TWI649947B - 具有主動式突波吸收器的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置 - Google Patents

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Abstract

一種控制模組，用於一返馳式電源轉換裝置，該控制模組耦接於一電源端及該返馳式電源轉換裝置中一一次側繞組之間，該控制模組包含一開關單元，該開關單元耦接於該一次側繞組，於該開關單元截止時，該控制模組導通該一次側繞組及該電源端間的連結，其中該電源端能夠提供一運作電流予該控制模組。

Description

具有主動式突波吸收器的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置
本發明係指一種具有主動式突波吸收器(Active Snubber)的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置，尤指一種利用積體化電路來降低返馳式電源轉換裝置中電壓突波(Voltage Spike)的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置。
相較於其他類型的電源轉換器，返馳式電源轉換器不僅具有較為簡潔的電路架構及較高的能量轉換效率，還可高效率地提供多組電流輸出。因此，返馳式電源轉換器被廣泛地應用於各式各樣的電路中。
請參考第1圖，第1圖為現有技術中一返馳式電源轉換器10的示意圖。如第1圖所示，返馳式電源轉換器10包含有一啟動電阻RST、一突波吸收器(Snubber)100、一一次側繞組NP、一二次側繞組NS、一開關電晶體MS、一控制模組102、一輔助繞組NAUX、二極體DVCC、DO、電容CVCC、CO及回授電阻RFB1、RFB2。當返馳式電源轉換器10接上一外部電源VIN時，外部電源VIN透過啟動電阻RST對電容CVCC充電，以提高控制模組102之電源電壓VCC來啟動控制模組102。接下來，控制模組102週期性地導通開關電晶體MS，以使一次側繞組NP儲存來自於外部電 源VIN的能量並傳送能量至二次側繞組NS，讓二次側繞組NS能夠對輸出端OUT進行充電。輔助繞組NAUX電氣連接至二次側繞組NS，其透過電阻RFB1、RFB2產生正比於輸出端OUT之電壓VOUT的回授電壓VFB。根據回授電壓VFB，控制模組102可調整導通開關電晶體MS的週期，以準確地控制電壓VOUT。除了用來產生回授電壓VFB之外，輔助繞組NAUX也會透過二極體DVCC對電容CVCC充電，以減少返馳式電源轉換器10之功率消耗。當控制模組102關閉開關電晶體MS時，一次側繞組NP的漏感(Leakage Inductance)會使開關電晶體MS汲極的電壓上產生一電壓突波(Voltage Spike)。為了避免電壓突波造成開關電晶體MS或控制模組102損壞，返馳式電源轉換器10採用包含有電阻RS、電容CS及二極體DS的突波吸收器100來降低電壓突波。
此外，美國專利US6473318“LEAKAGE ENERGY RECOVERING SYSTEM AND METHOD FOR FLYBACK CONVERTER”、美國專利US6980447“ACTIVE SNUBBER CIRCUIT FOR SYNCHORNOUS RECTIFIER”、美國專利US2006/0062027“HIGH EFFICIENCY SWITCHING POWER CONVERTER”、美國專利US2009/0268489“FLYBACK CONVERTER HAVING AN ACTIVE SNUBBER”、台灣專利TW201236336“電源轉換器以及電源轉換器的控制方法”、台灣專利TW201434259“返馳式功率轉換器之控制電路”及中國專利CN104993682“一种反激变换器漏感吸收及回馈电路”也各自提供了相異的方式來抑制一次側繞組NP漏感所產生的電壓突波。
