具備同步控制的返馳式電路的製作方法

2023-05-29 03:04:11

專利名稱：具備同步控制的返馳式電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具備同步控制的返馳式電路，特別是涉及一種藉由同 步信號控制二次側與一次側同步的具備同步控制的返馳式電路。
背景技術：
現今大多數電器設備為取得穩定的工作電流，皆需通過一 電源供應器 取得市內電力並轉換為直流或交流的電力輸出，而電源供應器包含範圍很
廣，包括轉換器(Converter),變頻器(Inverter)等等，其中有一類稱為返 馳式轉換器(Flyback Converter).在電源供應器電路中，使用返馳式轉換 器可達到設計簡單、價格便宜的優點；返馳式轉換器的特性在於該電路中 用於轉換電力的變壓器一次側線圈與二次側線圈極性相反，且當輸入電流 通過一次側線圈時，二次側線圈通常利用一二極體或一開關元件阻止電流 導通，並且將能量儲存在變壓器中，而一次側線圈截止時，該二極體自動 因二次側線圈感應電勢的極性反向而導通，或者由導通該開關元件而使二 次側線圈的電流得以流通；而目前返馳式轉換器為了提高效率，通常都是 以一開關元件控制二次側線圈能量的釋放，然而開關元件需要控制信號觸 發而啟閉，因此後續有控制該開關元件的電路發明。
利用開關元件截止二次側線圏的在先發明美國專利第7233505號的
"High efficiency flyback converter with primary, secondary, and tertiary windings",其中該返馳式轉換器包含一一次側(primary side)
以及——二;欠4則(secondary side),分另寸具有--"次俯J線圈(primary winding)
與一二次側線圈(secondary winding), 並有 一 第三線圈(tert iary winding) (23)感應該二次側線圈(secondary winding)的極性變化，其中該 二次側(secondary side)的截止或導通是由一MOSFET(金屬氧化物半導體場 效應電晶體，以下均稱為M0SFET)控制，而該M0SFET的動作則是由該第三線 圈(tertiary winding)感應的信號控制，換言之，該發明的M0SFET同步動 作是藉由二次側的自激所產生；另一類似發明如美國專利第6424544號的
"continuous mode flyback converter"其中該轉換器(converter)包含
--~次側線圈(primary winding) 、 一二次側線圈(secondary winding)以
及一輔助線圖(auxiliary winding)，通過該輔助線圈(auxi 1 iary winding) 感應一次側線圈(primary winding)的極性變化而產生一信號控制電晶體 (transistor)的動作，因此該先前專利亦同是利用二次側自激的方式達到 二次側同步啟閉的作用；唯前述返馳式自激同步控制仍具有缺失，基本上該自激信號是截取自 一次側線圏的極性變化，且該二次側線圈的極性變化 是源自於該一次側線圈的電流變動，換言之， 一次側線圈的極性變化後二
次側線圈才開始有反應，如此即無法達到零電壓切換(zvs)的功效，自然會
產生切換損耗；再者，當該一次側線圈在輕載、短路或者其他異常狀態下 停止電流的切換時，該二次側線圈即無法感應到極性變化，亦即該二次側 線圈感應電勢並未隨一次側極性變化而改變時，該自激控制的機制將失去 規律，屆時該自激頻率會隨負載阻抗、電路本體阻抗等等許多因素影響而 極度不規律且難以預測，如此將造成二次側產生極端混亂的電力波形，將 毀壞該返馳式轉換器。 、
由此可見，上述現有的自激式返馳式轉換器在結構與使用上，顯然仍 存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題， 相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計 被發展完成，而一般產品又沒有適切結構能夠解決上述問題，此顯然是相 關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新型結構的具備同步控制的 返馳式電路，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目 標。
