CN104980053B - 以反驰式架构为基础的电源转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以反驰式架构为基础(flyback‑based)的电源转换装置,其包括反驰式电源转换线路、控制芯片以及检测辅助线路。反驰式电源转换线路用以接收并转换交流输入电压,藉以产生直流输出电压。控制芯片反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号以控制反驰式电源转换线路的运作,其中控制芯片具有多功能检测引脚。检测辅助线路辅助控制芯片通过多功能检测引脚取得关联于直流输出电压的辅助电压,藉以根据辅助电压决定脉宽调制信号的转态时间点。此外,检测辅助线路分别在第一与第二检测阶段辅助控制芯片通过多功能检测引脚执行过温度保护与过电压保护的检测。

Description

以反驰式架构为基础的电源转换装置
技术领域
[0001] 本发明是有关于一种电源转换技术,且特别是有关于一种以反驰式架构为基础 (flyback-based)的电源转换装置。
背景技术
[0002] 电源转换装置(power conversion apparatus)主要的用途是将电力公司所提供 的闻压且低稳定性的交流输入电压(AC input voltage)转换成适合各种电子装置 (electronic device)使用的低压且稳定性较佳的直流输出电压(DC output voltage)。因 此,电源转换装置广泛地应用在电脑、办公室自动化设备、工业控制设备以及通信设备等电 子装置中。
[0003] 现今电源转换装置中的控制架构(control structure)大多采用脉宽调制控制芯 片(pulse width modulation control chip,PWM control chip)。而且,为了要保护电源 转换装置免于受到过温度(over temperature,0T)、过电压(over voltage,0V)以及过电流 (over CUrrent,0C)的现象而损毁,现今脉宽调制控制芯片大多会设置独立的多只检测引 脚(detection pin)以各别执行过温度保护(0TP)的检测以及过电压保护(0VP)的检测。换 言之,现今脉宽调制控制芯片的单一只检测引脚顶多只能对应到一种相关的功能检测而 已,从而最终地增加脉宽调制控制芯片整体的成本。
发明内容
[0004] 本发明提供一种以反驰式架构(flyback-based)为基础的电源转换装置,藉以解 决先前技术所述及的问题。
[0005]本发明的电源转换装置包括反驰式电源转换线路、控制芯片以及检测辅助线路。 反驰式电源转换线路用以接收交流输入电压,并且反应于脉宽调制信号而对交流输入电压 进行转换,藉以产生并提供直流输出电压。控制芯片耦接反驰式电源转换线路,并反应于电 源供应需求而产生脉宽调制信号以控制反驰式电源转换线路的运作,其中控制芯片具有多 功能检测引脚(multi-function detection pin)。检测辅助线路親接反驰式电源转换线路 与控制芯片的多功能检测引脚。检测辅助线路辅助控制芯片通过多功能检测引脚取得关联 于直流输出电压的辅助电压,藉以根据辅助电压决定脉宽调制信号的转态时间点。检测辅 助线路在第一检测阶段辅助控制芯片通过多功能检测引脚执行过温度保护的检测,并在第 二检测阶段辅助控制芯片通过多功能检测引脚执行过电压保护的检测。
[0006]在本发明一实施例中,控制芯片在脉宽调制信号的使能期间内进入第一检测阶 段,并且在脉宽调制信号的禁能期间内进入第二检测阶段。
[0007]在本发明一实施例中,控制芯片在脉宽调制信号的第一周期的禁能期间内进入第 一检测阶段,并且在脉宽调制信号的第二周期的禁能期间内进入第二检测阶段。
[0008]在本发明一实施例中,控制芯片包括控制主体、过温度保护单元、过电压保护单元 以及谷值电压(valley voltage)检测单元。控制主体用以作为控制芯片的运作核心,并且 反应于电源供应需求而产生脉宽调制信号。过温度保护单元耦接控制主体,用以在第一检 测阶段执行过温度保护的检测,并且据以提供第一检测结果给控制主体,其中控制主体反 应于第一检测结果而决定是否启动过温度保护机制。过电压保护单元耦接控制主体,用以 在第二检测阶段执行过电压保护的检测,并且据以提供第二检测结果给控制主体,其中控 制主体还反应于第二检测结果而决定是否启动过电压保护机制。谷值电压(valley voltage)检测单元耦接控制主体,用以从检测辅助线路获取辅助电压,并据以提供第三检 测结果,其中控制主体还反应于第三检测结果而决定是否使能脉宽调制信号。
[0009] 在本发明一实施例中,谷值电压检测单元从检测辅助线路获取关联于直流输出电 压的辅助电压,比较辅助电压与参考谷值电压,并且据以产生第三检测结果。当辅助电压大 于等于参考谷值电压时,控制主体反应于第三检测结果将脉宽调制信号维持在禁能电平, 以及当辅助电压小于参考谷值电压时,控制主体反应于第三检测结果将脉宽调制信号从禁 能电平调整至使能电平。