然而，現有技術中的返馳式電源轉換器均需使用大量的外部元件來實現。舉例來說，第1圖所示的返馳式電源轉換器10中啟動電阻RST、突波吸收器100、一次側繞組NP、二次側繞組NS、開關電晶體MS、輔助繞組NAUX、二極體DVCC、 DO、電容CVCC、CO及電阻RFB1、RFB2均是以外部元件來實現。大量使用外部元件將會造成返馳式電源轉換器的製造成本顯著地上升。雖然如美國專利US8724344“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH-SIDE INPUT WINDING REGULATION”教示一種元件數量減少的電源轉換器，惟其無法達到抑制電壓突波等功能。因此，如何減少返馳式電源轉換器中外部元件的數量，同時達到降低電壓突波的效果，便成為業界亟欲探討的議題。
為了解決上述的問題，本發明提供一種利用積體化電路來降低返馳式電源轉換裝置中電壓突波的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置。
在一方面，本發明揭露一種控制模組，用於一返馳式電源轉換裝置。所述控制模組耦接於一電源端及該返馳式電源轉換裝置中一一次側繞組之間，該控制模組包含一開關單元，該開關單元耦接於該一次側繞組，於該開關單元截止時，該控制模組導通該一次側繞組及該電源端間的連結，其中該電源端能夠提供一運作電流予該控制模組。
在另一方面，本發明揭露一種返馳式電源轉換裝置，包含有一一次側繞組；一二次側繞組；一開關單元，耦接於該一次側繞組；以及一控制模組，耦接於一電源端及該一次側繞組之間，於該開關單元截止時，該控制模組導通該一次側繞組及該電源端間的連結；其中該電源端能夠提供一運作電流予該控制模組。
10‧‧‧返馳式電源轉換器
100‧‧‧突波吸收器
102‧‧‧控制模組
20‧‧‧返馳式電源轉換裝置
200‧‧‧控制模組
300‧‧‧脈衝寬度調變單元
302‧‧‧控制單元
304‧‧‧電流源
308、602‧‧‧主動式電流源
306‧‧‧開關
400‧‧‧SR閂鎖器
404‧‧‧及閘
402‧‧‧脈衝產生器
406‧‧‧放大器
600‧‧‧脈衝寬度調變單元
CC‧‧‧電源端
CH‧‧‧充電指示訊號
CH1、CH2‧‧‧控制訊號
CO、CS、CVCC、CE‧‧‧電容
DACC、DO、DS‧‧‧二極體
201‧‧‧電流控制單元
201a‧‧‧受控端
DIS‧‧‧放電指示訊號
ICC、IST‧‧‧電流
GATE‧‧‧開關控制訊號
GND‧‧‧地端
SW‧‧‧開關單元
NAUX‧‧‧輔助繞組
NP‧‧‧一次側繞組
NS‧‧‧二次側繞組
OUT‧‧‧輸出端
Q‧‧‧訊號輸出端
R、S‧‧‧輸入端
R1、R2、RS、RFB1、RFB2‧‧‧電阻
RST‧‧‧啟動電阻
T1、T2、T3‧‧‧時間點
TCH‧‧‧充電區間
TDIS‧‧‧放電區間
UVLO‧‧‧開機指示訊號
VIN‧‧‧外部電源
VCC、VCC_1‧‧‧電壓
VD‧‧‧汲極電壓
VCCERROR‧‧‧誤差電壓
VFB‧‧‧回授電壓
VON‧‧‧開機電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
第1圖為現有技術中一返馳式電源轉換器的示意圖。
第2圖為本發明實施例中一返馳式電源轉換裝置的示意圖。
第3圖為第2圖所示控制模組一實現方式的的示意圖。
第4圖為第3圖所示控制模組中一控制單元的示意圖。
第5圖為第4圖所示控制單元中相關訊號的示意圖。
第6圖為第2圖所示控制模組另一實現方式的示意圖。
第7圖為第6圖所示控制模組之另一種實施態樣的示意圖。
在以下所列舉的範例實施例中，返馳式(Flyback)電源轉換裝置的控制模組利用積體化的電路來降低返馳式電源轉換裝置中開關單元跨壓上的電壓突波(Voltage Spike)。在此狀況下，返馳式電源轉換裝置所需使用的外部元件數量可有效減少，從而降低返馳式電源轉換裝置的製造成本。為更清楚地瞭解本發明，以下將配合圖式，以至少一範例實施例來作詳細說明。此外，以下實施例中所提到的連接用語，例如：耦接或連接等，僅是參考附加圖式用以例示說明，並非用來限制實際上兩個元件之間的連接關係是直接耦接或間接耦接。換言之，於一些實施例中，兩個元件之間為直接耦接。於另外一些實施例中，兩個元件之間為間接耦接。