CN103326564B - 用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法 - Google Patents

用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法。该控制电路包括一辅助接脚、一零交越信号产生器、一回授接脚、一限频信号产生器和一栅极信号产生器。该辅助接脚接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；该零交越信号产生器根据该电压与一第一参考电压，产生一零交越信号；该回授接脚接收有关于该电源转换器的输出电压的一回授电压；该限频信号产生器根据该回授电压和一第二参考电压，产生一限频信号；该栅极信号产生器根据该零交越信号和该限频信号，产生一栅极控制信号至该电源转换器的一功率开关。因此，本发明可在该电源转换器离开一间歇模式时，减缓一输入电容上的电压下降，以降低一接触电流。

Description

用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法
技术领域
本发明是有关于一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法，尤指一种用以降低在电源转换器离开间歇模式时，由于输入电容上的电压快速下降所产生的接触电流的控制电路及其操作方法。
背景技术
在现有技术中，当功率因素校正(POWER FACTOR CORRECTION,PFC)的电源转换器处于高输出电压和轻负载操作时，电源转换器会进入间歇模式(BURST MODE)。在电源转换器进入间歇模式后，电源转换器的功率开关会根据对应于间歇模式的栅极控制信号切换。此时，由于电源转换器的耗电很小，所以电源转换器的输入电容上的电压会停留在功率开关停止切换时的电压。当电源转换器离开间歇模式时，功率开关开始根据对应于准谐振模式(QUASI RESONANT MODE)的栅极控制信号切换。此时，如果输入电压小于输入电容上的电压，则电源转换器的桥式整流器中的二极管会不导通，导致输入电容提供电能给电源转换器的电感。如此，输入电容上的电压会下降。此时，因为电源转换器是操作在最高频率，所以输入电容上的电压会快速下降，导致接触电流(TOUCH CURRENT)超过安规规范。
另外，现有技术只能调整电源转换器上的参数，以解决接触电流较大的问题，所以现有技术只能部分解决接触电流较大的问题。因此，电源转换器的设计者必须寻找一个新的解决方案，以取代现有技术。
发明内容
本发明的一实施例公开一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路，其中该电源转换器为一功率因素校正(POWER FACTOR CORRECTION,PFC)的电源转换器。该控制电路包括一辅助接脚、一零交越信号产生器、一回授接脚、一限频信号产生器和一栅极信号产生器。该辅助接脚是用以接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；该零交越信号产生器是用以根据该电压与一第一参考电压，产生一零交越信号；该回授接脚是用以接收有关于该电源转换器的输出电压的一回授电压；该限频信号产生器是用以根据该回授电压和一第二参考电压，产生一限频信号；该栅极信号产生器是用以根据该零交越信号和该限频信号，产生一栅极控制信号至该电源转换器的一功率开关。
本发明的另一实施例公开一种用以降低电源转换器的接触电流的操作方法。该操作方法包括接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；根据该电压与一第一参考电压，产生一零交越信号；接收有关于该电源转换器的输出电压的一回授电压；根据该回授电压与一第三参考电压，产生一补偿电压；根据该零交越信号、该补偿电压、一第二参考电压和一间歇模式参考电压的一组合，产生一栅极控制信号至该电源转换器的一功率开关；其中该间歇模式参考电压小于该第二参考电压，且在该间歇模式参考电压和该第二参考电压之间，该栅极控制信号的频率是随该补偿电压改变。
本发明公开一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法。该控制电路及该操作方法是当该电源转换器离开一间歇模式时，利用一限频信号产生器根据一回授电压和一第二参考电压，产生一限频信号以使一栅极控制信号的频率在一间歇模式参考电压和该第二参考电压之间是随一补偿电压改变。当该限频信号产生器不产生该限频信号时，一栅极信号产生器即可根据一零交越信号，产生对应于一准谐振模式的栅极控制信号。如此，相较于现有技术，因为对应于一接触电流降低模式二端的栅极控制信号的频率不同，所以本发明可在该电源转换器离开该间歇模式时，减缓一输入电容上的电压下降，以降低一接触电流。
附图说明
图1为本发明的一实施例说明一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路的示意图。
图2为说明栅极信号产生器根据零交越信号和限频信号，产生对应于接触电流降低模式的栅极控制信号的示意图。
图3为说明栅极信号产生器根据零交越信号，产生对应于准谐振模式的栅极控制信号的示意图。
图4为说明栅极控制信号的频率与补偿电压的关系示意图。
图5A和图5B是为本发明的另一实施例说明一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路的操作方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100                                  电源转换器
