TW202005240A - 返馳式變換器及其控制方法 - Google Patents

返馳式變換器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202005240A
TW202005240A TW107121101A TW107121101A TW202005240A TW 202005240 A TW202005240 A TW 202005240A TW 107121101 A TW107121101 A TW 107121101A TW 107121101 A TW107121101 A TW 107121101A TW 202005240 A TW202005240 A TW 202005240A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
control signal
signal
control
switching frequency
output
Prior art date
Application number
TW107121101A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI699952B (zh
Inventor
宋海斌
許道飛
章進法
Original Assignee
台達電子工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台達電子工業股份有限公司 filed Critical 台達電子工業股份有限公司
Publication of TW202005240A publication Critical patent/TW202005240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI699952B publication Critical patent/TWI699952B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本案提供一種返馳式變換器及其控制方法，返馳式變換器包括：變壓器，包含原邊繞組與副邊繞組；開關管，耦接於原邊繞組與第一節點之間；反饋電路，用以檢測負載的輸出電壓並輸出反饋電壓信號；電流採樣電路，耦接於第一節點與原邊接地端之間並輸出電流採樣信號；以及控制電路，耦接於反饋電路和電流採樣電路以接收反饋電壓信號和電流採樣信號，輸出開關管控制信號，用以在開關管的開關頻率大於等於閾值時，控制開關頻率對輸出功率的導數隨著開關頻率的升高而減小。本案提供的返馳式變換器及其控制方法能夠實現輕載效率和雜訊性能的提高。

Description

返馳式變換器及其控制方法
本案涉及電子電力技術領域，尤指一種兼顧輕載效率和音頻雜訊的返馳式變換器及其控制方法。
返馳式變換器（Flyback Converter）因具有電路結構簡單、輸入輸出級電氣隔離、成本低廉等特點，廣泛應用於小功率開關電源領域中。
為了提高返馳式變換器的輕載效率，以適應節能環保的需要，通常做法是降低輕載時的開關頻率fs 。對於QR（Quasi Resonant Flyback Mode，準諧振返馳模式）和DCM（Discontinuous Current Mode，電感電流斷續模式）工作模式的返馳式變換器，輸出功率Po 和開關頻率fs 的關係滿足如下公式： 公式（1） 其中Lm 為變壓器激磁電感值，Ipk 為初級側功率開關的峰值電流。對於一給定輸出功率Po ，保持較大的峰值電流Ipk 就可以降低開關頻率fs 。為此，相關技術設置了VCO降頻控制模式：當輸出功率Po 降低到某一閾值後，保持初級側功率開關的峰值電流Ipk 在每個開關週期內為一較大的固定值IPK_VCO ，從而可以獲得較小的輕載開關頻率fs 。由公式（1）變形所得的公式（2）確定： 公式（2） 其中IPK_VCO 為VCO模式過程中的峰值電流設定值。由公式（2）可知，對於一固定的峰值電流設定值IPK_VCO ，開關頻率fs 與輸出功率Po 成正比，當輸出功率Po 降低到某個值時，工作頻率fs 會降低到20KHz以下進入音頻範圍，從而引起音頻雜訊。為了彌補這一雜訊缺陷，相關技術還設置了Burst Mode（突發模式）控制方式，即在fs 降低到某一設定值fs_BST (fs_BST ＞20kHz)時保持fs 不變，隨著輸出功率Po 的降低，降低開關電源工作時間所占的比重。
在Burst Mode期間，輸出功率Po 滿足如下公式：
Figure 02_image009
公式（3） 其中EBST 是每一簇脈衝群所送出的能量，該能量越大，音頻雜訊越響。由公式（3）可知，對一選定的Burst Mode頻率fBST ，每一簇脈衝群送出的能量EBST 與輸出功率Po 成正比。
因此，在非Burst Mode期間，參考公式（2），對任一輸出功率Po ，IPK_VCO 越大，開關頻率fs 越小，輕載效率越高；但是在進入Burst Mode時，fs 保持為fBST 不變，此時IPK_VCO 越大，意味著將在更大的輸出功率Po 的情況下進入Burst Mode，而輸出功率Po 越大，每一簇脈衝群送出的能量EBST 越大，音頻雜訊越高。
