TW200828744A - Sampling circuit and detecting circuit for power converter - Google Patents

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TW200828744A TW096120705A TW96120705A TW200828744A TW 200828744 A TW200828744 A TW 200828744A TW 096120705 A TW096120705 A TW 096120705A TW 96120705 A TW96120705 A TW 96120705A TW 200828744 A TW200828744 A TW 200828744A
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Description

200828744 C128 21371twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發是有關於一種電源轉換器，且特別是關於一種開關交 換式電源轉換器的控制電路。 【先前技術】 . 電源轉換器（P〇werc_erte〇已廣泛用於提供經調節的 ^ 輸出電壓。出於安全起見，離線式電源供應(online P〇wer p supply)必須在其一次側與二次側之間提供隔離。需要光耦合器 和二次側調節器來調節離線電源的輸出電壓。為了減少元件數 和二次側回饋電路，已利用變壓器的反射電壓來調節電源的輸 出電壓，例如，Randolph D.W· Shelly的美國專利第4,3〇2,8〇3 號的 “ReCtifler_C0nverter power supply with 皿^如職1 flyback inverter”。然而，此技術不能測量來自變壓器的精確的 電壓信號，導致電源轉換器較差的調節。因此，近來開發出許 多一次側控制技術來用於提供對變壓器精確的電壓測量^例^ 、 Yang 等人的美國專利第 6,853,563 號的“primar^side c〇ntr〇lled ^ flyback power converter” ； Yang 等人的美國專利第 7,〇16,2〇4 號的 “Close_loop P德 contr〇iier for primaiy_side ⑽福w power converters’’。然而，這些現有技術的檢測電路比較複雜， 增加了電源供應器的成本。如何克服這些缺點是本發明的主 ‘ 目的 【發明内容】 本發明的目的是提供簡單和精確的取樣電路來測量變壓 器的反射電壓。 5 200828744 C128 21371twf.doc/n 在本發明一實施例中，上述取樣電路包含信號產生電路和 取樣和保持電路。利用上述信號產生電路產生樣本信號以用= 對變壓器的反射電壓取樣。首先，信號產生電路將響應於變壓 斋的去磁而產生斜坡信號。接著，一旦變壓器被完全去磁，= 根據斜坡錢的量值赵帛—參考钱。響應於斜坡信號和 壓1號而進一步產生第二參考信號。取樣和保持電路耦合到所 Ο ο 违變壓如通細胁穌錢制賴㈣献射電壓取 樣而產生電壓信號。電壓信號與電源轉換器的輸出電壓。 回應^所^變壓H触磁而致能所述樣本信號。—旦所述第二 茶考信號南於騎第—參考錄賴能上述樣本錢。本 的戶:述取樣電路進—步包含定時電路以產生表示變壓器“去 的放電時間信號。回應於賴11的去磁而致能所述放電 寸“口號旦第二芩考信號的量值低於所述電壓信號就林At 時間信號。所述第三參考信號與所述變壓器二: 射氣壓和偏移信號相關。 舉較^^日狀上述舰和優點能更明㈣懂，下文特 佺果施例，亚配合所附圖式，作詳細說明如下。 L實施方式】 換哭圖發明—實施例之包含變壓器1G的開關電源轉 次·，二次—及辅助繞 40和電容哭45 == = ·合到二次繞組NS，並經由整流器 開關控制電路50產生=出:壓V。。為了調節輪出電壓V。’ 晶體2〇接通時，Hi電晶體20切換變壓器10。當電 &加輸入電壓VlN以磁化變壓器1〇。因此充 6 200828744 C128 21371twf.doc/n 電電流流過變壓器10的一次繞組仰和電晶體20。通過電随 性裝置將充電電额換祕合到關控制餅5G的 子的電流信號。一旦禁能(disable)開關信號Swji關閉電 =就開始對變壓器1G去磁。存儲在變壓器1()中的能量^嶽 【為10❺去磁期間被傳送到二次繞組呢和獅繞組 此，開關信號sw的致能(enable)表示變壓器1〇的 ㈣能表示龍㈣的去磁。如果可忽略整流= 、正向電壓，那麼輔助繞組NA的反射電壓V娜可表達為： -(1) vAUX$xV〇 _其1==分別是變壓器1G的辅助繞組财和二次繞 Ο 5〇的vT^V30和35形成的分壓電路連接到開關控制電你 V峨。在開 測賴器1G的輔助繞組NA的反射電屢 示為：$卫I电路50的vs端子處檢測到的電壓vs可表