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一返馳式電源轉換裝置20的示意圖。返馳式電源轉換裝置20可為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等消費性電子產品之充電器。如第2圖所示，返馳式電源轉換裝置20包含有一啟動電阻RST、一一次側繞組NP、一二次側繞組NS、一控制模組200、電容CVCC、CO及電阻 RFB1、RFB2。於返馳式電源轉換裝置20運作時，控制模組200週期性地使一次側繞組NP儲存來自於外部電源VIN的能量並傳送能量至二次側繞組NS，讓二次側繞組NS能夠對輸出端OUT進行充電。電阻RFB1、RFB2用來產生正比於輸出端OUT上電壓VOUT的回授電壓VFB。根據回授電壓VFB，控制模組200可調整一次側繞組NP儲存能量的責任週期，以準確地控制電壓VOUT。當控制模組200停止一次側繞組NP儲存能量時，一次側繞組NP的漏感(Leakage Inductance)會產生一電壓突波(Voltage Spike)，從而可能造成200中電路元件損壞。為了避免電壓突波損壞控制模組200，控制模組200會於停止一次側繞組NP儲存能量時，使用一次側繞組NP的漏感所產生的能量來對電容CVCC充電，其中電容CVCC耦接於電源端及地端GND之間且電源端CC能夠提供一運作電流予控制模組200。也就是說，控制模組200不僅可降低電壓突波，還可以使用一次側繞組NP的漏感所產生的能量作為自身運作時所需的能量。此外，控制模組200係以積體化電路所實現。在此狀況下，返馳式電源轉換裝置20中外部元件的數量可獲得減少，從而降低返馳式電源轉換裝置20的製造成本。
詳細來說，請參考第3圖，第3圖為第2圖所示返馳式電源轉換裝置20一實現方式的示意圖。第3圖繪示有第2圖所示的外部電源VIN、一次側線圈NP、二次側線圈NS、二極體DO、電容CO、CVCC，其他未與控制模組200降低電壓突波的運作方式直接相關的電路元件(如電阻RFB1、RFB2)則略而未示。如第3圖所示，控制模組200包含有一開關單元SW、一電流控制單元201、一脈衝寬度調變單元300、一控制單元302、一電流源304及一開關306。此外，第3圖繪示有一主動式電流源308，其用來代表控制模組200運作時從電源端CC抽取的電流ICC。其中，控制模組200抽取的電流ICC可以與控制模組200降低電壓突波的運作方式相關，舉例而言，控制模組200可以在電壓突波越大時抽取越大的電流ICC。
在第3圖所示實施方式中，該開關單元SW以一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)為例，惟，該開關單元SW亦可選自雙極性電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)、單接合面電晶體(Unijunction Transistor,UJT)或矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR)或其他功率元件等開關構件，故本發明並不以此為限。開關單元SW之閘極、源極、汲極分別耦接於脈衝寬度調變單元300、外部電源VIN及一次側繞組NP。脈衝寬度調變單元300用來產生一開關控制訊號GATE，以調整開關單元SW的導通狀態，來起始或停止一次側繞組NP儲存能量。
該電流控制單元201為二極體、主動式開關或其他能夠達成電流控制效果的電路構件。該電流控制單元201的兩端分別耦接於該一次側繞組NP及該電流源304，且該開關單元SW與該電流控制單元分201分別耦接於該一次側繞組NP的兩端。在本實施方式中，該電流控制單元201以一二極體為例，惟不以此為限。該二極體的兩端分別為一陽極與一陰極，該二極體的陽極耦接於該一次側繞組NP及該外部電源VIN，而該陰極則耦接於電流源304。該電流控制單元201用來防止開關控制訊號GATE導通開關單元SW時在一次側繞組NP與外部電源VIN耦接的節點所產生的負電壓對電流源304造成傷害。開關306包含有一端耦接於電源端CC及另一端耦接於電流源304。