应用于电源转换器的多模控制器及其操作方法与流程

本发明涉及一种应用于电源转换器的多模控制器及其操作方法，尤其涉及一种利用软开关方式控制电源转换器在准谐振模式和连续传导模式之间切换的多模控制器及其操作方法。

背景技术：

当耦接于电源转换器的二次侧的负载改变时，应用于所述电源转换器的控制器将控制所述电源转换器在准谐振(quasi-resonant)模式和连续传导(continuous-conduction)模式之间切换，其中所述控制器是利用硬开关(hard-switching)方式根据补偿电压使所述电源转换器在所述准谐振模式和所述连续传导模式之间切换，以及所述补偿电压是有关于所述电源转换器的二次侧的负载。然而因为所述控制器是利用所述硬开关方式使所述电源转换器在所述准谐振模式和所述连续传导模式之间切换，所以所述硬开关方式可能使所述电源转换器的操作频率大幅变动，导致所述电源转换器具有较高的切换损失和较大的噪声以及产生音频。

技术实现要素：

本发明的一实施例公开一种应用于电源转换器的多模控制器。所述多模控制器包含一检测区间产生模块和一栅极信号产生单元。所述检测区间产生模块是用于根据一参考电流，产生一比较电压，以及根据所述比较电压和一第一参考电压，启用一检测信号。当所述检测信号被一零交叉信号关闭时，所述栅极信号产生单元根据所述零交叉信号，产生对应所述电源转换器的准谐振(quasi-resonant)模式的栅极控制信号，以及当所述检测信号被所述检测区间产生模块另根据所述比较电压和一第二参考电压所产生的一连续传导(continuous-conduction)模式信号关闭时，所述栅极信号产生单元根据所述连续传导模式信号，产生对应所述电源转换器的连续传导模式的栅极控制信号。

本发明的另一实施例公开一种应用于电源转换器的多模控制器的操作方法，其中所述多模控制器包含一检测区间产生模块、一栅极信号产生单元和一零交叉信号产生单元。所述操作方法包含所述检测区间产生模块根据一参考电流，产生一比较电压；所述检测区间产生模块根据所述比较电压和一第一参考电压，启用一检测信号；当所述检测信号被一零交叉信号关闭时，所述栅极信号产生单元根据所述零交叉信号，产生对应所述电源转换器的准谐振模式的栅极控制信号。

本发明的另一实施例公开一种应用于电源转换器的多模控制器的操作方法，其中所述多模控制器包含一检测区间产生模块、一栅极信号产生单元和一零交叉信号产生单元。所述操作方法包含所述检测区间产生模块根据一参考电流，产生一比较电压；所述检测区间产生模块根据所述比较电压和一第一参考电压，启用一检测信号；当所述检测信号被所述检测区间产生模块另根据所述比较电压和一第二参考电压所产生的一连续传导模式信号关闭时，所述栅极信号产生单元根据所述连续传导模式信号，产生对应所述电源转换器的连续传导模式的栅极控制信号。

本发明公开一种应用于电源转换器的多模控制器及其操作方法。所述多模控制器及所述操作方法是利用一检测区间产生模块启用一检测信号，以及当所述检测信号被一零交叉信号产生单元所产生的零交叉信号关闭时，利用一栅极信号产生单元根据所述零交叉信号，产生对应所述电源转换器的准谐振模式的栅极控制信号，或是当所述检测信号被所述检测区间产生模块所产生的连续传导模式信号关闭时，利用所述栅极信号产生单元根据所述连续传导模式信号，产生对应所述电源转换器的连续传导模式的栅极控制信号。因此，相较于现有技术，因为本发明是利用一软开关方式控制所述电源转换器由一准谐振模式切换至一连续传导模式，以及由所述连续传导模式切换至所述准谐振模式，所以本发明具有较低的切换损失和较小的噪声以及可避免音频的产生。

附图说明

图1是本发明的第一实施例所公开的一种应用于电源转换器的多模控制器的示意图。

图2是说明栅极控制信号、比较电压、检测信号、电压、连续传导模式信号、零交叉信号的时序示意图。

图3是说明栅极控制信号的频率与补偿电压之间的关系示意图。

图4是本发明的第二实施例所公开的一种应用于电源转换器的多模控制器的操作方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100电源转换器

