CN100454740C - 具有适应性偏压的电源转换器的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测变压器的反射电压的控制电路，检测电路来采样反射电压。因为在轻负载状态下，反射电压的脉冲宽度较窄，所以可利用偏压电路来产生偏压信号，以帮助检测反射电压。此外，消隐电路(blanking circuit)确保反射电压的最小脉冲宽度。

Description

具有适应性偏压的电源转换器的控制电路

技术领域

本发明涉及一种电源转换器，且更具体地说，本发明涉及一种开关电源转换器。

背景技术

电源转换器广泛用于提供穩定與调节输出。为安全起见，电源转换器必须在其初级侧与次级侧之间提供电性隔离(galvanic isolation)。通常，变压器可用来提供隔离和能量转移。图1显示具有变压器10的传统电源转换器。当开关20導通时，能量存储在变压器10内部。当开关20断开时，能量将被釋放到电源转换器的输出端。电阻器21与所述开关20串联连接，以感测变压器10的切换电流，并产生用于切换控制的电流信号V_S。控制器25耦接到变压器10和电阻器21，以产生控制信号V_G，以便控制开关20的導通/断开，并调节电源转换器的输出。变压器10包括初级绕组N_P、次级绕组N_S和辅助绕组N_A。当开关20断开时，辅助绕组N_A就会产生一反射电压V_F，所述反射电压V_F与输出电压V₀相关。因此，反射电压V_F可用来反馈输出电压V₀。在美国专利第4,302,803号“Rectifier-Converter Power Supply withMulti-Channel Flyback Inverter”中已揭示反射电压控制技术。然而，此参照案的缺点是不能精确地测量反射电压，尤其是在轻负载条件下。

图2显示电源转换器在轻负载状态下的多个电压波形。变压器的放电时间T_DS由下式给出：

$T_{\mathrm{DS}}=\left(\frac{V_{\mathrm{IN}}}{V_O+V_D}\right)\×\frac{W_{\mathrm{NS}}}{W_{\mathrm{NP}}}\×T_{\mathrm{ON}}---\left(1\right)$

其中，V_IN是电源转换器的输入电压，W_NP和W_NS分别是变压器10的初级绕组N_P和次级绕组N_S的匝数，V_D是整流器15的正向电压降，且T_ON是控制信号V_G的導通时间(on-time)。在图1中，反射电压V_F透过电阻器22连接到控制器25，而在控制器25中产生用于检测反射电压的电压V_DET。然而，寄生电容器23和电阻器22会对于反射电压V_F產生低通滤波的效果。除控制信号V_G的導通时间T_ON和反射电压V_F的放电时间T_DS在轻负载状态下为很短的事实以外，图2中显示了电压V_DET的波形失真。因此，将会检测到较低的反射电压。故本发明的主要目的乃是克服上述缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种控制电路来检测变压器的反射电压并调节电源转换器。所述控制电路包括一开关和一控制器，其中所述开关可切换变压器，并将能量从变压器的初级侧转移到次级侧。控制器包括一检测电路、一切换电路和一调整电路。检测电路耦接到变压器来检测变压器的反射电压，并根据反射电压而产生反馈信号。切换电路用于产生控制信号，并根据反馈信号而控制开关，并调节电源转换器的输出。调整电路进一步使用反馈信号来产生调整信号。检测电路包括一偏压电路，以产生耦接到检测电路的输入端的偏压信号，用于帮助检测反射电压并防止波形失真。所产生的偏压信号与调整信号成比例。除了切换电路以外，可使用消隐电路根据控制信号而产生消隐信号。当控制信号導通时，消隐信号确保控制信号的最小導通时间。控制信号的最小導通时间产生反射电压的最小脉冲宽度，其进一步有助于检测反射电压。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

本发明提供附图以对本发明进一步了解，且诸附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。诸附图说明本发明的实施例，并连同以下描述一起用来解释本发明的原理。