電流源304耦接於一次側繞組NP，用來提供一充電電流IST。控制單元302還用來根據開關控制訊號GATE，產生一充電控制訊號CH來控制開關306的導通狀態，以於開關控制訊號GATE指示關閉開關單元SW時(即停止一次側繞組NP儲存能量時)利用電流源304來對電容CVCC充電，以降低關閉開關單元SW時一次側繞組NP漏感所造成的電壓突波。換言之，電流控制單元201、控制單元302、電流源304及開關306及主動式電流源308之結合可視為一主 動式波抑制器(Active Snubber)，此主動式波抑制器除了可以抑制一次側繞組NP漏感所造成的電壓突波之外，還可使用一次側繞組NP漏感所產生的能量對電容CVCC進行充電。
此外，開關單元SW、電流控制單元201、脈衝寬度調變單元300、控制單元302、電流源304及開關306都可以積體化電路所實現。如此一來，返馳式電源轉換裝置20中外部元件的數量可獲得減少，從而降低返馳式電源轉換裝置20的製造成本。
關於第3圖所示控制單元200的詳細運作方式，舉例說明如下。當返馳式電源轉換裝置20起始運作時，外部電源VIN會對電容CVCC充電，以於電源端CC產生合適的電壓VCC來使控制模組200起始運作。在控制模組200運作過程中，脈衝寬度調變單元300週期性地導通開關單元SW來使一次側繞組NP儲存來自於外部電源VIN之能量並傳遞能量至二次側繞組NS，以讓二次側繞組NS對輸出端OUT輸出電流。在開關控制訊號GATE指示關閉開關單元SW時，控制單元302會調整充電控制訊號CH來導通開關306，以在一充電區間TCH中利用電流源304產生的電流IST對電容CVCC充電，其中對電容CVCC進行充電的電流為電流IST與電流ICC間的差值電流。如此一來，開關單元SW關閉時一次側繞組NP的漏感所產生的能量可透過電流IST傳遞至電容CVCC，從而降低開關單元SW關閉時所產生的電壓突波。此外，由於該控制模組200之電流控制單元201、控制單元302及開關306能夠單向導通該一次側繞組NP及該電源端CC間的連結，該電容CVCC的能量可由開關單元SW關閉時一次側繞組NP的漏感所產生的能量來補充，使該電源端CC能夠提供一運作電流予該控制模組，因此返馳式電源轉換裝置20的功率消耗可被有效降低。
在一實施例中，控制單元302另根據一放電指示訊號DIS來調整充電控制訊號CH，其中放電指示訊號DIS用來指示二次側繞組NS對輸出端OUT輸出電流的一放電區間TDIS。當開關控制訊號GATE關閉開關單元SW時，二次側繞組NS會於放電區間TDIS中對輸出端OUT輸出電流。根據放電指示訊號DIS，控制單元302可得知放電區間TDIS的開始及結束，並限制充電區間TCH不得大於放電區間TDIS。換言之，當放電指示訊號DIS指示二次側繞組NS停止向輸出端OUT輸出電流時，控制單元302會調整充電控制訊號CH來斷開開關306。
在一實施例中，控制單元302調整充電控制訊號CH的依據包含有一開機指示訊號UVLO，其中開機指示訊號UVLO用來指示電壓VCC與一開機電壓VON間之大小關係。當開機指示訊號UVLO指示電壓VCC小於開機電壓VON時，控制單元302調整充電控制訊號CH來斷開開關306；而當開機指示訊號UVLO指示電壓VCC大於開機電壓VON時，控制單元302則依據開關控制訊號GATE及/或電壓VCC與參考電壓VREF來調整充電控制訊號CH。
請參考第4圖，第4圖為第3圖所示的控制單元302之一實現方式的示意圖。如第4圖所示，控制單元302包含有一SR閂鎖器400、一脈衝產生器402及一及閘404。SR閂鎖器400包含有一輸入端S，用來接收開關控制訊號GATE的反向訊號；一輸入端R，用來接收放電指示訊號DIS的反向訊號；及一訊號輸出端Q，用來輸出一控制訊號CH1。脈衝產生器402用來於開關控制訊號GATE由指示導通開關單元SW改為指示斷開開關單元SW時(如由〝1〞切換成〝0〞時)，於一控制訊號CH2上產生一具有固定時間長度的脈衝。及閘404包含有3個輸入端，分別接收SR閂鎖器400產生的控制訊號CH1、脈衝產生器402產生的控制訊號CH2及開機指示訊號UVLO，以產生充電指示訊號CH。
