CN106612076A - 多功能电源转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种多功能电源转换器,包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器、回授单元、输出单元,可提供动态侦测的电源转换功能,其中来自一次侧线圈的感测信号及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号,使得数字控制单元据以判断二次侧电流是否放电到零,并侦测谷底位置及谷底数目而决定是否打开切换晶体管,同时在打开切换晶体管时,进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管。因此,本发明可大幅降低切换损失,提高电源转换效率,尤其是使用数字控制单元,可藉更新固件程序而符合实际需要,非常具有弹性。

Description

多功能电源转换器
技术领域
本发明有关于一种多功能电源转换器,尤其是将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号,并利用单一信号接脚接收,以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零,并侦测谷底位置及谷底数目,藉以决定是否打开切换晶体管,降低切换损失,同时在打开切换晶体管时,进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管。
背景技术
不同的电子产品需要不同电压或电流的电源而运作,比如,集成电路(IC)需要5V或3V,电动马达需要12V直流电,而液晶显示器中的灯管需要更高压的电源,如1150V。因此,需要不同电源转换器以满足所需,使得电源转换技术日益蓬勃发展,属于电子产业中相当重要的一环。
如图1所示,现有技术的电源转换电路包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30、回授单元40、输出单元50,其中变压器TR包含一次侧线圈LP、参考线圈LA以及二次侧线圈LS,而切换晶体管20为金氧半(MOS)晶体管。输入滤波单元10将交流电源VAC转换成输入电源VIN,并传送到一次侧线圈LP,且切换晶体管20的汲极连接一次侧线圈LP,而切换晶体管20的源极连接感测电阻RS,并产生电流感测信号CS。切换晶体管20的闸极连接驱动控制器30,用以接收驱动信号GATE。
二次侧线圈LS藉感应一次侧线圈LP而产生感应电流,并经输出单元50而产生输出电源VOUT。回授单元40接收输出电源VOUT而产生回授比较信号COMP,并传送至驱动控制器30A。参考线圈LA是藉感应一/二次侧线圈LP/LS而产生辅助感应电压,并流过串接的第一分压电阻R1及第二分压电阻R2,在第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的串接点产生零点侦测信号ZC,进而传送至驱动控制器30。
驱动控制器30利用零点侦测信号ZC以进行零点侦测,找出二次侧线圈LS的电流为零的位置,并利用电流感测信号CS以判别切换晶体管20的导通状态,同时参考回授比较信号COMP,以获得输出电源VOUT的大小,使得驱动控制器30产生用以打开、关闭切换晶体管20的驱动信号GATE。亦即,在切换晶体管20被打开时,切换晶体管20的导通电流上升,所以电流感测信号CS也上升,而驱动控制器30可在电流感测信号CS上升到默认值时,关闭切换晶体管20。再者,当切换晶体管20关闭时,流过第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的辅助感应电压会先上升至峰值后再下降,而且之后会产生振荡,所以驱动控制器30可藉零点侦测信号ZC而侦测到零点位置,亦即谷底位置,藉以决定打开切换晶体管20,以减少切换损失。
然而,上述现有技术的缺点在于驱动控制器必须分别接收来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号,使得驱动控制器需配置二独立的信号接脚,而且第一分压电阻及第二分压电阻会占据相当大的面积,影响整体电路布局的成本,尤其在以集成电路方式实现时更为显著。
