CN105490540A - 固定导通时间切换式转换装置 - Google Patents

固定导通时间切换式转换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105490540A
CN105490540A CN201410483053.3A CN201410483053A CN105490540A CN 105490540 A CN105490540 A CN 105490540A CN 201410483053 A CN201410483053 A CN 201410483053A CN 105490540 A CN105490540 A CN 105490540A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
signal
electronic switch
input
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410483053.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105490540B (zh
Inventor
林天麒
刘智远
徐永传
黄培伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NATIONS SEMICONDUCTOR (CAYMAN) Ltd
Alpha and Omega Semiconductor Cayman Ltd
Original Assignee
NATIONS SEMICONDUCTOR (CAYMAN) Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NATIONS SEMICONDUCTOR (CAYMAN) Ltd filed Critical NATIONS SEMICONDUCTOR (CAYMAN) Ltd
Priority to CN201410483053.3A priority Critical patent/CN105490540B/zh
Priority to JP2017515838A priority patent/JP6570085B2/ja
Priority to KR1020177008379A priority patent/KR101901575B1/ko
Priority to EP15842166.9A priority patent/EP3195457B1/en
Priority to PCT/US2015/050529 priority patent/WO2016044490A1/en
Publication of CN105490540A publication Critical patent/CN105490540A/zh
Priority to PH12017500473A priority patent/PH12017500473A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105490540B publication Critical patent/CN105490540B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明揭露了一种固定导通时间切换式转换装置，其包含一变压器，此变压器具有一次侧与二次侧，一次侧连接一电子开关，二次侧连接一负载与一处理器。处理器通过至少一耦合元件连接位于一次侧的一驱动器，以藉此连接电子开关。处理器接收负载上的一输出电压或一输出电流，以据此产生一控制讯号。驱动器通过耦合元件接收控制讯号，并据此切换电子开关，以控制变压器调节输出电压与输出电流，其中电子开关的开关状态的时间长度受控制讯号的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定，以达到高速负载暂态响应。

Description

固定导通时间切换式转换装置
技术领域
本发明关于一种切换式转换装置，且特别关于一种固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置。
背景技术
近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来，这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。这些各式各样不同功能的电子产品是由各种电子元件所组成，而每一个电子元件所需的电源电压不尽相同，因此，现今的供电系统提供的交流电源并不适合直接提供给电子产品使用。为了提供适当的电压给每一个电子元件使其正常运作，这些电子产品需要藉由电源转换电路将交流电源，例如一般的市电，转换为适当的电压给每一个电子元件使用。
传统的交流转直流的电源转换器(AC/DCConverter)是采用隔离式分压的设计，将交流电源与整流器耦合之后，再利用外部变压器将高电压的交流电源转换为低电压的直流电源，用以提供低电压的直流电源器件使用。如图1所示，传统的电源转换器包含一变压器10，其一次侧连接一电子开关12，二次侧连接一负载14、一输出电容15与一分压器16，分压器16连接一处理器18。处理器18通过一光耦合器20连接一控制器22，此控制器22连接电子开关12，以控制其开关状态。当负载14上有负载电压及负载电流时，分压器16可以撷取负载电压中的分压，并将其传送给处理器18。处理器18依据此分压产生一类比讯号或称模拟讯号，并将其通过光耦合器20由二次侧传送给位于一次侧的控制器22，使控制器22能根据此类比讯号来切换电子开关12。由于此处理器18由TL431与补偿电路所组成，所以处理器18以零点与极点之补偿方式负责对整个电源转换器进行回路增益与频宽的补偿，以降低负载电压中的涟波讯号，使整个系统稳定。然而，由于控制器22位于一次侧，无法直接侦测负载电压，且TL431与补偿电路亦无法实时将负载电压中的信号传到控制器22，反而会使负载电压中的信号延迟变形，甚至变慢后，才传至控制器22，造成控制器22也无法实时因应负载电压中的涟波讯号，改变电子开关12的切换方式，进而迅速稳定负载电压。再者，连接于二次侧的一二极管24是作为同步整流器，但此在连续电流模式(CCM)并不容易控制。
因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置，以解决现有技术中所产生的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置，其是基于变压器的二次侧安装能直接侦测输出电压或输出电流的处理器，并实时通过耦合元件将输出电压或输出电流中的信号，传送至一次侧，以利用二次侧之信号决定位于变压器的一次侧的电子开关的导通与关闭的时间，进而调节输出电压或输出电流，在不需要采用补偿电路的前提下，达到高速负载暂态响应。
本发明的次要目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是将耦合元件以电场、磁场、压电材质或光作为媒介，将输出电压或输出电流中的信号从二次侧传送至一次侧，且不采任何编码或解码技术，使变压器的二次侧独立地调节输出电压与输出电流。
本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是分别将控制器与驱动器形成于一晶片单元中，再将两个晶片单元与耦合元件整合于一封装结构中，以达到体积微小化，同时降低占有印刷电路板的面积，与物料清单(BOM)成本。
本发明的又一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是将变压器的二次侧上的涟波讯号与输出电流分别进行滤波与放大，以降低位于主输出路径上的电阻的电阻值，进而减少输出效能损耗，同时使设有参考电压的位于二次侧的处理器容易设计。
本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其利用位于变压器的二次侧的处理器接收位于一次侧的驱动器所产生的唤醒讯号，以产生控制讯号，并将其传递给驱动器使用，以避免在启动(start-up)模式中，位于一次侧与二次侧之间的耦合元件损坏时，破坏系统的运作。
本发明的又一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是撷取一次侧的输入电压，并据此调整位于一次侧的电子开关的导通时间，以针对不同的输入电压，降低位于一次侧的电子开关的切换频率的变动量，以避免变压器进入饱和进而烧毁。
本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是利用变压器的二次侧发出的上一个脉波讯号的频率值，决定下一个二次侧的脉波讯号的高电压准位的持续时间，进而调整一次侧的电子开关的导通时间，以脱离音频区，进而减少每一个切换周期对变压器所储存与释放的能量。
为达上述目的，本发明提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接收一输入电压，此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端，二次侧连接一负载与一处理器。处理器接收一启动电压，且接收负载上的一输出电压或一输出电流，以据此与启动电压产生一控制讯号。处理器连接至少一耦合元件，如电容、变压器、压电元件或光耦合元件，其分别连接一次侧与二次侧，以传送控制讯号至一次侧。一次侧与耦合元件连接一驱动器，其通过耦合元件接收控制讯号，并将其放大，产生一第一数位讯号。一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第一数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流，其中第一电子开关的开关状态的时间长度受控制讯号的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定。
处理器还包含一电讯号撷取器与一控制器。电讯号撷取器连接二次侧与负载，以撷取输出电压中的分压或输出电流对应的感测电压。控制器不但接收启动电压，又连接二次侧与电讯号撷取器，以通过电讯号撷取器接收分压或感测电压，并据此与启动电压产生控制讯号。控制器、耦合元件与驱动器是整合于一封装结构中。在耦合元件为电容时，封装结构是由一第一晶片单元、一介电层与一第二晶片单元堆叠而成，第一晶片单元内形成有控制器，第二晶片单元内形成有驱动器，电容由第一晶片单元、介电层与第二晶片单元形成。
本发明亦提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接收一输入电压，此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端，二次侧连接一负载，变压器的二次侧上有一涟波讯号(ripplesignal)，负载上有由涟波讯号形成的一输出电压及一输出电流。二次侧与负载连接一处理器，其是用来撷取涟波讯号的交流成分的交流电压与输出电流。处理器预设有一参考电压，处理器转换输出电流为一处理电压，处理电压的直流成分的电压值等于参考电压。处理器根据参考电压、交流电压与处理电压产生一控制讯号。处理器连接至少一耦合元件，其系分别连接一次侧与二次侧，以传送控制讯号至一次侧。变压器的一次侧与耦合元件连接一驱动器，其接收控制讯号，并将其放大，产生一数位讯号。变压器的一次侧与驱动器连接一电子开关，其接收数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
本发明再提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接收一输入电压。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，其中一次侧连接输入端，二次侧连接一负载，负载上有一输出电压与一输出电流。一次侧与输入端连接一驱动器，其接收输入电压，并藉此依序产生复数唤醒讯号。驱动器连接至少一耦合元件，其分别连接一次侧与二次侧，以传送唤醒讯号至二次侧。耦合元件、二次侧与负载连接一处理器，其接收输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号，以根据输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号产生一控制讯号，且通过耦合元件传送控制讯号至驱动器。驱动器放大控制讯号，以产生一第一数位讯号。一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第一数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