綜上，為了更好的輕載效率，峰值電流設定值IPK_VCO 需要選取相對比較大的值，但是為了更好的雜訊性能，峰值電流設定值IPK_VCO 需要選取相對比較小的值。因此，現有的控制方法在輕載效率和音頻雜訊兩個性能指標上存在不可調和的矛盾。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之返馳式變換器及其控制方法，實為目前迫切之需求。
本案的目的在於提供一種返馳式變換器及其控制方法，用於克服相關返馳式變換器無法兼顧輕載效率和音頻雜訊的缺陷。
本案第一方面提供一種返馳式變換器，包括： 變壓器，包含原邊繞組與副邊繞組； 開關管，耦接於原邊繞組； 反饋電路，用以檢測負載的輸出電壓並輸出反饋電壓信號； 電流採樣電路，耦接於開關管與原邊接地端之間並輸出電流採樣信號；以及 控制電路，耦接於反饋電路和電流採樣電路，分別接收反饋電壓信號和電流採樣信號，並輸出開關管控制信號，用以在開關管的開關頻率大於等於閾值時，控制開關管的開關頻率隨著輸出功率的增加而增加，但開關頻率增加的速度隨輸出功率的增加而減小，亦即控制開關管的開關頻率對輸出功率的導數隨著開關頻率的升高而減小。
在本案的一種實施方式中，控制電路包括： 頻率調節單元，接收反饋電壓信號，輸出開關頻率控制信號； 電流調節單元，其第一輸入端接收反饋電壓信號，第二輸入端接收電流採樣信號，輸出峰值電流控制信號； 開關信號輸出單元，分別接收開關頻率控制信號和峰值電流控制信號，輸出開關管控制信號至開關管的控制端。
在本案的一種實施方式中，頻率調節單元包括： 第一調節單元，接收反饋電壓信號後輸出第一控制信號，第一調節單元具有大於零的第一調節係數； 壓控振盪器，接收第一控制信號，輸出開關頻率控制信號。
在本案的一種實施方式中，電流調節單元包括： 第二調節單元，接收反饋電壓信號後輸出第二控制信號，第二調節單元具有大於零的第二調節係數； 比較器，反相輸入端接收第二控制信號，同向輸入端接收電流採樣信號，輸出峰值電流控制信號。
在本案的一種實施方式中，控制電路還包括： 第三調節單元，接收設定電壓信號，並輸出第三控制信號疊加於第一控制信號，其中，第三調節單元具有大於零的第三調節係數。
在本案的一種實施方式中，控制電路還包括： 第四調節單元，接收一設定電壓信號，並輸出第四調節信號疊加於第二控制信號，其中，第四調節單元具有大於零的第四調節係數。
在本案的一種實施方式中，開關信號輸出單元包括： 觸發器，第一輸入端耦接於頻率調節單元，第二輸入端耦接於電流調節單元，輸出端耦接於開關管的控制端。
在本案的一種實施方式中，閾值大於等於20kHz。
本案第二方面公開一種返馳式變換器的控制方法，該返馳式變換器包括變壓器和開關管，變壓器包含原邊繞組和副邊繞組，開關管耦接於原邊繞組，該控制方法包括： 檢測負載的輸出電壓，產生反饋電壓信號； 檢測流過開關管的電流，產生電流採樣信號；以及 根據反饋電壓信號和電流採樣信號，產生開關管控制信號，用以在開關管的開關頻率大於等於閾值時，控制開關管的開關頻率隨著輸出功率的增加而增加，但開關頻率增加的速度隨輸出功率的增加而減小，亦即控制開關管的開關頻率對輸出功率的導數隨著開關頻率的升高而減小。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括： 設置第一調節係數，並根據反饋電壓信號和第一調節係數輸出第一控制信號，其中，第一調節係數大於零； 提供壓控振盪器，根據第一控制信號，輸出開關頻率控制信號。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括： 設置第二調節係數，並根據反饋電壓信號和第二調節係數輸出第二控制信號，其中，第二調節係數大於零； 提供比較器，根據第二控制信號和電流採樣信號，輸出峰值電流控制信號。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括：接收設定電壓信號。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括：設置第三調節係數，並根據設定電壓信號和第三調節係數輸出第三控制信號疊加於第一控制信號。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括：設置第四調節係數，並根據設定電壓信號和第四調節係數輸出第四控制信號疊加於第二控制信號。
在本案的一種實施方式中，控制方法還包括：提供觸發器，根據開關頻率控制信號和輸出峰值電流控制信號，產生開關管控制信號。
本案提供的實施例通過使用返馳式變換器的反饋電壓同時調節開關頻率和峰值電流，可以使返馳式變換器在進入Burst Mode前具有較高的峰值電流，而在進入Burst Mode時具有較低的輸出功率，從而同時改善輕載效率性能和音頻雜訊性能。
應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本案。