有鑑於上述現有的自激式返馳式轉換器存在的缺陷，本發明人基於從 事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用， 積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的具備同步控制的返馳式電路， 能夠改進一般現有的自激式返馳式轉換器，使其更具有實用性。經過不斷 的研究、設計，並經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的 本實用新型。
新型內容
本實用新型的目的在於，克服現有的自激式返馳式轉換器存在的缺陷， 而提供一種新型結構的具備同步控制的返馳式電路，所要解決的技術問題 是使其通過同步信號使二次側配合一次側能同步動作，並限制其最低自激 周期的長度以避免該返馳式電路自激失控，非常適於實用。
本實用新型的目的及解決其技術問題是採用以下的技術方案來實現 的。依據本實用新型提出的一種具備同步控制的返馳式電路，該返馳式電路 的一、二次側分別具有感應極性相反的——次側線圏與一二次側線圈，其 中該二次側線圈的電流導通周期受控於一 同步整流開關的啟閉，該返馳式 電路包括 一脈寬調變單元，是產生一驅動信號控制該一次側線圏的功率 開關導通周期，並在產生該驅動信號之前先行輸出一時序領先該驅動信號 的同步信號； 一同步控制單元，其是藉由一感應線圈組取得該同步信號， 並以該同步信號使該同步整流開關截止； 一導通周期限制單元，是在該同步整流開關導通後啟始一周期限制時序，其中，在該同步信號截止該同步 整流開關後，該導通周期限制單元將重置回初始狀態，且該同步整流開關 持續導通至該周期限制時序結束時，該導通周期限制單元產生一強迫截止 信號截止該同步整流開關的導通，以維持該返馳式電路運作的工作頻率。
本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來 進一步實現。
前述的具備同步控制的返馳式電路，其中所述的二次側更包括一 自激 線圏與該一次側線圈耦合，且通過該一次側線圈的極性變化產生一 自激信 號，並藉由該自激信號驅動該同步整流開關。
前述的具備同步控制的返馳式電路，其中所述的同步整流開關更連接 至一同步整流開關驅動單元，該同步整流開關驅動單元依據該同步信號、 該強迫截止信號以及該自激信號決定同步整流開關導通的時序。
前述的具備同步控制的返馳式電路，其中所述的同步整流開關驅動單 元包含一具有高、低準位狀態的閂閘迴路，以控制該同步整流開關工作狀 態。
前述的具備同步控制的返馳式電路，其中所述的導通周期限制單元包 含一充放電迴路以及一參考電壓源，該充放電迴路連接該參考電壓源，並 設定一截止電壓位準，由該充放電迴路充電的電壓是否到達該截止電壓位 準而決定產生該強迫截止信號的時序。
前述的具備同步控制的返馳式電路，其中所述的周期限制時序是由該 充i文電迴路充電至該截止電壓位準而決定。
本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。經由以上可 知，為了達到上述目的，本實用新型提供了 一種具備同步控制的返馳式電 路，該返馳式電路的一、二次側分別具有感應才及性相反的一次側線圈與二 次側線圈，其中該二次側線圏的電流導通周期受控於一 同步整流開關的啟 閉，而返馳式電路更包括一脈寬調變單元、 一同步控制單元及一導通周期 限制單元，其中該脈寬調變單元產生一驅動信號控制該一次側線圈的電流 導通周期，並在產生該驅動信號之前，先提供一輸出時序領先該驅動信號 的同步信號，而同步控制單元通過一感應線圈組取得此同步信號，並以該 同步信號驅動同步整流開關截止，而且該導通周期限制單元在該同步整流 開關導通後啟始一周期限制時序，且該同步整流開關持續導通至該周期限 制時序結束時，該導通周期限制單元產生一強迫截止信號截止該同步整流 開關的導通，並在該同步整流開關截止後，該導通周期限制單元重置回初 始狀態，以此控制模式維持該返馳式電路運作的工作頻率。
藉由上述技術方案，本實用新型具備同步控制的返馳式電路至少具有
下列優點及有益效果1、 本發明的具備同步控制的返馳式電路，其二次側可藉由同步信號與
該一次側同步動作以達到零電壓切換(zvs)的效果，並且在一次側暫停工作
或發生異常時，該導通周期限制單元可自動維持最低的工作頻率，以避免 該返馳式電路自激失控。
2、 本實用新型的具備同步控制的返馳式電路具有同步整流的功能。
3 、本實用新型的具備同步控制的返馳式電路能夠改善自激失控的問題。
