TWI441208B - 產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路及其方法 - Google Patents

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Description

產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路及其方法
本發明是有關於一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路及其方法，尤指一種產生可隨耦接於變壓器的負載變化的採樣延遲時間的採樣維持電路及其方法。
請參照第1圖，第1圖是為先前技術說明變壓器100的示意圖。變壓器100的一次側的控制電路102是用以透過偵測一輔助供電繞組104上的電壓，以控制輸出電壓VOUT。由於輔助供電繞組104上的電壓是為正電壓與負電壓輪替出現，因此需在正確時間對輔助供電繞組104上的電壓採樣。一般說來，採樣維持電路108在變壓器100的一次側的開關106關閉後一段時間產生一採樣信號SS給控制電路102中的比較器107，其中VREF是為一參考電壓。然而，因為當不同負載耦接於變壓器100的二次側時，變壓器100的放電時間不同，所以若採樣維持電路108使用固定採樣時間會造成控制電路102穩壓效果不好，甚至造成輕載時採樣錯誤。
本發明的一實施例提供一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路。該採樣維持電路包含一放電偵測單元、一採樣延遲時間產生單元及一比較器。該放電偵測單元係用以根據一第一開啟 信號與一第一參考電流，產生一第一電壓，其中該第一開啟信號的時間長度是隨著該變壓器的當下週期的放電時間改變；該採樣延遲時間產生單元係用以根據該第一開啟信號與一第二參考電流，產生一第二電壓；該比較器係用以根據一對應於該變壓器的前一週期的第一電壓與一對應於該變壓器的當下週期的第二電壓，產生一採樣信號給該變壓器內的控制電路，其中該第一參考電流是為該第二參考電流的K倍，其中0<K<1。
本發明的另一實施例提供一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的方法。一產生該可變採樣延遲時間的採樣維持電路包含一放電偵測單元、一採樣延遲時間產生單元及一比較器，其中該放電偵測單元包含一第一開關、一第一電容、一第二開關、一第三開關及一第二電容，以及該採樣延遲時間產生單元包含一第四開關、一第三電容及一第五開關，該第一電容、該第二電容與該第三電容相同。該方法包含根據一第一開啟信號與一第一參考電流，產生一第一電壓，其中該第一開啟信號的時間長度是隨著該變壓器的當下週期的放電時間改變；根據該第一開啟信號與一第二參考電流，產生對應於該當下週期的一第二電壓；根據對應於該變壓器的一前一週期的第一電壓與對應於該當下週期的第二電壓，產生一採樣信號給該變壓器內的控制電路；其中該第一參考電流是為該第二參考電流的K倍，其中0<K<1。
本發明提供一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電 路及其方法。該採樣維持電路及該方法是利用一放電偵測單元根據一第一開啟信號與一第一參考電流，產生對應於一變壓器的當下週期的第一電壓，以及利用一採樣延遲時間產生單元根據該第一開啟信號與一第二參考電流，產生對應於該變壓器的當下週期的第二電壓。然後，一比較器根據對應於該變壓器的前一週期的第一電壓與對應於該當下週期的第二電壓，產生一採樣信號給該變壓器內的控制電路。因為該第一參考電流與該第二參考電流不相等，所以該比較器產生該採樣信號的時間，將會隨著耦接於該變壓器的二次側電路的負載而改變。因此，相較於先前技術，本發明可改善該採樣維持電路使用固定採樣時間的缺點。
