专利名称：功率转换器的控制器以及准谐振功率转换器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种功率转换器，特别是涉及一种准谐振功率转换器 (quasi-resonant power converter)0
背景技术：
为了改善在高切换频率时的效能并降低功率损耗，准谐振功率转换器 (quasi-resonant power converter)是一种解决方式。准谐振功率转换器的技术细节可 参阅现有技术-编号 7,426，120 且名称为 “Switching Control CircuitHaving a Valley Voltage Detector to Achieve Soft Switching for a ResonantPower converter，，的美 国专利。然而，准谐振功率转换器的缺点是在轻负载状态下效率较低。准谐振功率转换器 的切换频率是根据其输入电压及输出负载而变化。一旦输入电压增加或者输出负载减少， 准谐振功率转换器的切换频率将会自然地增加。在轻负载下增加的切换频率将会提高准谐 振功率转换器的切换损耗，因此降低了效率。
发明内容
本发明提供一种控制器，适用于功率转换器。此控制器包括脉宽调制电路、检测电 路、信号生成器、以及振荡电路。脉宽调制电路生成切换信号。此切换信号切换功率转换器 的变压器，且反馈信号耦接至脉宽调制电路以禁用所述切换信号。检测电路通过电阻器耦 接变压器，且根据获得自变压器的检测信号来生成波谷信号。信号生成器接收所述反馈信 号以及所述波谷信号以生成使能信号。振荡电路生成最高频率信号。此最高频率信号结合 所述使能信号来生成脉冲信号，而此脉冲信号用来使能所述切换信号。所述反馈信号与功 率转换器的输出负载相关联。所述脉冲信号的最高频率被限制。所述控制器还包括突冲电路，其接收所述反馈信号以生成突冲信号来禁用所述切 换信号。此突冲电路包括具有磁滞特性的阈值信号以生成所述突冲信号。所述切换信号 的截止时间根据所述反馈信号的减少而增加。所述检测电路包括检测端、电压箝制电路、电流检测电路以及比较器。检测端耦接 变压器以接收所述检测信号。电压箝制电路箝制在检测端上的最小电压。电流检测电路根 据流至检测端的电流来生成电流信号。比较器则根据此电流信号来生成所述波谷信号，且 波谷信号只在切换信号被禁用时生成。本发明也提供一种控制准谐振功率转换器的方法。此方法包括以下步骤生成切 换信号，此切换信号用来切换准谐振功率转换器的变压器；根据反馈信号来生成重置信号； 在所述切换信号的截止期间，根据获得自变压器的检测信号来生成波谷信号；生成最高频 率信号；根据所述反馈信号以及所述波谷信号来生成使能信号；以及根据所述使能信号以 及最高频率信号来生成脉冲信号。所述重置信号用来禁用所述切换信号。所述脉冲信号则 用来使能所述切换信号。所述反馈信号与准谐振功率转换器的输出负载相关联。所述波谷信号是通过耦接所述变压器的电阻器而生成。此方法还包括根据所述反馈信号来生成突冲信号。此突冲信号用来禁用所述切换信号。此突冲信号根据所述反馈信 号与阈值信号而生成，且此阈值信号具有磁滞特性以生成所述突冲信号。所述切换信号的 截止时间根据所述反馈信号的减少而增加。该切换信号的最高频率被限制。本发明还提供一种切换功率转换器的方法，此方法包括以下步骤生成切换信号， 此切换信号用来切换功率转换器的变压器；根据反馈信号来生成重置信号；在所述切换信 号的截止期间，根据变压器的信号波形来生成波谷信号；以及根据所述反馈信号以及所述 波谷信号来生成脉冲信号。所述脉冲信号的最高频率被限制。所述重置信号用来禁用所述 切换信号。所述脉冲信号用来使能所述切换信号。所述反馈信号与功率转换器的输出负载 相关联。所述方法还包括生成最高频率信号以生成所述脉冲信号。此最高频率信号的频 率根据所述反馈信号的减少而减少。所述波谷信号是通过耦接变压器的电阻器而生成。所 述方法还包括根据所述反馈信号来生成突冲信号。此突冲信号用来禁用所述切换信号。 此突冲信号根据所述反馈信号与阈值信号而生成，且此阈值信号具有磁滞特性以生成所述 突冲信号。所述切换信号的截止时间根据所述反馈信号的减少而增加。所述切换信号的最 高频率被限制。
图1绘示准谐振功率转换器；
图2绘示根据本发明的--实施例的准谐振功率转换器的控制器；
图3绘示根据本发明的--实施例的控制器的突冲电路；
图4绘示根据本发明的--实施例的控制器的检测电路；
图5绘示根据本发明的--实施例的控制器的信号生成电路；
图6绘示根据本发明的--实施例的信号生成电路的振荡电路；
图7绘示根据本发明的--实施例的信号生成电路的电压转电流电路；
图8绘示根据本发明一实施例，切换信号以及变压器的反射信号的波形
图9绘示操作在不同负载状态下的准谐振功率转换器的主要信号波形；
图IOA绘示当准谐振功率转换器在重负载状态下的主要信号波形；
