CN110707929B - 电源转换装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源转换装置及其控制方法，电源转换装置包含初级侧整流器、主转换器、次级侧整流器、次级侧回授控制器、脉冲宽度调制控制器以及驱动补偿器。初级侧整流器用以产生第一电压。主转换器包含功率晶体管，用以根据控制信号调节第一电压以产生第二电压。次级侧整流器用以根据第二电压产生输出电压。次级侧回授控制器用以根据输出电压产生回授信号。脉冲宽度调制控制器用以根据回授信号产生脉冲宽度调制信号。驱动补偿器包含驱动电阻电路，脉冲宽度调制信号经驱动电阻电路输出控制信号，且驱动补偿器用以根据第一电压调整驱动电阻电路的阻值。本发明有效控制功率晶体的驱动能力，进一步提升电源转换装置的效能，并降低电磁干扰。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电源转换装置及其控制方法，且特别是有关于功率晶体驱动电路的电源转换装置及其控制方法。
背景技术
功率金氧半晶体管是最常被应用于电源转换装置中的电力电子元件，为了让电源转换装置中的功率晶体切换损失降低，切换速度更快的功率晶体管被提出，而为了达到较佳的转换器效率，一般会调整功率晶体的驱动电阻，将驱动电阻的阻值降低，进而提升驱动电流，让功率晶体的导通时间加快，进而达到较小的切换损失，提升转换装置的效率。
但加快功率晶体的导通时间，提升功率晶体导通速度的负面的作用是造成转换装置的二次侧功率元件在截止时的突波增加，且突波电压会随着转换装置的输入电压越大而更为显著，甚至超过功率晶体本身的额定电压，此外，突波电压也会造成电磁干扰降低电源转换装置效能。
因此，如何有效控制功率晶体的驱动能力，进一步提升电源转换装置的效能，并降低电磁干扰，为本领域待改进的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源转换装置，其可有效控制功率晶体的驱动能力，进一步提升电源转换装置的效能，并降低电磁干扰。
本发明的一方面是在提供一种电源转换装置。此电源转换装置包含初级侧整流器、主转换器、次级侧整流器、次级侧回授控制器、脉冲宽度调制控制器以及驱动补偿器。初级侧整流器用以产生第一电压。主转换器包含功率晶体管，用以根据控制信号调节第一电压以产生第二电压。次级侧整流器用以根据第二电压产生输出电压。次级侧回授控制器用以根据输出电压产生回授信号。脉冲宽度调制控制器用以根据回授信号产生脉冲宽度调制信号。驱动补偿器包含驱动电阻电路，脉冲宽度调制信号经驱动电阻电路输出控制信号，且驱动补偿器用以根据第一电压调整驱动电阻电路的阻值。
在部分实施例中，其中驱动补偿器包含：电压侦测电路，耦接于初级侧整流器，用以侦测第一电压；以及驱动补偿电路，耦接于电压侦测电路，用以依据第一电压调整驱动电阻电路的阻值。
在部分实施例中，其中当第一电压具有第一电压值时，阻值为第一阻值，而当第一电压具有第二电压值时，阻值为第二阻值，其中第二阻值高于第一阻值，且第一电压低于第二电压。
在部分实施例中，其中驱动补偿电路包含：第一开关，耦接于脉冲宽度调制控制器；第二开关，耦接于第一开关与脉冲宽度调制控制器；以及第三开关，耦接于第二开关与驱动电阻电路。
在部分实施例中，其中驱动电阻电路包含：第一电阻，耦接于第二开关；以及第二电阻，耦接于第一电阻与第三开关。
在部分实施例中，其中当电压侦测电路侦测到第一电压值时，第一开关与第二开关不导通，且第三开关导通。
在部分实施例中，其中第一电阻与第二电阻并联导通。
在部分实施例中，其中当电压侦测电路侦测到第二电压值时，第一开关导通，且第二开关与第三开关不导通。
在部分实施例中，其中第一电阻导通。
在部分实施例中，其中电压侦测电路包含第一电阻与第二电阻，其中第一电阻与第二电阻互相串联。
