景技术
切换式功率转换器已广泛用以提供调节电压及电流给计算机、家电、通讯设备...等等。近年来，切换式功率转换器的省电问题受到极大关注。一现有技术，发明名称为“Switching regulator having low power moderesponsive to load power comsumptions”的美国专利5,747,977公开了使用一固定门坎以达到低功率损耗的技术。然而，此现有技术的缺点在于功率转换器的输出端有较高输出涟波。此较高输出涟波是该门坎所导致。
发明内容
本发明的目的是让功率转换器的输出端产生较低输出涟波与达到较低功率损耗。
为达到上述目的，本发明提供一种使功率转换器间歇切换的控制电路，包含：适应电路，适应电路回应与功率转换器的输出端的输出负载关联的回馈讯号产生适应门坎；切换电路，切换电路根据适应门坎值及回馈讯号产生切换讯号，使该功率转换器中的变压器被切换，以调节功率转换器的输出。
前述的适应电路产生具有第一值的该适应门坎以回应于第一范围内的该回馈讯号的值，及产生具有第二值的该适应门坎以回应于第二范围内的该回馈讯号的值，其中具有第一值的该适应门坎低于具有第二值的该适应门坎，且第一范围内的该回馈讯号的值高于第二范围内的该回馈讯号的值。
前述适应电路包含功率管理电路及电流源。前述适应电路所产生的适应门坎是功率管理电路及电流源的输出所形成。
为达到上述目的，本发明还提供一种功率转换器的控制方法，包含：响应与功率转换器的一输出端的输出负载关联的回馈讯号产生适应门坎；及根据上述的适应门坎值及回馈讯号产生一切换讯号，以使功率转换器的变压器被切换，以调节功率转换器的输出。
前述产生适应门坎的步骤，包含：产生具有第一值的适应门坎，以回应于第一范围内的回馈讯号的值。前述产生适应门坎的步骤，包含：产生具有第二值的适应门坎，以回应于第二范围内的回馈讯号的值。其中前述具有第一值的适应门坎低于具有第二值的该适应门坎，且第一范围内的回馈讯号的值高于第二范围内的回馈讯号的值。
前述适应门坎是藉由包含功率管理电路及电流源的适应电路所产生。适应门坎是功率管理电路及电流源的输出加总所产生，具有第一值的适应门坎由电流源的输出所形成。
本发明在功率转换器间歇切换时提供适应门坎，在轻载及无载状态达到较高效率。
附图说明
图1是显示本发明使用于一功率转换器的电路示意图；
图2是根据本发明控制电路的一较佳实施例的电路示意图；
图3是根据本发明中功率管理电路的一较佳实施例的电路示意图；
图4是根据本发明中功率管理电路的另一较佳实施例的电路示意图；
图5显示本发明中的切换讯号在间歇切换时的波形图。
【主要组件符号说明】
变压器          10
控制电路        100
晶体管          20
功率管理电路    200
比较器          210
开关            215
电流源          220
缓冲放大器      250
放大器          260
电阻            265
晶体管          270
晶体管          271
晶体管          272
整流器          30
电容            35
电阻            40
参考组件        45
光耦合器        50
位准移位晶体管  60
电阻            61
电阻            62
拉升电阻        65
电流源          74
开关            75
振荡电路        80
比较器          85
正反器          90
反相器          91
与门            92
定电流          I1
电流            I2
电流            I270
一次侧绕组      NP
二次侧绕组      NS
脉波讯号        PLS
切换讯号        SW
间歇期间        TBST
第一回馈讯号    VA
第二回馈讯号    VB
供应电压        VCC
回馈讯号        VFB
输入电压        VIN
输出电压        VO
斜坡讯号        VRMP
门坎            VT1