請參照第2圖，第2圖是為本發明的一實施例提供一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路200的示意圖，其中採樣維持電路200是用以取代變壓器100的採樣維持電路108，且變壓器100是為一返馳式變壓器。但本發明並不受限於採樣維持電路200是位於返馳式變壓器內。如第2圖所示，採樣維持電路200包含一放電偵測單元202、一採樣延遲時間產生單元204及一比較器206。放電偵測單元202係用以根據一第一開啟信號FTS與一第一參考電流IFR，產生一第一電壓FV，其中第一開啟信號FTS的時間長度是隨著變壓器100的當下週期的放電時間改變；採樣延遲時間產生單元204係用以根據第一開啟信號FTS與一第二參考電流ISR，產生一第二電壓SV；比較器206係用以根據前一週期的第一電壓PFV 與當下週期的第二電壓SV，產生一採樣信號SS給變壓器100內的控制電路102的比較器107，其中前一週期的第一電壓PFV是對應於變壓器100的前一週期且第二電壓SV是對應於變壓器100的當下週期。第一參考電流IFR是為第二參考電流ISR的K倍，0<K<1，且K是隨著耦接於變壓器100的二次側電路的負載110改變。亦即K是隨著控制電路102的接腳(COMP接腳或CS接腳)的電壓而改變，其中控制電路102的接腳的電壓是隨著耦接於變壓器100的二次側電路的負載110改變。另外，當耦接於變壓器100的二次側電路的負載110增加時，K亦增加。但本發明並不受限於K是隨著耦接於變壓器100的二次側電路的負載110改變，亦即K可為一預定比例。
如第2圖所示，放電偵測單元202包含一第一電流源2022、一第一開關2024、一第一電容2026、一第二開關2028、一第三開關2030及一第二電容2032。如第2圖所示，第一電流源2022是用以提供第一參考電流IFR；第一開關2024是耦接於第一電流源2022，用以根據第一開啟信號FTS開啟與關閉；第一電容2026是耦接於第一開關2024與一地端GND之間，其中當第一開關2024根據第一開啟信號FTS開啟時，第一參考電流IFR對第一電容2026充電，以產生第一電壓FV；第二開關2028是耦接於第一開關2024與地端GND之間，用以根據一第二開啟信號STS開啟與關閉；第三開關2030是耦接於第一開關2024、第一電容2026與第二開關2028，用以根據一第三開啟信號TTS開啟與關閉；第二電容2032是耦接於 第三開關2030、比較器206與地端GND，用以於第三開關2030根據第三開啟信號TTS開啟時，穩定第一電壓FV；另外，在第一開關2024根據第一開啟信號FTS關閉之後且在變壓器100的一次側的開關106的開啟時間的正緣之前，第三開關2030根據第三開啟信號TTS開啟，且在一次側的開關106的開啟時間當中，第二開關2028根據第二開啟信號STS開啟，以清除第一電容2026上殘存的電荷。
如第2圖所示，採樣延遲時間產生單元204包含一第二電流源2042、一第四開關2044、一第三電容2046及一第五開關2048。第二電流源2042是用以提供第二參考電流ISR；第四開關2044是耦接於第二電流源2042，用以根據第一開啟信號FTS開啟與關閉；第三電容2046是耦接於第四開關2044與地端GND之間，其中當第四開關2044根據第一開啟信號FTS開啟時，第二參考電流ISR對第三電容2046充電，以產生第二電壓SV，其中第三電容2046、第二電容2032和第一電容2026相同；第五開關2048是耦接於第四開關2044、比較器206與地端GND，用以根據第二開啟信號STS開啟與關閉。另外，在一次側的開關106的開啟時間當中，第五開關2048根據第二開啟信號STS開啟，以清除第三電容2046上的電荷。
另外，採樣維持電路200另包含一信號產生電路208，用以產生第一開啟信號FTS、第二開啟信號STS及第三開啟信號TTS。
