CN102904451B - 控制功率转换器的最大输出电流的控制电路及其方法 - Google Patents

控制功率转换器的最大输出电流的控制电路及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种控制功率转换器的最大输出电流的控制电路及其方法，控制电路包含一反馈电路、一输出电路及一适应性箝制电路。反馈电路依据功率转换器的一输出产生一反馈信号。输出电路依据反馈信号产生一切换信号而调整功率转换器的输出。适应性箝制电路在一第一负载状态下，限制反馈信号的准位低于一第一准位。反馈电路决定反馈信号的一转换速率，以使反馈信号的准位从第一准位提升至一第二准位。于一第二负载状态下，适应性箝制电路禁能，且反馈信号的准位可提升至第二准位。

Description

控制功率转换器的最大输出电流的控制电路及其方法
技术领域
本发明为关于一功率转换器，尤其是关于功率转换器的最大输出电流的控制电路及其方法。
背景技术
请参阅图1，其为一习知功率转换器。功率转换器包含一桥式整流器35、复数电容器30、45、一功率晶体管20、复数电阻器25、31、32、一整流器40、一控制器100及具有一一次侧与一二次侧的一变压器10。一次侧包括一一次侧绕组NP及一辅助绕组NA。二次侧包括一二次侧绕组NS。电容器30的一端耦接桥式整流器35的一输出及一次侧绕组NP的一端。电容器30的另一端耦接一接地端。桥式整流器35整流一交流输入电压VAC为一直流输入电压VIN至电容器30，且供应直流输入电压VIN至一次侧绕组NP。
功率晶体管20的一漏极端串接一次侧绕组NP的另一端。功率晶体管20用于切换变压器10且控制能源从变压器10的一次侧绕组NP转换至变压器10的辅助绕组NA与二次侧绕组NS。控制器100耦接功率晶体管20的一栅极端。控制器100产生一切换信号SW。切换信号SW输出至功率晶体管20并控制功率晶体管20而切换变压器10。换言的，控制器100产生切换信号SW，以经由功率晶体管20切换变压器10。电阻器25耦接于功率晶体管20的一源极端与接地端之间。变压器10的一切换电流IP流经晶体管20，而于电阻器25产生一电流侦测信号VCS。电流侦测信号VCS传输至控制器100。
整流器40及电阻器45耦接变压器10的二次侧绕组NS，以产生功率转换器的一输出电压V0及一输出电流I01。复数电阻器31与32为相串联。该些电阻器31与32从变压器10的辅助绕组NA耦接至接地端，以侦测输出电压V0，并于变压器10的切换期间产生一信号VS。信号VS产生于该些电阻器31与32的串接点。控制器100的一输入端VS耦接此串接点并接收信号VS。信号VS相关于输出电压V0并关于变压器10的消磁时间。变压器10的消磁时间用于控制输出电流I01。控制器100依据信号VS(变压器10的反射电压(reflectedvoltage))而产生切换信号SW，并用于调整功率转换器的输出(输出电压V0及/或输出电流I01)。
控制器100为了控制输出电流I01，举例来说提供一固定输出电流，而用于电池充电或LED灯具等，其需要利用一电流反馈回路以调整输出电流I01。功率转换器一般包括定电压及/或定电流调整。关于调整输出电流的技术，其已揭露于先前美国专利案第6,977,824号“Control circuit for controllingoutput current at the primary side of a power converter”。关于电压回路与电流回路的运作的详细技术，其揭示于先前美国专利案第7,016,204号“Close-loop PWM controller for primary-side controlled powerconverters”。
为达到一稳定的反馈回路，电流反馈回路一般被补偿为一低频宽。因此，一高过冲电流(higher overshoot current)产生于负载改变期间，如图2所示尤其是产生于当负载从轻载转变为重载的期间。
习知功率转换器的缺点为电流反馈电路的缓慢响应。为了达到稳定回路，频率补偿的频宽为低频宽。因此，负载改变的回路响应为缓慢响应。图2显示一输出电流波形，其受控于图1所示的控制器100。当负载(Load)改变时，输出电流I01在一周期TD间具有高过冲电流。周期TD相关于电流反馈电路的回路响应。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供控制功率转换器的控制电路及控制方法，其避免当负载改变时功率转换器产生高过冲电流。
本发明提供功率转换器的一控制电路及一控制方法。控制电路包含一反馈电路、一输出电路及一适应性箝制电路。反馈电路依据功率转换器的一输出产生一反馈信号。输出电路依据反馈信号产生一切换信号，以调整功率转换器的输出。适应性箝制电路于一第一负载状态下限制反馈信号的准位低于一第一准位。反馈电路决定反馈信号的一转换速率，以使反馈信号的准位从第一准位提升至一第二准位。于一第二负载状态下，适应性箝制电路为禁能，且反馈信号的准位可提升至第二准位。
附图说明
图1为一习知功率转换器的电路图；
图2为一习知输出电流对应于负载变化的波形图；
图3为本发明的一功率转换器的一实施例的电路图；
图4为本发明的控制电路的一实施例的电路图；及
图5为本发明的输出电流对应于负载变化的波形图。
【图号对照说明】
10   变压器                20   功率晶体管
25   电阻器                30   电容器
31   电阻器                32   电阻器
35   桥式整流器            40   整流器
45   电容器                100  控制器
