CN102594108A - 用于取样功率转换器的变压器的反射电压的电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的适应性滤波电路，包含：一第一开关，用以接收该反射电压；一电阻，具有一第一端与一第二端，该电阻的该第一端耦合至该第一开关；一电容，耦合至该电阻的该第二端以保持该反射电压；以及一第二开关，并联耦合至该电阻；其中该电阻与该电容形成一滤波器以取样该反射电压；于一切换讯号的一禁能期间，该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器滤波而被取样；且于该切换讯号的该禁能期间，该反射电压于一第二期间藉由该滤波器滤波而被取样。本发明亦包含一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的取样方法。

Description

用于取样功率转换器的变压器的反射电压的电路及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于一次侧控制功率转换器的电路；特别涉及一种用于一次侧控制功率转换器的适应性电路。
背景技术
图1显示公知的一次侧控制功率转换器的电路图。该一次侧控制功率转换器包含一变压器10，该变压器10包含一次侧绕组NP、二次侧绕组NS及一辅助绕组NA。该功率转换器的一输入电压VIN供应至该一次侧绕组NP。一切换控制器100耦合至由电阻51与57所形成的一分压器且透过该分压器取样该变压器10的该辅助绕组NA的一反射电压VA。该电阻51的一端连接至该变压器10的该辅助绕组NA，且该电阻51的另一端连接至该电阻57的一端。该电阻57的另一端耦接至地。该电阻51与该电阻57串联。基于该反射电压VA，一讯号VS产生于该电阻51与该电阻57的连接处且施予至该切换控制器100的一侦测端VS。该反射电压VA与该讯号VS关连于该功率转换器的一输出电压VO。该一次侧控制功率转换器进一步包含一整流器40与一电容45。该整流器40的一阳极连接至该电阻51与该辅助绕组NA。该整流器40的一阴极连接至该电容45。一供应电压VCC供应至该切换控制器100的一供应端VCC，其连接至该整流器40的该阴极与该电容45的连接处。一整流器60的一阳极连接至该变压器10的该二次侧绕组NS，且该整流器60的一阴极连接至一输出电容65。一负载70与该输出电容65并联，且该输出电压VO产生于该负载70的一端。
该切换控制器100接收可视为一电压回馈讯号(feedback signal)的讯号VS，其关连于该功率转换器的该输出电压VO。响应于该电压回馈讯号，该切换控制器100产生一切换讯号SW以切换一功率晶体管20及该变压器10，进而调节该功率转换器的该输出电压VO。当该切换讯号SW变为逻辑高准位(logic-high)，一次侧切换电流IP将因此产生。耦合至该功率晶体管20的一电流感测电阻30可作为一电流感测组件。一电流感测讯号VCS产生于该电流感测电阻30与该功率晶体管20的连接处，且被施予至该切换控制器100的一感测端CS。该一次侧控制功率转换器的详细描述于以下专利：美国专利6,977,824，发明名称“Control circuit for controlling output current at the primaryside of a power converter”；以及美国专利7,016,204，发明名称“Close-loop PWM controller for primary-side controlled powerconveters”。
该讯号VS的波形显示于图2。该讯号VS于该切换讯号SW的截止周期(off-time period)期间产生。过了一遮没期间(blankingperiod)TBLK之后，该讯号VS将为稳定且关连于该输出电压VO。然而，该变压器10的漏感与该功率晶体管20的汲极电容造成具有一振铃期间TRING的振铃讯号VRING于该讯号VS中。此外，由于该分压器，因此，该反射电压VA包含该振铃讯号VRING，其将造成不想要的值于该讯号VS中。图3显示公知的一次侧控制功率转换器的另一电路图。一电容58连接至该等电阻51、57与地的连接处，以减小该讯号VS中的该振铃讯号VRING。该等电阻51、57与该电容58形成一低通滤波器。然而，该低通滤波器造成该讯号VS的失真及取样错误。图4显示在该切换讯号SW的截止期间该讯号VS的失真的波形。因为该低通滤波器，该讯号VS波形失真且该讯号VS的上升时间延长，其造成当该讯号VS的脉宽短的时候取样错误。举例而言，当该负载为轻负载或无载情况，因为该切换讯号SW的小脉宽，该讯号VS的脉宽太短以致无法精准地被该控制器100所取样来产生该电压回馈讯号。取样错误造成不正确的电压回馈讯号(该电压回馈讯号的较低值)且导致该输出电压VO的增量。换言之，因为该控制器100感测到不正确的电压回馈讯号，该输出电压VO将会太高。再者，该讯号VS的失真波形与延长的稳定时间TD限制了该切换讯号SW的最高速度与最高频率。