Vs
R3〇 + R35XVaUX 其中，R ..................... (2) 確檢測電源轉換哭二，電阻器3G和35的電阻。為了特 流減小到零時應測量:V〇 ’當二次繞組NS的開關電 的正向電壓的變化。 兔壓Vaux。因此，可忽略整流器40 圖2 %示圖1中 厅不的開關控制電路50。開關控制電略 7
Ο 200828744 C128 21371twf.doc/n 1包==路1GG、觸發器65、顧電路6G、誤差放大器 觸_ vs端子以根據從_ ι;檢測到的反
St 信號VX。將電壓信號Vx輸人到誤差放 7G包含參考電壓V·。產生脈衝信號 =以週=性地致能觸發器65。觸發器沾的輸出連接到娜 i mi 以用於產生開關信!虎Sw。如果必要的話，可將輸 2〇汗=〜轉變為信號Vg以經由驅動器90驅動電晶體 μ 一 = 8(L的另一輸入通過反相器85連接到脈衝信號 决差放大益70的輸出連接到比較器乃的輸入。比較哭 一輸入她合到VI端子以接收電流信號％。比較器 1出輕合酬發H 65，# VI端子處的電流信號的電壓位 準南於電壓信號、時，比較器75的輪 其中’上述電壓信號v_P是由誤差放大器70的輸出所產生， 如圖2所不。 圖3繪示圖2中所示的取樣電路1〇〇。利用信號產生電路 200以響應於化間幅信號ΕΝβ和開關信號Sw而產生樣本信號 Sv。此外，通過信號產生電路2〇〇響應於樣本信號&的禁能 而產生保持信號SP。比較電路包含比較器削、反相器12〇、 AND閘150和閾值電壓ντ。利用比較電路以響應於與變壓器 1〇的。反射電壓vAUX相關的電壓Vs而產生時間幢信號ΕΝβ。 比較器110的輸入孝馬合到vs端子以根據等< ⑵的關係從 反射電壓vAUX接收電壓Vs。閾值電壓Vt連接到比較器11〇 的另一輸入。比較器110的輸出連接到八皿閘15〇的輸入。 8 200828744 C128 21371tw£doc/n 連接AND閘150的另一輸入以通過反相哭
Sw。因此，回應於開關信號Sw 致I =收_言號 當端子vs處的低於閾值轉、==言號腿。 開關m、180和電容哭175r/ 間幅信號腦。 四電容器)形成-取樣和“電路(^=^容器呵第 端子’以糖慎麵ω __細的^=合2VS 而產生電壓信號Vx。開闕170受 f Vs取枚， 受保持信號SP控制。利用電容哭控制。開關⑽ 電容器叫綱為-Vx，所以 電容器175亦可==本ΐ 容器1乃的電壓175以回應於保持信號sP將電 耦合到變壓：10，以:二各：185中。因此，取樣和保持電路 的反射電應於樣本信號Sv對與變壓器 1 壓對_電壓信號i反射電 所示，電=。。因此，如等式⑴和⑺ 於電麗信號；ϋ源轉換器的輸出電壓v〇相關。響應 並調節電源轉^哭二產山生開關信號Sw以用於切換變壓器川 電路250 出。此外’本發明的取樣電路包含定時 sD〇 產生表示魏器10的去磁時間的放電時間信鱿 電路mit實施例之信號產生電路2〇0之電路圖。單觸發 產生第—於瞻號〜的禁能而 虎231。信號控制電路300接收開關信號 200828744 C128 21371twf.doc/n