綜上所述，本實用新型是有關於一種具備同步控制的返馳式電路，其 是由一脈寬調變單元產生一驅動信號該返馳式電路一次側線圈的電流周 期，並提供一輸出時序領先該驅動信號的同步信號，而該同步控制單元取 得該同步信號，並以該同步信號驅動該同步整流開關截止，並且導通周期 限制單元在同步整流開關導通後啟始的一周期限制時序，其中，在該同步 信號截止該同步整流開關後，導通周期限制單元將重置回初始狀態，且該 同步整流開關持續導通至該周期限制時序結束時，導通周期限制單元會產 生一強迫截止信號截止同步整流開關的導通，以維持該返馳式電路運作的 最低工作頻率，藉此改善現有習知電路缺乏同步能力與自激失控的問題。 本實用新型具有上述諸多優點及實用價值，其不論在產品結構或功能上皆 有較大改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用的效果，且較 現有的自激式返馳式轉換器具有增進的突出功效，從而更加適於實用，誠 為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實 用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本實用 新型的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施 例，並配合附圖，詳細說明如下。


圖1是本實用新型具備同步控制的返馳式電路的電路架構方框圖。 圖2是本實用新型具備同步控制的返馳式電路的實施電路圖。 圖3A是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 圖的波形圖(一)。， — ，. 、 、、
圖的波形圖(二)。
圖3C是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 圖的波形圖(三)。
圖3D是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 圖的波形圖(四)。圖3E是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 圖的波形圖(五)。
圖4A是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 在異常狀態下的波形圖(一)。一 、、 ， ；、，；、
在異常狀態下的波形圖(二)。
圖4C是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路 在異常狀態下的波形圖(三)。
圖4D是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路
在異常狀態下的波形圖(四)。
圖4E是本實用新型具備同步控制的返馳式電路具體實施例的實施電路
在異常狀態下的波形圖(五)。
具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成預定發明目的所採取的技術手段及 功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的具備同步控制 的返馳式電路其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
有關本實用新型的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參 ，圖式，:交佳實施例的詳細說明中將可清楚，呈現。通過具體實施，式的
加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，並非用來 對本實用新型加以限制。
本實用新型為一種具備同步控制的返馳式電路，請參閱圖1、圖2所示， 如圖所示為一返馳式電路，電路中的變壓器1可區分為一次側與二次側， 該變壓器1的一、二次側分別具有感應極性相反的——次側線圈11與一二 次側線圈12，該二次側線圈12的電流導通周期受控於一同步整流開關5的 啟閉，而該一次側線圈11的電流導通周期則受控於一脈寬調變單元3,該 脈寬調變單元3是產生一驅動信號V『驅動一功率開關4的啟閉，進而控制 該一次側線圈11的電流導通周期，另，該脈寬調變單元3更在產生該驅動 信號Vw之前先提供一輸出時序領先該驅動信號(Vcl)的同步信號Syn,而該 同步信號Syn通過一感應線圈組61傳送至二次側， 一同步控制單元6自該 感應線圈組61取得該同步信號，並以該同步信號驅動該同步整流開關5截 止；