本发明又提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接收一输入电压，固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端，二次侧设有一负载。输入端连接一驱动器，其接收输入电压，藉此产生一第一脉波讯号。变压器的一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第一脉波讯号，且据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，以于负载上产生一输出电压与一输出电流，且控制变压器于二次侧产生包含输入电压的一取样电压。于变压器的二次侧与负载之间连接有一处理器，此处理器预设一第一参考电压。处理器接收输出电压或输出电流其中之一，及取样电压，并从输出电压或输出电流撷取其对应的一侦测电压，从取样电压撷取输入电压，在侦测电压小于第一参考电压时，处理器根据输入电压产生一第二脉波讯号。处理器与驱动器连接至少一耦合元件，其位于一次侧与二次侧之间，以传送第二脉波讯号至位于一次侧的驱动器中，以控制驱动器停止产生第一脉波讯号。驱动器放大第二脉波讯号，产生一第一数位讯号，并将其传送至第一电子开关中。第一电子开关根据第一数位讯号切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
本发明再提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接收一输入电压，固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端，二次侧设有一负载，负载上有一输出讯号。二次侧与负载连接一处理器，处理器预设一第一参考电压、一下频率临界值与一上频率临界值。处理器接收输出讯号，并从输出讯号依序撷取第一侦测电压与第二侦测电压，处理器在第一侦测电压小于第一参考电压时，产生一第一脉波讯号及其同步且同频率的第一时钟讯号(或称时脉讯号)。接着，处理器在第二侦测电压小于第一参考电压时，根据第一频率时钟讯号的至少一频率值、下频率临界值与上频率临界值，产生一第二脉波讯号及其同步且同频率的第二时钟讯号。处理器连接至少一耦合元件，其分别连接一次侧与二次侧，以依序传送第一脉波讯号与第二脉波讯号至一次侧。一次侧与耦合元件连接一驱动器，其依序接收第一脉波讯号与第二脉波讯号，并将其放大，分别依序产生第一数位讯号与第二数位讯号。一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其依序接收第一数位讯号与第二数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出讯号。
在一个可选的实施例中，本发明公开了一种固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置，其中，其连接一输入端，该输入端接收一输入电压，该固定导通时间切换式转换装置包含：一变压器，其具有一次侧与二次侧，该一次侧连接输入端，该二次侧连接一负载，该负载上有一输出电压与一输出电流；一驱动器，连接一次侧与输入端，以接收输入电压，藉此依序产生复数个唤醒讯号；至少一耦合元件，其连接驱动器，并分别连接一次侧与二次侧，以传送该些唤醒讯号至该二次侧；一处理器，连接耦合元件、二次侧与负载，并接收输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号，以根据输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号产生一控制讯号，且通过耦合元件传送控制讯号至驱动器，驱动器放大控制讯号，以产生一第一数位讯号；以及一第一电子开关，连接一次侧与驱动器，以接收第一数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，第一电子开关的开关状态的时间长度受控制讯号的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，驱动器通过输入端接收输入电压，藉此产生一第一脉波讯号至第一电子开关中，第一电子开关根据第一脉波讯号切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，以产生输出电压与输出电流，接着，处理器产生控制讯号，直到驱动器接收到控制讯号，驱动器停止产生第一脉波讯号与该些唤醒讯号。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，所述处理器还包含：一电讯号撷取器，连接二次侧与负载，以撷取输出电压或输出电流对应的侦测电压；以及一控制器，连接耦合元件、二次侧与电讯号撷取器，以接收侦测电压与唤醒讯号，并根据侦测电压与唤醒讯号产生控制讯号。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，还包含一第二电子开关，其连接二次侧与负载之间，并连接控制器，在控制器产生控制讯号时，控制器根据侦测电压与唤醒讯号产生一第二数位讯号给第二电子开关，以切换第一电子开关与第二电子开关呈相反的导通状态或同时关闭，则变压器接收输入电压，以调节输出电压与输出电流。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，所述第二电子开关为N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，控制器预设有一参考电压，在侦测电压小于参考电压时，控制讯号于一预设期间内为至少一周期的第二脉波讯号，第二脉波讯号的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位，接着，在预设期间结束，且侦测电压大于参考电压时，控制讯号为低电压准位。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，所述第一电子开关为N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管。
上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，所述耦合元件为电容、变压器、压电元件或光耦合元件。
为使阅读者对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后：
附图说明
图1为现有技术中电源转换器的电路示意图。
图2为本发明第一实施例的电路示意图。
图3(a)为本发明分压与感测电压其中一者，及一控制讯号的波形示意图。
图3(b)为本发明之分压与感测电压其中一者，及另一控制讯号的波形示意图。
图4为本发明第二实施例的电路示意图。
图5为本发明第三实施例的电路示意图。
图6为本发明第四实施例的电路示意图。
图7为本发明控制器、分压器、输出电容、负载与变压器的电路示意图。
图8为本发明控制器、电阻、输出电容、负载与变压器的电路示意图。
图9为本发明控制器与驱动器之间的电流走向示意图。
图10为本发明分压、第二数位讯号、RX讯号与TX讯号的波形示意图。
图11为本发明控制器、电容与驱动器的封装结构的示意图。
图12为本发明第五实施例的电路示意图。
图13为本发明第五实施例的D、M、DI与DS的讯号的波形图。
图14为本发明第六实施例的电路示意图。
图15为本发明第七实施例的电路示意图。
图16为本发明侦测电压及控制讯号的波形示意图。
图17为本发明第七实施例的D1讯号、TX讯号与RX讯号的波形图。
图18为本发明第八实施例的电路示意图。
图19为本发明第八实施例的导通时间调节器的内部电路与其它元件的电路示意图。
图20为本发明第八实施例的DE、P2、clk与P3的波形图。
图21为本发明第九实施例的电路示意图。
图22为本发明第九实施例的导通时间调节器的内部电路与其它元件的电路示意图。
图23为本发明第九实施例的DE1、P1、clk1、DE2、P2、clk2与P4的波形图。
图24为本发明第九实施例的DOWN、LD、B1、B2、UP、F与IO的波形图。
具体实施方式
请参阅图2，以下介绍本发明的第一实施例。本发明提供的固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置，连接一输入端26，此输入端26接收一输入电压VIN。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器28，其具有一次侧(或称初级侧)与二次侧(或称次级侧)，一次侧连接输入端26，二次侧通过一二极管29连接一输出电容30与一负载31。二极管29的正极连接二次侧，负极连接输出电容30与负载31。二次侧、一低电位VSS(例如可选但非限制而使其具有接地电位)与负载31连接一处理器32，其接收一启动电压S，且接收负载31上的一输出电压VO或一输出电流IO，以据此与启动电压S产生一个控制信号或控制讯号C。一次侧与二次侧之间可以以电场、磁场、压电元件或光作为传输媒介，因此，处理器32连接至少一耦合元件34，如电容、变压器、压电元件或光耦合元件，其分别连接一次侧与二次侧，以传送控制讯号C至一次侧。一次侧与耦合元件34连接一驱动器36，其连接输入端26，并通过耦合元件34接收控制讯号C，并将其放大，产生一第一数位讯号(或称数字讯号)D1。驱动器36还具有电路保护功能。一次侧与驱动器36连接一第一电子开关38，如N通道的金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管，其接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，进而通过二极管29调节输出电压VO与输出电流IO，其中第一电子开关38的开关状态的时间长度受二次侧的控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定，例如当控制讯号C为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，第一电子开关38开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，第一电子开关38的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，第一电子开关38的关闭状态结束，并开始导通。驱动器36通过输入端26接收输入电压VIN，藉此产生一第一脉波讯号P1至第一电子开关38中，第一电子开关38根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，以通过二极管29于负载31上产生输出电压VO与输出电流IO，并利用变压器28提供启动电压S给处理器32产生控制讯号C，在驱动器36通过耦合元件34接收控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1。
处理器32还包含一电讯号撷取器40与一控制器42。电讯号撷取器40连接低电位VSS、二次侧与负载31，以撷取输出电压VO中的分压DV或输出电流IO对应的感测电压DS。控制器42接收启动电压S，且控制器42连接耦合元件34、二次侧与电讯号撷取器40，以接收分压DV或感测电压DS，并据此与启动电压S产生控制讯号C。以下请同时参阅图2与图3(a)。由于控制器42预设有一参考电压，因此在分压DV小于此参考电压时，控制讯号C为至少一周期的第二脉波讯号P2，即T1期间内呈现的波形，在此以复数周期为例，此第二脉波讯号P2的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。在分压DV大于参考电压时，即T2期间内呈现的波形，控制讯号C为低电压准位。同理，在感测电压DS小于参考电压时，控制讯号C为至少一周期的第二脉波讯号P2，即T1期间内呈现的波形，在此以复数或若干周期为例，此第二脉波讯号P2的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。在感测电压DS大于参考电压时，即T2期间内呈现的波形，控制讯号C为低电压准位。在图3(b)中，则说明在分压DV小于此参考电压的瞬间，控制讯号C送出一周期的第二脉波讯号P2，即控制器42的预设期间Tmin内呈现的波形，此第二脉波讯号P2的此周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位，其中此高压准位的时间长度由位于二次侧的控制器42决定的。在预设期间Tmin内分压DV大于参考电压后，控制讯号C需等待到下一次分压DV小于参考电压后才会再送出第二脉波讯号P2。同理，在分压DS小于此参考电压时，控制讯号C为一周期的第二脉波讯号P2，即预设期间Tmin内呈现的波形，此第二脉波讯号P2的此周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位，其中此高压准位的时间长度由位于二次侧的控制器42决定的。在预设期间Tmin内分压DS大于参考电压后，控制讯号C需等待到下一次分压DV小于参考电压后才会再送出第二脉波讯号P2。