102                                  电感
104                                  功率开关
106                                  电阻
200                                  控制电路
202                                  辅助接脚
204                                  零交越信号产生器
206                                  回授接脚
208                                  限频信号产生器
210                                  栅极信号产生器
212                                  间歇模式信号产生模块
214                                  栅极接脚
216                                  电流接脚
218                                  补偿接脚
2082                                 补偿电压产生单元
2084                                 第一信号产生单元
2122                              第一比较器
2124                              第二信号产生单元
20822                             转导放大器
20824                             第一电阻
20826                             第一电容
AUX                               辅助绕组
BS                                间歇模式信号
CIN                               输入电容
CS                                比较信号
DV                                侦测电压
FB                                频率
GCS                               栅极控制信号
IS                                电流
I1                                第一电流
LS                                限频信号
VD                                电压
VOUT                              输出电压
VFB                               回授电压
VCOMP                             补偿电压
VREF1                             第一参考电压
VREF2                             第二参考电压
VREF3                             第三参考电压
VREF4                             第四参考电压
VREFB                             间歇模式参考电压
ZCS                               零交越信号
500-530                           步骤
具体实施方式
请参照图1，图1为本发明的一实施例说明一种用以降低电源转换器100的接触电流的控制电路200的示意图，其中电源转换器100为一功率因素校正(Power factor Correction,PFC)的电源转换器，且亦为一升压(boost)电源转换器。控制电路200包括一辅助接脚202、一零交越信号产生器204、一回授接脚206、一限频信号产生器208和一栅极信号产生器210，其中辅助接脚202是用以接收有关于电源转换器100的一辅助绕组AUX的一电压VD；零交越信号产生器204是用以根据电压VD与一第一参考电压VREF1，产生一零交越信号ZCS，其中第一参考电压VREF1约为0.2V至0.3V。亦即当电压VD小于第一参考电压VREF1时，零交越信号产生器204产生零交越信号ZCS。如图1所示，零交越信号产生器204为一迟滞比较器。但本发明并不受限于零交越信号产生器204为迟滞比较器。回授接脚206是用以接收有关于电源转换器100的输出电压VOUT的一回授电压VFB，其中回授电压VFB和电源转换器100的负载有关，亦即回授电压VFB会随着电源转换器100的负载而改变。限频信号产生器208是用以根据回授电压VFB和一第二参考电压VREF2，产生一限频信号LS。如图1所示，控制电路200另包括一间歇模式信号产生模块212、一栅极接脚214和一电流接脚216。另外，如图1所示，辅助绕组AUX和耦接于电源转换器100的电感102的感应方向相反。