发明内容
本发明之的一个目的是滤除振铃讯号VRING而无须延长稳定时间TD。本发明提供一种用于一次侧控制功率转换器的适应性电路，以取样一变压器的反射电压。该变压器的该反射电压用于调节功率转换器的输出电压与输出电流。
为达到上述目的，本发明提供一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的适应性滤波电路，包含：一第一开关，用以接收该反射电压；一电阻，具有一第一端与一第二端，该电阻的该第一端耦合至该第一开关；一电容，耦合至该电阻的该第二端以保持该反射电压；以及一第二开关，并联耦合至该电阻；其中该电阻与该电容形成一滤波器以取样该反射电压；于一切换讯号的一禁能(disable)期间，该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器滤波而被取样；且于该切换讯号的一该禁能期间，该反射电压于一第二期间藉由该滤波器滤波而被取样。
前述适应性滤波电路，该第一期间与该第二期间是藉由开启与关闭该第一开关与该第二开关所决定。
前述适应性滤波电路，该第二期间于该第一期间结束后开始。
前述适应性滤波电路，该反射电压被取样以产生用于该功率转换器的一回馈讯号；该反射电压关连于该功率转换器的一输出电压。
前述适应性滤波电路，该第一开关于该第一期间与该第二期间开启。
前述适应性滤波电路，该第二开关于该第二期间关闭。
前述适应性滤波电路，该回馈讯号为电压回馈讯号。
为达到上述目的，本发明复提供一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的适应性滤波电路，包含：一取样保持电路，耦合以取样该反射电压；及一电阻，耦合至该取样保持电路；其中该电阻与该取样保持电路的一电容形成一滤波器以取样该反射电压；该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器滤波而被取样；该反射电压于一第二期间藉由该滤波器滤波而被取样。
为达到上述目的，本发明还提供一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的适应性滤波电路，包含：一第一开关，用以接收该反射电压；一滤波器，耦合至该第一开关且包含一电阻与一电容，以取样该反射电压；及一第二开关，并联耦合至该电阻；其中于该变压器的一放电期间，该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器滤波而被取样；且于该变压器的该放电期间，该反射电压于一第二期间藉由该滤波器滤波而被取样。
为达到上述目的，本发明还提供一种用于取样功率转换器的变压器的一反射电压的方法，包含：于一切换讯号被禁能后，接收该反射电压；于一第一期间禁能一振铃消除模块，且于该第一期间该反射电压包含振铃讯号；及于一第二期间致能(enable)一振铃消除模块，且于该第二期间该反射电压的振铃讯号被消除；其中该振铃消除模块耦合至该反射电压，且该切换讯号用于切换该变压器。
附图说明
图1显示公知的一次侧控制功率转换器的电路图。
图2显示图1公知的一次侧控制功率转换器的讯号VS的波形。
图3显示公知的一次侧控制功率转换器的另一电路图。
图4显示图3公知的一次侧控制功率转换器在切换讯号SW的截止期间该讯号VS的失真的波形。
图5是根据本发明一较佳实施例用于一次侧控制功率转换器的一控制器的方块图。
图6是根据本发明一较佳实施例的电压侦测电路。
图7显示切换讯号SW、讯号VS、遮没讯号SBLK、取样讯号SMP以及保持讯号SHD的波形。
图8显示本发明之取样一功率转换器的一变压器的一反射电压的方法。
附图标记说明
10    变压器
20    功率晶体管
30    电流感测电阻
40    整流器
45    电容
51    电阻
57    电阻
58    电容
60    整流器
65    输出电容
70    负载
100   切换控制器
150   电压侦测电路
171   第一开关
172   电容
175   缓冲放大器
