电源转换器的控制电路的制作方法

本发明有关电源转换器(power converter)，尤指一种适用于输入电压相异的多种电源转换器架构的控制电路。

背景技术：

在一般电源转换器中，传导损失(conduction loss)与切换损失(switching loss)两者通常是反向变化。电源转换器中的功率开关的最佳切换频率，便是能使传导损失与切换损失两者的总和达到最低点的切换频率，亦即能使电源转换器的电源转换效率达到最佳化的切换频率。

功率开关的最佳切换频率，会随着输入电压、输出电压、负载大小等外部条件的改变而有所不同。例如，在输入电压为115伏特的应用中，功率开关的最佳切换频率与在输入电压为230伏特的应用中的最佳切换频率是不相同的。因此，传统控制电路的设计者必须依据特定电源转换器的输入电压大小，预先调整传统控制电路中的元件参数，才能使传统控制电路将特定电源转换器中的功率开关操作在最佳切换频率。

然而，由于传统控制电路无法随着外部条件的改变而动态调整功率开关的最佳切换频率，所以一旦被应用在输入电压不同的其他电源转换器中时，便无法使功率开关操作在最佳切换频率。如此一来，便会大幅降低电源转换器的电源转换效率。

换言之，传统控制电路的架构只能应用在具有相同输入电压的特定电源转换器中，而难以应用在输入电压相异的其他电源转换器中，导致其应用范围非常受限。

技术实现要素：

有鉴于此，如何有效拓展控制电路的应用范围，使得相同的控制电路可适用于输入电压相异的不同电源转换器中，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种电源转换器的控制电路的实施例。该电源转换器包含一一次侧线圈、一二次侧线圈、一功率开关、以及一反馈电路，其中，该功率开关的切换操作用以控制该一次侧线圈与该二次侧线圈之间的能量感应及转换，以将一输入信号转换为一输出信号，而该反馈电路用于产生与该输出信号的大小相对应的一反馈信号。该控制电路包含：一输入信号侦测电路，设置成侦测该输入信号的大小，以产生一侦测信号；一时钟产生电路，设置成产生一时钟信号；一误差侦测电路，设置成依据一参考信号和该反馈信号产生一误差信号；一控制信号产生电路，耦接于该时钟产生电路与该误差侦测电路，设置成依据该时钟信号与该误差信号来控制该功率开关的切换频率；以及一反向调整电路，耦接于该输入信号侦测电路，设置成依据该侦测信号调整该时钟产生电路或该控制信号产生电路，以将该功率开关的切换频率设置成与该输入信号的大小成反比。

本说明书另提供一种电源转换器的控制电路的实施例。该电源转换器包含一电感、一或多个功率开关、以及一反馈电路，其中，该一或多个功率开关的切换操作用以控制该电感的储能与释能，以将一输入信号转换为一输出信号，而该反馈电路用于产生与该输出信号的大小相对应的一反馈信号。该控制电路包含：一输入信号侦测电路，设置成侦测该输入信号的大小，以产生一侦测信号；一时钟产生电路，设置成产生一时钟信号；一误差侦测电路，设置成依据一参考信号和该反馈信号产生一误差信号；一控制信号产生电路，耦接于该时钟产生电路与该误差侦测电路，设置成依据该时钟信号与该误差信号来控制该一或多个功率开关的切换频率；以及一反向调整电路，耦接于该输入信号侦测电路，设置成依据该侦测信号调整该时钟产生电路或该控制信号产生电路，以将该一或多个功率开关的切换频率设置成与该输入信号的大小成反比。

上述实施例的优点之一，是控制电路会因应输入信号的大小，动态决定功率开关的最佳切换频率，故可有效确保电源转换器具有较佳的电源转换效率。

上述实施例的另一优点，是控制电路可应用在输入信号大小相异的多种电源转换器中，故其应用范围远比传统控制电路广泛许多。

本发明的其他优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的解说。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一实施例的反激式电源转换器简化后的功能方块图。

