专利名称：谐振功率转换器与功率转换器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种功率转换器，特别是有关于一种非对称谐振功率转换器。
背景技术：
谐振功率转换器是一种高效率的功率转换器，然而，具有较窄的操作范围是其缺 点。当输入电压具有明显的改变时，其操作可能落于非线性区域。本发明的目的在于提供 一种控制电路以改善此问题，其使得谐振功率转换器能在较广的输入电压范围中操作。
发明内容
本发明提供一种谐振功率转换器，包括一电容器、一感应装置、一第一晶体管、一 第二晶体管以及一控制电路。电容器与感应装置形成一谐振槽。第一晶体管与第二晶体管 用以切换谐振槽。控制电路用以产生第一信号与第二信号，以分别控制第一晶体管与第二 晶体管。第一信号与第二信号的频率改变以调整谐振功率转换器的输出。控制电路还检测 谐振功率转换器的输入电压，且第二信号的脉冲宽度根据输入电压的变化而调整。本发明还提供一种功率转换器，包括一电容器、一感应装置、两晶体管以及一控制 电路。电容器与感应装置形成一谐振槽。此两晶体管用以切换谐振槽。控制电路用以产生 多个切换信号以控制此两晶体管。上述多个切换信号的频率改变以调整功率转换器的输 出。控制电路检测电容器的电压，以调整上述多个切换信号并改变电容器的DC偏压。
图1表示根据本发明实施例的非对称谐振功率转换器；
图2表示根据本发明实施例的控制电路；
图3表示根据本发明实施例的放大电路；
图4及5表示根据本发明实施例的电压-电流转换器；
图6表示根据本发明实施例的振荡器；
图7表示根据本发明实施例的输出电路；
图8表示图7中的延迟电路；
图9表示根据本发明实施例的非对称谐振功率转换器的主要信号波形图；以及
图10表示根据本发明实施例的非对称谐振功率转换器的主要信号波形图。
[主要元件标号说明]
图1
10、20 晶体管；30 -变压器；
35 寄生电感；50 电容器；
51、52 电阻器；53 -电容器；
61、62 电阻器；71、72 整流器；
75 输出电容器；80 齐纳二极管；
81 电阻器；85 光耦合器；100 控制电路；SH 切换信号(第一信号)；SL 切换信号(第二信号)；V1Q、V20 电压；VIN 输入电压；VFB 反馈信号；V。 输出/输出电压；Vx 输入电压；Vy DC偏压；图 2 112、115、116 电阻器；114 晶体管；200 放大电路(AMP)；300 电压-电流转换器(V-I)；301 反馈输入电路；400 电压-电流转换器(V-I)；401 差动电路；500 振荡器(VC0)；600 输出电路(OUT)；Ic 充电电流；ID 放电电流；IM 调制电流；Sw 振荡信号；VF 移位信号；VM 调制信号；图 3 210、230、240、250 运算放大器；275 电容器；R215> 尺216、^235、^236、^241、^242、^251、^252、^270 ^iPJH ；VX1、VX2、VX3、VX4 电压；图 4 310、314 运算放大器；312 电阻器；311、315、316、317、320、321 晶体管；VK 固定电压；IK V-to-I电流；图 5 410 运算放大器；412 电阻器411、415、416、420、421 晶体管；Ij V-to-I 电流；图6:510、520 开关；540、545 比较器；570 反相器；Vi 高启动点电压；图 7 610 反相器；670、680 缓冲器；图 8
530 电容器; 560,565 与非门；
iramp 斜坡信号； v2 低启动点电压；
650,660 与门； 700,701 延迟电路；
5
70X 延迟电路；725 电流源；750 电容器；IP 输入端；
715 反相器； 720 晶体管； 790 与门；
