CN110247553B - 变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明内容关于一种变换器及其控制方法,该变换器包括变压器、一次侧开关、负载检测电路、状态检测电路及控制电路,该变压器用以输出一输出电压至负载,该一次侧开关电性连接于一次侧主绕组及一次侧接地端之间;该负载检测电路用以检测负载的负载状态,并输出一负载状态信号,该状态检测电路用以检测一基准时间点;该控制电路用以输出一控制信号以导通或关断该一次侧开关,其中控制电路用以根据该负载状态信号,设定一等待时间,使一次侧开关自基准时间点起算经过该等待时间后,于一次侧开关的跨压处于谐振谷值时,导通该一次侧开关。

Description

变换器及其控制方法
技术领域
本发明内容是关于一种变换器,特别是关于一种反激型变换器(FlybackConverter)。
背景技术
反激变换器(Flyback Converter),因具有电路结构简单、输入输出级电气隔离、成本低廉等特点,广泛应用于小功率领域,尤其是常见于功率在100W以下的电源设备当中。
随着近年来开关电源广泛用于笔记本电脑、平板计算机、智能型手机等可携式移动设备,开关电源逐渐有朝向小型化、高效率以及高频化的方向发展的趋势。
然而,现有的反激变换器的变压器漏感损耗及开关损耗等,限制了其小型化、高频化的发展趋势。
发明内容
本发明的一态样为一种变换器,包括一变压器、一一次侧开关、一负载检测电路、一状态检测电路及一控制电路,该变压器包含一一次侧主绕组与一二次侧主绕组;该一次侧开关电性连接于该一次侧主绕组及一一次侧接地端之间;该负载检测电路用以检测一负载的一负载状态并相应输出一负载状态信号;该状态检测电路用以检测一基准时间点,该基准时间点对应于该二次侧主绕组上的一二次侧电流归零的时刻;该控制电路用以输出一控制信号选择性地导通或关断该一次侧开关,其中该控制电路用以根据该负载状态信号,设定一等待时间,使该一次侧开关自该基准时间点起算经过该等待时间后,于该一次侧开关的跨压处于谐振谷值时导通该一次侧开关。
本发明的另一态样为一种变换器的控制方法,该方法包括:通过一负载检测电路,检测一负载的一负载状态,并相应输出一负载状态信号;通过一控制电路,根据该负载状态信号,设定一等待时间;通过一状态检测电路,检测一基准时间点;通过该控制电路,对该变换器中的一一次侧开关输出一控制信号,以选择性地导通或关断该一次侧开关,使该一次侧开关自该基准时间点起算经过该等待时间后,于该一次侧开关的跨压处于谐振谷值时导通。
综上所述,在本案的各实施态样中,通过根据负载状态信号,设定等待时间,即能精确地控制一次侧开关于谐振谷值时导通,完成能量的转换。
附图说明
图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的示意图。
图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的电压电流信号波形图。
图3为根据本发明内容部分实施例所绘示的负载状态信号与等待时间的时间长度的关系图。
图4A为本发明内容部分实施例所绘示的重载模式波形示意图。
图4B为本发明内容部分实施例所绘示的中等负载模式波形示意图。
图4C为本发明内容部分实施例所绘示的轻载模式波形示意图。
图5为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的电压电流信号波形图。
图6为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的示意图。
图7为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的电压电流信号波形图。
图8为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的示意图。
图9为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器的电压电流信号波形图。
图10为根据本发明内容部分实施例所绘示的控制方法的流程图。
其中,附图标记为:
100 变换器
110 变压器
120 负载检测电路
130 状态检测电路
131 比较器
132 信号处理电路
140 控制电路
141 谷值检测电路
142 峰值检测电路
150 箝位电路
Vin 输入电压
Vo 输出电压
V1 电压源
Vref 参考电压
R1、R2 电阻
R3 箝位电阻
D1 二极管
D2 二次侧整流电路
Lk 漏电感
Lm 激磁电感
Co 输出电容
C1 寄生电容
C3 箝位电容
Cs 感应电容
S1 一次侧开关
S2 二次侧开关
M1 一次侧主绕组
M2 二次侧主绕组
M3 一次侧辅助绕组
Va 电压
Ia 电流
Ip 一次侧电流
Is 二次侧电流
Vds1 跨压
Vds2 跨压
Vaux 跨压
Load 负载
Sa 触发信号
Sc1 第一控制信号
Sc2 第二控制信号