图2为本发明一实施例的升压型电源转换器简化后的功能方块图。

图3为本发明一实施例的降压型电源转换器简化后的功能方块图。

【符号说明】

100 反激式电源转换器

101 整流器

103 输入电容

105 一次侧线圈

107 二次侧线圈

109 二极管

111 第一功率开关

113 输出电容

115 负载

120 控制电路

121 输入信号侦测电路

123 时钟产生电路

125 误差侦测电路

127 控制信号产生电路

129 反向调整电路

130 反馈电路

200 升压型电源转换器

205、305 电感

211、311 第二功率开关

300 降压型电源转换器

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。

图1为本发明一实施例的反激式电源转换器100简化后的功能方块图。反激式电源转换器100包含一整流器(rectifier)101、一输入电容103、一一次侧线圈(primary-side coil)105、一二次侧线圈(secondary-side coil)107、一二极管109、一第一功率开关111、一输出电容113、一负载115、一控制电路(control circuit)120、以及一反馈电路(feedback circuit)130。

在反激式电源转换器100中，交流信号(AC signal)VIN1是未经过整流处理的交流信号。整流器101用于对交流信号VIN1进行整流处理，以将交流信号VIN1整流成m形波的整流信号(rectified signal)VIN2。输入电容103耦接于整流器101的输出端，用以降低整流信号VIN2中的噪声。一次侧线圈105的一第一端耦接于整流信号VIN2。二次侧线圈107的一第一端用于提供输出信号VOUT。二极管109耦接于二次侧线圈107的第一端与负载115之间。第一功率开关111耦接于一次侧线圈105的一第二端和一固定电位端(例如，接地端)之间。第一功率开关111的切换操作用以控制一次侧线圈105与二次侧线圈107之间的能量感应及转换，以将交流信号VIN1或整流信号VIN2转换为输出信号VOUT。输出电容113耦接于二极管109的输出端，用以降低输出信号VOUT中的噪声。

控制电路120用于控制第一功率开关111的切换操作，以调整流经一次侧线圈105的电流IL的大小，藉此改变流经二极管109的电流IOUT的大小，以调整输出信号VOUT。反馈电路130用于产生与输出信号VOUT的大小相对应的一反馈信号(feedback signal)FB。

如图1所示，控制电路120包含有一输入信号侦测电路(input signal detection circuit)121、一时钟产生电路(clock generation circuit)123、一误差侦测电路(error detection circuit)125、一控制信号产生电路(control signal generation circuit)127、以及一反向调整电路(reverse adjusting circuit)129。

在控制电路120中，输入信号侦测电路121设置成侦测反激式电源转换器100的一输入信号的大小，以产生一侦测信号DS。时钟产生电路123设置成产生一时钟信号CLK。误差侦测电路125用于耦接反馈电路130，并设置成依据一参考信号VREF和反馈信号FB产生一误差信号COMP。控制信号产生电路127耦接于时钟产生电路123与误差侦测电路125，并设置成依据时钟信号CLK与误差信号COMP来控制第一功率开关111的切换频率。反向调整电路129耦接于输入信号侦测电路121，并设置成依据侦测信号DS调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。例如，倘若反激式电源转换器100的输入信号大小为VINA，反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成FreqA；而若反激式电源转换器100的输入信号大小为小于VINA的VINB，则反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成大于FreqA的FreqB。请注意，前述的反比关系并不局限于是线性关系，也可以是曲线关系、折线关系、或其他态样。

在图1的实施例中，前述未经过整流处理的交流信号VIN1，以及经过整流处理后所产生的整流信号VIN2，两者都可视为反激式电源转换器100的输入信号。

前述反激式电源转换器100中的不同功能方块可分别用不同的电路来实现，也可整合在一单一电路芯片中。例如，控制电路120中的所有功能方块可以整合在一单一控制电路芯片(controller IC)中，也可以进一步将第一功率开关111整合到控制电路120中，以形成一单一转换电路芯片(converter IC)。实作上，也可将反馈电路130整合到控制电路120中。

如前所述，交流信号VIN1和整流信号VIN2两者都可视为反激式电源转换器100的输入信号。因此，输入信号侦测电路121所侦测的输入信号，可以是未经过整流处理的交流信号VIN1，也可以是整流器101对交流信号VIN1进行整流处理后所产生的整流信号VIN2。

在输入信号侦测电路121所侦测的输入信号是整流器101所产生的整流信号VIN2的部分实施例中，可将输入信号侦测电路121设置成对该输入信号(此时为整流信号VIN2)进行一取样与保持运作，以产生侦测信号DS。