如图1所示，限频信号产生器208包括一补偿电压产生单元2082和一第一信号产生单元2084。补偿电压产生单元2082是用以根据回授电压VFB与一第三参考电压VREF3，产生一补偿电压VCOMP。补偿电压产生单元2082包括一转导放大器20822、一第一电阻20824和一第一电容20826。转导放大器20822是用以根据回授电压VFB与第三参考电压VREF3，产生一第一电流I1。而第一电阻20824和第一电容20826是用以根据第一电流I1，产生补偿电压VCOMP。另外，如图1所示的补偿电压产生单元2082仅是用以说明控制电路200，亦即本发明并不受限于图1所示的补偿电压产生单元2082。另外，电源转换器100另包括一补偿接脚218，其耦接于补偿电压产生单元2082的输出端。第一信号产生单元2084是用以当补偿电压VCOMP小于第二参考电压VREF2，产生限频信号LS。当补偿电压VCOMP小于第二参考电压VREF2时，限频信号产生器208产生限频信号LS至栅极信号产生器210。请参照图2，图2是为说明栅极信号产生器210根据零交越信号ZCS和限频信号LS，产生对应于一接触电流降低(touch current reduction)模式的一栅极控制信号GCS的示意图。如图2所示，当栅极信号产生器210接收到零交越信号ZCS和限频信号LS时，栅极信号产生器210即可根据零交越信号ZCS和限频信号LS，产生对应于接触电流降低模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的一功率开关104。然后，功率开关104即可根据对应于接触电流降低模式的栅极控制信号GCS开启。
如图1所示，间歇模式信号产生模块212包括一第一比较器2122和一第二信号产生单元2124。第一比较器2122是用以根据补偿电压VCOMP和一间歇模式参考电压VREFB，产生一比较信号CS，亦即当补偿电压VCOMP小于间歇模式参考电压VREFB时，第一比较器2122产生比较信号CS，其中间歇模式参考电压VREFB是小于第二参考电压VREF2。当第二信号产生单元2124接收到比较信号CS时，第二信号产生单元2124即可根据比较信号CS，产生一间歇模式信号BS至栅极信号产生器210(亦即电源转换器100进入一间歇模式)。当栅极信号产生器210接收到间歇模式信号BS时，栅极信号产生器210即可根据间歇模式信号BS和零交越信号ZCS，产生对应于间歇模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104。功率开关104即可根据对应于间歇模式的栅极控制信号GCS开启。
请参照图3，图3是为说明栅极信号产生器210根据零交越信号ZCS，产生对应于一准谐振模式的栅极控制信号GCS的示意图。如图3所示，当补偿电压VCOMP大于第二参考电压VREF2(亦即限频信号产生器208不产生限频信号LS，以及电源转换器100进入准谐振模式)时，栅极信号产生器210根据零交越信号产生器204所产生的零交越信号ZCS，产生对应于准谐振模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104。然后，功率开关104即可根据对应于准谐振模式的栅极控制信号GCS开启。
另外，如图1所示，电流接脚216是用以接收根据流经功率开关104的电流IS和一电阻106所决定的侦测电压DV。栅极信号产生器210另用以根据侦测电压DV和一第四参考电压VREF4，关闭栅极控制信号GCS，亦即当侦测电压DV大于第四参考电压VREF4时，栅极信号产生器210关闭栅极控制信号GCS以关闭功率开关104。
请参照图4，图4是为说明栅极控制信号GCS的频率与补偿电压VCOMP的关系示意图。如图4所示，当补偿电压VCOMP大于第二参考电压VREF2(亦即限频信号产生器208不产生限频信号LS，以及电源转换器100处于准谐振模式)时，栅极信号产生器210根据零交越信号产生器204所产生的零交越信号ZCS，产生对应于准谐振模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104；当补偿电压VCOMP小于第二参考电压VREF2且大于间歇模式参考电压VREFB(亦即限频信号产生器208产生限频信号LS，以及电源转换器100处于接触电流降低模式)时，栅极信号产生器210根据零交越信号ZCS和限频信号LS，产生对应于接触电流降低模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104；当补偿电压VCOMP小于间歇模式参考电压VREFB(亦即电源转换器100处于间歇模式)时，栅极信号产生器210即可根据间歇模式信号BS和零交越信号ZCS，产生对应于间歇模式的栅极控制信号GCS并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104，其中对应于间歇模式的栅极控制信号GCS的频率FB是可调整的。因此，如图4所示，栅极控制信号GCS的频率在间歇模式参考电压VREFB和第二参考电压VREF2之间是随补偿电压VCOMP改变。另外，第二参考电压VREF2和间歇模式参考电压VREFB是可调整的。
请参照图1、图2、图3、图4、图5A和图5B，图5A和图5B是为本发明的另一实施例说明一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路的操作方法的流程图。图5A和图5B的操作方法是利用图1的电源转换器100和控制电路200说明，详细步骤如下：
步骤500：开始；
步骤502：辅助接脚202接收有关于电源转换器100的辅助绕组AUX的一电压VD；