現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的範例；相反，提供這些實施方式使得本案將更加全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本案的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本案的技術方案而省略所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知技術方案以避免喧賓奪主而使得本案的各方面變得模糊。
此外，本案圖式僅為示意性圖解，圖中相同的註記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重複描述。圖式中所示的一些方框圖是功能實體，不一定必須與物理或邏輯上獨立的實體相對應。可以採用軟體形式來實現這些功能實體，或在一個或多個硬體模組或積體電路中實現這些功能實體，或在不同網絡和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。
下面結合圖式對本案示例實施方式進行詳細說明。
第1圖是本案實施例的返馳式變換器的示意圖。 參考第1圖，在本案示例性實施例中，返馳式變換器100可以包括： 變壓器10，包含原邊繞組與副邊繞組； 開關管20，耦接於原邊繞組； 反饋電路30，用以檢測負載RL 的輸出電壓Vo 並輸出反饋電壓信號VFB ； 電流採樣電路40，耦接於開關管20與原邊接地端Vss 之間，檢測流過開關管20的電流，並輸出電流採樣信號Ipk ；以及 控制電路50，耦接於反饋電路30和電流採樣電路40，分別接收反饋電壓信號VFB 和電流採樣信號Ipk ，輸出開關管控制信號S1 ，用以在開關管20的開關頻率fs 大於等於閾值時，控制所述開關管20的開關頻率fs 隨著輸出功率Po 的增加而增加，但開關頻率fs 增加的速度隨輸出功率Po 的增加而減小，亦即控制開關管20的開關頻率fs 對輸出功率Po 的導數dfs /dPo 隨著開關頻率fs 的升高而減小。 在本案的一種示例性實施例中，閾值大於等於20kHz。
在第1圖所示的實施例中，電流採樣電路40為控制電路50提供電流採樣信號Ipk ，反饋電路30為控制電路50提供反饋電壓VFB ，從而使控制電路50通過反饋電壓同時調節開關頻率和峰值電流，使返馳式變換器在進入Burst Mode前具有較高的峰值電流和較低的開關頻率，而在進入Burst Mode時具有較低的輸出功率。
第2圖是本案實施例與現有技術中返馳式變換器效率與頻率的關係的對比示意圖。 參考第2圖，在現有的VCO控制模式中，初級側功率開關的峰值電流IPK_VCO 為固定值，開關頻率fs 對輸出功率Po 的曲線的斜率為固定值（如曲線1所示）。
在本實施例中，通過同時控制峰值電流Ipk 和開關頻率fs ，可以使開關頻率fs 和對輸出功率Po 的曲線斜率隨輸出功率Po 的改變而改變，具體而言，使得曲線斜率隨輸出功率Po 的增大而減小，亦即曲線斜率隨著開關頻率fs 的升高而減小。即將開關頻率fs 和輸出功率Po 的關係調整成第2圖中曲線2所示的曲線形式，使返馳式變換器在進入Burst mode前具有較高的峰值電流和較低的開關頻率，而進入Burst mode時又具有較低的輸出功率，即可以同時解決音頻雜訊和輕載效率的矛盾問題。
與傳統VCO控制方式中曲線的斜率恒定不同，調整後的曲線斜率隨輸出功率Po 的增加而逐漸減小。當輸出功率Po ＞Pth 時，對於同樣的輸出功率Po1 ，本案的開關頻率fs 更低，可以獲得更好的輕載效率；同時由於曲線斜率隨輸出功率的降低而增加，因此同樣在20kHz進入Burst Mode時，本案可以具有更低的輸出功率，從而獲得更好的音頻雜訊性能。
第3圖是本案實施例提供的一種返馳式變換器的控制電路50的電路圖。參考第3圖，返馳式變換器的控制電路50可以包括： 頻率調節單元51，接收反饋電壓信號VFB ，輸出開關頻率控制信號； 電流調節單元52，第一輸入端接收反饋電壓信號VFB ，第二輸入端接收電流採樣信號Ipk ，輸出峰值電流控制信號； 開關信號輸出單元53，兩個輸入端分別接收開關頻率控制信號和峰值電流控制信號，輸出開關管控制信號S1 至開關管的控制端。
第4圖是第3圖所示的控制電路50的一個實施例。 參考第4圖，在本案的一種示例性實施例中，頻率調節單元51可以包括： 第一調節單元511，接收反饋電壓信號VFB 後輸出第一控制信號，第一調節單元511具有大於零的第一調節係數KFB_f ； 壓控振盪器512，接收第一控制信號，輸出開關頻率控制信號。
電流調節單元52可以包括： 第二調節單元521，接收反饋電壓信號VFB 後輸出第二控制信號，第二調節單元521具有大於零的第二調節係數KFB_I ； 比較器522，反相輸入端接收第二控制信號，同向輸入端接收電流採樣信號Ipk ，輸出峰值電流控制信號。
在第4圖所示的實施例中，開關信號輸出單元53可以包括： 觸發器531，第一輸入端耦接於頻率調節單元51，第二輸入端耦接於電流調節單元52，輸出端耦接於開關管20的控制端。
