TWI497884B - 電源轉換器之定電流控制電路及其定電流控制方法 - Google Patents

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Description

電源轉換器之定電流控制電路及其定電流控制方法
本發明係相關於一種電源轉換器之定電流控制電路，尤指一種可改善線調整率之電源轉換器之定電流控制電路。
請參考第1圖，第1圖為先前技術之電源轉換器的示意圖。如第1圖所示，先前技術之電源轉換器100包含一功率開關110耦接於電源轉換器100之主要繞組P1，以及一電流偵測電阻Rs耦接於功率開關110。為了控制電源轉換器100運作在定電流模式下，先前技術之電源轉換器100的控制電路120會根據電流偵測電阻Rs之電流偵測電壓Vcs控制功率開關110之開啟及關閉狀態，以使流經功率開關110之電流Is的最大值為固定值，進而維持電源轉換器100之平均輸出電流Io在預定範圍內。
請同時參考第2圖及第3圖，並一併參考第1圖。第2圖為電源轉換器之輸入電壓為低電壓時的相關電流波形示意圖。第3圖為電源轉換器之輸入電壓為高電壓時的相關電流波形示意圖。如第2圖所示，當電源轉換器之輸入電壓Vin為低電壓時，流經功率開關110之電流Is上升至預定電流值Ip的速度較慢，因此功率開關110之開啟時間長度Ton較長；而如第3圖所示，當電源轉換器100之輸入電壓Vin為高電壓時，流經功率開關110之電流Is上升至預定電流值Ip的速度較快，因此功率開關110之開啟時間Ton長度較短。另外，當功率開關110關閉時，電源轉換器100於輸出端N1之輸 出電流Id的下降速度不變，因此功率開關110之關閉時間Toff長度係一固定值。
然而，依據上述配置，電源轉換器100於負載端N2輸出之平均輸出電流Io將會不同，舉例來說，如第2圖所示，當電源轉換器100之輸入電壓Vin為低電壓時，電源轉換器100於一預定時段T內在輸出端N1輸出三次輸出電流Id；而如第3圖所示，當電源轉換器100之輸入電壓Vin為高電壓時，電源轉換器100於預定時段T內在輸出端N1輸出四次輸出電流Id。換句話說，當電源轉換器100之輸入電壓Vin越高時，電源轉換器100於負載端P1之平均輸出電流Io會越高。因此，如第4圖所示，先前技術之電源轉換器100於輸入電壓Vin變化時，先前技術之電源轉換器100的平均輸出電流Io變動幅度較大，也就是說，先前技術之電源轉換器100於定電流模式下具有較差之線調整率(line regulation)。
本發明之目的在於提供一種可改善線調整率之電源轉換器之定電流控制電路，以解決先前技術的問題。
本發明之定電流控制電路係適用於一電源轉換器，該電源轉換器包含一功率開關耦接於該電源轉換器之主要繞組，以及一電流偵測電阻耦接於該功率開關，該定電流控制電路包含一取樣保持單元，一第一電容，一放電單元，一充電單元，以及一比較器。該取樣保持單元係耦接於該電源轉換器之該電流偵測電阻，用以儲存該電流偵測電阻之一電流偵測電壓。該第一電容係用以儲存一比較電壓。該放電單元係耦接於該取樣保持單元及該第一電容之間，用以於該功率開關關閉時根據一參考電壓及該取樣保持單元儲存之該電流偵測電壓控制該第一電容之放電電流大小。該充電單元係耦接於該第一電容，用以於該功率開關開啟時根據該參考電壓及一接地電壓控制該第 一電容之充電電流大小。該比較器係用以比較該比較電壓及該參考電壓以產生一比較結果，並根據該比較結果輸出一控制訊號，以控制該電源轉換器之工作週期。
本發明另提供一種定電流控制方法，適用於一電源轉換器，該電源轉換器包含一功率開關耦接於該電源轉換器之主要繞組，以及一電流偵測電阻耦接於該功率開關，該方法包含儲存該電流偵測電阻之一電流偵測電壓；於該功率開關關閉時根據一參考電壓及該電流偵測電壓控制一第一電容之放電電流大小；於該功率開關開啟時根據該參考電壓及一接地電壓控制該第一電容之充電電流大小；比較該第一電容之儲存之一比較電壓及該參考電壓以產生一比較結果；以及根據該比較結果輸出一控制訊號，以控制該電源轉換器之工作週期。
