TWI681615B - 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法 - Google Patents

應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI681615B
TWI681615B TW107138511A TW107138511A TWI681615B TW I681615 B TWI681615 B TW I681615B TW 107138511 A TW107138511 A TW 107138511A TW 107138511 A TW107138511 A TW 107138511A TW I681615 B TWI681615 B TW I681615B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power converter
control signal
voltage
winding
primary side
Prior art date
Application number
TW107138511A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202019075A (zh
Inventor
林崇偉
李弘慶
Original Assignee
通嘉科技股份有限公司
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 通嘉科技股份有限公司 filed Critical 通嘉科技股份有限公司
Priority to TW107138511A priority Critical patent/TWI681615B/zh
Priority to US16/506,962 priority patent/US10756639B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI681615B publication Critical patent/TWI681615B/zh
Publication of TW202019075A publication Critical patent/TW202019075A/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
    • H02M3/33569—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
    • 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
    • H02M3/33523—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 with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • 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)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

應用於電源轉換器的二次側的次級控制器包含一控制信號產生電路，一電壓偵測信號產生電路，和一閘極控制信號產生電路。該控制信號產生電路是在一閘極控制信號之後產生一短路控制信號至一短路繞組開關以使該短路繞組開關開啟。當該電源轉換器的輸出電壓小於一預定電壓時，該電壓偵測信號產生電路產生一第一偵測信號至該控制信號產生電路。該控制信號產生電路另根據該第一偵測信號，產生一閘極脈衝控制信號。該閘極控制信號產生電路根據該閘極脈衝控制信號，產生一閘極脈衝信號，其中該閘極脈衝信號是用以使該電源轉換器的一次側開啟。

Description

應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
本發明是有關於一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法，尤指一種可在該電源轉換器處於一不連續電流模式(discrete current mode,DCM)或一準諧振模式(quasi resonant mode)時操作一短路繞組開關使該電源轉換器具有較低的成本且對該電源轉換器的輸出電壓具有較快的動態響應的次級控制器及其操作方法。
在現有技術中，電源轉換器的設計者可利用應用於該電源轉換器的一次側的初級控制器或利用應用於該電源轉換器的二次側的次級控制器控制該電源轉換器的開啟與關閉。該初級控制器是利用該電源轉換器的一次側的輔助繞組偵測該電源轉換器的二次側的輸出電壓的變化以控制該電源轉換器的開啟與關閉。該次級控制器是直接偵測該電源轉換器的二次側的輸出電壓的變化，並通過由光耦合器和可程式化並聯穩壓二極體(例如TL431)所構成的回授路徑傳送該輸出電壓的變化至該初級控制器以控制該電源轉換器的開啟與關閉。因為該初級控制器是利用一間接方式偵測該輸出電壓的變化(通過該輔助繞組偵測該輸出電壓的變化)，所以相較於該次級控制器，該初級控制器比較無法準確地控制該電源轉換器的開啟與關閉。然而，因為該次級控制器是通過由該光耦合 器和該可程式化並聯穩壓二極體所構成的回授路徑控制該電源轉換器的開啟與關閉，所以該電源轉換器會有成本較高(該光耦合器和該可程式化並聯穩壓二極體的費用)，以及對該輸出電壓的變化的動態響應較慢的問題。因此，上述現有技術所提供的方案對於該電源轉換器的設計者都不是一個好的選擇。