100A 控制电路              110  晶体管
116  电阻器                117  电阻器
120  晶体管                125  开关
150  比较器                151  比较器
160  与门                  170  正反器
200  电流侦测电路          250  脉波产生电路
260  误差放大器            270  频率补偿电路
271  装置                  272  电容器
280  比较器                300  电压反馈电路
400  适应性箝制电路        CK   时脉输入端
D    输入端            I01  输出电流
I02  输出电流          IP   切换电流
NA   辅助绕组          NP   一次侧绕组
NS   二次侧绕组        PLS  脉波信号
Q    输出端            R    重置输入端
SI   电流回路反馈信号  SV   电压回路反馈信号
SW   切换信号          TD   周期
VAC  交流输入电压      VCC  供应电压
VCS  电流侦测信号      VI   电流反馈信号
VIN  直流输入电压      V0   输出电压
VRI  门槛信号          VS   信号
VS   输入端            VT   门槛信号
VX   参考信号
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图3，其为本发明的一功率转换器的一实施例的电路图。如图所示，本发明的功率转换器的电路相似于图1所示的电路，所以于此将不针对功率转换器再进行详述。虽然本发明的功率转换器相似于图1所示的电路，但本发明的功率转换器更包含一控制电路100A，其控制一输出电流I02的最大值，以解决习知功率转换器的控制器100(如图1所示)产生高过冲电流。功率转换器为一次侧控制的功率转换器，其一反馈回路控制不需要一光耦合器。
请参阅图4，其为本发明的控制电路的一实施例的电路图。如图所示，控制电路100A包含一反馈电路及一输出电路。反馈电路包含一电流侦测电路(I-DET)200、一误差放大器260、一频率补偿电路270及一准位偏移电路，用于依据功率转换器的一输出产生一电流回路反馈信号SI。电流回路反馈信号SI为一反馈信号。反馈电路为一电流反馈电路。频率补偿电路270运作相当于一时序电路。也就是说，时序电路的运作是藉由反馈电路的频率补偿电路270实行。电流反馈电路实行一电流反馈回路。
电流侦测电路200耦接电阻器31与32的连接点(如图3所示)以接收信号VS。电流侦测电路200经由控制电路100A的输入端CS与VS侦测电流侦测信号VCS及信号VS，以产生一电流反馈信号VI。电流反馈信号VI的准位相关于功率转换器的输出电流I02的准位。误差放大器260的一负输入端耦接电流侦测电路200，而接收电流反馈信号VI。误差放大器260的一正输入端接收一门槛信号VRI。
频率补偿电路270连接误差放大器260的一输出，而用于回路补偿。频率补偿电路270包含一装置271及一电容器272，其为低通滤波器。装置271的一端耦接误差放大器260的输出。装置271的另一端耦接电容器272的一端。电容器272的另一端耦接于接地端。于本发明的一实施例中，装置271可为一电阻。准位偏移电路包含一晶体管110及复数电阻器116与117。准位偏移电路耦接频率补偿电路270的一输出，以产生电流回路反馈信号SI(反馈信号)。晶体管110的一漏极端接收一供应电压VCC。晶体管110的一栅极端受驱动于频率补偿电路270的输出。晶体管110的一源极端耦接电阻器116的一端。电阻器116的另一端耦接电阻器117的一端。电阻器117的另一端耦接于接地端。电流回路反馈信号SI产生于该些电阻器116与117的串接点。
输出电路包含复数比较器150与151、一与门160、一正反器170及一脉波产生电路250。输出电路依据电流回路反馈信号SI(反馈信号)产生一切换信号SW，以调整功率转换器的输出。换言之，电流回路反馈信号SI用于调整功率转换器的输出电流I02。
电流回路反馈信号SI耦接输出电路的比较器150的一正输入端，以比较比较器150的一负输入端接收的电流侦测信号VCS。比较器150的一输出端产生一信号，此信号经由与门16耦接正反器170的一重置输入端R而重置正反器170，以截止切换信号SW。切换信号SW用于切换变压器10(如图3所示)，以调整功率转换器的输出(输出电压V0及/或输出电流I02)。正反器170由一脉波信号PLS使能，以于一输出端Q产生切换信号SW。一时脉输入端CK耦接脉波产生电路250的一输出端，以接收脉波信号PLS。供应电压VCC传输至正反器170的一输入端D。脉波产生电路250依据信号VS产生脉波信号PLS。脉波产生电路250耦接于该些电阻器31与32的串接点(如图3所示)。脉波产生电路250更接收切换信号SW。
控制电路100A更包含一电压反馈电路(V-LOOP)300。电压反馈电路300是一电压反馈回路。电压反馈电路300耦接该些电阻器31与32的串接点，以接收信号VS而产生电压回路反馈信号SV。电压反馈电路300更接收切换信号SW。电压回路反馈信号SV耦接输出电路的比较器151的一正输入端，并比较比较器151的一负输入端所接收的电流侦测信号VCS。输出电路的比较器151的一输出端耦接与门160，以重置正反器170而截止切换信号SW。也就是说，电压反馈电路300用于调整功率转换器的输出电压V0。