本发明的另一方面是在提供一种控制方法，用以控制电源转换装置。此控制方法包含以下步骤：由初级侧整流器产生第一电压；由主转换器根据控制信号调节第一电压以产生第二电压；由次级侧整流器根据第二电压产生输出电压；由次级侧回授控制器根据输出电压产生回授信号；由脉冲宽度调制控制器根据回授信号以产生脉冲宽度调制信号；由驱动补偿器根据第一电压调整驱动电阻电路的阻值；以及脉冲宽度调制信号经驱动电阻电路输出控制信号。
在部分实施例中，包含：由电压侦测电路侦测第一电压；以及由驱动补偿器的驱动补偿电路根据第一电压调整驱动电阻电路的阻值。
在部分实施例中，包含：当第一电压具有第一电压值时，调整阻值为第一阻值；以及当第一电压具有第二电压值时，调整阻值为第二阻值；其中第二阻值高于第一阻值，且第一电压低于第二电压。
在部分实施例中，其中驱动补偿电路包含第一开关、第二开关以及第三开关，其中第一开关耦接于脉冲宽度调制控制器，第二开关耦接于第一开关与脉冲宽度调制控制器，第三开关耦接于第二开关与驱动电阻电路，控制方法还包含：当电压侦测电路侦测到第一电压值时，不导通第一开关与第二开关，并导通第三开关。
在部分实施例中，其中驱动电阻电路包含第一电阻以及第二电阻，其中第一电阻耦接于第二开关，且第二电阻耦接于第一电阻与第三开关，控制方法还包含：并联导通第一电阻与第二电阻。
在部分实施例中，其中驱动补偿电路包含第一开关、第二开关以及第三开关，其中第一开关耦接于脉冲宽度调制控制器，第二开关耦接于第一开关与脉冲宽度调制控制器，第三开关耦接于第二开关与驱动电阻电路，控制方法还包含：当电压侦测电路侦测到第二电压值时，导通第一开关，且不导通第二开关与第三开关。
在部分实施例中，其中驱动电阻电路包含第一电阻以及第二电阻，其中第一电阻耦接于第二开关，且第二电阻耦接于第一电阻与第三开关，控制方法还包含：导通第一电阻。
因此，根据本发明的技术方面，本发明的实施例通过提供一种电源转换装置及其控制方法，借以在低电压或高电压的情况下，通过调整驱动电阻电路的阻值，控制输出至功率晶体管的控制信号的电流大小，并进而控制功率晶体管的导通时间，以提升电源转换装置的效能，并降低电磁干扰。详细而言，在本发明的实施例中，当初级侧整流器输出的电压值较低时，输出至功率晶体管的驱动电流较高，可使功率晶体管的导通时间加快并有较快的切换速度，并进而提升电源转换装置的效率。另一方面，当初级侧整流器输出的电压值较高时，输出至功率晶体管的驱动电流较低，使的突波电压降低，并进而降低电磁干扰。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，结合附图的说明如下：
图1是根据本发明的一些实施例所绘示的一种电源转换装置的示意图；
图2是根据本发明的一些实施例所绘示的一种驱动补偿器的示意图；
图3是根据本发明的一些实施例所绘示的图2中的驱动补偿器的操作示意图；
图4是根据本发明的一些实施例所绘示的图2中的驱动补偿器的操作示意图；以及
图5是根据本发明的一些实施例所绘示的电源转换装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一些实施例所绘示的一种电源转换装置100的示意图。电源转换装置100包含初级侧整流器110、主转换器130、次级侧整流器 150、次级侧回授控制器170、脉冲宽度调制控制器180以及驱动补偿器190。如图1所绘示的电源转换装置100仅作为例示，本发明的实施方式不以此为限。
在连接关系上，初级侧整流器110与主转换器130以及驱动补偿器190 相耦接。主转换器130与次级侧整流器150相耦接。次级侧回授控制器170 与次级侧整流器150相耦接。脉冲宽度调制控制器180与次级侧回授控制器 170以及驱动补偿器190相耦接。
在一些实施例中，如图1所绘示，初级侧整流器110包含初级整流电路 112以及初级滤波电路114。主转换器130包含功率晶体管M0以及电阻R0。次级侧整流器150包含次级整流电路152以及次级滤波电路154。驱动补偿器 190包含电压侦测电路192、驱动补偿电路194以及驱动电阻电路196。