相較於先前技術，本發明電源轉換器之定電流控制電路可以根據電源轉換器之輸入電壓的變化對電源轉換器之平均輸出電流進行補償，以使電源轉換器之平均輸出電流的變動幅度較小，進而改善電源轉換器之線調整率，以提供較穩定之電源。
100、200‧‧‧電源轉換器
110、210‧‧‧功率開關
120‧‧‧控制電路
220‧‧‧定電流控制電路
222‧‧‧取樣保持單元
224‧‧‧放電單元
225、227‧‧‧電壓控制電流源
226‧‧‧充電單元
228‧‧‧比較器
230‧‧‧脈寬調變控制器
800‧‧‧流程圖
810-850‧‧‧步驟
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
Rs‧‧‧電流偵測電阻
Ref‧‧‧參考電壓源
GND‧‧‧接地端
G‧‧‧閘極訊號
nG‧‧‧反相閘極訊號
Vcs‧‧‧電流偵測電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
Vcomp‧‧‧比較電壓
Vgnd‧‧‧接地電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Id‧‧‧輸出電流
Io‧‧‧平均輸出電流
Ip‧‧‧預定電流值
Idis‧‧‧放電電流
Ichg‧‧‧充電電流
Is‧‧‧一次側電流
N1‧‧‧輸出端
N2‧‧‧負載端
P1‧‧‧主要繞組
P2‧‧‧二次繞組
T‧‧‧預定時段
Ton‧‧‧開啟時間
Toff‧‧‧關閉時間
Sc‧‧‧控制訊號
SW1、SW2、SW3‧‧‧開關
第1圖為先前技術之電源轉換器的示意圖。
第2圖為電源轉換器之輸入電壓為低電壓時的相關電流波形示意圖。
第3圖為電源轉換器之輸入電壓為高電壓時的相關電流波形示意圖。
第4圖為先前技術之電源轉換器於定電流模式下之輸入電壓與平均輸出電流之關係曲線圖。
第5圖為本發明電源轉換器的示意圖。
第6圖為第5圖為電源轉換器之定電流控制電路的示意圖。
第7圖為本發明電源轉換器於定電流模式下之輸入電壓與平均輸出電流之關係曲線圖。
第8圖為本發明電源轉換器之定電流控制方法之流程圖。
請同時參考第5圖及第6圖，第5圖為本發明電源轉換器的示意圖，第6圖為第5圖電源轉換器之定電流控制電路的示意圖。如圖所示，本發明電源轉換器200包含一功率開關耦210接於電源轉換器200之主要繞組P1，以及一電流偵測電阻Rs耦接於功率開關210。功率開關210係用以控制流經功率開關210之電流值Is，而電流偵測電阻Rs係根據流經功率開關210之電流值Is產生相對應之電流偵測電壓Vcs。本發明電源轉換器200之定電流控制電路220包含一取樣保持單元222，一第一電容C1，一放電單元224，一充電單元226，以及一比較器228。取樣保持單元222係耦接於電源轉換器200之電流偵測電阻Rs，用以儲存電流偵測電阻Rs之電流偵測電壓Vcs。第一電容C1係用以儲存一比較電壓Vcomp。放電單元224係耦接於取樣保持單元222及第一電容C1之間，用以於功率開關210關閉時(亦即反相於功率開關210之閘極訊號G的反相閘極訊號nG為邏輯高電位時)根據一參考電壓Vref及取樣保持單元222儲存之電流偵測電壓Vcs控制第一電容C1之放電電流Idis大小。充電單元226係耦接於第一電容C1，用以於功率開關210開啟時(亦即功率開關210之閘極訊號G為邏輯高電位時)根據參考電壓Vref及一接地電壓Vgnd控制第一電容C1之充電電流Ichg大小。比較器228係用以比較比較電壓Vcomp及參考電壓Vref以產生一比較結果，並根據比較結果輸出一控制訊號Sc至電源轉換器200之脈寬調變控制器230，以控制電源轉換器200之工作週期。
