CN101222180A - 回扫转换器的控制器、用于控制转换器的电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回扫转换器的控制器、用于控制转换器的电路及其方法，特别涉及一种转换器控制器。在一个实施例中，用于回扫转换器的控制器包括一转换器和一回扫控制器。该转换器耦合到回扫转换器，用以接收辅助电压并产生一恒定电源电压。回扫控制器由恒定电源电压供电，用于控制回扫转换器的输出电压。而且，回扫转换器包括具有初级边和次级边的变压器。在该变压器上产生输出电压和辅助电压。本发明所述的回扫转换器的控制器、用于控制转换器的电路及其方法，可节约成本，并提高供电效率。

Description

回扫转换器的控制器、用于控制转换器的电路及其方法

技术领域

本发明涉及功率转换装置，以及更特别的，涉及功率转换控制器。

背景技术

当前，功率转换装置广泛地用于电子***中以提供调制的电源。有各种各样的功率转换装置存在，诸如降压(buck)转换器、升压(boost)转换器以及回扫(flyback)转换器。典型地，功率转换装置在转换器控制器的控制之下工作，以获取期望的输出电压。转换器控制器可以由一个单独切换模式电源(SMPS)供电，其具有可有稳定电源电压的益处。然而，SMPS方案需要额外的电路，因此成本显著增加而***效率降低了。

图1示出了常规控制器100的结构图，其集成了一个电源电路。举例来说，在图1中使用回扫转换器102是为了说明而非限制。通常，回扫转换器102包括开关140、在初级边具有初级线圈103和在次级边具有次级线圈105的变压器T1、二极管109和电容111。当开关140导通时，从初级线圈103流经的电流斜线上升(ramp up)且来自电源101的能量被存储在变压器T1的铁芯中。在该时间间隔中，二极管109反向偏置且由电容111中的电荷向负载113提供能量。当开关140截止时，在初级线圈103上的负电流跃迁被反映到次级线圈105上，以致二极管109变成正向偏置，且电流被传输给负载113，还给电容111再充电。通常，回扫转换器102是一种孤立的(isolated)功率转换器，用于将输入电压V_IN转换成输出电压V_OUT。

控制器100被用于控制开关140的导通状态，借此控制输出电压V_OUT。回扫控制器120由源于回扫转换器102的辅助电压V_AUX供电，而不是由单独的SMPS供电。由辅助线圈107生成辅助电压V_AUX。辅助线圈107可以置于变压器T1的次级边。同样，辅助线圈107磁耦合到变压器T1。辅助线圈107还耦合到二极管115和电容器117。类似地，次级线圈105耦合到二极管109和电容111。此外，辅助线圈107和次级线圈105不同地接地。例如，次级线圈105耦合到次级边的地121，而辅助线圈107耦合到初级边的地123。当开关140交替导通和截止时，在变压器T1的次级边产生辅助电压V_AUX。此外，通过调节在初级线圈103和辅助线圈107之间的匝数比，辅助电压V_AUX可以获得期望的电压水平，以向回扫控制器120供电。

然而，根据负载条件(例如轻负载条件或重负载条件)，辅助电压V_AUX会发生变化，从而在回扫控制器120的电源上会出现大的脉动。例如，辅助电压V_AUX会从3.5V变化到15V。典型的回扫控制器需要6V的最小电源电压。结果，电源电压(此处为辅助电压V_AUX)会落到回扫控制器120所需的6V最小电源电压以下，从而导致供电失败。一种避免上述供电失败的方法是增加辅助线圈107的匝数，所以当辅助电压V_AUX根据负载条件变化时，最小辅助电压V_AUX得以保证大于回扫控制器120所需要的最小电源电压。然而，上述方法的一个缺陷是最大辅助电压V_AUX会超过回扫控制器120能够承受的最大电源电压。

因此，常规的对控制器电源的解决方案具有成本上的考虑或者稳定性的问题。

发明内容

本发明提供一种用于回扫转换器的控制器。该控制器包括一转换器和一回扫控制器。该转换器耦合到回扫转换器，用以接收辅助电压并产生一恒定电源电压。该回扫控制器由恒定电源电压供电，用于控制回扫转换器的输出电压。而且，回扫转换器包括具有初级边和次级边的变压器。在变压器上产生输出电压和辅助电压。

