TWI411203B - 切換式控制電路 - Google Patents
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- TWI411203B TWI411203B TW097147945A TW97147945A TWI411203B TW I411203 B TWI411203 B TW I411203B TW 097147945 A TW097147945 A TW 097147945A TW 97147945 A TW97147945 A TW 97147945A TW I411203 B TWI411203 B TW I411203B
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Description
本發明為一種切換式控制電路,尤指一種適用於切換式電源轉換器之切換式控制電路。
切換式電源轉換器用來將未調整之電源,轉換成可穩定調整之電壓或電流。切換式電源轉換器主要包含一變壓器或一磁性元件,其具有一初級繞組與一次級繞組,用來提供電性隔離。一切換開關耦接至變壓器的主繞組,用來控制初級繞組與次級繞組之間功率的傳送。切換式電源轉換器操作在高頻,可以減少體積與重量。然而,切換開關的切換動作會產生切換損失與電磁干擾(EMI)。
第一圖為傳統的返馳式電源供應器架構示意圖。第二圖為第一圖的工作波形示意圖。如第一圖所示,切換開關Q1
被用來切換變壓器T1
,並且控制變壓器T1
的初級繞組NP
與次級繞組NS
間功率的傳送。當控制信號VG
控制切換開關Q1
導通時,能量儲存於變壓器T1
。當控制信號VG
控制切換開關Q1
截止時,儲存於變壓器T1
的能量將透過整流器DS
釋放到返馳式電源供應器的輸出。同時,依據返馳式電源供應器的輸出電壓V0
與變壓器T1
的匝數比,在變壓器T1
的初級繞組NP
產生反射電壓信號VR
。
因此,當切換開關Q1
截止時,跨於切換開關Q1
上的電壓VD
將等於輸入電壓VIN
加上反射電壓信號VR
。跨於切換開關Q1
上的電壓VD
儲能在切換開關Q1
的寄生電容CQ
上。在一放電週期TDS
之後,變壓器T1
的儲能完全地釋放出來,
寄生電容CQ
上所儲存的能量透過變壓器T1
的初級繞組NP
傳回至輸入電壓VIN
。此時,寄生電容CQ
與變壓器T1
的初級繞組NP
的電感(未標示)組成一共振槽(resonant tank),其共振頻率fR
可以由下面公式(1)表示:
在公式(1)中,Cj
表示寄生電容CQ
的電容值;Lp
表示變壓器T1
的主繞組NP
的電感值。
在共振的這段期間,寄生電容CQ
上所儲存的能量來回地傳送到變壓器T1
的初級繞組NP
的電感。其中,延遲時間Tq
係為寄生電容CQ
上的端電壓VD
從峰值電壓開始放電到谷底電壓的時間。延遲時間Tq
為一1/4共振(quasi-resonant)的週期。延遲時間Tq
可以由下面公式(2)表示:
綜上所述,假使能夠在寄生電容CQ
端電壓VD
處於谷底電壓期間,導通切換開關Q1
,如此即可以在較低的切換開關Q1
的端電壓下進行切換,以減少切換損失與降低電磁干擾,可達成柔性切換並改善電源轉換器之系統效率。
有鑑於此,本發明提供一種切換式控制電路,適用於一切換式電源轉換器。切換式控制電路耦接於變壓器的輔助繞組,以擷取切換開關截止時所產生的反射電壓信號,再依據反射電壓信號判斷出跨在切換開關上的電壓是否接近谷底電壓,且在接近谷底電壓時,控制該切換開關導通,以達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
本發明的切換式控制電路耦接於一切換開關與一變壓器的一輔助繞組,其中,變壓器的一初級繞組耦接於切換開關。切換式控制電路包括有一電壓擷取單元、一比較單元、一傳輸延遲單元及一過功率保護單元。其中,電壓擷取單元耦接於變壓器的輔助繞組,係於切換開關截止時,從輔助繞組取得與切換開關的跨電壓成正比的一反射電壓信號,以及轉換反射電壓信號成一峰值電壓信號。比較單元耦接於電壓擷取單元,係接收峰值電壓信號與一第一臨界電壓,以及輸出一比較結果信號。傳輸延遲單元耦接於比較單元,係接收比較結果信號,且延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通該切換開關。該過功率保護單元耦接於該電壓擷取單元與該切換開關,該過功率保護單元從該電壓擷取單元取得與該峰值電壓信號成反比的一過功率限制電壓,並且於該切換式電源轉換器發生過功率時,截止該切換開關。