[0010] 在本发明一实施例中,当过温度保护单元执行过温度保护的检测时,过温度保护 单元提供检测电流,使得检测辅助线路反应于检测电流产生关联于环境温度的热敏电压, 其中过温度保护单元比较热敏电压与过温度保护参考电压,并且据以产生第一检测结果。
[0011] 在本发明一实施例中,当控制主体反应于第一检测结果而决定启动过温度保护机 制时,控制主体停止输出脉宽调制信号,直至控制主体反应于第一检测结果而决定关闭过 温度保护机制为止。
[0012] 在本发明一实施例中,当过电压保护单元执行过电压保护的检测时,过电压保护 单元从检测辅助线路获取关联于直流输出电压的辅助电压,其中过电压保护单元比较辅助 电压与过电压保护参考电压,并且据以产生第二检测结果。
[0013] 在本发明一实施例中,当控制主体反应于第二检测结果而决定启动过电压保护机 制时,控制主体停止输出脉宽调制信号,直至控制主体反应于第二检测结果而决定关闭过 电压保护机制为止。
[0014] 在本发明一实施例中,过温度保护单元包括检测电流源、第一采样开关、第一比较 器以及第二采样开关。检测电流源用以产生检测电流。第一采样开关的第一端耦接检测电 流源的输出端。第一采样开关的第二端耦接多功能检测引脚。第一采样开关的控制端接收 第一控制信号。第一比较器的正输入端接收过温度保护参考电压,且第一比较器的输出端 用以输出第一检测结果。第二采样开关的第一端耦接第一采样开关的第二端与多功能检测 引脚。第二采样开关的第二端耦接第一比较器的负输入端。第二采样开关的控制端接收第 一控制信号。
[0015] 在本发明一实施例中,过电压保护单元包括第三采样开关以及第二比较器。第三 采样开关的第一端耦接多功能检测引脚。第三采样开关的控制端接收第二控制信号。第二 比较器的正输入端耦接第三采样开关的第二端。第二比较器的负输入端接收过电压保护参 考电压。第二比较器的输出端用以输出第二检测结果。
[0016] 在本发明一实施例中,脉宽调制信号、第一控制信号以及第二控制信号具有相同 的周期,并且第一与第二控制信号互为反相。
[0017] 在本发明一实施例中,谷值电压检测单元包括第三比较器。第三比较器,其正输入 端接收参考谷值电压,其负输入端耦接多功能检测引脚,且其输出端用以输出第三检测结 果。
[0018] 在本发明一实施例中,过温度保护单元包括检测电流源、第一采样开关以及采样 及保持电路。检测电流源用以产生检测电流。第一采样开关的第一端耦接检测电流源的输 出端。第一采样开关的第二端耦接多功能检测引脚。第一采样开关的控制端接收第一控制 信号。第一比较器的正输入端接收过温度保护参考电压,且第一比较器的输出端用以输出 第一检测结果。采样及保持电路耦接在多功能检测引脚与第一比较器的负输入端之间,其 中采样及保持电路依据第一与第二控制信号对多功能检测引脚上的电压进行采样及保持, 藉以作为第一比较器的比较依据。
[0019] 在本发明一实施例中,过电压保护单元包括第二采样开关以及第二比较器。第二 采样开关的第一端耦接多功能检测引脚。第二采样开关的控制端接收第二控制信号。第二 比较器的正输入端耦接第二采样开关的第二端。第二比较器的负输入端接收过电压保护参 考电压。第二比较器的输出端用以输出第二检测结果。
[0020]在本发明一实施例中,第一与第二控制信号的周期为脉宽调制信号的周期的两 倍。
[0021]在本发明一实施例中,反驰式电源转换线路包括整流电路、变压器、功率开关、第 一二极管以及第一电容。整流电路接收交流输入电压。变压器具有主线圈、次线圈与辅助线 圈。主线圈的同名端耦接整流电路以接收整流后的交流输入电压,并且次线圈与辅助线圈 的同名端耦接接地端。功率开关的第一端耦接主线圈的异名端。功率开关的第二端耦接接 地立而。功率开关的控制端親接控制主体以接收脉宽调制信号。第一二极管的阳极稱接次线 圈的异名端,且第一二极管的阴极输出直流输出电压。第一电容耦接于第一二极管的阴极 与接地端之间。
[0022]在本发明一实施例中,控制芯片还具有电源引脚。反驰式电源转换线路还包括第 阻、第二二极管以及第二电容。第一电阻耦接在整流电路的输入端与电源引脚之间。第 二二极管的阳极耦接辅助线圈的异名端。第二二极管的阴极耦接电源引脚。第二电容的第 一端耦接电源引脚,且第二电容的第二端耦接接地端。
[0023]在本发明一实施例中,检测辅助线路包括第三二极管、第二电阻、第三电阻以及热 敏电阻。第三二极管的阳极耦接辅助线圈的异名端。第二电阻的第一端耦接第二二极管^勺 阴极。第三电阻的第一端耦接第二电阻的第二端,且第三电阻的第二端耦接接地端。
[0024] 基于上述,本发明实施例提出一种电源转换装置,其可通过共用同一只多功能检 测f脚的配置方式,令控制芯片可同时实现多种不同的控制及检测保护功能。如此一来,控 制心片的单一只多功能检测引脚不仅可对应到多种相关的功能检测及控制方式,因此可一 并实现提高电源转换装置的转换效率以及降低控制芯片整体成本的效果。
[0025] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图作详 细说明如下。
附图说明
[0026]图1为本发明一实施例的电源转换装置的示意图;
[0027]图2为本发明一实施例的电源转换装置的电路架构示意图.