图1显示传统电源转换器的电路示意图；

图2显示传统电源转换器在轻负载状态下的多个电压波形示意图；

图3显示本发明一实施例的控制器的方块示意图；

图4显示本发明一实施例的切换电路的示意图；

图5显示本发明一实施例的消隐电路的示意图；。

图6显示本发明一实施例的检测电路的示意图；

图7显示本发明一实施例的波形检测器的电路示意图；

图8显示本发明一实施例的调整电路的示意图；

图9显示根据本发明一实施例的电源转换器在轻负载状态下的多个电压波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电源转换器的控制电路之特征及其功效，详细说明如后。

请参照图1，电源转换器的控制电路包括一开关20和一控制器25。控制器25产生控制信号V_G来控制用于切换变压器10的开关。图3显示本发明一实施例的控制器25的方块示意图。控制器25包括一切换电路30、一检测电路50，和一调整电路55。参照图1，将检测电路50耦接到变压器10，以检测变压器10的反射电压V_F，并根据反射电压V_F产生反馈信号V_FB。切换电路30在控制器25的输出端处产生控制信号V_G，并根据反馈信号V_FB而控制开关20并调节电源转换器的输出。调整电路55进一步使用反馈信号V_FB来产生调整信号I_B。

图4中显示切换电路30，其中利用振荡电路31来产生周期性的脉冲信号PLS。脉冲信号PLS耦接到触发器32，以启用控制信号V_G。触发器32的输出端连接到AND门34的输入端。AND门34的另一输入端透过反相器33耦接到脉冲信号PLS，以提供控制信号V_G的最大導通时间。AND门34的输出端产生连接到控制器25的输出端OUT的控制信号V_G。在电流信号V_S高于反馈信号V_FB时，利用比较器36来禁用触发器32。比较器36的输出端连接到AND门35的输入端。AND门35的另一输入端连接到消隐电路40的输出端。控制信号V_G供应于消隐电路40的输入端。此外，AND门35的输出端可用来重设触发器32。

在图5中显示本发明一实施例的消隐电路40。当启用控制信号V_G时，控制信号V_G可透过反相器42用以断开晶体管46。在晶体管46进入断开状态时，电流源41就会开始对电容器47充电。电容器47透过反相器43进一步连接到NAND门45，而NAND门45的另一输入端连接到控制信号V_G。因此，NAND门45的输出端根据控制信号V_G的启用而产生消隐信号V_BLK。电流源41的电流值和电容器47的电容值可决定消隐信号V_BLK的脉冲宽度。常控制信号V_G導通时，消隐信号V_BLK确保控制信号V_G的最小導通时间。参照图1和图2，控制信号V_G的最小導通时间进一步产生反射电压V_F的最小脉冲宽度，其有助于检测反射电压。

图6显示根据本发明的一实施例的检测电路50。检测电路50包括误差放大器67、波形检测器100和偏压电路。参照图3，偏压电路产生偏压信号V_B添加到检测电路50的输入端DET，其用于帮助检测反射电壓，并用于防止电压V_DET的波形失真。所产生的偏压信号V_B与调整信号I_B成比例。偏压电路包括晶体管65，其源极端耦接到检测电路50的输入端DET，以产生偏压信号V_B。电阻器60可用来接收调整信号I_B，其用于在晶体管65的门极端处产生偏压电压。因此，所产生的偏压信号V_B与偏压电压成比例。为了补偿晶体管65门极到源极的电压，晶体管61串联连接到电阻器60。晶体管61的门极端和漏极端(drain)连接到电阻器60。晶体管61的源极端接地。此外，电流源62进一步来偏压晶体管61。

为了检测反射电压V_F，波形检测器100耦接到DET端来感测反射电压V_F，并根据反射电压V_F产生采样信号V_A。具有参考信号V_REF的误差放大器67根据采样信号V_A而产生反馈信号V_FB。误差放大器67是跨导(trans-conductance)放大器。误差放大器67的输出端耦接到控制器25的COM端。参照图1，电容器24连接到COM端，来为误差放大器67提供频率补偿。

