专利名称：控制功率转换器提供输出电压与电流调整的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种功率转换器，尤其是指一种功率转换器的控制电路与控制方法，其使功率转换器无需设置输入电容即可提供输出调整。。
背景技术：
现今，各种不同的功率转换器已被广泛地运用于提供一调整输出(输出电压及/ 或输出电流)。功率转换器具有一输入电容，而用于储存能量。一般而言，输入电容为一电解电容，其体积庞大且可靠度低。再者，无需使用高电容值的输入电容，是可改善功率转换器的功率因子(Power Factor ；PF)。请参阅图1，其为现有技术的返驰式功率转换器的电路图。如图所示，现有技术的返驰式功率转换器具有一输入电解电容40，用于储存能量。此外，其包含一整流器12。整流器12接收一输入线电压\c与调整输入线电压\c。输入电解电容40耦接整流器12的一输出端以储存能量。一电压Vdc由输入电解电容40提供。一变压器10具有一一次侧绕组np、一二次侧绕组ns与一辅助绕组na。一次侧绕组Np的一端接收电压VDC。一次侧绕组Np的另一端耦接一晶体管20。晶体管20用以切换变压器10。二次侧绕组ns的一端耦接一整流器60的一端。一输出电容 65连接于整流器60的另一端与二次侧绕组Ns的另一端之间，以提供一输出电压\至一负载70。负载70并联于输出电容65。辅助绕组Na的一端耦接一分压器。分压器具有电阻51与52，电阻51与52相互串联。分压器产生一电压侦测讯号Vs。电阻52更耦接至接地端。一切换控制器50耦接于电阻51与52的一连接点，以接收电压侦测讯号Vs。切换控制器50产生一切换讯号SW。切换讯号sw控制晶体管20而切换变压器10，以调整功率转换器的一输出(输出电流iq及/ 或输出电压V。)。当晶体管20导通时，一切换电流Ip则流经变压器10。切换电流Ip进一步流经一电阻30而产生一电流侦测讯号Vcs。电流侦测讯号Vcs耦接切换控制器50。输入线电压VAe与电压VDe的波形如图2所示。电压VDe为输入电解电容40的电压。电压vd。的最小电压维持功率转换器正常运作。电压vd。的低电压可能会导致功率转换器的回授开路。返驰式功率转换器的输出电压\可表示为如下Vo = NxVdcx 丁洲 _______________________ ⑴
T- Ton其中，N为变压器10的匝数比(N = NS/NP ；Np为一次侧绕组，Ns为二次侧绕组)； Vdc为变压器10所提供的电压；Tw为晶体管20的导通时间；T是晶体管20的切换周期。为了使功率转换器达到稳定的回授回路并且防止变压器饱和，最大工作周期“!》/ t”是受限的，例如，一般为小于80%。假如电压vd。太低，最大工作时间ton将无法维持输出电压I(如方程式(1)所显示)并造成回授开路。当回授回路相应于输入线电SVa。的改变而显著的导通/截止，一过冲(overshoot)讯号以及/或一下冲(undershoot)讯号可能容易被产生在功率转换器的输出。
发明内容
本发明的目的之一是消除输入电容的需求，用以增进功率转换器的可靠度。本发明的目的之一是增进功率因子，减少功率转换器的尺寸与成本。本发明的目的之一是提供一种功率转换器的控制电路及控制方法，其可消除输入电容的需求，用以增进功率转换器的可靠度。本发明的目的之一是提供一种功率转换器的控制电路及控制方法，其可让功率转换器不需输入电容而提供输出调整，以增进功率转换器的功率因子并减少功率转换器的尺寸与成本。本发明的技术方案是这样实现的一种功率转换器的控制电路，其包含有一输出电路，该输出电路依据至少一回授讯号产生一切换讯号，以调整该功率转换器的一输出，其中该切换讯号切换一变压器；至少一输入电路，该输入电路取样至少一输入讯号以产生该回授讯号；以及一输入电压侦测电路，该输入电压侦测电路依据该功率转换器的一输入电压的准位产生一输入电压讯号；其中，该输入讯号关联于该功率转换器的该输出，当该输入电压讯号低于一门坎值时，该输入电路将停止取样该输入讯号。本发明中，其中该功率转换器的该输出为一输出电压。本发明中，其中该输入讯号为一电压讯号，并关联于该功率转换器的该输出电压。本发明中，其中该功率转换器的该输出为一输出电流。本发明中，其中该输入讯号为一电流讯号，并关联于该功率转换器的该输出电流。本发明中，其中该输入电路更包含一误差放大器用于形成一回授回路，该误差放大器在该输入电压讯号低于该临界值时，停止进行误差放大。本发明中，其中该输入电路更包含一低通滤波器用于一回路补偿，该低通滤波器在该输入电压讯号低于该门坎值时，保持先前状态。本发明中，其中该控制电路为一一次侧控制器。