本发明所述的回扫转换器的控制器，所述转换器是一升压(boost)转换器。

本发明所述的回扫转换器的控制器，在所述变压器的所述次级边上产生所述辅助电压。

本发明所述的回扫转换器的控制器，所述变压器耦合到一负载，而其中所述辅助电压根据负载条件变化。

本发明所述的回扫转换器的控制器，还包括：磁耦合到所述变压器的一辅助线圈，用于产生所述辅助电压。

本发明所述的回扫转换器的控制器，还包括：所述回扫控制器还包括一偏置电路，耦合至所述转换器，用于根据所述恒定电源电压产生多个电源。

本发明所述的回扫转换器的控制器，还包括：一第一比较器，其用于将第一斜坡信号与第一参考信号作比较，并根据所述比较的结果产生一第一输出信号；以及一第一触发器，其耦合在所述第一比较器和所述回扫控制器之间，用于根据所述第一输出信号和第一时钟信号产生一控制信号，其中所述控制信号控制所述恒定电源电压。

本发明所述的回扫转换器的控制器，还包括：一第二比较器，其用于将第二斜坡信号与第二参考信号作比较，并根据所述比较的结果产生一第二输出信号；以及一第二触发器，其耦合在所述第二比较器和所述回扫转换器之间，用于根据所述第二输出信号和第二时钟信号控制所述回扫转换器。

本发明所述的回扫转换器的控制器，所述回扫控制器响应于表示在所述变压器的所述初级边的电流状态的电流检测信号而控制所述回扫转换器。

本发明所述的回扫转换器的控制器，还包括：一单独的时基发生器，其耦合到所述转换器和所述回扫控制器，用于提供多个斜坡信号和多个时钟信号。

本发明所述的回扫转换器的控制器，所述多个斜坡信号的多个频率包括具有等于所述转换器的频率的第一频率和等于所述回扫控制器的频率的第二频率，且所述多个时钟信号的多个频率包括所述第一频率和所述第二频率。

本发明还提供一种用于控制转换器的方法，包括：在所述转换器上产生一辅助电压；将所述辅助电压转换成恒定电源电压；使用所述恒定电源电压供电给控制器；以及使用所述控制器控制所述转换器的输出电压，其中所述转换器包括具有初级边和次级边的变压器。

本发明所述的用于控制转换器的方法，所述变压器耦合到一负载，且其中所述方法还包括根据负载条件改变所述辅助电压。

本发明所述的用于控制转换器的方法，所述辅助电压在所述变压器的所述次级边上产生。

本发明所述的用于控制转换器的方法，还包括：产生多个斜坡信号和多个时钟信号，其中所述多个斜坡信号包括具有第一频率的第一斜坡信号和具有第二频率的第二斜坡信号，且所述多个时钟信号包括具有所述第一频率的第一时钟信号和具有所述第二频率的第二时钟信号。

本发明所述的用于控制转换器的方法，还包括：接收所述第一时钟信号；将所述第一斜坡信号与第一参考信号作比较；以及根据所述第一时钟信号和所述比较的结果控制所述恒定电源电压。

本发明所述的用于控制转换器的方法，还包括：接收所述第二时钟信号；将所述第二斜坡信号与第二参考信号作比较；根据所述第二时钟信号和所述比较的结果控制所述转换器的所述输出电压。

本发明所述的用于控制转换器的方法，所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号以及所述第一时钟信号和所述第二时钟信号由单独的时基发生器产生。

本发明另提供一种控制转换器的电路，包括：一变压器，其用于将输入电压变换成输出电压；一辅助线圈，其磁耦合到所述变压器，用以产生辅助电压；一转换器，其耦合到所述辅助线圈，用以将所述辅助电压转换成恒定电源电压；以及一控制器，其由所述恒定电源电压供电，用以控制所述变压器的所述输出电压。

本发明所述的控制转换器的电路，所述变压器耦合到一负载，且其中所述辅助电压根据负载条件而变化。

本发明所述的控制转换器的电路，还包括：一单独的时基发生器，其耦合到所述转换器和所述控制器，用以提供多个斜坡信号和多个时钟信号，其中所述多个斜坡信号包括具有第一频率的第一斜坡信号和具有第二频率的第二斜坡信号，而其中所述多个时钟信号包括具有所述第一频率的第一时钟信号和具有所述第二频率的第二斜坡信号。