本發明的切換式控制電路還包括一閒置時間產生單元。閒置時間產生單元耦接於切換式電源轉換器的輸出端,係跟隨切換式電源供應器的負載大小,以輸出一輸出信號。而傳輸延遲單元耦接於比較單元與閒置時間產生單元,係根據比較結果信號與輸出信號,延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通切換開關。
本發明的切換式控制電路還包括一第一延遲電路。第一延遲電路耦接於比較單元與閒置時間產生單元,係根據比較結果信號與輸出信號,以輸出一第一延遲信號。而傳輸延遲單元耦接於第一延遲電路,係根據第一延遲信號,延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通該切換開
關。
綜上,本發明的切換式控制電路可以根據切換開關截止時所產生的反射電壓信號,以判斷出跨在切換開關上的電壓是否接近谷底電壓。同時,本發明的切換式控制電路還可以根據輸出負載的大小,以調整切換開關截止的時間(Off-Time)以達到節能效果。如此,本發明的切換式控制電路可以提供各樣負載下的切換式電源轉換器,達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質,是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點,將在後續的說明與圖示加以闡述。
請參考第三圖,係為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器電路示意圖。其中,一切換式控制電路30包含一回授端FB、一電流感測端CS、一電壓偵測端DET、一輸出端OUT、一電源端VCC及一參考端GND。同時,一變壓器T1
包含一初級繞組NP
、一次級繞組NS
與一輔助繞組NA
,其中初級繞組NP
耦接至一切換開關Q1
,次級繞組NS
透過一第一整流器DS
與一輸出電容C0
耦接至切換式電源轉換器的輸出端。輔助繞組NA
透過第二整流器DA
與電容CST
耦接於切換式控制電路30之電源端VCC,用以提供電源VCC
給切換式控制電路30。
復參考第三圖,切換式控制電路30的電壓偵測端DET透過電阻R1
、R2
耦接於變壓器T1
的輔助繞組NA
,其中電壓偵測端DET在切換開關Q1
截止時從電阻R2上取得一反射電壓信號VDET
。切換式控制電路30的輸出端OUT產生一切
換信號VG
用以驅動切換開關Q1
,其中切換開關Q1
在導通時,可令耦接於切換開關Q1
的一電流感測電阻RS
產生一切換電流信號VCS
。切換式控制電路30的電流感測端CS耦接於電流感測電阻RS
,用以取得切換電流信號VCS
。同時,切換式控制電路30的回授端FB耦接於一光耦合器35,係從光耦合器35取得一回授信號VFB
,其中光耦合器35透過電阻31與穩壓器32耦接至切換式電源轉換器的輸出端,以取得輸出電壓V0
,並轉換輸出電壓V0
成為回授信號VFB
。
復參考第三圖,切換式控制電路30透過電阻R1
、R2
從變壓器T1
的輔助繞組NA
擷取切換開關Q1
載止時所產生的反射電壓信號VDET
。同時,切換式控制電路30在一振盪期間,係依據反射電壓信號VDET
判斷出跨在切換開關Q1
上的電壓是否接近一谷底電壓。當跨在切換開關Q1
上的電壓接近谷底電壓時,切換式控制電路30控制切換開關Q1
導通。如此,本發明的切換式控制電路30可以提供切換式電源轉換器,達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
另外,切換式控制電路30可藉由運算回授信號VFB
、切換電流信號VCS
及反射電壓信號VDET
,以提供切換式電源轉換器之過功率保護的目的。同時,切換式控制電路30還可以藉由運算反射電壓信號VDET
與一臨界電壓(未標示),以提供切換式電源轉換器之過電壓保護的目的。
參考第四圖,為本發明實施例之切換式控制電路示意圖。本發明實施例之切換式控制電路30至少包含一電壓擷取單元411、一過功率保護單元417、一谷底電壓偵測電路420及一限制電路440。其中,電壓擷取單元411包括一開
關401、電晶體402、403組成的一第一電流鏡與一取樣電阻RM,第一電流鏡經由開關401與電阻R1、R2(參照第三圖)耦接於變壓器T1
的輔助繞組NA
。開關401於切換開關Q1
截止時,從電阻R2
