TWI711248B - 應用於電源轉換器的一次側的初級控制器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

應用於電源轉換器的一次側的初級控制器包含一漣波消除電路、一補償電壓產生電路和一閘極控制信號產生電路。該漣波消除電路在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量。該補償電壓產生電路根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該初級控制器的補償接腳上的補償電壓。該閘極控制信號產生電路根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。

Description

應用於電源轉換器的一次側的初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一次側的初級控制器及其操作方法，尤指一種可在該電源轉換器操作在一準諧振模式、一連續導通模式或一不連續導通模式時，在該電源轉換器的一次側的直流電壓逐漸降低且該電源轉換器的二次側的負載很大的情況下抑制該電源轉換器的二次側的輸出電壓的紋波的初級控制器及其操作方法。
一電源轉換器的一次側的輸入電壓經過該電源轉換器的一次側的一橋式整流器整流後產生一直流電壓VBUCK，其中直流電壓VBUCK會隨著該輸入電壓變化。因此，當該輸入電壓接近波谷時，直流電壓VBUCK會逐漸降低(如第1圖所示)。另外，應用於該電源轉換器的一次側的初級控制器是在該電源轉換器的二次側的放電期間採樣一回授接腳上的回授電壓VFB以控制該電源轉換器的二次側的輸出電壓VOUT，其中回授電壓VFB是由一輔助繞組上的輔助電壓經電阻分壓而得。如果當該電源轉換器的二次側的負載很大且該電源轉換器是操作在一準諧振(Quasi-Resonant)模式時，則輸出電壓VOUT會因為該電源轉換器的一次側所提供的能量不足而下降，導致該初級控制器增加該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間以增加輸出電壓VOUT。如第1圖所示，該開啟時間的增加不僅使該電源轉換器的一次側的偵測電壓VCS增加，也會使該功率開關關閉後的該電源轉換器的二次側的放電時間增加。因為該開啟時間和該放電時間都增加，所以該電源轉換器的操作頻率反而降低。此時該電源轉換器的操作頻率必須靠繼續提升一補償電壓VCOMP來增加該開啟時間以增加輸出電壓VOUT，但該操作頻率因為該開啟時間和該放電時間都增加反而變慢，導致該電源轉換器的回授控制速度受到侷限使得輸出電壓VOUT的紋波較大而無法滿足該電源轉換器的規格。
因此，對於該初級控制器的設計者而言，如何在直流電壓VBUCK逐漸降低且該電源轉換器的二次側的負載很大的情況下抑制輸出電壓VOUT的紋波已成為一項重要課題。
本發明的一實施例提供一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器，其中該初級控制器具有一漣波消除(ripple cancellation)功能。該初級控制器包含一漣波消除電路、一補償電壓產生電路和一閘極控制信號產生電路。該漣波消除電路是用以在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量。該補償電壓產生電路耦接於該漣波消除電路、該回授接腳和該初級控制器的補償接腳，用以根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該補償接腳上的補償電壓。該閘極控制信號產生電路耦接於該補償電壓產生電路和該補償接腳，用以根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
本發明的另一實施例提供一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器的操作方法，其中該初級控制器包含一漣波消除電路、一補償電壓產生電路和一閘極控制信號產生電路，以及具有一漣波消除功能。該操作方法包含該漣波消除電路在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量；該補償電壓產生電路根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該補償接腳上的補償電壓；該閘極控制信號產生電路根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
