固定导通时间切换式转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种切换式转换装置，且特别关于一种固定导通时间（constant on-time, COT)切换式转换装置。
【背景技术】
[0002] 近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来， 送些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的 日常生活，使得人们生活更为便利。送些各式各样不同功能的电子产品是由各种电子元件 所组成，而每一个电子元件所需的电源电压不尽相同，因此，现今的供电系统提供的交流电 源并不适合直接提供给电子产品使用。为了提供适当的电压给每一个电子元件使其正常运 作，送些电子产品需要藉由电源转换电路将交流电源，例如一般的市电，转换为适当的电压 给每一个电子兀件使用。
[0003] 传统的交流转直流的电源转换器（AC/DC Converter)是采用隔离式分压的设计， 将交流电源与整流器禪合之后，再利用外部变压器将高电压的交流电源转换为低电压的直 流电源，用W提供低电压的直流电源器件使用。如图1所示，传统的电源转换器包含一变压 器10,其一次侧连接一电子开关12,二次侧连接一负载14、一输出电容15与一分压器16， 分压器16连接一处理器18。处理器18通过一光禪合器20连接一控制器22,此控制器22 连接电子开关12, W控制其开关状态。当负载14上有负载电压及负载电流时，分压器16可 W揃取负载电压中的分压，并将其传送给处理器18。处理器18依据此分压产生一类比讯号 或称模拟讯号，并将其通过光禪合器20由二次侧传送给位于一次侧的控制器22,使控制器 22能根据此类比讯号来切换电子开关12。由于此处理器18由TL431与补偿电路所组成， 所W处理器18 W零点与极点之补偿方式负责对整个电源转换器进行回路增益与频宽的补 偿，W降低负载电压中的捷波讯号，使整个系统稳定。然而，由于控制器22位于一次侧，无 法直接侦测负载电压，且TL431与补偿电路亦无法实时将负载电压中的信号传到控制器 22,反而会使负载电压中的信号延迟变形，甚至变慢后，才传至控制器22,造成控制器22也 无法实时因应负载电压中的捷波讯号，改变电子开关12的切换方式，进而迅速稳定负载电 压。再者，连接于二次侧的一二极管24是作为同步整流器，但此在连续电流模式（CCM)并 不容易控制。
[0004] 因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种固定导通时间（constant on-time, COT)切换式转换装置，W解决现有技术中所产生的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的，在于提供一种固定导通时间（constant on-time,COT)切换式 转换装置，其是基于变压器的二次侧安装能直接侦测输出电压或输出电流的处理器，并实 时通过禪合元件将输出电压或输出电流中的信号，传送至一次侧，W利用二次侧之信号决 定位于变压器的一次侧的电子开关的导通与关闭的时间，进而调节输出电压或输出电流， 在不需要采用补偿电路的前提下，达到高速负载暂态响应。
[0006] 本发明的次要目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是将禪合元 件W电场、磁场、压电材质或光作为媒介，将输出电压或输出电流中的信号从二次侧传送至 一次侧，且不采任何编码或解码技术，使变压器的二次侧独立地调节输出电压与输出电流。
[0007] 本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是分别将控 制器与驱动器形成于一晶片单元中，再将两个晶片单元与禪合元件整合于一封装结构中， W达到体积微小化，同时降低占有印刷电路板的面积，与物料清单（B0M)成本。
[0008] 本发明的又一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是将变压器 的二次侧上的捷波讯号与输出电流分别进行滤波与放大，W降低位于主输出路径上的电阻 的电阻值，进而减少输出效能损耗，同时使设有参考电压的位于二次侧的处理器容易设计。
[0009] 本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其利用位于变 压器的二次侧的处理器接收位于一次侧的驱动器所产生的唤醒讯号，W产生控制讯号，并 将其传递给驱动器使用，W避免在启动（start-up)模式中，位于一次侧与二次侧之间的禪 合元件损坏时，破坏系统的运作。
[0010] 本发明的又一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是揃取一次 侧的输入电压，并据此调整位于一次侧的电子开关的导通时间，W针对不同的输入电压，降 低位于一次侧的电子开关的切换频率的变动量，W避免变压器进入饱和进而烧毁。
