用於檢測變壓器的輸入電壓的檢測電路及其檢測方法
2023-05-24 18:15:56
專利名稱：用於檢測變壓器的輸入電壓的檢測電路及其檢測方法
技術領域：
本發明一般來說涉及一種功率轉換器，更具體地說是涉及一種切換功率轉換器的控制電路和檢測方法。
背景技術：
目前已廣泛使用各種功率轉換器來提供調節的電壓和電流。出於安全考慮，離線式功率轉換器使用變壓器來提供其一次側與二次側之間的隔離。因為變壓器的反射電壓可用於調節，所以功率轉換器的控制電路通常包含用於檢測反射電壓的電壓檢測端子。近來的發展中，揭示了許多控制方案，例如Yang等人的美國專利第6,853,563號「Primary-side controlled flyback powerconverter」、Yang等人的美國專利第7,016,204號「Close-loop PWM controllerfor primary-side controlled power converters」，其中上述的方案的電壓檢測端子是由反饋輸入端子來操作。
發明內容
本發明的目的在於開發一種檢測電路與檢測方法，其使用電壓檢測端子來檢測變壓器的輸入電壓。因此，不需要另外的反饋輸入端子。
本發明提供一種用於檢測變壓器的電壓的檢測電路和檢測方法。所述檢測電路包括電流輸出電路，所述電流輸出電路耦接至變壓器的繞組以產生電流信號。電流-電壓電路耦接至所述電流輸出電路以響應於電流信號來產生電壓信號。取樣和保持電路通過取樣所述電壓信號來產生輸出信號。脈衝產生器耦接至所述取樣和保持電路以響應於所述變壓器的切換來提供脈衝信號。所述取樣和保持電路的操作對所述輸出信號提供低通濾波。當輸入電壓被施加至變壓器時所述輸入輸出信號與施加至變壓器的電壓相關。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書的一部分。
本發明的實施例，並與具體實施方式
一起用來解釋本發明的原理。
圖1示出了具有耦接至變壓器的電壓檢測端子以及包含本發明檢測電路的控制電路運用於功率轉換器的電路示意圖。
圖2示出了本發明的檢測電路的優選實施例的電路示意圖。
圖3示出了控制電路的信號波形圖。
圖4示出了本發明檢測電路的脈衝產生器的優選實施例的電路示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了具有耦接至變壓器的電壓檢測端子以及具有本發明檢測電路優選實施例的控制電路50運用於功率轉換器100的電路示意圖。所述功率轉換器100至少包括變壓器10和控制電路50。變壓器10包含一次側繞組NP、二次側繞組NS和輔助繞組NA。二次側繞組NS通過整流器40和電容器45而產生功率轉換器100的輸出電壓VO。變壓器10的一次側繞組NP連接至電晶體20與輸入電壓VIN。電晶體20用來切換變壓器10並調節功率轉換器100的輸出電壓VO。控制電路50包含電壓檢測端子IN，所述電壓檢測端子IN通過分壓器30而耦接至變壓器10的輔助繞組NA。在一實施例中，電阻器32和35形成分壓器30。
圖2示出了控制電路50中的本發明檢測電路200的優選實施例的電路圖。檢測電路200包括第一電路210，所述第一電路210耦接至電壓檢測端子IN以產生電流信號IS。第一電路210是電流輸出電路，在本實施例中電晶體61形成第一電路210。偏壓電路220耦接至第一電路210以便為電晶體61的柵極提供偏壓Vbias。在本實施例中，恆定電流源70、電阻器71和電晶體62形成偏壓電路220。偏壓電路220產生偏壓Vbias。如圖1所示，如果電壓檢測端子IN接收負電流，電壓檢測端子IN的電壓將被箝位至電壓VS。電壓VS由恆定電流源70的電流和電阻器71的電阻值決定。電流信號IS可表示為，Is=Vs-(-TNATNPVINK)REQ..............................(1)]]>其中TNA和TNP分別是輔助繞組NA和一次側繞組NP的繞組匝數；K是圖1的分壓器30(電阻器32和35所組成)的比率；REQ是電阻器32和35的等效電阻值；VIN是變壓器10的輸入電壓。