取得與切換開關Q1
的跨電壓VD
成正比的反射電壓信號VDET
。其中在振盪期間,反射電壓信號VDET
具有正電壓與負電壓交替的震盪情形。當反射電壓信號VDET
進入負電壓時,將令開關401進入導通,以及令導通的開關401流過一第一電流I1
。此時,第一電流鏡在開關401導通時,係轉換流過開關401的第一電流I1成為一第二電流I2
。同時,取樣電阻RM
耦接於第一電流鏡,係接收第二電流I2
用以建立一峰值電壓信號VM
,其中,峰值電壓信號VM
的大小與切換開關Q1
的跨電壓VD
同樣也會成正比。
復配合第三圖,參考第四圖。谷底電壓偵測電路420包括一比較單元421、一第一反向器422、一第二反向器423、一閒置時間產生單元424、一第一D型正反器425、一第二D型正反器426、一第一及閘電路427、一第二及閘電路428、一第一延遲電路429、一或閘電路430及一傳輸延遲單元431。其中,比較單元421耦接於電壓擷取單元411的取樣電阻RM
,比較單元421比較運算待測電壓VM
與一第一臨界電壓VT1
,並於比較後輸出一比較結果信號VCOMP
。
第一D型正反器425透過第一反向器422耦接於比較單元421,以及接收比較結果信號VCOMP
。同時,第一D型正反器425的一重置端R透過第二反向器423接收驅動信號VG
。第一延遲電路429耦接第一及閘電路427的輸出端,同時,第一及閘電路427的第一輸入端耦接於第一D型正反器425的輸出端Q,第一及閘電路427的第二輸入端則
耦接於閒置時間產生單元424。閒置時間產生單元424根據回授信號VFB
與一脈寬調變信號VPWM
,而產生一輸出信號SRT
。
第二D型正反器426耦接於比較單元421與閒置時間產生單元424,係接收比較結果信號VCOMP
與輸出信號SRT
,用以產生一第一信號(未標示)。傳輸延遲單元431透過或閘電路430與第二及閘電路428耦接於第二D型正反器426的輸出端Q,同時,傳輸延遲單元431透過或閘電路430、第一延遲電路429及第一及閘電路427耦接於第一D型正反器425的輸出端Q。傳輸延遲單元431係根據第一D型正反器425的輸出結果或第二D型正反器426的輸出結果,而產生前述的脈寬調變信號VPWM
。
復配合第三圖,參考第四圖。切換式控制電路30之過功率保護單元417包括一個由電晶體404、405組成的第二電流鏡、一固定電流源IREF1
、一過功率限制電阻RLMT
及一限制比較器412。其中,第二電流鏡的電晶體404耦接於第一電流鏡的電晶體403,係從第一電流鏡的電晶體403接收第二電流I2,並轉換第二電流I2成為一第三電流I3,以流到第二電流鏡的電晶體405。固定電流源IREF1
耦接於第二電流鏡的電晶體405,用以產生一第四電流I4,以流到過功率限制電阻RLMT
。第四電流I4可以用下列公式(3)表示。
I4
=IREF1
-I3
...(3)
過功率限制電阻RLMT
接收第四電流I4
以建立一過功率限制電壓VLMT
。限制比較器412連接於過功率限制電阻RLMT
與切換式電源轉換器之電流感測電阻RS
,係接收過功率限
制電壓VLMT
與切換電流信號VCS
,並且根據過功率限制電壓VLMT
與切換電流信號VCS
用以判斷切換式電源轉換器是否發生過功率。並於切換式電源轉換器發生過功率時,限制比較器412根據切換電流信號VCS
大於過功率限制電壓VLMT
的比較結果,而輸出一過功率信號So
,用以截止切換開關Q1
,以達過功率保護的目的。
配合第四圖,參考第八圖。第八圖為本發明於低輸入電壓時過功率保護的控制信號示意圖。切換式電源轉換器工作在低輸入電壓且切換開關Q1
導通時,電流感測電阻RS
(參照第三圖)產生鋸齒狀的切換電流信號VCS,LV
較和緩。此時,電壓擷取單元411從電阻R2(參照第三圖)取得較低的反射電壓信號VDET,LV
,因為第二電流I2
、第三電流I3
等比於第一電流I1
,且由公式(3)得I4
=IREF1
-I3
,當反射電壓信VDET,LV
較低,則相對第三電流I3
較小,第四電流I4
較大,因而產生較高的過功率限制電壓VLMT,LV
在過功率限制電阻RLMT
上。所以,切換式電源轉換器工作在較低的輸入電壓時,過功率保護單元417將提供較高的過功率限制電壓VLMT,LV
,作為和緩的切換電流信號VCS,LV
的臨界電壓,如此,將可以達到功率的穩定與過功率的保護目的。
配合第四圖,參考第九圖。第九圖為本發明於高輸入電壓時過功率保護的控制信號示意圖。切換式電源轉換器工作在高輸入電壓且切換開關Q1