因此,非常需要一种多功能电源转换器,可将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号合并成电流感测零点侦测信号,并利用单一信号接脚接收,以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零,并侦测谷底位置及谷底数目,藉以决定是否打开切换晶体管,降低切换损失,同时在打开切换晶体管时,进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管,因而可大幅降低切换损失,提高整体的电源转换效率,相当具有产业利用性,尤其是,数字控制单元是以全数字的操作方式而实现,可藉更新固件程序而符合实际需要,在使用上非常具有弹性,进而能解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多功能电源转换器,用以提供动态侦测的电源转换功能,包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器、回授单元、输出单元,其中变压器主要包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈,而切换晶体管可由金氧半(MOS)功率晶体管实现,并具有汲极、闸极以及源极,不过切换晶体管也可使用其他具驱动功能的电子元件,比如双载子(Bipolar)晶体管。
输入滤波单元接收外部的交流电源,经滤波后转换成输入电源。
变压器中一次侧线圈的一端是连接至输入滤波单元,用以接收输入电源,而参考线圈是藉感应一/二次侧线圈所传导的电压,此外,参考线圈的一端为接地。二次侧线圈藉感应一次侧线圈的电流而产生感应电流,参考线圈的另一端连接至零点侦测二极管的一端,且零点侦测二极管的另一端连接至零点侦测电阻的一端。
切换晶体管的汲极连接至一次侧线圈的另一端。
驱动控制器产生驱动信号,并传送至切换晶体管的闸极,藉以控制切换晶体管的关闭、打开操作。
输出单元接收来自二次侧线圈的感应电流,且包含输出电容及输出二极管,其中输出二极管的正极端连接至二次侧线圈的一端,且二次侧线圈的另一端为接地,并连接至输出电容的一端,而输出电容的另一端连接至输出二极管的负极端,并由输出二极管的负极端产生输出电源,且由输出单元提供输出电流。
零点侦测电阻的另一端连接至切换晶体管的源极以及感测电阻的一端,且感测电阻的另一端为接地。零点侦测电阻的另一端产生电流感测零点侦测信号,并传送至驱动控制器。回授单元的一端连接至输出二极管的负极端,用以接收输出电源,并经回授控制处理以产生回授比较信号而传送至驱动控制器。
驱动控制器接收电流感测零点侦测信号及回授比较信号以进行零点侦测处理及电流监视处理,进而产生所需的驱动信号。
此外,驱动控制器包括第一、第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流侦测单元、电流限制单元以及保护单元。
第一模拟至数字转换器接收回授比较信号,经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字比较信号。第二及第三模拟至数字转换器同时接收电流感测零点侦测信号,并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字电流感测信号及数字零点侦测信号。
电流限制单元是在切换晶体管导通时,接收电流感测零点侦测信号,并在电流感测零点侦测信号大于默认值时,产生电流限制信号,以表示切换晶体管的导通电流过大。
数字控制单元接收数字比较信号、数字电流感测信号、数字零点侦测信号及电流限制信号,以产生PWM控制信号,进而传送至PWM驱动单元,以使得PWM驱动单元依据PWM控制信号产生驱动信号。
数字控制单元依据电流限制信号以控制保护单元产生保护信号,进而传送至PWM驱动单元以关闭切换晶体管。
此外,数字控制单元是在驱动信号打开切换晶体管而导通时,依据电流感测零点侦测信号以决定是否关闭切换晶体管。数字控制单元并在驱动信号关闭切换晶体管时,利用数字零点侦测信号以进行零点侦测而侦测到谷底位置,再计算谷底的累计数目,进而决定在经过预设谷底数目后,才打开切换晶体管,藉以降低切换损失。
进一步而言,本发明的另一目的在于提供一种多功能电源转换器,包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器及输出单元,尤其是在不包含回授单元的情况下,可实现具一次侧回授架构的电源转换功能。
驱动控制器包括第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流限制单元以及保护单元。