以下介绍第一实施例的运作过程，并以启动(start-up)模式运作的。首先，驱动器36通过输入端26接收输入电压VIN，藉此产生第一脉波讯号P1至第一电子开关38中，使第一电子开关38根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，以通过二极管29于负载31上产生输出电压VO与输出电流IO，并利用变压器28提供启动电压S给控制器42。接着，电讯号撷取器40撷取输出电压VO中的分压DV或输出电流IO对应的感测电压DS后输出。控制器42接收分压DV或感测电压DS，并据此与启动电压S产生控制讯号C，并以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定第一电子开关38的开关状态的时间长度。再来，耦合元件34传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器36。驱动器36接收到控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1，并放大控制讯号C，以产生第一数位讯号D1。最后，第一电子开关38接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，进而通过二极管29调节输出电压VO与输出电流IO。在现有技术中，为了使整体转换装置的输出电压稳定，必须设有补偿电路，以补偿增益裕度/裕量(gainmargin)与相位裕量(phasemargin)。但本发明并不需要任何补偿电路，以避免调整增益裕量(gainmargin)与相位裕量(phasemargin)的复杂技术，便可直接侦测输出电压VO或输出电流IO，并将其中的信号传送至一次侧，以利用二次侧之信号决定位于变压器的一次侧的电子开关的导通与关闭的时间，进而实时对输出电压与输出电流进行调节，以达高速负载暂态或瞬时响应。此外，本发明利用耦合元件，将输出电压或输出电流中的讯号从二次侧传至一次侧，其中并不采用任何编码器及译码器的编、译码技术，同时又能有效隔离一次侧与二次侧的讯号，使二次侧独立调节输出电压VO与输出电流IO。
以下请继续参阅图4，并介绍本发明的第二实施例。为了提高整体系统的效率，第二实施例以如N通道的金属-氧化物-半导体场晶体管的第二电子开关44取代第一实施例中的二极管29，以作为同步整流器。在第二实施例中，变压器28的二次侧直接连接负载31。此外，第二电子开关44连接二次侧与负载31之间，并连接控制器42。在控制器42产生控制讯号C时，控制器42根据分压DV或感测电压DS其中一者，及启动电压S产生一第二数位讯号D2给第二电子开关44，以切换第一电子开关38与第二电子开关44呈相反的导通状态或同时关闭，则变压器28接收输入电压VIN，以调节输出电压VO与输出电流IO。
以下介绍第二实施例的运作过程，并以启动模式运作的。首先，驱动器36通过输入端26接收输入电压VIN，藉此产生第一脉波讯号P1至第一电子开关38中，使第一电子开关38根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，以通过第二电子开关44于负载31上产生输出电压VO与输出电流IO，并利用变压器28提供启动电压S给控制器42。接着，电讯号撷取器40撷取输出电压VO中的分压DV或输出电流IO对应的感测电压DS后输出。控制器42接收分压DV或感测电压DS，并据此与启动电压S产生控制讯号C与第二数位讯号D2，并以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定第一电子开关38的开关状态的时间长度。再来，第二电子开关44接收第二数位讯号D2以进行切换，且耦合元件34传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器36。驱动器36通过耦合元件34接收到控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1，并放大控制讯号C，以产生第一数位讯号D1。最后，第一电子开关38接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。
以下请继续参阅图5，并介绍本发明的第三实施例。第三实施例并未如第一实施例的控制器42使用变压器28所提供的启动电压S。在第三实施例中，取而代之的是，控制器42更连接一外部电路46，其是提供启动电压S给处理器32的控制器42。
以下介绍第三实施例的运作过程。首先，假设负载31上已经有输出电压VO与输出电流IO，且外部电路46亦提供启动电压S给控制器42。接着，电讯号撷取器40撷取输出电压VO中的分压DV或输出电流IO对应的感测电压DS后输出。控制器42接收分压DV或感测电压DS，并据此与启动电压S产生控制讯号C，并以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定第一电子开关38的开关状态的时间长度。再来，耦合元件34传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器36。驱动器36通过耦合元件34接收控制讯号C，并放大控制讯号C，以产生第一数位讯号D1。最后，第一电子开关38接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，进而通过二极管29调节输出电压VO与输出电流IO。
以下请继续参阅图6，并介绍本发明的第四实施例。第四实施例并未如第二实施例的控制器42使用变压器28所提供的启动电压S。在第四实施例中，取而代之的是，控制器42更连接一外部电路46，其提供启动电压S给处理器32的控制器42。
以下介绍第四实施例的运作过程。首先，假设负载31上已经有输出电压VO与输出电流IO，且外部电路46亦提供启动电压S给控制器42。接着，电讯号撷取器40撷取输出电压VO中的分压DV或输出电流IO对应的感测电压DS后输出。控制器42接收分压DV或感测电压DS，并据此与启动电压S产生控制讯号C与第二数位讯号D2，并以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定第一电子开关38的开关状态的时间长度。再来，第二电子开关44接收第二数位讯号D2以进行切换，且耦合元件34传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器36。驱动器36通过耦合元件34接收控制讯号C，并放大控制讯号C，以产生第一数位讯号D1。最后，第一电子开关38接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器28通过输入端26接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。
请继续参阅图7与图8。上述实施例中，电讯号撷取器40可以有多种实施方式，如图7所示，电讯号撷取器40可以分压器48实现，分压器48可以通过二极管29连接变压器28的二次侧，也可以直接连接变压器28的二次侧，并可撷取输出电压VO中的分压DV。如图8所示，电讯号撷取器40亦可以电阻50实现，电阻50可以通过二极管29连接变压器28的二次侧，也可以直接连接变压器28的二次侧。当输出电流IO通过此电阻50时，可于电阻50上产生感测电压DS。
请继续参阅图9。驱动器36包含一比较器52与一电阻54，此电阻54的一端连接比较器52的正输入端，另一端接地。控制器42包含一切换控制电路56、一偏压电路58、一缓冲器60、一反向器62、一第三电子开关64与一第四电子开关66。切换控制电路56连接缓冲器60与反向器62，此两者分别连接第三电子开关64与第四电子开关66。偏压电路58连接第三电子开关64，第三电子开关64与第四电子开关66通过耦合元件34连接电阻54。将电阻54与比较器52的正输入端之间的讯号视为RX讯号，耦合元件34与第三电子开关64之间的讯号视为TX讯号。切换控制电路56通过缓冲器60与反向器62控制第三电子开关64与第四电子开关66，使其呈相反的切换。当分压DV小于控制器42的参考电压的瞬间，切换控制电路56通过缓冲器60与反向器62分别开启与关闭第三电子开关64与第四电子开关66，则偏压电路58提供电流，依序经过第三电子开关64、耦合元件34、电阻54与耦合元件34直到低电位VSS。比较器52接收RX讯号，并据此产生第一数位讯号D1。当经过一特定周期的时间后，切换控制电路56通过缓冲器60与反向器62分别开启与关闭第四电子开关66与第三电子开关64，则电流依序经过耦合元件34、电阻54、耦合元件34与第四电子开关66。RX讯号、TX讯号、分压DV与第一数位讯号D1的波形图如图10所示，由图与模拟可知，当分压DV低于参考电压之后，就会产生高准位电压的第一数位讯号D1，延迟时间相当短。
请继续参阅图9与图11。为了使本发明达到体积微小化，本发明的驱动器36、控制器42与耦合元件34可以整合于一封装结构中，如图11所示。以耦合元件34为电容为例，此封装结构是由一第一晶片单元68、一介电层70与一第二晶片单元72堆叠而成，第一晶片单元68内形成有控制器42，第二晶片单元72内形成有驱动器36，电容由第一晶片单元68、介电层70与第二晶片单元72所形成，其中第一晶片单元68与第二晶片单元72亦可用任意导电层、导线架或晶粒(die)来实现。当耦合元件34为变压器的绕组、压电元件或光耦合元件时，也可以用类似方式整合于一封装结构中，以降低占有印刷电路板的面积，与物料清单(BOM)成本。
在图8中，电讯号撷取器40由电阻50实现。假设控制器42的参考电压为250毫伏特，通过电阻50的输出电流IO的直流成分为2.5安培，则电阻50的电阻值必须设定为0.1欧姆，才得以输出准确的控制讯号C。然而，电阻50位在主输出路径上，故电阻50本身不能太大，若太大会增加输出效能损耗，而当设定太小时，控制器42的参考电压也必须设定很小，否则无法判断输出电流IO中的涟波讯号，以输出准确的控制讯号C。但是，当控制器42的参考电压必须设定很小时，将导致控制器42在电路上难以设计。