102分压电路

104功率开关

106电阻

200多模控制器

202检测区间产生模块

204栅极信号产生单元

206零交叉信号产生单元

208辅助引脚

210栅极引脚

212电流检测引脚

214补偿引脚

2022电流源

2024电容

2026金属氧化物半导体晶体管

2028第一比较单元

2030第二比较单元

2032逻辑单元

aux辅助绕组

cv比较电压

ccms连续传导模式信号

ccm连续传导模式

ds检测信号

dv检测电压

fva1、fva2第一波谷

f频率

fmax最大操作频率

fccm操作频率

gnd地端

gcs栅极控制信号

ipri电流

iref参考电流

pri一次侧

qrd零交叉信号

qrm准谐振模式

sec二次侧

t0-t5时间

vaux辅助电压

vout输出电压

vcomp补偿电压

vd电压

vref1第一参考电压

vref2第二参考电压

vref3第三参考电压

v1第一电压

400-412步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明的第一实施例所公开的一种应用于电源转换器100的多模控制器200的示意图，其中多模控制器200包含一检测区间产生模块202、一栅极信号产生单元204和一零交叉信号产生单元206。如图1所示，检测区间产生模块202包含一电流源2022、一电容2024、一金属氧化物半导体晶体管2026、一第一比较单元2028、一第二比较单元2030及一逻辑单元2032。如图1所示，电流源2022具有一第一端和一第二端，其中电流源2022的第一端用于接收一第一电压v1，电流源2022用于提供一参考电流iref，且参考电流iref随电源转换器100的操作频率改变；电容2024具有一第一端和一第二端，其中电容2024的第一端耦接于电流源2022的第二端，电容2024的第二端耦接于一地端gnd，以及电容2024是用于根据参考电流iref，产生一比较电压cv；金属氧化物半导体晶体管2026具有一第一端、一第二端和一第三端，其中金属氧化物半导体晶体管2026的第一端耦接于电容2024的第一端，金属氧化物半导体晶体管2026的第二端耦接于地端gnd，以及金属氧化物半导体晶体管2026是一n型金属氧化物半导体晶体管，但在本发明的另一实施例中，金属氧化物半导体晶体管2026也可为一p型金属氧化物半导体晶体管惑一传输闸；第一比较单元2028具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中第一比较单元2028的第一输入端耦接于电容2024的第一端，用于接收比较电压cv，第一比较单元2028的第二输入端用于接收一第一参考电压vref1，以及第一比较单元2028是用于根据比较电压cv和第一参考电压vref1，启用一检测信号ds；第二比较单元2030具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中第二比较单元2030的第一输入端耦接于电容2024的第一端，用于接收比较电压cv，第二比较单元2030的第二输入端用于接收一第二参考电压vref2，以及第二比较单元2030是用于根据比较电压cv和第二参考电压vref2，产生一连续传导模式信号ccms，其中第二参考电压vref2大于第一参考电压vref1；逻辑单元2032具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中逻辑单元2032的第一输入端耦接于零交叉信号产生单元206，用于接收一零交叉信号qrd，逻辑单元2032的第二输入端耦接于第二比较单元2030的输出端，用于接收连续传导模式信号ccms，以及逻辑单元2032是用于根据零交叉信号qrd或连续传导模式信号ccms，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds。

在电源转换器100操作在准谐振模式(quasi-resonantmode,qrm)的期间中，当耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载(未绘示于图1)是轻载或中载时，零交叉信号产生单元206是在一电压vd的非第一波谷(例如电压vd的第二波谷、第三波谷等，未绘示于图2)根据电压vd与一第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd，其中零交叉信号产生单元206是通过多模控制器200的辅助引脚208从耦接于电源转换器100的一次侧pri的辅助绕组aux的分压电路102接收电压vd，电压vd是有关于辅助绕组aux的辅助电压vaux，以及辅助电压vaux是有关于电源转换器100的二次侧sec的输出电压vout。如图2所示，在一时间t0之前，电容2024所产生的比较电压cv逐渐增加。在时间t0，当比较电压cv大于第一参考电压vref1时，第一比较单元2028启用检测信号ds，其中第一参考电压vref1是有关于电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax。在一时间t1时，因为耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载转成重载，所以零交叉信号产生单元206可在电压vd的第一波谷fva1(因为电源转换器100的准谐振模式的操作频率会随着耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载的增加而增加)根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd(也就是说在电压vd的第一波谷fva1，电压vd可交越第三参考电压vref3，所以零交叉信号产生单元206据此产生零交叉信号qrd)。此时，逻辑单元2032根据零交叉信号qrd，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，也就是在检测信号ds启用时，如果零交叉信号产生单元206产生零交叉信号qrd，则栅极信号产生单元204会根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax(如图3所示)，且多模控制器200可通过一栅极引脚210传送栅极控制信号gcs至电源转换器100的一次侧pri的功率开关104以控制功率开关104的开启与关闭。因此，由于在电源转换器100操作在准谐振模式的期间中，零交叉信号产生单元206可基于耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载，根据电压vd的不同波谷(例如电压vd的第一波谷、第二波谷、第三波谷等)与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd，所以如图3所示，当电源转换器100操作在准谐振模式时，对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs的频率f是可变的。

