TW201034358A - Minimum on-time reduction method, device and system using the same - Google Patents

Description

201034358 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於切換式電源轉換，特別是關於具備 最小導通時間調整功能之切換式電源轉換。 【先前技術】 按’在電子設備之電力供應中，切換式電源轉換器係被廣泛 採用者。其原因在於切換式電源轉換器具有極高之轉換效率及其 可採用較小尺寸之零件。

^圖1繪示一典型AC轉DC之電力轉換器架構。如圖1所示， 该架構實現了 一返馳式電源轉換器，其至少包括一 pWM控制器 100、一輸入整流及濾波單元、一主變壓器1〇2、一輸出整流 及濾波單元103、一回授電路104、一顺0S電晶體105、一磁 通量釋放電路106及一電阻1〇7。 在該架構中，該PWM控制器1〇〇係用以依一電流感測電壓 ^及一參考電壓（為一回授信號Vfb之函數，未示於圖^ )產生具一工作週期（duty cycle)之pwM信號Vwt。當該電流 電壓^觸及該參考電壓，一重置信號（未示於圖1 即被送出以將該PWM信號v〇ut拉低，從而結束該工 遇期。 該輸入整流及濾波單元丨〇丨係用以依一 AC輸入電源產生一 一 DC電壓。 ^ 該主變壓^ 102和輸岭流及濾波單元⑽制以將 一叱電壓轉換成一 DC輸出電壓v。。 104 _以健DG輸出電壓％產生該回授信號 該NMOS電晶體1〇5 器1〇2之能量轉換。 該磁通量釋放電路 係用以依該PWM信號V〇ut控制該主變壓 106具有一二極體108，係轉接至該 201034358 主變壓器102之主侧以在該NM0S電晶體i〇5斷路時釋放磁通 量、保護該NM0S電晶體105。 ， 該電阻係用以承載該NM0S電晶體1〇5之汲極電流Ip 以展現該電流感測電壓Vs。 經由該PWM控制器100產生的PWM信號Vcut對該腿〇s電晶 體105施行週期性的導通/斷路切換，該輸入電源即可經 由該主變壓器102轉換至輸出。 ' 然而，當PWM信號V〇ut由低電位變成高電位時，該二極體1〇8 仍會持續導通一段反向復原時間，一反向復原電流將向下流經該 m 磁通量釋放電路1 從而升高該電阻1〇7上之誃雷户咸測 電壓Vs。若該電流感測電壓Vs升高到高於該^考^之 準位’該重置信號即會有低電位至高電位之變化，接著 產生一重置突波。依此，該工作週期便結束在錯誤的時 ' 點，電源轉換也因而失敗。 • 傳統電源轉換器所採用之一種解決方案為：利用一前緣遮蔽 (LEB)彳§ 5虎遮蔽該重置彳§號’以使該工作週期不會在一遮蔽期間内 結束。請參考圖2 ’其續'示一習知電路，係用以消除一切換式電源 轉換器之重置突波。如圖2所示，該習知電路包括一比較器2〇1 ⑩ 及一邏輯-及閘202。 ° 該比較器201係用以依一參考電壓vref及一電流感測信號vs 產生一重置信號Vreset。該邏輯-及閘202係用以依該重置信號Vreset 及一傳統之LE：B信號Vcleb產生一控制器重置信號。 為了能有效遮蔽該重置信號Vreset可能產生之突波，該傳統之 LEB信號Vcleb乃設計成具有一遮蔽期間’其可涵蓋該反向復原時間。 請參照圖3 ’其緣示圖2該習知電路之工作波形，用以說明重 • 置突波之消除過程。如圖3所示，一遮蔽期間Tblank係預先被設定 以消除一反向復原時間Trr内所有可能產生之重置突波。雖然該遮 蔽期間Tblank之設計可消除該反向復原時間Trr内所有可能產生之重 201034358 小主但该設計同時也限定了圖1中該NM0S電晶體105之最 命工#日胃間。若一工作週期所需的時間短於該遮蔽期間Tbl触，則 ^雲沾《1期的持續時間將會受限於該遮_間Tbiank喊法縮短到 鉢.，間。在此情況下，該切換式電源轉換器之負載將會在接 週射接收過度電能。當該過度電能在該等接續的工作 被燒Ζ遞增磁通量之形式g鱗，該電源轉換器之負載可能會 器之=過解決方案，其可預防對—切換式電源轉換