[0011] 本发明的再一目的，在于提供一种固定导通时间切换式转换装置，其是利用变压 器的二次侧发出的上一个脉波讯号的频率值，决定下一个二次侧的脉波讯号的高电压准位 的持续时间，进而调整一次侧的电子开关的导通时间，W脱离音频区，进而减少每一个切换 周期对变压器所储存与释放的能量。
[0012] 为达上述目的，本发明提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端， 此输入端接收一输入电压，此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧 与二次侧，一次侧连接输入端，二次侧连接一负载与一处理器。处理器接收一启动电压，且 接收负载上的一输出电压或一输出电流，W据此与启动电压产生一控制讯号。处理器连接 至少一禪合元件，如电容、变压器、压电元件或光禪合元件，其分别连接一次侧与二次侧，W 传送控制讯号至一次侧。一次侧与禪合元件连接一驱动器，其通过禪合元件接收控制讯号， 并将其放大，产生一第一数位讯号。一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第一数位 讯号，并据此切换开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与 输出电流，其中第一电子开关的开关状态的时间长度受控制讯号的负缘提升至正缘的时间 点及正缘下降至负缘的时间点所决定。
[0013] 处理器还包含一电讯号揃取器与一控制器。电讯号揃取器连接二次侧与负载，W 揃取输出电压中的分压或输出电流对应的感测电压。控制器不但接收启动电压，又连接二 次侧与电讯号揃取器，W通过电讯号揃取器接收分压或感测电压，并据此与启动电压产生 控制讯号。控制器、禪合元件与驱动器是整合于一封装结构中。在禪合元件为电容时，封 装结构是由一第一晶片单元、一介电层与一第二晶片单元堆叠而成，第一晶片单元内形成 有控制器，第二晶片单元内形成有驱动器，电容由第一晶片单元、介电层与第二晶片单元形 成。
[0014] 本发明亦提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接 收一输入电压，此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一 次侧连接输入端，二次侧连接一负载，变压器的二次侧上有一捷波讯号（ripple signal), 负载上有由捷波讯号形成的一输出电压及一输出电流。二次侧与负载连接一处理器，其是 用来揃取捷波讯号的交流成分的交流电压与输出电流。处理器预设有一参考电压，处理器 转换输出电流为一处理电压，处理电压的直流成分的电压值等于参考电压。处理器根据参 考电压、交流电压与处理电压产生一控制讯号。处理器连接至少一禪合元件，其系分别连接 一次侧与二次侧，W传送控制讯号至一次侧。变压器的一次侧与禪合元件连接一驱动器，其 接收控制讯号，并将其放大，产生一数位讯号。变压器的一次侧与驱动器连接一电子开关， 其接收数位讯号，并据此切换开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节 输出电压与输出电流。
[0015] 本发明再提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接 收一输入电压。此固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，其 中一次侧连接输入端，二次侧连接一负载，负载上有一输出电压与一输出电流。一次侧与输 入端连接一驱动器，其接收输入电压，并藉此依序产生复数唤醒讯号。驱动器连接至少一禪 合元件，其分别连接一次侧与二次侧，W传送唤醒讯号至二次侧。禪合元件、二次侧与负载 连接一处理器，其接收输出电压或输出电流其中一者，与唤醒讯号，W根据输出电压或输出 电流其中一者，与唤醒讯号产生一控制讯号，且通过禪合元件传送控制讯号至驱动器。驱动 器放大控制讯号，W产生一第一数位讯号。一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第 一数位讯号，并据此切换开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出 电压与输出电流。