步骤504：零交越信号产生器204根据电压VD与第一参考电压VREF1，产生一零交越信号ZCS；
步骤506：回授接脚206接收有关于电源转换器100的输出电压VOUT的一回授电压VFB；
步骤508：补偿电压产生单元2082根据回授电压VFB与第三参考电压VREF3，产生一补偿电压VCOMP；
步骤510：补偿电压VCOMP是否大于第二参考电压VREF2；如果是，进行步骤512；如果否，进行步骤516；
步骤512：栅极信号产生器210根据零交越信号ZCS，产生栅极控制信号GCS；
步骤514：当流经功率开关104的电流IS和电阻106所决定的侦测电压DV大于第四参考电压VREF4时，栅极信号产生器210关闭栅极控制信号GCS，跳回步骤510；
步骤516：补偿电压VCOMP是否大于间歇模式参考电压VREFB；如果是，进行步骤518；如果否，进行步骤524；
步骤518：限频信号产生器208产生一限频信号LS；
步骤520：栅极信号产生器210根据限频信号LS和零交越信号ZCS，产生栅极控制信号GCS；
步骤522：当流经功率开关104的电流IS和电阻106所决定的侦测电压DV大于第四参考电压VREF4时，栅极信号产生器210关闭栅极控制信号GCS，跳回步骤510；
步骤524：第一比较器2122产生一比较信号CS；
步骤526：第二信号产生单元2124根据比较信号CS，产生一间歇模式信号BS；
步骤528：栅极信号产生器210根据间歇模式信号BS和零交越信号ZCS，产生栅极控制信号GCS；
步骤530：当流经功率开关104的电流IS和电阻106所决定的侦测电压DV大于第四参考电压VREF4时，栅极信号产生器210关闭栅极控制信号GCS，跳回步骤516。
如图1所示，在步骤502中，辅助接脚202接收有关于辅助绕组AUX的电压VD，其中辅助绕组AUX和耦接于电源转换器100的电感102的感应方向相反。在步骤504中，零交越信号产生器204根据电压VD与第一参考电压VREF1，产生零交越信号ZCS，其中第一参考电压VREF1约为0.2V至0.3V。亦即当电压VD小于第一参考电压VREF1时，零交越信号产生器204产生零交越信号ZCS。如图1所示，零交越信号产生器204为一迟滞比较器。在步骤506中，回授接脚206所接收的回授电压VFB和电源转换器100的负载有关，亦即回授电压VFB会随着电源转换器100的负载而改变。
在步骤508中，如图1所示，补偿电压产生单元2082内的转导放大器20822根据回授电压VFB与第三参考电压VREF3，产生一第一电流I1。而第一电阻20824和第一电容20826则根据第一电流I1，产生补偿电压VCOMP。在步骤512中，如图1和图3所示，当补偿电压VCOMP大于第二参考电压VREF2(亦即限频信号产生器208不产生限频信号LS，以及电源转换器100处于准谐振模式)时，栅极信号产生器210根据零交越信号产生器204所产生的零交越信号ZCS，产生对应于准谐振模式的栅极控制信号GCS(如图4所示)并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104。然后，功率开关104即可根据对应于准谐振模式的栅极控制信号GCS开启。
在步骤518中，如图1和图2所示，当补偿电压VCOMP小于第二参考电压VREF2且大于间歇模式参考电压VREFB时，第一信号产生单元2084产生限频信号LS至栅极信号产生器210。如图2所示，当栅极信号产生器210接收到零交越信号ZCS和限频信号LS时，栅极信号产生器210即可根据零交越信号ZCS和限频信号LS，产生对应于接触电流降低模式的栅极控制信号GCS(如图4所示)并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104。然后，功率开关104即可根据对应于接触电流降低模式的栅极控制信号GCS开启。
在步骤524中，如图1所示，当补偿电压VCOMP小于间歇模式参考电压VREFB时，第一比较器2122产生比较信号CS，其中间歇模式参考电压VREFB是小于第二参考电压VREF2。在步骤526中，如图1所示，当第二信号产生单元2124接收到比较信号CS时，第二信号产生单元2124即可根据比较信号CS，产生间歇模式信号BS至栅极信号产生器210(亦即电源转换器100进入间歇模式)。在步骤528中，如图1所示，当栅极信号产生器210接收到间歇模式信号BS时，栅极信号产生器210即可根据间歇模式信号BS和零交越信号ZCS，产生对应于间歇模式的栅极控制信号GCS(如图4所示)并通过栅极接脚214传送至电源转换器100的功率开关104，其中对应于间歇模式的栅极控制信号GCS的频率FB是可调整的。功率开关104即可根据对应于间歇模式的栅极控制信号GCS开启。
因此，在步骤518至步骤522中，如图4所示，栅极控制信号GCS的频率在间歇模式参考电压VREFB和第二参考电压VREF2之间是随补偿电压VCOMP改变。另外，第二参考电压VREF2和间歇模式参考电压VREFB是可调整的。
另外，在步骤514、步骤522和步骤530中，如图1所示，电流接脚216是用以接收根据流经功率开关104的电流IS和电阻106所决定的侦测电压DV。栅极信号产生器210另用以根据侦测电压DV和第四参考电压VREF4，关闭栅极控制信号GCS，亦即当侦测电压DV大于第四参考电压VREF4时，栅极信号产生器210关闭栅极控制信号GCS以关闭功率开关104。