Vy 导通信号
Vfb 负载状态信号
TB_start 起始信号
Ts 工作周期
TB1~TB6 等待时间
V10~V61 临界值
S01~S04 步骤
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说,在本发明部分实施方式中,这些实务上的细节是非必要的。此外,为简化图式起见,一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。
于本文中,当一元件被称为「连接」或「耦接」时,可指「电性连接」或「电性耦接」。「连接」或「耦接」亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外,虽然本文中使用「第一」、「第二」、…等用语描述不同元件,该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明,否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位,亦非用以限定本发明。
请参考图1,图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器100的示意图。如图1所示,变换器100用以将自输入电压源接收的输入电压Vin转换为输出电压Vo输出至负载Load。在部分实施例中,变换器100可为反激型变换器(Flyback Converter),但本案并不以此为限。
如图1所示,在部分实施例中,变换器100包含变压器110、一次侧开关S1、负载检测电路120、状态检测电路130及控制电路140,变压器110包括一次侧主绕组M1及二次侧主绕组M2,在结构上,一次侧主绕组M1的第一端电性连接至输入电压Vin的正极端,一次侧主绕组M1的第二端通过一次侧开关S1电性连接至一次侧接地端(或输入电压Vin的负极端)。二次侧主绕组M2的第一端电性连接至输出电容Co的第一端,二次侧主绕组M2的第二端电性耦接至输出电容Co的第二端。变压器110用以将所接收的电能自一次侧主绕组M1传输至二次侧主绕组M2。
本揭露内容是通过一次侧开关S1的导通及关断,将输入电压Vin转换为输出电压Vo,再将输出电压Vo输出至负载Load。在部分实施例中,一次侧开关S1的第一端电性连接至变压器110的一次侧主绕组M1的第二端。一次侧开关S1的第二端电性连接至输入电压Vin的负极端。换言之,一次侧开关S1电性连接于一次侧主绕组M1与一次侧接地端之间。一次侧开关S1的控制端用以接收一第一控制信号Sc1,用以选择性地导通或关断一次侧开关S1。举例来说,在部分实施例中,当第一控制信号Sc1具有第一准位(如:高准位时),一次侧开关S1导通。相对地,当第一控制信号Sc1具有第二准位(如:低准位时),一次侧开关S1关断。
具体来说,当一次侧开关S1导通时,变压器110会逐渐产生一次侧电流Ip流经一次侧主绕组M1,并相应地将能量储存于变压器110中;此时,变压器110的一次侧主绕组M1和二次侧主绕组M2极性相反,且没有能量自一次侧主绕组M1转移至二次侧主绕组M2,负载Load所接收到的能量是由输出电容Co所提供。
在部分实施例中,变换器100尚包括二次侧整流电路D2,二次侧整流电路D2电性连接于二次侧主绕组M2的第一端及输出电容Co的第一端之间。当变压器110的一次侧主绕组M1和二次侧主绕组M2极性相反时,二次侧整流电路D2维持关断,不会有电流通过。在其他部分实施例中,二次侧整流电路D2可设置于二次侧主绕组M2的第二端与输出电容Co的第二端之间。
相对地,当一次侧开关S1关断时,绕组的极性反转,此时二次侧整流电路D2将导通,使得变压器110的磁化电流自一次侧主绕组M1转移至二次侧主绕组M2,形成二次侧电流Is,二次侧电流Is能流经二次侧整流电路D2,使储存于变压器110的能量经由导通的二次侧整流电路D2,传递至负载Load以及输出电容Co。在部分实施例中,二次侧整流电路D2包括二次侧开关S2,二次侧开关S2连接于二次侧主绕组M2及负载Load之间,且二次侧开关S2的控制端能接收第二控制信号Sc2,以被控制于导通或关断状态。而在其他部分实施例中,二次侧整流电路D2可为一整流二极管或其他元件。
在变压器110的能量逐渐传递至负载Load及输出电容Co的过程中,二次侧电流Is逐渐降低。由于一次侧主绕组M1具有漏电感Lk及激磁电感Lm,因此,当二次侧电流Is归零时,一次侧开关S1本身的寄生电容C1会与激磁电感Lm会产生谐振,造成一次侧开关S1的跨压Vds1相应产生振荡。此时,可通过第一控制信号Sc1,重新使该一次侧开关S1导通,使变压器110再次产生一次侧电流Ip流经一次侧主绕组M1,将能量再次储存于变压器110中,如此,通过反复地控制一次侧开关S1与二次侧开关S2的导通或关断,即可使变换器100将输入电压Vin转换为输出电压Vo输出至负载Load。