图7显示本发明一实施例的波形检测器100的电路示意图。晶体管140具有一连接到电流源105的漏极端。放大器102具有一正输入端，其连接到检测电路50的输入端DET，用于检测反射电压V_F。放大器102的输出端耦接到晶体管140的门极端。放大器102的负输入端连接到晶体管140的源极端。电容器161连接到晶体管140的源极端。开关151与电容器161并联连接，用来周期性地将电容器161放电。电容器160根据反射电压V_F而产生采样信号V_A。开关150受控于脉冲信号PLS，从电容器161到电容器160周期性采样，以便将采样信号V_A保存在电容器160上。

图8显示调整电路55的电路示意图。放大器80具有由阀值电压V_TH供应的正输入端。放大器81具有一连接到反馈信号V_FB的正输入端。放大器81的负输入端连接到放大器81的输出端，以形成缓冲器。晶体管90耦接到放大器80的输出端，以便根据阀值电压V_TH和反馈信号V_FB而产生电流I90。电阻器85从晶体管90连接到放大器81的输出端。晶体管91和晶体管92形成电流镜，以便根据电流I90产生调整信号I_B。因此，可根据反馈信号V_FB而产生调整信号I_B，其中可并根据反射电压V_F而产生反馈信号V_FB。

图9显示根据本发明一实施例的电源转换器在轻负载状态下的多个电压波形，其中偏压信号V_B添加到输入端DET。电压V_DET可表达为：

$V_{\mathrm{DET}}=V_F\×(1-e^{\frac{-t}{R\×C}})+V_B---\left(2\right)$

$t=R\×C\×\ln \left(\frac{V_F}{V_F-V_{\mathrm{DET}}+V_B}\right)---\left(3\right)$

其中，R是电阻器22的电阻值，C是寄生电容器23的电容值，且t是将电压V_DET充电到反射电压V_F的周期。通过添加偏压信号V_B，可大幅地减少电压V_DET的上升时间。因此，可正确地检测反射电压V_F。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种电源转换器的一控制电路，其特征在于包含：

一开关，耦接到一变压器，而所述开关用于切换所述变压器；

一检测电路，耦接到所述变压器，而所述检测电路用于检测所述变压器的一反射电压，并根据所述反射电压而产生一反馈信号；

一切换电路，产生一控制信号，并根据所述反馈信号而控制所述开关，从而调节所述电源转换器的输出；和

一调整电路，产生一调整信号，根据所述反馈信号而产生所述调整信号，其中所述检测电路包括一偏压电路，用于产生一偏压信号，而所述偏压信号耦接到所述检测电路的一输入端，用于检测所述反射电压，其中所述偏压信号与所述调整信号成比例地产生。

2.根据权利要求1所述的电源转换器的控制电路，其特征在于，所述切换电路包含一消隐电路，并根据所述控制信号而产生一消隐信号，其中当所述控制信号導通时，所述消隐信号确保所述控制信号的一最小導通时间。

3.根据权利要求1所述的电源转换器的控制电路，其特征在于，所述偏压电路包含：

一晶体管，耦接到所述检测电路的所述输入端，以产生所述偏压信号；和

一电阻器，接收所述调整信号，以产生一偏压电压来控制所述晶体管；

其中所述偏压信号与所述偏压电压成比例地产生。

4.根据权利要求1所述的电源转换器的控制电路，其特征在于，所述检测电路进一步包含：

一波形检测器，用于检测所述反射电压，并根据所述反射电压而产生一采样信号；和

一误差放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，所述误差放大器的正输入端接收一参考信号，所述误差放大器的负输入端接收所述采样信号，所述误差放大器根据所述参考信号以及所述采样信号而在所述误差放大器的输出端产生一反馈信号。

5.根据权利要求4所述的电源转换器的控制电路，其特征在于，所述波形检测器包含：

一电流源；

一缓冲晶体管，具有一第一端，连接到所述电流源；

一放大器，具有一正输入端、一输出端与一负输入端，其中所述正输入端连接到所述检测电路的所述输入端，用于检测所述反射电压，而所述放大器的所述输出端用以控制所述缓冲晶体管的一第二端，且所述放大器的所述负输入端连接到所述缓冲晶体管的一第三端；