有鑒於此瓶頸，本發明提出一新穎的架構，用以產生一 P觀 化號，其可適應性地調整各工作週期之遮蔽期間以預防過度供電 至負載。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一切換式電源轉換器之最小導通時 間縮減方法’用以適應性地調整各卫作週期之遮蔽躺以預防過 度供電至負載。 本發明之另一目的在於提供一切換式電源轉換器之最小導通 時間縮減褒置’用㈣躲地調整各功職之賴 過度供電至負載。 頂防 β本發明又-目的在於提m其糊—切換式電源轉換 器之最小導通時間縮減裝置，以適應性地調整各工作 期間以獅過度供電至負載。 為達成本發明上述諸目的，一切換式電源轉換器之最小導通 時間縮減方法乃被提出，該方法包含以下步驟：依—電流感測俨 號及一參考信號之電壓比較產生一第一重置信號；依該電 信號及一上移參考信號之電壓比較產生一過度供電脈衝信號'依 該過度供電脈衝信號之一次數計數值產生具有一遮蔽期間之一^ 蔽信號；及藉由對該第一重置信號及該遮蔽信號施行邏輯_及運^ 201034358 以產生一第二重置信號。 曰為J成上述諸目的’本發明進—步提出—切換式電源轉換器 之农時間縮減裝f其具有：_第—比較器 ，用以'依一電 流感測信號及一參考信號之電壓比較產生—第一重置芦號；一第 二比較器’用以依該電流感測信號及—上移參考信號之電壓比較 ^生-過度供電脈衝信號；-遮蔽單元，用以依該度供電脈衝 Ϊ號之一次數計數值產生具有—遮蔽期間之—遮_號；及一邏 號錢魏錢綺轉-及運算 以屋生一笫一直置#號。 為達成上述諸目的，本發明進一步提出一系統，其利用一切 換式電源轉換H之最小導通咖縮減健，該系統I有一第一 ΓΪ詈=依—ΓΪΓ號及—參考信號之電壓比較產生一 ί去ϋ、f較為’用以依該電流感測信號及-上移 參耗叙龍峨產生i度供電脈衝信號； 以依度供電脈衝信號之-次數計數值產生具有—遮2期間1 /崎該第—重置錢麟遮蔽信號 ❹ 反應於- PWM信號以提供-電力轉換路徑 應於-設幻f號及該第二重置信號。 -中以圓5说係反 ，使貴審查委員能進-步瞭解本發明之 的，兹附關式及具體實_之詳細朗如及其目 【實施方式】 =參關4’錄示本發縣小導通 時::=:之_=^ ，號及一過度供電脈衝; 驟b);及產生一第二重置信號(步驟c)。生遮—步 在步驟a中’該第一重置信號係依一魏感測信號及- 201034358 電壓比較而產生；而該過度供電脈衝紐係依該電流感測 -^餘—ί移參考信號之電壓比較而產生。其中該電流感測信號 跨^電阻，該電阻承載有—觸s電晶體之祕電流；該參考 .換式電源轉換器之輸出誤差信號之—函數；而該上移 參考仏唬鬲於該參考信號一 DC準位。 電脈1 巧遮蔽信號，具有一遮蔽期間，係依該過度供 號數植值㈣生。#歡料數值增加時，代表