此外，第4圖所示控制單元302另包含有一放大器406、電阻R1、R2及一誤差電容CE。電阻R1耦接於電源端CC與放大器406的一負輸入端之間，電阻R2耦接於放大器406的負輸入端與地端GND之間。在此狀況下，放大器406的負輸入端所接收到的電壓VCC_1為電壓VCC乘以電阻R2的阻值後再除以電阻R1、R2的 阻值總和()。放大器406之正輸入端耦接於參考電壓VREF(未繪示於第4圖)，用來依據參考電壓VREF與VCC_1間之電壓差，對耦接於放大器406的電壓輸出端的誤差電容CE充電來產生誤差電壓VCCERROR。也就是說，放大器406與誤差電容CE之運作方式近似於一積分器，用來積分參考電壓VREF與VCC_1間之電壓差，以產生誤差電壓VCCERROR。根據誤差電壓VCCERROR，控制模組200可據以調整運作方式，以透過調整自電源端CC抽取之電流ICC的大小來將電壓VCC穩定在一設計值。
關於第4圖所示控制單元302產生充電指示訊號CH的詳細方式，請參考第5圖，第5圖為第4圖所示控制單元302中相關訊號的示意圖。於時間點T1之前，電壓VCC小於一開機電壓VON，使一開機指示訊號UVLO為低邏輯準位，以使充電指示訊號CH為低邏輯準位來斷開開關306。於時間點T1，電壓VCC大於開機電壓VON，包含有控制單元302之返馳式電源轉換器起始運作，開機指示訊號UVLO被調整為高邏輯準位，控制單元302改為依據開關控制訊號GATE及放電指示訊號DIS來調整充電控制訊號CH。
在時間點T2，開關控制訊號GATE切換為高邏輯準位指示導通開關單元SW且放電指示訊號DIS切換為低邏輯準位指示二次側繞組NS停止對輸出端 OUT輸出電流，SR閂鎖器400輸出低邏輯準位的控制訊號CH1，以使充電指示訊號CH為低邏輯準位來斷開開關306。在時間點T3，開關控制訊號GATE由高邏輯準位切換為低邏輯準位來指示關閉開關單元SW，放電指示訊號DIS也會由低邏輯準位切換為高邏輯準位來指示二次側繞組NS開始對輸出端OUT輸出電流。在此狀況下，SR閂鎖器400輸出高邏輯準位的控制訊號CH1，以使及閘404依據控制訊號CH2來調整充電控制訊號CH。於時間點T3，脈衝產生器402會根據開關控制訊號GATE於控制訊號CH2上產生一固定時間長度的脈衝，從而使充電控制訊號CH上產生相同的時間長度的脈衝。如此一來，即使控制模組200的操作頻率上升導致電壓VCC的變化量縮小，第4圖所示的控制單元302依然能夠正確地產生充電控制訊號CH來控制開關306。
請參考第6圖，第6圖為第2圖所示控制模組200另一實現方式的示意圖。需注意的是，第6圖繪示有第2圖所示的外部電源VIN、一次側線圈NP、二次側線圈NS、二極體DO、電容CO、CVCC，其他未與控制模組200降低電壓突波的運作方式直接相關的電路元件(如電阻RFB1、RFB2)則略而未示。在第6圖所示實施例中，控制模組200包含有一開關單元SW、一脈衝寬度調變單元600及一電流控制單元201。此外，第6圖繪示有一主動式電流源602，其用來代表控制模組200運作時從電源端CC抽取的電流ICC。
在第6圖中，脈衝寬度調變單元600用來產生開關控制訊號GATE，以調整開關單元SW的導通狀態。該電流控制單元201為二極體、主動式開關或其他能夠達成電流控制效果的電路構件。該電流控制單元201的兩端分別耦接於該一次側繞組NP及該電源端CC，且該開關單元SW與該電流控制單元分201同樣分別耦接於該一次側繞組NP的兩端。在本實施方式中，該電流控制單元201亦以一二 極體為例，惟不以此為限。該二極體的兩端分別為一陽極與一陰極，該陽極耦接於該一次側繞組NP及該外部電源VIN，而該陰極則耦接於電源端CC。
當開關控制訊號GATE指示關閉開關單元SW時，控制模組200中其餘電路持續運作並持續自電源端CC抽取電流ICC。在此狀況下，一次側繞組NP漏感所產生的能量會藉由控制模組200的運作電流ICC，經由電流控制單元201傳遞至電源端CC。透過於一次側繞組NP與電源端CC間設置電流控制單元201，一次側繞組NP漏感所造成的電壓突波可被抑制。此外，由於該控制模組200之電流控制單元201能夠單向導通該一次側繞組NP及該電源端CC間的連結，一次側繞組NP漏感所產生的能量可用來對電容CVCC充電，使該電源端CC能夠提供一運作電流予該控制模組，從而降低返馳式電源轉換裝置的功率消耗。