本发明中，其中该控制电路更包含一比较器，以比较该输入电压讯号与该门坎值， 当该输入电压讯号低于该门坎值时，该比较器产生一遮没讯号以停止该输入电路取样该输入讯号。本发明中，其中该输入电路包含一电压侦测电路，该电压侦测电路取样一第一输入讯号以产生一第一回授讯号， 该第一输入讯号为一电压侦测讯号，该第一回授讯号为一电压回授讯号；一第一误差放大器，该第一误差放大器比较该电压回授讯号与一第一参考讯号， 以产生一第一放大讯号；一第一低通滤波器，该第一低通滤波器依据该第一放大讯号产生一电压回路讯号；一电流侦测电路，该电流侦测电路依据一第二输入讯号以产生一第二回授讯号， 该第二输入讯号为一电流侦测讯号，该第二回授讯号为一电流回授讯号；一第二误差放大器，该第二误差放大器比较该电流回授讯号与一第二参考讯号，以产生一第二放大讯号；以及一第二低通滤波器，该第二低通滤波器依据该第二放大讯号产生一电流回路讯号；其中，该输出电路依据该电压回路讯号与该电流回路讯号产生该切换讯号，当该输入电压讯号低于该门坎值时，该第一误差放大器与该第二误差放大器停止进行误差放大，当该输入电压讯号低于该门坎值时，该第一低通滤波器与该第二低通滤波器则保持先前状态。本发明还同时公开了一种功率转换器的控制方法，其包含依据至少一回授讯号产生一切换讯号，以调整该功率转换器的一输出，其中该切换讯号切换一变压器；取样至少一输入讯号以产生该回授讯号，其中该输入讯号相关联于该功率转换器的该输出；依据该功率转换器的一输入电压的准位产生一输入电压讯号；以及该输入电压讯号低于一门坎值时，停止取样该输入讯号。本发明中，其中该功率转换器的该输出为一输出电压及/或一输出电流。本发明中，其中该输入讯号为一电压讯号并相关联于该功率转换器的该输出电压，或者该输入讯号为一电流讯号并相关联于该功率转换器的该输出电流。本发明中，其中该控制方法更包含进行一误差放大该回授讯号，其中在该输入电压讯号低于该临界值时，停止进行误差放大。本发明中，其中该控制方法更包含进行一低通滤波用以回路补偿，其中当该输入电压讯号低于该临界值时，该低通滤波保持先前状态。本发明中，其中该控制方法为一一次侧控制方法。本发明提供一种功率转换器的控制电路与控制方法，其让功率转换器不需设置输入电容，即可提供输出调整。本发明的控制电路可消除输入电容的需求，用以增进功率转换器的可靠度。
图1是现有技术具有一输入电解电容的返驰式功率转换器的电路示意图；图2是现有技术的返驰式功率转换器的输入线电压Vac与电压Vdc的波形示意图；图3是本发明的一较佳实施例的返驰式功率转换器的电路示意图；图4是本发明的一较佳实施例的返驰式功率转换器的一切换控制器的电路示意图；图5是本发明的一较佳实施例的遮没讯号BLK对应于输入电压Vin与输入电压讯号Ein的波形示意图；图6是本发明的一较佳实施例的切换控制器的误差放大器的电路示意图；以及图7是本发明的一较佳实施例的切换控制器的低通滤波器的电路示意图。图号对照说明10 变压器12 整流器20 晶体管30 电阻
40输入电解电容50切换控制器
51电阻52电阻
60整流器65电容
70负载100切换控制器
150电压侦测电路200电流侦测电路
250积分器300输入电压侦测电路
310比较器350第一误差放大器
360运算放大器361开关
362开关365反相器
370第二误差放大器400第一低通滤波器
410与门411与门
420开关425电容
430开关435 电容
450第二低通滤波器500 脉波宽度调变电路
BLK遮没讯号CK1时脉讯号
CK2时脉讯号COMI电流回路讯号
COMV电压回路讯号E1第二放大讯号
F ijin输入电压讯号Ev第一放大讯号
Ex放大讯号I0输出电流
Ip切换电流NA辅助绕组
Np一次侧绕组Ns二次侧绕组
Sff切换讯号Sds消磁时间讯号
Vac输入线电压Vcs电流侦测讯号
VDC电压V1电流回授讯号
VIN输入电压V0输出电压
VEI第二参考讯号Vrv第一参考讯号
Vrx参考讯号Vs电压侦测讯号
Vt门坎值Vv电压回授讯号
Vx回授讯号
具体实施例方式为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下请参阅图3，其是本发明的一较佳实施例的返驰式功率转换器。一次侧控制的返驰式功率转换器的详细描述可参考美国专利第6，977,8 号“Control circuit for controlling output current at the primary side of a power converter，，、美国专利第 7，016，204 号"Close-loop PWM controller for primary-side controlled power converters，，、美 15 专禾[!第 7, 349, 229 ^ "Causal sampling circuit for measuring reflected voltage and demagnetizing time of transformer，，与美国专利第 7，486，528