本发明所述的回扫转换器的控制器、用于控制转换器的电路及其方法，可节约成本，并提高供电效率。

附图说明

图1是常规控制器的结构图。

图2是根据本发明的一个实施例的控制器的结构图。

图3是根据本发明的又一实施例的控制器的结构图。

图4是根据本发明的一个实施例的控制器的原理图。

图5是根据本发明的一个实施例的用于控制一转换器的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的益处将会随着下列示例性实施例的详细描述的进行而变得清楚，并且该描述应当结合附图考虑。

现在将参考本发明的实施例进行详细描述。而本发明将会结合实施例进行描述，可以理解，这些实施例不是要将本发明的范围限制于这些实施例。相反，本发明试图覆盖替换、修改和各种等价物，其可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

图2图解说明了根据本发明的一个实施例的控制器200的结构图。与图1中标记相同的元件具有相似的功能，并且出于简洁明了的目的在本文中不再重复进行描述。在控制器200中，使用转换器210，例如boost转换器，将辅助电压V_AUX转换成恒定电源电压220。不管由于负载条件引起的V_AUX变化，boost转换器210能够将恒定电源电压220维持在预定电压电平。例如，虽然辅助电压V_AUX从3.5V变化到15V，但是，恒定电源电压220能够维持在15V。将恒定电源电压220用来供电给回扫控制器120。在一个实施例中，恒定电源电压220的电压电平可以是预定义的，以满足回扫控制器120的电源需要。同样的，回扫控制器120的电源电压得以保证大于所需要的最小电源电压。换而言之，不管负载条件如何变化，控制器200都能够正确运行，而不会供电失败。

因此，可以利用许多不同类型的转换器基于辅助电压V_AUX产生恒定的电源电压。例如，buck-boost转换器可以代替boost转换器210来执行本文所描述的功能。同样，本文中描述的控制器200也可以应用到各种各样的转换器中，而不限于回扫转换器102。例如，控制器200可以一类似的方式应用到正向转换器中。

图3图解说明了根据本发明的又一实施例的控制器300的结构图。与在图1和图2中标记相同的元件具有相似的功能，并且出于简洁明了的目的在本文中不再重复进行描述。类似于图2，控制器300包括boost转换器330和回扫控制器320。Boost转换器330接收辅助电压V_AUX并产生一恒定电源电压350。借助于恒定电源电压350供电，回扫控制器320控制开关140的导通状态，由此控制回扫转换器102的输出电压V_OUT。Boost转换器330还包括boost控制器340。boost控制器340和回扫控制器320在此重新配置以共享公共元件，例如，时基发生器310，借此获得成本节约和供电效率。同样的，boost控制器340和回扫控制器320可以构建在单个芯片中。

图4图解说明了根据本发明的一个实施例的控制器400的原理图。与在图3中标记相同的元件具有相似的功能，并且出于简洁明了的目的在本文中不再重复进行描述。类似于图3，图4中的控制器400包括时基发生器310、具有boost控制器340的boost转换器330和回扫控制器320。boost控制器340还可以包括比较器401和触发器403。boost转换器330还可以包括第一开关407、第二开关409、电感411和电容413。回扫控制器320还包括偏置电路421、比较器423和触发器429。

时基发生器310能够产生多个斜坡信号和多个时钟信号。这多个斜坡信号包括具有第一频率的第一斜坡信号402和具有第二频率的第二斜坡信号406，分别将其提供给boost控制器340和回扫控制器320。类似地，这多个时钟信号包括具有第一频率的第一时钟信号404和具有第二频率的第二时钟信号408，并将其分别提供给boost控制器340和回扫控制器320。因此，第一斜坡信号402的第一频率和第一时钟信号404的第一频率等于boost控制器340的频率f₃₄₀，而第二斜坡信号406的第二频率和第二时钟信号408的第二频率等于回扫控制器320的频率f₃₂₀。在一个实施例中，频率f₃₄₀大于频率f₃₂₀，例如，频率f₃₄₀等于500KHz，而频率f₃₂₀等于100KHz。