在输入信号侦测电路121所侦测的输入信号是未经过整流处理的交流信号VIN1的其他实施例中，则可将输入信号侦测电路121设置成侦测该输入信号(此时为交流信号VIN1)的峰值，以产生侦测信号DS。

实作上，控制电路120可采用各种已知的电流控制模式(current mode)或是电压控制模式(voltage mode)的运作架构。

在控制电路120采用电流控制模式的运作架构中，控制信号产生电路127可利用各种已知的电路架构来侦测流经一次侧线圈105的电流IL，以产生与电流IL大小相对应的一感应信号CS(图中未绘示)。控制信号产生电路127可比较误差信号COMP与感应信号CS，并对误差信号COMP与感应信号CS之间的差值施加一预定增益以产生一第一比较信号VC1(图中未绘示)。接着，控制信号产生电路127可依据时钟信号CLK与第一比较信号VC1来产生一第一控制信号CTL1，以控制第一功率开关111的切换频率。实作上，控制信号产生电路127可利用各种已知的PWM信号产生器或是PFM信号产生器来产生前述的第一控制信号CTL1。

例如，控制信号产生电路127可将时钟信号CLK耦接到一RS正反器(图中未绘示)的一设定端，并将第一比较信号VC1耦接到该RS正反器的重置端。如此一来，便可利用该RS正反器依据时钟信号CLK与第一比较信号VC1来产生前述的第一控制信号CTL1。

在控制电路120采用电流控制模式的运作架构中，反向调整电路129可依据侦测信号DS控制时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。

例如，反向调整电路129可依据侦测信号DS控制控制信号产生电路127，使控制信号产生电路127将施加在误差信号COMP与感应信号CS之间的差值上的预定增益的大小，设置成与侦测信号DS的大小成反比，以调整第一比较信号VC1的大小，藉此改变第一功率开关111的切换频率，使得第一功率开关111的切换频率与反激式电源转换器100的输入信号(例如，交流信号VIN1或整流信号VIN2)的大小成反比。

或者，反向调整电路129也可依据侦测信号DS控制时钟产生电路123，使时钟产生电路123将时钟信号CLK的频率设置成与侦测信号DS的大小成反比，以藉此改变第一功率开关111的切换频率。如此一来，同样可将第一功率开关111的切换频率设置成与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。

在控制电路120采用电压控制模式的运作架构中，控制信号产生电路127可利用各种已知的电路架构依据反激式电源转换器100的输入信号(例如，交流信号VIN1或整流信号VIN2)、输出信号VOUT、特定的参考信号、或其他信号来产生一周期性的斜坡信号RAMP(图中未绘示)。接着，控制信号产生电路127比较斜坡信号RAMP与误差信号COMP以产生一第二比较信号VC2(图中未绘示)。接着，控制信号产生电路127可依据时钟信号CLK与第二比较信号VC2来产生一第一控制信号CTL1，以控制第一功率开关111的切换频率。同样地，控制信号产生电路127可利用各种已知的PWM信号产生器或是PFM信号产生器来产生前述的第一控制信号CTL1。

例如，控制信号产生电路127可将时钟信号CLK耦接到一RS正反器(图中未绘示)的一设定端，将第二比较信号VC2耦接到该RS正反器的重置端。如此一来，便可利用该RS正反器依据时钟信号CLK与第二比较信号VC2来产生前述的第一控制信号CTL1。

在控制电路120采用电压控制模式的运作架构中，反向调整电路129可依据侦测信号DS控制时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。

例如，反向调整电路129可依据侦测信号DS控制控制信号产生电路127调整前述斜坡信号RAMP的斜率，以藉此改变第一功率开关111的切换频率，使得第一功率开关111的切换频率与反激式电源转换器100的输入信号(例如，交流信号VIN1或整流信号VIN2)的大小成反比。

或者，反向调整电路129也可依据侦测信号DS控制时钟产生电路123，使时钟产生电路123将时钟信号CLK的频率设置成与侦测信号DS的大小成反比，以藉此改变第一功率开关111的切换频率。如此一来，同样可将第一功率开关111的切换频率设置成与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。