請參照第3圖，第3圖是為說明用以控制一次側的開關106的 脈衝寬度調變信號PWM、輔助供電繞組104上的電壓VNA變化、第一開啟信號FTS、第二開啟信號STS、第三開啟信號TTS、採樣信號SS、第一電容2026與第三電容2046的充電時間的時序示意圖。如第3圖所示，在時段T1中，因為脈衝寬度調變信號PWM是為低電位，所以開關106關閉且變壓器100的二次側線圈NS開始放電給負載108，導致輔助供電繞組104上的電壓VNA開始降低。在時段T1一開始時，第一開啟信號FTS是為高電位，所以第一開關2024和第四開關2044開啟，且第一參考電流IFR對第一電容2026充電以產生對應於時段T1第一電壓FV以及第二參考電流ISR對第三電容2046充電以產生對應於時段T1第二電壓SV。在時段T1中，在第一開啟信號FTS的負緣與變壓器100的一次側的開關106的開啟時間的正緣之間，第三開啟信號TTS是為高電位。因此，第二電容2032於第三開關2030根據第三開啟信號TTS開啟時，穩定對應於時段T1第一電壓FV。
在時段T2中(亦即一次側的開關106的開啟時間當中)，第二開啟信號STS是為高電位，所以第二開關2028根據第二開啟信號STS開啟，以清除第一電容2026上殘存的電荷，以及第五開關2048根據第二開啟信號STS開啟，以清除第三電容2046上的電荷。
在時段T3中，因為脈衝寬度調變信號PWM是為低電位，所以開關106關閉且變壓器100的二次側線圈NS開始放電，導致輔助供電繞組104上的電壓VNA開始降低。在時段T3一開始時，第一 開啟信號FTS是為高電位，所以第一開關2024和第四開關2044開啟，且第一參考電流IFR再次對第一電容2026充電以產生對應於時段T3的第一電壓FV以及第二參考電流ISR再次對第三電容2046充電以產生對應於時段T3第二電壓SV。在時段T3中，第二電容2032的電壓是為對應於時段T1的第一電壓FV，亦即比較器206的一輸入端的電壓是為對應於時段T1的第一電壓FV。因此，當第二電壓SV(比較器206的另一輸入端的電壓)大於對應於時段T1的第一電壓FV時，比較器206產生一採樣信號SS。因為第一參考電流IFR是為第二參考電流ISR的K倍(亦即第二參考電流ISR大於第一參考電流IFR)，所以第一參考電流IFR對第一電容2026充電以產生對應於時段T1的第一電壓FV的放電時間TDIS(n-1)(亦即變壓器100的時段T1的第一開啟信號FTS的時間長度)較第二參考電流ISR對第三電容2046充電以產生對應於時段T3的第二電壓SV的時間TS(n)長，亦即時間TS(n)是為放電時間TDIS(n-1)的K倍。如此，比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)會隨著第一開啟信號FTS的時間長度(TDIS(n-1))而改變。因為在時段T1，第一開啟信號FTS的時間長度是隨著變壓器100的時段T1的放電時間TDIS(n-1)改變，所以比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)亦會隨著變壓器100的時段T1的放電時間TDIS(n-1)改變。亦即比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)會隨著負載108而改變。另外，TDIS(n)是為對應於時段T3的第一開啟信號FTS的時間長度，以及TS(n-1)是為比較器206在時段T1產生採樣信號SS的時間。
但本發明並不受限於第3圖中，第一開啟信號FTS、第二開啟信號STS、第三開啟信號TTS的電位，亦即只要採樣維持電路200根據第一開啟信號FTS、第二開啟信號STS、第三開啟信號TTS，產生隨著負載110變化的可變採樣延遲時間，皆落入本發明的範疇。