在时间t1与一时间t2间，因为功率开关104开启，所以一检测电压dv会逐渐增加，其中检测电压dv是由流经功率开关104的电流ipri以及一电阻106所决定，且栅极控制信号产生单元204可通过多模控制器200的电流检测引脚212接收检测电压dv。在时间t2，栅极控制信号产生单元204可根据检测电压dv和一补偿电压vcomp，关闭栅极控制信号gcs(也就是说当检测电压dv大于补偿电压vcomp时，栅极控制信号产生单元204关闭栅极控制信号gcs)，其中栅极控制信号产生单元204可通过多模控制器200的补偿引脚214从电源转换器100的二次侧sec接收补偿电压vcomp，且补偿电压vcomp是有关于电源转换器100的二次侧sec的输出电压vout。

然而当耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载继续增加时，因为栅极控制信号gcs的启用时间也随电源转换器100的二次侧sec的负载增加而增加，所以电压vd在一时间t3与一时间t4之间，无法放电至低于第三参考电压vref3(也就是说零交叉信号产生单元206不会根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd)。在时间t4，当比较电压cv大于第二参考电压vref2时，第二比较单元2030产生连续传导模式信号ccms，其中第二参考电压vref2是有关于电源转换器100的连续传导模式的操作频率fccm。此时，逻辑单元2032根据连续传导模式信号ccms，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据连续传导模式信号ccms，产生对应电源转换器100的连续传导模式(continuous-conductionmode,ccm)的栅极控制信号gcs，也就是在检测信号ds启用时，如果零交叉信号产生单元206未产生零交叉信号qrd，则栅极信号产生单元204会根据连续传导模式信号ccms，产生对应电源转换器100的连续传导模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的连续传导模式的操作频率fccm(如图3所示)，其中当电源转换器100操作在连续传导模式时，对应电源转换器100的连续传导模式的栅极控制信号gcs的频率f是固定的。因此，如图3所示，在时间t4后，电源转换器100离开准谐振模式进入连续传导模式。

另外，如图3所示，在一时间t5，当耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载逐渐减少时，因为电压vd的放电时间随耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载减少而减少，所以零交叉信号产生单元206开始可在电压vd的第一波谷fva2(此时检测信号ds还在启用)根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd。此时，逻辑单元2032根据零交叉信号qrd，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax(如图3所示)，也就是说在时间t5后，电源转换器100离开连续传导模式进入准谐振模式。

另外，如图3所示，由时间t2至时间t4可知，多模控制器200是平顺地控制电源转换器100由准谐振模式切换至连续传导模式，以及由时间t4至时间t5可知，多模控制器200也是平顺地控制电源转换器100由连续传导模式切换至准谐振模式。也就是说在时间t2至时间t4之间，多模控制器200是通过一软开关(soft-switching)方式控制电源转换器100由准谐振模式切换至连续传导模式，以及由时间t4至时间t5可知，多模控制器200也是通过所述软开关方式控制电源转换器100由连续传导模式切换至准谐振模式。

请参照图1-4，图4是本发明的第二实施例所公开的一种应用于电源转换器的多模控制器的操作方法的流程图。图4的操作方法是利用图1的电源转换器100和多模控制器200说明，详细步骤如下：

步骤400：开始；

步骤402：检测区间产生模块202的电容2024根据参考电流iref，产生比较电压cv；

步骤404：检测区间产生模块202的第一比较单元2028根据比较电压cv和第一参考电压vref1，启用检测信号ds；

步骤406：检测信号ds是否被零交叉信号qrd关闭；如果是，进行步骤408；如果否，进行步骤410；

步骤408：栅极信号产生单元204根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，跳回步骤402；步骤410：检测区间产生模块202的第二比较单元2030根据比较电压cv和第二参考电压vref2，产生连续传导模式信号ccms；