在本實施例第4圖中，峰值電流Ipk 和開關頻率fs 均由反饋電壓VFB 控制，可以得到公式（4）、公式（5）：
Figure 02_image013
公式（4）
Figure 02_image017
公式（5） 其中，KFB_f 為第一調節係數，KFB_I 為第二調節係數，二者均為正值；RCS 為電流採樣電阻值。
由公式（1）（4）（5）可得開關頻率fs 和輸出功率Po 的關係如下：
Figure 02_image021
公式（6）
由公式（6），可得開關頻率fs 對輸出功率Po 的一階導數，亦即fs 對Po 的斜率為： 公式（7） 其中： 公式（8）
由公式（7）可知，在fs ＞0的條件下，開關頻率fs 對輸出功率Po 的一階導數隨著fs 的升高而減小，亦即開關頻率fs 對輸出功率Po 的斜率隨著Po 的增大而減小。通過設置不同的第一調節係數 KFB_f 和第二調節係數 KFB_I ，可以設定不同的Pth 和進入Burst Mode的輸出功率點PO_BST_in 。
第5A圖~第5C圖是本案控制電路50的另外三個實施例。 參考第5A圖，控制電路50還可以包括第三調節單元541，接收一設定電壓信號VF ，並輸出第三控制信號疊加於第一控制信號上，其中，第三調節單元541具有大於零的第三調節係數KF_f 。
在第5A圖中，第一控制信號與第三控制信號相疊加後共同作為壓控振盪器512的輸入信號，即開關頻率控制信號同時受控於反饋電壓VFB 和設定電壓VF 。
對於第5A圖，峰值電流Ipk 受反饋電壓VFB 控制：
Figure 02_image033
Figure 02_image035
公式（9） 其中：KFB_I 為第二調節係數，為正值；RCS 為電流採樣電阻值。
開關頻率fs 由反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制：
Figure 02_image039
公式（10） 其中：KFB_f 為第一調節係數，KF_f 為第三調節係數，兩著均為正值。
由公式（1），（9）及（10）可得開關頻率fs 和輸出功率Po 的關係如下：
Figure 02_image043
公式（11）
由公式（11），可得開關頻率fs 對輸出功率Po 的一階導數，亦即fs 對Po 的斜率為：
Figure 02_image047
公式（12） 其中：
Figure 02_image051
公式（13） 公式（14）
由公式（10）可知， 公式（15） 其中VFB ＞0。
由公式（12）可知，在fs ＞A的條件下，開關頻率fs 對輸出功率Po 的斜率隨著fs 的升高而減小，隨著Po 的增大而減小。
同時，由於上述公式需在fs ＞20kHz是範圍內有效，因此，由公式（14）（15）可知，各調節係數需滿足： 公式（16）
因此，該實現方式的約束條件為：。
通過設定不同的 VF 、KF_f 、KFB_f 、KFB_I ，可以設定不同的Pth 和進入Burst Mode的輸出功率點PO_BST_in 。
在第5B圖所示的實施例中，控制電路50還可以包括： 第四調節單元542，接收設定電壓信號VF ，並輸出第四調節信號疊加於第二控制信號，其中，第四調節單元具有大於零的第四調節係數KF_I 。
在第5B圖中，峰值電流Ipk 由反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制。因此，可以通過反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制峰值電流Ipk ：
Figure 02_image071
公式（17） 其中： KFB_I 為第二調節係數，KF_I 為第四調節係數，二者均為正值；RCS 為電流採樣電阻值。
開關頻率fs 由反饋電壓VFB 控制：
Figure 02_image075
公式（18） 其中KFB_f 為第一調節係數，為正值。
由公式（1），（17）及（18）可得開關頻率fs 和輸出功率Po 的關係：
Figure 02_image078
公式（19）
由公式（19），可得開關頻率fs 對輸出功率Po 的一階導數，亦即fs 對Po 的斜率為：
Figure 02_image082
公式（20） 其中：
Figure 02_image051
公式（21） 公式（22）
由公式（20）可知，在fs ＞0的條件下，開關頻率fs 對輸出功率Po 的斜率隨著fs 的升高而減小，隨著Po 的增大而減小。通過調整VF 、KF_I 、KFB_f 、KFB_I 的具體數值，可以設定不同的Pth 和進入Burst Mode的輸出功率點PO_BST_in 。
在第5C圖所示的實施例中，控制電路50同時包括第三調節單元541和第四調節單元542。
在第5C圖中，第一控制信號與第三控制信號相加，第二控制信號與第四控制信號相加。