另，該二次側線圈12旁設一自激線圈2，當該脈寬調變單元3令該功 率開關4截止後，該自激線圏2受該一次側線圏11的極性變化而感應一自 激信號驅動該同步整流開關5導通；當該同步整流開關5導通後， 一導通周期限制單元7將自該同步整流開關5截取一電流或電壓信號，並藉此令 該導通周期限制單元7啟始一周期限制時序，其中，若該脈寬調變單元3 再次產生該同步信號截止該同步整流開關5，在該同步整流開關5截止後， 該導通周期限制單元7也將重置回初始狀態，若發生異常狀態或暫態變化 使該脈寬調變單元3停止送出驅動信號，該同步整流開關5持續導通至該 周期限制時序結束時，該導通周期限制單元7會產生一強迫截止信號強迫 截止該同步整流開關5，以維持返馳式電路運作的最低工作頻率；
上述電路中，該同步整流開關5更連接一同步整流開關驅動單元51, 該同步整流開關驅動單元51受該自激線圈2的自激信號觸發後，提供一足 夠的電壓以確保該同步整流開關5導通，因此該同步整流開關驅動單元51 是依據該同步信號、該強迫截止信號以及該自激信號決定導通該同步整流 開關5的時序；藉由上述的電路架構，本返馳式電路除了藉由該自激線圈2 維持基本的自激功能以外，更利用該同步控制單元6與該感應線圈組61在 一次側線圈激^磁前取得一同步信號Syn截止該同步整流開關5，再者，為了 避免一次側停止動作而^f吏該二次側的自激周期失控，該導通周期限制單元7 提供一周期限制時序，當該同步整流開關5導通至該周期限制時序時間後， 由該導通周期限制單元7強制截止該同步整流開關5以維持最低的工作頻 率，達到避免自激周期失控的功效。
請參閱圖2、圖3A至圖3E,該多個圖式為本實用新型實施例電路圖與 圖2各節點的波形圖，在該實施例中可見該同步整流開關驅動單元51包含 一具有高、低準位狀態的閂閘迴路(主要由半導體開關Q3、 Q4所構成)以維 持該同步整流開關5的工作狀態，因此該閂間電路受自激線圈2的自激信 號觸發後可提供穩定的電壓確保該同步整流開關5的導通；然而當該脈寬 調變單元3產生該驅動信號Vw令該功率開關4導通前，該脈寬調變單元3 先產生該同步信號Syn，通過該感應線圈組61觸發該同步控制單元6中的 半導體開關Q6，因而牽動該同步整流開關驅動單元51中閂閘迴路的閘極電 壓，使該閂閘電路輸出位於低位準狀態，進而截止該同步整流開關5;
而該同步整流開關5導通時，該導通周期限制單元7自該同步整流開 關5旁擷取一電流或電壓信號，該導通周期限制單元7包含一充放電迴路 以及一參考電壓源Vcc，該充放電迴路連接至參考電壓源Vcc，並設定一截 止電壓位準，該截止電壓可由半導體開關Q5的轉態電壓決定，當該同步整 流開關5導通後該充放電迴路藉由該參考電壓源Vcc而充電，並由該充放 電迴路充電的電壓是否到達該截止電壓位準而決定產生該強迫截止信號的 時序，換言之，當該同步整流開關5持續導通，致使該充放電迴路的電壓 到達該截止電壓位準，則該半導體開關Q5的工作狀態將改變，亦牽動該閂 閘電路的閘極電壓，進而強迫該同步整流開關5截止，確保該返馳式電路
8的最低運作頻率，若該同步整流開關5受該同步信號觸發截止時會一併觸 發該充放電迴路放電，故該導通周期限制單元7可不斷重複回歸初始狀態 重新啟始該周期限制時序，而該周期限制時序是由該充放電迴路充電至該 截止電壓位準而決定；
請參閱圖3A至圖3E，其中圖3A代表該同步整流開關5的閘極電壓波 形CTL，圖3B代表該同步控制單元6中半導體開關Q6的VCE電壓波形DR， 圖3C是該變壓器12二次側線圈兩端電壓波形PLL,圖3D為該同步信號的 波形Syn,圖3E則為該導通周期限制單元7的充放電迴路的電容兩端電壓 波形V"。由圖中可見，當該同步信號Syn為高準位時將使該同步整流開關 驅動單元51、該導通周期限制單元7的電容電壓、該同步整流開關5的閘 極電壓變為低準位，使該同步整流開關5截止，因而圖3A、圖3B、圖3C 的波形降至低準位，直到一次側的電流導通狀態改變後，二次側因自激而 產生電流與電壓，該充放電迴路也因該同步信號Syn觸發而放電，圖3E的 電容兩端電壓波形亦降至低準位。