[0028]图3为本发明一实施例的控制芯片的电路架构示意图;’
[0029] 图4为图3的一实施例的电源转换装置的电源时序示意图;
[0030] 图5为本发明另一实施例的控制芯片的电路架构示意图;
[0031] 图6为图5的一实施例的电源转换装置的电源时序示意图。 [0032] 附图标记说明:
[0033] 10:电源转换装置;
[0034] 101:反驰式电源转换线路;
[0035] 103、303、505:控制芯片;
[0036] 105:检测辅助线路;
[0037] CB:控制主体;
[0038] C0MP1、C0MP2、C0MP3:比较器;
[0039] CS1、CS2:控制信号;
[0040] Ci、Cfb、Cl、C2:电容;
[0041] Cf:滤波电容;
[0042] DCS:检测电流源;
[0043] D-PIN:驱动引脚;
[0044] DR1〜DR3:检测结果;
[0045] Drl 〜Dr4、Dl 〜D3:二极管;
[0046] FBC:反馈电路;
[0047] GND1、GND2:接地端;
[0048] H1、H2:检测阶段;
[0049] IS:输入侧;
[0050] Ipri:主线圈的感应电流;
[0051] Isec:次线圈的感应电流;
[0052] Iaux:辅助线圈的感应电流;
[0053] IQTP:检测电流;
[0054] L:抗流圈;
[0055] M-PIN:多功能检测引脚;
[0056] Np:变压器的主线圈;
[0057] Ns:变压器的次线圈;
[0058] Na:变压器的辅助线圈;
[0059] 0TPU:过温度保护单元;
[0060] 0VPU:过电压保护单元;
[0061] PWM:脉宽调制信号;
[0062] Q:功率开关;
[0063] RC:整流电路;
[0064] Ri、R1 〜R3、Rdl、Rd2、Rfb 1、Rfb2:电阻;
[0065] RT:热敏电阻;
[0066] SW1、SW2、SW3:采样开关;
[0067] SHC:采样及保持电路;
[0068] T:变压器;
[0069] TP1、TP2:周期;
[0070] TPp:预设周期;
[0071] Ton、Tonl、Ton2:使能期间;
[0072] Toff、Tof fl、Tof f 2:禁能期间;
[0073] Tv、Tvl、Tv2:期间;
[0074] VAC:交流输入电压;
[0075] Vaux:辅助电压;
[0076] V0UT:直流输出电压;
[0077] VCC:直流系统电压;
[0078] VDC:分压电路;
[0079] VDU:谷值电压检测单元;
[0080] V-PIN:电源引脚;
[0081] Vin:整流电压;
[0082] Votp:过温度保护参考电压;
[0083] Vqvp:过电压保护参考电压;
[0084] Vvalley:参考谷值电压。
具体实施方式 陶]^ 了使本发明的内容可以被更容易明了,以下特举实施麵为本发明确实能够据 以实施的犯例。另外,凡可能之处,在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤, 是代表相同或类似部件。
[0086]图1为本发明一实施例的电源转换装置的示意图。请参照图1,电源转换装置10是 以反驰式架构为基础(flyback-based)。基此,电源转换装置1〇包括:反驰式电源转换线路 (flyback power conversion circuit) 101、控制芯片(control chip)1〇3以及检测辅助线 路(detection auxiliary circuit)105〇
[0087]反驰式电源转换线路101用以接收交流输入电压(AC input voltage)VAC,并且反 应于来自控制芯片103的脉宽调制信号(pulse width modulation signal,PWM signal) PWM而对交流输入电压VAC进行转换(g卩,交直流转换),藉以产生并提供直流输出电压(DC output voltage) V0UT与直流系统电压(DC system voltage) VCC。
[0088]控制芯片103耦接反驰式电源转换线路1〇1,用以操作在反驰式电源转换线路1(U 所产生的直流系统电压VCC下,并且反应于某一负载(l〇ad,例如电子装置)的电源供应需求 (power supplying requirement)而产生脉宽调制信号PWM以控制反驰式电源转换线路101 的运作。
[0089]检测辅助线路105耦接反驰式电源转换线路101与控制芯片103的一只多功能检测 引脚(multi-function detection pin) M-PIN,用以辅助控制芯片103获取关联于反驰式电 源转换线路101的运作状态信息(例如直流输出电压V0UT或运作温度等)。其中,检测辅助线 路105会辅助控制芯片103通过多功能检测引脚M-PIN取得关联于直流输出电压V0UT的辅助 电压Vau x,藉以根据辅助电压Vau x决定脉宽调制信号PWM的转态时间点。此外,检测辅助线 路105还会在第一检测阶段(detection phase)辅助控制芯片103通过多功能检测引脚M-PIN执行过温度保护(over temperature protection,OTP)的检测,并在第二检测阶段辅助 控制芯片103通过多功能检测引脚M-PIN执行过电压保护(over voltage protection,OVP) 的检测。
[0090]更清楚来说,图2为本发明一实施例的电源转换装置的电路架构示意图。请合并参 照图1与图2,反驰式电源转换线路101包括:整流电路(rectifying circuit) Rc、变压器 (transformer)!1、功率开关Q(例如:N型功率开关(N-type power switch),故以下改称功率 开关Q为N型功率开关Q)、分压电路VDC、反馈电路FBC、电阻Ri与R1、二极管(diode) D1、D2以 及电容(capacitor) Ci、Cf、C1与C2。控制芯片103至少具有电源引脚V-PIN、驱动引脚D-PIN 以及多功能检测引脚M-PIN,且控制芯片103包括:控制主体CB、过电压保护单元0VPU、过温 度保护单元0TPU以及谷值电压检测单元VDU。另外,检测辅助线路105包括:电阻R2、R3、二极 管D3以及热敏电阻RT。