此時，峰值電流Ipk 由反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制。因此，可以通過反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制峰值電流Ipk ：
Figure 02_image090
公式（23） 其中： KFB_I 為第二調節係數，KF_I 為第四調節係數，二者均為正值；RCS 為電流採樣電阻值。
開關頻率fs 由反饋電壓VFB 以及設定電壓VF 控制：
Figure 02_image091
公式（24） 其中： KFB_f 為第一調節係數，KF_f 為第三調節係數，兩種均為正值。
此時，由公式（1）（23）（24）可得開關頻率fs 和輸出功率Po 的關係如下：
Figure 02_image094
公式（25）
由公式（25），可得開關頻率fs 對輸出功率Po 的一階導數，亦即fs 對Po 的斜率為：
Figure 02_image096
公式（26） 其中：
Figure 02_image097
公式（27）
Figure 02_image100
公式（28）
由公式（24）可知， 公式（29） 其中，VFB ＞0。
由公式（24）可知，在fs ＞A的條件下，開關頻率fs 對輸出功率Po 的斜率隨著fs 的升高而減小，隨著Po 的增大而減小。
同時，由於上述公式需在fs ＞20kHz是範圍內有效，因此，由公式（28）、（29）可知，各調節係數需滿足：
Figure 02_image108
公式（30）
因此，該實現方式的約束條件為：
Figure 02_image108
。
通過設定不同的 VF 、KF_f 、KF_I 、KFB_f 、KFB_I ，可以設定不同的Pth 和進入Burst Mode的輸出功率點PO_BST_in 。
綜上，本案提供的實施例通過返馳式變換器的反饋電壓同時調節開關頻率和峰值電流，可以使返馳式變換器在進入Burst Mode前具有較高的峰值電流和較低的開關頻率，而在進入Burst Mode時具有較低的輸出功率，從而同時改善輕載效率性能和音頻雜訊性能，使返馳式變換器同時具有較高的輕載效率性能和較低的音頻雜訊。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐本案之發明後，將容易想到本案的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本案的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本案的一般性原理並包括本案未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本案的真正範圍和構思由所附申請專利範圍決定。
Po、Po1 ‧‧‧輸出功率fs‧‧‧開關頻率Lm‧‧‧變壓器激磁電感值Ipk‧‧‧峰值電流IPK_VCO‧‧‧峰值電流設定值EBST‧‧‧能量fBST‧‧‧頻率100‧‧‧返馳式變換器10‧‧‧變壓器20‧‧‧開關管30‧‧‧反饋電路40‧‧‧電流採樣電路50‧‧‧控制電路51‧‧‧頻率調節單元511‧‧‧第一調節單元512‧‧‧壓控振盪器52‧‧‧電流調節單元521‧‧‧第二調節單元522‧‧‧比較器53‧‧‧開關信號輸出單元531‧‧‧觸發器541‧‧‧第三調節單元542‧‧‧第四調節單元RL‧‧‧負載Vo‧‧‧輸出電壓VFB‧‧‧反饋電壓Vss‧‧‧原邊接地端S1‧‧‧開關管控制信號Pth‧‧‧功率KFB_f‧‧‧第一調節係數KFB_I‧‧‧第二調節係數KF_f‧‧‧第三調節係數KF_I‧‧‧第四調節係數RCS‧‧‧電流採樣電阻值PO_BST_in‧‧‧輸出功率點VF‧‧‧設定電壓
第1圖是本案實施例的返馳式變換器的示意圖。
第2圖是本案實施例與相關技術中返馳式變換器效率與頻率的關係的對比示意圖。
第3圖是本案實施例中返馳式變換器的控制電路的方框圖。
第4圖是本案實施例中控制電路的一個實施例的示意圖。
第5A圖~第5C圖是本案實施例中控制電路的三個實施例的示意圖。
Ipk‧‧‧峰值電流
100‧‧‧返馳式變換器
10‧‧‧變壓器
20‧‧‧開關管
30‧‧‧反饋電路
40‧‧‧電流採樣電路
50‧‧‧控制電路
RL‧‧‧負載
Vo‧‧‧輸出電壓
VFB‧‧‧反饋電壓
Vss‧‧‧原邊接地端
S1‧‧‧開關管控制信號
RCS‧‧‧電流採樣電阻值

Claims (16)