一第一电容器，连接到所述缓冲晶体管的所述第三端；

一第一开关，与所述第一电容器并联连接，用于周期性地将所述第一电容器放电；

一第二电容器，根据所述反射电压产生所述采样信号；和

一第二开关，周期性地采样所述第一电容器的一信号，并存储到所述第二电容器中。

6.根据权利要求1所述的电源转换器的控制电路，其特征在于，所述调整电路包含：

一第一放大器，具有一正输入端，而一阀值电压可供应到所述正输入端；

一第二放大器，具有一正输入端，连接到所述反馈信号，且所述第二放大器的一负输入端连接到所述第二放大器的一输出端；

一第一晶体管，耦接到所述第一放大器的一输出端，并根据所述阀值电压和所述反馈电压而产生一第一晶体管电流；

一第一电阻器，从所述第一晶体管连接到所述第二放大器的所述输出端；和

形成一电流镜的一第二晶体管和一第三晶体管，根据所述第一晶体管电流而产生所述调整信号。

7.一种控制电路，其特征在于，包含：

一开关，耦接到一变压器，而所述开关用于切换所述变压器；

一检测电路，耦接到所述变压器，而所述检测电路用于检测所述变压器的一反射电压；以及

一切换电路，耦接到所述检测电路，而所述切换电路用于产生一控制信号，用以控制所述开关，

其中所述检测电路包括一偏压电路，耦接到所述切换电路，用于产生一偏压信号，以检测所述反射电压。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，进一步包含调整电路，并根据所述反射电压而产生一调整信号，其中所述调整信号用以产生所述偏压信号。

9.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述切换电路进一步包含一消隐电路，并根据所述控制信号而产生一消隐信号，其中当所述控制信号導通时，所述消隐信号确保所述控制信号的一最小導通时间。

10.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述偏压电路包含：

一晶体管，耦接到所述检测电路的一输入端，用于产生所述偏压信号；和

一电阻器，用于接收所述调整信号以产生一偏压电压，从而控制所述晶体管；

其中所述偏压信号与所述偏压电压成比例地产生。

11.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述检测电路进一步包含：

一波形检测器，用于检测所述反射电压，并根据所述反射电压而产生一采样信号；和

一误差放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，所述误差放大器的正输入端接收一参考信号，所述误差放大器的负输入端接收所述所述采样信号，所述误差放大器根据所述参考信号以及所述采样信号而在所述误差放大器的输出端产生一反馈信号。

12.根据权利要求11所述的控制电路，其特征在于，所述波形检测器包含：

一电流源；

一缓冲晶体管，具有一第一端，连接到所述电流源；

一放大器，具有一正输入端，连接到所述检测电路的所述输入端，用于检测所述反射电压，而所述放大器的一输出端用以控制所述缓冲晶体管的一第二端，且所述放大器的一负输入端连接到所述缓冲晶体管的一第三端；

一第一电容器，连接到所述缓冲晶体管的所述第三端；

一第一开关，与所述第一电容器并联连接，用于周期性地将所述第一电容器放电；

一第二电容器，根据所述反射电压而产生所述采样信号；和

一第二开关，周期性地采样所述第一电容器的一信号，并存储到所述第二电容器中。

13.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述调整电路包含：

一第一放大器，具有一正输入端，而一阀值电压供应于所述正输入端；

一第二放大器，具有一正输入端，连接到所述反馈信号，且所述第二放大器的一负输入端连接到所述第二放大器的一输出端；

一第一晶体管，耦接到所述第一放大器的一输出端，并根据所述阀值电压和所述反馈电压而产生一第一晶体管电流；

一第一电阻器，从所述第一晶体管连接到所述第二放大器的所述输出端；以及

形成一电流镜的一第二晶体管和一第三晶体管，用于根据所述第一晶体管电流而产生所述调整信号。

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