以下介绍本发明的第五实施例，请参阅图12。在第五实施例中，固定导通时间切换式转换装置连接一输入端74，此输入端74接收一输入电压VIN。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器76，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端74，二次侧通过一二极管77连接一负载78与一输出电容79，二极管77的正极与负极分别连接变压器76的二次侧与负载78，二极管77的负极亦连接输出电容79。变压器76的二次侧上有一涟波讯号，负载78上有由此涟波讯号形成的一输出电压VO及一输出电流IO。此涟波讯号具有一交流成分与一直流成分，涟波讯号的平均电压值即为直流成分的电压值，将涟波讯号的电压值减去直流成分的电压值，即得到交流成分的电压值。二极管77的负极、变压器76的二次侧与负载78连接一处理器80，其撷取涟波讯号的交流成分的交流电压A与输出电流IO。处理器80预设有一参考电压，处理器80转换输出电流IO为一处理电压K。由于输出电流IO为交直流讯号，故处理电压K亦为交直流讯号，且其直流讯号远大于交流讯号。所以，处理电压K亦具有一交流成分与一直流成分，处理电压K的平均电压值即为直流成分的电压值。处理器80利用滤波器92将分压DV的电压值减去直流成分的电压值，即得到交流成分的交流电压A。处理器80设定处理电压K的直流成分的电压值略高或等于参考电压，并根据交流电压A与处理电压K产生一控制讯号C。举例来说，处理器80相加交流电压A与处理电压K，以产生一控制电压CV，并据此与参考电压产生控制讯号C。一次侧与二次侧之间可以电场、磁场、压电元件或光作为传输媒介，因此，处理器80连接至少一耦合元件82，例如电容、变压器、压电元件或光耦合元件，其分别连接变压器76的一次侧与二次侧，以传送控制讯号C至一次侧。输入端74、变压器76的一次侧与耦合元件82连接一驱动器84，其接收控制讯号C，并将其放大，产生一数位讯号D。变压器76的一次侧与驱动器84连接一电子开关86，如N通道的金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管，其接收数位讯号D，并据此切换开关状态，以控制变压器76通过输入端74接收输入电压VIN，进而通过二极管77调节输出电压VO与输出电流IO，其中电子开关86的开关状态的时间长度受二次侧的控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定，例如当控制讯号C为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，电子开关86开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，电子开关86的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，电子开关86的关闭状态结束，并开始导通。
驱动器84通过输入端74接收输入电压VIN，藉此产生一第一脉波讯号P1至电子开关86中，电子开关86根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器76通过输入端74接收输入电压VIN，以通过二极管77产生涟波讯号、输出电压VO及输出电流IO。接着处理器80产生控制讯号C，直到驱动器84通过耦合元件82接收到控制讯号C，驱动器84停止产生第一脉波讯号P1。
请同时参阅图3(b)，处理器80还包含一电流电压转换器88、一分压器90、一滤波器92、一加法器94与一控制器96。电流电压转换器88连接负载78，以撷取输出电流IO，并将其转换为处理电压K。分压器90连接一低电位VSS、二极管77的负极、变压器76的二次侧与负载78，并接收输出电压VO，以撷取其中的分压DV输出。滤波器92连接分压器90，并接收分压DV，以过滤出交流电压A。加法器94连接滤波器92与电流电压转换器88，以接收交流电压A与处理电压K，并将其相加后，产生控制电压CV。控制器96预设有参考电压与一预设期间Tmin，控制器96连接低电位VSS、耦合元件82、加法器94、变压器76的二次侧与负载78，以接收控制电压CV，并据此与参考电压产生控制讯号C。在控制电压CV小于参考电压时，控制讯号C于预设期间Tmin内为至少一周期的第二脉波讯号P2，第二脉波讯号的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。接着，在预设期间Tmin结束，且控制电压CV大于参考电压时，控制讯号C为低电压准位。电流电压转换器88还包含一电阻98与一放大器100。电阻98连接负载78与低电位VSS，输出电流IO通过此电阻98，以于电阻98上产生一感测电压DS。放大器100连接加法器94、负载78与电阻98，以接收感测电压DS，并将其放大，产生处理电压K。
以下介绍第五实施例的运作过程。首先，驱动器84通过输入端74接收输入电压VIN，藉此产生第一脉波讯号P1至电子开关86中，使电子开关86根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器76通过输入端74接收输入电压VIN，以通过二极管77于变压器76的二次侧产生涟波讯号，同时于负载78上产生输出电压VO与输出电流IO，并利用变压器76提供电能给控制器96。接着，输出电流IO通过电阻98，以于电阻98上产生感测电压DS，此外，分压器90接收输出电压VO，以撷取其中的分压DV输出。再来，放大器100接收感测电压DS，并将其放大，产生处理电压K，且滤波器92接收分压DV，以滤出交流电压A。接着继续，加法器94接收交流电压A与处理电压K，并将其相加后，产生控制电压CV。控制器96接收控制电压CV，并据此与参考电压产生控制讯号C。例如在控制电压CV小于参考电压时，控制讯号C于预设期间Tmin内为至少一周期的第二脉波讯号P2。接着，在预设期间Tmin结束，且控制电压CV大于参考电压时，控制讯号C为低电压准位。控制器96以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定电子开关86的开关状态的时间长度。再来，耦合元件82传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器84。驱动器84接收到控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1，并放大控制讯号C，以产生数位讯号D。最后，电子开关86接收数位讯号D，并据此切换开关状态，以控制变压器76通过输入端74接收输入电压VIN，进而通过二极管77调节输出电压VO与输出电流IO。
以下请同时参阅图13，其显示通过电子开关86的电流M、通过二极管77的电流DI、数位讯号D与感测电压DS的讯号波形图。前述的涟波讯号的交流电压A，是从分压DV取得，除此的外，亦可以从感测电压DS或二次侧二极管电流DI来取得。此外，根据在图8中，原来的参考电压与输出电流IO的设定，电阻50的电阻值必须设定为0.1欧姆。但在第五实施例中，利用分压器90、滤波器92、加法器94与放大器100的技术，可以将电阻98的电阻值设定在10毫欧姆，以配合25毫伏特的参考电压与直流成分为2.5安培的输出电流IO。如此一来，输出效能损耗会降低，且控制器96的参考电压不用设定很小，使得控制器96在电路上容易设计。
以下请继续参阅图12与图14，并介绍本发明的第六实施例。第六实施例并未如第五实施例的电流电压转换器88以电阻98与放大器100实现。在第六实施例中，取而代之的是，电流电压转换器88以霍尔元件实现。作为电流电压转换器88的霍尔元件连接负载78，以撷取输出电流IO，并调整适当的磁场，即可将输出电流IO转换为处理电压K。而其余元件的作动与第五实施例相同，于此不再赘述。
在图4中，于启动模式里，第一电子开关38接收驱动器36产生的第一脉波讯号P1来切换自身的开关状态，以控制变压器28提供能量给控制器42使用，使控制器42同步产生控制讯号C与第二数位讯号D2。理论上，第一电子开关38与第二电子开关44分别接收控制讯号C与第二数位讯号D2，以呈现相反的导通状态。然而，当耦合元件34损坏时，控制讯号C就无法从二次侧传递至一次侧。因为驱动器36一直接收不到控制讯号C，所以会不断产生第一脉波讯号P1给第一电子开关38。如此一来，第一电子开关38与第二电子开关44就会无法同步，甚至会同时导通，导致整个系统损坏。
为了解决当耦合元件34损坏，导致整个系统损坏的问题。以下介绍第七实施例，请参阅图15。本发明的固定导通时间切换式转换装置，连接一输入端102，此输入端102接收一输入电压VIN。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器104，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端102，二次侧连接一输出电容105与一负载106，负载106上有一输出电压VO与一输出电流IO。变压器104的一次侧与输入端102连接一驱动器108，其系接收输入电压VIN，藉此依序产生复数个唤醒讯号W。驱动器108连接至少一耦合元件110，如电容、变压器、压电元件或光耦合元件，其分别连接变压器104的一次侧与二次侧，以传送唤醒讯号W至二次侧。耦合元件110、变压器104的二次侧、一低电位VSS、输出电容105与负载106连接一处理器112，其接收输出电压VO或输出电流IO其中一者，与唤醒讯号W，以根据输出电压VO或输出电流IO其中一者，与唤醒讯号W产生一控制讯号C，且通过耦合元件110传送控制讯号C至驱动器108，使驱动器108放大控制讯号C，以产生一第一数位讯号D1。变压器104的一次侧与驱动器108连接一第一电子开关114，如N通道的金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管，其接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器104通过输入端102接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。具体而言，当第一电子开关114开启时，控制变压器104开始储能，此时输出电压VO呈现减少状态。当第一电子开关114关闭时，控制变压器104开始释能，此时输出电压VO呈现增加的状态。此外，第一电子开关114的开关状态的时间长度受二次侧的控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定，例如当控制讯号C为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，第一电子开关114开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，第一电子开关114的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，第一电子开关114的关闭状态结束，并开始导通。驱动器108通过输入端102接收输入电压VIN，藉此产生一第一脉波讯号P1至第一电子开关114中，第一电子开关114根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器104通过输入端102接收输入电压VIN，以于负载106上产生输出电压VO与输出电流IO，并利用变压器104提供能量给处理器112产生控制讯号C。其中，当第一电子开关114开启时，则控制变压器104储存能量，此时输出电容105提供能量给处理器112产生控制讯号C，并产生输出电压VO与输出电流IO。当第一电子开关114关闭时，则控制变压器104开始释放储存能量至输出电容105，并提供能量给处理器112产生控制讯号C，且变压器104亦产生输出电压VO与输出电流IO。接着，在驱动器108通过耦合元件110接收控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1与唤醒讯号W。
在图15中，处理器112还包含一电讯号撷取器116与一控制器118。电讯号撷取器116连接低电位VSS、二次侧与负载106，以撷取输出电压VO或输出电流IO对应的侦测电压DE。控制器118连接耦合元件110、二次侧与电讯号撷取器116，以接收侦测电压DE与唤醒讯号W，并根据侦测电压DE与唤醒讯号W产生控制讯号C。以下请同时参阅图15与图16。由于控制器118预设有一参考电压，因此在侦测电压DE小于此参考电压时，控制讯号C于一预设期间Tmin内为至少一周期的第二脉波讯号P2，第二脉波讯号P2的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。接着，在预设期间Tmin结束，且侦测电压DE大于此参考电压时，控制讯号C为低电压准位。
变压器104的二次侧与负载106之间连接有一第二电子开关120，如N通道的金属-氧化物-半导体场效应晶体管。第二电子开关120还连接控制器118、低电位VSS与电讯号撷取器116。在控制器118产生控制讯号C时，控制器118根据侦测电压DE与唤醒讯号W产生一第二数位讯号D2给第二电子开关120，以切换第一电子开关114与第二电子开关120呈相反的导通状态或同时关闭，使变压器104接收输入电压VIN，以调节输出电压VO与输出电流IO。