在操作关系上，初级侧整流器110产生电压V1。主转换器130根据控制信号Ctrl调节电压V1以产生电压V2。次级侧整流器150根据电压V2产生输出电压Vout至电子装置900。次级侧回授控制器170根据输出电压Vout产生回授信号。脉冲宽度调制控制器180根据回授信号产生脉冲宽度调制信号 PWM。脉冲宽度调制信号PWM经驱动电阻电路196输出控制信号Ctrl。
关于驱动补偿器190的详细结构与操作方式，将在以下配合图2至图4 一并说明。
请参阅图2。图2是根据本发明的一些实施例所绘示的一种驱动补偿器 190的示意图。如图2所绘示，驱动补偿器190包含电压侦测电路192、驱动补偿电路194以及驱动电阻电路196。在连接关系上，电压侦测电路192耦接于初级侧整流器110，驱动补偿电路194耦接于电压侦测电路192以及脉冲宽度调制控制器180。驱动电阻电路196耦接于脉冲宽度调制控制器180以及驱动补偿电路194。
在操作关系上，电压侦测电路192用以侦测电压V1，驱动补偿电路194 用以依据电压V1调整驱动电阻电路196的阻值。
如图2所绘示。电压侦测电路192包含电阻R1、R2。电阻R1与电阻R2 互相串联。驱动补偿电路194包含开关Q1、Q2以及Q3。在连接关系上，开关Q1耦接于脉冲宽度调制控制器180。开关Q2耦接于开关Q1与脉冲宽度调制控制器180。开关Q3耦接于开关Q2与驱动电阻电路196。
在一些实施例中，驱动补偿电路194还包含电阻R3、R4与R5。开关Q1 经由电阻R3耦接至脉冲宽度调制控制器180。开关Q2经由电阻R4耦接至开关Q3。
请再参阅图2。驱动电阻电路196包含电阻R6、R7。电阻R7通过电阻 R5及电阻R4耦接于第二开关Q2。电阻R6耦接于电阻R7与开关Q3。
在一些实施例中，开关Q1、Q2可以是P型金氧半晶体管(PMOS)或N型金氧半晶体管(NMOS)。在一些实施例中，开关Q3可以是NPN型晶体管或 PNP型晶体管。为了方便说明，在本发明的实施方式中以N型金氧半晶体管 (NMOS)与PNP型晶体管作为例示说明的用，然而本发明的实施方式不以上述为限。
在一些实施例中，当初级侧整流器110输出的电压V1高于电压阈值时，驱动电阻电路196的阻值为第一阻值。而当初级侧整流器110输出的电压V1 低于电压阈值时，驱动电阻电路196的阻值为第二阻值。关于初级侧整流器 110输出的电压V1与驱动电阻电路196的阻值之间的关系，将在以下配合图 3与图4详细说明。
请参阅图3。图3是根据本发明的一些实施例所绘示的图2中的驱动补偿器190的操作示意图300。
如图3所绘示，当初级侧整流器110输出的电压V1的电压值VL低于电压阈值时，电阻R1、R2之间的节点N1的分压较低，无法导通开关Q1。此时脉冲宽度调制控制器180输出脉冲宽度调制信号PWM，此脉冲宽度调制信号PWM经由电阻R3传送至开关Q2的栅极，以导通开关Q2。开关Q2导通后将开关Q3的集极端电平拉至接地，因此开关Q3导通。开关Q3导通后将使得电阻R6、R7并联导通。电阻R6、R7并联导通后，驱动电阻电路196的阻值降低，使得驱动补偿器190输出至主转换器130的功率晶体管M0的控制信号Ctrl所包含的驱动电流增加。
由上述可知，在本发明的实施例中，当初级侧整流器110输出的电压V1 的电压值较低时，输出至功率晶体管M0的控制信号Ctrl所包含的驱动电流较高。驱动电流较高可使功率晶体管M0的导通时间加快，并进而使功率晶体管M0有较快的切换速度。如此一来，可提升电源转换装置100的效率。
请参阅图4。图4是根据本发明的一些实施例所绘示的图2中的驱动补偿器190的操作示意图400。
如图4所绘示，当初级侧整流器110输出的电压V1的电压值VH高于电压阈值时，电阻R1、R2之间的节点N1的分压较高，开关Q1导通。开关Q1 导通后，开关Q2的栅极端的信号被拉至地电平，使得开关Q2无法导通，开关Q2无法导通将使得开关Q3也无法导通，因此电流仅流过电阻R7，而不流过电阻R6。此时，驱动补偿器190的阻值只有电阻R7的电阻值，驱动补偿器190输出至主转换器130的功率晶体管M0的控制信号Ctrl所包含的驱动电流降低。