導通時,電流感測電阻RS
(參照第三圖)產生鋸齒狀的切換電流信號VCS,HV
較陡急。此時,電壓擷取單元411從電阻R2
(參照第三圖)取得較高的反射電壓信號VDET,HV
,因為第二電流I2、第三電流I3等比於第一電流I1
,且由公式(3)得I4
=IREF1
-I3
,當反射電
壓信VDET,LV
較高,則相對第三電流I3
較大,第四電流I4
較小,因而產生較低的過功率限制電壓VLMT,HV
在過功率限制電阻RLMT
上。所以,切換式電源轉換器工作在較高的輸入電壓時,過功率保護單元417將提供較低的過功率限制電壓VLMT,HV
,作為陡急的切換電流信號VCS,HV
的臨界電壓,如此,將可以達到功率的穩定與過功率的保護目的。
請參考第五圖,為本發明實施例之閒置時間產生單元電路示意圖。本發明實施例之閒置時間產生單元424包括有一第一比較器501、一反向器502、三個開關503-505、一電流源IREF2
、一電容器CQ
、一第二比較器506及一或閘電路507。其中,開關503耦接於切換式電源供應器的輸出端以接收回授信號VFB
,並且受控於第一比較器501的輸出結果。開關504接收一第二臨界電壓VT2
,並且經由反向器502,係受控於第一比較器501的輸出結果。
開關505經由開關503耦接於切換式電源供應器的輸出端以接收回授信號VFB
,或者,經由開關504以接收第二臨界電壓VT2
。並且,開關505受控於脈寬調變信號VPWM
。
另外,電容器CQ
耦接於電流源IREF2
與開關505,其中,電流源IREF2
與電容器CQ
形成一充電電路,並耦接於第二比較器506。第二比較器506經由或閘電路507輸出該輸出信號SRT
,或閘電路507的另一輸入端則接收脈寬調變信號VPWM
。
參考第六圖與第十圖。第六圖為本發明的過電壓保護單元電路方塊示意圖。第十圖為本發明過電壓保護的控制信號示意圖。
過電壓保護單元415包括一遮沒電路101、一第二延
遲電路102及一反向器103。其中,遮沒電路101耦接於傳輸延遲單元431(顯示於第四圖),用以接收脈寬調變信號VPWM
,以及輸出一遮沒信號VBLK
。第二延遲電路102耦接於遮沒電路101,係接收遮沒信號VBLK
,並且經過一遮沒時間後,輸出一延遲信號VDLY
。在遮沒時間階段,反射電壓信號VDET
的突波電壓將會被遮沒消除。反向器103耦接於第二延遲電路102,係接收延遲信號VDLY
,以及輸出一取樣信號/VDLY
。
過電壓保護單元415還包括一取樣開關104、一取樣電容105、一放電開關106、、一比較器107及一閂鎖電路108。其中,取樣開關104耦接於輔助繞組NA
與取樣電容105,當取樣信號/VDLY
致能時,取樣開關104受控於取樣信號/VDLY
而導通,此時,反射電壓信號VDET
將被儲存至取樣電容105中。比較器107的一輸入端耦接於取樣電容器105,另一輸入端則接收第二臨界電壓VT2
,比較器107比較儲存在取樣電容105的一充電電壓信號VOVP
與第二臨界電壓VT2
。當充電電壓信號VOVP
大於第二臨界電壓VT2
時,比較器107輸出一輸出信號SOFF
。閂鎖電路108耦接於比較器107與切換開關Q1
,該閂鎖電路108接收輸出信號SOFF
以輸出一閂鎖信號Slatch
。當閂鎖信號Slatch
致能,用以令切換式控制電路30的輸出端OUT所產生的驅動信號VG
禁能,藉以截止切換開關Q1
。另外,放電開關106並聯耦接於取樣電容105,係受控於脈寬調變信號VPWM
,並在切換開關Q1
導通時對取樣電容105進行放電。
配合第四圖,參考第七A圖。第七A圖為本發明工作於滿載時的控制信號示意圖。在切換開關Q1
截止後,反射
電壓信號VDET
發生正電壓與負電壓交替的震盪情形,並於時間t1-t2時,反射電壓信號VDET
進入第一谷底電壓VV1。此時,峰值電壓信號VM
被建立起來,其大小與反射電壓信號VDET
的第一谷底電壓VV1
大小成反比。此時,峰值電壓信號VM
大於第一臨界電壓VT1
,進而產生高電位的比較結果信號VCOMP
。閒置時間產生單元424跟隨滿載的切換式電源轉換器,輸出具較短閒置時間Toff,min
的輸出信號SRT
給傳輸延遲單元431。
傳輸延遲單元431根據比較結果信號VCOMP
與具較短閒置時間Toff,min
的輸出信號SRT
,輸出脈寬調變信號VPWM
,脈寬調變信號VPWM
將被延遲一段時間TPD