本發明的一實施例提供一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器。該次級控制器包含一控制信號產生電路，一電壓偵測信號產生電路，和一閘極控制信號產生電路。該控制信號產生電路是用以在一閘極控制信號之後產生一短路控制信號至一短路繞組(short winding)開關以使該短路繞組開關根據該短路控制信號開啟。該電壓偵測信號產生電路耦接於該電源轉換器的二次側的輸出端和該控制信號產生電路，用於當該電源轉換器的輸出電壓小於一預定電壓時，產生一第一偵測信號至該控制信號產生電路，其中該控制信號產生電路另根據該第一偵測信號，產生一閘極脈衝控制信號。該閘極控制信號產生電路耦接於該控制信號產生電路，用以根據該閘極脈衝控制信號，產生一閘極脈衝信號，其中該閘極脈衝信號是用以使該電源轉換器的一次側開啟。
本發明的另一實施例提供一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器的操作方法，該次級控制器包含一控制信號產生電路、一電壓偵測信號產生電路和一閘極控制信號產生電路。該操作方法包含在一閘極控制信號之後，該控制信號產生電路產生一短路控制信號至一短路繞組開關以使該短路繞組開關根據該短路控制信號開啟；當該電源轉換器的輸出電壓小於一預定電壓時，該電壓偵測信號產生電路產生一第一偵測信號至該控制信號產生電路；該控制信號產生電路根據該第一偵測信號，產生一閘極脈衝控制信號；及該閘極控制 信號產生電路根據該閘極脈衝控制信號，產生一閘極脈衝信號，其中該閘極脈衝信號是用以使該電源轉換器的一次側開啟。
本發明提供一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法。該次級控制器及該操作方法是利用該電源轉換器的二次側的短路繞組開關使該電源轉換器的二次側的二次側電壓不會產生諧振以確保該電源轉換器的一次側關閉，以及利用響應該電源轉換器的二次側的輸出電壓的變化的閘極脈衝信號使該電源轉換器的一次側開啟。因此，相較於現有技術，因為本發明所提供的次級控制器不須通過由一光耦合器和一可程式化並聯穩壓二極體所構成的回授路徑控制該電源轉換器的開啟與關閉，所以本發明所提供的電源轉換器具有較低的成本且對該輸出電壓的變化具有較快的動態響應。
100、400‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧同步開關
104‧‧‧功率開關
106‧‧‧短路繞組開關
108‧‧‧二次側繞組
110‧‧‧一次側繞組
112‧‧‧一次側輔助繞組
114‧‧‧初級控制器
115‧‧‧電阻
116‧‧‧二次側輔助繞組
200、300‧‧‧次級控制器
202‧‧‧控制信號產生電路
204‧‧‧電壓偵測信號產生電路
206‧‧‧閘極控制信號產生電路
302‧‧‧電流偵測信號產生電路
FDS‧‧‧第一偵測信號
GCS‧‧‧閘極控制信號
GPCS‧‧‧閘極脈衝控制信號
GPS‧‧‧閘極脈衝信號
IPRI‧‧‧一次側電流
IOUT‧‧‧輸出電流
PGCS‧‧‧一次側閘極控制信號
PRI‧‧‧一次側
SEC‧‧‧二次側
SCS‧‧‧短路控制信號
SDS‧‧‧第二偵測信號
TP1‧‧‧時間區間
T1、T2、T3、T4‧‧‧時間
VSW‧‧‧二次側電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VC‧‧‧電壓
VD‧‧‧偵測電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
500-510‧‧‧步驟
第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器的示意圖。
第2圖是說明電源轉換器的二次側的二次側電壓、同步開關的閘極電壓和短路繞組開關的閘極電壓的時序示意圖。
第3圖是本發明的第二實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器的示意圖。
第4圖是本發明的第三實施例所公開的一種電源轉換器的示意圖。
第5圖是本發明的第四實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器的操作方法的流程圖。
請參照第1圖，第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種應用於電源轉換器100的二次側SEC的次級控制器200的示意圖，其中次級控制器200位於電源轉換器100的二次側SEC，次級控制器200是應用於電源轉換器100的一不連續電流模式(discrete current mode,DCM)和一準諧振模式(quasi resonant mode)，電源轉換器100是一返馳式電源轉換器(flyback power converter)，以及次級控制器200包含一控制信號產生電路202、一電壓偵測信號產生電路204和一閘極控制信號產生電路206。另外，電源轉換器100的一次側PRI的地端的電位和電源轉換器100的二次側SEC的地端的電位可相同或不同。如第1圖所示，電壓偵測信號產生電路204耦接於電源轉換器100的二次側SEC的輸出端和控制信號產生電路202，以及閘極控制信號產生電路206耦接於控制信號產生電路202。