[0091]在本实施例中,整流电路Rc会从电源转换装置10的输入侧IS接收交流输入电压 VAC,并且对所接收的交流输入电压VAC进行整流的动作,藉以产生整流电压Vin。整流电压 Vin会被提供给变压器T。控制芯片103会依据负载(未示出)的电源供应需求以及从检测辅 助线路105所获取到的运作信息而产生相应的脉宽调制信号PWM来控制功率开关Q的导通/ 截止状态,使得变压器T反应于功率开关Q的切换而将整流电压Vin转换为直流输出电压 V0UT与直流系统电压VCC。
[0092]更具体地说,在反驰式电源转换线路101中,电容Ci跨接于输入侧IS的两端以滤 除/抑制交流输入电压VAC中可能存在的噪声。电阻Ri与电容Ci相互并接,其可用以在电源 转换装置10关闭时快速地释放电容Ci所储存的电能。抗流圈L例如具有两共轭线圈。所述两 共辄线圈耦接在电容Ci与电阻Ri的两端并接收交流输入电压VAC,其中抗流圈L可用以过滤 输入至整流电路Rc的电源噪声。
[0093] 整流电路Rc在本实施例中例如为由二极管Drl〜Dr4所组成的全桥整流电路(但不 仅限于此)。在整流电路Rc中,二极管Drl的阴极与二极管Dr2的阳极共同耦接至抗流圈L的 其中一共轭线圈,二极管Dr3的阴极与二极管Dr4的阳极则共同耦接至抗流圈L的其中另一 共轭线圈。整流电路Rc用以接收经抑制噪声的交流输入电压VAC,并对其进行全波整流以产 生整流电压Vin。滤波电容Cf的第一端耦接二极管Dr2与Dr4的阴极,并且滤波电容Cf的第二 端耦接一次侧的接地端GND1。其中,滤波电容Cf是用以对整流电路Rc所产生的整流电压Vin 进行滤波。
[0094]变压器T具有主线圈(primary winding) Np、次线圈(secondary winding) Ns与辅 助线圈(auxiliary winding) Na。其中,变压器T的主线圈Np的同名端(common-polarity terminal,即打点处)用以接收整流电压Vin,而变压器T的次线圈Ns与辅助线圈Na的同名端 耦接至二次侧的接地端GND2。
[0095] 在主线圈Np侧,N型功率开关Q的第一端(例如,漏极)耦接变压器T的主线圈Np的异 名端(opposite-polarity terminal,S卩未打点处)A型功率开关Q的控制端(例如,栅极)经 由分压电路VDC (例如由电阻Rdl、Rd2组成,但不仅限于此)从控制芯片103的驱动引脚D-PIN 接收控制芯片103所产生的脉宽调制信号PWMA型功率开关Q的第二端(例如,源极)经由反 馈电路FBC (例如由电阻Rfb 1、Rfb2及电容Cf b所组成,但不仅限于此)耦接控制芯片103,藉 以将输出电源信息反馈给控制芯片103以作为控制的依据。
[0096]在次线圈Ns侧,二极管D1的阳极(anode)耦接变压器T的次线圈Ns的异名端,而二 极管D1的阴极(cathode)则用以产生直流输出电压V0UT。电容C1的第一端耦接二极管D1的 阴极,而电容C1的第二端则耦接至二次侧的接地端GND2。
[0097]在辅助线圈Na侧,电阻R1耦接在整流电路Rc的输入端与控制芯片103的电源引脚 V-PIN之间。二极管D2的阳极耦接辅助线圈Na的异名端,并且二极管D2的阴极耦接控制芯片 103的电源引脚V-PIN。电容C2的第一端耦接控制芯片103的电源引脚V-PIN,并且电容C2的 第二端耦接二次侧的接地端GND2。在此值得一提的是,一次侧的接地端GND1与二次侧的接 地端GND2可例如为不同的接地面,本发明不以此为限。
[0098]在检测辅助线路105中,二极管D3的阳极耦接变压器T的辅助线圈Na的异名端与二 极管D2的阳极。电阻R2的第一端耦接二极管D3的阴极。电阻R3的第一端耦接电阻R2的第二 端,且电阻R3的第二端耦接二次侧的接地端GND2。热敏电阻RT的第一端耦接电阻R2的第二 端与电阻R3的第一端,且热敏电阻的第二端耦接控制芯片1〇3的多功能检测引脚M-PIN。在 本实施例中,热敏电阻RT可以为具有负温度系数(negative temperature coefficient, NTC)的热敏电阻。
[0099] 详细而言,在电源转换装置10处于正常运作下,控制芯片103会反应于某一负载 (电子装置)的电源供应需求而对应地产生脉宽调制信号PWM以控制反驰式电源转换线路 101的运作。在此条件下,当N型功率开关Q反应于控制芯片103所产生的脉宽调制信号PWM而 导通(turned on)的话,交流输入电压VAC会跨接在变压器T的主线圈Np,以至于变压器T的 主线圈Np的电感电流会线性增加而进行储能。与此同时,在次线圈Ns侧,由于受到二极管D1 的逆向偏压阻隔,所以变压器T的次线圈Ns将无电流流通。另外,在辅助线圈Na侧,由于受到 二极管D2的逆向偏压阻隔,所以变压器T的辅助线圈Na也无电流流通。
[0100]另一方面,当N型功率开关Q反应于控制芯片103所产生的脉宽调制信号PWM而截止 (turned off)的话,基于楞次定律(Lenz’s law),变压器T的主线圈Np所储存的能量会转移 至变压器T的次线圈Ns与辅助线圈Na。与此同时,由于二极管D1处于顺向偏压导通,所以转 移至变压器T的次线圈Ns的能量将会对电容C1进行充电,并且供应直流输出电压V0UT给负 载(电子装置)。另外,转移至变压器T的辅助线圈Na的能量将会通过二极管D2与电容C2而供 应直流系统电压VCC给控制芯片103。
[0101]由此可知,基于控制芯片1〇3所产生的脉宽调制信号PWM而交替地导通与截止N型 功率开关Q的运作方式,电源转换装置10即可持续地供应直流输出电压V0UT与直流系统电 压 VCC。
[0102] 除此之外,在控制芯片103中,控制主体CB用以作为控制芯片103的运作核心 (operation core),并且反应于某一负载的电源供应需求而产生脉宽调制信号PWM。过电压 保护单元OVinJ、过温度保护单元0TPU以及谷值电压检测单元VDU三者的输入端共同耦接至 多功能检测引脚M-PIN,并且过电压保护单元0VPU、过温度保护单元0TPU以及谷值电压检测 单元VDU三者的输出端分别耦接至控制主体CB。其中,过电压保护单元0VPU与过温度保护单 元0TPU会分别在不同的检测阶段下执行过温度与过电压保护的检测,并且据以分别提供检 测结果DR1与DR2给控制主体CB。基此,控制主体CB即可分别依据检测结果DR1与DR2而决定 是否启动过电压保护机制及/或过温度保护机制。