一适应性箝制电路400耦接频率补偿电路270，以箝制电流回路反馈信号SI的准位(反馈信号)。换言的，适应性箝制电路400耦接反馈电路以箝制反馈信号的准位。适应性箝制电路400包含一开关125、一晶体管120及一比较器280。开关125的一第一端耦接反馈电路的频率补偿电路270。换言之，开关125耦接反馈电路也是耦接电流反馈回路。开关125的一第二端耦接晶体管120的一源极端。经由开关125，晶体管120的源极端耦接反馈电路的频率补偿电路270的电容器(如电容器272)。一参考信号VX耦接晶体管120的一栅极端，以控制晶体管120而决定电流回路反馈信号SI的箝制准位。晶体管120的一漏极端耦接于接地端。
比较器280的一输出耦接开关125的一控制端，以依据电压回路反馈信号SV及一门槛信号VT控制开关125的导通/截止。电压回路反馈信号SV及门槛信号VT分别传送至比较器280的一负输入端及一正输入端。比较器280比较电压回路反馈信号SV的准位及门槛信号VT，以控制开关125导通/截止。当电压回路反馈信号SV低于门槛信号VT时，开关125被导通且适应性箝制电路400为使能，则电流回路反馈信号SI的准位被箝制而低于一特定准位(由参考信号VX决定)。一旦电压回路反馈信号SV高于门槛信号VT时，适应性箝制电路400为禁能。尔后，电流回路反馈信号SI依据频率补偿电路270的时序而逐渐的提升。因此，于第一负载状态下，电流回路反馈信号SI被限制于第一准位(由参考信号VX决定)的下。当负载改变(于一第二负载状态)而需要一较高输出电流，电流回路反馈信号SI可从第一准位逐渐的提升至一第二准位，以增加输出电流I02(如图3所示)。也就是说，第二准位高于第一准位且第二负载状态重于第一负载状态，例如第一负载状态为轻载，而第二负载状态为重载。
当适应性箝制电路400为禁能，频率补偿电路270运作犹如时序电路，而决定电流回路反馈信号SI的准位的转换速率以增加输出电流I02。于本发明的一较佳实施例中，电压回路反馈信号SV的准位用于决定第一负载状态及第二负载状态。
请参阅图5，其为第4图具有适应性箝制电路400的电路所产生的输出电流I02(如第3图所示)的波形图。如图所示，输出电流I02于周期TD期间内逐渐的提升，且对应负载的变化并未发生过冲电流。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种功率转换器的一控制电路，其特征在于，其包含：
一反馈电路，其依据该功率转换器的一输出产生一反馈信号；
一输出电路，其依据该反馈信号产生一切换信号，以调整该功率转换器的该输出；及
一适应性箝制电路，其于一第一负载状态下限制该反馈信号的准位低于一第一准位；
其中，该反馈电路决定该反馈信号的一转换速率，以增加该反馈信号的该准位从该第一准位至一第二准位，于一第二负载状态下该适应性箝制电路为禁能，且该反馈信号的该准位提升至该第二准位。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该反馈电路包含一时序电路，该时序电路决定该反馈信号的该转换速率，以增加该反馈信号的该准位从该第一准位至该第二准位。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中该反馈电路的一频率补偿电路实行该时序电路的运作。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该切换信号切换该功率转换器的一变压器，以调整该功率转换器的该输出。
5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该第二准位高于该第一准位，且该第二负载状态重于该第一负载状态。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该反馈电路为一电流反馈电路，该反馈信号为一电流回路反馈信号。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该适应性箝制电路的使能或禁能被决定于一电压回路反馈信号的准位。
8.如权利要求7所述的控制电路，其特征在于，其中该适应性箝制电路包含：
一开关，其具有一第一端及一第二端，该第一端耦接该反馈电路；
一晶体管，其耦接于该开关的该第二端及一接地端之间，且受控于一参考信号，于该第一负载状态下该开关导通，该反馈信号的该准位被限制低于该第一准位，且该第一准位由该参考信号决定；及
一比较器，其比较该电压回路反馈信号的该准位与一门槛信号，以控制该开关导通/截止。
9.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该反馈电路更包含一电流反馈回路。
10.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其更包含一电压反馈回路。
11.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该功率转换器为一一次侧控制功率转换器，其一反馈回路控制不需要利用一光耦合器。
12.一种功率转换器的一控制方法，其特征在于，其步骤包含：
依据该功率转换器的一输出产生一反馈信号；
依据该反馈信号产生一切换信号，以调整该功率转换器的该输出；
于一第一负载状态下箝制该反馈信号的准位低于一第一准位；及
产生一转换速率，以增加该反馈信号的该准位从该第一准位提升至一第二准位；
其中，于一第二负载状态下该反馈信号的该准位提升至该第二准位。
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