後,才導通切換開關Q1
。
此時,反射電壓信號VDET
將接近谷底電壓VV1
,因此跨在切換開關Q1
上的跨電壓VD
也已經接近谷底電壓。如此,切換式控制電路30可以在切換式電源轉換器滿載時,達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
配合第四圖,參考第七B圖。第七B圖為本發明工作於半載時的控制信號示意圖。在切換開關Q1
截止後,反射電壓信號VDET
發生正電壓與負電壓交替的震盪情形,包括第一谷底電壓VV1
、第二谷底電壓VV2
及第三谷底電壓VV3
。閒置時間產生單元424跟隨半載的切換式電源轉換器,輸出具略長的閒置時間Toff,min
的輸出信號SRT
給傳輸延遲單元431。當反射電壓信號VDET
處在第一谷底電壓VV1
與第二谷底電壓VV2
時,脈寬調變信號VPWM
根據禁能的輸出信號SRT
而形成禁能狀態。
當時間t3-t4時,反射電壓信號VDET
進入第三谷底電
壓VV3
。此時,峰值電壓信號VM
大於第一臨界電壓VT1
,進而產生高電位的比較結果信號VCOMP
。同時,輸出信號SRT
為高電位,脈寬調變信號VPWM
根據反射電壓信號VDET
與輸出信號SRT
也轉成高電位。
配合第四圖,參考第七C圖。第七C圖為本發明工作於輕載時的控制信號示意圖。在切換開關Q1
截止後,反射電壓信號VDET
發生正電壓與負電壓交替的震盪情形,包括第一谷底電壓VV1
、第二谷底電壓VV2
及第三谷底電壓VV3
及第四谷底電壓VV4
。
當時間t5-t6時,反射電壓信號VDET
進入第四谷底電壓VV4
。此時,峰值電壓信號VM
仍然小於第一臨界電壓VT1
,而讓比較結果信號VCOMP
維持在低電位。同時,閒置時間產生單元424跟隨輕載的切換式電源轉換器,輸出具較長的閒置時間Toff,min
的輸出信號SRT
給第一延遲電路429。
第一延遲電路429根據低電位的比較信號VCOMP
與具較長的閒置時間Toff,min
的輸出信號SRT
,係輸出延遲信號ST
給傳輸延遲單元431。傳輸延遲單元431根據延遲信號ST
以對脈寬調變信號VPWM
進行傳輸延遲一段時間TDLY
後,致脈寬調變信號VPWM
才導通切換開關Q1
。
此段時間TDLY
大於前述時間TPD
,切換式控制電路30在此段時間TDLY
到達時,將強制導通切換開關Q1
,以防止切換開關Q1
因為截止時間太久,而導致電路當機(shut down)的情形發生。如此,切換式控制電路30可以在切換式電源轉換器輕載時,達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
綜上所述,本發明的切換式控制電路可以根據切換開
關截止時所產生的反射電壓信號,以判斷出跨在切換開關上的電壓是否接近谷底電壓。同時,本發明的切換式控制電路還可以根據輸出負載的大小,以調整切換開關導通的週期以達到節能效果。如此,本發明的切換式控制電路可以提供各樣負載下的切換式電源轉換器,達成柔性切換的目的與提昇切換式電源轉換器的效率。
按,以上所述,僅為本發明最佳之具體實施例,惟本發明之特徵並不侷限於此,任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內,可輕易思及之變化或修飾,皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
Q1
‧‧‧切換開關
T1
‧‧‧變壓器
VG
‧‧‧控制信號
DS
‧‧‧整流器
C0
‧‧‧輸出電容
V0
‧‧‧輸出電壓
CQ
‧‧‧寄生電容
VIN
‧‧‧輸入電壓
VD
‧‧‧電壓
30‧‧‧切換式控制電路
T1
‧‧‧變壓器
Q1
‧‧‧切換開關
31‧‧‧電阻
32‧‧‧穩壓器
411‧‧‧電壓擷取單元
421‧‧‧比較單元
431‧‧‧傳輸延遲單元
401‧‧‧開關
402、403‧‧‧電晶體
RM
‧‧‧取樣電阻
I1
‧‧‧第一電流
I2
‧‧‧第二電流
VT1
‧‧‧第一臨界電壓
VCOMP
‧‧‧比較結果信號
VPWM
‧‧‧脈寬調變信號
417‧‧‧過功率保護單元
404、405‧‧‧電晶體
IREF1
‧‧‧固定電流源
RLMT
‧‧‧過功率限制電阻
412‧‧‧限制比較器
I3
‧‧‧第三電流
I4
‧‧‧第四電流
VLMT
‧‧‧過功率限制電壓
So
‧‧‧過功率信號
415‧‧‧過電壓保護單元
424‧‧‧閒置時間產生單元
SRT
‧‧‧輸出信號