门坎            VT2
具体实施方式
图1是显示本发明使用于一功率转换器的电路示意图。上述的功率转换器包含：一控制电路100、一变压器10、一晶体管20、一整流器30、一电容35、一电阻40、一参考组件45及一光耦合器50。控制电路100耦合至晶体管20且控制晶体管20，以产生一切换讯号SW。变压器10包含：一次侧绕组NP及二次侧绕组NS。输入电压VIN提供至一次侧绕组NP的一端。晶体管20串联至上述一次侧绕组NP的另一端。晶体管20被使用来切换上述的变压器，以使电源能量从功率转换器的输入端转换到功率转换器的输出端。输出电压VO透过电容35被产生。功率转换器输出端的输出电压VO藉由整流器30及电容35被调节。
透过电阻40、参考组件45及光耦合器50，一回馈讯号VFB根据输出电压VO被产生。根据本发明一较佳实施例，参考组件45可由齐纳二极管来实现。控制电路100接收回馈讯号VFB以形成一回馈回路，以产生切换讯号SW且调节功率转换器的输出电压VO。
图2是本发明控制电路100的一较佳实施例的电路示意图。一拉升(pull-high)电阻65的一端连接至一供应电压VCC。回馈讯号VFB供应至拉升电阻65的另一端。一位准移位(level-shift)晶体管60的闸极端接收回馈讯号VFB。供应电压VCC另供应至位准移位晶体管60的汲极端。位准移位晶体管60的源极端产生一第一回馈讯号VA。因此，回馈讯号VFB供应至位准移位晶体管60的闸极端，以产生第一回馈讯号VA。此外，电阻61的一端耦合至位准移位晶体管60的源极端。电阻61的另一端连接至电阻62的一端。电阻62的另一端连接至地。由电阻61与、62形成衰减器。上述衰减器将根据第一回馈讯号VA产生第二回馈讯号VB，第二回馈讯号VB产生于电阻61与62的连接处。因此，第二回馈讯号VB是藉由第一回馈讯号VA透过衰减器而被所产生。上述之衰减器做为分压器。第一回馈讯号VA及第二回馈讯号VB关联于回馈讯号VFB。
比较器85的正输入端耦合至电阻61与62的连接处，以接收第二回馈讯号VB。第二回馈讯号VB供应至比较器85以产生切换讯号SW。振荡电路(OSC)80产生脉波讯号PLS。正反器90的频率输入端CK接收脉波讯号PLS以开启(turn on)该正反器90。振荡电路80另产生一斜坡讯号VRMP。比较器85的负输入端耦合至振荡电路80用来接收该斜波讯号VRMP，以与第二回馈讯号VB比较。比较器85的输出耦合至正反器90的重置端R，以关闭(turn off)正反器90的输出。正反器90的输出端Q连接至与门92的第一端，以产生切换讯号SW。与门92的第二端透过反相器91接收脉波讯号PLS，以限制切换讯号SW的最大导通(on-time)周期(period)。供应电压VCC另供应至正反器90的输入端D。
适应电路包含：电流源74及功率管理电路200。供应电压VCC供应至电流源74的一端。电流源74的另一端耦合至功率管理电路200的输出端。一定电流I1由电流源74所产生。功率管理电路200的输入端耦合至位准移位晶体管60的源极端及电阻61的一端，用来接收第一回馈讯号VA以产生电流I2。换言之，电流I2根据该第一回馈讯号VA产生于功率管理电路200的输出端。在轻载状态，上述之适应门坎可为定电流I1。在更轻载或无载状态，前述的适应门坎可为定电流I1及电流I2的加总。因此，适应电路根据第一回馈讯号VA产生一适应门坎于功率转换器的回馈回路中。第一回馈讯号VA关联于回馈讯号VFB。因此，适应门坎响应于回馈讯号VFB而适应地(adaptively)被产生。回馈讯号VFB关联于功率转换器的输出端负载及输出电压VO。
开关75的一第一端耦合至适应电路的输出端以接收适应门坎。开关75的第二端耦合至比较器85的正输入端以及电阻61与62的连接处。比较器85的输出端进一步耦合至开关75的控制端，以控制开关75。透过该开关75，比较器85接收在回授回路中第二回授讯号VB的包含了适应门坎的值。也就是说，当开关75被比较器85的输出所导通时，开关75的输入端上的适应门坎的值将供应至比较器85正端的第二回馈信号VB，此适应门坎值系由根据回馈所产生的定电流I1、电流I2以及电阻61与62来决定。