請參照第2圖、第3圖和第4圖，第4圖係為本發明的另一實施例說明一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的方法的流程圖。第4圖的方法係利用第2圖的採樣維持電路200說明，詳細步驟如下：步驟400：開始；步驟402：當第一開關2024根據第一開啟信號FTS開啟時，第一參考電流IFR對第一電容2026充電，以產生對應於變壓器100的當下週期的第一電壓FV，以及當第四開關2044根據第一開啟信號FTS開啟時，第二參考電流ISR對第三電容2046充電，以產生對應於當下週期的第二電壓SV；步驟404：比較器206根據對應於變壓器100的前一週期的第一電壓FV與對應於當下週期的第二電壓SV，產生一採樣信號SS給變壓器100內的控制電路102的比較器107；步驟406：在第一開關2024根據第一開啟信號FTS關閉之後且在變壓器110的一次側的開關106的開啟時間的正緣之前，第三開關2030根據第三開啟信號TTS開啟，且第二電容2032穩定對應於當下週期的第一電壓FV； 步驟408：在一次側的開關106的開啟時間當中，第二開關2028與第五開關2048根據第二開啟信號STS開啟，以清除第一電容2026上殘存的電荷與第三電容2046上的電荷，跳回步驟402。
在步驟402中，在第3圖的時段T3(對應於變壓器100的當下週期)，第一開啟信號FTS是為高電位，所以第一開關2024和第四開關2044開啟，且第一參考電流IFR對第一電容2026充電以產生對應於變壓器100的當下週期(時段T3)的第一電壓FV以及第二參考電流ISR對第三電容2046充電以產生對應於變壓器100的當下週期(時段T3)的第二電壓SV。在步驟404中，在第3圖的時段T3，比較器206根據對應於變壓器100的前一週期(時段T1)的第一電壓PFV與對應於當下週期(時段T3)的第二電壓SV，產生採樣信號SS給變壓器100內的控制電路102的比較器107。亦即當對應於變壓器100的前一週期(時段T1)的第一電壓FV(比較器206的一輸入端的電壓)小於對應於當下週期(時段T3)的第二電壓SV(比較器206的另一輸入端的電壓)時，比較器206產生採樣信號SS。如第3圖所示，因為第一參考電流IFR是為第二參考電流ISR的K倍(亦即第二參考電流ISR大於第一參考電流IFR)，所以第一參考電流IFR對第一電容2026充電以產生對應於變壓器100的前一週期(時段T1)的第一電壓FV的放電時間TDIS(n-1)(亦即變壓器100的時段T1的第一開啟信號FTS的時間長度)較第二參考電流ISR對第三電容2046充電以產生對應於變壓器100的當下週期(時段T3)的第二電壓 SV的時間TS(n)長，亦即時間TS(n)是為放電時間TDIS(n-1)的K倍，其中0<K<1。如此，比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)會隨著第一開啟信號FTS的時間長度(TDIS(n-1))而改變。因為在時段T1，第一開啟信號FTS的時間長度是隨著變壓器100的前一週期(時段T1)的放電時間改變，所以比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)亦會隨著變壓器100的前一週期(時段T1)的放電時間改變。亦即比較器206產生採樣信號SS的時間TS(n)會隨著負載108而改變。在步驟406中，第三開關2030根據第三開啟信號TTS開啟，且第二電容2032根據第一電容2026所儲存的電荷，產生對應於當下週期(時段T3)的第一電壓FV，以於變壓器100的下一週期供比較器206比較對應於變壓器100的下一週期的第二電壓SV。在步驟408中，在一次側的開關106的開啟時間(時段T4)當中，第二開關2028與第五開關2048根據第二開啟信號STS開啟，以清除第一電容2026上殘存的電荷與第三電容2046上的電荷，所以可抹去第一電容2026上對應於當下週期(時段T3)的第一電壓FV以及第三電容2046上對應於當下週期(時段T3)的第二電壓SV。在步驟408之後，再重複步驟402至步驟406，以持續產生變壓器100的可變採樣延遲時間。
