CN1933306A - 功率转换器的具有前馈补偿的启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种功率转换器的启动电路，基于安规功率转换器包含一泄放电阻(bleeding resistor)，以泄放功率转换器的电磁干扰滤波器。为了节省功率与降低元件数量，本发明进一步使用泄放电阻于启动和前馈补偿。本发明包含一输入端，用于耦接泄放电阻；一分压电路，其耦接输入端；一取样保存电路，其自分压电路取样及保存一电压讯号；一低通滤波器，其耦接取样保存电路，以依据电压讯号产生一偏移讯号，偏移讯号传送至一限制电路，以产生一限制讯号，而用于限制功率转换器的切换电流。

Description

功率转换器的具有前馈补偿的启动电路
技术领域
本发明是有关于一种功率转换器，特别是指一种切换式功率转换器的控制电路。
背景技术
按，切换式功率转换器为一种传统技术，用于控制输出功率以达到调整的目的。一般而言，功率转换器内建有多种保护功能，例如过电压保护与过电流保护等，以保护功率转换器及所连接的电路而避免受到永久性损害。输出功率限制功能一般常用于过负载保护与短路保护。
请参阅图1，其为一传统切换式功率转换器的电路图。如图所示，传统切换式功率转换器是使用一控制电路50。当电源开启，一输入电压VDC经由一串联的启动电阻30充电一启动电容65，以提供一供应电压VCC。启动电容65耦接于控制电路50的供应端VCC。供应电压VCC达到临界电压时，功率转换器会开始运作且控制电路50的输出端OUT开始输出输出一切换讯号VPWM而驱动功率转换器。功率转换器启动之后，一变压器20的辅助绕组透过一整流器60提供供应电压VCC。
一功率电晶体10，其耦接于变压器20的一次侧绕组与控制电路50的输出端OUT，功率电晶体10依据切换讯号VPWM切换变压器20，以控制功率转换器的输出功率。一电阻15，其串联于功率电晶体10，而决定功率转换器的最大输出功率。此方法是耦接一电阻40于控制电路50的电流感测端VS。若电压VS超过一最大临界值，控制电路50将会禁能切换讯号VPWM，以限制功率转换器的最大输出功率。然而，最大输出功率会受到一回应时间TD影响，此时间是指位在电流感测端VS的电压VS被侦测高于最大临界值时，控制电路50的切换讯号VPWM会再经过一延迟时间TD后才截止。延迟时间TD是依据输入电压VDC的变化而造成不同的过功率保护。
一电阻35，其耦接于输入电压VDC与电流感测端VS之间，以用于前馈补偿。前馈补偿用以补偿输入电压VDC与延迟时间TD所造成的输出功率不一致。藉由恰当选择电阻35的电阻值，即可在低线电压(low line voltage)与高线电压(high line voltage)输入时取得一致的输出功率限制。由于电阻30与电阻35会造成明显的功率损耗，特别是在高线电压输入时。所以现今提议使用一电阻进行前馈补偿与启动，其揭露于杨先生等人所提出的美国专利第6,611,439号的「PWM controller for controllingoutput power limit of a power supply」。此外，杨先生等人所提出的美国专利第6,906,934号的「Integrated start-upcircuit with reduced power consumption」，更可降低功率损耗。然而，美国专利第6,906,934号所揭露的技术无法应用于美国专利第6,611,439所揭露的电路。
因此，本发明提出一种功率转换器的启动电路，以解决上述习用技术问题，本发明为了节省功率与减少元件数目，是使用一电阻达成启动、前馈补偿与安规的目的。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种功率转换器的启动电路，其藉由使用一电阻达成启动、前馈补偿与安规，以达到节省功率转换器的功率损耗与减少元件数量的目的。
本发明为了节省功率与降低元件数量，本发明使用一泄放电阻进行启动和前馈补偿。基于安规，功率转换器必须设置泄放电阻，以泄放功率转换器的电磁干扰滤波器。本发明的电路包含一输入端而耦接泄放电阻以用于启动；一分压电路，其耦接于输入端；一取样保存电路，其耦接分压电路，以从分压电路取样与保存一电压讯号；之后，一低通滤波器，其用于过滤线频涟波以及依据电压讯号产生一偏移讯号，低通过滤器为一取样过滤器。偏移讯号是传送至一限制电路，以产生一限制讯号，限制讯号用以限制功率转换器的一切换电流。