接下來請參照第2圖，電源轉換器100的二次側SEC的二次側電壓VSW(也就是電源轉換器100的二次側SEC的一同步開關102的源極電壓)在一時間區間TP1會隨著電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的開啟而改變。如第2圖所示，在時間區間TP1後(也就是電源轉換器100的二次側SEC的開啟期間)，閘極控制信號產生電路206在一時間T1和一時間T2之間可根據二次側電壓VSW，產生一閘極控制信號GCS，其中在時間T1和時間T2之間(也就是閘極控制信號GCS的致能期間)，同步開關102可根據閘極控制信號GCS開啟，且閘極控制信號GCS的致能期間和電源轉換器100的二次側SEC的放電時間有關。另外，如第1圖所示，電源轉換器100的一次側PRI的輸入電壓VIN是由一交流電壓通過一橋式整流器整流所產生。
在閘極控制信號GCS之後，控制信號產生電路202可通過閘極控制信號產生電路206知道閘極控制信號GCS結束，所以控制信號產生電路202將在一時間T3產生一短路控制信號SCS至一短路繞組(short winding)開關106以使短路 繞組開關106根據短路控制信號SCS開啟，其中短路繞組開關106耦接於電源轉換器100的二次側繞組108，閘極控制信號GCS和短路控制信號SCS之間具有一預定時間，且該預定時間可隨電源轉換器100的設計者的需求改變。如果短路繞組開關106不存在，則二次側電壓VSW將會因為電源轉換器100的一次側繞組110和二次側繞組108的諧振影響而產生諧振(如在時間T3後的虛線所示)。因此，如第2圖所示，在短路繞組開關106開啟後，二次側電壓VSW將不會產生諧振以確保電源轉換器100的一次側PRI關閉。
如第1、2圖所示，在一時間T4時，因為電源轉換器100的輸出電壓VOUT小於一預定電壓(也就是耦接於於電源轉換器100的二次側SEC的負載突然變重)，所以電壓偵測信號產生電路204將產生一第一偵測信號FDS至控制信號產生電路202，其中控制信號產生電路202將根據第一偵測信號FDS，產生一閘極脈衝控制信號GPCS(繪示於第1圖)至閘極控制信號產生電路206，且也根據第一偵測信號FDS，關閉短路控制信號SCS。因此，閘極控制信號產生電路206將根據閘極脈衝控制信號GPCS，產生一閘極脈衝信號GPS。因此，電源轉換器100的二次側SEC的同步開關102可根據閘極脈衝信號GPS再度開啟，且在閘極脈衝信號GPS的致能期間，因同步開關102的開啟所產生的二次側電壓VSW的變化將通過電源轉換器100的二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI，其中二次側電壓VSW的變化通過二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI的電壓VC大於一參考電壓時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器100的一次側PRI開啟。在電源轉換器100的一次側PRI開啟後，初級控制器114可根據一偵測電壓VD，決定是否關閉電源轉換器100的一次側PRI，其中偵測電壓VD是由流經電源轉換器100的一次側PRI的一次側電流IPRI和一電阻115決定。
在本發明的一實施例中，在電源轉換器100啟動(start up)時，因為電源轉換器100的二次側SEC尚未開啟，所以電源轉換器100的一次側PRI的電壓VC大於一預定參考電壓時，初級控制器114即可產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104以使電源轉換器100的一次側PRI開啟，其中該預定參考電壓低於該參考電壓。然而，在本發明的另一實施例中，當二次側電壓VSW的變化通過二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI的電壓VC的斜率大於一參考值時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器100的一次側PRI開啟。因此，如第2圖所示，次級控制器200可通過短路繞組開關106和閘極脈衝信號GPS精準地實現由電源轉換器100的二次側SEC控制電源轉換器100的開啟與關閉，也就是說次級控制器200不必通過現有技術所公開的由光耦合器和可程式化並聯穩壓二極體(例如TL431)所構成的回授路徑實現由電源轉換器100的二次側SEC控制電源轉換器100的開啟與關閉。
請參照第3圖，第3圖是本發明的第二實施例所公開的一種應用於電源轉換器100的二次側SEC的次級控制器300的示意圖。如第3圖所示，次級控制器300和次級控制器200的差別在於次級控制器300另包含一電流偵測信號產生電路302，其中當電源轉換器100的輸出電流IOUT大於一預定電流(也就是耦接於於電源轉換器100的二次側SEC的負載突然變重)時，電流偵測信號產生電路302產生一第二偵測信號SDS至控制信號產生電路202，其中控制信號產生電路202可根據第一偵測信號FDS和第二偵測信號SDS的其中之一，產生閘極脈衝控制信號GPCS。另外，次級控制器300的其餘操作原理都和次級控制器200相同，在此不再贅述。
另外，在本發明的另一實施例中，應用於電源轉換器100的次級控制器只包含電流偵測信號產生電路302而不包含電壓偵測信號產生電路204，其中應用於電源轉換器100的次級控制器的操作原理都可參照次級控制器200，在此不再贅述。