以下介绍第七实施例的运作过程，并以启动模式运作进行说明。首先，驱动器108通过输入端102接收输入电压VIN，藉此产生第一脉波讯号P1至第一电子开关114中，使第一电子开关114根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器104通过输入端102接收输入电压VIN，以通过第二电子开关120于负载106上产生输出电压VO与输出电流IO。同时，第一电子开关114根据第一脉波讯号P1利用变压器104提供能量给控制器118。同时，驱动器108利用输入电压VIN，产生唤醒讯号W。接着，电讯号撷取器116撷取输出电压VO或输出电流IO对应的侦测电压DE后输出。控制器118通过耦合元件110接收唤醒讯号W，同时接收侦测电压DE，并据此与变压器104提供的能量和唤醒讯号W产生控制讯号C与第二数位讯号D2，并以控制讯号C的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点决定第一电子开关114的开关状态的时间长度。再来，第二电子开关120接收第二数位讯号D2以进行切换，且耦合元件110传送控制讯号C从二次侧至位于一次侧的驱动器108。驱动器108通过耦合元件110接收到控制讯号C时，停止产生第一脉波讯号P1与唤醒讯号W，并放大控制讯号C，以产生第一数位讯号D1。最后，第一电子开关114接收第一数位讯号D1，并据此切换开关状态，以控制变压器104通过输入端102接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。
以下请同时参阅图15与图17。令在耦合元件110与驱动器108之间的讯号为RX讯号，在耦合元件110与控制器118之间的讯号为TX讯号。因此TX讯号可以代表控制讯号C。在T1期间，RX讯号代表的是复数唤醒讯号W，此时控制器118尚未收到唤醒讯号W，所以也没有任何TX讯号的产生。接着，在T2期间，因为控制器118接收到了唤醒讯号W，所以产生了控制讯号C，并将其通过耦合元件110传送给驱动器108。故，此时RX讯号会与TX讯号同步。反观之，若耦合元件110损坏，则唤醒讯号W就无法通过耦合元件110传送给控制器118。控制器118若未收到唤醒讯号W，亦无法产生控制讯号C与第二数位讯号D2，则整个系统就不会开始运作，可以避免系统损坏。
在图2中，在系统操作于非连续模式时第一电子开关38的切换频率f以式(1)表示：
f = 2 × I o × L × V o V IN 2 × t on 2 - - - ( 1 )
其中VIN为输入电压，VO为输出电压，IO为输出电流，L为变压器28的电感值，ton为第一电子开关38开启的时间长度。当负载31不变时，若ton亦保持不变，则切换频率f会与输入电压VIN成反比。因此，当输入电压VIN变大时，切换频率f随之变小。然而，当切换频率f过低时，变压器28会饱和，其中电感会短路，进而烧掉。
为了针对不同的输入电压VIN来降低切换频率f的变动量，以避免系统损坏，本发明介绍第八实施例，以下请参阅图18、图19与图20。本发明的固定导通时间切换式转换装置，连接一输入端122，此输入端122接收一输入电压VIN。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器124，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端122，二次侧连接一输出电容126，且二次侧设有一负载128。输入端122连接一驱动器130，驱动器130接收输入电压VIN，藉此产生一第一脉波讯号P1。驱动器130与变压器124的一次侧连接一第一电子开关132，例如N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管。此第一电子开关132接收第一脉波讯号P1，且据此切换开关状态，以控制变压器124通过输入端122接收输入电压VIN，以于负载128上产生一输出电压VO与一输出电流IO，且控制变压器124于二次侧产生包含输入电压VIN的一取样电压SM。于变压器124的二次侧与负载128之间，连接有一处理器134，处理器134预设一第一参考电压VR1与一预设期间Tmin。处理器134接收输出电压VO或输出电流IO其中之一以及取样电压SM，并从输出电压VO或输出电流IO撷取其对应的一侦测电压DE。在侦测电压DE小于第一参考电压VR1时，处理器134根据取样电压SM中的输入电压VIN于预设期间Tmin内产生一第二脉波讯号P2。此第二脉波讯号P2为至少一周期，第二脉波讯号P2的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。处理器134与驱动器130连接至少一耦合元件136，此是以电容、变压器、压电元件或光耦合元件实现的。耦合元件136位于一次侧与二次侧之间，以传送第二脉波讯号P2至位于一次侧的驱动器130中，以控制驱动器130停止产生第一脉波讯号P1，且驱动器130放大第二脉波讯号P2，产生一第一数位讯号D1，并将其传送至第一电子开关132中。第一电子开关132根据第一数位讯号D1切换开关状态，以控制变压器124通过输入端122接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。第一电子开关132的开关状态的时间长度受二次侧的第二脉波讯号P2的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定，例如当第二脉波讯号P2为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，第一电子开关132开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，第一电子开关132的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，第一电子开关132的关闭状态结束，并开始导通。由于第一电子开关132的开关状态的时间长度与第二脉波讯号P2有关，第二脉波讯号P2又与输入电压VIN有关，因此在设定上，可适当调整第二脉波讯号P2与输入电压VIN，使输入电压VIN愈高，则第一电子开关132的开启时间愈短，输入电压VIN愈低，则第一电子开关132的开启时间愈长。
处理器134还包含一电讯号撷取器138、一导通时间调节器140与一控制器142。电讯号撷取器138连接一低电位VSS、变压器124的二次侧与负载128，以接收输出电压VO或输出电流IO，并藉此撷取出侦测电压DE。导通时间调节器140连接变压器124的二次侧，以接收取样电压SM，并进行撷取。控制器142连接低电位VSS、导通时间调节器140、耦合元件136、变压器124的二次侧与电讯号撷取器138。控制器142预设有第一参考电压VR1与预设期间Tmin，以接收侦测电压DE。在侦测电压DE小于第一参考电压VR1时，控制器142于预设期间Tmin内产生第二脉波讯号P2及其对应的一时钟讯号clk。在系统操作于非连续模式时第一电子开关132的切换频率f以式(2)表示：
f = 2 × I o × L × V o V IN 2 × t on 2 - - - ( 2 )
其中VIN为输入电压，VO为输出电压，IO为输出电流，L为变压器124的电感值，ton为第一电子开关132开启的时间长度。为了避免当切换频率f过低时，变压器28会呈过度饱和的问题，本发明的设计可使当输入电压VIN愈高或愈低时，让第一电子开关132的开启时间ton分别愈短或愈长，以降低对于不同输入电压VIN所对应的切换频率f的变动量。
时钟讯号clk于第二脉波讯号P2从负缘提升到正缘时为正脉冲讯号，时钟讯号clk的其余时间皆为低准位讯号。导通时间调节器140接收时钟讯号clk，以据此与输入电压VIN产生一第三脉波讯号P3，并将其传送至控制器142中，以控制在第三脉波讯号P3从负缘提升至正缘时，第二脉波讯号P2从正缘下降至负缘，此负缘至少保持直到预设期间Tmin结束，当下一个时钟讯号clk的正脉冲讯号出现时，第二脉波讯号P2则再次从负缘提升到正缘。变压器124的二次侧与负载128之间连接有一第二电子开关144，例如N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其是连接控制器142，在控制器142产生第二脉波讯号P2时，控制器142据此产生一第二数位讯号D2给第二电子开关144，以切换第一电子开关132与第二电子开关144呈相反的导通状态或同时关闭。导通时间调节器140为了撷取输入电压VIN，可以连接变压器124的二次侧任何含有输入电压VIN的讯号的节点，举例来说，导通时间调节器140可以连接于第二电子开关144与变压器124之间，并在第二电子开关144关闭时，于第二电子开关144与变压器124之间接收取样电压SM。
导通时间调节器140还包含一取样保持器146、一相依电流源148、一第三电子开关150、一电容152与一比较器154。取样保持器146连接变压器124的二次侧，以接收取样电压SM，并进行撷取。相依电流源148连接取样保持器146，以接收取样电压SM，并根据取样电压SM中的输入电压VIN产生一相依电流。为了使当输入电压VIN愈高，第一电子开关132的开启时间愈短，当输入电压VIN愈低，第一电子开关132的开启时间愈长，相依电流源148的设计必须让当输入电压VIN愈大时，相依电流愈大，当输入电压VIN愈小时，相依电流愈小。第三电子开关150连接控制器142与相依电流源148，以接收时钟讯号clk，并在正脉冲讯号出现时暂态开启，其余时间则关闭。电容152与第三电子开关150并联，且连接相依电流源148，并根据第三电子开关150的开关状态接收相依电流，以储存一相依电压PV。比较器154连接电容152与控制器142，并以负输入端与正输入端分别接收一第二参考电压VR2与相依电压PV，以据此产生第三脉波讯号P3。
以下介绍第八实施例的运作过程，并以启动模式运作的。首先，驱动器130通过输入端122接收输入电压VIN，藉此产生第一脉波讯号P1至第一电子开关132中，使第一电子开关132根据第一脉波讯号P1切换开关状态，以控制变压器124通过输入端122接收输入电压VIN，以通过第二电子开关144于负载128上产生输出电压VO与输出电流IO。同时，第一脉波讯号P1切换第一电子开关132的开关状态，以控制变压器124于二次侧产生包含输入电压VIN的取样电压SM。当第一脉波讯号P1为高准位讯号时，第一电子开关132切换为开启状态，并控制变压器124储存能量，同时，输出电容126将其中的能量提供出来，以产生输出电压VO与输出电流IO。当第一脉波讯号P1为低准位讯号时，第一电子开关132切换为关闭状态，并控制变压器124释放能量，以产生输出电压VO、输出电流IO与取样电压SM，同时储存能量于输出电容126中。
接着，电讯号撷取器138撷取输出电压VO或输出电流IO对应的侦测电压DE后以输出至控制器142。控制器142接收侦测电压DE，并在侦测电压DE小于第一参考电压VR1时，控制器142于预设期间Tmin内开始产生第二脉波讯号P2及其对应之时钟讯号clk，并根据第二脉波讯号P2产生第二数位讯号D2，将其传送至第二电子开关144以切换开关状态。同时，导通时间调节器140开始运作。此时，第二电子开关144的开关状态呈现关闭。在导通时间调节器140中，首先，取样保持器146接收取样电压SM，并从其中撷取输入电压VIN。接着，相依电流源148接收输入电压VIN，并据此产生相依电流。由于时钟讯号clk于第二脉波讯号P2从负缘提升到正缘时为正脉冲讯号，时钟讯号clk的其余时间皆为低准位讯号。故当第三电子开关150接收时钟讯号clk时，只有在正脉冲讯号出现时暂态开启，其余时间则关闭。换而言之，当第二脉波讯号P2开始产生时，第三电子开关150暂态开启，使电容152上的电压为零，接着，相依电流对电容152充电，以于电容152上得到相依电压PV。最后，比较器154接收第二参考电压VR2与相依电压PV，以据此产生第三脉波讯号P3。当相依电压PV上升至等于第二参考电压VR2后，第三脉波讯号P3会从负缘提升至正缘，此时控制器142控制第二脉波讯号P2从正缘下降至负缘，此负缘至少保持直到预设期间Tmin结束，当下一个时钟讯号clk的正脉冲讯号出现时，第二脉波讯号P2则再次从负缘提升到正缘。第二脉波讯号P2会通过耦合元件136从二次侧传送至位于一次侧的驱动器130，以控制驱动器130停止产生第一脉波讯号P1。最后，驱动器130放大第二脉波讯号P2，产生第一数位讯号D1，并将其传送至第一电子开关132中，使第一电子开关132根据第一数位讯号D1切换开关状态，以控制变压器124通过输入端122接收输入电压VIN，进而调节输出电压VO与输出电流IO。具体而言，当第一数位讯号D1为低准位讯号时，第一电子开关132切换为关闭状态，并控制变压器124增加输出电压VO与输出电流IO。当第一数位讯号D1为高准位讯号时，第一电子开关132切换为开启状态，并控制变压器124减少输出电压VO与输出电流IO。
请继续参阅图2，承式(1)，当负载31为轻载时，IO会下降，因此切换频率f也会随之下降，当到达如20-20k赫兹(Hz)的音频区时人耳会容易撷取到，为了避免此问题，只要当负载31为轻载时，调降ton即可。以下介绍能达此目的之本发明的第九实施例，请参阅图21、图22与图23。