图IOB绘示当准谐振功率转换器在轻负载状态下的主要信号波形；
图11绘示根据本发明的另一实施例的控制器的信号生成电路；以及
图12绘示根据本发明的-一实施例，图11的信号生成电路的振荡电路。
附图符号说明
图1
10 变压器；12 整流器；
15 电容器；20 晶体管；
31、32 电阻器；40 整流器；
45 电容器；50 控制器；
Na 辅助绕组；Np 初级绕组；
Ns 次级绕组；Spwm切 换信号；
Vaux 反射电压；Vrc 供应电压；
Vfb 反馈信号； V。 输出电压； 图2:
60 脉宽调制电路； 75 比较器； 80 触发器； 100 突冲电路； 300 信号生成电路 RMP 斜坡信号； Sbt 突冲信号； Sv 波谷信号。 图3
110 比较器； 120,125 开关； 图4
210 电流源； 215、220、231、232 240 电阻器； 251 反相器； 270,280 与门； Vn、Vt2阈 值电压； 图5:
电压转电流电路 反相器； 电容器； 与门；
Vin 输入电压； Vs 检测电压。
65 反相器； 76 与门； 85 与门； 200 检测电路 PLS 脉冲信号 RST 重置信号 St 放电时间信号；
115 反相器; VTA、Vtb 参考电压。
213 电阻器；
晶体管
312 315 320 325
330 振荡电路； Ic 充电电流；
,参考电压
VR1 > V1
Rl、v R2
Smt 暂停信号； 图6
340 电容器； 351,354 开关； 358 开关； 361、362、363 比较器 365,366 与非门； 371 或门； Se 充电信号; Sfd 快速放电信号；
250 比较器； 260 比较器； V24tl 电流信号； VS 控制器的检测端。
313 电流源； 316 晶体管； 321,322 比较器； 3 或门；
工313、IFB 电幺丨匕；
Vtm 计时信号； Se 第一使能信号； Senb 使能信号。
350 电流源； 355 电流源； 359 电流源；
367,370 与门； 375,376 反相器；
SD、 放电信号； VH、八、Vm 阈值电压t0071]图7:0072]410 运算放大器；411 晶体管；0073]412 电阻器；421、422 晶体管；0074]430,435 电流源；I 输出端点；0075]I411、I421、I435 电流；V 输入端点。0076]图8 0077]P1. ..P5 时间点；Spwm 切换信号；0078]St 放电时间信号；Ts 去磁时间；0079]Vaux 反射电压。0080]图9 0081]Sbt 突冲信号；Spwm 切换信号；0082]Tbst 突冲期间；Vaux 反射电压。0083]图 IOA 0084]PLS 脉冲信号；RMP 斜坡信号；0085]Spwm 切换信号；Sv 波谷信号；0086]Ts 去磁时间；νΗ、八、VM 阈值电压0087]图 IOB 0088]PLS 脉冲信号；RMP 斜坡信号；0089]Spwm 切换信号；Sv 波谷信号；0090]Td 延迟时间；Ts 去磁时间；0091]vH、\、vM 阈值电压。0092]图11 0093]312 电压转电流电路；313 电流源；0094]342 振荡电路；0095]510、511、512、513、514 --晶体管；0096]工313、工510、IFB 电幺丨匕；Ich 充电电流；0097]Idh 放电电流；RMP 斜坡信号；0098]RST 重置信号；St 放电时间信号；0099]Sv 波谷信号。0100]图12 0101]340 电容器；351,354 开关；0102]358 开关；359 电流源；0103]361,362,363 比较器；365,366 与非门；0104]367,370 与门；371 或门；0105]375、376 反相器；380 与门；0106]385 延迟电路。Ich 充电电流；0107]Idh 放电电流；& 充电信号；0108]SdAdm 放电信号；Sfd 快速放电信号；0109]vH、\、vM 阈值电压。
具体实施例方式为使本发明的所述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结 合附图详细说明如下。图1绘示准谐振功率转换器(quasi-resonant power converter)。变压器10具 有初级绕组NP、辅助绕组Na、以及次级绕组Ns。初级绕组Np耦接输入电压VIN。整流器12与 电容器15串联于辅助绕组Na与参考接地之间。次级绕组Ns通过整流器40与电容器45来 生成输出电压V。。为了调节输出电压V。，控制器50生成切换信号Spwm以通过晶体管20来 切换变压器10。反馈信号Vfb与准谐振功率转换器的输出电压Vtj相关联。在本发明的一实 施例中，反馈信号Vfb与准谐振功率转换器的输出负载成比例地变化。反馈信号Vfb耦接控 制器50以生成切换信号Spwm,藉此调节准谐振功率转换器的输出电压V。。变压器10的辅助 绕组Na的反射电压Vaux可表示为