請參照第7圖所示，第7圖為第2圖所示控制模組200另一種實施態樣，該電流控制單元201的兩端同樣分別耦接於該一次側繞組NP及該電源端CC，與第6圖所示態樣差異之處在於，在本實施方式中，該電流控制單元201係以一主動式開關為例。該主動式開關兩端的電流路徑可被控制呈導通或斷開，以控制電流方向或大小來達成電流控制效果。此外，該電流控制單元201另包含一受控端201a，該受控端201a可以耦接於該脈衝寬度調變單元600或其他控制單元(圖未繪示)，以接收控制訊號並據以控制導通或斷開該電流控制單元201兩端的電流路徑。藉此，該電流控制單元201可以在耦接該一次側繞組NP之一端的電壓高於耦接該電源端CC之另一端時導通；反之則斷開，以提供與第6圖所例示之二極體類似的電流控制效果。或者，在本發明部分實施例中，該電流控制單元201除了允許電流由耦接該一次側繞組NP之一端流向耦接該電源端CC之另一端外，還可以在部分情況下(例如該電流控制單元201兩端的電壓差或導通電流小於一預設 值時)導通並允許電流由耦接該電源端CC之另一端流向耦接該一次側繞組NP之一端。據此，本發明各實施例所示的電流控制單元201可為各種能夠達成電流控制效果的電路構件，本發明並不以此為限。
在上述實施例的返馳式電源轉換裝置，控制模組會利用一次側繞組漏感所產生的能量作為返馳式電源轉換裝置運作時所需耗費的能量。在此狀況下，一次側繞組漏感所產生的能量所造成的電壓突波及返馳式電源轉換裝置的功率消耗可被有效降低。此外，由於上述實施例的控制模組係由積體化電路所實現，因此實現返馳式電源轉換裝置所需的外部元件數量可獲得減少，從而減低返馳式電源轉換裝置的製造成本。 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。

Claims (17)

  1. 一種控制模組，用於一返馳式電源轉換裝置，該控制模組耦接於一電源端及該返馳式電源轉換裝置中一一次側繞組之間，該控制模組包含一開關單元，該開關單元耦接於該一次側繞組，於該開關單元截止時，該控制模組導通該一次側繞組及該電源端間的連結，其中該電源端能夠提供一運作電流予該控制模組；其中，該開關單元之一端耦接於該一次側繞組，該開關單元之另一端供耦接一外部電源。
  2. 如請求項1所述的控制模組，包含有：一電流控制單元，該電流控制單元的兩端分別耦接於該一次側繞組及該電源端，且該開關單元與該電流控制單元分別耦接於該一次側繞組的兩端。
  3. 如請求項2所述的控制模組，其中該電流控制單元為一二極體，該二極體的兩端分別為一陽極與一陰極，該陰極耦接於該電源端，該陽極耦接於該一次側繞組。
  4. 如請求項2所述的控制模組，其中該電流控制單元為一主動式開關，該主動式開關兩端的電流路徑能夠被控制呈導通或斷開。
  5. 如請求項4所述的控制模組，其中該控制模組包含一脈衝寬度調變單元，該脈衝寬度調變單元耦接該開關單元，且該脈衝寬度調變單元能夠產生一開關控制訊號，以調整該開關單元的導通狀態，該電流控制單元另包含一受控端，該受控端耦接於該脈衝寬度調變單元。
  6. 如請求項1所述的控制模組，包含有：一電流控制單元，該電流控制單元的兩端分別耦接於一第一端以及該一次側繞組，且該開關單元與該電流控制單元分別耦接於該一次側繞組的兩端；一電流源，耦接於該第一端與一第二端之間；一開關，耦接於該第二端與該電源端之間，該開關根據一充電控制訊號調整該第二端與該電源端間之連結；以及一控制單元，該控制單元根據一開關控制訊號，產生該充電控制訊號；其中該開關控制訊號控制該開關單元。
  7. 如請求項6所述的控制模組，其中該電流控制單元為一二極體，該二極體的兩端分別為一陽極與一陰極，該陰極耦接於該第一端，該陽極耦接於該一次側繞組。
  8. 如請求項6所述的控制模組，其中該電流控制單元為一主動式開關，該主動式開關兩端的電流路徑能夠被控制呈導通或斷開。
  9. 如請求項8所述的控制模組，其中該控制模組包含一脈衝寬度調變單元，該脈衝寬度調變單元耦接該開關單元，且該脈衝寬度調變單元能夠產生一開關控制訊號，以調整該開關單元的導通狀態，該電流控制單元另包含一受控端，該受控端耦接於該脈衝寬度調變單元。