本发明的有益效果是：使用一电阻达成启动、前馈补偿与安规，可以节省功率转换器的功率损耗和减少元件数量。
附图说明
图1为一传统切换式功率转换器的电路图；
图2为本发明的切换式功率转换器的电路图；
图3为本发明具前馈补偿的启动电路的电路图；
图4为本发明产生取样信号的产生电路的电路图；
图5为本发明的取样信号的波形图。
图号说明：
10    功率电晶体            15    电阻
17    功率电晶体            19    电阻
20    变压器                25    变压器
30    启动电阻              35    电阻
40    电阻                  50    控制电路
51    齐纳二极体            53    电阻
55    光耦合器              57    整流器
59    滤波电容              60    整流器
65    启动电容              67    二极体
69    启动电容              70    泄放电阻
90    桥式电路              100   控制电路
110   第一比较器            120   第二比较器
150   振荡器                160   反及闸
180   正反器                200   启动电路
205   二极体                207   分压电路
210   电阻                  220   电阻
225   开关                  230   取样保存电路
231   第一取样开关          235   第一电容
240   低通滤波器            241   第二取样开关
245   第二电容              250   限制电路
255   加法器                260   参考电压
300   计数器                  310    及闸
350   第一单击电路            360    第二单击电路
FB    回授端                  GND    接地端
IP   切换电流                NS    二次侧绕组
OUT   输出端                  PLS    脉波讯号
S1   第一取样讯号            S2    第二取样讯号
T1   延迟时间                T2    脉波宽度
VAC  输入电压                VCC   供应电压
VIN  输入端                  VLIMIT 限制讯号
V0   输出电压                VPWM  切换讯号
VS   感测电压                VCC    供应端
VS    电流感测端
具体实施方式
为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后：
请参阅图2，其是本发明的切换式功率转换器的电路图。如图所示，一控制电路100包含一启动电路200、一第一比较器110、一第二比较器120、一反及闸160、一正反器180与一振荡器150。其中，振荡器150提供一脉波讯号PLS至正反器180。基于安规规定，功率转换器必须设置一泄放电阻(bleeding resistor)70，用于泄放功率转换器的电磁干扰滤波器(EMI filter)。
为了节省功率与降低元件数量，本发明进一步使用泄放电阻70于启动和前馈补偿。泄放电阻70是耦接于一输入电压VAC与控制电路100的一输入端VIN之间以用于启动。一桥式电路90，其耦接于输入电压VAC与泄放电阻70之间，桥式电路90更耦接于一变压器25的一次侧绕组。一旦功率转换器启动时，输入电压VAC会透过泄放电阻70传输于启动电路200，并且开始充电一启动电容69，以提供一供应电压VCC至控制电路100的一供应端VCC。当启动电容69的电压达到临界电压时，控制电路100会开始运作并输出一切换讯号VPWM。然后，变压器25的辅助绕组会透过一二极体67而提供供应电压VCC。