請參照第4圖，第4圖是本發明的第三實施例所公開的一種電源轉換器400的示意圖，其中次級控制器200應用於電源轉換器400。如第4圖所示，電源轉換器400和電源轉換器100的差別在於電源轉換器400的短路繞組開關106耦接於電源轉換器400的二次側輔助繞組116。因此，如第4圖所示，在閘極脈衝信號GPS的致能期間，因同步開關102的開啟所產生的二次側電壓VSW的變化將通過電源轉換器400的二次側輔助繞組116和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器400的一次側PRI，其中二次側電壓VSW的變化通過二次側輔助繞組116和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器400的一次側PRI的電壓VC大於該參考電壓時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器400的一次側PRI開啟。然而，在本發明的另一實施例中，當二次側電壓VSW的變化通過二次側輔助繞組116和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器400的一次側PRI的電壓VC的斜率大於該參考值時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器400的一次側PRI開啟。另外，電源轉換器400的其餘操作原理可參照電源轉換器100，在此不再贅述。
請參照第1-5圖，第5圖是本發明的第四實施例所公開的一種應用於 電源轉換器的二次側的次級控制器的操作方法的流程圖。第5圖的操作方法是利用第1圖的電源轉換器100、次級控制器200和初級控制器114說明，詳細步驟如下：步驟500：開始；步驟502：在電源轉換器100的一次側PRI關閉後的電源轉換器100的二次側SEC的開啟期間，閘極控制信號產生電路206根據電源轉換器100的二次側SEC的二次側電壓VSW，產生閘極控制信號GCS；步驟504：在閘極控制信號GCS之後，控制信號產生電路202產生短路控制信號SCS至短路繞組開關106以使短路繞組開關106根據短路控制信號SCS開啟；步驟506：當電源轉換器100的輸出電壓VOUT小於該預定電壓時，電壓偵測信號產生電路204產生第一偵測信號FDS至控制信號產生電路202；步驟508：控制信號產生電路202根據第一偵測信號FDS，產生閘極脈衝控制信號GPCS，以及關閉短路控制信號SCS；步驟510：閘極控制信號產生電路206根據閘極脈衝控制信號GPCS，產生閘極脈衝信號GPS，其中閘極脈衝信號GPS是用以使電源轉換器100的一次側PRI開啟，跳回步驟202。
在步驟502中，如第2圖所示，在電源轉換器100的一次側PRI開啟後，初級控制器114可根據偵測電壓VD，決定是否關閉電源轉換器100的一次側PRI，其中電源轉換器100的二次側SEC的二次側電壓VSW在時間區間TP1會隨著電源轉換器100的一次側PRI的開啟而改變。如第2圖所示，在時間區間TP1後(也就是電源轉換器100的二次側SEC的開啟期間)，閘極控制信號產生電路206在時 間T1和時間T2之間可根據二次側電壓VSW，產生閘極控制信號GCS，其中在時間T1和時間T2之間(也就是閘極控制信號GCS的致能期間)，同步開關102可根據閘極控制信號GCS開啟，且閘極控制信號GCS的致能期間和電源轉換器100的二次側SEC的放電時間有關。
在步驟504中，在閘極控制信號GCS之後，控制信號產生電路202可通過閘極控制信號產生電路206知道閘極控制信號GCS結束，所以控制信號產生電路202將在時間T3產生短路控制信號SCS至短路繞組開關106以使短路繞組開關106根據短路控制信號SCS開啟，其中短路繞組開關106耦接於電源轉換器100的二次側繞組108(如第1圖所示)或耦接於電源轉換器400的二次側輔助繞組116(如第4圖所示)。另外，閘極控制信號GCS和短路控制信號SCS之間具有一預定時間，且該預定時間可隨電源轉換器100的設計者的需求改變。因此，如第2圖所示，在短路繞組開關106開啟後，二次側電壓VSW將不會產生諧振以確保電源轉換器100的一次側PRI關閉。
在步驟506中，如第1、2圖所示，在時間T4時，因為電源轉換器100的輸出電壓VOUT小於該預定電壓(也就是耦接於於電源轉換器100的二次側SEC的負載突然變重)，所以電壓偵測信號產生電路204將產生第一偵測信號FDS至控制信號產生電路202。在步驟508中，控制信號產生電路202將根據第一偵測信號FDS，產生閘極脈衝控制信號GPCS(繪示於第1圖)至閘極控制信號產生電路206，且也根據第一偵測信號FDS，關閉短路控制信號SCS。
在步驟510中，閘極控制信號產生電路206將根據閘極脈衝控制信號GPCS，產生閘極脈衝信號GPS。因此，電源轉換器100的二次側SEC的同步開關 102可根據閘極脈衝信號GPS再度開啟，且在閘極脈衝信號GPS的致能期間，因同步開關102的開啟所產生的二次側電壓VSW的變化將通過電源轉換器100的二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI，其中二次側電壓VSW的變化通過二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI的電壓VC大於該參考電壓時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器100的一次側PRI開啟。在電源轉換器100的一次側PRI開啟後，初級控制器114可根據偵測電壓VD，決定是否關閉電源轉換器100的一次側PRI，其中偵測電壓VD是由流經電源轉換器100的一次側PRI的一次側電流IPRI和一電阻115決定。然而，在本發明的另一實施例中，當二次側電壓VSW的變化通過二次側繞組108和一次側輔助繞組112耦合至電源轉換器100的一次側PRI的電壓VC的斜率大於該參考值時，初級控制器114可據以產生一次側閘極控制信號PGCS至功率開關104，導致電源轉換器100的一次側PRI開啟。