本發明提供一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器及其操作方法。該初級控制器及該操作方法是當該電源轉換器的一次側的輸入電壓大於一漣波消除參考電壓時，利用該初級控制器的漣波消除電路在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量，利用該初級控制器的補償電壓產生電路根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生一補償接腳上的補償電壓，以及利用該初級控制器的閘極控制信號產生電路根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。因此，相較於現有技術，本發明可在該電源轉換器操作在一準諧振模式、一連續導通模式或一不連續導通模式時，在該電源轉換器的一次側的直流電壓逐漸降低且該電源轉換器的二次側的負載很大的情況下抑制該電源轉換器的二次側的輸出電壓的紋波。
請參照第2圖，第2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的一次側PRI的初級控制器200的示意圖，其中初級控制器200具有一漣波消除(ripple cancellation)功能，初級控制器200包含一漣波消除電路202，一補償電壓產生電路204和一閘極控制信號產生電路206，電源轉換器100的一次側PRI的地端GND1的電位和電源轉換器100的二次側SEC的地端GND2的電位不一定相同，以及電源轉換器100是一返馳式電源轉換器(flyback power converter)。另外，電源轉換器100可操作在一準諧振(Quasi-Resonant, QR)模式、一連續導通模式(Continuous-Conduction Mode, CCM)或一不連續導通模式(Discontinuous-Conduction Mode, DCM)。如第2圖所示，漣波消除電路202耦接於初級控制器200的回授接腳208，補償電壓產生電路204耦接於漣波消除電路202、回授接腳208和初級控制器200的補償接腳210，以及閘極控制信號產生電路206耦接於補償電壓產生電路204和補償接腳210。另外，補償電壓產生電路204包含一採樣維持電路2042和一錯誤放大器2044，其中採樣維持電路2042耦接於漣波消除電路202和回授接腳208，以及錯誤放大器2044耦接於採樣維持電路2042和補償接腳210。如第2圖所示，因為電源轉換器100的一次側PRI的一次側繞組102和電源轉換器100的一次側PRI的輔助繞組NAUX形成一變壓器，所以輔助繞組NAUX可用以在電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104開啟時開始儲能，也就是說輔助繞組NAUX上的輔助電壓VAUX會和電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT有關(因為一次側繞組102和電源轉換器100的二次側SEC的二次側繞組106形成另一變壓器)。因此，如第2圖所示，初級控制器200可利用回授接腳208上的回授電壓VFB判斷輸出電壓VOUT的情況，並進而利用回授電壓VFB和一偵測電壓VCS控制輸出電壓VOUT，其中回授接腳208耦接於一分壓電路108，回授電壓VFB是由輔助電壓VAUX經分壓電路108分壓而得，偵測電壓VCS是由流經電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的一次側電流IPRI和一偵測電阻RCS決定，且偵測電阻RCS是耦接於功率開關104。
請參照第3、4圖，第3圖是說明漣波消除電路202的示意圖，以及第4圖是說明閘極控制信號GCS、回授電壓VFB、輔助電壓VAUX和流經初級控制器200的回授接腳208的電流IUP的時序示意圖。如第3圖所示，漣波消除電路202包含一錯誤放大器2022，一第一電流源2024，一第一P型金氧半電晶體2026，一第二P型金氧半電晶體2028，一第二電流源2030，一第一N型金氧半電晶體2032，一採樣維持電路2034，一第二N型金氧半電晶體2036，一第三P型金氧半電晶體2038，以及一第四P型金氧半電晶體2040，其中錯誤放大器2022，第一電流源2024，第一P型金氧半電晶體2026，第二P型金氧半電晶體2028，第二電流源2030，第一N型金氧半電晶體2032，採樣維持電路2034，第二N型金氧半電晶體2036，第三P型金氧半電晶體2038，以及第四P型金氧半電晶體2040之間的耦接關係可參照第3圖，在此不再贅述。另外，如第4圖所示，當功率開關104開啟時(一時間T1和一時間T2之間)，輔助電壓VAUX會和一直流電壓VBUCK反向(因為一次側繞組102和輔助繞組NAUX形成該變壓器，所以輔助電壓VAUX是一負電壓)，其中如第2圖所示，本發明領域具有熟知技藝者應當熟知輔助電壓VAUX是有關於直流電壓VBUCK和一匝數比，直流電壓VBUCK是由電源轉換器100的一次側PRI的輸入電壓VAC(一交流電壓)經過電源轉換器100的一次側PRI的一橋式整流器整流後產生，以及該匝數比是電源轉換器100的一次側繞組102的匝數與輔助繞組NAUX的匝數的比值。另外，請參照第2、3圖。當功率開關104開啟且回授電壓VFB小於0時，錯誤放大器2022會開始使第一電流源2024產生電流IUP，其中電流IUP會使回授電壓VFB箝制在0V，且因為輔助電壓VAUX小於0，所以電流IUP會通過回授接腳208朝初級控制器200外流至輔助繞組NAUX。另外，如第2圖所示，電流IUP的大小是有關於輔助電壓VAUX和回授電壓VFB。另外，因為電流IUP的大小是有關於輔助電壓VAUX和回授電壓VFB，輔助電壓VAUX是有關於直流電壓VBUCK和該匝數比，以及回授電壓VFB箝制在0V和該匝數比是一常數，所以電流IUP可隨著直流電壓VBUCK正向地變化，也就是說電流IUP隨著直流電壓VBUCK的增加而增加，以及電流IUP隨著直流電壓VBUCK的減少而減少。
