CN103236793A - 功率转换器的取样电路 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种功率转换器的取样电路，其包含一放大电路，放大电路接收一反射电压而产生一第一讯号。一第一开关及一第一电容用于依据反射电压产生一第二讯号。一取样讯号电路依据一切换讯号的一下降边缘而产生一取样讯号。切换讯号是依据一反馈信号而产生，用以调整功率转换器的一输出。反馈信号是依据第二讯号而产生。取样讯号用以控制第一开关，以取样反射电压。当第一讯号小于第二讯号时，取样讯号则禁能。本发明的取样电路可精确地取样功率转换器的变压器的反射电压，以调整功率转换器的输出。

Description

功率转换器的取样电路

技术领域

本发明关于一种功率转换器，特别是指一种功率转换器的取样电路。

背景技术

一般反射电压用来产生一反馈信号，以调整功率转换器的一输出。反馈信号关联于电源转换器的输出。许多习知技术已揭露侦测变压器的反射电压。例如美国专利编号7,151,681“Multiple-sampling circuit for measuringreflected voltage and discharge time of a transformer”、美国专利编号7,349,229“Causal sampling circuit for measuring reflected voltageand demagnetizing time of transformer”以及美国专利编号7,486,528“Linear-predict sampling for measuring demagnetized voltageof transformer”。然而，复杂度是美国专利编号7,151,681的缺陋。美国专利编号7,349,229在动态负载或输入电压改变下会有取样不精确的缺陋。美国专利编号7,486,528的方式会受限于变压器设计的匝数比。本发明提供一种简易且精确的方式取样变压器的反射电压，且不受变压器设计的限制。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种精确取样电路，而用于测量功率转换器的变压器的反射电压。

本发明提供一种取样电路，用于取样功率转换器的一变压器的一反射电压。取样电路包含一放大电路、一第一电容、一第一开关及一取样讯号电路。放大电路接收反射电压以产生一第一讯号。第一电容依据反射电压产生一第二讯号。第一开关耦接在反射电压与第一电容之间。取样讯号电路依据一切换讯号的一下降边缘产生一取样讯号。切换讯号是依据一反馈信号而产生，用以调整功率转换器的一输出。反馈信号是依据第二讯号而产生。取样讯号用于控制第一开关而取样反射电压。当第一讯号小于第二讯号时，取样讯号则禁能。第二讯号相较于第一讯号，其具有一传输延迟。

本发明提供功率转换器的另一取样电路。取样电路包含一放大电路及一取样单元。放大电路依据功率转换器的一变压器的一反射电压产生一第一讯号。取样单元依据一切换讯号的一下降边缘取样反射电压而产生一第二讯号。切换讯号是依据一反馈信号而产生，以调整功率转换器的一输出。反馈信号是依据第二讯号而产生。当第一讯号小于第二讯号时，取样单元停止取样反射电压。

实施本发明产生的有益效果是：本发明的功率转换器的取样电路中，放大电路接收反射电压而产生第一讯号。第一开关及第一电容用于依据反射电压产生第二讯号。取样讯号电路依据切换讯号的下降边缘而产生取样讯号。切换讯号是依据反馈信号而产生，用以调整功率转换器的输出。反馈信号依据第二讯号而产生。取样讯号用以控制第一开关，以取样反射电压。当第一讯号小于第二讯号时，取样讯号则禁能。本发明的取样电路可精确地取样功率转换器的变压器的反射电压，以调整功率转换器的输出。