176    电容
179    第三开关
181    第二开关
182    电阻
200    电流侦测电路
250    积分器
350    误差放大器
370    误差放大器
400    低通滤波器
450    低通滤波器
500    脉宽调变电路
具体实施方式
本发明的实施例及其优点藉由参考附图可被最佳地了解。类似的组件符号使用于各附图中相似及对应的组件。
图5是根据本发明一较佳实施例用于一次侧控制功率转换器的一控制器100’的方块图。该控制器100’具有类似于图1中该切换控制器100的功能，但是具有本发明的新颖特征。该控制器100’包含一电压侦测电路(V-DET)150、一电流侦测电路(I-DET)200、一积分器250、一误差放大器350、一误差放大器370、一低通滤波器(LPF)400、一低通滤波器(LPF)450以及一脉宽调变电路(PWM)500。
该电压侦测电路150耦合至显示于图1中的该侦测端VS，以接收该讯号VS来产生一电压回馈讯号VV及一放电时间讯号SDS。一参考讯号VRV供应至该误差放大器350的一正输入，且该电压回馈讯号VV被接收于该误差放大器350的一负输入。该误差放大器350输出一放大讯号EV，以放大该电压回馈讯号VV与该参考讯号VRV间的一误差且提供一电压回路增益以响应该参考讯号VRV。该电压回路增益用于输出电压控制。该放大讯号EV被该低通滤波器400所接收以产生一电压回路讯号VCOMV来作该电压回路的频率补偿。
该电流侦测电路200耦合至显示于图1中的该电流感测端CS，以接收一电流感测讯号VCS来产生一电流波形讯号VW。该积分器250耦合至该电流侦测电路200与该电压侦测电路150，以根据该电流波形讯号VW与该放电时间讯号SDS来产生一电流回馈讯号VI。该电流波形讯号VW藉由量测显示于图3的该一次侧切换电流IP所产生。该电流回馈讯号VI藉由积分该电流波形讯号VW与该放电时间讯号SDS来产生。该电流回馈讯号VI进一步施予至该误差放大器370的一负输入，且一参考讯号VRI施予至该误差放大器370的一正输入。该误差放大器370产生一放大讯号EI，以放大该电流回馈讯号VI与该参考讯号VRI间的一误差且提供一电流回路增益以响应该参考讯号VRI。该电流回路增益用于输出电流控制。
该低通滤波器450接收该放大讯号EI以产生一电流回路讯号VCOMI来作该电流回路的频率补偿。该PWM电路500产生该切换讯号SW且控制该切换讯号SW的脉宽，以响应该电压回路讯号VCOMV与该电流回路讯号VCOMI。因此，该控制器100’接收该讯号VS以产生该切换讯号SW。
图6是根据本发明一较佳实施例的电压侦测电路150，其包含一适应性滤波电路，用来取样产生于显示于图1的该侦测端VS的该讯号VS。该适应性滤波电路包含由第一开关171与电容172所形成的一取样保持电路、一第二开关181、一电阻182、一缓冲放大器172、一第三开关179以及一电容176。该电阻182与该电容172架构以形成一滤波器。该讯号VS关连于该变压器10的该反射电压VA。该电阻182耦合至该第一开关171与该第二开关181。该电容172耦合至该电阻182与该缓冲放大器172的一正输入端。该第一开关171的一控制端由一取样讯号SMP所控制。当该取样讯号SMP致能且该第一开关171开启(turned on)，该讯号VS透过该电阻182被取样至该电容172。亦即，一旦该取样讯号SMP致能且该第一开关171开启，该电容172耦合至该第一开关171以保持该反射电压VA。
该第二开关181与该电阻182并联。该第二开关181的一控制端由一遮没讯号(blanking signal)SBLK所控制。当该遮没讯号SBLK致能且该第二开关181开启，将没有电流通过该电阻182。该缓冲放大器172的负输入端与正输入端连接在一起。该第三开关179连接至该缓冲放大器175的输出端及该电容176。该第三开关179的一控制端由一保持讯号SHD所控制。由一保持讯号SHD所控制的该第三开关179架构以取样该电容172内的一储存讯号，且将该储存讯号传至该电容176以产生该电压回馈讯号VV。由该电阻182与该电容172所形成的该滤波器具有一极点
f P = 1 2 π × R 182 × C 172 - - - ( 1 )
其中，忽略电阻51与57的阻值。