本发明的固定导通时间切换式转换装置，连接一输入端156，此输入端156接收一输入电压VIN。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器158，其具有一次侧与二次侧，一次侧连接输入端156，二次侧连接一输出电容160，且输出电容160连接一低电位VSS，二次侧设有一负载162，此负载162上有一输出讯号，此输出讯号包含一输出电压VO与一输出电流IO。变压器158的二次侧与负载162连接一处理器164。处理器164预设一预设期间Tmin、一第一参考电压VR1、一下频率临界值与一上频率临界值。处理器164接收输出讯号，并从输出讯号依序撷取第一侦测电压DE1与第二侦测电压DE2。处理器164在第一侦测电压DE1小于第一参考电压VR1时，于预设期间Tmin内产生一第一脉波讯号P1及其同步且同频率的第一时钟讯号clk1。接着，处理器164在第二侦测电压DE2小于第一参考电压VR1时，根据第一时钟讯号clk1的至少一频率值F、下频率临界值与上频率临界值，于预设期间Tmin内产生一第二脉波讯号P2及其同步且同频率的第二时钟讯号clk2。此第二脉波讯号P2为至少一周期，第二脉波讯号P2的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位。处理器164连接至少一耦合元件166，此是以电容、变压器、压电元件或光耦合元件实现的。耦合元件166分别连接一次侧与二次侧，以依序传送第一脉波讯号P1与第二脉波讯号P2至一次侧。变压器158的一次侧与耦合元件166连接一驱动器168，其依序接收第一脉波讯号P1与第二脉波讯号P2，并将其放大，分别依序产生第一数位讯号D1与第二数位讯号D2。变压器158的一次侧与驱动器168连接一第一电子开关170，例如N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管。第一电子开关170依序接收第一数位讯号D1与第二数位讯号D2，并据此切换开关状态，以控制变压器158通过输入端156接收输入电压VIN，进而调节输出讯号。第一电子开关170的开关状态的时间长度受第一脉波讯号P1的负缘提升至正缘的时间点、第一脉波讯号P1的正缘下降至负缘的时间点、第二脉波讯号P2的负缘提升至正缘的时间点与第二脉波讯号P2的正缘下降至负缘的时间点所决定。例如当第一脉波讯号P1为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，第一电子开关170开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，第一电子开关170的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，第一电子开关170的关闭状态结束，并开始导通。同样地，当第二脉波讯号P2为时钟讯号，此时钟讯号自负缘提升至正缘时，第一电子开关170开始导通，直到时钟讯号自正缘下降至负缘时，第一电子开关170的导通状态结束，并开始关闭，直到时钟讯号再次自负缘提升至正缘时，第一电子开关170的关闭状态结束，并开始导通。
第一电子开关170操作于非连续模式时的切换频率f以式(3)表示：
f = 2 × I o × L × V o V IN 2 × t on 2 - - - ( 3 )
其中VIN为输入电压，VO为输出电压，IO为输出电流，L为变压器158的电感值，ton为第一电子开关170开启的时间长度。为了避免切换频率f进入音频区造成吵杂问题，当频率值F只有一个时，本发明的设计可使当频率值F低于下频率临界值时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1的开启时间，长于接收第二数位讯号D2时的开启时间。当频率值F高于上频率临界值时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1的开启时间，短于接收第二数位讯号D2时的开启时间。如此，若第一电子开关170接收第一数位讯号D1时进入音频区，则在接收第二数位讯号D2便可离开音频区，以减少吵杂能量成分。
当频率值F有复数个时，处理器164还设有一下计数临界值、一上计数临界值、对应第一脉波讯号P1的一初始计数值与一计数条件。此计数条件为在频率值F低于下频率临界值时，初始计数值加1，及在频率值F高于上频率临界值时，初始计数值减1。处理器164将下频率临界值及上频率临界值其中一者，与每一频率值F依序以计数条件计算，以取得一总计数值。此外，大于上计数临界值的总计数值，视为上计数临界值，小于下计数临界值的总计数值，视为下计数临界值。此外，初始计数值、下计数临界值、上计数临界值与总计数值皆大于或等于零，例如以二进位式的至少一或复数位元表示。举例来说，若下计数临界值为00，上计数临界值为11，初始计数值为00，频率值F有5个，且将下频率临界值及上频率临界值其中一者与每一个依时间先后的频率值F比较后，依序分别为低于下频率临界值、高于上频率临界值、低于下频率临界值、高于上频率临界值、低于上频率临界值，因此总计数值为01。若下计数临界值、上计数临界值与初始计数值与上述相同，频率值F亦有五个，则将下频率临界值及上频率临界值其中一者与每一个依时间先后的频率值F比较后，依序分别为高于上频率临界值、高于上频率临界值、高于上频率临界值、高于上频率临界值、高于上频率临界值，由于总计数值会小于下计数临界值，因此将总计数值视为00。若下计数临界值、上计数临界值与初始计数值与上述相同，频率值F亦有5个，则将下频率临界值及上频率临界值其中一者与每一个依时间先后的频率值F比较后，依序分别为低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值，由于总计数值会大于上计数临界值，因此将总计数值视为11。
处理器164根据总计数值产生第二脉波讯号P2及第二时钟讯号clk2。同样地，为了降低切换频率f进入音频区所产生的杂音，总计数值大于初始计数值时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1的开启时间，长于接收第二数位讯号D2时的开启时间。当总计数值小于初始计数值时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1的开启时间，短于接收第二数位讯号D2时的开启时间。当总计数值等于初始计数值时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1的开启时间，等于接收第二数位讯号D2时的开启时间。此外，当总计数值与初始计数值差距愈大时，则第一电子开关170接收第一数位讯号D1与第二数位讯号D2的开启时间差距愈大。
驱动器168连接输入端156，以接收输入电压VIN，藉此产生一第三脉波讯号P3至第一电子开关170中。第一电子开关170根据第三脉波讯号P3切换开关状态，以控制变压器158通过输入端156接收输入电压VIN，以于负载162上产生输出讯号，并利用变压器158控制处理器164产生第一脉波讯号P1与第二脉波讯号P2。在驱动器168接收第一脉波讯号P1时，停止产生第三脉波讯号P3。
处理器164还包含一电讯号撷取器172、一控制器174与一导通时间调节器176。电讯号撷取器172连接低电位VSS、变压器158的二次侧与负载162，并接收输出讯号，以依序撷取第一侦测电压DE1与第二侦测电压DE2。控制器174连接耦合元件166、变压器158的二次侧与电讯号撷取器172。控制器174预设有预设期间Tmin、第一参考电压VR1、计数条件、下频率临界值、上频率临界值、初始计数值、下计数临界值与上计数临界值，并依序接收第一侦测电压DE1与第二侦测电压DE2。控制器174在第一侦测电压DE1小于第一参考电压VR1时，于预设期间Tmin内产生第一脉波讯号P1与第一时钟讯号clk1，控制器174将下频率临界值及上频率临界值其中一者，与每一频率值F依序以计数条件计算，以取得总计数值。接着，控制器174在第二侦测电压DE2小于第一参考电压VR1时，根据总计数值于预设期间Tmin内产生第二脉波讯号P2及第二时钟讯号clk2，第二时钟讯号clk2于第二脉波讯号P2从负缘提升到正缘时为正脉冲讯号，第二时钟讯号clk2的其余时间皆为低准位讯号。导通时间调节器176连接控制器174，以接收总计数值与第二时钟讯号clk2，并根据总计数值与第二时钟讯号clk2产生一第四脉波讯号P4，以控制在第四脉波讯号P4从负缘提升至正缘时，第二脉波讯号P2从正缘下降至负缘，此负缘至少保持直到预设期间Tmin结束。变压器158的二次侧与负载162之间连接有一第二电子开关178，例如N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其连接低电位VSS与控制器174，在控制器174产生第一脉波讯号P1或第二脉波讯号P2时，控制器174据此产生一第三数位讯号D3给第二电子开关178，以切换第一电子开关170与第二电子开关178呈相反的导通状态或同时关闭。
导通时间调节器176还包含一第一电流源180、至少一电流产生器182、一第三电子开关184、一电容186与一比较器188。第一电流源180产生一第一电流，电流产生器182连接控制器174，以接收总计数值的位元或码元B1、B2，并据此产生至少一第二电流或零电流。第三电子开关184连接控制器174、第一电流源180与电流产生器182。第三电子开关184接收第一时钟讯号clk1，并在第一时钟讯号clk1的正脉冲讯号出现时瞬间开启，其余时间则关闭。或者，第三电子开关184接收第二时钟讯号clk2，并在第二时钟讯号clk2的正脉冲讯号出现时瞬间开启，其余时间则关闭。电容186与第三电子开关184并联，且连接第一电流源180与电流产生器182。电容186根据第三电子开关184的开关状态接收第一电流，又根据该第三电子开关的开关状态接收第二电流或零电流，以依据零电流与第二电流其中一者，及第一电流储存一相依电压。比较器188的正输入端连接电容186以接收电容186上的相依电压，输出端连接控制器174，负输入端接收一第二参考电压VR2。比较器188根据电容186上的相依电压与第二参考电压VR2产生一初始脉波讯号PS或第四脉波讯号P4。
在此电流产生器182与第二电流皆以复数个为例。第二电流由电流产生器182分别接收总计数值的所有位B1、B2，以据此分别产生。第二电流对应由总计数值之较高的位至较低的位由大而小，且总计数值的位为0时，其对应的电流产生器182产生零电流，总计数值的位为1时，其对应的电流产生器182产生第二电流。在图22中，电流产生器182与第二电流的数量皆以二表示的，其中一电流产生器182接收总计数值的较低位B1，另一电流产生器182接收总计数值的较高位B2。由于第一电流是持续产生的，第二电流随着总计数值愈高则愈高。换而言之，当总计数值愈高，则电容186上的相依电压上升到第二参考电压VR2的时间愈短，此将导致第二脉波讯号P2的高电压准位的持续时间愈短，即第一电子开关170接收第二数位讯号D2的开启时间愈短，如此便能脱离音频区与降低其杂音的能量成分。
每一电流产生器182还包含一第四电子开关190与一第二电流源192。第四电子开关190连接控制器174、第三电子开关184与电容186，以接收总计数值的位，并据此切换开关状态。第二电流源192连接第四电子开关190，并据其开关状态产生第二电流或零电流。
以下介绍第九实施例的运作过程，并以启动模式运作进行说明。首先，驱动器168通过输入端156接收输入电压VIN，藉此产生第三脉波讯号P3至第一电子开关170中，使第一电子开关170根据第三脉波讯号P3切换开关状态，以控制变压器158通过输入端156接收输入电压VIN，以通过第二电子开关178与电讯号撷取器172于负载162上产生输出讯号。同时变压器158亦提供能量给控制器174。具体而言，当第三脉波讯号P3为高准位讯号时，第一电子开关170切换为开启状态，并控制变压器158储存能量，同时，输出电容160将其中的能量提供出来，以产生输出讯号，并提供能量给控制器174。当第三脉波讯号P3为低准位讯号时，第一电子开关170切换为关闭状态，并控制变压器158释放能量，以产生输出讯号，并提供能量给控制器174，同时储存能量于输出电容160中。