429‧‧‧第一延遲電路
ST
‧‧‧延遲信號
VFB
‧‧‧回授信號
VDET
‧‧‧反射電壓信號
VM
‧‧‧峰值電壓信號
501‧‧‧第一比較器
502‧‧‧反向器
503-505‧‧‧開關
IREF2
‧‧‧電流源
CQ
‧‧‧電容器
506‧‧‧第二比較器
507‧‧‧或閘電路
101‧‧‧遮沒電路
102‧‧‧第二延遲電路
103‧‧‧反向器
VBLK
‧‧‧遮沒信號
VDLY
‧‧‧延遲信號
105‧‧‧取樣電容
106‧‧‧放電開關
104‧‧‧取樣開關
107‧‧‧比較器
108‧‧‧閂鎖電路
/VDLY
‧‧‧取樣信號
VT2
‧‧‧第二臨界電壓
Slatch
‧‧‧閂鎖信號
VOVP
‧‧‧充電電壓信號
SOFF
‧‧‧致能信號
第一圖為傳統的返馳式電源供應器架構示意圖;第二圖為第一圖的工作波形示意圖;第三圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器的電路示意圖;第四圖為本發明較佳實施例之切換式控制電路的電路示意圖;第五圖為本發明較佳實施例之閒置時間產生單元的電路示意圖;第六圖為本發明較佳實施例之過電壓保護單元電路方塊示意圖;第七A圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在滿載時的控制信號示意圖;第七B圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在半載時的控制信號示意圖;
第七C圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在輕載時的控制信號示意圖;第八圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在低輸入電壓時過功率保護的控制信號示意圖;第九圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在高輸入電壓時過功率保護的控制信號示意圖;及第十圖為本發明較佳實施例之切換式電源轉換器在過電壓保護的控制信號示意圖。
切換式控制電路‧‧‧30
電壓擷取單元‧‧‧411
比較單元‧‧‧421
傳輸延遲單元‧‧‧431
開關‧‧‧401
電晶體‧‧‧402、403
取樣電阻‧‧‧RM
第一電流‧‧‧I1
第二電流‧‧‧I2
第一臨界電壓‧‧‧VT1
比較結果信號‧‧‧VCOMP
脈寬調變信號‧‧‧VPWM
過功率保護單元‧‧‧417
電晶體‧‧‧404、405
固定電流源‧‧‧IREF1
過功率限制電阻‧‧‧RLMT
限制比較器‧‧‧412
第三電流‧‧‧I3
第四電流‧‧‧I4
過功率限制電壓‧‧‧VLMT
過電壓保護單元‧‧‧415
閒置時間產生單元‧‧‧424
輸出信號‧‧‧SRT
第一延遲電路‧‧‧429
延遲信號‧‧‧ST
回授信號‧‧‧VFB
反射電壓信號‧‧‧VDET
峰值電壓信號‧‧‧VM
Claims (18)
- 一種切換式控制電路,適用於一切換式電源轉換器,該切換式控制電路耦接於一切換開關與一變壓器的一輔助繞組,該變壓器的一初級繞組耦接於該切換開關,其中該切換式控制電路包括有:一電壓擷取單元,耦接於該變壓器的輔助繞組,該電壓擷取單元於該切換開關截止時,從該輔助繞組取得與該切換開關的跨電壓成比例的一反射電壓信號,用以轉換該反射電壓信號成一峰值電壓信號;一比較單元,耦接於該電壓擷取單元,該比較單元接收該峰值電壓信號與一第一臨界電壓,用以輸出一比較結果信號;一傳輸延遲單元,耦接於該比較單元,該傳輸延遲單元根據該比較結果信號,延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通該切換開關;及一過功率保護單元,該過功率保護單元耦接於該電壓擷取單元與該切換開關,該過功率保護單元從該電壓擷取單元取得與該峰值電壓信號成反比的一過功率限制電壓,並且於該切換式電源轉換器發生過功率時,截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第1項所述之切換式控制電路,其中該電壓擷取單元包括:一開關,透過一電阻耦接於該變壓器的輔助繞組,該開關於該切換開關截止時,從該電阻取得該反射電壓信號; 一第一電流鏡,耦接於該開關,該第一電流鏡轉換流過該開關的一第一電流成為一第二電流;及一取樣電阻,耦接於該第一電流鏡,該取樣電阻接收該第二電流以產生該峰值電壓信號。