一般而言，当功率晶体管M0的导通速度加快后，会造成次级侧的元件在截止时的突波电压增加，且于初级侧整流器110输出的电压V1的电压值越高时，突波电压越显著，而较高的突波电压会造成电磁干扰。然而，由上述可知，在本发明的实施例中，当初级侧整流器110输出的电压V1的电压值较高时，可有效降低输出至功率晶体管M0的控制信号Ctrl所包含的驱动电流。驱动电流降低可降低突波电压，并降低电磁干扰。
综上所述，在本发明的实施方式中，当初级侧整流器110输出的电压V1 为低压时，控制信号Ctrl所包含的驱动电流较高，使得功率晶体管M0的导通时间较短且切换速度较快，进而降低切换损失，并提升电源转换装置100 的效能。反之，当初级侧整流器110输出的电压V1为高压时，控制信号Ctrl 所包含的驱动电流较低，可降低突波电压，并进而降低电磁干扰。
在一些实施例中，低于电压阈值的低电压值可为100V、110V、120V等，而高于电压阈值的高电压值可为大陆常用的220V等。也就是说，本发明的实施例所提出的电源转换装置100可适用于不同电压值的电压源。以上所述的低电压值与高电压值仅作为例示之用，本发明的实施方式将不以上述为限。
在一些实施例中，可通过设计驱动补偿电路194的开关Q1的驱动阈值以控制电压阈值。也就是说，可通过设计驱动补偿电路194的开关Q1的驱动阈值，使得当电压V1为高电压时，节点N1的分压值高于开关Q1的驱动阈值，并进而导通开关Q1。反之，当电压V1为低电压时，节点N1的分压值低于开关Q1的驱动阈值，此时开关Q1将无法导通。
请参阅图5。图5是根据本发明的一些实施例所绘示的电源转换装置100 的控制方法500的流程图。控制方法500包含步骤S510至S570。
为使本发明实施例的电源转换装置100的控制方法500易于理解，请一并参阅图1以及图5。
在步骤S510中，产生第一电压。在一些实施例中，步骤S510可由如图1 所示的初级侧整流器110执行。举例而言，初级侧整流器110产生电压V1，并输出电压V1至驱动补偿器190与主转换器130。
在步骤S520中，根据控制信号调节第一电压以产生第二电压。在一些实施例中，步骤S520可由如图1所示的主转换器130执行。举例而言，驱动补偿器190输出控制信号Ctrl至主转换器130，主转换器130根据控制信号Ctrl 调节电压V1以产生电压V2。
在步骤S530中，根据第二电压产生输出电压。在一些实施例中，步骤S530 可由如图1所示的次级侧整流器150执行。举例而言，次级侧整流器150接收电压V1并依据电压V2产生输出电压Vout。
在步骤S540中，根据输出电压产生回授信号。在一些实施例中，步骤S540 可由如图1所示的次级侧回授控制器170执行。举例而言，次级侧回授控制器170接收输出电压Vout并依据输出电压Vout产生回授信号。
在步骤S550中，根据回授信号产生脉冲宽度调制信号。在一些实施例中，步骤S550可由如图1所示的脉冲宽度调制控制器180执行。举例而言，脉冲宽度调制控制器180接收回授信号并依据回授信号产生脉冲宽度调制信号PWM，接着，将脉冲宽度调制信号PWM输出至驱动补偿器190的驱动补偿电路194与驱动电阻电路196。
在步骤S560中，根据第一电压调整驱动电阻电路的阻值。在一些实施例中，步骤S560可由如图1所示的驱动补偿器190执行。举例而言，驱动补偿器190根据电压V1调整驱动电阻电路196的阻值。
在一些实施例中，详细而言，请一并参阅图3至图4。如图3所示，当初级侧整流器110输出的电压V1的电压值VL低于电压阈值时，电阻R1、R2 之间的节点N1的分压较低，无法导通开关Q1。此时脉冲宽度调制控制器180 输出脉冲宽度调制信号PWM，此脉冲宽度调制信号PWM经由电阻R3传送至开关Q2的栅极，以导通开关Q2。开关Q2导通后将开关Q3的集极端电平拉至接地，因此开关Q3导通。开关Q3导通后将使得电阻R6、R7并联。电阻R6、R7并联后，驱动电阻电路196的阻值降低，使得驱动补偿器190输出至主转换器130的功率晶体管M0的控制信号Ctrl所包含的驱动电流增加。