接着，电讯号撷取器172接收输出讯号，以从此撷取出对应此输出讯号的第一侦测电压DE1后，将其输出至控制器174。控制器174利用变压器158及输出电容160所提供的能量，接收第一侦测电压DE1，并在第一侦测电压DE1小于第一参考电压VR1时，控制器174于预设期间Tmin内开始产生第一脉波讯号P1及其对应的第一时钟讯号clk1，以传送至导通时间调节器176。控制器174亦根据第一脉波讯号P1产生第三数位讯号D3，将其传送至第二电子开关178以切换开关状态。假设初始计数值的二位元BS1、BS2为00、下计数临界值为00，上计数临界值为11。控制器174同时将初始计数值的二位元BS1、BS2传送给导通时间调节器176。
在导通时间调节器176中，二第四电子开关190由于接收到的初始计数值的位BS1、BS2皆为0，故呈现关闭状态。且第一时钟讯号clk1一开始为正脉冲讯号，其余时间为低准位讯号，第一脉波讯号P1一开始从负缘提升到正缘，故第三电子开关184一开始暂态开启，使电容186上的电压为零，让比较器188比较电容186上的电压与第二参考电压VR2，以产生低电压准位的初始脉波讯号PS。接着，第一电流源180产生的第一电流随即向电容186充电，当电容186上的电压到达第二参考电压VR2时，初始脉波讯号PS从负缘提升到正缘，进而控制第一脉波讯号P1从正缘下降至负缘，此负缘至少保持直到预设期间Tmin结束，在此是到第二时钟讯号clk2出现时结束。在此预设期间Tmin里，控制器174可依时间先后撷取第一时钟讯号clk1的五个频率值F。控制器174将下频率临界值及上频率临界值其中一者，与每一频率值F依序以计数条件计算后，发现结果依序分别为低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值、低于下频率临界值，故总计数值的二位元B1、B2为11。此五个频率值F并不限于在第一时钟讯号clk1的单一周期内测得，亦可在第一时钟讯号clk1的不同周期内测得。
第一脉波讯号P1会通过耦合元件166从二次侧传送至位于一次侧的驱动器168，以控制驱动器168停止产生第三脉波讯号P3。最后，驱动器168放大第一脉波讯号P1，产生第一数位讯号D1，并将其传送至第一电子开关170中，使第一电子开关170根据第一数位讯号D1切换开关状态，以控制变压器158通过输入端156接收输入电压VIN，进而调节输出讯号。具体而言，当第一数位讯号D1为低准位讯号时，第一电子开关170切换为关闭状态，并控制变压器158增加输出讯号。当第一数位讯号D1为高准位讯号时，第一电子开关170切换为开启状态，并控制变压器158减少输出讯号。
接着，电讯号撷取器172再次接收输出讯号，以从此撷取出对应此输出讯号的第二侦测电压DE2后，将其输出至控制器174。控制器174利用变压器158及输出电容160所提供的能量，接收第二侦测电压DE2，并在第二侦测电压DE2小于第一参考电压VR1时，控制器174于预设期间Tmin内开始产生第二脉波讯号P2及其对应的第二时钟讯号clk2，以传送至导通时间调节器176。控制器174亦根据第二脉波讯号P2产生第三数位讯号D3，将其传送至第二电子开关178以切换开关状态。控制器174同时将总计数值的二位元B1、B2传送给导通时间调节器176。
在导通时间调节器176中，二第四电子开关190由于接收到的总计数值的位B1、B2皆为1，故呈现开启状态。且第二时钟讯号clk2一开始为正脉冲讯号，其余时间为低准位讯号，第二脉波讯号P2一开始从负缘提升到正缘，故第三电子开关184一开始暂态开启，使电容186上的电压为零，让比较器188比较电容186上的电压与第二参考电压VR2，以产生低电压准位的第四脉波讯号P4。接着，第一电流源180产生的第一电流与第二电流源192产生的第二电流随即向电容186充电，当电容186上的电压再次到达第二参考电压VR2时，第四脉波讯号P4从负缘提升到正缘，进而控制第二脉波讯号P2从正缘下降至负缘，此负缘至少保持直到预设期间Tmin结束。由于这次电容186相较于仅接收第一电流能更快到达第二参考电压VR2，故第二脉波讯号P2从正缘下降至负缘的时间点相较于第一脉波讯号P1从正缘下降至负缘的时间点能够提前，即第二脉波讯号P2保持高电压准位的时间会比第一脉波讯号P1保持高电压准位的时间短。
第二脉波讯号P2会通过耦合元件166从二次侧传送至位于一次侧的驱动器168。最后，驱动器168放大第二脉波讯号P2，产生第二数位讯号D2，并将其传送至第一电子开关170中，使第一电子开关170根据第二数位讯号D2切换开关状态，以控制变压器158通过输入端156接收输入电压VIN，进而调节输出讯号。具体而言，当第二数位讯号D2为低准位讯号时，第一电子开关170切换为关闭状态，并控制变压器158增加输出讯号。当第二数位讯号D2为高准位讯号时，第一电子开关170切换为开启状态，并控制变压器158减少输出讯号。由于第二脉波讯号P2保持高电压准位的时间较第一脉波讯号P1保持高电压准位的时间短，故第二数位讯号D2保持高电压准位的时间较第一数位讯号D1保持高电压准位的时间短，此将导致ton变小，以避免切换频率f进入音频区与降低其杂音的能量成分。
上述实施例是控制器174利用变压器158提供的能量开始运作，因此需要驱动器168接收输入电压VIN来产生第三脉波讯号P3，以藉此切换第一电子开关170，并驱动变压器158提供能量至二次侧才能使控制器174运作。但若有一外部电路直接连接控制器174，并给予其能量进行运作时，则驱动器168就不再需要产生第三脉波讯号P3来驱动第一电子开关170与变压器158。整个切换式转换装置可直接从电讯号撷取器172接收输出讯号开始运作。
请继续参阅图21、图22与图24。在图24的模拟波形中，DOWN信号的正脉冲波形代表总计数值减1，UP信号的正脉冲波形代表总计数值加1，LD的高准位波形代表负载162变为轻载，B1或B2的高准位波形代表数值为1，B1或B2的低准位波形代表数值为0。由图2可知，当负载162变为轻载时，IO下降。当频率值F一低于下频率临界值时，UP信号即出现正脉冲波形，此时总计数值的位B1与B2会对应1与0的变化，而成为高准位波形，以脱离音频区。当频率值F一高于上频率临界值时，DOWN信号即出现正脉冲波形，此时总计数值的位B1与B2会对应1与0的变化，而成为低准位波形。
变压器10，电子开关12，负载14，输出电容15，分压器16，处理器18，光耦合器20，控制器22，二极管24，输入端26，变压器28，二极管29，输出电容30，负载31，处理器32，耦合元件34，驱动器36，第一电子开关38，电讯号撷取器40，控制器42，第二电子开关44，外部电路46，分压器48，电阻50，比较器52，电阻54，切换控制电路56，偏压电路58，缓冲器60，反向器62，第三电子开关64，第四电子开关66，第一晶片单元68，介电层70，第二晶片单元72，输入端74，变压器76，二极管77，负载78，输出电容79，处理器80，耦合元件82，驱动器84，电子开关86，电流电压转换器88，分压器90，滤波器92，加法器94，控制器96，电阻98，放大器100，输入端102，变压器104，输出电容105，负载106，驱动器108，耦合元件110，处理器112，第一电子开关114，电讯号撷取器116，控制器118，第二电子开关120，输入端122，变压器124，输出电容126，负载128，驱动器130，第一电子开关132，处理器134，耦合元件136，电讯号撷取器138，导通时间调节器140，控制器142，第二电子开关144，取样保持器146，相依电流源148，第三电子开关150，电容152，比较器154，输入端156，变压器158，输出电容160，负载162，处理器164，耦合元件166，驱动器168，第一电子开关170，电讯号撷取器172，控制器174，导通时间调节器176，第二电子开关178，第一电流源180，电流产生器182，第三电子开关184，电容186，比较器188，第四电子开关190，第二电流源192。
综上所述，本发明利用二次侧的信号决定位于变压器的一次侧的电子开关的导通与关闭的时间，进而调节输出讯号，同时达到各种目的。

Claims (9)

1.一种固定导通时间(constanton-time，COT)切换式转换装置，其特征在于，其连接一输入端，该输入端接收一输入电压，该固定导通时间切换式转换装置包含：
一变压器，其具有一次侧与二次侧，该一次侧连接输入端，该二次侧连接一负载，该负载上有一输出电压与一输出电流；
一驱动器，连接一次侧与输入端，以接收输入电压，藉此依序产生复数个唤醒讯号；
至少一耦合元件，其连接驱动器，并分别连接一次侧与二次侧，以传送该些唤醒讯号至该二次侧；
一处理器，连接耦合元件、二次侧与负载，并接收输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号，以根据输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号产生一控制讯号，且通过耦合元件传送控制讯号至驱动器，驱动器放大控制讯号，以产生一第一数位讯号；以及
一第一电子开关，连接一次侧与驱动器，以接收第一数位讯号，并据此切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
2.如权利要求1所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，第一电子开关的开关状态的时间长度受控制讯号的负缘提升至正缘的时间点及正缘下降至负缘的时间点所决定。
3.如权利要求1所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，驱动器通过输入端接收输入电压，藉此产生一第一脉波讯号至第一电子开关中，第一电子开关根据第一脉波讯号切换开关状态，以控制变压器通过输入端接收输入电压，以产生输出电压与输出电流，接着，处理器产生控制讯号，直到驱动器接收到控制讯号，驱动器停止产生第一脉波讯号与该些唤醒讯号。
4.如权利要求1所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，所述处理器还包含：
一电讯号撷取器，连接二次侧与负载，以撷取输出电压或输出电流对应的侦测电压；以及
一控制器，连接耦合元件、二次侧与电讯号撷取器，以接收侦测电压与唤醒讯号，并根据侦测电压与唤醒讯号产生控制讯号。
5.如权利要求4所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，还包含一第二电子开关，其连接二次侧与负载之间，并连接控制器，在控制器产生控制讯号时，控制器根据侦测电压与唤醒讯号产生一第二数位讯号给第二电子开关，以切换第一电子开关与第二电子开关呈相反的导通状态或同时关闭，则变压器接收输入电压，以调节输出电压与输出电流。
6.如权利要求5所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，所述第二电子开关为N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
7.如权利要求5所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，控制器预设有一参考电压，在侦测电压小于参考电压时，控制讯号于一预设期间内为至少一周期的第二脉波讯号，第二脉波讯号的每一周期的前半周的电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位，接着，在预设期间结束，且侦测电压大于参考电压时，控制讯号为低电压准位。
8.如权利要求1所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，所述第一电子开关为N通道金属-氧化物-半导体场效应晶体管或双极晶体管。
9.如权利要求1所述的固定导通时间切换式转换装置，其特征在于，所述耦合元件为电容、变压器、压电元件或光耦合元件。
CN201410483053.3A 2014-09-19 2014-09-19 固定导通时间切换式转换装置 Active CN105490540B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410483053.3A CN105490540B (zh) 2014-09-19 2014-09-19 固定导通时间切换式转换装置
JP2017515838A JP6570085B2 (ja) 2014-09-19 2015-09-16 絶縁型コンバータにおけるコンスタント・オン・タイム（ｃｏｔ）制御
KR1020177008379A KR101901575B1 (ko) 2014-09-19 2015-09-16 고정 온타임 제어 절연된 컨버터
EP15842166.9A EP3195457B1 (en) 2014-09-19 2015-09-16 Constant on-time (cot) control in isolated converter