[0103]更具体地说,过温度保护单元OTPU在第一检测阶段执行过温度保护的检测时,过 温度保护单元0TPU会经由多功能检测引脚M-PIN向检测辅助线路105提供一流经热敏电阻 RT的检测电流。通过热敏电阻RT的电阻值与环境温度具有相关性的特性,检测辅助线路1〇5 会在多功能检测引脚M-PIN上建立与温度相关的热敏电压,使得过温度保护单元〇THJ可通 过比较所获取到的热敏电压与一预设的参考电压而产生指示启动或停止过温度保护机制 的检测结果DR1。
[0104]类似地,过电压保护单元0VPU在第二检测阶段执行过电压保护的检测时,过电压 保护单元0VPU会经由多功能检测引脚M-PIN从检测辅助线路105获取关联于直流输出电压 V0UT的辅助电压Vaux,并且通过比较所获取到的辅助电压Vaux与一预设的参考电压而产生 指示启动或停止过电压保护机制的检测结果DR2。
[0105]其中,所述第一检测阶段与第二检测阶段可经设计而搭配脉宽调制信号PWM的信 号时序交替地切换。举例来说,控制芯片103可在脉宽调制信号PWM的使能期间(信号维持在 使能电平(例如逻辑“1”)的期间)进入第一检测阶段以执行过温度保护的检测,并且在脉宽 调制信号PWM的禁能期间(信号维持在禁能电平(例如逻辑“0”)的期间)进入第二检测阶段 以执行过电压保护的检测。又或者,控制芯片103可在脉宽调制信号PWM的不同周期内的禁 能期间交替地进入第一检测阶段与第二检测阶段。上述不同实施例的电源时序会在后续实 施例中进一步说明。
[0106]另一方面,谷值电压检测单元VDU会持续地经由多功能检测引脚M-PIN而从检测辅 助线路105获取辅助电压Vaux,并根据所获取到的辅助电压Vaux而产生对应的检测结果DR3 并提供给控制主体CB。因此,控制主体CB即可反应于所接收到的检测结果DR3而决定是否使 能脉宽调制信号PWM,从而导通或截止功率开关Q。
[0107]当控制主体CB反应于检测结果DR1与DR2而决定不启动过温度保护机制及/或过电 压保护机制时,控制主体CB会依据负载的电源供应需求来产生脉宽调制信号PWM,并且根据 检测结果DR3来决定脉宽调制信号PWM的转态时间点。反之,当控制主体CB反应于检测结果 DR1而决定启动过温度保护机制或反应于检测结果DR2而决定启动过电压保护机制时,控制 主体CB会停止输出脉宽调制信号PWM,直至控制主体CB反应于检测结果DR1而决定关闭过温 度保护机制为止(即,过温度的现象解除),或者直至控制主体CB反应于检测结果DR2而决定 关闭过电压保护机制为止(即,过电压的现象解除)。
[0108]换言之,在本实施例中,过电压保护单元0VPU、过温度保护单元0TPU以及谷值电压 检测单元VDU三者可通过共用相同的多功能检测引脚M-p頂的配置方式,从而令控制芯片 103可同时实现多种不同的控制及检测保护功能,藉以使得控制芯片1〇3及整体电源转换装 置10的设计与制造成本得以降低。
[0109]为了更清楚地说明本发明实施例的电源转换装置1〇的应用架构与电源时序,底下 以图3至图6实施例来作进一步地说明。
[0110]图3为本发明一实施例的控制芯片的电路架构示意图。请参照图3,在控制芯片303 中,过温度保护单元0TPU包括检测电流源DCS、采样开关SW1与SW2以及比较器C0MP1。过电压 保护单元0VPU包括采样开关SW3以及比较器⑶MP2。谷值电压检测单元VDU包括比较器 C0MP3。
[0111 ]在过温度保护单元0TPU中,检测电流源DCS是用以产生检测电流IQTP。采样开关SW1 的第一端耦接检测电流源DCS的输出端,采样开关SW1的第二端耦接多功能检测引脚M-PIN, 并且采样开关的控制端会接收控制信号CS1 (可由控制主体CB所发出,但不仅限于此),藉以 基于控制信号CS1而决定采样开关SW1的导通/截止状态。采样开关SW2的第一端耦接采样开 关SW1的第二端与多功能检测引脚M-PIN,采样开关SW2的第二端耦接比较器C0MP1的负输入 端,并且采样开关SW2的控制端同样会接收控制信号CS1以基于控制信号CS1而决定其导通/ 截止状态。比较器C0MP1的正输入端接收一预设的过温度保护参考电压V〇TP(可由设计者自 行设定),且比较器C0MP1的输出端用以输出检测结果DR1。
[0112] 在过电压保护单元0VPU中,采样开关SW3的第一端耦接多功能检测引脚M-PIN,并 且采样开关SW2的控制端接收控制信号CS2(可由控制主体CB所发出,但不仅限于此)以基于 控制信号CS2而决定其导通/截止状态。比较器C0MP2的正输入端耦接采样开关的第二端,比 较器C0MP2的负输入端接收过电压保护参考电压VQVP,并且比较器C0MP2的输出端用以输出 检测结果DR2。
[0113] 在谷值电压检测单元VDU中,比较器C0MP3的正输入端接收参考谷值电压Vvalley,比 较器C0MP3的负输入端耦接多功能检测引脚M-PIN,并且比较器C0MP3的输出端用以输出检 测结果DR3。其中,通过谷值电压检测单元VDU的运作,控制芯片303会在辅助电压Vaux低于 预设的参考谷值电压Walley时才使能脉宽调制信号PWM以导通功率开关(如图2所示出的功 率开关Q),从而令主线圈Np进行储能的动作。也即,脉宽调制信号PWM/功率开关Q的转态时 间点/频率会动态地根据辅助电压VaUX与参考谷值电压VvALLEY的比较结果而决定。因此,相 比于传统以固定频率的脉宽调制信号PWM来驱动功率开关Q的驱动方式而言,本实施例的架 构可有效地降低功率开关Q的切换损失(switching loss),从而提高电源转换装置整体的 转换效率。
[0114] 图4为图3的一实施例的电源转换装置的电源时序示意图。请一并参照图3与图4, 在本实施例中,控制信号CS1与CS2大致上分别与脉宽调制信号PWM具有相同的周期。其中, 控制信号CS1的时序与脉宽调制信号PWM同步,而控制信号CS2的时序则与控制信号CS1/脉 宽调制信号PWM相差约180度的相位(也即,控制信号CS1与CS2互为反相)。