綜上所述，本發明所提供的產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路及其方法，是利用放電偵測單元根據第一開啟信號與第一參考電流，產生對應於變壓器的當下週期的第一電壓，以及利用採樣延遲時間產生單元根據第一開啟信號與第二參考電流，產生 對應於變壓器的當下週期的第二電壓。然後，比較器根據對應於變壓器的前一週期的第一電壓與對應於當下週期的第二電壓，產生採樣信號給變壓器內的控制電路。因為第一參考電流與第二參考電流不相等，所以比較器產生採樣信號的時間，將會隨著耦接於變壓器的二次側電路的負載而改變。因此，相較於先前技術，本發明可改善採樣維持電路使用固定採樣時間的缺點。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧變壓器
102‧‧‧控制電路
104‧‧‧輔助供電繞組
106‧‧‧開關
107‧‧‧比較器
108、200‧‧‧採樣維持電路
110‧‧‧負載
202‧‧‧放電偵測單元
204‧‧‧採樣延遲時間產生單元
206‧‧‧比較器
208‧‧‧信號產生電路
2022‧‧‧第一電流源
2024‧‧‧第一開關
2026‧‧‧第一電容
2028‧‧‧第二開關
2030‧‧‧第三開關
2032‧‧‧第二電容
2042‧‧‧第二電流源
2044‧‧‧第四開關
2046‧‧‧第三電容
2048‧‧‧第五開關
COMP、CS‧‧‧接腳
FTS‧‧‧第一開啟信號
FV‧‧‧第一電壓
GND‧‧‧地端
IFR‧‧‧第一參考電流
ISR‧‧‧第二參考電流
NS‧‧‧二次側線圈
PWM‧‧‧脈衝寬度調變信號
SV‧‧‧第二電壓
SS‧‧‧採樣信號
STS‧‧‧第二開啟信號
TDIS(n-1)、TS(n-1)、TDIS(n)、TS(n)‧‧‧時間
TDIS(n-1)、TDIS(n)‧‧‧放電時間
TTS‧‧‧第三開啟信號
T1、T2、T3、T4‧‧‧時段
VOUT‧‧‧輸出電壓
VNA‧‧‧電壓
VREF‧‧‧參考電壓
400至408‧‧‧步驟
第1圖是為先前技術說明變壓器的示意圖。
第2圖是為本發明的一實施例提供一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路的示意圖。
第3圖是為說明用以控制一次側的開關的脈衝寬度調變信號、輔助供電繞組上的電壓變化、第一開啟信號、第二開啟信號、第三開啟信號、採樣信號、第一電容與第三電容的充電時間的時序示意圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的方法的流程圖。
200‧‧‧採樣維持電路
202‧‧‧放電偵測單元
204‧‧‧採樣延遲時間產生單元
206‧‧‧比較器
208‧‧‧信號產生電路
2022‧‧‧第一電流源
2024‧‧‧第一開關
2026‧‧‧第一電容
2028‧‧‧第二開關
2030‧‧‧第三開關
2032‧‧‧第二電容
2042‧‧‧第二電流源
2044‧‧‧第四開關
2046‧‧‧第三電容
2048‧‧‧第五開關
FTS‧‧‧第一開啟信號
FV‧‧‧第一電壓
GND‧‧‧地端
IFR‧‧‧第一參考電流
ISR‧‧‧第二參考電流
SV‧‧‧第二電壓
SS‧‧‧採樣信號
STS‧‧‧第二開啟信號
TTS‧‧‧第三開啟信號

Claims (13)

  1. 一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的採樣維持電路，包含：一放電偵測單元，用以根據一第一開啟信號與一第一參考電流，產生一第一電壓，其中該第一開啟信號的時間長度是隨著該變壓器的當下週期的放電時間改變；一採樣延遲時間產生單元，用以根據該第一開啟信號與一第二參考電流，產生一第二電壓；及一比較器，用以根據一對應於該變壓器的前一週期的第一電壓與一對應於該變壓器的當下週期的第二電壓，產生一採樣信號給該變壓器內的控制電路，其中該第一參考電流是為該第二參考電流的K倍，其中0<K<1。