然而,为了确保一次侧开关S1于导通时,不会产生过多的能量耗损,一次侧开关S1的最佳导通时机,当一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值(俗称波谷或谷底)的时刻。在本揭露内容中,该状态检测电路130用以检测出基准时间点,基准时间点对应于二次侧主绕组M2上的二次侧电流Is归零的时刻,且负载检测电路120用以检测负载Load的负载状态,并相应输出负载状态信号Vfb。控制电路140可根据负载状态信号Vfb,确认变换器100当前的负载状态为轻载、中等负载或重载,进而设定等待时间。控制电路140能自基准时间点开始计时,经过等待时间后,再判断一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值的时刻,输出第一控制信号Sc1,以导通一次侧开关S1。
据此,由于控制电路140根据负载状态,以二次侧电流Is归流的时刻为起始点,设定等待时间,因此,等待时间将不会受到一次侧开关S1的操作频率所影响。本揭露内容的变换器控制方法可兼容于不同开关频率的变换器100,快速、精准地对一次侧开关S1进行控制。
在部分实施例中,变换器100包括箝位电路150,箝位电路150用以在一次侧开关S1截止时,箝位一次侧开关S1的跨压Vds1,箝位电路150与一次侧主绕组M1相并连,包括箝位电阻R3、箝位电容C3及二极管D1。
为进一步说明变换器100的具体操作,请一并参考图2。图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的变换器100的电压电流信号波形图。于图2中,与图1的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解。为方便及清楚说明起见,图2中所绘示的变换器100的电压电流信号将搭配图1所示实施例进行说明,但不以此为限。
如图2所示,在时间点t0时,变换器100处于将变压器110能量传递至负载Load的状态,此时,二次侧电流Is逐渐降低。在时间点t1时,二次侧电流Is归零,第一控制信号Sc1、第二控制信号Sc2皆被控制在低准位,一次侧开关S1的跨压Vds1开始振荡。因此,时间点t1即为本揭露内容所称的「基准时间点」,其判断方式将于后文详述。
在本实施例中,负载检测电路120于时间点t0~t1的阶段中,判断出变换器100处于重载状态,因此,控制电路140将等待时间设为零,因此,当控制电路140判断一次侧开关S1的跨压Vds1开始振荡,且第一次处于谐振谷值时(时间点t2),即立刻输出第一控制信号Sc1(即,将其提升至高准位),以导通一次侧开关S1。
在时间点t2~t3的过程中,第一控制信号Sc1处于高准位,一次侧开关S1导通,供一次侧电流Ip流过,因此一次侧开关S1两端(即:源极端与汲极端)的跨压Vds1接近为零。此时二次侧整流电路D2通过该第二控制信号Sc2维持关断,因此电流Is为零。
接着,于时间点t3~t4时,第一控制信号Sc1自高准位切换至低准位,一次侧开关S1相应关断,一次侧电流Ip消失。此时一次侧开关S1两端(即:源极端与汲极端)开始承受跨电压,跨压Vds1从低准位切换至高准位。此期间二次侧整流电路D2能通过第二控制信号Sc2导通,使二次侧电流Is形成,但随着储存于变压器110上的能量转移至负载Load,二次侧电流Is将会由最大值逐渐下降至零。
在部分实施例中,于时间点t3~t4时,负载检测电路120能检测该变换器100目前处于中等负载的状态,因此,在时间点t4时,该控制电路140将设定一等待时间,并开始计时,在等待时间过后,且一次侧开关S1的跨压Vds1再次处于谐振谷值时(如图2中的时间点t5),才再次发送第一控制信号Sc1,将一次侧开关S1导通。前述时间点t2~t5可视为该变换器100的一工作周期,通过反复地控制一次侧开关S1与二次侧开关S2的导通或关断,即可使变换器100将输入电压Vin转换为输出电压Vo输出至负载Load。
在部分实施例中,变换器100可根据负载状态信号Vfb设定不同的等待时间,且等待时间随着负载减小而增大,亦即,等待时间与负载状态信号的大小成反比关系。例如,变换器100可工作在:重载模式、中等负载模式及轻载模式。当变换器100处于重载模式时,控制电路140选择一重载时间作为等待时间;当变换器100处于中等负载模式时,控制电路140选择一中等负载时间作为等待时间,且中等负载时间较重载时间为长。变换器100处于轻载模式时,控制电路140选择一轻载时间作为等待时间,且轻载时间较中等负载时间为长,中等负载时间较重载时间为长。变换器处于极轻载模式时,控制电路140将于基准时间点起算,经过等待时间后,立即发送一导通信号,以导通一次侧开关S1。
请参阅图3所示,图3为根据本发明内容部分实施例所绘示的负载状态信号Vfb与等待时间的时间长度的关系图,其中,横轴的负载状态信号Vfb用以代表变换器100的负载状态,纵轴的等待时间则代表应设定的等待时间。如图3所示,该关系图的特性线呈现一阶梯状,对应至横轴上的多个临界值V10、V11、V21、V20~V60、V61及纵轴上的多个等待时间TB1~TB6。