- 如申請專利範圍第2項所述之切換式控制電路,其中該過功率保護單元包括:一第二電流鏡,耦接於該第一電流鏡,該第二電流鏡轉換該第二電流成為一第三電流;一電流源,耦接於該第二電流鏡,該電流源用以輸出一第四電流;及一過功率限制電阻,耦接於該電流源,該過功率限制電阻接收該第四電流,用以產生該過功率限制電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之切換式控制電路,還包括一過電壓保護單元,該過電壓保護單元耦接於該變壓器的輔助繞組、該傳輸延遲單元及該切換開關,該過電壓保護單元根據該脈寬調變信號,從該輔助繞組取得該反射電壓信號,並且於該切換式電源轉換器發生過電壓時,閂鎖該切換開關。
- 如申請專利範圍第4項所述之切換式控制電路,其中該過電壓保護單元包括:一遮沒電路,耦接於該傳輸延遲單元,該遮沒電路接收該脈寬調變信號,以及輸出一遮沒信號;一延遲電路,耦接於該遮沒電路,該延遲電路接收該遮沒信號,並且經過一遮沒時間後,輸出一延遲信 號;一反向器,耦接於該延遲電路,該反向器接收該延遲信號,以及輸出一取樣信號;一取樣電容;一取樣開關,耦接於該輔助繞組與該取樣電容,該取樣開關受控於該取樣信號,取樣該反射電壓信號,並將該反射電壓信號儲存至該取樣電容;一比較器,耦接於該取樣電容器,該比較器比較儲存在該取樣電容的一充電電壓信號與一第二臨界電壓,以及輸出一致能信號;及一閂鎖電路,耦接於該比較器與該切換開關,該閂鎖電路接收該致能信號以及輸出一閂鎖信號,用以截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第5項所述之切換式控制電路,還包括一放電開關,該放電開關並聯耦接於該取樣電容,係受控於該脈寬調變信號,用以對該取樣電容放電。
- 一種切換式控制電路,適用於一切換式電源轉換器,該切換式控制電路耦接於一切換開關與一變壓器的一輔助繞組,該變壓器的一初級繞組耦接於該切換開關,其中該切換式控制電路包括有:一電壓擷取單元,耦接於該變壓器的輔助繞組,該電壓擷取單元於該切換開關截止時,從該輔助繞組取得與該切換開關的跨電壓成等比例的一反射電壓信號,以及轉換該反射電壓信號成一峰值電壓信號; 一比較單元,耦接於該電壓擷取單元,該比較單元接收該峰值電壓信號與一第一臨界電壓,用以輸出一比較結果信號;一閒置時間產生單元(minimum off-time circuit),耦接於該切換式電源轉換器的一輸出端,該閒置時間產生單元跟隨該切換式電源轉換器的負載大小,以輸出一輸出信號;一傳輸延遲單元,耦接於該比較單元與該閒置時間產生單元,該傳輸延遲單元根據該比較結果信號與該輸出信號,係延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通該切換開關;及一過功率保護單元,該過功率保護單元耦接於該電壓擷取單元與切換開關,該過功率保護單元從該電壓擷取單元取得與該峰值電壓信號成反比的一過功率限制電壓,並且於該切換式電源轉換器發生過功率時,截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第7項所述之切換式控制電路,其中該電壓擷取單元包括:一開關,透過一電阻耦接於該變壓器的輔助繞組,該開關於該切換開關截止時,從該電阻取得該反射電壓信號;一第一電流鏡,耦接於該開關,該第一電流鏡轉換流過該開關的一第一電流成為一第二電流;及一取樣電阻,耦接於該第一電流鏡,該取樣電阻接收該第二電流以產生該峰值電壓信號。
- 如申請專利範圍第8項所述之切換式控制電路,其中該過功率保護單元包括:一第二電流鏡,耦接於該第一電流鏡,該第二電流鏡轉換該第二電流成為一第三電流;一電流源,耦接於該第二電流鏡,該電流源用以輸出一第四電流;及一過功率限制電阻,耦接於該電流源,該過功率限制電阻接收該第四電流,用以產生該過功率限制電壓。