第二電路230耦接至第一電路210以響應於電流信號IS來產生輸出信號VX。輸出信號VX傳輸到切換電路150。第二電路230包含電流-電壓電路240以及取樣和保持電路250。電流-電壓電路240連接至第一電路210以根據由第一電路210產生的電流信號IS來產生電壓信號VO。取樣和保持電路250通過取樣電壓信號VO而進一步產生輸出信號VX。舉例來說，電晶體63、64和電阻裝置65可形成電流-電壓電路240的較佳實施例。電晶體63經耦接至電晶體61以接收電晶體61的電流I1。電晶體64將來自電晶體63的電流I1鏡射成電流I2，電流I2，施加至電阻裝置65以在電阻裝置65產生電壓信號VO。取樣和保持電路250的較佳實施例包含開關81、85和電容器82、86。開關81連接至電阻裝置65以控制將電壓信號VO取樣至電容器82。開關85連接至電容器82以控制將電容器82的信號取樣至電容器86。電容器86的電容值大於電容器82的電容值。因此，開關85和電容器86的切換操作形成低通濾波器。輸出電壓VX產生於電容器86處。
因為輸入電壓VIN施加到變壓器10，所以輸出信號VX與變壓器10的輸入電壓VIN相關。通過以下方程式(2)和(3)可來表示輸出電壓VXVX=IsGR6511+jj0..................................(2)]]>VX=VS+(TNATNPVINK)REQGR6511+jj0................(3)]]>其中G是電晶體63和64的幾何比率決定的增益；R65是電阻裝置65的電阻值；ω0是低通濾波器的主極點(dominant pole)。
切換電路150產生切換信號VSW以響應於輸出信號VX來調節功率轉換器100。功率轉換器100的切換信號VSW通過輸出緩衝器90產生控制電路50中的驅動信號VG以便控制如圖1中所示的電晶體20以調整功率轉換器100。切換信號VSW進一步控制開關81的開啟/關閉。因此，當電晶體20開啟時，執行電壓信號VO的取樣。
脈衝產生器83根據切換信號VSW的下降沿(falling edge)產生脈衝信號PLS以控制開關85。因此，開關85是在開關81取樣之後受控以執行取樣。圖3示出了控制電路50中的切換信號VSW、驅動信號VG和脈衝信號PLS的信號波形圖。輸出緩衝器90導致傳播延遲TD1。脈衝產生器100產生脈衝信號PLS的延遲時間TD2和脈衝寬度TD3。
圖4示出了本發明檢測電路200中脈衝產生器83較佳實施例的示意圖。恆定電流源110、電晶體115、電容器116和NOR門117形成第一脈衝產生器。第一脈衝產生器響應於切換信號VSW的下降沿而產生第一脈衝信號。恆定電流源120、電晶體125、電容器126和NOR門127形成第二脈衝產生器的優選實施例。第二脈衝產生器響應於第一脈衝信號的下降沿而產生脈衝信號PLS。恆定電流源110的電流值和電容器116的電容值決定第一脈衝信號的脈衝寬度。第一脈衝信號的脈衝寬度產生延遲時間TD2。恆定電流源120的電流值和電容器126的電容值決定脈衝信號PLS的脈衝寬度TD3。
本領域的技術人員將容易了解，可在不脫離本發明的範圍或精神的情況下對本發明的結構作出各種修改和變化。鑑於前文所述，倘若對本發明作出的修改和變化在所附權利要求書及其等效物的範圍內，則希望本發明涵蓋這些修改和變化。
權利要求
1.一種電壓檢測電路，其適合於檢測被施加至變壓器的輸入電壓，所述電壓檢測電路包括電流輸出電路，其耦接至所述變壓器的繞組，以產生電流信號；電流-電壓電路，其耦接至所述電流輸出電路，以響應於所述電流信號來產生電壓信號；以及取樣和保持電路，其耦接至所述電流-電壓電路，以響應於所述電壓信號來產生輸出信號，其中施加至所述變壓器的所述輸入電壓，與所述輸出信號相關。