通过boost控制器340使用第一斜坡信号402和第一时钟信号404来产生控制信号416。为此目的，比较器401将第一斜坡信号402与第一参考信号430作比较，该第一参考信号430来自于boost转换器的修正后的电压反馈V_AUX。进而，比较的结果由触发器403在复位端(R)接收，且第一时钟信号404由触发器403在设置端(S)接收。根据所接收的信号，触发器403产生控制信号416。特别地，如果第一斜坡信号402小于第一参考信号430，则根据第一时钟信号404，比较器401的输出为逻辑低，所以控制信号416被设定为逻辑高。相反，如果第一斜坡信号402大于第一参考信号430，比较器401的输出是逻辑高，所以控制信号相应地被重置为逻辑低。

由boost控制器340提供的控制信号416被用来控制第一和第二开关407和409的导通状态，以使boost转换器330能够将可变的输入电压405转换成恒定的电源电压412。例如，当控制信号416为逻辑低时，第一开关407截止而第二开关409导通。在这种情况下，boost转换器330以ON-STATE时间间隔TON运行。相反，当控制信号416为逻辑高时，第一开关407导通且第二开关409截止。在这种情况下，boost转换器330以OFF-STATE时间间隔TOFF运行。boost转换器330的占空比D由下式给出：

$D=\frac{\mathrm{TON}}{\mathrm{TON}+\mathrm{TOFF}}---\left(1\right)$

而且，恒定电源电压412可以由下式给出：

$\frac{V_o}{V_i}=\frac{1}{1-D}---\left(2\right)$

其中，V_o被定义为恒定电源电压412，而V_I被定义为输入电压405。

在一个实施例中，在图3中的变压器T1的次级边产生的辅助电压V_AUX输入到boost转换器330，且将其转换成图4中的恒定电源电压412。特别地，在boost转换器330的ON-STATE时间间隔TON期间，电感411的电流斜线上升，而能量从辅助电压V_AUX输送到电感411。在boost转换器330的OFF-STATE时间间隔TOFF期间，累积在电感411中的能量输送到电容413。通过在boost控制器340的控制下动态调节占空比D，可以获得恒定电源电压412。

由于恒定电源电压412，回扫控制器320的可靠性和稳定性可以得到维持。另外，在回扫控制器320内的元件可以需要不同的电源。因此，在一个实施例中，采用偏置电路421用于基于恒定电源电压412产生多个电源。当开始供电时，比较器423将第二斜坡信号406与第二参考信号432作比较，该第二参考信号432来自于回扫转换器的修正后的电压反馈Vout。而且，该比较结果由触发器429在重置端(R)上接收，且第二时钟信号408由触发器429在设置端(S)接收。在一个实施例中，第二时钟信号408的逻辑电平在被触发器429接收之前可以由反向器425反向。另外，电流检测信号434可以通过OR门427耦合到触发器429的重置端。电流检测信号434表示在变压器T1的初级边上的电流状态，例如过电流状态。根据所接收的信号，触发器429产生一开关控制信号422。在一个实施例中，开关控制信号422可以经过缓冲器431耦合到图3中的开关140。如前所述，开关控制信号422控制开关140的导通状态，由此控制回扫转换器102的输出电压V_OUT。

图5是用于控制转换器的一种方法的流程图500。虽然在图5中公开了详细的步骤，但这些步骤是示例性的。就是说，本发明也适于执行图5中陈述的步骤的各种其他的步骤或者其他的步骤变化。

在模块510中，在转换器上产生一辅助电压。在一个实施例中，由磁耦合到回扫转换器中的变压器的辅助线圈产生辅助电压。在模块520中，将辅助电压转换成恒定电源电压。在一个实施例中，boost转换器可以用于实现上述功率转换。在模块530中，控制器由恒定电源电压可靠地供电。在模块540中，控制器还控制转换器的输出电压。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (21)

1.一种用于回扫转换器的控制器，其特征在于，包括：

一转换器，该转换器耦合到所述回扫转换器，用以接收一辅助电压并产生一恒定电源电压；以及

一回扫控制器，该回扫控制器由所述恒定电源电压供电，用于控制所述回扫转换器的输出电压，

其中，所述回扫转换器包括具有初级边和次级边的变压器，且其中在所述变压器上产生所述输出电压和所述辅助电压。

2.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，所述转换器是一升压转换器。

3.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，在所述变压器的所述次级边上产生所述辅助电压。

4.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，所述变压器耦合到一负载，而其中所述辅助电压根据负载条件变化。