另外，如第3圖所示，第一P型金氧半電晶體2026和第二P型金氧半電晶體2028形成一第一電流鏡，其中第一P型金氧半電晶體2026的寬長比和第二P型金氧半電晶體2028的寬長比的第一比值是K，且K大於1。但本發明並不受限於該第一比值是K。另外，如第3圖所示，第一N型金氧半電晶體2032和第二N型金氧半電晶體2036形成一第二電流鏡，其中第一N型金氧半電晶體2032的寬長比等於第二N型金氧半電晶體2036的寬長比。但本發明並不受限於第一N型金氧半電晶體2032的寬長比等於第二N型金氧半電晶體2036的寬長比。另外，如第3圖所示，第三P型金氧半電晶體2038和第四P型金氧半電晶體2040形成一第三電流鏡，其中第三P型金氧半電晶體2038的寬長比等於第四P型金氧半電晶體2040的寬長比。但本發明並不受限於第三P型金氧半電晶體2038的寬長比等於第四P型金氧半電晶體2040的寬長比。另外，第二電流源2030所提供的一限制電流ILIMIT是由一漣波消除參考電壓VLIMIT決定。因此，在電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104開啟期間，錯誤放大器2022會開始使第一電流源2024產生電流IUP，該第一電流鏡會根據電流IUP和該第一比值，產生一第一電流I1(其中第一電流I1等於電流IUP/K)，其中因為電流IUP隨著直流電壓VBUCK正向地變化，所以第一電流I1也會隨著直流電壓VBUCK正向地變化。因為限制電流ILIMIT是由漣波消除參考電壓VLIMIT決定，且第一電流I1隨著直流電壓VBUCK正向地變化，所以當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，一第二電流I2會流入該第二電流鏡，其中第二電流I2等於第一電流I1減去限制電流ILIMIT。另外，因為在電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104開啟期間，閘極控制信號GCS致能，所以採樣維持電路2034可根據閘極控制信號GCS使該第二電流鏡正常運作，也就是說該第二電流鏡可根據第二電流I2，產生一調整電流ILRC(也就是一調整量)，其中因為第一N型金氧半電晶體2032的寬長比等於第二N型金氧半電晶體2036的寬長比，所以調整電流ILRC等於第二電流I2，以及調整電流ILRC、直流電壓VBUCK和漣波消除參考電壓VLIMIT之間的關係可參照第5圖。另外，如第5圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，調整電流ILRC是隨直流電壓VBUCK正向地改變。另外，如第3圖所示，該第三電流鏡可使調整電流ILRC流向回授接腳208，導致回授接腳上的回授電壓VFB升高。
另外，如第2圖所示，當回授電壓VFB升高時，採樣維持電路2042採樣回授電壓VFB所產生的一採樣電壓VH也會升高；因為採樣電壓VH升高，所以錯誤放大器2044根據一參考電壓VREF和採樣電壓VH所產生的補償接腳210上的補償電壓VCOMP會降低。
另外，如第2圖所示，閘極控制信號產生電路206可根據補償電壓VCOMP和偵測電壓VCS，產生閘極控制信號GCS至功率開關104，其中閘極控制信號產生電路206是通過一接腳212接收偵測電壓VCS，以及通過一接腳214將閘極控制信號GCS傳送至功率開關104。因為補償電壓VCOMP降低，所以閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低(也就是說閘極控制信號GCS的工作周期(duty cycle)降低)，導致電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT降低。也就是說如第2圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，漣波消除電路202可產生調整電流ILRC使回授接腳上的回授電壓VFB升高，所以補償電壓產生電路204所產生的補償電壓VCOMP會降低，導致閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低以降低電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT。另外，因為當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，輸出電壓VOUT會被降低，所以如第6圖所示，輸出電壓VOUT未被補償前的波峰區域P1-P3(對應直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT)會被降低，導致輸出電壓VOUT的漣波被降低。因此，初級控制器200可在直流電壓VBUCK逐漸降低且電源轉換器100的二次側SEC的負載110很大的情況下，利用該漣波消除(ripple cancellation)功能抑制輸出電壓VOUT的紋波。