如前所述，反向调整电路129会依据输入信号侦测电路121对反激式电源转换器100的输入信号的侦测结果，动态地控制时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以藉此调整第一功率开关111的切换频率，使得第一功率开关111的切换频率与反激式电源转换器100的输入信号的大小成反比。

换言之，前述的控制电路120会因应反激式电源转换器100的输入信号的大小，动态决定第一功率开关111的最佳切换频率，故可有效确保反激式电源转换器100具有较佳的电源转换效率。

另外，由于控制电路120无需修改参数即可应用在输入信号大小相异的其他反激式电源转换器中，故其应用范围远比传统控制电路更广泛。

请注意，除了反激式电源转换器的架构外，前述的控制电路120还可应用在其他架构的电源转换器中。

例如，图2为本发明一实施例的升压型电源转换器200简化后的功能方块图。升压型电源转换器200包含整流器101、输入电容103、一电感205、第一功率开关111、一第二功率开关211、输出电容113、负载115、控制电路120、以及反馈电路130。

在升压型电源转换器200中，交流信号VIN1是未经过整流处理的交流信号。整流器101用于对交流信号VIN1进行整流处理，以将交流信号VIN1整流成m形波的整流信号VIN2。输入电容103耦接于整流器101的输出端，用以降低整流信号VIN2中的噪声。电感205的一第一端耦接于整流信号VIN2。电感205的一第二端用于提供输出信号VOUT。第一功率开关111耦接于电感205的第二端和一固定电位端(例如，接地端)之间。第二功率开关211耦接于电感205的第二端与负载115之间。第一功率开关111与第二功率开关211的切换操作用以控制电感205的储能与释能，以将交流信号VIN1或整流信号VIN2转换为输出信号VOUT。输出电容113耦接于第二功率开关211与负载115之间，用以降低输出信号VOUT中的噪声。

控制电路120用于控制第一功率开关111与第二功率开关211的切换操作，以调整流经电感205的电流IL的大小，藉此改变流经第二功率开关211的电流IOUT的大小，以调整输出信号VOUT。反馈电路130同样用于产生与输出信号VOUT的大小相对应的反馈信号FB。

在图2的实施例中，前述未经过整流处理的交流信号VIN1，以及经过整流处理后所产生的整流信号VIN2，两者都可视为升压型电源转换器200的输入信号。

图2实施例中的控制电路120的运作方式，与前述图1的实施例很类似。两实施例的差别在于图2中的控制信号产生电路127除了依据时钟信号CLK与误差信号COMP，产生用以控制第一功率开关111的切换频率的一第一控制信号CTL1之外，还会额外产生相位与第一控制信号CTL1实质上相反的一第二控制信号CTL2，以控制第二功率开关211的切换频率。

反向调整电路129则同样会依据侦测信号DS调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111与第二功率开关211的切换频率设置成与升压型电源转换器200的输入信号的大小成反比。例如，倘若升压型电源转换器200的输入信号大小为VINA，反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成FreqA；而若升压型电源转换器200的输入信号大小为小于VINA的VINB，则反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成大于FreqA的FreqB。请注意，前述的反比关系并不局限于是线性关系，也可以是曲线关系、折线关系、或其他态样。

有关前述图1中的控制电路120中的其他对应功能方块的实施方式、运作方式、变化形、以及相关优点的说明，亦适用于图2的实施例。为简明起见，在此不重复叙述。

前述升压型电源转换器200中的不同功能方块可分别用不同的电路来实现，也可整合在一单一电路芯片中。例如，控制电路120中的所有功能方块可以整合在一单一控制电路芯片中，也可以进一步将第一功率开关111与第二功率开关211的至少其中之一整合到控制电路120中，以形成一单一转换电路芯片。实作上，也可将反馈电路130整合到控制电路120中。

如前所述，反向调整电路129会依据输入信号侦测电路121对升压型电源转换器200的输入信号的侦测结果，动态地控制时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以藉此调整第一功率开关111与第二功率开关211的切换频率，使得第一功率开关111与第二功率开关211的切换频率与升压型电源转换器200的输入信号的大小成反比。

换言之，前述的控制电路120会因应升压型电源转换器200的输入信号的大小，动态决定第一功率开关111与第二功率开关211的最佳切换频率，故可有效确保升压型电源转换器200具有较佳的电源转换效率。