- 如申請專利範圍第7項所述之切換式控制電路,還包括一過電壓保護單元,該過電壓保護單元耦接於該變壓器的輔助繞組、該傳輸延遲單元及該切換開關,該過電壓保護單元根據該脈寬調變信號,從該輔助繞組取得該反射電壓信號,並且於該切換式電源轉換器生過電壓時,截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第10項所述之切換式控制電路,其中該過電壓保護單元包括:一遮沒電路,耦接於該傳輸延遲單元,該遮沒電路接收該脈寬調變信號,以及輸出一遮沒信號;一延遲電路,耦接於該遮沒電路,該延遲電路接收該遮沒信號,並且經過一遮沒時間後,輸出一延遲信號;一反向器,耦接於該延遲電路,該反向器接收該延遲信號,以及輸出一取樣信號;一取樣電容; 一取樣開關,耦接於該輔助繞組與該取樣電容,該取樣開關受控於該取樣信號,取樣該反射電壓信號,並將該反射電壓信號儲存至該取樣電容;一比較器,耦接於該取樣電容器,該比較器比較儲存在該取樣電容上的一充電電壓信號與一第二臨界電壓,以及輸出一致能信號;及一閂鎖電路,耦接於該比較器與該切換開關,該閂鎖電路接收該致能信號以及輸出一閂鎖信號,以截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第11項所述之切換式控制電路,還包括一放電開關,該放電開關並聯耦接於該取樣電容,係受控於該脈寬調變信號,用以對該取樣電容放電。
- 一種切換式控制電路,適用於一切換式電源轉換器,該切換式控制電路耦接於一切換開關與一變壓器的一輔助繞組,該變壓器的一初級繞組耦接於該切換開關,其中該切換式控制電路包括有:一電壓擷取單元,耦接於該變壓器的輔助繞組,該電壓擷取單元於該切換開關截止時,從該輔助繞組取得與該切換開關的跨電壓成等比例的一反射電壓信號,以及轉換該反射電壓信號成一峰值電壓信號;一比較單元,耦接於該電壓擷取單元,該比較單元接收該峰值電壓信號與一第一臨界電壓,以及輸出一比較結果信號;一閒置時間產生單元(minimum off-time circuit), 耦接於該切換式電源轉換器的一輸出端,該閒置時間產生單元跟隨該切換式電源轉換器的負載大小,以輸出一輸出信號;一第一延遲電路,耦接於該比較單元與該閒置時間產生單元,該第一延遲電路根據該比較結果信號與該輸出信號,係輸出一第一延遲信號;一傳輸延遲單元,耦接於該第一延遲電路,該傳輸延遲單元根據該第一延遲信號,係延遲一段時間後輸出一脈寬調變信號,用以導通該切換開關;及一過功率保護單元,該過功率保護單元耦接於該電壓擷取單元與該切換開關,該過功率保護單元從該電壓擷取單元取得與該峰值電壓信號成反比的一過功率限制電壓,並且於該切換式電源轉換器發生過功率時,截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第13項所述之切換式控制電路,其中該電壓擷取單元包括:一開關,透過一電阻耦接於該變壓器的輔助繞組,該開關於切換開關截止時,從該電阻取得該反射電壓信號;一第一電流鏡,耦接於該開關,該第一電流鏡轉換流過該開關的一第一電流成為一第二電流;及一取樣電阻,耦接於該第一電流鏡,該取樣電阻接收該第二電流以產生該峰值電壓信號。
- 如申請專利範圍第14項所述之切換式控制電路,其中該過功率保護單元包括: 一第二電流鏡,耦接於該第一電流鏡,該第二電流鏡轉換該第二電流成為一第三電流;一電流源,耦接於該第二電流鏡,該電流源用以輸出一第四電流;及一過功率限制電阻,耦接於該電流源,該過功率限制電阻接收該第四電流,用以產生該過功率限制電壓。
- 如申請專利範圍第13項所述之切換式控制電路,還包括一過電壓保護單元,該過電壓保護單元耦接於該變壓器的輔助繞組、該傳輸延遲單元及該切換開關,該過電壓保護單元根據該脈寬調變信號,從該輔助繞組取得該反射電壓信號,並且於該切換式電源轉換器發生過電壓時,截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第16項所述之切換式控制電路,其中該過電壓保護單元包括:一遮沒電路,耦接於該傳輸延遲單元,該遮沒電路接收該脈寬調變信號,以及輸出一遮沒信號;一第二延遲電路,耦接於該遮沒電路,該延遲電路接收該遮沒信號,並且經過一遮沒時間後,輸出一第二延遲信號;一反向器,耦接於該延遲電路,該反向器接收該第二延遲信號,以及輸出一取樣信號;一取樣電容;一取樣開關,耦接於該輔助繞組與該取樣電容,該取樣開關受控於該取樣信號,取樣該反射電壓信號, 並將該反射電壓信號儲存至該取樣電容;一比較器,耦接於該取樣電容器,該比較器比較儲存在該取樣電容上的一充電電壓信號與一第二臨界電壓,以及輸出一致能信號;及一閂鎖電路,耦接於該比較器與該切換開關,該閂鎖電路接收該致能信號以及輸出一閂鎖信號,以截止該切換開關。
- 如申請專利範圍第17項所述之切換式控制電路,還包括一放電開關,該放電開關並聯耦接於該取樣電容,係受控於該脈寬調變信號,用以對該取樣電容放電。
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