0P 延迟信号。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配 合所附图式，作详细说明如下。图1是表示根据本发明实施例的非对称谐振功率转换器1。电容器50与感应装 置(例如变压器30及其寄生电感35)形成一谐振槽。晶体管10与20用来切换此谐振槽。 两个整流器71与72耦接于变压器30的二次侧与输出电容器75之间，以在输出电容器75 产生输出\。控制电路100产生切换信号(第一信号)SH及切换信号(第二信号)以分 别控制晶体管10及20。切换信号SH与&的切换频率依据反馈信号VFB而改变，以调整功 率转换器的输出％。齐纳(Zener) 二极管80、电阻器81、与光耦合器85形成一反馈电路， 其耦接功率转换器的输出V。以产生反馈信号VFB。此外，控制电路100通过电阻器61及62 来检测功率转换器的输入电压VIN，且与输入电压VIN相关联的输入电压\通过电阻器61及 62而产生。切换信号&的脉冲宽度依据输入电压VIN的改变而被调整。控制电路100还通 过电阻器51及52与电容器53来检测电容器50的电压，以调整切换信号SH及&以及改变 电容器50的直流(DC)偏压。电容器50的DC偏压相关联的DC偏压Vy通过电阻器51及 52而产生。电容器50具有与输入电压VIN相关联的DC偏压，其将使得谐振功率转换器可 操作在较宽的输入电压范围。由于电容器50的DC偏压与输入电压VIN相关联，因此，控制 电路100可检测输入电压VIN，以判断电容器50的DC偏压。图2是表示根据本发明实施例的控制电路100。控制电路100包括反馈输入电路 301，其通过光耦合器85耦接功率转换器的输出％以接收反馈信号VFB。电平移位电路与电 压-电流转换器(V-I)300形成反馈输入电路301。晶体管114与电阻器112、115、及116形 成电平移位电路，且移位信号％根据反馈信号VFB而产生于电平移位电路的输出端。放大电 路(AMP) 200与电压-电流转换器(V-I)400形成一差动电路401，其接收输入电压^以及 DC偏压Vy，用来检测输入电压VIN与电容器50的电压以产生调制信号VM。振荡器(VC0)500 依据反馈信号VFB而产生振荡信号Sw。输出电路(OUT) 600根据振荡信号Sw而产生切换信 号311与&。切换信号&的脉冲宽度由调制信号VM来调整。切换信号&的脉冲宽度依据输 入信号VIN的增加而减少。因此，电容器50的DC偏压将根据输入电压VIN的增加而增加。反馈输入电路301根据反馈信号VFB经由电压-电流转换器300来产生充电电流 与放电电流ID。充电电流与放电电流ID传送至振荡器500。充电电流决定了振荡
信号Sw的导通时间(on time)，而放电电流ID决定了振荡信号5 的关闭时间(off time)。 电压电流转换器400根据调制信号VM来产生调制电流IM。调制电流IM耦接至振荡器500， 以调制振荡信号Sw的关闭时间。图3是表示图2中放大电路200的一较佳实施例运算放大器210通过其正极输入 端来接收输入电压Vx。运算放大器210的负极输入端耦接运算放大器210的输出端。电阻 器R215耦接于运算放大器210的输出端与运算放大器230的正极输入端，且电阻器R216耦接于电阻器R215与接地端之间。运算放大器230的负极输入端通过电阻器R235接收参考电压 \。在此实施例中，参考电压％为1.5伏。电阻器R236耦接于运算放大器230的负极输入 端与输出端之间。运算放大器230的输出端通过电阻器R251来耦接运算放大器250的正极 输入端。电阻器R252耦接于电阻器R251与接地端之间。运算放大器250的负极输入端通过 电阻器R241耦接运算放大器240的输出端。电阻器R242耦接于运算放大器250的负极输入 端与输出端之间。调制信号\由运算放大器250的输出端并通过电阻器R27Q与电容器275 来输出，其中，电阻器R2TO与电容器275提供滤波作用。 因此，调制信号VM可以下述式子来表示因此，调制信号VM可以下述式子来表示
在式子(1) ⑷中的VX1、VX2、VX3、及VX4分别表示在运算放大器210其正极输入 端的电压、在运算放大器230的输出端的电压、在运算放大器250的正极输入端的电压、以 及在放大电路200的输出端的电压。根据算式(1) (3)，可获得 当作以下定义时， 可获得 图4及图5是分别表示电压-电流转换器300及400的电路示意图。在图4中，电 压-电流转换器300包括电压转电流(V-to-I)电路、第一电流镜、以及第二电流镜。由运 算放大器310及314、晶体管311、以及电阻器312所组成的V-to-I电路，根据固定电压\ 与反馈信号VFB偏移的移位信号VF而于晶体管311产生V-to-I电流IK。V-to-I电流。是V - V