该切换讯号SW、该讯号VS、该遮没讯号SBLK、该取样讯号SMP以及该保持讯号SHD的波形显示于图7。该讯号VS产生于该切换讯号SW的截止期间(off-time period)期间。该遮没讯号SBLK与该取样讯号SMP亦产生于该切换讯号SW的截止期间(off-time period)期间。该取样讯号SMP架构以于该遮没讯号SBLK结束前不被禁能。如图6所示，由该电阻182与该电容172所形成的滤波器接收该讯号VS以取样该反射电压VA。于该切换讯号SW禁能期间，该反射电压VA于第一期间与一第二期间内被取样至该电容172。该第一期间与该第二期间藉由开启与关闭该第一开关与该第二开关所决定。该第二期间于该第一期间结束后开始。该第一开关171于该第一期间与该第二期间开启。该第二开关181于该第二期间开启。换言之，该滤波器于该第二期间被致能而于该第一期间被禁能。产生取样讯号SMP的技术描述于以下专利：美国专利7,349,229，发明名称“Causal sampling circuit formeasuring reflected voltage and demagnetizing time of transformer”；以及美国专利7,486,528，发明名称“Linear-predict sampling formeasuring demagnetized voltage of transformer”。该保持讯号SHD于该切换讯号SW起始之前产生，且仅当该切换讯号SW被禁能时致能。于该遮没讯号SBLK致能期间，其对应至该讯号VS的上升边缘的期间，因为该第二开关181藉由该遮没讯号SBLK开启且无电流通过该电阻182，该讯号VS未被滤波而取样。于该遮没讯号SBLK被禁能之后，该振铃讯号VRING藉由该电阻182与该电容172所形成的低通滤波器被滤除。
藉由该适应性滤波电路，该讯号VS可更精准地被取样以获得图7的波形而不是图4的失真的波形，并且不需要图3中的该电容58。因此，可避免该讯号VS的长的上升时间与稳定时间TD的影响。进一步，当该负载为轻负载或无载情况，由于该讯号VS的较小脉宽所造成的高输出电压亦可被避免。
请参见图8，其说明本发明之取样一功率转换器的一变压器的一反射电压的方法。步骤S1说明，禁能一切换讯号后，接收该反射电压；步骤S2说明，于一第一期间禁能一振铃消除模块，且于该第一期间该反射电压包含振铃讯号；步骤S3说明，于一第二期间致能该振铃消除模块，且于该第二期间该反射电压的振铃讯号被消除。根据本发明之方法，该振铃消除模块尚包含：耦合至该反射讯号的一滤波电路，及耦合至该滤波电路的一取样保持电路。该滤波电路包含：一滤波器及耦合至该滤波器的一开关。
上述步骤S2尚包含禁能该滤波电路，以及包含禁能该开关。
上述步骤S3尚包含致能该滤波电路，以及包含致能该开关。
虽然本发明及其优点已被详细描述，应可了解在不悖离如以下权利要求所定义的本发明范畴与精神情况下，可进行不同改变、置换及更替。亦即，此发明所涵盖的讨论意指作为一基本描述。应可了解到特定讨论非明确地描述所有可能实施例；众多选择为隐含的。文中可能未完整说明本发明的通用本质，且可能未明确解说每一特征或组件如何确实成为一较为概括的功效或各种可供选择或等同组件的代表。再次，这些隐含于此公开的文件中。发明说明或术语非意欲限制权利要求的保护范围。

Claims (26)

1.一种适应性滤波电路，用于取样一功率转换器的一变压器的一反射电压，其特征在于，包含：
一第一开关，用以接收该反射电压；
一电容，耦合至该第一开关以保持该反射电压；
一电阻，耦合至该第一开关；及
一第二开关，耦合至该电阻；
其中该电阻与该电容形成一滤波器以取样该反射电压；相应于一切换讯号被禁能的一期间，该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器被取样而在一第二期间藉由该滤波器被取样；该切换讯号用以切换该变压器。
2.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第一期间与该第二期间藉由开启与关闭该第一开关与该第二开关所决定。
3.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第二期间于该第一期间结束后开始。
4.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该反射电压被取样以产生用于该功率转换器的一回馈讯号；该反射电压关连于该功率转换器的一输出电压。
5.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第一开关于该第一期间与该第二期间开启。
6.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第二开关于该第二期间关闭。