綜上所述，本發明所提供的應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法是利用該短路繞組開關使該電源轉換器的二次側的二次側電壓不會產生諧振以確保該電源轉換器的一次側關閉，以及利用響應該輸出電壓的變化的閘極脈衝信號使該電源轉換器的一次側開啟。因此，相較於現有技術，因為本發明所提供的次級控制器不須通過由一光耦合器和一可程式化並聯穩壓二極體所構成的回授路徑控制該電源轉換器的開啟與關閉，所以本發明所提供的電源轉換器具有較低的成本且對該輸出電壓的變化具有較快的動態響應。
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‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧同步開關
104‧‧‧功率開關
106‧‧‧短路繞組開關
108‧‧‧二次側繞組
110‧‧‧一次側繞組
112‧‧‧一次側輔助繞組
114‧‧‧初級控制器
115‧‧‧電阻
200‧‧‧次級控制器
202‧‧‧控制信號產生電路
204‧‧‧電壓偵測信號產生電路
206‧‧‧閘極控制信號產生電路
FDS‧‧‧第一偵測信號
GCS‧‧‧閘極控制信號
GPCS‧‧‧閘極脈衝控制信號
GPS‧‧‧閘極脈衝信號
IPRI‧‧‧一次側電流
PGCS‧‧‧一次側閘極控制信號
PRI‧‧‧一次側
SEC‧‧‧二次側
SCS‧‧‧短路控制信號
SDS‧‧‧第二偵測信號
VSW‧‧‧二次側電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VC‧‧‧電壓
VD‧‧‧偵測電壓
VIN‧‧‧輸入電壓

Claims (20)

  1. 一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器，該次級控制器包含：一控制信號產生電路，用以在一閘極控制信號之後產生一短路控制信號至一短路繞組(short winding)開關以使該短路繞組開關根據該短路控制信號開啟，其中該短路繞組開關耦接於該電源轉換器的二次側的二次側繞組；一電壓偵測信號產生電路，耦接於該電源轉換器的二次側的輸出端和該控制信號產生電路，用於當該電源轉換器的輸出電壓小於一預定電壓時，產生一第一偵測信號至該控制信號產生電路，其中該控制信號產生電路另根據該第一偵測信號，產生一閘極脈衝控制信號；及一閘極控制信號產生電路，耦接於該控制信號產生電路，用以根據該閘極脈衝控制信號，產生一閘極脈衝信號，其中該電源轉換器的二次側的同步開關根據該閘極脈衝信號開啟，且因該同步開關的開啟所產生的該電源轉換器的二次側電壓的變化將使該電源轉換器的一次側產生一電壓，其中當該電壓大於一參考電壓時，該電源轉換器的一次側的一初級控制器將據以使該電源轉換器的一次側開啟。
  2. 如請求項1所述的次級控制器，其中該電源轉換器是一返馳式電源轉換器(flyback power converter)。
  3. 如請求項1所述的次級控制器，其中在該短路繞組開關開啟期間，該電源轉換器的一次側關閉。
  4. 如請求項1所述的次級控制器，其中該電源轉換器的二次側的一同步 開關根據該閘極脈衝信號開啟，且在該閘極脈衝信號的致能期間，因該同步開關的開啟所產生的該電源轉換器的二次側的二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側使該電源轉換器的一次側開啟。
  5. 如請求項4所述的次級控制器，其中該二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側的電壓大於一參考電壓時，該電源轉換器的一次側開啟。
  6. 如請求項4所述的次級控制器，其中該二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側的電壓的斜率大於一參考值時，該電源轉換器的一次側開啟。
  7. 如請求項1所述的次級控制器，其中在該電源轉換器的二次側的開啟期間，該閘極控制信號產生電路另根據該電源轉換器的二次側的二次側電壓，產生該閘極控制信號，且該電源轉換器的二次側的一同步開關根據該閘極控制信號開啟。
  8. 如請求項1所述的次級控制器，其中該閘極控制信號和該短路控制信號之間具有一預定時間。
  9. 如請求項1所述的次級控制器，另包含：一電流偵測信號產生電路，用於當該電源轉換器的輸出電流大於一預定電流時，產生一第二偵測信號至該控制信號產生電路，其中該控制信號 產生電路另根據該第二偵測信號，產生該閘極脈衝控制信號。
  10. 如請求項1所述的次級控制器，其中該短路繞組開關耦接於該電源轉換器的二次側繞組。
  11. 如請求項1所述的次級控制器，其中該短路繞組開關耦接於該電源轉換器的二次側輔助繞組。