当切换晶体管关闭时,驱动控制器可在二次侧电流还没放电到零前,侦测到参考线圈电位VAUX为(VOUT+Vf)*(NA/NS),其中Vf为输出二极管的导通电压,NA为参考线圈的匝数,而NS为二次线圈的匝数。此外,当切换晶体管打开而导通时,参考线圈电位VAUX为-VIN*NA/NP,其中NP为一次线圈的匝数。尤其,参考线圈可在切换晶体管关闭时,藉感应二次侧的电压、电流,再利用简单的运算而获得输出电流,如以下的表达式所示:
其中Toff为输出二极管电流不为零的时间宽度,Ts为驱动信号的时间周期,IDOUT_PK为输出二极管电流的最大峰值,而VCS_PEAK为电流感测零点侦测信号的最大峰值。
因此,数字控制单元可藉侦测数字电流感测信号S而获得IDOUT_PK,并将所得到的Toff、Ts、IDOUT_PK代入上述表达式,即可计算出IOUT,进而得知负载状态,使得输出电流在大于默认值时,关闭切换晶体管。所以可在不需一般的回授单元的情况下,直接利用数字控制单元的计算操作而实现具一次侧回授功能的电源转换操作。
本发明可大幅降低切换损失,提高整体的电源转换效率,相当具有产业利用性,尤其,数字控制单元是以全数字的操作方式而实现,可藉更新固件程序而符合实际需要,在使用上非常具有弹性。
附图说明
图1显示现有技术的电源转换电路的示意图。
图2显示本发明第一实施例的多功能电源转换器的示意图。
图3显示本发明第一实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图。
图4显示本发明第二实施例的多功能电源转换器的示意图。
图5显示本发明第二实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图。
图6显示本发明第一实施例的多功能电源转换器的示范性操作波形图。
图7显示图6中电流感测零点侦测信号CS_ZC的另一波形图。
其中,附图标记说明如下:
10输入滤波单元
20切换晶体管
30驱动控制器
30A驱动控制器
30B驱动控制器
40回授单元
50输出单元
A1数字控制单元
A2谷底侦测单元
A6电流限制单元
A7保护单元
ADC1第一模拟至数字转换器
ADC2第二模拟至数字转换器
ADC3第三模拟至数字转换器
CLT电流限制信号
Co输出电容
COMP回授比较信号
CS电流感测信号
CS_ZC电流感测零点侦测信号
D1零点侦测二极管
D2输出二极管
DCOMP数字比较信号
DCS数字电流感测信号
DRV PWM驱动单元
DZC数字零点侦测信号
GATE驱动信号
IDOUT输出二极管电流
IOUT输出电流
IQ导通电流
LA参考线圈
LP一次侧线圈
LS二次侧线圈
PRT保护信号
PWMC PWM控制信号
R1第一分压电阻
R2第二分压电阻
RS感测电阻
RZ零点侦测电阻
TR变压器
VAC交流电源
VAL谷底侦测信号
VAUX参考线圈电位
VIN输入电源
VOUT输出电源
ZC零点侦测信号
具体实施方式
以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明,使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
参阅图2,本发明第一实施例的多功能电源转换器的示意图。如图2所示,本发明第一实施例的多功能电源转换器实质上是属于二次测回授机制,并包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30A、回授单元40、输出单元50,用以提供动态侦测的电源转换功能,其中变压器TR主要包含一次侧线圈LP、参考线圈LA以及二次侧线圈LS,而切换晶体管20可由金氧半(MOS)功率晶体管实现,并具有汲极、闸极以及源极,不过切换晶体管20并非以此为限,也可使用其他具驱动功能的电子元件,比如双载子(Bipolar)晶体管。
进一步而言,输入滤波单元10接收外部的交流电源VAC,并经滤波后转换成输入电源VIN。再者,变压器TR中一次侧线圈LP的一端是连接至输入滤波单元10,用以接收输入电源VIN,且一次侧线圈LP的另一端是连接至切换晶体管20的汲极。参考线圈LA是藉感应一/二次侧线圈LP/LS而产生的辅助感应电压,其中参考线圈LA的一端为接地,而参考线圈LA的另一端连接零点侦测二极管D1的一端,且零点侦测二极管D1的另一端连接零点侦测电阻RZ的一端,进一步,零点侦测电阻RZ的另一端连接至切换晶体管20的源极以及感测电阻RS的一端,且感测电阻RS的另一端为接地。尤其是,零点侦测电阻RZ的另一端产生电流感测零点侦测信号CS_ZC,且传送至驱动控制器30A。