附图说明

图1是本发明的一切换式功率转换器的一实施例的电路图。

图2是本发明的一切换控制电路的一实施例的电路图。

图3是本发明的一取样电路的一实施例的电路图。

图4是本发明的取样电路的讯号V_SD、V_ST及反馈信号E_AV的波形图。

图5是本发明的切换讯号S_W、讯号V_S、消隐讯号BLK、取样讯号S_MP及保持讯号HLD的波形图。

图6是本发明的脉波产生器的一实施例的电路图。

【图号对照说明】

10  变压器                 20  晶体管

30  电阻                   31  电阻

32  电阻                   40  整流器

45  电容                   50  切换控制电路

100 取样电路               110 反相器

115 脉波产生器             120 反器

130 放大器                 131 电阻

132 电阻                   140 阻抗装置

145 第三开关               150 第一电容

151 第一开关               160 第二电容

161 第二开关               170 比较器

171 与非门                 172 反相器

175 反相器                 180 脉波产生器

200 脉宽调变电路           300 晶体管

302 反相器                 304 电流源

306 电容                   308 反相器

309 与门                   BLK 消隐讯号

E_AV 反馈信号               HLD 保持讯号

IN  输入讯号               N_A  辅助绕组

N_P  一次侧绕组             N_S  二次侧绕组

OUT 输出讯号               RST 重置讯号

S_MP 取样讯号               S_W  切换讯号

V_CC 供应电压               V_I  电流讯号

V_IN 输入电压               V_O  输出电压

V_S  讯号                   V_SD 第一讯号

V_ST 第二讯号

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：

图1是本发明的一切换式功率转换器的一实施例的电路图。切换式功率转换器包含一变压器10，变压器10具有一辅助绕组N_A、一一次侧绕组N_P及一二次侧绕组N_S。一次侧绕组N_P的一端耦接至一输入电压V_IN。二次侧绕组N_S透过一整流器40及一电容45产生一输出电压V_O。为了调整输出电压V_O，一切换控制电路50产生一切换讯号S_W，而透过一晶体管20切换变压器10。晶体管20耦接变压器10的一次侧绕组N_P的另一端。晶体管20作为一功率开关。当晶体管20导通时，一激磁电压(输入电压V_IN)施加于变压器10。一充电电流因而流过变压器10的一次侧绕组N_P及晶体管20。

透过耦接在晶体管20与接地端之间的一电阻30，充电电流被转换成一电流讯号V_I，其耦接至切换控制电路50。一旦晶体管20截止时，变压器10在激磁周期所储存的能量会传送至变压器10的二次侧绕组N_S及辅助绕组N_A。假使整流器40的顺向电压能被忽略，辅助绕组N_A的一反射电压V_AUX能表示为：

$V_{\mathrm{AUX}}=\frac{N_A}{N_S}\×V_O---\left(1\right)$

其中，N_A及N_S分别为变压器10的辅助绕组及二次侧绕组的匝数。根据方程式(1)，反射电压V_AUX表示功率转换器的输出电压V_O。

电阻31及32形成的一分压电路根据反射电压V_AUX产生一讯号V_S，其能表示为：

$V_S=\frac{R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\×V_{\mathrm{AUX}}---\left(2\right)$

其中，R₃₁及R₃₂分别为电阻31与32的电阻值。讯号V_S表示反射电压V_AUX。

为了精确地侦测功率转换器的输出电压V_O，应该在二次侧绕组N_S的切换电流接近零时测量反射电压。因此，整流器40的顺向电压的变化能被忽略。当激磁电压(输入电压V_IN)施加于变压器10时，充电电流会流过变压器10。一放电电流产生于消磁期间，其根据跨于变压器10的二次侧绕组N_S的反射电压(输出电压V_O)而产生。放电电流表示变压器10的二次侧绕组N_S的切换电流。放电电流于消磁时间的结束点将减至为零。因此，在消磁时间的结束点之前即可正确地取样变压器10的反射电压。其表示反射电压在变压器10完全消磁之前被取样。

$I_C=\frac{V_{\mathrm{IN}}}{L_P}\×T_{\mathrm{CHARGE}}---\left(3\right)$

$I_D=\frac{V_O}{L_S}\×T_{\mathrm{DISCHARGE}}---\left(4\right)$

其中，I_C为充电电流；I_D为放电电流；L_P及L_S分别为变压器10的一次侧绕组N_P及二次侧绕组N_S的电感值。T_CHARGE为激磁时间；T_DISCHARGE为消磁时间。

图2是本发明的切换控制电路50的一实施例的电路图。切换控制电路50包含一取样电路(SAMPLE)100及一脉宽调变电路(PWM)200。取样电路100接收讯号V_S以及切换讯号S_W，而依据变压器10的反射电压(讯号V_S)以及切换讯号S_W产生一反馈信号E_AV。反馈信号E_AV及电流讯号V_I耦接脉宽调变电路200，以产生切换讯号S_W，而调整功率转换器的输出。

图3是本发明的取样电路100的一实施例的电路图。取样电路100包含一放大电路，其包含一放大器130、电阻131及132。放大电路接收讯号V_S而产生一第一讯号V_SD。换言之，放大电路接收反射电压而产生第一讯号V_SD。讯号V_S耦接放大器130的一正输入端以产生第一讯号V_SD。放大电路依据讯号V_S(反射电压)而放大第一讯号V_SD。电阻131耦接在接地端及放大器130的一负输入端之间。电阻132耦接在放大器130的负输入端及放大器130的一输出端之间。