2.根據權利要求1所述的電壓檢測電路，其進一步包括脈衝產生器，所述脈衝產生器耦接至所述取樣和保持電路以響應於所述變壓器的切換來為所述取樣和保持電路提供脈衝信號。
3.根據權利要求1所述的電壓檢測電路，其進一步包括偏壓電路，所述偏壓電路耦接至所述電流輸出電路以為所述電流輸出電路提供偏壓。
4.根據權利要求1所述的電壓檢測電路，其中所述電流輸出電路通過電阻器而耦接至所述變壓器的所述繞組。
5.一種檢測電路，其包括第一電路，其耦接至變壓器以產生電流信號；以及第二電路，其耦接至所述第一電路以響應於所述電流信號來產生輸出信號，其中施加至所述變壓器的輸入電壓與所述輸出信號相關。
6.根據權利要求5所述的檢測電路，其進一步包括偏壓電路，所述偏壓電路耦接至所述第一電路以提供偏壓至所述第一電路。
7.根據權利要求5所述的檢測電路，其中所述第二電路包括低通濾波器，以用於產生所述輸出信號。
8.根據權利要求7所述的檢測電路，其中所述低通濾波器是切換式電容濾波器。
9.一種用於檢測被施加至變壓器的輸入電壓的檢測方法，所述方法包括響應於被施加至所述變壓器的所述輸入電壓而產生電流信號；響應於所述電流信號而產生電壓信號；以及響應於所述電壓信號和切換信號而產生輸出信號，其中所述輸出信號用於指示所述變壓器的切換且與施加至所述變壓器的所述輸入電壓相關。
10.根據權利要求9所述的檢測方法，其進一步包括產生脈衝信號來開始取樣和保持所述電壓信號，以便響應於所述變壓器的所述切換信號而產生所述輸出信號。
11.根據權利要求9所述的檢測方法，其進一步包括響應於所述切換信號而產生驅動信號，以切換所述變壓器。
12.根據權利要求9所述的檢測方法，其進一步包括響應於恆定電流源而產生偏壓以產生所述電流信號。
13.一種功率轉換器，其包括變壓器和控制電路，其中所述控制電路包括電壓檢測電路，所述電壓檢測電路適合於檢測被施加至所述變壓器的輸入電壓，其中所述電壓檢測電路包括電流輸出電路，其耦接至所述變壓器的繞組，以產生電流信號；電流-電壓電路，其耦接至所述電流輸出電路，以響應於所述電流信號而產生電壓信號；以及取樣和保持電路，其耦接至所述電流-電壓電路，以響應於所述電壓信號而產生輸出信號，其中當輸入電壓被施加至所述變壓器時，所述輸出信號與施加至所述變壓器的所述輸入電壓相關。
14.一種用於檢測被施加至變壓器的輸入電壓的檢測方法，所述方法包括響應於被施加至所述變壓器的所述輸入電壓而產生電流信號；以及響應於所述電流信號和切換信號而產生輸出信號，其中所述輸出信號用於指示所述變壓器的切換，且與施加至所述變壓器的所述輸入電壓相關。
15.根據權利要求14所述的檢測方法，其進一步包括產生脈衝信號以響應於所述切換信號而產生所述輸出信號。
16.根據權利要求14所述的檢測方法，其進一步包括響應於所述切換信號而產生驅動信號以切換所述變壓器。
17.根據權利要求14所述的檢測方法，其進一步包括響應於恆定電流源而產生偏壓以產生所述電流信號。
全文摘要
本發明提供一種用於檢測變壓器電壓的檢測電路及檢測方法。所述檢測電路包含電流輸出電路，所述電流輸出電路耦接至變壓器的繞組以產生電流信號；電流－電壓電路耦接至所述電流輸出電路以響應於電流信號來產生電壓信號；取樣和保持電路通過取樣所述電壓信號來產生輸出信號。輸入電壓被施加至變壓器時，輸出信號與變壓器的輸入電壓相關。
文檔編號H02M5/10GK1936604SQ20061015424
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月18日 優先權日2006年9月18日
發明者李俊慶, 楊大勇 申請人:崇貿科技股份有限公司