二次侧线圈LS藉感应一次侧线圈LP的电流而产生感应电流,并传送至输出单元50,其中输出单元50包含输出电容Co及输出二极管D2,而二次侧线圈LS的一端连接输出二极管D2的正极端,且二次侧线圈LS的另一端为接地,并连接至输出电容Co的一端,输出电容Co的另一端连接至输出二极管D2的负极端,由输出二极管D2的负极端产生输出电源VOUT,并由输出单元50提供输出电流IOUT。
回授单元40的一端连接至输出二极管D2的负极端,用以接收输出电源VOUT,并经回授控制处理以产生回授比较信号COMP而传送至驱动控制器30A,其中回授控制处理是用以实现包含定电压、定电流的至少其中之一的功能。具体而言,回授单元40可由光耦合器而实现,或利用额外的回授感测线圈以感应二次侧线圈,并经回授控制处理而产生回授感测信号,当作回授比较信号COMP用。
此外,驱动控制器30A接收电流感测零点侦测信号CS_ZC及回授比较信号COMP,并进行零点侦测处理及电流监视处理,进而产生驱动信号GATE,并传送至切换晶体管20的闸极,用以控制切换晶体管20的关闭、打开操作,尤其是可控制切换晶体管20的导通程度,亦即切换晶体管20的导通程度愈高时,切换晶体管20的导通电流愈大,反之,切换晶体管20的导通程度愈低时,切换晶体管20的导通电流愈小。
具体而言,如图3所示,驱动控制器30A包括第一模拟至数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)ADC1、第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)驱动单元DRV、数字控制单元A1、谷底侦测单元A2、电流限制单元A6以及保护单元A7,其中第一模拟至数字转换器ADC1接收回授比较信号COMP,经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字比较信号DCOMP,第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3同时接收电流感测零点侦测信号CS_ZC,并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字电流感测信号DCS及数字零点侦测信号DZC。数字控制单元A1接收数字比较信号DCOMP、数字电流感测信号DCS及数字零点侦测信号DZC,以产生PWM控制信号PWMC,进而传送至PWM驱动单元DRV,以使得PWM驱动单元DRV依据PWM控制信号PWMC产生具足够驱动力的驱动信号GATE。
当驱动信号GATE打开切换晶体管20而导通时,切换晶体管20的导通电流IQ是经一次侧线圈LP、切换晶体管20而流过感测电阻RS,此时,由参考线圈LA而流过零点侦测二极管D1及零点侦测电阻RZ的辅助电流为零,因此,在感测电阻RS的电流感测零点侦测信号CS_ZC是由导通电流IQ产生,藉以供数字控制单元A1决定是否关闭切换晶体管20。
在驱动信号GATE关闭切换晶体管20时,切换晶体管20的导通电流IQ快速下降到零,而同时,输出二极管电流IDOUT会先快速上升到最大峰值,接着再逐步下降到零,亦即等同于二次侧电流放电到零。因此,在切换晶体管20的关闭期间内,电流感测零点侦测信号CS_ZC主要是侦测参考线圈LA的信号(Vaux),在二次侧电流放电到零前,参考线圈电压会感应二次测输出电压,而且在二次侧电流放电到零时,一般称为膝部(Knee),参考线圈LA的电位会产生LC振荡,因而可由谷底侦测单元A2侦测出电流感测零点侦测信号CS_ZC的谷底,亦即藉侦测零点交越点而侦测到谷底位置,并产生谷底侦测信号VAL而由数字控制单元A1接收,藉以具体实现零点侦测。
此外,数字控制单元A1可进一步计算谷底的累计数目,进而决定在经过预设的谷底数目后才打开切换晶体管20,以降低切换损失,提高电源转换效率。再者,数字控制单元A1还可藉设定遮蔽时间,以避免切换晶体管20在切换时造成噪声干扰。
更加具体而言,数字控制单元A1接收并比较数字比较信号DCOMP及数字电流感测信号DCS,藉以决定打开或关闭切换晶体管20而产生PWM控制信号PWMC,同时还可实时侦测导通电流IQ的斜率。
电流限制单元A6是在切换晶体管20导通时,接收电流感测零点侦测信号CS_ZC,并在电流感测零点侦测信号CS_ZC大于默认值时,产生电流限制信号CLT以表示切换晶体管20的导通电流IQ过大,再由数字控制单元A1接收电流限制信号CLT,使得数字控制单元A1可依据电流限制信号CLT以控制保护单元A7而产生保护信号PRT,进而传送至PWM驱动单元DRV,藉以关闭切换晶体管20,达到对导通电流IQ的限流保护作用。
更进一步而言,数字控制单元A1为全数字操作的电气单元,比如可由微控制器的集成电路实现,并藉执行特定的固件程序而实现上述的电气功能。