根据」V^而产生，其表示固定电压与移位信号vF的差值。移位信号\则藉此转换成
V-to-I电流IK。第一电流镜是由晶体管315、316、及317所组成。第一电流镜根据V-to-I 电流。而产生充电电流Ic。充电电流电流IK之间成比例。第二电流镜是由晶 体管320及321所组成。第二电流镜根据V-to-I电流IK而产生放电电流ID。在一实施例 中，由于充电电流与放电电流ID都是自V-to-I电流IK而镜射产生的，因此，充电电流 与放电电流ID之间成比例。根据反馈信号VFB的增加，充电电流Ie与放电电流ID则减少。在图5中，电压电流转换器400包括电压转电流(V-to-I)电路以及一电流镜。运 算放大器410、晶体管411、及电阻器412形成V-to-I电路。运算放大器410接收调制信 号VM，以在晶体管411产生V-to-I电流1工。电流镜由晶体管415、416、420、及421所组成。 V-to-I电流1工是由电流镜所镜射产生的，因此调制电流IM是根据V-to-I电流1工而产生。图6是表示图2中振荡器500的一较佳实施例。两个开关510及520、两个比较 器540及545、两个与非(NAND)门560及565、以及一个反相器570组成振荡器500。当开 关510被振荡信号Sw导通时，充电电流Ie对电容器530充电，且产生斜坡信号IKAMP。一旦 跨越电容器530的电压到达比较器540的高启动点(high trip-point)电压\时，比较器 540与与非门560及565则导通开关520，而放电电流ID与调制电流IM则使电容器530放 电。于此时，振荡信号Sw也被禁能，且开关510被关闭。放电持续地执行，直到跨越电容器 530的电压低于低启动点(low trip-point)电压V2。比较器545与与非门560及565关 闭开关520。通过反相器570所产生的振荡信号Sw变为致能，使得开关510再次导通。图7是表示图2中输出电路600的一较佳实施例。两个延迟电路700及701、两 个与(AND)门650及660、一个反相器610以及两个缓冲器670及680形成输出电路600。 与门650的一输入端接收振荡信号Sw，且其另一输入端通过延迟电路700来接收振荡信号 Sw。切换信号Sjg据与门650的两输入端信号并通过缓冲器670而产生。至于与门660，与 门660的一输入端通过反相器610来接收振荡信号Sw。与门660的另一输入端通过反相器 640与延迟电路701来接收振荡信号Sw。切换信号&根据与门660的两输入端信号并通过 缓冲器680而产生。图8是表示图7中延迟信号700及701的电路示意图，由于两电路700、701相同， 此以标号70X表示。延迟电路70X包括反相器715、电流源725、晶体管720、电容器750以 及与门790。延迟电路70X的输入端IP接收振荡信号Sw。振荡信号3 被提供至反相器715 以及与门790的一输入端。反相器715的输出端耦接晶体管720的栅极。晶体管720的漏 极以及电容器750的一端耦接与门780的另一输入端。晶体管720的源极以及电容器750 的另一端耦接接地端。在延迟时间Td之后，延迟信号0P根据振荡信号Sw的上升缘而被致 能。延迟时间Td是根据电流源725所提供的电流值与电容器750的电容值所决定。实际运作时，参阅图1、2、4、6、7、8及9，当功率转换器由重载转换为轻载时，输出 电压％增加，且反馈电压VFB的电平减少。充电电流与放电电流ID根据反馈信号VFB的 减少而增加。只要充电电流Ie与放电电流ID增加，斜坡信号Irmp的充电斜率与放电斜率也 增加。振荡信号3 的导通时间与关闭时间则对应减少，振荡信号Sw的切换周期减少。切换 信号SH与&的切换周期亦对应减少。换句话说，切换信号SH与&的切换频率增加。参阅图1、2、3、5、6、7、8及10，当输入电压VIN增加时，则DC偏压Vy也增加。根据图3的叙述中的算式(6)，调制信号VM会根据输入电压VIN的增加而增加。调制电流1 也 根据调制信号VM的增加而增加。当调制电流IM增加时，放电电流ID+IM也增加。