另外，請參照第7、8圖，第7圖是本發明的另一實施例所公開的一種應用於電源轉換器100的一次側PRI的初級控制器600的示意圖，以及第8圖是說明初級控制器600內的漣波消除電路602的示意圖，其中初級控制器600和初級控制器200的差別在於漣波消除電路602和漣波消除電路202不同，以及初級控制器600內的補償電壓產生電路604和補償電壓產生電路204不同。另外，漣波消除電路602、補償電壓產生電路604和閘極控制信號產生電路206之間的耦接關係可參照第7圖，在此不再贅述。如第8圖所示，漣波消除電路602和漣波消除電路202的差別在於漣波消除電路602包含一電阻6022，其中電阻6022和調整電流ILRC可決定一調整電壓VLRC(也就是該調整量)。另外，如第5圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，調整電流ILRC是隨直流電壓VBUCK正向地改變，以及因為電阻6022和調整電流ILRC可決定調整電壓VLRC，所以調整電壓VLRC也是隨直流電壓VBUCK正向地改變。另外，如第7圖所示，補償電壓產生電路604內的一加法器2046可根據調整電壓VLRC和參考電壓VREF，產生一調整後的參考電壓AVREF，其中調整後的參考電壓AVREF等於參考電壓VREF減去調整電壓VLRC。也就是說調整後的參考電壓AVREF小於參考電壓VREF。因為調整後的參考電壓AVREF小於參考電壓VREF，所以錯誤放大器2044根據調整後的參考電壓AVREF和採樣電壓VH所產生的補償電壓VCOMP會降低。
另外，如第7圖所示，因為補償電壓VCOMP降低，所以閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低(也就是說閘極控制信號GCS的工作周期降低)，導致電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT降低。也就是說如第7圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，漣波消除電路602可根據調整電流ILRC產生調整電壓VLRC以使錯誤放大器2044接收一較小的參考電壓(也就是調整後的參考電壓AVREF)，所以補償電壓產生電路604所產生的補償電壓VCOMP會降低，導致閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低以降低電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT。另外，初級控制器600的其餘操作原理都和初級控制器200相同，在此不再贅述。
另外，請參照第2、3、5-9圖，第9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一次側的初級控制器的操作方法的流程圖。第9圖的操作方法是利用第2圖的電源轉換器100和初級控制器200，第3圖的漣波消除電路202，第5圖的直流電壓VBUCK、調整電流ILRC和調整電壓VLRC，第6圖的輸出電壓VOUT，第7圖的初級控制器600和第8圖的漣波消除電路602說明，詳細步驟如下：
步驟900：   開始；
步驟902：   漣波消除電路202在功率開關104開啟期間根據流經初級控制器200的回授接腳208的電流IUP，產生該調整量；
步驟904：   補償電壓產生電路204根據該調整量、參考電壓VREF和回授接腳208的上的回授電壓VFB，產生補償接腳210上的補償電壓VCOMP；
步驟906：   閘極控制信號產生電路206根據補償電壓VCOMP和偵測電壓VCS，產生閘極控制信號GCS至功率開關104以降低輸出電壓VOUT，跳回步驟902。