  1. 一種返馳式變換器，其特徵在於，包括： 一變壓器，包含一原邊繞組與一副邊繞組； 一開關管，耦接於該原邊繞組； 一反饋電路，用以檢測一負載的一輸出電壓並輸出一反饋電壓信號； 一電流採樣電路，耦接於該開關管與原邊接地端之間並輸出一電流採樣信號；以及 一控制電路，耦接於該反饋電路和該電流採樣電路，分別接收該反饋電壓信號和該電流採樣信號，並輸出一開關管控制信號，用以在該開關管的一開關頻率大於等於一閾值時，控制該開關管的該開關頻率隨著一輸出功率的增加而增加，但該開關頻率增加的速度隨該輸出功率的增加而減小，亦即控制該開關管的該開關頻率對該輸出功率的導數隨著該開關頻率的升高而減小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該控制電路包括： 一頻率調節單元，接收該反饋電壓信號，輸出一開關頻率控制信號； 一電流調節單元，其一第一輸入端接收該反饋電壓信號，一第二輸入端接收該電流採樣信號，輸出一峰值電流控制信號； 一開關信號輸出單元，分別接收該開關頻率控制信號和該峰值電流控制信號，輸出該開關管控制信號至該開關管的控制端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該頻率調節單元包括： 一第一調節單元，接收該反饋電壓信號後輸出一第一控制信號，該第一調節單元具有大於零的一第一調節係數； 一壓控振盪器，接收該第一控制信號，輸出該開關頻率控制信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該電流調節單元包括： 一第二調節單元，接收該反饋電壓信號後輸出一第二控制信號，該第二調節單元具有大於零的一第二調節係數； 一比較器，一反相輸入端接收該第二控制信號，一同向輸入端接收該電流採樣信號，輸出該峰值電流控制信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該控制電路還包括： 一第三調節單元，接收一設定電壓信號，並輸出一第三控制信號疊加於該第一控制信號，其中，該第三調節單元具有大於零的一第三調節係數。
  6. 如申請專利範圍第4或5項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該控制電路還包括： 一第四調節單元，接收一設定電壓信號，並輸出一第四調節信號疊加於該第二控制信號，其中，該第四調節單元具有大於零的一第四調節係數。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該開關信號輸出單元包括： 一觸發器，一第一輸入端耦接於該頻率調節單元，一第二輸入端耦接於該電流調節單元，一輸出端耦接於該開關管的控制端。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之返馳式變換器，其特徵在於，該閾值大於等於20kHz。
  9. 一種返馳式變換器的控制方法，該返馳式變換器包括一變壓器和一開關管，該變壓器包含一原邊繞組和一副邊繞組，該開關管耦接於該原邊繞組，其特徵在於，該控制方法包括： 檢測一負載的輸出電壓，產生一反饋電壓信號； 檢測流過該開關管的電流，產生一電流採樣信號；以及 根據該反饋電壓信號和該電流採樣信號，產生一開關管控制信號，用以在該開關管的一開關頻率大於等於一閾值時，控制該開關管的該開關頻率隨著一輸出功率的增加而增加，但該開關頻率增加的速度隨該輸出功率的增加而減小，亦即控制該開關管的該開關頻率對該輸出功率的導數隨著該開關頻率的升高而減小。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 設置一第一調節係數，並根據該反饋電壓信號和該第一調節 係數輸出一第一控制信號，其中，該第一調節係數大於零； 提供一壓控振盪器，根據該第一控制信號，輸出一開關頻率控制信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 設置一第二調節係數，並根據該反饋電壓信號和該第二調節係數輸出一第二控制信號，其中，該第二調節係數大於零； 提供一比較器，根據該第二控制信號和該電流採樣信號，輸出一峰值電流控制信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 接收一設定電壓信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 設置一第三調節係數，並根據該設定電壓信號和該第三調節係數輸出一第三控制信號疊加於該第一控制信號。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 設置一第四調節係數，並根據該設定電壓信號和該第四調節係數輸出一第四控制信號疊加於該第二控制信號。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其特徵在於，還包括： 提供一觸發器，根據該開關頻率控制信號和該輸出峰值電流控制信號，產生該開關管控制信號。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，其特徵在於，該閾值大於等於20kHz。
TW107121101A 2018-05-21 2018-06-20 返馳式變換器及其控制方法 TWI699952B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810490851.7 2018-05-21
CN201810490851.7A CN110518800B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 一种反激变换器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202005240A true TW202005240A (zh) 2020-01-16