  10. 如請求項6所述的控制模組，其中該控制單元根據該電源端的一工作電壓及一參考電壓間之關係，調整該充電控制訊號。
  11. 如請求項6所述的控制模組，其中該控制單元根據一放電指示訊號來調整該充電控制訊號，且該放電指示訊號指示一二次側繞組是否對該返馳式電源轉換裝置的一輸出端輸出電流。
  12. 如請求項6所述的控制模組，其中當該電源端的一工作電壓小於一開機電壓時，該控制單元調整該充電控制訊號以使該開關斷開該第一端與該第二端間之連結。
  13. 如請求項6所述的控制模組，其中該控制單元包含有：一SR閂鎖器，包含有一第一輸入端，耦接於該開關控制訊號；一第二輸入端，耦接於一放電指示訊號；以及一訊號輸出端，用來輸出一第一控制訊號；一脈衝產生器，該脈衝產生器根據該開關控制訊號於一第二控制訊號上產生一脈衝；以及一邏輯閘，該邏輯閘依據該第一控制訊號及該第二控制訊號，產生該充電控制訊號；其中該放電指示訊號指示該電源轉換裝置中的一二次側繞組是否對該電源轉換裝置的一輸出端輸出電流。
  14. 如請求項13所述的控制模組，其中該邏輯閘另根據一開機指示訊號來調整該充電控制訊號，該開機指示訊號指示該電源端的一工作電壓與一開機電壓間之大小關係。
  15. 如請求項13所述的控制模組，其中該控制單元另包含有：一第一電阻，耦接於該電源端及一第三端；一第二電阻，耦接於該第三端及一地端；一放大器，包含有一第一輸入端，耦接於該第三端；一第二輸入端，耦接於一參考電壓；以及一電壓輸出端；以及一誤差電容，耦接於該放大器的該電壓輸出端；其中該電壓輸出端上的一誤差電壓用來調整該控制模組自該電源端所抽取的電流大小。
  16. 一種返馳式電源轉換裝置，包含有：一一次側繞組；一二次側繞組；一開關單元，耦接於該一次側繞組；以及一控制模組，耦接於一電源端及該一次側繞組之間，於該開關單元截止時，該控制模組導通該一次側繞組及該電源端間的連結；其中該電源端能夠提供一運作電流予該控制模組；其中，該開關單元之一端耦接於該一次側繞組，該開關單元之另一端供耦接一外部電源。
  17. 如請求項16所述的返馳式電源轉換裝置，其中該返馳式電源轉換裝置不包含電氣連接至該二次側繞組的一輔助繞組。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764689B2 (en) 2019-02-01 2023-09-19 Chicony Power Technology Co., Ltd. Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109905021A (zh) * 2017-12-11 2019-06-18 通用电气照明解决方案有限公司 电源转换器，电源转换方法及照明装置
TWI709295B (zh) * 2019-08-08 2020-11-01 博大科技股份有限公司 具有延長維持時間的控制電路及具有延長維持時間的轉換系統
US10833587B1 (en) 2019-11-06 2020-11-10 P-Duke Technology Co., Ltd. Control circuit having extended hold-up time and conversion system having extended hold-up time
TWI729807B (zh) * 2019-11-11 2021-06-01 立錡科技股份有限公司 返馳式電源轉換器及其主動箝位緩衝器與過充保護電路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5508903A (en) * 1995-04-21 1996-04-16 Alexndrov; Felix Interleaved DC to DC flyback converters with reduced current and voltage stresses