7号"Linear—predict sampling for measuring demagnetized voltage of transformer，，。如图3所示，本发明的此实施例的返驰式功率转换器与现有功率转换器大致相同 (如图1所示)，除了此实施例的切换控制器100与此实施例不需要输入电解电容40之外。 如图所示，变压器10包含一次侧绕组NP、辅助绕组Na及二次侧绕组Ns。一次侧绕组Np接收输入电压VIN。整流器12接收输入线电压Vac及整流输入线电压Vac以产生输入电压Vin。 电阻51与52连接辅助绕组Na，以产生电压侦测讯号\，电压侦测讯号Vs耦接至切换控制器 100。电压侦测讯号Vs为一电压讯号，其关联于功率转换器的输出电压N0与输入电压 Vin的准位。切换控制器100为一控制电路，其产生切换讯号SW。切换讯号SW经由晶体管 20切换变压器10，用以调整一输出(输出电流I。及/或输出电压V。)。切换控制器100为一一次侧控制的控制器。电阻30连接于晶体管20与接地端之间。当晶体管20导通时，切换电流Ip将会流经变压器10。经由电阻30，切换电流Ip将会产生电流侦测讯号Vcs。电流侦测讯号V。s耦接切换控制器100。切换电流Ip为一电流讯号，其关联于功率转换器的输出电流Itj与输入电压VIN。因此，电流侦测讯号Vcs表示切换电流IP，且关联于功率转换器的输出电流I。。请参阅图4，其是本发明的一较佳实施例的切换控制器的电路示意图。如图所示， 切换控制器100包含一第一输入电路与一第二输入电路。第一输入电路包含一电压侦测电路(V-DET) 150，一第一误差放大器350与一第一低通滤波器(LPF)400。第二输入电路包含一电流侦测电路(I-DET) 200、一积分器250、一第二误差放大器370与一第二低通滤波器 450 (LPF)。电压侦测讯号Vs与电流侦测讯号V。s分别为一第一输入讯号与一第二输入讯号， 且分别提供至电压侦测电路150与电流侦设电路200。电压侦测电路150接收电压侦测讯号\并取样电压侦测讯号\，以产生一第一回授讯号与一消磁时间讯号^。第一回授讯号为一电压回授讯号Vv。消磁时间讯号^is耦接积分器250。电压回授讯号Vv耦接第一误差放大器350，第一误差放大器350比较电压回授讯号Vv与一第一参考讯号Vkv，以产生一第一放大讯号Ev。第一误差放大器350用于形成一回授回路。第一低通滤波器400连接第一放大讯号Εν，用以回路补偿(回授回路的频率补偿)，并且产生一电压回路讯号C0MV。电压侦测电路150的详细描述可参考美国专利第7，016，204号。电流侦测电路200连接电流侦测讯号Vcs，并经由积分器250产生一第二回授讯号。 第二回授讯号为一电流回授讯号V”电流侦测电路200量测电流侦测讯号Vcs，以产生一电流波形讯号。积分器250积分电流波形讯号与消磁时间讯号$s，以产生电流回授讯号V115 也就是说，电流侦测电路200取样电流侦测讯号Vcs，以产生电流回授讯号％。电流侦测电路200与积分器250的详细描述可参考美国专利第7，016，204号。电流回授讯号V1更耦接第二误差放大器370，第二误差放大器370比较电流回授讯号V1与一第二参考讯号Vki，用以产生一第二放大讯号氏。第二误差放大器370用于形成另一回授回路。第二低通滤波器450连接第二放大讯号E1,以用于形成另一回路补偿(回授回路的频率补偿)，并且产生一电流回路讯号COMI。电压回路讯号COMV与电流回路讯号 COMI耦接一脉波宽度调变电路(PWM) 500，用以产生切换讯号SW。脉波宽度调变电路500为一输出电路，用于产生切换讯号SW。切换讯号SW经由晶
8体管20切换变压器10 (如图3所示)，以调整功率转换器的输出。也就是说，脉波宽度调变电路500依据电压回授讯号Vv与电流回授讯号V1产生切换讯号SW，用以调整功率转换器的输出。功率转换器的输出为输出电压％及/或输出电流Itj(如图3所示)。电压侦测讯号Vs进一步耦接一输入电压侦测电路(Vin-DET) 300，用以产生一输入电压讯号Ein。电压侦测讯号Vs关联于功率转换器的输入电压Vin(如图3所示)。因此，输入电压侦测电路300依据功率转换器的输入电压Vin的电压准位产生输入电压讯号Ein。如此，输入电压讯号Ein的准位是关联于功率转换器的输入电压Vin的电压准位。输入电压讯号Ein耦接于一比较器310，以与一门坎值Vt进行比较。