[0115] 以周期TP1内的电源时序来看,首先在脉宽调制信号PWM的使能期间Ton内,控制芯 片303会进入第一检测阶段H1。在第一检测阶段H1下,控制信号CS1会处于使能电平(逻辑 “1”)而控制信号CS2则会处于禁能电平(逻辑“0”)。另一方面,功率开关Q会反应于使能的脉 宽调制信号PWM而导通,使得主线圈Np上的感应电流Ipri逐渐增加,而次线圈Ns与辅助线圈 Na则会分别因二极管D2与D3的限制而不产生感应电流Isec与Iaux。
[0116] 此时,采样开关SW1与SW2会反应于控制信号CS1而导通,而采样开关SW3则会反应 于控制信号CS2而截止。在此电路组态下,检测电流源DCS所产生的检测电流Iotp会经由多功 能检测引脚M-PIN流经热敏电阻RT与电阻R3至二次侧的接地端GND2。基于热敏电阻RT的电 阻值和环境温度的相关性,流经热敏电阻RT与电阻R3的检测电流Iotp即会在多功能检测引 脚M-PIN上建立关联于环境温度的热敏电压。而所述热敏电压会被提供至比较器C0MP1的负 输入端。
[0117] 因此,过温度保护单元0TPU即可基于获取到的热敏电压进行过温度保护的检测。 更具体地说,比较器C0MP1会比较多功能检测引脚M-PIN上的热敏电压与过温度保护参考电 压VQTP。其中,若热敏电压低于过温度保护参考电压Vcm>,则比较器C0MP1会产生逻辑“1”的检 测结果DR1以指示电源转换装置发生过温度的现象。反之,若热敏电压高于过温度保护参考 电压VQTP,则比较器C0MP1会产生逻辑“0”的检测结果DR1以指示电源转换装置未发生过温度 的现象。
[0118] 在脉宽调制信号PWM的使能期间Ton结束后,脉宽调制信号PWM会接续地进入禁能 期间Toff。在脉宽调制信号PWM的禁能期间Toff内,控制芯片303会从第一检测阶段H1切换 至第二检测阶段H2。在第二检测阶段H2下,控制信号CS1会切换至禁能电平而控制信号CS2 则会切换至使能电平。另一方面,功率开关Q会反应于禁能的脉宽调制信号PWM而截止,并使 得次线圈Ns与辅助线圈Na上产生相应的感应电流Isec与Iaux。
[0119] 此时,采样开关SW1与SW2会反应于控制信号CS1而截止,而采样开关SW3则会反应 于控制信号CS2而导通。在此电路组态下,二极管D3、电阻R2及R3至接地端GND2之间会建立 一导通路径,使得辅助线圈Na的异名端上的辅助电压Vaux (关联于直流输出电压V0UT)被提 供至比较器C0MP2的正输入端。
[0120] 因此,过电压保护单元0VPU即可基于获取到的辅助电压Vaux进行过电压保护的检 测。更具体地说,若辅助电压Vaux高于过电压保护参考电压Vqvp,则比较器C0MP2会产生逻辑 “1”的检测结果DR2以指示电源转换装置发生过电压的现象。反之,若辅助电压Vaux低于过 电压保护参考电压Vqvp,则比较器C0MP2会产生逻辑“〇”的检测结果DR2以指示电源转换装置 未发生过电压的现象。
[0121] 在辅助线圈Na的感应电流Iaux降至趋近于0时,辅助电压Vaux也会逐渐地降低。在 辅助电压Vaux逐渐降低的期间Tv内,谷值电压检测单元VDU会检测辅助电压Vaux是否低于 参考谷值电压Vvalley,藉以决定脉宽调制信号PWM的转态时间点。
[0122] 更具体地说,若谷值电压检测单元VDU检测到的电压高于参考谷值电压Vvalley,则 比较器C0MP3会产生逻辑“0”的检测结果DR3。此时控制主体CB会反应于逻辑“0”的检测结果 DR3将脉宽调制信号PWM维持在禁能电平,而不会在预设周期TPp (可根据负载的电源供应需 求而定,但不仅限于此)结束时即立即地使能脉宽调制信号PWM。另一方面,若谷值电压检测 单元VDU检测到的辅助电压Vaux低于参考谷值电压Vvalley,则比较器C0MP3会产生逻辑T的 检测结果DR3。此时控制主体CB会反应于逻辑T的检测结果DR3将脉宽调制信号PWM从禁能 电平调整至使能电平。换言之,在本实施例中,脉宽调制信号PWM的每一周期的长度都会受 控于谷值电压检测单元VDU而可能会不尽相同(但至少大于等于预设周期TPp)。
[0123]其中,控制芯片3〇3在脉宽调制信号PWM的每一周期是重复地依据上述的方式运 作,故在此不再赘述。
[0124]图5为本发明另一实施例的控制芯片的电路架构示意图。请参照图5,在控制芯片 505中,过温度保护单元0TPU包括检测电流源DCS、采样开关SW1、比较器C0MP1以及采样及保 持电路SHC。过电压保护单元0VPU包括采样开关SW3以及比较器C0MP2。谷值电压检测单元 VDU包括比较器C0MP3。
[0125]在本实施例中,过电压保护单元0VPU与谷值电压检测单元VDU的架构与配置大致 与前述图3实施例相同,故在此不再赘述。本实施例与前述图3实施例的主要差异在于过温 度保护单元0TPU的配置与电源时序。
[0126]在本实施例的过温度保护单元0TPU中,检测电流源DCS是用以产生检测电流I0TP。 采样开关SW1的第一端耦接检测电流源DCS的输出端,采样开关SW1的第二端耦接多功能检 测引脚M-PIN,并且采样开关的控制端会接收控制信号CS1,藉以基于控制信号CS1而决定采 样开关SW1的导通/截止状态。比较器C0MP1的正输入端接收一预设的过温度保护参考电压 Votp,且比较器C0MP1的输出端用以输出检测结果DR1。采样及保持电路SHC耦接在多功能检 测引脚M-PIN与比较器C0MP1的负输入端之间,其中采样及保持电路SHC依据控制信号CS1与 CS2对多功能检测引脚M-PIN上的电压进行采样及保持,藉以作为比较器C0MP1的比较依据。
[0127] 图6为图5的一实施例的电源转换装置的电源时序示意图。请一并参照图5与图6, 在本实施例中,控制信号CS1与CS2的周期大致上分别为脉宽调制信号PWM的周期的两倍。其 中,控制信号CS1会在脉宽调制信号PWM的奇数周期的禁能期间内使能,而控制信号CS2则会 在脉宽调制信号PWM的偶数周期的禁能期间内使能。
[0128] 在此应注意的是,所述奇数周期与偶数周期是以图示的周期顺序(从左数起)为 例,但本发明不仅限于此。更进一步地说,只要控制信号CS1与CS2是分别在脉宽调制信号 PWM的连续的两个周期的禁能期间内交替地禁/使能,即不脱离本实施例的范畴。