启动电路200所产生的一限制讯号VLIMIT用以决定一最大电流感测电压，其传输至第一比较器110的正输入端。第二比较器120的正输入端是耦接至控制电路100的一回授端FB，以用于功率转换器的输出调整。一光耦合器55，其耦接于变压器25的二次侧绕组与回授端FB之间，以形成一回授控制回路。功率转换器的输出电压V0透过一齐纳二极体51与一电阻53传送至光耦合器55。变压器25的二次侧绕组透过一整流器57而输出该输出电压V0。一滤波电容59，其耦接于整流器57与变压器25的二次侧绕组。
第一比较器110与第二比较器120的负输入端是耦接在一起并透过控制电路100的一电流感测端VS而连接至一功率电晶体17的源极。第一比较器110与第二比较器120的输出端是分别耦接至反及闸160的两输入端，而反及闸160的输出端则耦接于正反器180的重置端。正反器180的输出端耦接于功率电晶体17的闸极并输出切换讯号VPWM。功率电晶体17的汲极耦接至变压器25的一次侧绕组。
一切换电流IP流过一电阻19而导致在电阻19产生一感测电压VS，第一比较器110会比较感测电压VS与限制讯号VLIMIT的电压。当感测电压VS大于限制讯号VLIMIT的电压时，第一比较器110将输出一低准位的逻辑讯号至反及闸160的输入端。因此，反及闸160将输出一高准位的逻辑讯号至正反器180以重置正反器180，而禁能切换讯号VPWM进而截止功率电晶体17。如此，即可达到限制输出功率的目的。
请参阅图3，其为本发明的启动电路的一较佳实施例的电路图。如图所示，控制电路100的输入端VIN透过泄放电阻70耦接于功率转换器的输入电压VAC。一二极体205，其耦接控制电路100的输入端VIN与控制电路100的供应端VCC，用于提供电源至功率转换器的控制电路100。一分压电路207，其包含电阻210、220，电阻210与电阻220相串联。分压电路207透过一开关225而耦接输入端VIN。一取样保存电路230，其耦接分压电路207，以从分压电路207取样及保存一电压讯号。一低通滤波器240，其耦接取样保存电路230，以依据电压讯号产生一偏移讯号(offset signal)。一限制电路250，其耦接低通滤波器240，以依据一参考讯号260与偏移讯号产生限制讯号VLIMIT。
限制电路250，其包含一加法器255与参考讯号260，参考讯号260耦接至加法器255的正输入端，偏移讯号则耦接至加法器255的负输入端。所以，限制讯号VLIMIT会依据偏移讯号的增加而减少，以用于限制功率转换器的切换电流IP。因此，即可达到前馈补偿的目的。且，输入电压VAC增加时，是会降低功率转换器的切换电流IP。由上述可知，本发明的启动电路为具有侦测的电路，其用以侦测线电压(line voltage)。
复参阅图3，取样保存电路230包含一第一取样开关231与一第一电容235，第一取样开关231耦接至分压电路207，第一电容235则耦接至第一取样开关231，以产生电压讯号。第一取样开关231受控于一第一取样讯号S1，其分离于功率转换器的切换讯号VPWM。另外，第一取样讯号S1亦控制开关225。低通滤波器240包含一第二取样开关241与一第二电容245，第二取样开关241耦接至取样保存电路230的第一电容235，第二电容245则耦接至第二取样开关241，以产生偏移讯号。第二取样开关241受控于一第二取样讯号S2，其与第一取样讯号S1同步。为了完成低通滤波，第二电容245的电容值是高于第一电容235的电容值。
请参阅图4，其为本发明用于产生第一取样讯号S1与第二取样讯号S2的一产生电路的电路图。如图所示，一计数器300的输入端是耦接正反器180的输出端，以接收切换讯号VPWM，计数器300的输出端则耦接于一及闸310的输入端，及闸310的另一输入端亦耦接正反器180的输出端，以接收切换讯号VPWM，及闸310的输出端则产生第一取样讯号S1。一第一单击电路(one-shotcircuit)350，其接收第一取样讯号S1，第一单击电路350的输出端耦接一第二单击电路360的输入端。第二单击电路360产生第二取样讯号S2，其中第一单击电路350如图5所示，依据第一取样讯号S1的下降边缘(falling edge)决定一延迟时间T1，第二单击电路360则决定第二取样讯号S2的一脉波宽度T2。第一取样讯号S1与第二取样讯号S2的波形图如图5所示。