和時間幀信號ENB以產生重置信號知。包含SR觸發器21〇、 OR閘215、反相益2Π和AND閘219的輸出電路耗合到單觸 發電路230和信號控制電路300以產生樣本錄&。連接第 一脈衝信號231以致能SR觸發器210。連接重置信號&以重 置SR觸發器210°SR觸發器210的輸出連接到〇R閘215的 輸入。OR閘215的另一輸入連接到第—脈衝信號231。〇R閘 215的輸出連接到AND閘219的輸入。連接AND閘219的 另一輸入以通過反相器217接收開關信號Sw。and閘219的 輸出^生樣本信號sv。因此，回應於第—脈衝信號231，致能 樣本信號Sv。回應於重置信號Se，禁能樣本信號、。樣本化 號sv進-步包含響應於開關信號Sw的禁能而產生的最小^ 衝寬度。單觸發電路23〇決定最小脈衝寬度·衝寬度。另 外，^產生電路200 &含單觸發電路24()，其_合以接收 樣本信號Sw，以用於回應於樣本信號〜的禁能而產生保持信 圖5顯tf信號控制電路300的實施例。電容器32〇用於 生斜坡信號RAMP。電流源360用於對電容器32()充電。、 -開關350轉合到電流源36〇和電容器32()以回應於時間 號ENB *使電容器32〇充電。因為回應於變壓器ι〇的去磁^ ^能時間齢號ENB，所轉應於類^的去磁而產 =電晶體310輛合到電容器320以回應於開關传 唬sw使電谷益320放電。電容器325用於產生第一 : V!。第二關355輕合到電容器汹以回應於時間齡 的禁能狀‘祕斜坡信號RMAP的量值取樣於電容器^中。 Ο ο 200828744 C128 21371twf.doc/n 搞合時間齢號ΕΝΒ以通過單觸發電路33 變壓:10被完全去磁，就根據斜坡 的置值產生弟-茶考信號Vi。運算放大器37〇、電阻哭奶 和電流源365形成緩衝器電路。電流源祕和電阻哭^ 歸因於電阻器375上的電壓降而引起的偏壓信號Δ；。運笞放 Ϊ器3ΓΪΪ接作為單位増益緩衝器。運算放大器37〇的ί入 乂運异放大器370的輸出連接到電阻器375 ^弟—麥考錢V2 ’崎第二參考信號V2接著連接到比 車=獨的^入。因此，根據斜坡信號_和偏壓 325 "ί/2。比較器39G的另—輸人連接到電容器 乂接收弟-參考信號V1。當第二參考信號V2高於第一參 考信號Vl時，比較器390的輪出產生重置信號sE。因此，二 旦第高於第—參考錢Vi就禁能樣本信號〜 中展示的單觸發電路 平蜩1私路的電路不意圖。恒定電流源410 用於當關閉電晶體42G時對電容器充電 230、240和330的輸入端子IN連接到電晶體的閑極和 NOR問470的輸入。職閘470的另一輸入連接到電容器 450。因此’單觸發電路響應于單觸發電路的輸人信號 緣在臓閘470的輪出端out產生單觸發信號。恒定電流 f柳的電流和電容器的電容決定單觸發信號的脈衝寬 度。 圖7顯不本㉝明另—實施例的定時電路，。運算放大器 25；!、電阻器252、電流源253和比較器27〇形成輸入電路。 200828744 C128 21371twf.doc/n 連接作為單蛛益騎n的運算放大^ 2S1、軸合以通過vs ^子接收與10的反射電壓乂概相關的電壓。運算 =大器251的輸出經由電阻器252連接到比較器27()的輸入。 。=流源253▲連接到電阻器252以在電阻器252處產生偏移信 狁、偏移信號相關聯的反射電壓¥砸產生連接到比較器別 ，輸入的第三參考信號％。比較器27()的另—輸入連接到電 ^號VX。觸發器㈣和延遲電路施形成鎖存電路以產生 放電時間信料。放電時間信號％表示變壓闕去磁時間， 且I用於控制電源轉脑的輸出電流。時_信號職通過 延遲電路26G連接酬發器· _鐘輸人以致能放電時間信 唬SD。延遲電路26〇確保在禁能觸發器的重 回=時賴信號聰的致能狀態而設定觸發器29〇。連接 比車乂态270的輸出以復位觸發器。因
C =低於電壓信號νχ時禁能放電時間信號％。因此 雙壓益10的去磁而致能放電時間信號Sd。一旦第三灸考产號 V3的量值低於㈣％就禁能放電時號“ 圖8顯示電容器320上的斜坡信號RAMP和VS端子處 =反射電壓的波形的樣本信號〜和保持信號&之信號波形 ㈤。偏壓Δν提供正向週期ΔΤ以在變壓器 磁之前對反射電壓取樣。正向週期ΛΤ可表達為： ΔΓ 〇320 /360 χΔΚ ΑΤ = C320 ~Ι X i 365 X i?375 i360 (3) (4) 200828744