进一步参考图4,本发明第二实施例的多功能电源转换器的示意图。如图4所示,本发明第二实施例的多功能电源转换器是类似于图2的第一实施例,并包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30B、输出单元50,用以提供电源转换功能,其中输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、输出单元50是如同图2的第一实施例,因此不再赘述。而要注意的是,本发明的第一及第二实施例之间的主要差异点是在于第一实施例属于二次侧回授架构,而第二实施例为一次侧回授架构,尤其是,第二实施例并不包含回授单元40。
请配合参考图5,本发明第二实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图,其中第二实施例中的驱动控制器30B包括第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3、PWM驱动单元DRV、数字控制单元A1、谷底侦测单元A2、电流限制单元A6以及保护单元A7,而要注意的是,第二实施例的驱动控制器30B类似于第一实施例的驱动控制器30A,其主要的差异点在于第二实施例的驱动控制器30B包含第一实施例的第一模拟至数字转换器ADC1。因此,以下将详细说明驱动控制器30B的特征,而其余相类似元件的技术内容将不再赘述。
由于第二实施例没有回授单元可提供负载状态的相关信息,所以第二实施例的驱动控制器30B主要是利用计算方式以获得负载状态的信息,可参考图6的示范性操作波形图以及图7的另一波形图。
具体而言,当切换晶体管20关闭时,驱动控制器30B可在二次侧电流还没放电到零前,侦测到参考线圈电位VAUX为(VOUT+Vf)*(NA/NS),其中Vf为零点侦测二极管D1的导通电压,NA为参考线圈LA的匝数,而NS为二次线圈LS的匝数。此外,当切换晶体管20打开而导通时,参考线圈电位VAUX为-VIN*NA/NP,其中NP为一次线圈LP的匝数。尤其,参考线圈LA可在切换晶体管20关闭时,藉感应二次侧的电压、电流,再利用简单的运算而获得输出单元50的输出电流IOUT,如以下的表达式所示:
其中tOFF为输出二极管电流IDOUT不为零的时间宽度,tS为驱动信号GATE的时间周期,IDOUT_PK为输出二极管IDOUT的最大峰值,而VCS_PEAK为电流感测零点侦测信号CS_ZC的最大峰值。
进一步而言,驱动控制器30B的数字控制单元A1只要侦测数字零点侦测信号DZC,即可侦测出输出二极管电流IDOUT下降到零的时间(亦即发生knee点的时间),进而得知所需的时间宽度tOFF。此外,数字控制单元A1还可利用数字零点侦测信号DZC,决定在第几个谷底才打开切换晶体管20,比如图7的波形图是在第七个谷底打开切换晶体管20,此时,可得知驱动信号GATE的时间周期tS。因此,数字控制单元A1可藉侦测数字电流感测信号DCS而获得输出二极管电流IDOUT的最大峰值IDOUT_PK,将所得到的时间宽度tOFF、时间周期tS、最大峰值IDOUT_PK代入上述表达式,即可计算出输出电流IOUT,进而得知负载状态,使得输出电流IOUT在大于默认值时,关闭切换晶体管20。所以本发明的第二实施例可在不需一般的回授单元的情况下,直接利用数字控制单元A1的计算操作而实现具一次侧回授功能的电源转换操作。
综上所述,本发明的主要特点在于针对具有回授单元的二次侧回授架构,在不需一般额外的回授比较信号接脚的情况下,直接将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号,并利用单一信号接脚接收,使得数字控制单元可在切换晶体管导通时,利用电流限制单元电流感测零点侦测信号对限流处理而产生的电流限制信号,藉以判断输出电流是否大于默认值,并在输出电流大于默认值时,关闭切换晶体管,而且可在回授单元的回授比较信号经模拟至数字转换器转换成数字回授比较信号后,进一步由数字控制单元获得负载状态,进而在谷底位置时,打开切换晶体管,以大幅降低切换损失,提高整体电源转换效率。尤其是,在到达预设的谷底数目时,才打开切换晶体管,以达到优化。
此外,本发明的另一特点在于可针对不具有回授单元的一次侧回授架构,也是利用单一信号接脚接收电流感测零点侦测信号,不过在切换晶体管导通及关闭时,数字控制单元直接利用来自参考线圈的参考线圈电位,藉简单计算以获得二次侧线圈上的输出电流,进而得知负载状态,因而同样的,可达成打开、关闭切换晶体管的操作,实现电源转换功能。