另一方面，请一并参阅图4。如图4所绘示，当初级侧整流器110输出的电压V1的电压值VH高于电压阈值时，电阻R1、R2之间的节点N1的分压较高，开关Q1导通。开关Q1导通后，开关Q2的栅极端的信号被拉至地电平，使得开关Q2无法导通，开关Q2无法导通将使得开关Q3也无法导通，因此电流仅流过电阻R7，而不流过电阻R6。此时，驱动补偿器190的阻值只有电阻R7的电阻值，驱动补偿器190输出至主转换器130的功率晶体管M0 的控制信号Ctrl所包含的驱动电流降低。
在步骤S570中，脉冲宽度调制信号经驱动电阻电路输出控制信号。在一些实施例中，步骤S570可由如图1所示的驱动补偿器190执行。举例而言，脉冲宽度调制控制器180输出的脉冲宽度调制信号PWM经由驱动电阻电路 196产生控制信号Ctrl，并输出控制信号Ctrl至功率晶体管M0。
在一些实施例中，初级侧整流器110可以是具有产生电压、整流、滤波或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，主转换器130可以是具有电压转换或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，次级侧整流器150 可以是具有产生电压、整流、滤波或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，次级侧回授控制器170可以是具有信号回授或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，脉冲宽度调制控制器180可以是具有脉冲宽度调制或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，驱动补偿器190可以是具有电压侦测、驱动补偿、电阻调整或其他同等功能的装置或电路。在一些实施例中，电源转换装置100可以是具有电源转换或其他同等功能的装置或电路。
由上述本发明的实施方式可知，本发明的实施例通过提供一种电源转换装置及其控制方法，借以在低电压或高电压的情况下，通过调整驱动电阻电路的阻值，控制输出至功率晶体管的控制信号的电流大小，并进而控制功率晶体管的导通时间，以提升电源转换装置的效能，并降低电磁干扰。
另外，上述例示包含依序的示范步骤，但这些步骤不必依所显示的顺序被执行。以不同顺序执行这些步骤皆在本揭示内容的考量范围内。在本揭示内容的实施例的精神与范围内，可视情况增加、取代、变更顺序及/或省略这些步骤。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (15)
1.一种电源转换装置，其特征在于，包含：
初级侧整流器，用以产生第一电压；
主转换器，包含功率晶体管，用以根据控制信号调节所述第一电压以产生第二电压；
次级侧整流器，用以根据所述第二电压产生输出电压；
次级侧回授控制器，用以根据所述输出电压产生回授信号；
脉冲宽度调制控制器，用以根据所述回授信号产生脉冲宽度调制信号；以及
驱动补偿器，包含驱动电阻电路，其中所述脉冲宽度调制信号经所述驱动电阻电路输出所述控制信号，且所述驱动补偿器用以根据所述第一电压调整所述驱动电阻电路的阻值；
当所述第一电压具有第一电压值时，所述阻值为第一阻值，而当所述第一电压具有第二电压值时，所述阻值为第二阻值，其中所述第二阻值高于所述第一阻值，且所述第一电压值低于所述第二电压值。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述驱动补偿器包含：
电压侦测电路，耦接于所述初级侧整流器，用以侦测所述第一电压；以及
驱动补偿电路，耦接于所述电压侦测电路，用以依据所述第一电压调整所述驱动电阻电路的所述阻值。
3.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述驱动补偿电路包含：
第一开关，耦接于所述脉冲宽度调制控制器；
第二开关，耦接于所述第一开关与所述脉冲宽度调制控制器；以及
第三开关，耦接于所述第二开关与所述驱动电阻电路。