  12. 如請求項1所述的次級控制器，其中該控制信號產生電路另根據該第一偵測信號，關閉該短路控制信號。
  13. 一種應用於電源轉換器的二次側的次級控制器的操作方法，該次級控制器包含一控制信號產生電路、一電壓偵測信號產生電路和一閘極控制信號產生電路，該操作方法包含：在一閘極控制信號之後，該控制信號產生電路產生一短路控制信號至耦接於該電源轉換器的二次側的二次側繞組的一短路繞組開關以使該短路繞組開關根據該短路控制信號開啟；當該電源轉換器的輸出電壓小於一預定電壓時，該電壓偵測信號產生電路產生一第一偵測信號至該控制信號產生電路；該控制信號產生電路根據該第一偵測信號，產生一閘極脈衝控制信號；該閘極控制信號產生電路根據該閘極脈衝控制信號，產生一閘極脈衝信號；該電源轉換器的二次側的同步開關根據該閘極脈衝信號開啟，其中因該同步開關的開啟所產生的該電源轉換器的二次側電壓的變化將使該電源轉換器的一次側產生一電壓；及 當該電壓大於一參考電壓時，該電源轉換器的一次側的一初級控制器將據以使該電源轉換器的一次側開啟。
  14. 如請求項13所述的操作方法，其中在該短路繞組開關開啟期間，該電源轉換器的一次側關閉。
  15. 如請求項13所述的操作方法，其中該閘極脈衝信號是用以使該電源轉換器的一次側開啟包含：該電源轉換器的二次側的一同步開關根據該閘極脈衝信號開啟；及在該閘極脈衝信號的致能期間，因該同步開關的開啟所產生的該電源轉換器的二次側的二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側使該電源轉換器的一次側開啟。
  16. 如請求項15所述的操作方法，其中該二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側的電壓大於一參考電壓時，該電源轉換器的一次側開啟。
  17. 如請求項15所述的操作方法，其中該二次側電壓的變化通過該電源轉換器的二次側繞組和一次側輔助繞組耦合至該電源轉換器的一次側的電壓的斜率大於一參考值時，該電源轉換器的一次側開啟。
  18. 如請求項13所述的操作方法，其中在該電源轉換器的二次側的開啟期間，該閘極控制信號產生電路另根據該電源轉換器的二次側的二次側電 壓，產生該閘極控制信號，且該電源轉換器的二次側的一同步開關根據該閘極控制信號開啟。
  19. 如請求項13所述的操作方法，其中該閘極控制信號和該短路控制信號之間具有一預定時間。
  20. 如請求項13所述的操作方法，其中該控制信號產生電路另根據該第一偵測信號，關閉該短路控制信號。
TW107138511A 2018-10-31 2018-10-31 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法 TWI681615B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107138511A TWI681615B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
US16/506,962 US10756639B2 (en) 2018-10-31 2019-07-09 Secondary controller applied to a secondary side of a power converter and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107138511A TWI681615B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI681615B true TWI681615B (zh) 2020-01-01
TW202019075A TW202019075A (zh) 2020-05-16

Family

ID=69942410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107138511A TWI681615B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10756639B2 (zh)
TW (1) TWI681615B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI824383B (zh) * 2022-01-18 2023-12-01 通嘉科技股份有限公司 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2717450A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-09 Nxp B.V. Isolated switched-mode power supply
TW201429133A (zh) * 2013-01-07 2014-07-16 Richtek Technology Corp 切換電源轉換裝置
US8854842B2 (en) * 2012-12-11 2014-10-07 Dialog Semiconductor Inc. Digital communication link between secondary side and primary side of switching power converter