权利要求
1.一种控制器，适用于功率转换器，包括脉宽调制电路，生成切换信号，其中，所述切换信号切换所述功率转换器的变压器，且 反馈信号耦接至所述脉宽调制电路以禁用所述切换信号；检测电路，通过电阻器耦接所述变压器，且根据获得自所述变压器的检测信号来生成 波谷信号；信号生成器，接收所述反馈信号以及所述波谷信号以生成使能信号；以及 振荡电路，生成最高频率信号，其中，所述最高频率信号结合所述使能信号来生成脉冲 信号，所述脉冲信号用来使能所述切换信号，所述反馈信号与所述功率转换器的输出负载 相关联，且所述脉冲信号的最高频率被限制。
2.如权利要求1所述的控制器，还包括突冲电路，接收所述反馈信号以生成突冲信号 来禁用所述切换信号，其中，所述突冲电路包括具有磁滞特性的阈值信号以生成所述突冲 信号。
3.如权利要求1所述的控制器，其中，所述切换信号的截止时间根据所述反馈信号的 减少而增加。
4.如权利要求1所述的控制器，其中，所述检测电路包括 检测端，耦接所述变压器以接收所述检测信号；电压箝制电路，箝制在所述检测端上的最小电压； 电流检测电路，根据流至所述检测端的电流来生成电流信号；以及 比较器，根据所述电流信号来生成所述波谷信号，其中，所述波谷信号只在所述切换信 号被禁用时生成。
5.一种准谐振功率转换器的控制方法，包括生成切换信号，所述切换信号用来切换所述准谐振功率转换器的变压器； 根据反馈信号来生成重置信号；在所述切换信号的截止期间，根据获得自所述变压器的检测信号来生成波谷信号； 生成最高频率信号；根据所述反馈信号以及所述波谷信号来生成使能信号；以及根据所述使能信号以及所述最高频率信号来生成脉冲信号；其中，所述重置信号用来 禁用所述切换信号，所述脉冲信号用来使能所述切换信号，且所述反馈信号与所述准谐振 功率转换器的输出负载相关联。
6.如权利要求5所述的准谐振功率转换器的控制方法，其中，所述波谷信号通过耦接 所述变压器的电阻器而生成。
7.如权利要求5所述的准谐振功率转换器的控制方法，还包括根据所述反馈信号来生成突冲信号，其中，所述突冲信号用来禁用所述切换信号，所述 突冲信号根据所述反馈信号与阈值信号而生成，且所述阈值信号具有磁滞特性以生成所述 突冲信号。
8.如权利要求5所述的准谐振功率转换器的控制方法，其中，所述切换信号的截止时 间根据所述反馈信号的减少而增加。
9.如权利要求5所述的准谐振功率转换器的控制方法，其中，所述切换信号的最高频 率被限制。
10.一种切换功率转换器的方法，包括生成切换信号，所述切换信号用来切换所述功率转换器的变压器；根据反馈信号来生成重置信号；在所述切换信号的截止期间，根据所述变压器的信号波形来生成波谷信号；以及根据所述反馈信号以及所述波谷信号来生成脉冲信号；其中，所述脉冲信号的最高频 率被限制，所述重置信号用来禁用所述切换信号，所述脉冲信号用来使能所述切换信号，且 所述反馈信号与所述功率转换器的输出负载相关联。
11.如权利要求10所述的切换功率转换器的切换方法，还包括生成最高频率信号以生成所述脉冲信号，其中，所述最高频率信号的频率根据所述反 馈信号的减少而减少。
12.如权利要求10所述的功率转换器的切换方法，其中，所述波谷信号是通过耦接所 述变压器的电阻器而生成。
13.如权利要求10所述的功率转换器的切换方法，还包括根据所述反馈信号来生成突冲信号，其中，所述突冲信号用来禁用所述切换信号，所述 突冲信号根据所述反馈信号与阈值信号而生成，且所述阈值信号具有磁滞特性以生成所述 突冲信号。
14.如权利要求10所述的功率转换器的切换方法，其中，所述切换信号的截止时间根 据所述反馈信号的减少而增加。
15.如权利要求10所述的功率转换器的切换方法，其中，所述切换信号的最高频率被 限制。
全文摘要
本发明提供一种功率转换器的控制器以及准谐振功率转换器的控制方法。该控制器，适用于功率转换器。此控制器包括脉宽调制电路、检测电路、信号生成器、以及振荡电路。脉宽调制电路生成切换信号。此切换信号用以切换功率转换器的变压器。反馈信号耦接至脉宽调制电路以禁用切换信号。检测电路通过电阻器耦接变压器，且根据获得自变压器的检测信号来生成波谷信号。信号生成器接收反馈信号以及波谷信号以生成使能信号。振荡电路生成最高频率信号。最高频率信号结合使能信号来生成脉冲信号。反馈信号与功率转换器的输出负载相关联。脉冲信号的最高频率被限制。
文档编号H02M7/217GK102097960SQ201110039378
公开日2011年6月15日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年10月1日
发明者杨大勇, 林立, 陈荣升 申请人:崇贸科技股份有限公司