TW201006111A - Flyback circuit having synchronous control - Google Patents

Description

201006111 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 —種具備同步控制的返驰式電路，尤其是指一種藉由同步信號控 制二次側與一次側同步的電路。 σ 7二 【先前技術】 現7大多數電器5史備為取得穩定的電流而工作，皆需透過一電源 供應器取得市内電力並轉換為直流或交流之電力輸出，而電源供應器 包含範圍很廣，包括轉換器（Converter)、變頻器（inverter)等等， 其中有一類稱為返驰式轉換器（Flyback Converter)。在電源供應器 • 電路中，使用返驰式轉換器可達到設計簡單、價格便宜的優點；返驰 式轉換器的特性在於該電路中用於轉換電力之變壓器一次側線圈與二 次侧線圈極性相反，且當輸入電流通過一次侧線圈時，二次側線圈通 常利用一二極體或一開關元件阻止電流導通，並且將能量儲存在變壓 器中，而一次側線圈截止時，該二極體自動因二次侧線圈感應電勢之 極性反向而導通，或者由導通該開關元件而使二次側線圈之電流得以 流通；而目前返馳式轉換器為了提高效率，通常都是以一開關元件控 制二次側線圈能量的釋放，然而開關元件需要控制信號觸發而敌閉， 因此後績有控制該開關元件之電路創作。 利用開關元件截止二次側線圈之先前創作有美國專利第7233505 號的「High efficiency flyback convertei: with primary, seeondaiy, and tertiary windings」，其中該 flyback converter 包令"一 primary side (可 翻為一次侧）以及一 secondary side (可翻為二次側），分別具有一 primary winding (12)與一secondary winding (22)，並有一 tertiary winding ( 23 )感應該secondary winding的極性變化，其中該 secondary side之截止或導通是由一 MOSFET (標號25)控制，而該 MOSFET的動作則是由該tertiary winding感應的信號控制，換言之， 該創作的MOSFET同步動作係藉由二次側的自激所產生；另一類似創 i. 作如美國專利第 6424544 號的「continuous.mode flyback converter」其 中該 converter 包含一 primary winding (101)、一 secondary winding 5 201006111 (107)以及一 auxiliary winding (108)，透過 auxiliaiy Winding 感應

primary winding的極性變化而產生一信號控制該打姐也妨（11〇)的動 作，因此該先前專利亦同是利用二次側自激的方式達到二次側同步啟 閉的作用；唯前述返馳式自激同步控制仍具有缺失，基本上該自激信 號是截取自一次側線圈的極性變化’且該二次侧線圈的極性變化是源 自於該一次側線圈的電流變動，換言之，一次側線圈的極性變化後二 次側線圈才開始有反應，如此即無法達到零電壓切換（zvs)的功 效，自然會產生切換損耗；再者，當該一次側線圈於輕載、短路或者 其他異常狀態下停止電流之切換時，該二次侧線圈即無法感應到極性 變化，亦即該二次側線圈感應電勢並未隨一次側極性變化而改變時， 該自激控制的機制將失去規律，屆時該自激頻率會隨負載阻抗、電路 本體阻抗等等許多时影響祕度不規律且難以酬，如此將造成二 次側產生極端混亂之電力波形，將毀壞該返馳式轉換器。 因此習知自激式返馳式轉換器的控制技術仍待改進，以避免上述 異常狀態下的失控與電路損壞。 【發明内容】 有鑑於習知自激式返馳式轉換器的控制技術在異常時具有失控之 風險，且二摘無法财與—次舰制㈣缺失，本㈣提供一種 透過同步錄使二次舰合-次側朗錄作之·^電路，並限制 其最低自激週期的長度以避免該返馳式電路自激失控的問題。 本發明為-種具翻步控制的返馳式電路，該秘式電路之一、 二次側分別具械雜性減之—摘線_二次側線圈，其中該二 次側線圈之電流導通職受控於—同步整流_之啟閉，而返二 、—同步控制單元及—導通週期限制單I 其找脈寬產生-轉信號控繼—次侧_之 期，並於產生娜祕號之前，先提供—輸㈣ " 同步信號，關步控鮮元透過—絲_組取得此 信號驅動同步整流開關截止’而且該導it週 元 步整流_料姐始-聊_畴，且刻步雜 201006111 =期_時序結鱗，料通職_單元產生—強迫截止信號 碰闕之導通，胁期步整_ W止後，該導通週 =限齡iti 4回她«，㈣_赋騎騎喊電路運作之 豉低工作頻率。 一 A藉由上述之電路轉，返馳式電路之二次侧可藉由同步信號與該 了人侧同步動作以達到零電壓切換（zvs)的效果，並且於一次側暫 :工作或發生異常時，料it獨關單元可自_持最低的工作頻 率，以避免該返馳式電路自激失控。 【實施方式】