Cl 28 21371 twf. doc/n 士 ·其中e’ C320疋電容态320的電容；I·是電流源360的電 /瓜，I365疋電流源365的電流；汉仍是電阻器375的電阻。 —根據，發明的實施例，藉由本發明檢測電源供應器的反射 f由^號產生電路來產生樣本信號以肖於對變壓器的反射 電壓取樣，根據斜坡㈣的量值而產生第-參考㈣，並且響應 偏d虎而產生第二參考信號。回應於變壓器的去磁而致能回 .^變壓器的去磁而致能-樣本信號。-旦第二參考信號高於 〇 第麥考化號就禁能樣本信號。如此不但可以精確的檢測(或 取松)到包源轉換為的反射電壓。此外，本發明的配置還比現 有的h測％路(或取樣電路)技術更簡單，因此可降低電源供應 器的成本。 、所屬領域的技術人員將瞭解，可在不脫離本發明的範圍或 精^的情況下，對本發明的結構作各種修改和變化。鑒於前述 内如果本發明的修改和變化在所附權利要求書和其等效物 的範圍内、’那麼期望本發明涵蓋那些修改和變化。 —雖:、、:本务明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 t本杳月，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 f離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， • ，，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 • 為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示本發明一實施例之電源轉換器的示意圖。 圖2績示根據本發明的電源轉換器的開關控制電路。 圖3纷示根據本發明的取樣電路的優選實施例。 圖4綠示根據本發明的實施例的信號產生電路。 13 200828744 C128 21371twf.doc/n 圖5繪示根據本發明的實施例的信號控制電路。 圖6繪示單觸發電路的示意圖。 圖7繪示根據本發明的實施例的定時電路。 圖8繪示根據本發明的取樣電路的主要波形。 【主要元件符號說明】 • - 10 :變壓器 - 20、420:電晶體 25 :電阻性裝置 30、35、252、375 :電阻器 40 :整流器 45、175、185、450 :電容器 50 :開關控制電路 60 :振盪電路 65 :觸發器 70 :誤差放大器 75、270、390 ··比較器 〇 80、150、219 : AND 閘 85 :反相器 90 :驅動器 _ 100 :取樣電路 . 110 :比較器 120、217 :反相器 170、180 :開關 200 :信號產生電路 210 ·· SR觸發器 200828744 C128 21371twf.doc/n 215 : OR 閘 230、240、330 :單觸發電路 231 :脈衝信號 250 :定時電路 251 :運算放大器370 ' 253 :電流源 * 260 :延遲電路 290 :觸發器 300 :信號控制電路 310 :電晶體 320、325 :電容器 355 :第二開關 350 :第一開關 365 :電流源 410 :恒定電流源 470 : NOR 閘 Ο IN輸入端子
Vo輸出電壓 Vjn輸入電壓 • NA輔助繞組 . NP —次繞組 NS二次繞組 Sw開關信號 VS端子 Vaux反射電壓 15 200828744 C128 21371twf.doc/n VI端子 vs ·· vs端所輸出之電壓信號 PLS :脈衝信號
Vc〇mp :電壓信號 VQ :信號
Vref :爹考電壓
Vx ·電壓信號
Vi ·電流信號 Γ sw :開關信號 Vt ·閾值電壓 Vg ·電壓 Vx ·電壓彳5號 sD :放電時間信號 sv :樣本信號 Sp :保持信號 ENB :時間幀信號 Q SE :重置信號 RMAP :斜坡信號 Vcc :操作電壓 • Vi :第一參考信號 v2··第二參考信號 v3:第三參考信號 △V :偏壓信號 AT :正向週期 16

Claims (1)

  1. 200828744 C128 21371twf.doc/n 十、申請專利範圍： 1·一種電源轉換器的取樣電路，包括： -信號產生電LX產生-樣本信奴對—變壓器 的-反射電壓取樣’其中該錢產生電路具有響應於該變^ 的去磁而產生的-斜坡健，―轉Μ||被完全去磁，就二 據該斜坡信量值產生-第—參考錄，且響應於該斜坡信 號以及一偏壓信號產生一第二參考信號；以及 Ο