因此,本发明可大幅降低切换损失,提高整体的电源转换效率,相当具有产业利用性,尤其,数字控制单元是以全数字的操作方式而实现,能藉更新固件程序而符合实际需要,在使用上非常具有弹性。
以上所述内容仅为用以解释本发明的较佳实施例,并非企图据以对本发明做任何形式上的限制,因此,凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更,皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (10)

1.一种多功能电源转换器,用以提供电源转换功能,其特征在于,包括:
一输入滤波单元,接收外部的一交流电源,经滤波后转换成一输入电源;
一变压器,包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈,该一次侧线圈的一端是连接至该输入滤波单元,用以接收该输入电源,该参考线圈是藉感应所述一次侧线圈/二次侧线圈而产生一辅助感应电压,该参考线圈的一端为接地,该二次侧线圈藉感应该一次侧线圈的电流而产生一感应电流,该参考线圈的一另一端连接至一零点侦测二极管的一端,且该零点侦测二极管的一另一端连接至零点侦测电阻的一端;
一切换晶体管,由一金氧半功率晶体管实现,并具有一汲极、一闸极以及一源极,该汲极连接至该一次侧线圈的一另一端;
一驱动控制器,产生一驱动信号,并传送至该切换晶体管的闸极,藉以控制该切换晶体管的关闭、打开操作;
一回授单元;以及
一输出单元,接收来自该二次侧线圈的感应电流,且包含一输出电容及一输出二极管,该输出二极管的一正极端连接至该二次侧线圈的一端,且该二次侧线圈的一另一端为接地,并连接至该输出电容的一端,该输出电容的一另一端连接至该输出二极管的一负极端,而由该输出二极管的负极端产生一输出电源,并由该输出单元提供一输出电流,
其中该零点侦测电阻的一另一端连接至该切换晶体管的源极以及一感测电阻的一端,且该感测电阻的一另一端为接地,而该零点侦测电阻的另一端产生一电流感测零点侦测信号,并传送至该驱动控制器,该回授单元的一端连接至该输出二极管的负极端,用以接收该输出电源,并经一回授控制处理以产生一回授比较信号而传送至该驱动控制器,该驱动控制器接收该电流感测零点侦测信号及该回授比较信号以进行一零点侦测处理及一电流监视处理,进而产生该驱动信号。
2.依据权利要求1所述的多功能电源转换器,其特征在于,该回授控制处理是用以实现包含定电压、定电流的至少其中之一的功能。
3.依据权利要求1所述的多功能电源转换器,其特征在于,该回授单元是由一光耦合器而实现。
4.依据权利要求1所述的多功能电源转换器,其特征在于,该驱动控制器包括一第一模拟至数字转换器、一第二模拟至数字转换器、一第三模拟至数字转换器、一脉冲宽度调制驱动单元、一数字控制单元、一谷底侦测单元、一电流侦测单元、一电流限制单元以及一保护单元,该第一模拟至数字转换器接收该回授比较信号,经模拟至数字转换处理而产生相对应的一数字比较信号,该第二模拟至数字转换器及该第三模拟至数字转换器同时接收该电流感测零点侦测信号,并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的一数字电流感测信号及一数字零点侦测信号,该电流限制单元是在该切换晶体管导通时,接收该电流感测零点侦测信号,并在该电流感测零点侦测信号大于一默认值时,产生一电流限制信号,以表示该切换晶体管的导通电流过大,该数字控制单元接收该数字比较信号、该数字电流感测信号、该数字零点侦测信号及该电流限制信号,以产生一PWM控制信号,进而传送至该PWM驱动单元,以使得该PWM驱动单元依据该PWM控制信号产生该驱动信号,该数字控制单元依据该电流限制信号以控制该保护单元产生一保护信号,进而传送至该PWM驱动单元,藉以关闭该切换晶体管,该数字控制单元是在该驱动信号打开该切换晶体管而导通时,依据该电流感测零点侦测信号以决定是否关闭该切换晶体管,该数字控制单元并在该驱动信号关闭该切换晶体管时,利用该数字零点侦测信号以进行零点侦测而侦测到谷底位置,再计算谷底的累计数目,进而决定在经过一预设谷底数目后才打开该切换晶体管,藉以降低切换损失。
5.依据权利要求4所述的多功能电源转换器,其特征在于,该数字控制单元进一步设定一遮蔽时间,用以避免该切换晶体管在切换时造成噪声干扰。
6.依据权利要求5所述的多功能电源转换器,其特征在于,该数字控制单元为全数字操作的一电气单元,并由一微控制器的一集成电路实现,且藉执行特定的一固件程序而实现电气功能。
7.一种多功能电源转换器,用以提供电源转换功能,其特征在于,包括:
一输入滤波单元,接收外部的一交流电源,经滤波后转换成一输入电源;
一变压器,包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈,该一次侧线圈的一端是连接至该输入滤波单元,用以接收该输入电源,该参考线圈是藉感应所述一次侧线圈/二次侧线圈而产生一辅助感应电压,该参考线圈的一端为接地,该二次侧线圈藉感应该一次侧线圈的电流而产生一感应电流,该参考线圈的一另一端连接至一零点侦测二极管的一端,且该零点侦测二极管的一另一端连接至零点侦测电阻的一端;
一切换晶体管,由一金氧半功率晶体管实现,并具有一汲极、一闸极以及一源极,该汲极连接至该一次侧线圈的一另一端;
一驱动控制器,产生一驱动信号,并传送至该切换晶体管的闸极,藉以控制该切换晶体管的关闭、打开操作;以及
一输出单元,接收来自该二次侧线圈的感应电流,且包含一输出电容及一输出二极管,该输出二极管的一正极端连接至该二次侧线圈的一端,且该二次侧线圈的一另一端为接地,并连接至该输出电容的一端,该输出电容的一另一端连接至该输出二极管的一负极端,而由该输出二极管的负极端产生一输出电源,并由该输出单元提供一输出电流,
其中该零点侦测电阻的一另一端连接至该切换晶体管的源极以及一感测电阻的一端,且该感测电阻的一另一端为接地,而该零点侦测电阻的另一端产生一电流感测零点侦测信号,并传送至该驱动控制器,该驱动控制器接收该电流感测零点侦测信号,并在该切换晶体管打开、关闭时,利用该电流感测零点侦测信号经计算以获得该输出电流,藉以进行一零点侦测处理及一电流监视处理,进而产生该驱动信号。
8.依据权利要求7所述的多功能电源转换器,其特征在于,该驱动控制器包括一第二模拟至数字转换器、一第三模拟至数字转换器、一PWM驱动单元、一数字控制单元、一谷底侦测单元、一电流侦测单元、一电流限制单元以及一保护单元,该第二模拟至数字转换器及该第三模拟至数字转换器同时接收该电流感测零点侦测信号,并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的一数字电流感测信号及一数字零点侦测信号,该电流限制单元是在该切换晶体管导通时,接收该电流感测零点侦测信号,并在该电流感测零点侦测信号大于一默认值时,产生一电流限制信号,以表示该切换晶体管的导通电流过大,该数字控制单元接收该数字比较信号、该数字电流感测信号、该数字零点侦测信号及该电流限制信号,以产生一PWM控制信号,进而传送至该PWM驱动单元,以使得该PWM驱动单元依据该PWM控制信号产生该驱动信号,该数字控制单元依据该电流限制信号以控制该保护单元产生一保护信号,进而传送至该PWM驱动单元,藉以关闭该切换晶体管,该数字控制单元是在该驱动信号打开该切换晶体管而导通时,依据该电流感测零点侦测信号以决定是否关闭该切换晶体管,该数字控制单元并在该驱动信号关闭该切换晶体管时,利用在该二次侧线圈的电流还没放电到零之前,先侦测该参考线圈电位为(VOUT+Vf)*(NA/NS),其中Vf为该零点侦测二极管的导通电压,NA为该参考线圈的匝数,而NS为该二次侧线圈的匝数,且当该切换晶体管打开时,该参考线圈的参考线圈电位VAUX为-VIN*NA/NP,其中NP为一次侧线圈的匝数,该数字控制单元利用以下的一表达式而获得该输出电流:
I O U T ( t ) = 1 2 × t O F F ( t ) t S ( t ) × I D O U T _ P K ( t ) = 1 2 × t O F F ( t ) t S ( t ) × N P N S × V C S _ P K ( t ) R C S
其中tOFF为输出二极管电流不为零的时间宽度,tS为该驱动信号的时间周期,IDOUT_PK为该输出二极管的最大峰值,而VCS_PEAK为该电流感测零点侦测信号的最大峰值,该数字控制单元藉侦测该数字零点侦测信号而得知该时间宽度tOFF,并利用该数字零点侦测信号以决定在第几个谷底才打开该切换晶体管,同时得知该时间周期tS,再藉侦测该数字电流感测信号以获得该输出二极管电流的最大峰值IDOUT_PK,而计算出该输出电流后,该数字控制单元是在该输出电流大于默认值时,关闭该切换晶体管。
9.依据权利要求8所述的多功能电源转换器,其特征在于,该数字控制单元进一步设定一间隔时间,用以避免该切换晶体管在切换时造成噪声干扰。
10.依据权利要求7所述的多功能电源转换器,其特征在于,该数字控制单元为全数字操作的一电气单元,并由一微控制器的一集成电路实现,且藉执行特定的一固件程序而实现电气功能。
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