本發明為-種具備同步控制的返驰式電路，請參閱圖卜圖2， 如圖所不為-返喊電路，電路中的變脑 側，該變壓器i之一、二次側分別具有感應極性相2二=二 11與-二次侧線圈12，該二_細12之電鱗通週触控於一同 步整流開關5之啟閉，而該-次側_ n之電流導通週綱受控於一 脈寬調變單元3，該脈寬調變單元3係產生—驅動信號（VG1)驅動一 功率開關4的啟閉’進而控制該一次側線圈u之電流導通週期，另， 該脈寬調鮮元3更於產錢鶴親（Vgi)之 序領先該驅動信號（VG1)之同步信號（Syn)，而該同$號夺 (Syn)透過一感應線圈組61傳送至二次側，一同步控制單元6自嗲 感應線圈組61轉_步錢’並以關步信號_糊步整流開 關5截止；另，該二次側線圈12旁設一自激線圈2，當該脈 几3令該功率開關4截止後’該自激線圈2受該一次侧線圈u ^極性 變化而感應一自激信號驅動該同步整流開關5導通；當該同步整流門 關5導通後…導通週期限制單元7將自該同步整流開關5截取= 流或電壓信號，並藉此令該導通週期限制單元7啟始—週期限制時 序，其中，若該脈寬調變單元3再次產生該同步信號截止該同步整流 開關5，於該同步整流開關5截止後，該導通週期限制單元7也將= 置回初始狀態，若發生異常狀態或暫態變化使該脈寬調變單元3停止 送出驅動信號，該同步整流開關5持續導通至該週期限制時序結束 201006111 梅該同步整 同步整流開關5爭、4技一门止作最低作頻率；上述電路中，該 ::=====:= 51 # ===述之電路架構，本=== 線圈組61二』===，用該同步控制單元6與該感應 開關5，再ΐ，一同步信號伽)截止期步整流 控J導通週期限制單元7提供—週期_時序，當_步整流二 今同步制時料間後’由該導通週親制單元7強制截止 =步整流開關5以維持最低之工作頻率，達到避免自激週期失控之 與圖及圖至圖3-5 ’該等圖式為本發明實施例電路圖 51勺人^ 於該實補中可見制步整流《驅動單元 鮮錄§、之_魏（主要由料_關Q3、 Q4所構成）以維持該同步整流開關5之工作狀態，因此該問閉電路 =自^線圈2的自激信號觸發後可提供穩定的電壓確保該同步整流開 關5的導通，♦然而當該脈寬調變單元3產生該驅動信號（vj令該 功率開關4導通前，該脈寬調變單元3先產生該同步信號（㈣， 透過該感應線圈組61觸發該同步控制單元6中的半導體開關Q6，因 而牽動該同步整流開關驅動單元S1中問閉迴路的閘極龍，使該閃 閘電路輸出位於低位準狀態’進而截止該同步整流開關$ ;而該同步 整流開關5導通時，該導通__單元7自侧步整流糊5旁操 取-電流或電壓信號，該導通週期限制單元7包含一充放電迴路以及 -參考電舰Vee，該充放電鱗連接至參考電壓源％，並設定一 截止《位準，該截止電壓可由半導體開關Q5的轉態電慶決定，當 該同步整酬關5導if倾絲额路齡該參考電_ *而充 201006111 路充電之電壓是否到達該截繩位準而決定產 生該強迫截止Μ之時序，換言之 決疋產 致使該減f步絲_ 5俩導通， 之增態將改變，=:電止=:^ =關確保該返馳式電路的最低運作頻率：= I關5 &糊步信_發紅時會—併概财放電迴路放電 通週期關單元7可不斷重複崎初始狀態 = 士，而，制時序係由該充放電迴路充電至該:=