斜坡信号 Ikmp在波形放电部分的斜率因此增加，因此切换信号SJ第二信号)的脉冲宽度会根据输入 电压VIN的增加而减少。由于切换信号(第二信号)&的脉冲宽度减少，切换信号(第一信 号)SH与振荡信号Sw的比例将增加，且电容器50的DC偏压将根据输入电压VIN的增加而增 加。根据本发明实施例，当功率转换器的输入电压具有明显的变换时，切换信号&的 脉冲宽度可被调整，且操作不会落在非线性区域。本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因 此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
一种谐振功率转换器，包括一电容器与一感应装置，形成一谐振槽；一第一晶体管与一第二晶体管，用以切换该谐振槽；以及一控制电路，用以产生一第一信号与一第二信号，以分别控制该第一晶体管与该第二晶体管，其中，该第一信号与该第二信号的频率改变，以调整该谐振功率转换器的输出；其中，该控制电路还检测该谐振功率转换器的一输入电压，且该第二信号的脉冲宽度根据该输入电压的变化而调整。
2.根据权利要求1所述的谐振功率转换器，其中，该控制电路包括一反馈输入电路，耦接该谐振功率转换器的该输出，以接收一反馈信号； 一振荡器，用以根据该反馈信号而产生一振荡信号； 一输出电路，用以根据该振荡信号而产生该第一信号与该第二信号；以及 一差动电路，耦接该谐振功率转换器的一输入与该电容器，用以产生一调制信号； 其中，该第二信号的脉冲宽度由该调制信号来调整。
3.根据权利要求2所述的谐振功率转换器，其中，该反馈输入电路根据该反馈信号产 生一充电电流与一放电电流，该充电电流与该放电电流耦接至该振荡器，该充电电流决定 该振荡信号的导通时间，且该放电电流决定该振荡信号的关闭时间。
4.根据权利要求2所述的谐振功率转换器，其中，该差动电路根据该调制信号产生一 调制电流，且该调制电流耦接至该振荡器以调整该振荡信号的关闭时间。
5.根据权利要求1所述的谐振功率转换器，其中，该第二信号的脉冲宽度根据该输入 电压的增加而减少。
6.根据权利要求1所述的谐振功率转换器，其中，该电容器的DC偏压根据该输入电压 的增加而增加。
7.—种功率转换器，包括一电容器与一感应装置，形成一谐振槽； 两晶体管，用以切换该谐振槽；以及 一控制电路，用以产生多个切换信号以控制该两晶体管； 其中，该多个切换信号的频率改变，以调整该功率转换器的一输出；以及 其中，该控制电路检测该电容器的一电压，以调整该多个切换信号并改变该电容器的 DC偏压。
8.根据权利要求7所述的功率转换器，其中，该控制电路还检测该功率转换器的一输 入电压，以判断该电容器的DC偏压。
9.根据权利要求7所述的功率转换器，其中，该多个切换信号的脉冲宽度改变，以决定 该电容器的DC偏压。
10.根据权利要求7所述的功率转换器，其中，该控制电路包括 一反馈输入电路，耦接该功率转换器的该输出，以接收一反馈信号； 一振荡器，用以根据该反馈信号而产生一振荡信号；一输出电路，用以根据该振荡信号而产生该多个切换信号；以及一差动电路，耦接该谐振功率转换器的一输入与该电容器，用以产生一调制信号；其中，该多个切换信号的脉冲宽度由该调制信号来调整。
11.根据权利要求7所述的功率转换器，其中，该多个切换信号中的一者的脉冲宽度根 据该输入电压的变化而改变。
12.根据权利要求7所述的功率转换器，其中，该电容器的DC偏压根据该输入电压的变 化而改变。
全文摘要
一种谐振功率转换器，包括一电容器、一感应装置、一第一晶体管、一第二晶体管以及一控制电路。电容器与感应装置形成一谐振槽。第一晶体管与第二晶体管用以切换谐振槽。控制电路用以产生第一信号与第二信号，以分别控制第一晶体管与第二晶体管。第一信号与第二信号的频率改变以调整谐振功率转换器的输出。控制电路还检测谐振功率转换器的输入电压，且第二信号的脉冲宽度根据输入电压的变化而调整。
文档编号H02M3/338GK101854121SQ20091026146
公开日2010年10月6日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年2月10日
发明者杨大勇, 林天麒, 苏英杰, 谢士弘 申请人:崇贸科技股份有限公司