在步驟902中，請參照第2、3圖。當功率開關104開啟且回授電壓VFB小於0時，錯誤放大器2022會開始使第一電流源2024產生電流IUP，其中電流IUP會使回授電壓VFB箝制在0V，且因為輔助電壓VAUX小於0，所以電流IUP會通過回授接腳208朝初級控制器200外流至輔助繞組NAUX。另外，如第2圖所示，電流IUP的大小是有關於輔助電壓VAUX和回授電壓VFB。另外，因為電流IUP的大小是有關於輔助電壓VAUX和回授電壓VFB，輔助電壓VAUX是有關於直流電壓VBUCK和該匝數比，以及回授電壓VFB箝制在0V和該匝數比是一常數，所以電流IUP可隨著直流電壓VBUCK正向地變化，也就是說電流IUP隨著直流電壓VBUCK的增加而增加，以及電流IUP隨著直流電壓VBUCK的減少而減少。因此，如第3圖所示，在電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104開啟期間，錯誤放大器2022會開始使第一電流源2024產生電流IUP，該第一電流鏡會根據電流IUP和該第一比值，產生第一電流I1(其中第一電流I1等於電流IUP/K)，其中因為電流IUP隨著直流電壓VBUCK正向地變化，所以第一電流I1也會隨著直流電壓VBUCK正向地變化。因為限制電流ILIMIT是由漣波消除參考電壓VLIMIT決定，且第一電流I1隨著直流電壓VBUCK正向地變化，所以當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，第二電流I2會流入該第二電流鏡，其中第二電流I2等於第一電流I1減去限制電流ILIMIT。另外，因為在電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104開啟期間，閘極控制信號GCS致能，所以採樣維持電路2034可根據閘極控制信號GCS使該第二電流鏡正常運作，也就是說該第二電流鏡可根據第二電流I2，產生調整電流ILRC(也就是該調整量)，其中因為第一N型金氧半電晶體2032的寬長比等於第二N型金氧半電晶體2036的寬長比，所以調整電流ILRC等於第二電流I2，以及調整電流ILRC、直流電壓VBUCK和漣波消除參考電壓VLIMIT之間的關係可參照第5圖。另外，如第5圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，調整電流ILRC是隨直流電壓VBUCK正向地改變。另外，如第3圖所示，該第三電流鏡可使調整電流ILRC流向回授接腳208，導致回授接腳上的回授電壓VFB升高。
在步驟904中，如第2圖所示，當回授電壓VFB升高時，採樣維持電路2042採樣回授電壓VFB所產生的採樣電壓VH也會升高；因為採樣電壓VH升高，所以錯誤放大器2044根據參考電壓VREF和採樣電壓VH所產生的補償接腳210上的補償電壓VCOMP會降低。
在步驟906中，如第2圖所示，閘極控制信號產生電路206可根據補償電壓VCOMP和偵測電壓VCS，產生閘極控制信號GCS至功率開關104。因為補償電壓VCOMP降低，所以閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低(也就是說閘極控制信號GCS的工作周期(duty cycle)降低)，導致電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT降低。也就是說如第2圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，漣波消除電路202可產生調整電流ILRC使回授接腳上的回授電壓VFB升高，所以補償電壓產生電路204所產生的補償電壓VCOMP會降低，導致閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低以降低電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT。另外，因為當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，輸出電壓VOUT會被降低，所以如第6圖所示，輸出電壓VOUT未被補償前的波峰區域P1-P3(對應直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT)會被降低，導致輸出電壓VOUT的漣波被降低。因此，初級控制器200可在直流電壓VBUCK逐漸降低且電源轉換器100的二次側SEC的負載110很大的情況下，利用該漣波消除(ripple cancellation)功能抑制輸出電壓VOUT的紋波。
另外，在本發明的另一實施例中，本發明可利用漣波消除電路602執行步驟902，以及利用補償電壓產生電路604執行步驟904。在步驟902中，如第8圖所示，在功率開關104開啟期間，漣波消除電路602先利用流經初級控制器200的回授接腳208的電流IUP，產生調整電流ILRC，然後再利用電阻6022和調整電流ILRC決定調整電壓VLRC(也就是該調整量)，其中如第5圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，調整電流ILRC是隨直流電壓VBUCK正向地改變，以及因為電阻6022和調整電流ILRC可決定調整電壓VLRC，所以調整電壓VLRC也是隨直流電壓VBUCK正向地改變。