综合前述可知，限制讯号VLIMIT的电压为输入电压VAC的一函数，而最大切换电流IP的变化是与输入电压VAC的偏移量成反比。低通滤波器240是滤除输入电压VAC的线频涟波，所以泄放电阻70可用于启动电路，以节省功率。藉由适当地选择泄放电阻70的电阻值，可在低线电压以及高线电压输入时，例如90Vac与264Vac，达到一致的限制输出功率。
以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，举凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利范围内。

Claims (12)

1、一种启动电路，其特征在于，其包含有：
一输入端，其透过一泄放电阻耦接一功率转换器的一输入电压；
一二极体，其耦接该输入端与该功率转换器的一控制电路的一供应端而提供电源至该控制电路；
一分压电路，其透过一开关耦接该输入端；
一取样保存电路，其耦接该分压电路，从该分压电路取样与保存一电压讯号；
一低通滤波器，其耦接该取样保存电路，依据该电压讯号产生一偏移讯号；
一加法器，其耦接该低通滤波器，依据一参考讯号与该偏移讯号产生一限制讯号；
其中，该限制讯号限制该功率转换器的一切换电流。
2、如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该分压电路包含相串联的复数电阻。
3、如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该取样保存电路包含：
一第一取样开关，其耦接该分压电路；
一第一电容，其耦接该第一取样开关，而产生该电压讯号；
其中，该第一取样开关受控于一第一取样讯号，其分离于该功率转换器的一切换讯号。
4、如权利要求3所述的启动电路，其特征在于，该低通滤波器包含：
一第二取样开关，其耦接该取样保存电路的该第一电容；
一第二电容，其耦接该第二取样开关，而产生该偏移讯号；
其中，该第二取样开关受控于一第二取样讯号，其与该第一取样讯号同步。
5、如权利要求4所述的启动电路，其特征在于，该第二电容的电容值高于该第一电容的电容值。
6、一种具线电压侦测的启动电路，其特征在于，其包含有：
一输入端，其透过一泄放电阻耦接一功率转换器的一输入电压；
一分压电路，其耦接该输入端；
一取样保存电路，其耦接该分压电路，自该分压电路取样与保存一电压讯号；
一低通滤波器，其耦接该取样保存电路，依据该电压讯号产生一偏移讯号；
一限制电路，其耦接该低通滤波器，依据该偏移讯号产生一限制讯号；
其中，该限制讯号限制该功率转换器的一切换电流。
7、如权利要求6所述的启动电路，其特征在于，该分压电路包含复数电阻。
8、如权利要求6所述的启动电路，其特征在于，该取样保存电路包含：
一第一取样开关，其耦接该分压电路；以及
一第一电容，其耦接该第一取样开关，而产生该电压讯号；
其中，该第一取样开关受控于一第一取样讯号，其分离于该功率转换器的一切换讯号。
9、如权利要求8所述的启动电路，其特征在于，该低通滤波器包含有：
一第二取样开关，其耦接该取样保存电路的该第一电容；
一第二电容，其耦接该第二取样开关，而产生该偏移讯号；
其中，该第二取样开关受控于一第二取样讯号，其与该第一取样讯号同步。
10、如权利要求9所述的启动电路，其特征在于，该第二电容的电容值高于该第一电容的电容值。
11、一种具侦测的启动电路，其特征在于，其包含有：
一输入端，其耦接一功率转换器的一输入电压；
一分压电路，其耦接该输入端；
一取样保存电路，其耦接该分压电路，从该分压电路取样与保存一电压讯号；以及
一限制电路，其依据该电压讯号产生一限制讯号；
其中，该限制讯号限制该功率转换器的一切换电流。
12、如权利要求11所述的启动电路，其特征在于，该取样保存电路包含：
一第一取样保存开关，其耦接该分压电路；以及
一第一电容，其耦接该第一取样开关，而产生该电压讯号；
其中，该第一取样开关受控于一第一取样讯号，其分离于该功率转换器的一切换讯号。
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