TWI699952B TWI699952B (zh) 2020-07-21

Family

ID=68534481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107121101A TWI699952B (zh) 2018-05-21 2018-06-20 返馳式變換器及其控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10637365B2 (zh)
CN (1) CN110518800B (zh)
TW (1) TWI699952B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111431424B (zh) * 2020-03-19 2021-04-23 英飞特电子（杭州）股份有限公司 一种谐振电路
CN112067886B (zh) * 2020-08-27 2023-07-11 广州金升阳科技有限公司 一种开关电源装置的电流检测电路
TWI772215B (zh) * 2021-04-08 2022-07-21 通嘉科技股份有限公司 應用於返馳式電源轉換器的控制器的效率追蹤方法
CN114944763B (zh) * 2022-07-25 2022-10-28 陕西中科天地航空模块有限公司 一种开关电源频率调节电路

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715958A (ja) * 1993-06-28 1995-01-17 Tdk Corp 自励フライバックコンバータ
JP4730498B2 (ja) * 2001-06-13 2011-07-20 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US7911814B2 (en) * 2008-05-30 2011-03-22 Active-Semi, Inc. Constant current and voltage controller in a three-pin package with dual-use power pin
TWI393336B (zh) * 2008-09-18 2013-04-11 Leadtrend Tech Corp 返馳式交換電源供應器及其控制方法
CN101552560B (zh) * 2009-01-13 2011-06-22 成都芯源系统有限公司 一种开关稳压电路及其控制方法
CN101592965B (zh) 2009-05-27 2014-07-02 成都芯源系统有限公司 多模式控制电路、方法及ac-dc变换电路
CN101998728B (zh) * 2009-08-25 2013-09-11 联咏科技股份有限公司 发光二极管的调光电路及其隔离型电压产生器与调光方法
CN101645656B (zh) * 2009-09-01 2011-09-14 成都芯源系统有限公司 电流峰值压缩方法及采用该方法的控制电路
CN202167985U (zh) * 2010-08-27 2012-03-14 成都芯源系统有限公司 准谐振控制装置及包含该装置的开关稳压器
CN102255502B (zh) * 2011-07-16 2014-04-16 西安电子科技大学 应用于反激式开关电源的初级电感校正电路
CN102332841B (zh) * 2011-09-16 2013-08-28 浙江大学 峰值电流控制的反激式光伏并网微型逆变器的控制方法
JP5828273B2 (ja) * 2011-12-01 2015-12-02 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
KR20130084199A (ko) * 2012-01-16 2013-07-24 단국대학교 산학협력단 단일 전력단 역률 개선 회로
CN102647073B (zh) * 2012-05-15 2014-11-26 成都芯源系统有限公司 一种开关稳压电路及其控制电路和方法
CN103715899A (zh) 2012-09-28 2014-04-09 凹凸电子（武汉）有限公司 反激转换器、控制反激转换器的控制器及方法
CN202906742U (zh) * 2012-09-29 2013-04-24 福建捷联电子有限公司 一种具有功率因数校正功能的反激式电源
CN103687245B (zh) * 2013-12-24 2016-04-20 杭州士兰微电子股份有限公司 隔离型原边反馈带pfc的led驱动电路及其控制器和驱动方法
US9991798B2 (en) * 2014-02-13 2018-06-05 Texas Instruments Incorporated Constant on-time control for power converter