在步驟904中，如第7圖所示，補償電壓產生電路604內的加法器2046可根據調整電壓VLRC和參考電壓VREF，產生調整後的參考電壓AVREF，其中調整後的參考電壓AVREF等於參考電壓VREF減去調整電壓VLRC。也就是說調整後的參考電壓AVREF小於參考電壓VREF。因為調整後的參考電壓AVREF小於參考電壓VREF，所以錯誤放大器2044根據調整後的參考電壓AVREF和採樣電壓VH所產生的補償電壓VCOMP會降低。
在步驟906中，如第7圖所示，因為補償電壓VCOMP降低，所以閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低(也就是說閘極控制信號GCS的工作周期降低)，導致電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT降低。也就是說如第7圖所示，當直流電壓VBUCK大於漣波消除參考電壓VLIMIT時，漣波消除電路602可根據調整電流ILRC產生調整電壓VLRC以使錯誤放大器2044接收一較小的參考電壓(也就是調整後的參考電壓AVREF)，所以補償電壓產生電路604所產生的補償電壓VCOMP會降低，導致閘極控制信號產生電路206所產生的閘極控制信號GCS的開啟時間降低以降低電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT。
綜上所述，本發明所提供的初級控制器和操作方法是當該電源轉換器的一次側的輸入電壓大於該漣波消除參考電壓時，利用該漣波消除電路在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生該調整量，利用該補償電壓產生電路根據該調整量、該參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該補償接腳上的補償電壓，以及利用該閘極控制信號產生電路根據該補償電壓和該偵測電壓，產生該閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。因此，相較於現有技術，本發明可在該電源轉換器操作在該準諧振模式、該連續導通模式或該不連續導通模式時，在該電源轉換器的一次側的直流電壓逐漸降低且該電源轉換器的二次側的負載很大的情況下抑制該電源轉換器的二次側的輸出電壓的紋波。 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 102:一次側繞組 104:功率開關 106:二次側繞組 108:分壓電路 110:負載 200、600:初級控制器 202、602:漣波消除電路 204、604:補償電壓產生電路 206:閘極控制信號產生電路 208:回授接腳 210:補償接腳 212、214:接腳 2022、2044:錯誤放大器 2024:第一電流源 2026:第一P型金氧半電晶體 2028:第二P型金氧半電晶體 2030:第二電流源 2032:第一N型金氧半電晶體 2034:採樣維持電路 2036:第二N型金氧半電晶體 2038:第三P型金氧半電晶體 2040:第四P型金氧半電晶體 2042:採樣維持電路 2046:加法器 6022:電阻 AVREF:調整後的參考電壓 GND1、GND2:地端 GCS:閘極控制信號 IUP:電流 ILMIT:限制電流 I1:第一電流 I2:第二電流 ILRC:調整電流 NAUX:輔助繞組 IPRI:一次側電流 PRI:一次側 P1-P3:波峰區域 RCS:偵測電阻 SEC:二次側 T1、T2:時間 VAC:輸入電壓 VBUCK:直流電壓 VOUT:輸出電壓 VAUX:輔助電壓 VFB:回授電壓 VH:採樣電壓 VREF:參考電壓 VCOMP:補償電壓 VCS:偵測電壓 VLRC:調整電壓 VLIMIT:漣波消除參考電壓 900-906:步驟
第1圖是說明該電源轉換器的一次側的直流電壓、回授電壓、補償電壓和偵測電壓，以及該電源轉換器的二次側的輸出電壓的時序示意圖。 第2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一次側的初級控制器的示意圖。 第3圖是說明漣波消除電路的示意圖。 第4圖是說明閘極控制信號、回授電壓、輔助電壓和流經初級控制器的回授接腳的電流的時序示意圖。 第5圖是說明直流電壓、漣波消除參考電壓、調整電流和調整電壓的時序示意圖。 第6圖是說明輸出電壓的漣波被降低的示意圖。 第7圖是本發明的另一實施例所公開的一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器的示意圖 第8圖是說明初級控制器內的漣波消除電路的示意圖。 第9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一次側的初級控制器的操作方法的流程圖。
100:電源轉換器
102:一次側繞組
104:功率開關
106:二次側繞組
108:分壓電路
110:負載
200:初級控制器
202:漣波消除電路
204:補償電壓產生電路
206:閘極控制信號產生電路
208:回授接腳
210:補償接腳