EP2916445A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-09 Nxp B.V. A method for controlling a SMPC having a synchronous rectification switch, a SMPC and a controller therefor
US20170346411A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 Dialog Semiconductor Inc. Auxiliary Load Application for Increasing Data Rate of Messages or for Increasing the Response Speed to Transmitted Messages in a Flyback Converter
WO2018132761A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Dialog Semiconductor Inc. Hybrid secondary-side regulation
US20180269797A1 (en) * 2015-07-31 2018-09-20 Texas Instruments Incorporated Flyback converter with secondary side regulation

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5303138A (en) * 1993-04-29 1994-04-12 At&T Bell Laboratories Low loss synchronous rectifier for application to clamped-mode power converters
US6961253B1 (en) * 1999-10-08 2005-11-01 Lambda Electronics Drive circuits for synchronous rectifiers
US6822882B1 (en) * 2003-08-01 2004-11-23 Tyco Electronics Power Systems, Inc. Gate driver with a DC offset bias circuit and a power converter employing the same
US20090086512A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Infineon Technologies Austria Ag Driving a primary-side switch and a secondary-side rectifier element in a switching converter
US9899929B2 (en) * 2013-05-10 2018-02-20 Rompower Energy Systems, Inc. Soft transition on all switching elements two transistors forward converter
US9825531B2 (en) * 2013-07-10 2017-11-21 Infineon Technologies Austria Ag Post-regulated flyback converter with variable output stage
US10027165B2 (en) * 2016-06-20 2018-07-17 Fairchild Semiconductor Corporation Power supply circuit with secondary side to primary side communication
CN108736698A (zh) * 2017-04-13 2018-11-02 台达电子工业股份有限公司 电源供应器与残余电压放电方法
US10516340B1 (en) * 2018-10-15 2019-12-24 Infineon Technologies Austria Ag Communication through the flyback power transformer by the usage of the zero voltage switching pulse

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2717450A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-09 Nxp B.V. Isolated switched-mode power supply
US8854842B2 (en) * 2012-12-11 2014-10-07 Dialog Semiconductor Inc. Digital communication link between secondary side and primary side of switching power converter