取样电路100更包含一取样单元，取样单元包含一第一电容150及一第一开关151，而用以取样讯号V_S及产生一第二讯号V_ST。这表示，取样单元用于取样变压器10(如图1所示)的反射电压。第一电容150透过一阻抗装置140及第一开关151而取样讯号V_S。阻抗装置140耦接于变压器10的辅助绕组N_A(如图1所示)及第一开关151的一第一端之间。第一电容150耦接于第一开关151的一第二端及接地端之间。阻抗装置140及第一电容150构成一低通滤波器而提供一传输延迟。一第三开关145并联于阻抗装置140，以在第三开关145导通时降低阻抗装置140的阻抗。一消隐讯号BLK控制第三开关145。一取样讯号S_MP控制第一开关151，用以取样讯号V_S(反射电压)。如图5所示，消隐讯号BLK及取样讯号S_MP两者依据切换讯号S_W的一下降边缘而产生。

切换讯号S_W更用于产生消隐讯号BLK，其透过包含一脉波产生器115及一反相器110的一消隐电路产生消隐讯号BLK。反相器110的一输入端接收切换讯号S_W，反相器110的一输出端耦接脉波产生器115的一输入端，以产生消隐讯号BLK。消隐讯号BLK为一脉波讯号，其提供一消隐时间(消隐周期)，以及提供取样该讯号V_S(变压器10的反射电压)的一最小周期。

取样电路100更包含一取样讯号电路，取样讯号电路包含反相器110及一正反器120，用以根据切换讯号S_W的下降边缘而产生取样讯号S_MP。切换讯号S_W透过反相器110耦接正反器120的一时脉输入端CK。正反器120的一输入端D接收一供应电压V_CC。正反器120的一输出端Q输出取样讯号S_MP。藉由反相器110及正反器120，切换讯号S_W产生(致能)取样讯号S_MP。

因此，第一电容150根据讯号V_S产生第二讯号V_ST。在消隐周期期间，因为第三开关145及第一开关151导通，所以第二讯号V_ST相同于讯号V_S。在消隐周期之后，第一开关151可能仍维持导通，阻抗装置140会提供低通滤波且在讯号V_S与第二讯号V_ST之间提供传输延迟。如图4所示，相较于第一讯号V_SD，第二讯号V_ST具有传输延迟。

第二讯号V_ST施加于一比较器170的一正输入端，比较器170的一负输入端接收第一讯号V_SD，比较器170的一输出端耦接一与非门171的一输入端，以产生一重置讯号RST。与非门171的另一输入端透过一反相器172接收消隐讯号BLK。因此，重置讯号RST于消隐周期期间被禁能(逻辑高位准)，其依据切换讯号S_W的下降边缘而确保取样该讯号V_S的一最小取样时间以及确保取样讯号S_MP具有一最小脉波宽度。换言之，消隐周期(消隐时间)提供取样讯号S_MP的最小脉波宽度。重置讯号RST连接至正反器120的一重置输入端R，以重置正反器120与禁能取样讯号S_MP。

如图5所示，取样讯号S_MP依据切换讯号S_W的下降边缘而致能。一旦第一讯号V_SD小于第二讯号V_ST时(如图4所示)，取样讯号S_MP会被禁能(第一开关151截止)。其表示，一旦第一讯号V_SD小于第二讯号V_ST时，取样单元停止取样反射电压。第一讯号V_SD小于第二讯号V_ST是表示位于消磁时间的结束点。因为第二讯号V_ST相较于讯号V_S具有传输延迟，所以在消磁时间的结束点之前，第一电容150的取样值将相同于讯号V_S的数值。因此，阻抗装置140及第一电容150的时间常数(传输延迟)必须大于第一讯号V_SD的一下降边缘电压转换速率(falling edge slew-rate)。

如图5所示，一旦取样讯号S_MP禁能时，取样讯号S_MP透过一反相器175及一脉波产生器180(如图3所示)将产生一保持讯号HLD。换言之，保持讯号HLD是依据取样讯号S_MP而产生。反相器175的一输入端耦接正反器120的输出端Q以接收取样讯号S_MP。反相器175的一输出端耦接脉波产生器180的一输入端。脉波产生器180依据取样讯号S_MP的一下降边缘产生保持讯号HLD。

取样电路100更包含一保持电路，保持电路包含一第二开关161及一第二电容160，用以依据第二讯号V_ST产生反馈信号E_AV。第二开关161耦接于第一电容150与第二电容160之间。保持讯号HLD用于控制第二开关161以移转第二讯号V_ST至第二电容160。当第二开关161经保持讯号HLD导通时，第二电容160因此产生反馈信号E_AV。