当输入电压讯号Ein低于门坎值Vt时，比较器310将会产生一遮没讯号BLK，遮没讯号BLK为一低准位为真讯号(low-true signal)。遮没讯号BLK耦接误差放大器350与 370，以停止误差放大器350与370取样电压回授讯号Vv及/或电流回授讯号％。这如同， 当输入电压讯号^^低于门坎值Vt时，输入电路则停止取样输入讯号(电压侦测讯号^及 /或电流侦测讯号Vcs)。遮没讯号BLK进一步耦接低通滤波器400与450，以禁止取样放大讯号Ev及/或氏。请参阅图5，其是本发明的遮没讯号BLK对应于输入电压Vin与输入电压讯号Ein的波形示意图。如图所示，当输入电压讯号低于门坎值Vt时，低准位为真的遮没讯号BLK 即被产生。请参阅图6，其是本发明的一较佳实施例的误差放大器的电路图。如图所示，误差放大器350与370用来对回授讯号Vx(例如电压回授讯号Vv或电流回授讯号V1)进行误差放大，并在输入电压讯号Ein低于临界值Vt时，停止进行误差放大。一运算放大器360为一跨导放大器(transconductance amplifier)，其用于产生放大讯号&，例如第一放大讯号Ev或第二放大讯号氏。一开关361接收回授讯号Vx (例如电压回授讯号Vv或电流回授讯号V1)，并连接运算放大器360的负输入端。一参考讯号Vkx(例如第一参考讯号Vkv或第二参考讯号Vki) 连接运算放大器360的正输入端。一开关362耦接于运算放大器360的正输入端与负输入端之间。遮没讯号BLK控制开关361。遮没讯号BLK经由一反相器365控制开关362。因此，一般大多数的时候，运算放大器360的负输入端接收回授讯号\。因为，当传导放大器的两个输入端短路时，其会无电流输出且为高阻抗。所以当遮没讯号BLK致能(低逻辑准位)时，开关361截止且开关362导通，运算放大器360的负输入端与正输入端短路并且连接并接收参考讯号VKX。因此，误差放大器350与370不连接并且不接收回授讯号\。就如同，当输入电压讯号Ein低于临界值Vt时，误差放大器350与 370停止进行误差放大。请参阅图7，其是本发明的一较佳实施例的低通滤波器的电路示意图。如图所示， 低通滤波器400与450用于进行低通过滤。当输入电压讯号Ein低于门坎值Vt时，低通滤波则保持在先前的状态。低通滤波器400与450包含开关420、430、电容425、435以形成一低通切换滤波器，以用于回路补偿。开关420的一端接收放大讯号&(例如第一放大讯号 Ev或第二放大讯号E1)。电容425耦接于开关420的另一端与接地端之间。开关430耦接于电容425与电容435之间。电容435产生回路讯号COMX (例如电压回路讯号COMV或电流回路讯号C0MI)。
时脉讯号CK1与CK2分别耦接与门411与410的一输入端。遮没讯号BLK耦接与门410与411的另一输入端。与门411的输出控制开关420，以用于取样放大讯号&至电容425。与门410的输出控制开关430，用来把储存在电容425的放大讯号&取样到电容 435，以产生回路讯号C0MX。时脉讯号CK1与CK2透过与门411与410控制开关420与430的切换。其中，遮没讯号BLK透过与门411与410截止开关420与430。因此，当遮没讯号BLK致能时，电容425 与435上的讯号将维持在先前状态。根据本发明，当输入电压Vin低于临界值Vt时(如图 5所示)，功率转换器的回授回路将维持在先前状态。因此，回授回路将维持稳定，并且没有过冲(overshoot)禾口下冲(undershoot)现象。综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种功率转换器的控制电路，其特征在于，其包含有一输出电路，该输出电路依据至少一回授讯号产生一切换讯号，以调整该功率转换器的一输出，其中该切换讯号切换一变压器；至少一输入电路，该输入电路取样至少一输入讯号以产生该回授讯号；以及一输入电压侦测电路，该输入电压侦测电路依据该功率转换器的一输入电压的准位产生一输入电压讯号；其中，该输入讯号关联于该功率转换器的该输出，当该输入电压讯号低于一门坎值时， 该输入电路将停止取样该输入讯号。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该功率转换器的该输出为一输出电压。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中该输入讯号为一电压讯号，并关联于该功率转换器的该输出电压。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该功率转换器的该输出为一输出电流。