取樣保持單元222包含一開關SW1，及一第二電容C2。開關SW1 之第一端係耦接於電流偵測電阻Rs以接收電流偵測電阻Rs之電流偵測電壓Vcs，開關Sw1之第二端係耦接於第二電容C2。開關SW1係用以於功率開關210開啟時(亦即功率開關210之閘極訊號G為邏輯高電位時)導通開關SW1之第一端及第二端，以使第二電容C2儲存電流偵測電壓Vcs之峰值。由於電流偵測電壓Vcs係對應於流經功率開關210之電流值Is，而流經功率開關210之電流Is和電源轉換器200的輸出電流Id之間具一固定比例關係1：m，因此第二電容C2儲存之電流偵測電壓Vcs之峰值係對應於輸出電流Id之最大值。
放電單元224包含一開關SW2，以及一電壓控制電流源225。開關SW2之第一端係耦接於第一電容C1，開關SW2之第二端係耦接於電壓控制電流源225，開關SW2係用以於功率開關210關閉時導通開關SW2之第一端及第二端。電壓控制電流源225另耦接於取樣保持單元222及參考電壓源Ref。參考電壓源Ref提供之參考電壓Vref係對應於一參考電流。當開關SW2之第一端及第二端導通時，電壓控制電流源225會根據參考電壓源Ref提供之參考電壓Vref及取樣保持單元222儲存之電流偵測電壓Vcs之間的電壓差控制第一電容C1之放電電流Idis大小。放電電流Idis大小係和參考電壓Vref及電流偵測電壓Vcs之間的電壓差具一預定比例關係。
充電單元226包含一開關SW3，以及一電壓控制電流源227。開關SW3之第一端係耦接於第一電容C1，開關SW3之第二端係耦接於電壓控制電流源227，開關SW3係用以於功率開關210開啟時導通開關SW3之第一端及第二端。電壓控制電流源227另耦接於參考電壓源Ref及接地端GND。當開關SW3之第一端及第二端導通時，電壓控制電流源227會根據參考電壓源Ref提供之參考電壓Vref及及接地端GND提供之接地電壓Vgnd之間的電壓差控制第一電容C1之充電電流Ichg大小。充電電流Ichg大小係 和參考電壓Vref及接地電壓Vgnd之間的電壓差具一預定比例關係。
依據上述配置，由於第一電容C1係於功率開關210開啟時進行充電，且於功率開關210關閉時進行放電，因此第一電容C1儲存之比較電壓Vcomp係對應於電源轉換器200之負載端N2的平均輸出電流Io，且第一電容C1儲存之比較電壓Vcomp會隨著功率開關210之開啟時間長度及關閉時間長度之比例變化而改變，也就是說，當電源轉換器200之輸入電壓Vin改變時，第一電容C1儲存之比較電壓Vcomp會實際反映出電源轉換器200之平均輸出電流Io的變化。
因此，比較器228可根據第一電容C1儲存之比較電壓Vcomp的變化輸出相對應之控制訊號Sc至電源轉換器200之脈寬調變控制器230，以控制電源轉換器200之工作週期，並進一步補償因輸入電壓Vin改變所產生之平均輸出電流Io的變化。
舉例來說，請參考第7圖，第7圖為本發明電源轉換器於定電流模式下之輸入電壓與平均輸出電流之關係曲線圖。如第7圖所示，由於電源轉換器200的平均輸出電流Io會因輸入電壓Vin的改變而受到定電流控制電路220之補償，因此當本發明電源轉換器200之輸入電壓Vin變化時，本發明電源轉換器200的平均輸出電流Io之變動幅度較小，也就是說，本發明定電流控制電路220可以使電源轉換器200於定電流模式下具有較佳之線調整率(line regulation)。
請參考第8圖，第8圖為本發明電源轉換器之定電流控制方法之流程圖800。本發明電源轉換器之定電流控制方法之流程如下列步驟：步驟810：儲存電流偵測電阻Rs之電流偵測電壓Vcs； 步驟820：於功率開關210關閉時根據參考電壓Vref及電流偵測電壓Vcs控制第一電容C1之放電電流Idis大小；步驟830：於功率開關210開啟時根據參考電壓Vref及接地電壓Vgnd控制第一電容C1之充電電流Ichg大小；步驟840：比較參考電壓Vref及第一電容C1儲存之比較電壓Vcomp以產生一比較結果；及步驟850：根據比較結果輸出控制訊號Sc至電源轉換器200，以控制電源轉換器200之工作週期。