之實際工作週期期間長於所需者，IS 參 載。在此情況下，該遮蔽綱即會被縮短以提供 較紐的工作週期，從而停止過度供電至負載。 逹蔽Λ二$ τ重置信號係藉由對該第—重置信號及該 遞^號施仃雜-及運算而產生。該第二重置信號乃用以 工作週期，故若該賴信狀舰__短 ^ 即可在較早的時點產生以提供一較短的工作週期/第一重置⑽ 請參關5,錄示本發明最小導__減裳置―圭 二ίΓΓ-，I:防止對一切換式電源轉換器之負載過度供電。 ’期以防止對—切換式電源轉換器之負載過度供 之，小導通時間縮減裝置具有一比較器501、一比較器二 蔽單元503、一及閘5〇4、一振盪器5〇5及一閂鎖器g〇6。、、、 該比較器501係用以依一電流感測信號1及 產生-第-重置信號Vresetl。該電流感測信號％係經由一°阻^ 生’該電阻承載有- _s電晶體之汲極電流。該參考信 該切換式電源轉換器之輸出誤差信號之一函數。 η、 該比較H 502係用以依該電流感測信號义及 Vr⑷之電壓比較而產生—過度供電脈衝信號v_ ^ 信號vrefl高於該參考信號Vref 一 DC準位。 、甲社移參考 數值該-遮ί用以依該過度供電脈衝信號L之次數計 數值δ又疋域Vset及一脈衝調變信號ν產生—遮蔽信號^。 201034358 號w具有’蔽綱及—通過_。該遮蔽期間係由 t定k號vset啟始且其持續時間與該次數計數值成反比。該通過 =間接續_遮蔽賴之後，其終止於該脈衝調變信號v_之下降 、田該次數計數值增加時，代表該切換式電源轉換器之實際工 ，週期期間長於所需者’過多電能將會供應至負載。在此情況下， 4遮蔽期間即會被縮短以提供較短的工作週期，從而停止過度供 電至負載。 该及閘504係用以對該第一重置信號Vresetl及該遮蔽信號Vbiank 施行邏輯-及運算以產生一第二重置信號Vreset2。

該振盪器505係用以產生該設定信號^的。 該閂鎖器506係用以依該設定信號7姑及該第二重置信號16姑2 產生該脈衝調變信號V〇UT。 、圖6所示乃圖5最小導通時間縮減裝置之最小導通時間縮減 過程之工作波形，其包括電流感測信號Vs及脈衝寬度調變信號 Vow °如圖6所示，該脈衝寬度調變信號Vqut之實際工作週期呈現 遞減變化’從而停止了過度供電。 圖7所不乃圖5該遮蔽單元之一細部方塊圖。如圖7所示， 該遮蔽單元具有一三角波信號產生器700及一比較器7〇6。 該三角波信號產生器700具有一計數器701、一充電電流源 702、一開關703、一開關704及一電容705。 該計數器701係用以產生一 η位元計數值以代表該過度供電 脈衝信號V_之脈衝次數。 該充電電流源702係用以依該η位元計數值產生一充電電流 lout。 該開關703係用以依該設定信號Vset之控制引導該充電電流 lout 0 該開關704係用以在該脈衝寬度調變信號Vour之控制下清除該 電容705之電荷。 201034358 該電容705係用以在該設定信號Vset及該脈衝寬度調變信說 Vout之控制下’依該充電電流lDut產生一三角波信號Vtri，其中該二 角波信號Vtri之上升斜率正比於該充電電流Lut。 該比較器706係用以依該三角波信號Vtri及一臨界電壓之 電壓比較產生該遮蔽信號Vblank。該遮蔽信號Vbiank之低電位期^， 亦即該遮蔽期間，係與該三角波信號Vtri之上升斜率成反比。曰， 圖8所示乃圖7該充電電流源之一細部方塊圖。如圖8所示， 該充電電流源702具有一電流源組8〇1及一開關組go?。 、 ，電流源組801係用以提供n個以二進制加權之電流源。

該開關組802係用以提供該該電流源組8〇1之一组合以 至該充電電流1。此。 利用圖5所示本案一較佳實施例之最 『實=圖i該典型AC轉DC電力轉換器之該簡控制 過度供電至負载的AC轉DC電力轉換器。依此: 本發月亦可應用至AC-to-AC、Dd $ 源m該ΐ峨式電源轉觀之雜可躺迴路或開迴路。 ,不者乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而满 ====而為熟f該項技藝之人所易於推知者:俱视 於習知之=特ί案明功效，在在顯示其週異 專利要件，_貴㈣合於實用，亦在在符合發明之 社會，實感德便。委㈣察’並祈早日賜予專利，俾嘉惠 【圖式簡單說明】 圖1為-示意圖，其緣示—典_ 圖2為一示意圖，其冷 τ〇队I原轉換器 源轉換器之重置突波。 $知電路，用以消除—切換式電 圖為丁〜'圖，其緣不圖2習知電路之工作波形用以說 9 201034358 明消除重置突波之過程。 圖4為一示意圖， 佳實施例之流程圖，用 供電。 其、、會示本發明 用以防止鮮一 切導通時間縮減方法〆較 、式電源轉換器之負載過度 切換式電公 圖5為一示意圖， 佳實施例之方塊圖，用 供電。