請再參閱圖2以及圖4A至圖4E所示，圖"至4E圖示代表圖2中返 馳式電路產生異常狀態下各結點的波形圖，其中圖4A代表該同步整流開關 5的閘極電壓波形CTL,圖4B代表該同步控制單元6的半導體開關Q6的VCE 電壓波形DR，圖4C代表變壓器12二次側線圈兩端電壓波形PLL，圖4D代 表該同步信號Syn的波形，圖4E則為該導通周期限制單元7的充放電迴路 的電容兩端電壓波形VC1;首先，特別要注意的是該同步信號Syn正常輸出 三個脈波後即停止，代表該脈寬調變單元3亦停止輸出該驅動信號Vw使一 次側停止動作，若未有該同步信號Syn的觸發，該同步整流開關5會持續 導通，此時特別值得注意的是圖4E的充放電迴路電壓，圖4E中可見該充 放電迴路的電壓到達該截止電壓位準(在該才莫擬的波形中，該截止電壓位準 約為14V)時，該充;^文電迴路將產生該強迫截止信號強迫該同步整流開關5 截止，因此可看到圖4A、圖4B與圖4C的電壓波形仍能維持較低的頻率正 常切換，使該返馳式電路不至失去控制。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作 任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非 用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本實用新型技 術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同 變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實 用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均 仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1、一種具備同步控制的返馳式電路，該返馳式電路的一、二次側分別具有感應極性相反的一一次側線圈(11)與一二次側線圈(12)，其中該二次側線圈(12)的電流導通周期受控於一同步整流開關(5)的啟閉，其特徵在於該返馳式電路包括一脈寬調變單元(3)，是產生一驅動信號控制該一次側線圈(11)的功率開關(4)導通周期，並在產生該驅動信號之前先行輸出一時序領先該驅動信號的同步信號；一同步控制單元(6)，其是藉由一感應線圈組(61)取得該同步信號，並以該同步信號使該同步整流開關(5)截止；一導通周期限制單元(7)，是在該同步整流開關(5)導通後啟始一周期限制時序，其中，在該同步信號截止該同步整流開關(5)後，該導通周期限制單元(7)將重置回初始狀態，且該同步整流開關(5)持續導通至該周期限制時序結束時，該導通周期限制單元(7)產生一強迫截止信號截止該同步整流開關(5)的導通，以維持該返馳式電路運作的工作頻率。
2、 根據權利要求1所述的具備同步控制的返馳式電路,其特徵在於其 中所述的二次側更包括一自激線圈(2)與該一次側線圈(ll)耦合，且通過該 一次側線圈(ll)的極性變化產生一自激信號，並藉由該自激信號驅動該同 步整流開關(5)。
3、 根據權利要求2所述的具備同步控制的返馳式電路，其特徵在於其 中所述的同步整流開關(5)更連接至一同步整流開關驅動單元(51),該同步 整流開關驅動單元(51)依據該同步信號、該強迫截止信號以及該自激信號 決定同步整流開關(5)導通的時序。
4、 根據權利要求3所述的具備同步控制的返馳式電路，其特徵在於其 中所述的同步整流開關驅動單元(51)包含一具有高、低準位狀態的閂閘回 路，以控制該同步整流開關(5)的工作狀態。
5、 根據權利要求1所述的具備同步控制的返馳式電路,其特徵在於其 中所述的導通周期限制單元(7)包含一充放電迴路以及一參考電壓源，該充 放電迴路連接該參考電壓源，並設定一截止電壓位準，由該充放電迴路充 電的電壓是否到達該截止電壓位準而決定產生該強迫截止信號的時序。
6、 根據權利要求5所述的具備同步控制的返馳式電路，其特徵在於其 中所述的周期限制時序是由該充放電迴路充電至該截止電壓位準而決定。
專利摘要本實用新型是有關於一種具備同步控制的返馳式電路，其是由一脈寬調變單元產生一驅動信號該返馳式電路一次側線圈的電流周期，並提供一輸出時序領先該驅動信號的同步信號，而該同步控制單元取得該同步信號，並以該同步信號驅動該同步整流開關截止，並且導通周期限制單元在同步整流開關導通後啟始的一周期限制時序，其中，在該同步信號截止該同步整流開關後，導通周期限制單元將重置回初始狀態，且該同步整流開關持續導通至該周期限制時序結束時，導通周期限制單元會產生一強迫截止信號截止同步整流開關的導通，以維持該返馳式電路運作的工作頻率，藉此改善現有習知電路缺乏同步能力與自激失控的問題。
文檔編號H02M3/24GK201238265SQ20082012786
公開日2009年5月13日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者林國藩, 蔡建利 申請人:全漢企業股份有限公司