    一取樣和保持電路，耦合到該變壓器，以通過回應於該樣 本信號對該變壓器的該反射電壓取樣，而產生一電壓^號;Λ水 ^ ^中’回應於該變壓器的去磁而致能該樣本信號，一旦該 第二參考㈣高於該第-參考錢就魏該樣本信號。Λ 2·如申請專利範®第1項所述之取樣電路，更包括一定時 電路以產絲7F該㈣H的去磁的—放電時驗號，其中回應 於該變壓器的去磁而致能該放電時間信號，一旦一第三參考^ 唬的里值低於該電壓信號的量值就禁能該放電時間信號，其中 該第三參考信號與該變壓II的該反射電壓以及—偏移信號相 關。 3·如申請專利範圍第2項所述之取樣電路，其中 路包括： 兔 ▲ 一輸入電路，經耦合以接收該變壓器的該反射電壓來根據 該變壓器的該反射電壓以及該偏移信號產生該第三來考卢 號；以及 〆° -鎖存電路，用於回應-時間餘號以及—第三參考 而產生該放電時間信號； 口〜 17 200828744 C128 21371twf.doc/n 其中’回應於—時間齡號的致能而致能紐電時間传 號，且當該第三參考信號低於該電壓信號時，禁能該 間 信號。 丁 J Ο Ο 4.如申請專利範圍第〗項所述之取#電路，更包括—比 電路以響應於賴㈣的該反射電壓*產生-時_信號，1 中響應於-關信號的禁能喊能該時間_號；#該變壓= 的該反射電壓低於-閾值電壓時，禁能該時間齡號；其中該 開關信號軸合以驅動該電源轉換器的功率電晶體以用於切 換該變壓1、；該開關錢的致能表示該器的磁化；該開關 信號的禁能表示開始對該變壓器進行去磁。 5·如申請專職圍第1項所述之取樣電路，其帽信號產 生電路包括： ^ 第單觸發電路’輕合到該開關信號以響應於該開關信 號的該禁能而產生一第一脈衝信號； -信號控制·，經齡以接收該_信號以及該時間幅 信號以產生重置信號；以及 -輸出電路’ _合_第—單觸發電路以及該信號控制電 路以產生該樣本信號； 其中回應_第-脈衝錢破鏡樣本銶，且回應於 該重置彳§號而禁能該樣本信號。 6.如申請專利範圍第5項所述之取樣電路，其中該信號產 生電路更包括： 一第一單觸發電路，經耦合以接收該樣本信號以用於回應 於該樣本信號的禁能而產生保持信號。 7·如申請專利範圍第5項所述之取樣電路，其中該信號控 18 200828744 C128 21371twf.doc/n 制電路包括： 一第一電容器，用於產生該斜坡信號； 一電流源； 一第一開關，耦合到該電流源以及該第一電容器以 該時間幀信號的致能而致能該第一電容器的充電； Μ ; :電晶體’給賴第-電容器㈣應於該_信號而致 月匕該弟一電容器的放電；
    Ο 一第二電容器，用於產生該第一參考信號； -第二開關，輕合在該第—電容器與該第二電容器之間以 =應於該時_信號的該禁能而將該斜坡信號的 該第二電容器中； 人到:ΐ衝器電路，包含產生偏壓信號，其中該緩衝器電路耗 —電容11以根據該斜坡健以及該偏壓信號來產生 〜弟—參考信號；以及 表者二第:比較器’經耦合以接收該第一參考信號以及該第二 舌¥ A5虎以田該第一茶考信號高於該第一參考信號時產生該 號顿紅輯電路，其巾該樣本信 μ 開關彳§號的禁能而產生的最小脈衝寬度。 俚姓+如申請專利範圍第1項所述之取樣電路，其中該取樣和 保持電路包括： 4 —第三電容器； 4四電容H，用於產生該電壓信號； 射恭颅f二開關’用於回應於該樣本信號而將該變壓器的該反 _取樣於該第三電容器中；以及 19 200828744 C128 21371twf.doc/n 將㈣第合_第三電容器㈣應於祕持信號而 將邊弟二包谷斋的電壓取樣於該第四電容器中。 10·—種電源轉換器的檢測電路，包括： 比車乂私路，輛合到變壓器以響應於變壓器的反 $時間巾貞錄，中—旦該霞器被完全核輔能該時= L號產生黾路，產生樣本信號以用於對該變壓器 射電壓，樣’其中回應於該變壓器的去磁而致能該樣本信號； 且在奴^時間巾貞信號的禁能之前禁能該樣本信號；以/ ’ 伴對電路，柄合職觀11⑽過_於該樣本 唬對该父壓裔的該反射電壓取樣而產生電壓信號； Ο 八中該包壓“號相關於該電源轉換器的該輸出電壓。 一〜^申請專利範圍第10項所述之檢測電路，進一步包括 疋找路以產生表示該變壓II的去磁的放電時間 =應於該變壓器的去磁而致能該放電時間信號；且一旦該變壓 的該反射笔壓低於該電壓信號就禁能該放電時間信號。 一樣本電容器； 一保持電容器，用於產生該電壓信號； 射雷關’胁賴於該樣本信號而賴賴11的該反 射電壓取樣於該樣本電容器中；以及 狀離:::=耦，樣本電容器以在該樣本信號的禁能 狀L之後將_本電容器的電壓取樣於該保持電容器中。 20
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