圖6為-示意圖，騎示圖5最小導 導通時間縮減過程之工作波形，包括電流感測信號衝寬度 0 調變信號V〇UT。 圖7為一示意圖，其續'示圖5該遮蔽單元之一細部方塊圖。 圖8為一示意圖，其繪示圖7該充電電流源之一細部方塊圖。 【主要元件符號說明】 PWM控制器100 ' 輸入整流及濾波單元101 主變壓器102 輸出整流及濾波單元103 回授電路104 • NM0S電晶體105 磁通量釋放電路106 電阻107 二極體108 比較器 201、501、502、706 . 邏輯-及閘202、504 遮蔽單元503 ' 振盪器505 閂鎖器506 三角波信號產生器700 201034358 計數器701 充電電流源702 開關 703、704 電容705 電流源組801 開關組802

Claims (1)

1. 201034358 七、申請專利範圍： L種最小導通時間縮減方法，可應用於一切換式電源轉換 器，其包含以下步驟： 依—電流感測信號及一參考信號之電壓比較產生一第一重置 信號； 依该電流感測信號及-上移參考信號之電壓比較產生一過度 供電脈衝信號； $過賴電_魏之—魏計數録生具有 之一遮蔽信號；及 ❷ 參 ，由tl·該帛重置信號及該遮蔽信號施行—及 生一第二重置信號。 由-1項之方法’其中該電流_信號係經 田職產生，该電阻承載有一 _電晶體之沒極電流。 3·如中請專利朗第丨項之方法，其中該參抑 號之一函數’及該上移參“號高於該 斜率與-充電電流成正比。 肖心紅上升 計數專利範圍第4項之方法，其中該充電電流與該次數 器，最小導通時雜減裝置，可朗於1換式電源轉換 比誠in夕以依—電流感測信號及—參考信號之電壓 比較產生一第一重置信號； 雪财ίίί㈣，用魏該電流細錢及—上移參考信號之 電壓比較產生一過度供電脈衝信號； 一遮蔽單元，用以依該過度供電脈衝信號之一次數叶數值產 12 201034358 生具有一遮蔽期間之一遮蔽信號；及 一邏輯-及閘，用以對該第一重置信號及該遮蔽信號施行邏輯 及運鼻以產生一第二重置信號。 7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該電流感測信號係經 由一電阻產生，該電阻承載有一 NM0S電晶體之汲極電流。 8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該參考信號係該切換 式電源轉換器輸出誤差信號之一函數，及該上移參考信號高於該 參考信號一 DC準位。 X 9. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該遮蔽單元具有：

   一二角波信號產生器，用以產生一三角波信號，其中該三角 波k號之上升斜率與一充電電流成正比，而該充電電流與該次數 計數值成正比；及 一第三比較器，用以依該三角波信號及一臨界電壓之電壓比 較以產生該遮蔽信號。 10·如申請專利範圍第9項之裝置，其令該三角波信號產生器 具有： 一計數器，用以藉由計數該過度供電脈衝信號以產生該次數 計數值； 充電電流產生器，用以依該次數計數值產生該充電電流； -電容器’用以與該充電電流產生器墟以產生該料 號。 具有’㈣峨流删 轉換導料職^置財現—诚式電源 繼依—㈣物及—參考信號之電麼 13 201034358 一第二比較器，用以依該電流感測信號及一上移參考信號 電壓比較產生一過度供電脈衝信號； j 一遮蔽單元，用以依該過度供電脈衝信號之一次數計數 . 生具有一遮蔽期間之一遮蔽信號； α 產 -邏輯-關，用謂該m信號及該遮蔽信號施行 -及運算以產生一第二重置信號；及 <辑 一電力轉換單元，係反應於一 PWM信號以提供一電力轉換 徑，其中該PWM信號係反應於一設定信號及該第二重置信號。' 13. 如申請專利範圍第12項之系統’其中該切換式電源轉換 珍可為 AC-to-DC, AC-to-AC，DC-t〇-AC，或 DC~to-DC。 14. 如申請專利範圍第12項之系統’其中該切換式電源轉換 可為閉迴路或開迴路。