控制电路140会随着阶梯状的关系线,调整等待时间的时间长度。如图3所示,当负载状态信号Vfb下降至低于临界值V21时,控制电路140会将等待时间由TB1改为TB2,而当负载状态信号Vfb上升至高于临界值V20时,控制电路140会将等待时间从TB2恢复至TB1。当负载状态越重(即:负载状态信号Vfb越高)时,等待时间越短。相对地,当负载状态越轻(即:负载状态信号Vfb越低)时,等待时间越长。如此一来,控制电路140便可根据负载状态信号Vfb调整等待时间的长度。
请参阅第4A~4C图所示,分别为变换器100处于「重载模式」、「中等负载模式」及「轻载模式」的示意图。如图4A所示,在重载模式时,由于等待时间为零,即,控制电路140内的一等待信号TB0会始终保持在高电位,使控制电路140一旦判断出一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值,控制电路140会立即发送第一控制信号Sc1,导通一次侧开关S1,并形成一工作周期Ts。在部分实施例中,控制电路140通过谷值检测电路141检测一次侧开关S1的跨压Vds1,且在判断出一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值时,产生一导通信号Vy至控制电路140。同理,如图4B所示,在中等负载模式时,控制电路140会在自基准时间点起算,经过等待时间后,将等待信号TB2为高电位,此时,当谷值检测电路141判断出一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值时,控制电路140才导通一次侧开关S1。如图4C所示,在极轻载模式时,由于一次侧开关S1的跨压Vds1会随震荡越来越小,因此,该控制电路140会自基准时间点起算,经过等待时间后,直接发送导通信号Vy导通一次侧开关S1。
请参阅图1及图5。如图中所示,在部分实施例中,由于二次侧电流Is归零时,一次侧开关S1的跨压Vds1亦会同时开始震荡,因此,在部分实施例中,状态检测电路130检测一次侧开关S1的跨压Vds1,并将一次侧开关S1的跨压Vds1开始震荡的时间点,记录为基准时间点。
在部分实施例中,状态检测电路130包括感应电容Cs及比较器131,感应电容Cs的第一端电性连接至一次侧主绕组M1与一次侧开关S1之间,感应电容Cs的第二端电性连接至比较器131的第一端。比较器131的第一端尚电性连接有电压源V1、电阻R1、R2。在一次侧开关S1的跨压Vds1开始震荡时,感应电容Cs上将产生相应的电压Va及电流Ia变化,使得比较器131相应输出起始信号TB_start至控制电路140,以记录基准时间点。在部分实施例中,状态检测电路130尚包括信号处理电路132,信号处理电路132连接至比较器131的输出端,且比较器131的第二端则电性连接至参考电压Vref。如此一来,当一次侧开关S1的跨压Vds1开始震荡,且低于参考电压Vref时,比较器131便会输出触发信号Sa至信号处理电路132,再通过信号处理电路132,输出起始信号TB_start。
请参阅图6。图6为根据本发明内容其他部分实施例所绘示的变换器100的示意图。于图3中,与图1的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解,且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明,若非与图3的元件间具有协同运作关系而必要介绍者,于此不再赘述。
和图1所示实施例相比,在图6所示实施例中,变压器110尚包括一次侧辅助绕组M3,状态检测电路130包括比较器131。一次侧辅助绕组M3的两端分别连接至比较器131的第一输入端及一次侧接地端。为方便说明起见,请一并参阅图7。图7为根据本发明内容部分实施例所绘示,相应于图6中的变换器100的电压电流信号波形图。如图7所示,当二次侧电流Is归零时,一次侧主绕组M1及一次侧辅助绕组M3的跨压Vds1、Vaux会同时开始震荡。此时,比较器131将通过信号处理电路132,输出起始信号TB_start至控制电路140,以记录该基准时间点。在部分实施例中,比较器131的第二输入端连接至一次侧接地端,使得在一次侧辅助绕组M3的跨压Vaux开始震荡,且跨压Vaux通过零交越点时,比较器131能输出触发信号Sa至信号处理电路132,再通过信号处理电路132,输出起始信号TB_start至控制电路140,以记录该基准时间点。亦即,在该实施例中,基准时间点为跨压Vaux通过零交越点时刻。