7.根据权利要求1所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第二开关并联耦合至该电阻。
8.根据权利要求3所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该回馈讯号为电压回馈讯号。
9.一种适应性滤波电路，用于取样一功率转换器的一变压器的一反射电压，其特征在于，包含：
一取样保持电路，耦合以取样该反射电压；及
一滤波器，耦合至该取样保持电路；
其中在该反射电压的一第一期间，该反射电压未藉由该滤波器而被取样；在该反射电压的一第二期间，该反射电压藉由该滤波器而被取样。
10.根据权利要求9所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第二期间系于该第一期间结束后开始。
11.根据权利要求9所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该滤波器于该第二期间被致能。
12.根据权利要求9所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该滤波器于该第一期间被禁能。
13.根据权利要求9所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该滤波器包含一第一开关与一第二开关。
14.根据权利要求13所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该滤波器进一步包含一电阻与一电容，且该电阻并联耦合至该第二开关。
15.根据权利要求13所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第一开关于该第一期间与于该第二期间被致能，而该第二开关于该第二期间被禁能。
16.一种适应性滤波电路，用于取样一功率转换器的一变压器的一反射电压，其特征在于，包含：
一第一开关，用以接收该反射电压；
一滤波器，耦合至该第一开关且包含一电阻与一电容，以取样该反射电压；及
一第二开关，并联耦合至该电阻；
其中，于该变压器的一放电期间，该反射电压于一第一期间未藉由该滤波器滤波而被取样；且于该变压器的该放电期间，该反射电压于一第二期间藉由该滤波器滤波而被取样。
17.根据权利要求16所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第一期间与该第二期间由该第一开关与该第二开关所决定。
18.根据权利要求16所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第一开关于该第一期间与该第二期间开启。
19.根据权利要求16所述的适应性滤波电路，其特征在于，其中，该第二开关于该第二期间关闭。
20.一种取样一功率转换器的一变压器的一反射电压的方法，其特征在于，包含：
于一切换讯号被禁能后，接收该反射电压；
于一第一期间禁能一振铃消除模块，且于该第一期间该反射电压包含振铃讯号；及
于一第二期间致能一振铃消除模块，且于该第二期间该反射电压的振铃讯号被消除；
其中，该振铃消除模块耦合至该反射电压，且该切换讯号系用于切换该变压器。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中，该振铃消除模块包含耦合至该反射讯号的一滤波电路及耦合至该滤波电路的一取样保持电路。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中，该滤波电路包含一滤波器及耦合至该滤波器的一开关。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中，前述于一第一期间禁能一振铃消除模块的步骤包含禁能该滤波电路。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，其中，前述禁能该滤波电路的步骤包含禁能该开关。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中，前述于一第二期间致能一振铃消除模块的步骤包含致能该滤波电路。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，其中，前述致能该滤波电路的步骤包含致能该开关。
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