  2. 如請求項1所述的採樣維持電路，其中該放電偵測單元包含：一第一電流源，用以提供該第一參考電流；一第一開關，耦接於該第一電流源，用以根據該第一開啟信號開啟與關閉；一第一電容，耦接於該第一開關與一地端之間，其中當該第一開關根據該第一開啟信號開啟時，該第一參考電流對該第一電容充電，以產生該第一電壓；一第二開關，耦接於該第一開關與該地端之間，用以根據一第二開啟信號開啟與關閉；一第三開關，耦接於該第一開關、該第一電容與該第二開關，用以根據一第三開啟信號開啟與關閉；及 一第二電容，耦接於該第三開關、該比較器與該地端，用以於該第三開關根據該第三開啟信號開啟時，穩定該第一電壓；其中在該第一開關根據該第一開啟信號關閉之後且在該變壓器的一次側的開關的開啟時間的正緣之前，該第三開關根據該第三開啟信號開啟，該第一電容與該第二電容相同，且在該開啟時間當中，該第二開關根據該第二開啟信號開啟，以清除該第一電容上殘存的電荷。
  3. 如請求項2所述的採樣維持電路，其中該採樣延遲時間產生單元包含：一第二電流源，用以提供該第二參考電流；一第四開關，耦接於該第二電流源，用以根據該第一開啟信號開啟與關閉；一第三電容，耦接於該第四開關與該地端之間，其中當該第四開關根據該第一開啟信號開啟時，該第二參考電流對該第三電容充電，以產生該第二電壓，其中該第三電容與該第二電容相同；及一第五開關，耦接於該第四開關、該比較器與該地端，用以根據該第二開啟信號開啟與關閉，其中在該開啟時間當中，該第五開關根據該第二開啟信號開啟，以清除該第三電容上的電荷。
  4. 如請求項1所述的採樣維持電路，其中K是為一預定比例。
  5. 如請求項1所述的採樣維持電路，其中K是隨著該控制單元的接腳的電壓改變，其中該接腳的電壓是隨著耦接於該變壓器的二次側電路的負載改變。
  6. 如請求項1所述的採樣維持電路，另包含：一信號產生電路，用以產生該第一開啟信號、該第二開啟信號及該第三開啟信號。
  7. 一種產生變壓器的可變採樣延遲時間的方法，一產生該可變採樣延遲時間的採樣維持電路包含一放電偵測單元、一採樣延遲時間產生單元及一比較器，其中該放電偵測單元包含一第一開關、一第一電容、一第二開關、一第三開關及一第二電容，以及該採樣延遲時間產生單元包含一第四開關、一第三電容及一第五開關，該第一電容、該第二電容與該第三電容相同，該方法包含：根據一第一開啟信號與一第一參考電流，產生對應於該變壓器的一當下週期的第一電壓，其中該第一開啟信號的時間長度是隨著該變壓器的當下週期的放電時間改變；根據該第一開啟信號與一第二參考電流，產生對應於該當下週期的第二電壓；及根據對應於該變壓器的一前一週期的第一電壓與對應於該當下週期的第二電壓，產生一採樣信號給該變壓器內的控制電 路；其中該第一參考電流是為該第二參考電流的K倍，其中0<K<1。
  8. 如請求項7所述的方法，其中根據該第一開啟信號與該第一參考電流，對應於該當下週期的第一電壓包含：當該第一開關根據該第一開啟信號開啟時，該第一參考電流對該第一電容充電，以產生對應於該當下週期的第一電壓；及在該第一開關根據該第一開啟信號關閉之後且在該變壓器的一次側的開關的開啟時間的正緣之前，該第三開關根據該第三開啟信號開啟，且該第二電容穩定對應於該當下週期的第一電壓。
  9. 如請求項7所述的方法，其中根據該第一開啟信號與該第二參考電流，產生對應於該當下週期的第二電壓，係為當該第四開關根據該第一開啟信號開啟時，該第二參考電流對該第三電容充電，以產生對應於該當下週期的第二電壓。
  10. 如請求項7所述的方法，另包含：在該開啟時間當中，該第二開關與該第五開關根據該第二開啟信號開啟，以清除該第一電容上殘存的電荷。
  11. 如請求項7所述的方法，其中K是為一預定比例。
  12. 如請求項7所述的方法，其中K是隨著該控制電路的接腳的電壓改變，其中該接腳的電壓是隨著耦接於該變壓器的二次側電路的負載改變。
  13. 如請求項7所述的方法，其中該第一開啟信號、該第二開啟信號及該第三開啟信號是由一信號產生電路產生。
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