图3是本发明中功率管理电路200的一较佳实施例的电路示意图。功率管理电路200包含一电流源220、一开关215及一比较器210。电流源220的一端接收供应电压VCC。开关215的第一端耦合至电流源220的另一端。开关215的第二端耦合至开关75的第一端及电流源74的另一端，以产生该电流I2。开关75及电流源74显示于图2。比较器210的负输入端耦合至位准移位晶体管60的源极端及电阻61的连接处(如图2所示)，以接收第一回馈讯号VA。一门坎VT1供应至比较器210的正输入端。比较器210的输出耦合至开关215的控制端，以控制开关215。换言之，比较器210用来比较第一回馈讯号VA及门坎VT1。当第一回馈讯号VA的值低于该门坎VT1的值，开关是215开启(turn on)以产生电流I2。电流I2由该电流源220所提供。另一方面，当第一回馈讯号VA的值高于门坎VT1的值，开关是215被关闭(turn off)以禁能电流I2。
参考图2，在轻载状态，当第一回馈讯号VA的值高于门坎VT1的值时，具有第一值的适应门坎由定电流I1形成。在更轻载或无载状态，当该第一回馈讯号VA的值低于门坎VT1的值，具有第二值的适应门坎由定电流I1及电流I2的加总形成。此外，具有第一值的适应门坎(藉由定电流I1形成)低于具有第二值的适应门坎(藉由定电流I1及该电流I2的加总所形成)。因此，在轻载状态，适应电路产生具有第一值的适应门坎以回应在一第一范围内的该第一回馈讯号VA的值；换言之，当第一回馈讯号VA的值落入上述的第一范围之内时，开关215关闭，具有第一值的适应门坎被产生。在更轻载或无载状态，适应电路产生具有第二值的适应门坎(藉由定电流I1及该电流I2的加总所形成)，以回应在第二范围内的第一回馈讯号VA的值；换言之，当前述第一回馈讯号VA的值落入第二范围之内时，开关215开启，具有第二值的适应门坎被产生。此外，落入第一范围内的第一回馈讯号VA的值高于落入第二范围内的第一回馈讯号VA的值。由于第一回馈讯号VA关联于回馈讯号VFB，适应门坎响应回馈讯号VFB适应地被产生，且适应门坎适应地产生以回应功率转换器输出端的负载及输出电压VO。
图4是本发明中功率管理电路200的另一较佳实施例的电路示意图。另一较佳实施例的功率管理电路200包含：一电压-电流电路以及由晶体管271与272所形成的一电流镜电路。电压-电流电路则包含：放大器260、缓冲放大器250、电阻265及晶体管270。放大器260的正输入接收一门坎VT2。放大器260的输出耦合至晶体管270的闸极端，以控制晶体管270。晶体管270的汲极端耦合至电流镜电路。晶体管270的源极端耦合至放大器260的负输入及电阻265的一端。电阻265的另一端耦合至缓冲放大器250的负输入及缓冲放大器250的输出。第一回馈讯号VA供应至缓冲放大器250的正输入。因此，缓冲放大器250的负输入及缓冲放大器250的输出耦合在一起。当第一回馈讯号VA的值低于门坎VT2的值时，电压-电流电路产生电流I270。该电流I270可根据下列方程式I270＝[(VT2-VA)/R265]被产生。由于门坎VT2为一定值，所以电流I270可由第一回馈讯号VA决定。
供应电压VCC供应至晶体管271与272的源极端。晶体管271与272的闸极端耦合在一起。晶体管271的汲极端耦合至晶体管270的汲极端与晶体管271与272的闸极端。晶体管272的汲极端耦合至开关75的第一端及电流源I1的另一端，以产生电流I2。开关75及电流源I1显示于图2。因此，藉由晶体管271与272所形成的电流镜电路，接收该电流I270以产生该电流I2于晶体管272的汲极端。换言之，由于电流I270关联于该电流I2，当第一回馈讯号VA的值低于门坎VT2的值时，电流I2被产生。换句话说，当第一回馈讯号VA的值低于门坎VT2的值，功率管理电路200输出电流I2。另一方面，当第一回馈讯号VA的值高于门坎VT2的值，功率管理电路200不输出电流I2。如前所述，由于门坎VT2为一定值，电流I2响应第一回馈讯号VA的值而被产生。换言之，电流I2被产生以响应回馈讯号VFB的值。此外，第一回馈讯号VA的值关联于功率转换器输出端的负载；因为第一回馈讯号VA与回馈讯号VFB成比例，因此回馈讯号VFB亦关联于功率转换器输出端的负载。