在部分实施例中,状态检测电路130亦可检测二次侧开关S2的跨压Vds2,并将二次侧开关S2的跨压Vds2开始震荡的时间点,记录为基准时间点。请参阅图8及图9。图8为根据本发明内容其他部分实施例所绘示的变换器100的示意图。图9为根据本发明内容部分实施例所绘示,相应于图8中的变换器100的电压电流信号波形图。如图8所示,在部分实施例中,变换器100包括信号处理电路132,且负载检测电路120、状态检测电路130及峰值检测电路142整合于信号处理电路132中。信号处理电路132电性连接至二次侧开关S2的两端,以检测二次侧开关S2的跨压Vds2,使得负载检测电路120、状态检测电路130及峰值检测电路142可根据二次侧开关S2的跨压Vds2输出相应的负载状态信号Vfb、起始信号TB_start、导通信号Vy。
状态检测电路130电性连接至二次侧开关S2的两端,以检测二次侧开关S2的跨压Vds2。如图9所示,当二次侧电流Is归零时,二次侧开关S2的跨压Vds2亦会开始震荡,且其震荡的相位与一次侧开关S1的跨压Vds1相反。藉由判断二次侧开关S2的跨压Vds2开始震荡的时刻,状态检测电路130亦可通过信号处理电路132,输出起始信号TB_start,以记录基准时间点。
负载检测电路120的连接关系和具体结构并非本案的限制,本领域技术人员可明白负载检测电路120的配置方式,故在此不另赘述。在部分实施例中,如图8及图9所示,负载检测电路120检测二次侧开关S2的跨压Vds2的负峰值,且根据二次侧开关S2的跨压Vds2的负峰值,输出负载状态信号Vfb。请参阅下列公式:
Vfb=K1×Rcs×Ipk
Isk=n×Ipk
Vds2min=Rds×Isk
上述三个公式中,K1为一系数、Rcs为负载检测电路120中的电流检测电阻、n为变压器110的匝数比、Rds为二次侧开关S2的导通电阻值、Isk为二次侧电流Is的峰值、Ipk为一次侧电流Ip的峰值、Vds2min为二次侧开关S2的跨压Vds2的负峰值。根据该等公式,能整理出Vds2min与负载状态信号Vfb间的关系:Vds2min=Rds×Isk。因此,负载检测电路120即可根据二次侧开关S2的跨压Vds2的负峰值,输出负载状态信号Vfb。
由于,二次侧开关S2会与一次侧开关S1同时发生震荡,因此,在部分实施例中,控制电路140能通过峰值检测电路142,检测二次侧开关S2的跨压Vds2处于谐振峰值的状态。如图9所示,二次侧开关S2的跨压Vds2处于谐振峰值的时间点,将等同于一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值的时间点,控制电路140能使一次侧开关S1自基准时间点起算,经过等待时间后,于二次侧开关S2的跨压Vds2处于谐振峰值时,输出第一控制信号Sc1,以导通一次侧开关S1。
请参考图10,图10为根据本发明内容部分实施例所绘示的控制方法的流程图。为方便及清楚说明起见,下述控制方法是配合第1、6及8图所示实施例进行说明,但不以此为限,任何熟悉本领域的相关技术人员,在不脱离本案的精神和范围内,当可对作各种更动与润饰。
首先,在步骤S01中,负载检测电路120检测负载Load的负载状态,并相应输出负载状态信号Vfb。负载状态信号Vfb用以反应出变换器100中的变压器110输出能量至该负载Load时,输出功率的大小。在部分实施例中,如图1所示,负载检测电路120检测负载Load两端的电压,在部分实施例中,如图8所示,负载检测电路120检测二次侧开关S2的跨压Vds2,以推算出负载状态信号Vfb。
在步骤S02中,控制电路140接收负载状态信号Vfb,并根据负载状态信号Vfb,设定等待时间。等待时间的长度能随着变换器100的重载、中等负载、轻载状态或极轻载状态而改变。
在步骤S03中,状态检测电路130检测基准时间点。基准时间点对应于变压器110的二次侧主绕组M2上的二次侧电流Is归零的时刻。在部分实施例中,请参阅图1所示,当二次侧电流Is归零时,一次侧开关S1的跨压Vds1将因谐振而同时产生震荡,因此,状态检测电路130检测一次侧开关S1的跨压Vds1,并将一次侧开关S1的跨压Vds1开始震荡的时间点,记录为基准时间点。在部分实施例中,如图8所示,当二次侧电流Is归零时,二次侧开关S2的跨压Vds2亦将因谐振而同时产生震荡,因此,状态检测电路130检测二次侧开关S2的跨压Vds2,并将二次侧开关S2的跨压Vds2开始震荡的时间点,记录为基准时间点。
在步骤S04中,控制电路140对一次侧开关S1输出第一控制信号Sc1,以选择性地导通或关断一次侧开关S1,使一次侧开关S1自基准时间点起算经过等待时间后,于一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值时导通。在部分实施例中,如图1所示,控制电路140通过谷值检测电路141,检测出一次侧开关S1的跨压Vds1处于谐振谷值的时刻。在部分实施例中,如图8及图9所示,由于二次侧开关S2的跨压Vds2亦会在二次侧电流Is归零时产生震荡,且震荡的相位与一次侧开关S1的跨压Vds1相反,因此,控制电路140能检测二次侧开关S2的跨压Vds2处于谐振峰值的时间点,发送第一控制信号Sc1,以导通一次侧开关S1。