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，其中该输入讯号为一电流讯号，并关联于该功率转换器的该输出电流。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该输入电路更包含一误差放大器用于形成一回授回路，该误差放大器在该输入电压讯号低于该临界值时，停止进行误差放大。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该输入电路更包含一低通滤波器用于一回路补偿，该低通滤波器在该输入电压讯号低于该门坎值时，保持先前状态。
8.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该控制电路为一一次侧控制器。
9.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该控制电路更包含一比较器，以比较该输入电压讯号与该门坎值，当该输入电压讯号低于该门坎值时，该比较器产生一遮没讯号以停止该输入电路取样该输入讯号。
10.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该输入电路包含一电压侦测电路，该电压侦测电路取样一第一输入讯号以产生一第一回授讯号，该第一输入讯号为一电压侦测讯号，该第一回授讯号为一电压回授讯号；一第一误差放大器，该第一误差放大器比较该电压回授讯号与一第一参考讯号，以产生一第一放大讯号；一第一低通滤波器，该第一低通滤波器依据该第一放大讯号产生一电压回路讯号；一电流侦测电路，该电流侦测电路依据一第二输入讯号以产生一第二回授讯号，该第二输入讯号为一电流侦测讯号，该第二回授讯号为一电流回授讯号；一第二误差放大器，该第二误差放大器比较该电流回授讯号与一第二参考讯号，以产生一第二放大讯号；以及一第二低通滤波器，该第二低通滤波器依据该第二放大讯号产生一电流回路讯号；其中，该输出电路依据该电压回路讯号与该电流回路讯号产生该切换讯号，当该输入电压讯号低于该门坎值时，该第一误差放大器与该第二误差放大器停止进行误差放大，当该输入电压讯号低于该门坎值时，该第一低通滤波器与该第二低通滤波器则保持先前状态。
11.一种功率转换器的控制方法，其特征在于，其包含依据至少一回授讯号产生一切换讯号，以调整该功率转换器的一输出，其中该切换讯号切换一变压器；取样至少一输入讯号以产生该回授讯号，其中该输入讯号相关联于该功率转换器的该输出；依据该功率转换器的一输入电压的准位产生一输入电压讯号；以及该输入电压讯号低于一门坎值时，停止取样该输入讯号。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，其中该功率转换器的该输出为一输出电压及/或一输出电流。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，其中该输入讯号为一电压讯号并相关联于该功率转换器的该输出电压，或者该输入讯号为一电流讯号并相关联于该功率转换器的该输出电流。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，其中该控制方法更包含进行一误差放大该回授讯号，其中在该输入电压讯号低于该临界值时，停止进行误差放大。
15.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，其中该控制方法更包含进行一低通滤波用以回路补偿，其中当该输入电压讯号低于该临界值时，该低通滤波保持先前状态。
16.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，其中该控制方法为一一次侧控制方法。
全文摘要
本发明涉及一种功率转换器的控制电路及方法，其包含一输出电路、至少一输入电路与一输入电压侦测电路。输出电路依据至少一回授讯号产生一切换讯号，用以调整功率转换器的一输出。切换讯号用以切换功率转换器的一变压器。输入电路取样至少一输入讯号以产生回授讯号。输入讯号相关于功率转换器的输出。输入电压侦测电路依据功率转换器的一输入电压的准位产生一输入电压讯号。当输入电压讯号低于一门坎值时，输入电路将停止取样输入讯号。本发明的控制电路可消除输入电容的需求，用以增进功率转换器的可靠度。
文档编号H02M3/335GK102290998SQ20111021956
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年9月7日
发明者杨大勇, 林立 申请人:崇贸科技股份有限公司