参考图2，在轻载状态，当第一回馈讯号VA的值高于门坎VT2的值，具有第一值的适应门坎由电流源I1形成。在更轻载或无载状态，当第一回馈讯号VA的值低于门坎VT2的值，具有第二值的适应门坎藉由电流源I1及电流I2的加总所形成。此外，具有第一值的该适应门坎低于具有第二值的适应门坎。因此，在轻载状态，适应电路产生具有第一值的适应门坎，以回应在一第一范围内的该第一回馈讯号VA的值。换言之，当第一回馈讯号VA的值落入前述的第一范围内时，电流I2被禁能，具有第一值的该适应门坎(藉由定电流I1形成)因而被产生。在更轻载或无载状态，适应电路产生具有第二值的适应门坎以回应在一第二范围内的该第一回馈讯号VA的值。换言之，当第一回馈讯号VA的值落入第二范围内时，电流I2被致能，具有第二值的适应门坎(藉由定电流I1及该电流I2的加总所形成)因而被产生。此外，落入第一范围内的第一回馈讯号VA高于落入第二范围内的第一回馈讯号VA。也就是第一回馈讯号VA的第一范围高于第二范围。由于第一回馈讯号VA关联于回馈讯号VFB，适应门坎响应回馈讯号VFB适应地被产生，因此适应门坎适应地产生以回应功率转换器输出端的负载及输出电压VO。
图5是显示本发明中切换讯号在间歇切换时的波形图。切换讯号SW产生于晶体管20的闸极端以控制晶体管20。在轻载状态，切换讯号SW产生一间歇期间TBST以延长切换周期及缩短切换频率，其显示于图5。本发明为功率转换器的间歇切换提供一适应门坎，以使功率转换器在轻载时达到较高效率。因此效率将被改善以响应切换的递减及切换周期的递增。间歇周期TBST被适应门坎的值所决定。

Claims (11)

1.一种使功率转换器间歇切换的控制电路，其特征在于，包含：
一适应电路，所述适应电路回应于与所述功率转换器的一输出负载相关的一回馈讯号，以产生一适应门坎；及
一切换电路，所述切换电路根据所述适应门坎值及所述回馈讯号产生一切换讯号，使所述功率转换器的一变压器被切换，以调节该功率转换器的一输出。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述适应电路产生具有一第一值的所述适应门坎以回应于一第一范围内的所述回馈讯号的值，及产生具有一第二值的所述适应门坎以回应于一第二范围内的所述回馈讯号的值。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，具有所述第一值的所述适应门坎低于具有所述第二值的所述适应门坎，且所述第一范围内的所述回馈讯号的值高于所述第二范围内的所述回馈讯号的值。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述适应电路至少包含一功率管理电路及一电流源。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述适应电路所产生的所述适应门坎是所述功率管理电路及所述电流源的输出的加总。
6.一种用于功率转换器的控制方法，其特征在于，包含：
响应与述功率转换器的一输出负载关联的一回馈讯号，产生一适应门坎；及
根据所述适应门坎值及所述回馈讯号产生一切换讯号，以切换所述功率转换器的一变压器，调节该功率转换器的一输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，产生所述适应门坎的步骤，包含：
产生具有一第一值的所述适应门坎以回应于一第一范围内的所述回馈讯号的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中产生所述适应门坎的步骤，更包含：
产生具有一第二值的所述适应门坎以回应于一第二范围内的所述回馈讯号的值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，具有所述第一值的所述适应门坎低于具有所述第二值的所述适应门坎，且所述第一范围内的所述回馈讯号的值高于所述第二范围内的所述回馈讯号的值。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述适应门坎的值是藉由包含一功率管理电路及一电流源的一适应电路所产生。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述适应门坎的值藉由一功率管理电路及一电流源的输出所加总产生。
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