步骤412：逻辑单元2032根据连续传导模式信号ccms，关闭检测信号ds，以及栅极信号产生单元204根据连续传导模式信号ccms，产生对应电源转换器100的连续传导模式的栅极控制信号gcs，跳回步骤402。

在步骤402中，如图1所示，电容2024可根据参考电流iref，产生比较电压cv。在步骤404中，如图2所示，在时间t0之前，电容2024所产生的比较电压cv逐渐增加。在时间t0，当比较电压cv大于第一参考电压vref1时，第一比较单元2028启用检测信号ds，其中第一参考电压vref1是有关于电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax。在步骤408中，如图2所示，在时间t1时，因为耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载转成重载，所以零交叉信号产生单元206可在电压vd的第一波谷fva1(因为电源转换器100的准谐振模式的操作频率会随着耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载的增加而增加)根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd(也就是说在电压vd的第一波谷fva1，电压vd可交越第三参考电压vref3，所以零交叉信号产生单元206据此产生零交叉信号qrd)。此时，逻辑单元2032根据零交叉信号qrd，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，也就是在检测信号ds启用时，如果零交叉信号产生单元206产生零交叉信号qrd，则栅极信号产生单元204会根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax(如图3所示)。

在时间t1与时间t2中，因为功率开关104开启，所以检测电压dv会逐渐增加，其中检测电压dv是由流经功率开关104的电流ipri以及电阻106所决定，且栅极控制信号产生单元204可通过多模控制器200的电流检测引脚212接收检测电压dv。在时间t2，栅极控制信号产生单元204可根据检测电压dv和补偿电压vcomp，关闭栅极控制信号gcs，其中补偿电压vcomp是有关于电源转换器100的二次侧sec的输出电压vout。

如图2所示，当耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载继续增加时，因为栅极控制信号gcs的启用时间也随电源转换器100的二次侧sec的负载增加而增加，所以电压vd在时间t3与时间t4之间，无法放电至低于第三参考电压vref3(也就是说零交叉信号产生单元206不会根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd)。因此，在步骤410中，在时间t4，当比较电压cv大于第二参考电压vref2时，第二比较单元2030产生连续传导模式信号ccms，其中第二参考电压vref2是有关于电源转换器100的连续传导模式的操作频率fccm。此时，在步骤412中，逻辑单元2032根据连续传导模式信号ccms，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据连续传导模式信号ccms，产生对应电源转换器100的连续传导模式的栅极控制信号gcs，也就是在检测信号ds启用时，如果零交叉信号产生单元206未产生零交叉信号qrd，则栅极信号产生单元204会根据连续传导模式信号ccms，产生对应电源转换器100的连续传导模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的连续传导模式的操作频率fccm(如图3所示)。因此，如图3所示，在时间t4后，电源转换器100离开准谐振模式进入连续传导模式。

另外，如图3所示，在时间t5，当耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载逐渐减少时，因为电压vd的放电时间随耦接于电源转换器100的二次侧sec的负载减少而减少，所以零交叉信号产生单元206开始可在电压vd的第一波谷fva2(此时检测信号ds还在启用)根据电压vd与第三参考电压vref3，产生零交叉信号qrd。此时，逻辑单元2032根据零交叉信号qrd，开启金属氧化物半导体晶体管2026以关闭检测信号ds，且栅极信号产生单元204根据零交叉信号qrd，产生对应电源转换器100的准谐振模式的栅极控制信号gcs，其中栅极控制信号gcs的频率f是对应电源转换器100的准谐振模式的最大操作频率fmax(如图3所示)，也就是说在时间t5后，电源转换器100离开连续传导模式进入准谐振模式。

综上所述，本发明所公开的应用于电源转换器的多模控制器及其操作方法是利用检测区间产生模块启用检测信号，以及当检测信号被零交叉信号产生单元所产生的零交叉信号关闭时，利用栅极信号产生单元根据零交叉信号，产生对应电源转换器的准谐振模式的栅极控制信号，或是当检测信号被检测区间产生模块所产生的连续传导模式信号关闭时，利用栅极信号产生单元根据连续传导模式信号，产生对应电源转换器的连续传导模式的栅极控制信号。因此，相较于现有技术，因为本发明是利用软开关方式控制电源转换器由准谐振模式切换至连续传导模式，以及由连续传导模式切换至准谐振模式，所以本发明具有较低的切换损失和较小的噪声以及可避免音频的产生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。