综上所述，本发明所公开的用以降低电源转换器的接触电流的控制电路及其操作方法是当电源转换器离开间歇模式时，利用限频信号产生器根据回授电压和第二参考电压，产生限频信号以使栅极控制信号的频率在间歇模式参考电压和第二参考电压之间是随补偿电压改变。当限频信号产生器不产生限频信号时，栅极信号产生器即可根据零交越信号，产生对应于准谐振模式的栅极控制信号。如此，相较于现有技术，因为对应于接触电流降低模式二端的栅极控制信号的频率不同，所以本发明可在电源转换器离开间歇模式时，减缓输入电容上的电压下降，以降低接触电流。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用以降低电源转换器的接触电流的控制电路，其中该电源转换器为
一功率因素校正的电源转换器，该控制电路包括：
一辅助接脚，用以接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；该电源转换器的特征在于还包括：
一零交越信号产生器，用以根据该电压与一第一参考电压，产生一零交越信号；
一回授接脚，用以接收有关于该电源转换器的输出电压的一回授电压；
一限频信号产生器，用以根据该回授电压和一第二参考电压，产生一限频信号；
一间歇模式信号产生模块，包括：
一第一比较器，用以根据一补偿电压和一间歇模式参考电压，产生一比较信号，其中该间歇模式参考电压小于该第二参考电压；及
一第二信号产生单元，用以根据该比较信号，产生一间歇模式信号；及
一栅极信号产生器，用以根据该零交越信号和该限频信号，产生一栅极控制信号至该电源转换器的一功率开关，和另用以根据该间歇模式信号和该零交越信号，产生该栅极控制信号至该功率开关，且在该间歇模式参考电压和该第二参考电压之间，该栅极控制信号的频率是随该补偿电压改变。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该限频信号产生器包括：
一补偿电压产生单元，用以根据该回授电压与一第三参考电压，产生该补偿电压；及
一第一信号产生单元，用以当该补偿电压小于该第二参考电压时，产生该限频信号。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该补偿电压产生单元包括：
一转导放大器，用以根据该回授电压与该第三参考电压，产生一第一电流；
一第一电阻；及
一第一电容，其中该第一电阻与该第一电容是用以根据该第一电流，产生该补偿电压。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该第二参考电压和该间歇模式参考电压是为可调整的。
5.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，该栅极信号产生器另用以当该补偿电压大于该第二参考电压时，根据该零交越信号，产生该栅极控制信号至该功率开关。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，另包括：
一栅极接脚，其中该栅极控制信号是通过该栅极接脚传送至该功率开关。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，另包括：
一电流接脚，用以接收根据流经该功率开关的电流和一电阻所决定的侦测电压；
其中该栅极信号产生器另用以根据该侦测电压和一第四参考电压，关闭该栅极控制信号。
8.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该回授电压和该电源转换器的负载有关。
9.一种用以降低电源转换器的接触电流的操作方法，该操作方法包括：
接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；
该操作方法的特征在于还包括：
根据该电压与一第一参考电压，产生一零交越信号；
接收有关于该电源转换器的输出电压的一回授电压；
根据该回授电压与一第三参考电压，产生一补偿电压；及
根据该零交越信号、该补偿电压、一第二参考电压和一间歇模式参考电压所构成的多个组合的其中之一，产生一栅极控制信号至该电源转换器的一功率开关；
其中该间歇模式参考电压小于该第二参考电压，且在该间歇模式参考电压和该第二参考电压之间，该栅极控制信号的频率是随该补偿电压改变。
10.如权利要求9所述的操作方法，其特征在于，根据该零交越信号、该补偿电压、该第二参考电压和该间歇模式参考电压所构成的该多个组合的其中之一，产生该栅极控制信号包括：
当该补偿电压小于该第二参考电压且大于该间歇模式参考电压时，产生一限频信号；及
根据该零交越信号和该限频信号，产生该栅极控制信号。
11.如权利要求9所述的操作方法，其特征在于，根据该零交越信号、该补偿电压、该第二参考电压和该间歇模式参考电压所构成的该多个组合的其中之一，产生该栅极控制信号包括：
当该补偿电压大于该第二参考电压时，根据该零交越信号，产生该栅极控制信号。
12.如权利要求9所述的操作方法，其特征在于，根据该零交越信号、该补偿电压、该第二参考电压和该间歇模式参考电压所构成的该多个组合的其中之一，产生该栅极控制信号包括：
当该补偿电压小于该间歇模式参考电压，产生一比较信号；
根据该比较信号，产生一间歇模式信号；及
根据该间歇模式信号和该零交越信号，产生该栅极控制信号。
13.如权利要求12所述的操作方法，其特征在于，该第二参考电压和该间歇模式参考电压是为可调整的。
14.如权利要求10、11或12所述的操作方法，其特征在于，另包括：
接收根据流经该功率开关的电流和一电阻所决定的侦测电压；及
根据该侦测电压和一第四参考电压，关闭该栅极控制信号。
15.如权利要求9所述的操作方法，其特征在于，该回授电压和该电源转换器的负载有关。
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