另外，在某些实施例中，亦可将前述升压型电源转换器200中的第二功率开关211改用一二极管装置来取代。亦即，前述的控制电路120也可应用在「非同步式」架构的升压型电源转换器中。在此情况下，控制电路120可以不需要输出第二控制信号CTL2，故可省略对应的信号引脚。

由于控制电路120无需修改参数即可应用在输入信号大小相异的其他升压型电源转换器中，故其应用范围远比传统控制电路更广泛。

请参考图3，其所绘示为本发明一实施例的降压型电源转换器300简化后的功能方块图。降压型电源转换器300包含一电感305、第一功率开关111、一第二功率开关311、输出电容113、负载115、控制电路120、以及反馈电路130。

在降压型电源转换器300中，输入信号VIN1通常是直流信号。电感305的一第一端耦接于输入信号VIN1。电感305的一第二端用于提供输出信号VOUT。第一功率开关111耦接于输入信号VIN1和电感305的第一端之间。第二功率开关311耦接于电感305的第一端与一固定电位端(例如，接地端)之间。第一功率开关111与第二功率开关311的切换操作用以控制电感305的储能与释能，以将输入信号VIN1转换为输出信号VOUT。输出电容113耦接于电感305与负载115之间，用以降低输出信号VOUT中的噪声。

控制电路120用于控制第一功率开关111与第二功率开关311的切换操作，以调整流经电感305的电流IL的大小，藉此改变输出电流IOUT的大小，以调整输出信号VOUT。反馈电路130同样用于产生与输出信号VOUT的大小相对应的反馈信号FB。

图3实施例中的控制电路120的运作方式，与前述图1的实施例很类似。两实施例的差别在于图3中的控制信号产生电路127除了依据时钟信号CLK与误差信号COMP，产生用以控制第一功率开关111的切换频率的一第一控制信号CTL1之外，还会额外产生相位与第一控制信号CTL1实质上相反的一第二控制信号CTL2，以控制第二功率开关311的切换频率。

在运作时，输入信号侦测电路121可侦测输入信号VIN1的大小以产生侦测信号DS。反向调整电路129则同样会依据侦测信号DS调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111与第二功率开关311的切换频率设置成与降压型电源转换器300的输入信号的大小成反比。例如，倘若降压型电源转换器300的输入信号大小为VINA，反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成FreqA；而若降压型电源转换器300的输入信号大小为小于VINA的VINB，则反向调整电路129可调整时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以将第一功率开关111的切换频率设置成大于FreqA的FreqB。请注意，前述的反比关系并不局限于是线性关系，也可以是曲线关系、折线关系、或其他态样。

有关前述图1中的控制电路120中的其他对应功能方块的实施方式、运作方式、变化形、以及相关优点的说明，亦适用于图3的实施例。为简明起见，在此不重复叙述。

前述降压型电源转换器300中的不同功能方块可分别用不同的电路来实现，也可整合在一单一电路芯片中。例如，控制电路120中的所有功能方块可以整合在一单一控制电路芯片中，也可以进一步将第一功率开关111与第二功率开关311的至少其中之一整合到控制电路120中，以形成一单一转换电路芯片。实作上，也可将反馈电路130整合到控制电路120中。

如前所述，反向调整电路129会依据输入信号侦测电路121对降压型电源转换器300的输入信号的侦测结果，动态地控制时钟产生电路123或控制信号产生电路127，以藉此调整第一功率开关111与第二功率开关311的切换频率，使得第一功率开关111与第二功率开关311的切换频率与降压型电源转换器300的输入信号的大小成反比。

换言之，前述的控制电路120会因应降压型电源转换器300的输入信号的大小，动态决定第一功率开关111与第二功率开关311的最佳切换频率，故可有效确保降压型电源转换器300具有较佳的电源转换效率。

另外，在某些实施例中，亦可将前述降压型电源转换器300中的第二功率开关311改用一二极管装置来取代。亦即，前述的控制电路120也可应用在「非同步式」架构的降压型电源转换器中。在此情况下，控制电路120可以不需要输出第二控制信号CTL2，故可省略对应的信号引脚。

由于控制电路120无需修改参数即可应用在输入信号大小相异的其他降压型电源转换器中，故其应用范围远比传统控制电路更广泛。

在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。