虽然本发明内容已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明内容,任何熟悉本领域的相关技术人员,在不脱离本发明内容的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本发明内容的保护范围当视所附权利要求的保护范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种变换器,其特征在于,包括:
一变压器,包含一一次侧主绕组与一二次侧主绕组;
一一次侧开关,电性连接于该一次侧主绕组及一一次侧接地端之间;
一负载检测电路,用以检测一负载的一负载状态并相应输出一负载状态信号;
一状态检测电路,用以检测该一次侧开关的跨压开始震荡的时间点,或者二次侧开关的跨压开始震荡的时间点,或者二次侧电流归零的时间点,并将所述时间点作为一基准,设置一基准时间点;及
一控制电路,用以输出一控制信号选择性地导通或关断该一次侧开关,其中该控制电路用以根据该负载状态信号,设定一等待时间,使该一次侧开关自该基准时间点起算经过该等待时间后,于该一次侧开关的跨压处于谐振谷值时导通该一次侧开关。
2.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该等待时间与该负载状态信号的大小成反比。
3.如权利要求2所述的变换器,其特征在于,该变换器处于极轻载时,该控制电路将于该基准时间点起算,经过该等待时间后,发送一导通信号,导通该一次侧开关。
4.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该状态检测电路包括一感应电容及一比较器,该感应电容的一第一端电性连接至该一次侧主绕组与该一次侧开关之间,该感应电容的一第二端电性连接至该比较器,在该一次侧开关的跨压开始震荡时,该感应电容上将产生相应的电压及电流变化,使得该比较器相应输出一起始信号至该控制电路以记录该基准时间点。
5.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该变压器包括一一次侧辅助绕组,该状态检测电路包括一比较器;该一次侧辅助绕组的两端分别连接至该比较器的一第一输入端及该一次侧接地端,在该一次侧辅助绕组的跨压开始震荡后,该比较器将输出一起始信号至该控制电路以记录该基准时间点。
6.如权利要求5所述的变换器,其中,该比较器的一第二输入端连接至该一次侧接地端,使得该比较器于该一次侧辅助绕组的跨压开始震荡,且通过零交越点时输出该起始信号至该控制电路以记录该基准时间点。
7.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,更包含:
一二次侧整流电路,电性连接该二次侧主绕组,在该二次侧整流电路导通期间,一二次侧电流流经该二次侧整流电路。
8.如权利要求7所述的变换器,其特征在于,该二次侧整流电路包括所述二次侧开关,该二次侧开关连接于该二次侧主绕组及该负载之间。
9.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该负载检测电路检测该二次侧开关的跨压的负峰值,且根据该二次侧开关的跨压的负峰值,输出该负载状态信号。
10.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该控制电路通过一峰值检测电路,检测该二次侧开关的跨压处于谐振峰值的状态,使该一次侧开关自该基准时间点起算经过该等待时间后,于该二次侧开关的跨压处于谐振峰值时导通该一次侧开关。
11.如权利要求1所述的变换器,其特征在于,该控制电路通过一谷值检测电路,检测该一次侧开关的跨压处于谐振谷值的状态。
12.一种变换器的控制方法,其特征在于,包括:
通过一负载检测电路,检测一负载的一负载状态,并相应输出一负载状态信号;
通过一控制电路,根据该负载状态信号,设定一等待时间;
通过一状态检测电路,检测一次侧开关的跨压开始震荡的时间点,或者二次侧开关的跨压开始震荡的时间点,或者二次侧电流归零的时间点,并将所述时间点作为一基准,设置一基准时间点;及
通过该控制电路,对一变换器中的一一次侧开关输出一控制信号,以选择性地导通或关断该一次侧开关,使该一次侧开关自该基准时间点起算经过该等待时间后,于该一次侧开关的跨压处于谐振谷值时导通。
13.如权利要求12所述的控制方法,其特征在于,尚包括:
通过一感应电容,检测该一次侧开关的跨压的震荡;及
通过一比较器,检测出该感应电容上产生电压及电流变化时,输出一起始信号至该控制电路,以记录该基准时间点。
14.如权利要求12所述的控制方法,其特征在于,尚包括:
通过一比较器,在检测出该变换器中的一变压器的一一次侧辅助绕组的跨压开始震荡后,输出一起始信号至该控制电路,以记录该基准时间点。
15.如权利要求14所述的控制方法,其特征在于,该比较器检测该一次侧辅助绕组的跨压开始震荡,且通过零交越点时,输出该起始信号至该控制电路。