[0016] 本发明又提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接 收一输入电压，固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次 侧连接输入端，二次侧设有一负载。输入端连接一驱动器，其接收输入电压，藉此产生一第 一脉波讯号。变压器的一次侧与驱动器连接一第一电子开关，其接收第一脉波讯号，且据此 切换开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，W于负载上产生一输出电压与一 输出电流，且控制变压器于二次侧产生包含输入电压的一取样电压。于变压器的二次侧与 负载之间连接有一处理器，此处理器预设一第一参考电压。处理器接收输出电压或输出电 流其中之一，及取样电压，并从输出电压或输出电流揃取其对应的一侦测电压，从取样电压 揃取输入电压，在侦测电压小于第一参考电压时，处理器根据输入电压产生一第二脉波讯 号。处理器与驱动器连接至少一禪合元件，其位于一次侧与二次侧之间，W传送第二脉波讯 号至位于一次侧的驱动器中，W控制驱动器停止产生第一脉波讯号。驱动器放大第二脉波 讯号，产生一第一数位讯号，并将其传送至第一电子开关中。第一电子开关根据第一数位讯 号切换开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
[0017] 本发明再提供一种固定导通时间切换式转换装置，其连接一输入端，此输入端接 收一输入电压，固定导通时间切换式转换装置包含一变压器，其具有一次侧与二次侧，一次 侧连接输入端，二次侧设有一负载，负载上有一输出讯号。二次侧与负载连接一处理器，处 理器预设一第一参考电压、一下频率临界值与一上频率临界值。处理器接收输出讯号，并从 输出讯号依序揃取第一侦测电压与第二侦测电压，处理器在第一侦测电压小于第一参考电 压时，产生一第一脉波讯号及其同步且同频率的第一时钟讯号（或称时脉讯号）。接着，处 理器在第二侦测电压小于第一参考电压时，根据第一频率时钟讯号的至少一频率值、下频 率临界值与上频率临界值，产生一第二脉波讯号及其同步且同频率的第二时钟讯号。处理 器连接至少一禪合元件，其分别连接一次侧与二次侧，W依序传送第一脉波讯号与第二脉 波讯号至一次侧。一次侧与禪合元件连接一驱动器，其依序接收第一脉波讯号与第二脉波 讯号，并将其放大，分别依序产生第一数位讯号与第二数位讯号。一次侧与驱动器连接一第 一电子开关，其依序接收第一数位讯号与第二数位讯号，并据此切换开关状态，W控制变压 器通过输入端接收输入电压，进而调节输出讯号。
[0018] 在一个可选的实施例中，本发明公开了一种固定导通时间（constant on-time, COT)切换式转换装置，其中，其连接一输入端，该输入端接收一输入电压，该固定导通时间 切换式转换装置包含：一变压器，具有一次侧与二次侧，该一次侧连接输入端，该二次侧连 接一负载，二次侧上有一捷波讯号，负载上有由捷波讯号形成的一输出电压及一输出电流； 一处理器，连接二次侧与负载，W揃取捷波讯号交流成分的交流电压与输出电流，处理器预 设有一参考电压，该处理器转换输出电流为一处理电压，该处理器根据参考电压、交流电压 与处理电压产生一控制讯号；至少一禪合元件，连接处理器，并分别连接一次侧与二次侧， W传送控制讯号至一次侧；一驱动器，连接一次侧与禪合元件，W接收控制讯号，并将其放 大，产生一数位讯号；W及一电子开关，连接一次侧与驱动器，W接收数位讯号，并据此切换 开关状态，W控制变压器通过输入端接收输入电压，进而调节输出电压与输出电流。
[0019] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，电子开关的开关状态的时间长度受 控制讯号的负缘提升至正缘的时间点及该正缘下降至该负缘的时间点所决定。
[0020] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，驱动器连接输入端，W接收输入电 压，藉此产生一第一脉波讯号至电子开关中，该电子开关根据第一脉波讯号切换开关状态， W控制变压器通过输入端接收输入电压，W产生捷波讯号、输出电压及输出电流，接着处理 器产生控制讯号，直到驱动器接收到控制讯号，驱动器停止产生第一脉波讯号。
[0021] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，还包含一二极管，其正极连接二次 侦U，负极连接负载，变压器接收输入电压，W通过该二极管调节输出电压与输出电流。
[0022] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，处理器相加交流电压与处理电压，W 产生一控制电压，并据此与参考电压产生控制讯号。
[0023] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，当控制电压小于参考电压时，控制讯 号于一预设期间内为至少一周期的第二脉波讯号，该第二脉波讯号的每一周期的前半周的 电压为高电压准位，后半周的电压为低电压准位，接着，在预设期间结束，且控制电压大于 参考电压时，控制讯号为低电压准位。
[0024] 上述的固定导通时间切换式转换装置，其中，所述处理器还包含：一电流电压转换 器，连接负载，W揃取输出电流，并将其转换为处理电压；一分压器，连接二次侧与负载，并 接收输出电压，W揃取其中的分压输出；一滤波器，连接分压器，并接收该分压，W滤出交流 电压；一加法器，连接滤波器与电流电压转换器，W接收交流电压与处理电压，并将其相加 后，产生控制电压；W及一控制器，预设有参考电压，该