4.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，所述驱动电阻电路包含：
第一电阻，耦接于所述第二开关；以及
第二电阻，耦接于所述第一电阻与所述第三开关。
5.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，当所述电压侦测电路侦测到第一电压值时，所述第一开关与所述第二开关不导通，且所述第三开关导通。
6.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻并联导通。
7.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，当所述电压侦测电路侦测到第二电压值时，所述第一开关导通，且所述第二开关与所述第三开关不导通。
8.如权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一电阻导通。
9.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述电压侦测电路包含第一电阻与第二电阻，其中所述第一电阻与所述第二电阻互相串联。
10.一种控制方法，其特征在于，用以控制电源转换装置，所述控制方法包含：
由初级侧整流器产生第一电压；
由主转换器根据控制信号调节所述第一电压以产生第二电压；
由次级侧整流器根据所述第二电压产生输出电压；
由次级侧回授控制器根据所述输出电压产生回授信号；
由脉冲宽度调制控制器根据所述回授信号以产生脉冲宽度调制信号；
由驱动补偿器根据所述第一电压调整驱动电阻电路的阻值；
所述脉冲宽度调制信号经所述驱动电阻电路输出所述控制信号；
当所述第一电压具有第一电压值时，调整所述阻值为第一阻值；以及
当所述第一电压具有第二电压值时，调整所述阻值为第二阻值；
其中所述第二阻值高于所述第一阻值，且所述第一电压值低于所述第二电压值。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，包含：
由电压侦测电路侦测所述第一电压；以及
由所述驱动补偿器的驱动补偿电路根据所述第一电压调整所述驱动电阻电路的所述阻值。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述驱动补偿电路包含第一开关、第二开关以及第三开关，其中所述第一开关耦接于所述脉冲宽度调制控制器，所述第二开关耦接于所述第一开关与所述脉冲宽度调制控制器，所述第三开关耦接于所述第二开关与所述驱动电阻电路，所述控制方法还包含：
当所述电压侦测电路侦测到一第一电压值时，不导通所述第一开关与所述第二开关，并导通所述第三开关。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述驱动电阻电路包含第一电阻以及第二电阻，其中所述第一电阻耦接于所述第二开关，且所述第二电阻耦接于所述第一电阻与所述第三开关，所述控制方法还包含：
并联导通所述第一电阻与所述第二电阻。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述驱动补偿电路包含第一开关、第二开关以及第三开关，其中所述第一开关耦接于所述脉冲宽度调制控制器，所述第二开关耦接于所述第一开关与所述脉冲宽度调制控制器，所述第三开关耦接于所述第二开关与所述驱动电阻电路，所述控制方法还包含：
当所述电压侦测电路侦测到第二电压值时，导通所述第一开关，且不导通所述第二开关与所述第三开关。
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述驱动电阻电路包含第一电阻以及第二电阻，其中所述第一电阻耦接于所述第二开关，且所述第二电阻耦接于所述第一电阻与所述第三开关，所述控制方法还包含：
导通所述第一电阻。
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