212、214:接腳
2044:錯誤放大器
2042:採樣維持電路
GND1、GND2:地端
GCS:閘極控制信號
IUP:電流
ILRC:調整電流
NAUX:輔助繞組
IPRI:一次側電流
PRI:一次側
RCS:偵測電阻
SEC:二次側
VAC:輸入電壓
VBUCK:直流電壓
VOUT:輸出電壓
VAUX:輔助電壓
VFB:回授電壓
VH:採樣電壓
VREF:參考電壓
VCOMP:補償電壓
VCS:偵測電壓

Claims (17)

  1. 一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器，其中該初級控制器具有一漣波消除(ripple cancellation)功能，該初級控制器包含： 一漣波消除電路，用以在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量； 一補償電壓產生電路，耦接於該漣波消除電路、該回授接腳和該初級控制器的補償接腳，用以根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該補償接腳上的補償電壓；及 一閘極控制信號產生電路，耦接於該補償電壓產生電路和該補償接腳，用以根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
  2. 如請求項1所述的初級控制器，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所述的初級控制器，其中該調整量是一調整電流或一調整電壓。
  4. 如請求項1所述的初級控制器，其中該回授接腳耦接於該電源轉換器的一次側的輔助繞組。
  5. 如請求項1所述的初級控制器，其中該電流是有關於該電源轉換器的一次側的輔助繞組上的輔助電壓和該回授電壓，且從該初級控制器內經該初級控制器的回授接腳流至該輔助繞組。
  6. 如請求項5所述的初級控制器，其中該輔助電壓是有關於和該電源轉換器的一次側的直流電壓和一匝數比，且該匝數比是該電源轉換器的一次側繞組的匝數與該輔助繞組的匝數的比值。
  7. 如請求項1所述的初級控制器，其中該補償電壓是用以調整該閘極控制信號的工作周期(duty cycle)以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
  8. 如請求項1所述的初級控制器，其中在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間，當該電源轉換器的一次側的輸入電壓大於一漣波消除參考電壓時，該漣波消除電路根據該電流，產生該調整量。
  9. 如請求項1所述的初級控制器，其中該偵測電壓是由流經該功率開關的一次側電流和一偵測電阻決定，且該偵測電阻是耦接於該功率開關。
  10. 如請求項1所述的初級控制器，其中該補償電壓產生電路包含∶ 一採樣維持電路，耦接於該漣波消除電路和該回授接腳，用以採樣該回授電壓以產生一採樣電壓；及 一錯誤放大器，耦接於該採樣維持電路和該補償接腳，用以根據該參考電壓和該採樣電壓，產生該補償接腳上的補償電壓。
  11. 一種應用於電源轉換器的一次側的初級控制器的操作方法，其中該初級控制器包含一漣波消除電路、一補償電壓產生電路和一閘極控制信號產生電路，以及具有一漣波消除功能，該操作方法包含： 該漣波消除電路在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間根據流經該初級控制器的回授接腳的電流，產生一調整量； 該補償電壓產生電路根據該調整量、一參考電壓和該回授接腳上的回授電壓，產生該補償接腳上的補償電壓；及 該閘極控制信號產生電路根據該補償電壓和一偵測電壓，產生一閘極控制信號至該功率開關以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
  12. 如請求項11所述的操作方法，其中該調整量是一調整電流或一調整電壓。
  13. 如請求項11所述的操作方法，其中該電流是有關於該電源轉換器的一次側的輔助繞組上的輔助電壓和該回授電壓，且從該初級控制器內經該初級控制器的回授接腳流至該輔助繞組。
  14. 如請求項13所述的操作方法，其中該輔助電壓是有關於該電源轉換器的一次側的直流電壓和一匝數比，且該匝數比是該電源轉換器的一次側繞組的匝數與該輔助繞組的匝數的比值。
  15. 如請求項11所述的操作方法，其中該補償電壓是用以調整該閘極控制信號的工作周期以降低該電源轉換器的二次側的輸出電壓。
  16. 如請求項11所述的操作方法，其中在該電源轉換器的一次側的功率開關開啟期間，當該電源轉換器的一次側的輸入電壓大於一漣波消除參考電壓時，該漣波消除電路根據該電流，產生該調整量。
  17. 如請求項11所述的操作方法，其中該偵測電壓是由流經該功率開關的一次側電流和一偵測電阻決定。
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