[0129] 以周期TP 1与TP2的电源时序来看,首先在脉宽调制信号PWM的周期TP 1的使能期间 Toni内,控制信号CS1与CS2同时处于禁能电平。另一方面,功率开关Q会反应于使能的脉宽 调制信号PWM而导通,使得主线圈Np上的感应电流Ipri逐渐增加,而次线圈Ns与辅助线圈Na 则会分别因二极管D2与D3的限制而不产生感应电流Isec与Iaux。
[0130] 此时,采样开关SW1反应于控制信号CS1而截止,而采样开关SW3则会反应于控制信 号CS2而截止。在此电路组态下,过温度保护单元0TPU与过电压保护单元0VPU两者皆不会执 行检测的动作。
[0131] 在脉宽调制信号PWM的周期TP 1的使能期间Ton 1结束后,脉宽调制信号PWM会接续 地进入禁能期间Toff 1。在脉宽调制信号P丽的禁能期间Toff 1内,控制芯片505会进入第一 检测阶段H1。在第一检测阶段H1下,控制信号CS1会从禁能电平切换至使能电平,而控制信 号CS2则维持在禁能电平。
[0132] 此时,采样开关SW1会反应于控制信号CS1而导通,并且采样及保持电路SHC会反应 于控制信号CS1而对多功能检测引脚M-PIN上的电压进行采样并保持。换言之,此时的电路 组态会类似于前述图3实施例在第一检测阶段下的电路组态,因此过温度保护单元0TPU会 以类似于前述实施例的运作方式进行过温度保护的检测。
[0133] 接着,在辅助线圈Na的感应电流Iaux降至趋近于0时,辅助电压Vaux也会逐渐地降 低。在辅助电压Vaux逐渐降低的期间Tvl内,谷值电压检测单元VDU会检测辅助电压Vaux是 否低于参考谷值电压Vvalley,藉以决定脉宽调制信号PffM的转态时间点,其中控制主体CB会 在辅助电压Vaux低在参考谷值电压Vvalley时使能脉宽调制信号PWM,并且进入下一周期TP2。
[0134] 在周期TP2的使能期间Ton2内,控制信号CS1会再次地回到禁能电平,而控制信号 CS2仍会维持在禁能电平。因此,控制芯片505在使能期间Ton2的电路运作与前述使能期间 Ton 1的电路运作相同。
[0135] 接着,在脉宽调制信号P丽的周期TP2的使能期间Ton2结束后,脉宽调制信号P丽会 接续地进入禁能期间Toff2。在脉宽调制信号PWM的禁能期间Toff2内,控制芯片505会进入 第二检测阶段H2。在第二检测阶段H2下,控制信号CS1会维持在禁能电平,而控制信号CS2则 会从禁能电平切换至使能电平。
[0136] 此时,采样开关SW1会反应于控制信号CS1而截止,并且采样及保持电路SHC会反应 于控制信号CS2而停止对多功能检测引脚M-PIN上的电压进行采样并保持。换言之,此时的 电路组态会类似于前述图3实施例在第二检测阶段下的电路组态,因此过电压保护单元 OVPU会以类似于前述实施例的运作方式进行过电压保护的检测。
[0137] 接着,类似于周期TP1内的期间Tvl,在辅助线圈Na的感应电流Iaux降至趋近于0 时,辅助电压Vaux也会在期间Tv2内逐渐地降低。其中,控制芯片505在周期TP2的期间Tv2内 的运作类似于前一周期TP 1的期间Tv 1内的运作。此外,控制芯片505会以脉宽调制信号PWM 的两个周期TP1与TP2为一个单位,重复地执行上述的运作,故在此不再重复赘述。
[0138] 综上所述,本发明实施例提出一种电源转换装置,其可通过共用同一只多功能检 测引脚的配置方式,令控制芯片可同时实现多种不同的控制及检测保护功能。其中,通过在 不同运作期间内切换设置在控制芯片内部的采样开关的方式,可实现利用同一只多功能检 测引脚上的电压来分别作为过温度及过电压保护的检测基础。另外,通过获取多功能检测 引脚上的电压,同时也可实现基于直流输出电压的大小而动态地改变脉宽调制信号的转态 时间点的控制方式。如此一来,控制芯片的单一只多功能检测引脚不仅可对应到多种相关 的功能检测及控制方式,因此可一并实现提高电源转换装置的转换效率以及降低控制芯片 整体成本的效果。
[0139] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。

Claims (20)

1.一种电源转换装置,其特征在于,包括: 反驰式电源转换线路,用以接收一交流输入电压,并且反应于一脉宽调制信号而对该 交流输入电压进行转换,藉以产生并提供直流输出电压; 控制芯片,耦接该反驰式电源转换线路,并反应于电源供应需求而产生该脉宽调制信 号以控制该反驰式电源转换线路的运作,其中该控制芯片具有多功能检测引脚;以及 检测辅助线路,耦接该反驰式电源转换线路与该控制芯片的多功能检测引脚, 其中,该检测辅助线路辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚取得关联于该直流输出 电压的辅助电压,藉以根据该辅助电压与参考谷值电压的比较结果来动态地决定该脉宽调 制信号的转态时间点及频率, 其中,该检测辅助线路在第一检测阶段辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚执行过 温度保护的检测,并在第二检测阶段辅助该控制芯片通过该多功能检测引脚执行过电压保 护的检测。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片在该脉宽调制信号的 使能期间内进入该第一检测阶段,并且在该脉宽调制信号的禁能期间内进入该第二检测阶 段。
3.根据权利要求1所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片在该脉宽调制信号的 第一周期的禁能期间内进入该第一检测阶段,并且在该脉宽调制信号的第二周期的禁能期 间内进入该第二检测阶段。
4.根据权利要求1所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片包括: 控制主体,用以作为该控制芯片的运作核心,并且反应于该电源供应需求而产生该脉 宽调制信号; 过温度保护单元,耦接该控制主体,用以在该第一检测阶段执行该过温度保护的检测, 并且据以提供第一检测结果给该控制主体,其中该控制主体反应于该第一检测结果而决定 是否启动过温度保护机制; 过电压保护单元,耦接该控制主体,用以在该第二检测阶段执行该过电压保护的检测, 并且据以提供第二检测结果给该控制主体,其中该控制主体还反应于该第二检测结果而决 定是否启动过电压保护机制;以及 谷值电压检测单元,耦接该控制主体,用以从该检测辅助线路获取该辅助电压,并据以 提供第三检测结果,其中该控制主体还反应于该第三检测结果而决定是否使能该脉宽调制 信号。
5. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,该谷值电压检测单元从该检测辅 助线路获取关联于该直流输出电压的辅助电压,比较该辅助电压与该参考谷值电压,并且 据以产生该第三检测结果, 当该辅助电压大于等于该参考谷值电压时,该控制主体反应于该第三检测结果将该脉 宽调制信号维持在禁能电平,以及 当该辅助电压小于该参考谷值电压时,该控制主体反应于该第三检测结果将该脉宽调 制信号从该禁能电平调整至使能电平。
6. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,当该过温度保护单元执行该过温 度保护的检测时,该过温度保护单元提供检测电流,使得该检测辅助线路反应于该检测电 流产生关联于环境温度的热敏电压,其中该过温度保护单元比较该热敏电压与过温度保护 参考电压,并且据以产生该第一检测结果。
7. 根据权利要求6所述的电源转换装置,其特征在于,当该控制主体反应于该第一检测 结果而决定启动该过温度保护机制时,该控制主体停止输出该脉宽调制信号,直至该控制 主体反应于该第一检测结果而决定关闭该过温度保护机制为止。
8. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,当该过电压保护单元执行该过电 压保护的检测时,该过电压保护单元从该检测辅助线路获取关联于该直流输出电压的辅助 电压,其中该过电压保护单元比较该辅助电压与过电压保护参考电压,并且据以产生该第 二检测结果。
9. 根据权利要求8所述的电源转换装置,其特征在于,当该控制主体反应于该第二检测 结果而决定启动该过电压保护机制时,该控制主体停止输出该脉宽调制信号,直至该控制 主体反应于该第二检测结果而决定关闭该过电压保护机制为止。
10. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,该过温度保护单元包括: 检测电流源,用以产生检测电流; 第一采样开关,其第一端耦接该检测电流源的输出端,其第二端耦接该多功能检测引 脚,且其控制端接收第一控制信号; 第一比较器,其正输入端接收过温度保护参考电压,且其输出端用以输出该第一检测 结果;以及 第二采样开关,其第一端耦接该第一采样开关的第二端与该多功能检测引脚,其第二 端耦接该第一比较器的负输入端,且其控制端接收该第一控制信号。
11. 根据权利要求1〇所述的电源转换装置,其特征在于,该过电压保护单元包括: 第三采样开关,其第一端耦接该多功能检测引脚,且其控制端接收第二控制信号;以及 第二比较器,其正输入端耦接该第三采样开关的第二端,其负输入端接收过电压保护 参考电压,且其输出端用以输出该第二检测结果。
12. 根据权利要求11所述的电源转换装置,其特征在于,该脉宽调制信号、该第一控制 信号以及该第二控制信号具有相同的周期,并且该第一与该第二控制信号互为反相。
13. 根据权利要求11所述的电源转换装置,其特征在于,该谷值电压检测单元包括: 第三比较器,其正输入端接收该参考谷值电压,其负输入端耦接该多功能检测引脚,且 其输出端用以输出该第三检测结果。
14. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,该过温度保护单元包括: 检测电流源,用以产生检测电流; 第一采样开关,其第一端耦接该检测电流源的输出端,其第二端耦接该多功能检测引 脚,且其控制端接收第一控制信号; 第一比较器,其正输入端接收过温度保护参考电压,且其输出端用以输出该第一检测 结果;以及 采样及保持电路,耦接在该多功能检测引脚与该第一比较器的负输入端之间,其中该 采样及保持电路依据该第一控制信号以及第二控制信号对该多功能检测引脚上的电压进 行采样及保持,藉以作为该第一比较器的比较依据。
15. 根据权利要求14所述的电源转换装置,其特征在于,该过电压保护单元包括: 弟二米样开关,其第一栖耦接该多功能检测引脚,且其控制端接收该第二控制信号;以 及 第二比较器,其正输入端耦接该第二采样开关的第二端,其负输入端接收过电压保护 参考电压,且其输出端用以输出该第二检测结果。 I6 •根据权利要求15所述的电源转换装置,其特征在于,该第一控制信号的周期以及该 第二控制信号的周期为该脉宽调制信号的周期的两倍。
17. 根据权利要求I5所述的电源转换装置,其特征在于,该谷值电压检测单元包括: 第三比较器,其正输入端接收该参考谷值电压,其负输入端耦接该多功能检测引脚,且 其输出端用以输出该第三检测结果。
18. 根据权利要求4所述的电源转换装置,其特征在于,该反驰式电源转换线路包括: 整流电路,接收该交流输入电压; 变压器,具有主线圈、次线圈与辅助线圈,其中该主线圈的同名端耦接该整流电路以接 收整流后的交流输入电压,并且该次线圈与该辅助线圈的同名端耦接接地端; 功率开关,其第一端耦接该主线圈的异名端,其第二端耦接该接地端,且其控制端耦接 该控制主体以接收该脉宽调制信号; 第一二极管,其阳极耦接该次线圈的异名端,且其阴极输出该直流输出电压;以及 第一电容,耦接在该第一二极管的阴极与该接地端之间。
19. 根据权利要求1S所述的电源转换装置,其特征在于,该控制芯片更具有电源引脚, 该反驰式电源转换线路还包括: 第一电阻,耦接在该整流电路的输入端与该电源引脚之间; 第二二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端,且其阴极耦接该电源引脚;以及 第二电容,其第一端耦接该电源引脚,且其第二端耦接该接地端。
20. 根据权利要求19所述的电源转换装置,其特征在于,该检测辅助线路包括: 第三二极管,其阳极耦接该辅助线圈的异名端; 第二电阻,其第一端耦接该第二二极管的阴极; 第三电阻,其第一端耦接该第二电阻的第二端,且其第二端耦接该接地端;以及 热敏电阻,其第一端耦接该第二电阻的第二端与该第三电阻的第一端,且其第二端顆 接该多功能检测引脚。
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