16.如权利要求12所述的控制方法,其特征在于,该等待时间与该负载状态信号的大小成反比。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI726465B (zh) * 2019-10-30 2021-05-01 宏碁股份有限公司 能夠降低輸出電容維持時間之電源供應器
TWI717233B (zh) * 2020-03-13 2021-01-21 群光電能科技股份有限公司 低功率消耗之保護電路
CN111555629B (zh) * 2020-05-14 2022-12-20 成都芯源系统有限公司 谐振变换器及其控制电路和控制方法
CN112104209B (zh) * 2020-08-18 2022-06-21 晶艺半导体有限公司 一种准谷底控制电路和方法及其开关变换器
US11804783B2 (en) * 2022-02-01 2023-10-31 Silanna Asia Pte Ltd Dynamic intra-pulse-sequence switch transition-time controller

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW497327B (en) * 2000-07-27 2002-08-01 Wonderland Internat Inc Simple flyback synchronous rectifier power supply
CN101557171A (zh) * 2008-04-11 2009-10-14 崇贸科技股份有限公司 切换式控制电路
CN103166459A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 上海北京大学微电子研究院 频率控制器和开关电源频率控制方法
CN103236795A (zh) * 2013-05-10 2013-08-07 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 同步整流控制电路以及方法
CN103687192A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 三垦电气株式会社 开关电源装置
CN103812362A (zh) * 2012-11-14 2014-05-21 光宝科技股份有限公司 返驰式电源转换器与电子装置
CN104467431A (zh) * 2013-09-18 2015-03-25 产晶积体电路股份有限公司 动态频率调节电源控制装置
CN104734542A (zh) * 2013-12-18 2015-06-24 绿达光电股份有限公司 在电压波谷的谷底切换的电源控制器以及相关的控制方法
CN104953835A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 三垦电气株式会社 Dc/dc转换器
CN105262340A (zh) * 2014-07-18 2016-01-20 绿达光电股份有限公司 电源控制器以及相关的控制方法
CN105305825A (zh) * 2014-07-18 2016-02-03 绿达光电股份有限公司 电源控制器以及相关的控制方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7564903B2 (en) * 2005-10-07 2009-07-21 System General Corp. Method and apparatus for measuring reflected voltage of transformer
US7898823B2 (en) 2007-05-08 2011-03-01 Leadtrend Technology Corp. Quasi-resonant fly-back converter without auxiliary winding
JP5397024B2 (ja) * 2008-09-16 2014-01-22 富士電機株式会社 スイッチング電源装置、スイッチング電源制御回路およびスイッチング電源装置の制御方法
TWI393336B (zh) * 2008-09-18 2013-04-11 Leadtrend Tech Corp 返馳式交換電源供應器及其控制方法
US9069020B2 (en) * 2012-10-24 2015-06-30 Infineon Technologies Ag Method and a circuit arrangement for determining a demagnetization zero current time
JP6075008B2 (ja) * 2012-10-31 2017-02-08 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