5.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，还包括：

磁耦合到所述变压器的一辅助线圈，用于产生所述辅助电压。

6.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，还包括：

所述回扫控制器还包括一偏置电路，耦合至所述转换器，用于根据所述恒定电源电压产生多个电源。

7.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，还包括：

一第一比较器，其用于将第一斜坡信号与第一参考信号作比较，并根据所述比较的结果产生一第一输出信号；以及

一第一触发器，其耦合在所述第一比较器和所述回扫控制器之间，用于根据所述第一输出信号和第一时钟信号产生一控制信号，其中所述控制信号控制所述恒定电源电压。

8.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，还包括：

一第二比较器，其用于将第二斜坡信号与第二参考信号作比较，并根据所述比较的结果产生一第二输出信号；以及

一第二触发器，其耦合在所述第二比较器和所述回扫转换器之间，用于根据所述第二输出信号和第二时钟信号控制所述回扫转换器。

9.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，所述回扫控制器响应于表示在所述变压器的所述初级边的电流状态的电流检测信号而控制所述回扫转换器。

10.根据权利要求1所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，还包括：

一单独的时基发生器，其耦合到所述转换器和所述回扫控制器，用于提供多个斜坡信号和多个时钟信号。

11.根据权利要求10所述的回扫转换器的控制器，其特征在于，所述多个斜坡信号的多个频率包括等于所述转换器的频率的第一频率和等于所述回扫控制器的频率的第二频率，且所述多个时钟信号的多个频率包括所述第一频率和所述第二频率。

12.一种用于控制转换器的方法，其特征在于，包括：

在所述转换器上产生一辅助电压；

将所述辅助电压转换成恒定电源电压；

使用所述恒定电源电压供电给控制器；以及

使用所述控制器控制所述转换器的输出电压，

其中所述转换器包括具有初级边和次级边的变压器。

13.根据权利要求12所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，所述变压器耦合到一负载，且其中所述方法还包括根据负载条件改变所述辅助电压。

14.根据权利要求12所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，所述辅助电压在所述变压器的所述次级边上产生。

15.根据权利要求12所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，还包括：

产生多个斜坡信号和多个时钟信号，其中所述多个斜坡信号包括具有第一频率的第一斜坡信号和具有第二频率的第二斜坡信号，且所述多个时钟信号包括具有所述第一频率的第一时钟信号和具有所述第二频率的第二时钟信号。

16.根据权利要求15所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，还包括：

接收所述第一时钟信号；

将所述第一斜坡信号与第一参考信号作比较；以及

根据所述第一时钟信号和所述比较的结果控制所述恒定电源电压。

17.根据权利要求15所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，还包括：

接收所述第二时钟信号；

将所述第二斜坡信号与第二参考信号作比较；

根据所述第二时钟信号和所述比较的结果控制所述转换器的所述输出电压。

18.根据权利要求15所述的用于控制转换器的方法，其特征在于，所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号以及所述第一时钟信号和所述第二时钟信号由单独的时基发生器产生。

19.一种控制转换器的电路，其特征在于，包括：

一变压器，其用于将输入电压变换成输出电压；

一辅助线圈，其磁耦合到所述变压器，用以产生辅助电压；

一转换器，其耦合到所述辅助线圈，用以将所述辅助电压转换成恒定电源电压；以及

一控制器，其由所述恒定电源电压供电，用以控制所述变压器的所述输出电压。

20.根据权利要求19所述的控制转换器的电路，其特征在于，所述变压器耦合到一负载，且其中所述辅助电压根据负载条件而变化。

21.根据权利要求19所述的控制转换器的电路，其特征在于，还包括：

一单独的时基发生器，其耦合到所述转换器和所述控制器，用以提供多个斜坡信号和多个时钟信号，其中所述多个斜坡信号包括具有第一频率的第一斜坡信号和具有第二频率的第二斜坡信号，而其中所述多个时钟信号包括具有所述第一频率的第一时钟信号和具有所述第二频率的第二斜坡信号。

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