TW201429133A (zh) * 2013-01-07 2014-07-16 Richtek Technology Corp 切換電源轉換裝置
EP2916445A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-09 Nxp B.V. A method for controlling a SMPC having a synchronous rectification switch, a SMPC and a controller therefor
US20180269797A1 (en) * 2015-07-31 2018-09-20 Texas Instruments Incorporated Flyback converter with secondary side regulation
US20170346411A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 Dialog Semiconductor Inc. Auxiliary Load Application for Increasing Data Rate of Messages or for Increasing the Response Speed to Transmitted Messages in a Flyback Converter
WO2018132761A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Dialog Semiconductor Inc. Hybrid secondary-side regulation

Also Published As

Publication number Publication date
US20200136519A1 (en) 2020-04-30
TW202019075A (zh) 2020-05-16
US10756639B2 (en) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9954450B2 (en) Control circuit, control method and primary-controlled flyback converter using the same
TWI628905B (zh) 用於返馳變換器電路之控制方法及控制裝置
JP5453508B2 (ja) 効率的軽負荷動作を有する分離フライバックコンバータ
US20200052598A1 (en) Voltage sense control circuit, voltage sense control method and isolated converter thereof
JP2016116320A (ja) 絶縁型直流電源装置および制御方法
TWI672894B (zh) 電源控制器與相關之控制方法
KR20090011715A (ko) 컨버터 및 그 구동 방법
TW201531004A (zh) 可提供可程式化之停滯時間的同步整流控制方法以及同步整流控制器
TWI679836B (zh) 應用於電源轉換器的二次側的同步整流器及其操作方法
TWI722595B (zh) 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
JP5857702B2 (ja) スイッチング電源装置
TWI681615B (zh) 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
US11329547B2 (en) Primary controller applied to a primary side of a power converter and operational method thereof
TWI497894B (zh) 可使電源供應器在電壓波谷之谷底切換之電源控制器以及相關之控制方法
TWI624146B (zh) 應用於電源轉換器的多模控制器及其操作方法
US20210351710A1 (en) Voltage mode controller applied to short-circuited protection of a power converter and operational method thereof
CN111146946B (zh) 应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法
TWI638509B (zh) 返馳式電源供應電路及其一次側控制電路與方法
US9735687B2 (en) Regulating power converter by sensing transformer discharge timing
CN211046766U (zh) 应用于电源转换器的二次侧的次级控制器
TWI824383B (zh) 應用於電源轉換器的二次側的次級控制器及其操作方法
CN112636601A (zh) 应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法
CN110557035B (zh) 应用于电源转换器的二次侧的同步整流器及其操作方法
KR101486962B1 (ko) 컨버터 및 그 구동 방법
JP2015070719A (ja) スイッチング電源装置