US6473318B1 (en) * 2000-11-20 2002-10-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
TW201236336A (en) * 2011-02-23 2012-09-01 Fsp Technology Inc Power converter and control method of power converter
TW201249084A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau High step-up DC-DC converter with leakage inductance energy recycled

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8213192B2 (en) * 2009-12-30 2012-07-03 Silicon Laboratories Inc. Primary side sensing for isolated fly-back converters
TW201316658A (zh) * 2011-10-14 2013-04-16 Infinno Technology Corp 電源供應器之控制電路
CN103825468B (zh) * 2013-02-18 2018-07-10 台湾快捷国际股份有限公司 返驰式功率转换器的控制电路
US9276483B2 (en) * 2013-06-27 2016-03-01 System General Corporation Control circuit for active-clamp flyback power converter with programmable switching period
JP6563651B2 (ja) * 2014-12-24 2019-08-21 ローム株式会社 絶縁同期整流型ｄｃ／ｄｃコンバータ、同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
CN104836421B (zh) * 2015-05-19 2017-12-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种开关电源的供电电路和供电方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5508903A (en) * 1995-04-21 1996-04-16 Alexndrov; Felix Interleaved DC to DC flyback converters with reduced current and voltage stresses
US6473318B1 (en) * 2000-11-20 2002-10-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
TW201236336A (en) * 2011-02-23 2012-09-01 Fsp Technology Inc Power converter and control method of power converter
TW201249084A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau High step-up DC-DC converter with leakage inductance energy recycled

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764689B2 (en) 2019-02-01 2023-09-19 Chicony Power Technology Co., Ltd. Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching

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