图5是本发明的切换讯号S_W、讯号V_S、消隐讯号BLK、取样讯号S_MP及保持讯号HLD的波形图。保持讯号HLD产生于取样讯号S_MP禁能之后。一延迟时间t位于取样讯号S_MP的下降边缘及保持讯号HLD的上升边缘之间。

图6是本发明的脉波产生器115及180的一实施例的电路图。脉波产生器包含一晶体管300、反相器302、308、一电流源304、一电容306及一与门309。脉波产生器接收一输入讯号IN而产生一输出讯号OUT。根据脉波产生器115(如图3所示)，输入讯号IN是切换讯号S_W，且输出讯号OUT是消隐讯号BLK。根据脉波产生器180(如图3所示)，输入讯号IN是取样讯号S_MP，且输出讯号OUT是保持讯号HLD。

输入讯号IN透过反相器302耦接于晶体管300的一栅极，以驱动晶体管300。电流源304的一端耦接供应电压V_CC。电流源304的另一端耦接晶体管300的一漏极与电容306的一端。晶体管300的一源极与电容306的另一端耦接于接地端。当输入讯号IN之位准为一高位准且晶体管300被截止时，电流源304对电容306充电。反相器308耦接在电容306与与门309的一输入端之间。与门309的另一输入端接收输入讯号IN。与门309的一输出端产生输出讯号OUT，例如消隐讯号BLK及保持讯号HLD。电流源304的强度及电容306的电容值决定输出讯号OUT的脉波宽度。

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取样电路，其特征在于，其取样该功率转换器的一变压器的一反射电压，包含：

一放大电路，其接收该反射电压而产生一第一讯号；

一第一电容，其依据该反射电压产生一第二讯号；

一第一开关，其耦接于该反射电压及该第一电容之间；以及

一取样讯号电路，其依据一切换讯号的一下降边缘产生一取样讯号，该切换讯号是依据一反馈信号而产生，用以调整该功率转换器的一输出；

其中，该反馈信号是依据该第二讯号而产生，该取样讯号用以控制该第一开关，以取样该反射电压，当该第一讯号小于该第二讯号时，该取样讯号被禁能，该第二讯号相较于该第一讯号具有一传输延迟。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，其更包含一阻抗装置，该阻抗装置耦接于该第一开关，该阻抗装置及该第一电容构成一低通滤波器而提供该传输延迟。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，其更包含耦接该阻抗装置的一开关，以依据一消隐时间降低该阻抗装置的阻抗。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，其更包含：

一第二开关，其耦接该第一电容；以及

一第二电容，其耦接该第二开关，并将该第二讯号从该第一电容转移至该第二电容；

其中，一保持讯号依据该取样讯号而产生，该保持讯号控制该第二开关，该第二电容依据该第二讯号产生该反馈信号。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，其中该取样讯号依据该切换讯号的该下降边缘而具有一最小脉波宽度。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，其中该传输延迟大于该第一讯号的一下降边缘电压转换速率。

7.一种功率转换器的取样电路，其特征在于，包含：

一放大电路，其依据该功率转换器的一变压器的一反射电压产生一第一讯号；以及

一取样单元，其依据一切换讯号的一下降边缘取样该反射电压而产生一第二讯号，该切换讯号是依据一反馈信号而产生，用以调整该功率转换器的一输出；

其中，该反馈信号是依据该第二讯号而产生，当该第一讯号小于该第二讯号时，该取样单元停止取样该反射电压。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，其更包含一取样讯号电路，其依据该切换讯号的该下降边缘产生一取样讯号，该取样讯号控制该取样单元取样该反射电压，以产生该第二讯号，当该第一讯号小于该第二讯号时，该取样讯号禁能。

9.如权利要求7所述的电路，其特征在于，其更包含一保持电路，该保持电路耦接该取样单元并接收该第二讯号，以依据该第二讯号产生该反馈信号。

10.如权利要求7所述的电路，其特征在于，其中该取样单元包含：

一第一电容，其依据该反射电压产生该第二讯号；以及

一第一开关，其耦接于该反射电压及该第一电容之间，且受控制于一取样讯号，以取样该反射电压。

11.如权利要求10所述的电路，其特征在于，其更包含一阻抗装置，该阻抗装置耦接于该第一开关，该阻抗装置及该第一电容构成一低通滤波器，而提供一传输延迟。

12.如权利要求11所述的电路，其特征在于，其更包含耦接该阻抗装置的一开关，以依据一消隐时间降低该阻抗装置的阻抗。

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