CN103414323B (zh) 2013-09-02 2015-10-07 南京埃科孚电子科技有限公司 减小电流控制型开关调节系统中开通时间的电路
CN103944374A (zh) 2014-04-25 2014-07-23 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 原边反馈的pfc恒压驱动控制电路及控制方法
TWM497327U (zh) * 2014-09-01 2015-03-11 Hwa Peng Advertising Design Co Ltd 廣告飾板之結構改良
US10256735B2 (en) * 2015-03-06 2019-04-09 Fairchild Semiconductor Corporation Power supply with near valley switching
CN104836444B (zh) 2015-04-24 2017-07-11 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种自适应消隐时间的控制方法及电路
CN105471270A (zh) 2016-01-22 2016-04-06 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法
US20170288554A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Infineon Technologies Austria Ag Power Converter And Power Conversion Method
TWI587620B (zh) * 2016-05-02 2017-06-11 國立虎尾科技大學 高轉換效率之同步降壓直流-直流轉換器
US9991812B2 (en) * 2016-07-12 2018-06-05 Semiconductor Components Industries, Llc Variable blanking frequency for resonant converters
TWI616660B (zh) * 2017-07-03 2018-03-01 國立中山大學 返馳式整流器之波谷偵測器
US10141830B1 (en) * 2017-10-31 2018-11-27 Semiconductor Components Industries, Llc Burst operation of a switching controller having a plurality of foldback curves

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW497327B (en) * 2000-07-27 2002-08-01 Wonderland Internat Inc Simple flyback synchronous rectifier power supply
CN101557171A (zh) * 2008-04-11 2009-10-14 崇贸科技股份有限公司 切换式控制电路
CN103166459A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 上海北京大学微电子研究院 频率控制器和开关电源频率控制方法
CN103687192A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 三垦电气株式会社 开关电源装置
CN103812362A (zh) * 2012-11-14 2014-05-21 光宝科技股份有限公司 返驰式电源转换器与电子装置
CN103236795A (zh) * 2013-05-10 2013-08-07 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 同步整流控制电路以及方法
CN104467431A (zh) * 2013-09-18 2015-03-25 产晶积体电路股份有限公司 动态频率调节电源控制装置
CN104734542A (zh) * 2013-12-18 2015-06-24 绿达光电股份有限公司 在电压波谷的谷底切换的电源控制器以及相关的控制方法
CN104953835A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 三垦电气株式会社 Dc/dc转换器
CN105262340A (zh) * 2014-07-18 2016-01-20 绿达光电股份有限公司 电源控制器以及相关的控制方法
CN105305825A (zh) * 2014-07-18 2016-02-03 绿达光电股份有限公司 电源控制器以及相关的控制方法

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