=請參_ Μ _·5，其㈣代表該同步整流糊5 H vceHIT^) ’圖3-2代表該同步控制單元6中半導體開關Q6之 开"PT :波形（DR)，圖3-3是該賊器12二次側線圈兩端電驗 :?)_ ’圖3-4為該同步信號之波形(Syn)，圖3_5縣該導通週 狐制單元7之充放電迴路的電容兩端電壓波形（Va);由圖中可 見’當該同步信號為高準位時將使該同步整流開關驅動單元5卜該導 通週期限解元7之電容顏、步錢關5之_«變^低 準位，使該同步整流開關5截止，因而圓^、圖3_2、圖3_3的波形 降至低準位，直到一次側之電流導通狀態改變後，二次側因自激而產 生電流與電壓，該充放電迴路也因該同步信號(Syn)觸發而放電，圖3_ 5之電容兩端電壓波形亦降至低準位。 請再參閱圖2以及圖4-1至圖4-5等圖示，圖4-1至4-5等圖示代 表圖2中返驰式電路產生異常狀態下各結點之波形圖，其中圖心丨代 表該同步整流開關5之閘極電壓波形，圖4-2代表該同步控制單元6 之半導體開關Q6之VCE電壓波形，圖4-3代表變壓器12二次側線 圈兩端，圖4-4代表該同步信號(Syn)之波形，圖4-5則為該導通週期 限制單元7之充放電迴路的電容兩端電壓波形；首先，特別要注意的 是該同步信號（Syn)正常輸出三個脈波後即停止，代表該脈寬調變 單元3亦停止輸出該驅動信號（Vg1)使一次側停止動作，若未有該 同步信號（Syn)的觸發，該同步整流開關5會持續導通，此時特別 值得注意的是圖4-5的充放電迴路電壓，圖4-5中可見該充放電迴路 201006111 的電壓到達該截止電壓轉（於賴擬之波形中，誠止電壓位準約 為術）時，該充放電迴路將產生該強迫截止信號強迫該同步整流開 關5截止，因此可看到圖4心圖η與圖冬3之電壓波形仍能維持較 低的頻率正常切換，使該返规式電路不至失去控制。 雖然本發明已以她實施觸露如上，鮮並非用以限 明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内而所f 許更動與卿，皆應涵蓋於本發财，因此本發明之保護 : 附之申請專利範圍所界定者為準。 s祝便 綜上·，本發知之魏增進上述功效，應已充分符 穎性及進步性之法定創新專利要件，麦依法提出申請， 准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。 * 貝局核 201006111 【圖式簡單說明】 圖1為本發明之電路架構方塊圖。 圖2為本發明之實施電路圖。 圖3-1為該實施電路圖之波形圖（一）。 圖3-2為該實施電路圖之波形圖（二）。 圖3-3為該實施電路圖之波形圖（三）。 圖3-4為該實施電路圖之波形圖（四）。 圖3-5為該實施電路圖之波形圖（五）。 圖4-1為該實施電路於異常狀態下之波形圖（一）。 圖4-2為該實施電路於異常狀態下之波形圖（二）。 圖4-3為該實施電路於異常狀態下之波形圖（三）。 圖4-4為該實施電路於異常狀態下之波形圖（四）。 圖4-5為該實施電路於異常狀態下之波形圖（五）。 【主要元件符號說明】 1 · · · · • · ••變壓器 11 · · · · •·.·一次側線圈 12 · · · · •..·二次側線圈 2 · · · · ....自激線圈 3 · · · · .···脈寬調變單元 4 · · · · ...·功率開關 5 · · · · •···同步整流開關 51 · · · · •·.·同步整流開關驅動單元 6 · · · · ....同步控制單元 61 · · · · .·..感應線圈組 7 · · · · ....導通週期限制單元 11

Claims (1)

1. 201006111 十、申請專利範圍： 朗步控_返赋，魏赋魏之—、二賴分別具有 感應極性相反之—一次侧線圈與二次側線圈，其中該二次側線 _ 導通週期受胁-同步整流卩箱之朗，該返馳式祕更包括：机 導通週^寬=ΓΓ#係產生—驅動信制該**次侧線圈之功率開關 .同步信號；。U驅動信號之前先行輸出一時序領先該驅動信號之 广啼=步3鮮元’綱步糊單70储由—感絲斷取得該同步 4唬，並以该同步信號使同步整流開關截止； 制時序鮮元’胁制步整流·導通後啟始—週期限 重ί二:Γ信號截止該同步整流開關後，該導通週期限制 ㈣該同步整流開關持續導通至該週期限制時序 :这、* ’ 1通聊_單元產生—強迫截止信號截止制步整流開關 之導通，以維持該返馳式電路運作之最低工作鮮。 2 1項所述之具備同步控制的返触式電路，其中該二次側 一f f圈與該—次側線_合，而透過該—次侧線圈之極性變 產生-自激信號’並藉銳自激信號鶴朗步整流開關。 =申請專利範圍第！項或第2項所述之具備同步控制的舰式電路，其 驅步ΪΪ簡更連接至—同步錢觸㈣單元，制步整流開^ 關該同步信號、強迫截止信號以及自激信號決定同步整流開 1申請專利範圍第3項所述之具備同步控制的馳式電路，其中同步整 Ϊ開關驅鮮元包含—具有高、鱗錄態之_迴路以控制該同步整 流開關之工作狀態。 / 5.如申請專利範圍第！項所述之具備同步控制的返馳式電路，其中該導通 ，限制單元包含-級電迴路以及—參考電獅，該充放電迴路連接 该參考電壓源，並設定-截止電壓位準，由該充放電迴路充電之電磨是 否到達該截止電壓位準而決定產生該強迫截止信號之時序。 6·如申請專利範圍第5項所述之具備同步控制的返馳式電路，其中該週期 限制時序係由該充放電迴路充電至該截止電壓位準而決定。 12