JP6424580B2 (ja) * 2014-11-21 2018-11-21 株式会社ノーリツ スイッチング電源装置及び給湯装置
TWI531141B (zh) * 2015-01-12 2016-04-21 友達光電股份有限公司 雜訊抑制方法及電壓轉換器
JP6700704B2 (ja) * 2015-09-30 2020-05-27 キヤノン株式会社 電力供給装置及び画像形成装置
CN107306087B (zh) * 2016-04-20 2019-07-02 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种双级转换器及其控制方法
US9837914B1 (en) * 2017-04-14 2017-12-05 Inno-Tech Co., Ltd. Methods for meeting holdup time requirement with minimal bulk capacitance
US10658934B2 (en) * 2017-06-06 2020-05-19 Semiconductor Components Industries, Llc Quasi-resonant converter with efficient light-load operation and method therefor
TWI623185B (zh) * 2017-07-25 2018-05-01 偉詮電子股份有限公司 可提供不同輸出電壓之開關式電源供應器以及相關之電源控制器
DE102018101932A1 (de) * 2018-01-29 2019-08-01 Infineon Technologies Ag Schaltwandler, der Pulsfrequenzmodulation und Strombetriebssteuerung verwendet

Also Published As

Publication number Publication date
TWI699952B (zh) 2020-07-21
US10637365B2 (en) 2020-04-28
US20190356232A1 (en) 2019-11-21
CN110518800B (zh) 2020-06-12
CN110518800A (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI699952B (zh) 返馳式變換器及其控制方法
US9966831B2 (en) Controller and controlling method of switching power supply
CN109327146B (zh) 一种电压控制隔离型dc/dc变换器的环路补偿电路及补偿方法
WO2011072519A1 (zh) 交流-直流反激转换器及其环路补偿方法
CN103269163B (zh) 隔离式电源电路及其控制信号传输电路及方法
CN102195479B (zh) 用于控制开关模式功率转换器的控制器和方法
TWI556554B (zh) A system and method for adjusting a power converter
TWI474593B (zh) 具功率因數校正與脈寬調變機制的電源供應裝置及其方法
WO2012119556A1 (zh) 电流基准发生电路、恒流开关电源的控制电路及方法
CN112165183B (zh) 一种无线充电系统恒流恒压输出的参数控制方法及系统
TW201003355A (en) Control circuit and method of flyback converter
CN106411141B (zh) 一种固定频率、固定脉宽、输入调幅控制的高压直流电源电路
US20160329817A1 (en) Power supply converter
US10715047B1 (en) Resonant power conversion device
CN114499146B (zh) 一种适用于谐振变换器的闭环软启动控制系统
TWI671990B (zh) 變換裝置與其控制方法
TW201347376A (zh) 變頻模式轉換器及其調控方法
WO2018157796A1 (zh) 一种谐振变换器
JP5721355B2 (ja) 電源回路
TW202203565A (zh) 消除振鈴效應之電源供應器
WO2023036176A1 (zh) 开关电源的控制方法和开关电源
TW202322535A (zh) 諧振轉換裝置
TWI404318B (zh) 諧振式電力轉換電路
TWI671984B (zh) 電源供應裝置
Ma et al. Secondary Periodic Energy Control for LCC-S Compensated Wireless Power Transfer Systems