相較於先前技術，本發明電源轉換器之定電流控制電路可以根據電源轉換器之輸入電壓的變化對電源轉換器之平均輸出電流進行補償，以使電源轉換器之平均輸出電流的變動幅度較小，進而改善電源轉換器之線調整率，以提供較穩定之電源。
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。
220‧‧‧定電流控制電路
222‧‧‧取樣保持單元
224‧‧‧放電單元
225、227‧‧‧電壓控制電流源
226‧‧‧充電單元
228‧‧‧比較器
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
Ref‧‧‧參考電壓源
GND‧‧‧接地端
G‧‧‧閘極訊號
nG‧‧‧反相閘極訊號
Vcs‧‧‧電流偵測電壓
Vcomp‧‧‧比較電壓
Vgnd‧‧‧接地電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Idis‧‧‧放電電流
Ichg‧‧‧充電電流
Sc‧‧‧控制訊號
SW1、SW2、SW3‧‧‧開關

Claims (8)

  1. 一種電源轉換器之定電流控制電路，該電源轉換器包含一功率開關耦接於該電源轉換器之主要繞組，以及一電流偵測電阻耦接於該功率開關，該定電流控制電路包含：一取樣保持單元，耦接於該電源轉換器之該電流偵測電阻，用以儲存該電流偵測電阻之一電流偵測電壓；一第一電容，用以儲存一比較電壓；一放電單元，耦接於該取樣保持單元及該第一電容之間，用以於該功率開關關閉時根據一參考電壓及該取樣保持單元儲存之該電流偵測電壓控制該第一電容之放電電流大小；一充電單元，耦接於該第一電容，用以於該功率開關開啟時根據該參考電壓及一接地電壓控制該第一電容之充電電流大小；以及一比較器，用以比較該比較電壓及該參考電壓以產生一比較結果，並根據該比較結果輸出一控制訊號，以控制該電源轉換器之工作週期。
  2. 如請求項1所述的定電流控制電路，其中該取樣保持單元包含：一開關，具有一第一端耦接於該電流偵測電阻，以及一第二端，該開關係用以於該功率開關開啟時導通該第一端及該第二端；以及一第二電容，耦接於該開關之第二端，用以儲存該電流偵測電壓。
  3. 如請求項1所述的定電流控制電路，其中該放電單元包含：一開關，具有一第一端耦接於該第一電容，以及一第二端，該開關係用以於該功率開關關閉時導通該第一端及該第二端；以及一電壓控制電流源，耦接於該開關之第二端、該取樣保持單元及一參 考電壓源，用以根據該參考電壓源提供之該參考電壓及該取樣保持單元儲存之該電流偵測電壓控制該第一電容之放電電流大小。
  4. 如請求項1所述的定電流控制電路，其中該充電單元包含：一開關，具有一第一端耦接於該第一電容，以及一第二端，該開關係用以於該功率開關開啟時導通該第一端及該第二端；以及一電壓控制電流源，耦接於該開關之第二端、一參考電壓源及一接地端，用以根據該參考電壓源提供之該參考電壓及該接地端提供之該接地電壓控制該第一電容之充電電流大小。
  5. 如請求項1所述的定電流控制電路，其中該功率開關之關閉時間長度係一固定值。
  6. 如請求項1所述的定電流控制電路，其中該取樣保持單元係於該功率開關開啟時儲存該電流偵測電阻之該電流偵測電壓。
  7. 一種電源轉換器之定電流控制方法，該電源轉換器包含一功率開關耦接於該電源轉換器之主要繞組，以及一電流偵測電阻耦接於該功率開關，該方法包含：儲存該電流偵測電阻之一電流偵測電壓；於該功率開關關閉時根據一參考電壓及該電流偵測電壓控制一第一電容之放電電流大小；於該功率開關開啟時根據該參考電壓及一接地電壓控制該第一電容之充電電流大小；比較該參考電壓及該第一電容之儲存之一比較電壓以產生一比較結果；以及 根據該比較結果輸出一控制訊號，以控制該電源轉換器之工作週期。
  8. 如請求項7所述的定電流控制方法，其中控制該電源轉換器之工作週期係控制該功率開關之開啟時間長度。
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