PCT/US2015/050529 WO2016044490A1 (en) 2014-09-19 2015-09-16 Constant on-time (cot) control in isolated converter
PH12017500473A PH12017500473A1 (en) 2014-09-19 2017-03-13 Constant on-time (cot) control in isolated converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410483053.3A CN105490540B (zh) 2014-09-19 2014-09-19 固定导通时间切换式转换装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105490540A true CN105490540A (zh) 2016-04-13
CN105490540B CN105490540B (zh) 2019-09-06

Family

ID=55533819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410483053.3A Active CN105490540B (zh) 2014-09-19 2014-09-19 固定导通时间切换式转换装置

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3195457B1 (zh)
JP (1) JP6570085B2 (zh)
KR (1) KR101901575B1 (zh)
CN (1) CN105490540B (zh)
PH (1) PH12017500473A1 (zh)
WO (1) WO2016044490A1 (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030042437A1 (en) * 2001-09-04 2003-03-06 Worley Eugene Robert Switching power supply circuit using a silicon based LED for feedback
CN1599972A (zh) * 2001-12-06 2005-03-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 功率转换器
JP2006253618A (ja) * 2005-02-10 2006-09-21 Ntt Data Ex Techno Corp 電源装置およびトランス
CN201063454Y (zh) * 2007-04-24 2008-05-21 周海 无开关管型脉冲充电器
US20100157630A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Power Integrations, Inc. Flyback power supply with forced primary regulation
CN102299615A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 立锜科技股份有限公司 适应性调整固定导通时间的电路与方法
CN103051192A (zh) * 2012-12-12 2013-04-17 青岛联盟电子仪器有限公司 一种双峰值电流模式控制的反激式开关电路
CN203617878U (zh) * 2013-07-04 2014-05-28 深圳市威纳源电子有限公司 一种固定导通时间的谐振软开关
CN103904903A (zh) * 2010-12-15 2014-07-02 立锜科技股份有限公司 返驰转换器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0777510B2 (ja) * 1986-11-08 1995-08-16 ソニー株式会社 スイツチングレギユレ−タ
US5841641A (en) * 1996-05-01 1998-11-24 Compaq Computer Corporation Protected zero-crossing detection using switching transistor's on-resistance
JP3451419B2 (ja) * 1997-07-29 2003-09-29 富士通アクセス株式会社 スイッチング電源装置
US6724642B2 (en) * 2001-03-01 2004-04-20 Di/Dt, Inc. Method and apparatus for providing an initial bias and enable signal for a power converter
JP2003033011A (ja) * 2001-05-10 2003-01-31 Fiderikkusu:Kk スイッチング電源装置
US7280376B2 (en) * 2004-10-15 2007-10-09 Dell Products L.P. Primary side voltage sense for AC/DC power supplies capable of compensation for a voltage drop in the secondary
TW200640120A (en) * 2005-05-04 2006-11-16 Richtek Techohnology Corp Control circuit and corresponding control method of flyback voltage converter
CN101592965B (zh) * 2009-05-27 2014-07-02 成都芯源系统有限公司 多模式控制电路、方法及ac-dc变换电路
WO2011051824A1 (en) * 2009-10-30 2011-05-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Isolated power converter having reduced stanby power
JP5170165B2 (ja) * 2010-06-11 2013-03-27 株式会社村田製作所 絶縁型スイッチング電源装置
RU2457601C1 (ru) * 2011-02-14 2012-07-27 Федеральное государственное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Преобразователь напряжения
EP2697900B1 (en) * 2011-04-15 2015-06-03 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (publ) Switched mode power supply with a simplified start-up supply
US8873254B2 (en) * 2012-03-12 2014-10-28 Linear Technology Corporation Isolated flyback converter with sleep mode for light load operation
JP6072567B2 (ja) * 2013-02-26 2017-02-01 ローム株式会社 電力供給装置、ａｃアダプタ、電子機器および電力供給システム
US9136765B2 (en) * 2013-03-08 2015-09-15 Power Integrations, Inc. Techniques for controlling a power converter using multiple controllers

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030042437A1 (en) * 2001-09-04 2003-03-06 Worley Eugene Robert Switching power supply circuit using a silicon based LED for feedback
CN1599972A (zh) * 2001-12-06 2005-03-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 功率转换器
JP2006253618A (ja) * 2005-02-10 2006-09-21 Ntt Data Ex Techno Corp 電源装置およびトランス
CN201063454Y (zh) * 2007-04-24 2008-05-21 周海 无开关管型脉冲充电器
US20100157630A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Power Integrations, Inc. Flyback power supply with forced primary regulation
CN102299615A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 立锜科技股份有限公司 适应性调整固定导通时间的电路与方法
CN103904903A (zh) * 2010-12-15 2014-07-02 立锜科技股份有限公司 返驰转换器
CN103051192A (zh) * 2012-12-12 2013-04-17 青岛联盟电子仪器有限公司 一种双峰值电流模式控制的反激式开关电路
CN203617878U (zh) * 2013-07-04 2014-05-28 深圳市威纳源电子有限公司 一种固定导通时间的谐振软开关

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017529052A (ja) 2017-09-28
EP3195457B1 (en) 2021-03-10
KR101901575B1 (ko) 2018-09-27
KR20170047343A (ko) 2017-05-04
PH12017500473B1 (en) 2017-07-31
EP3195457A1 (en) 2017-07-26
JP6570085B2 (ja) 2019-09-04
WO2016044490A1 (en) 2016-03-24
PH12017500473A1 (en) 2017-07-31
EP3195457A4 (en) 2018-05-16
CN105490540B (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9577543B2 (en) Constant on time (COT) control in isolated converter
US9954455B2 (en) Constant on time COT control in isolated converter
US10651750B2 (en) Constant on-time (COT) control in isolated converter
CN105490541A (zh) 固定导通时间切换式转换装置
US9577542B2 (en) Constant on-time (COT) control in isolated converter
US9548667B2 (en) Constant on-time (COT) control in isolated converter
CN105490542A (zh) 固定导通时间切换式转换装置
CN105490545A (zh) 固定导通时间切换式转换装置
CN105490540A (zh) 固定导通时间切换式转换装置
CN105490567A (zh) 固定导通时间切换式转换装置
TWI474588B (zh) 直流對直流高速轉換器的輕載效率改善電路結構
CN101145737A (zh) 绕阻电压取样控制电源转换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant