一次側控制的切換調節器的製作方法
2023-05-19 21:38:11 1
專利名稱：一次側控制的切換調節器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種切換調節器，且更確切地說其涉及一種隔離式切換調節器。
背景技術：
各種切換調節器已被廣泛用於提供調節電壓和電流。為了安全起見，離線式(off-line)切換調節器必須提供其一次側(primary side)和二次側(secondary side)之間的隔離。因此，在切換調節器的一次側裝備一控制電路，需要一光學耦合器(optical-coupler)和二次側電路以調節切換調節器的輸出電壓和輸出電流。為減小切換調節器的尺寸和成本，除去光學耦合器和二次側電路的需要是當前趨勢。
在進來的發展中，已揭示許多一次側控制方案，諸如楊大勇(Ta-yungYang)等人的題為「調節一次側的輸出電壓和輸出電流的脈寬調製(PWM)控制器」的美國專利第6,721,192號、楊大勇等人的題為「具改進負載調節的一次側調節的PWM控制器」的美國專利第6,836,415號、和楊大勇等人的題為「在一次側PWM控制下具有恆定電壓和恆定電流輸出的反馳式(flyback)功率轉換器」的美國專利第6,862,194號。然而，前述習知的一次側控制方案的缺點是輸出電壓和輸出電流的不精確控制。
本實用新型的目標是提供一種能精確控制切換調節器的一次側的輸出電壓和輸出電流的切換調節器。因此，減小所述切換調節器的尺寸和成本。
發明內容
一種一次側控制的切換調節器(切換調節器)包括一切換元件，以切換變壓器來將能量從所述切換調節器的一次側傳遞到二次側。一控制電路耦合到所述變壓器，用於產生切換信號，以進行切換所述切換元件並調節切換調節器的輸出。所述控制電路中包括耦合到變壓器的第一電路，用於通過測量變壓器的反射信號來產生第一信號和時序信號。時序信號表示變壓器的放電時間。第二電路與第三電路通過積分電流信號和所述時序信號來產生第二信號，其中所述電流信號表示變壓器的一次側切換電流。此外，第三電路的時間常數與切換信號的切換周期相關聯。具有第一參考信號的第一誤差放大器用於根據第一信號而產生第一反饋信號。為改進負載調節，根據第二信號的增加而增加第一參考信號。第二反饋信號是由一具有第二參考信號的第二誤差放大器根據第二信號而產生。因此，切換信號是由切換控制電路根據第一反饋信號和第二反饋信號而產生。當啟用切換信號時，切換信號具有最小導通時間(on-time)，進而確保了放電時間的最小值，用於對反射信號進行多重取樣。
應了解，前述一般性描述和下列詳細描述均為示範性的，且希望如所主張的為本實用新型提供進一步解釋。從隨後描述和附圖的考慮，將明了更進一步目標和優勢。
附圖的加入是為提供對本實用新型的進一步理解，且其併入本說明書並組成其一部分。
了本實用新型的實施例，連同描述，用於解釋本實用新型的原理。
圖1說明一習知一次側控制的切換調節器的電路圖。
圖2說明一習知切換調節器的關鍵波形。
圖3說明根據本實用新型的一實施例的控制電路。
圖4說明根據本實用新型的一實施例的第一電路。
圖5說明根據本實用新型的一實施例的振蕩器。
圖6說明根據本實用新型的一實施例的第二電路。
圖7說明根據本實用新型的一實施例的第三電路。
圖8說明根據本實用新型的一實施例的PWM電路。
圖9說明根據本實用新型的一實施例的加法器的電路示意圖。
圖10說明根據本實用新型的一實施例的用於編程參考信號的調整電路。
具體實施方式
圖1說明一習知一次側控制的切換調節器。所述切換調節器包括變壓器10，其具有輔助繞組NA、一次繞組NP、和二次繞組NS。為調節切換調節器的輸出電壓VO和輸出電流IO，控制電路70產生切換信號VPWM到電晶體20，用於切換變壓器10。
圖2說明圖1中說明的習知切換調節器的信號波形。由於切換信號VPWM為高電位(logic-high)，可相應產生一次側切換電流IP。一次側切換電流IP的峰值IP1由以下公式給出IP1=VINLPTON------------------------------------(1)]]>其中，VIN是施加到變壓器10的輸入電壓，LP是變壓器10的一次繞組NP的電感值，且TON是切換信號VPWM的導通時間。
一旦切換信號VPWM降到低電位(logic-low)，存儲在變壓器10中的能量將傳送到變壓器10的二次側，且經由整流器40到切換調節器的輸出端。相應地產生二次側切換電流IS。二次側切換電流IS的峰值IS1由以下公式表達IS1=(VO+VF)LSTDS------------------------------------(2)]]>其中，VO是切換調節器的輸出電壓，VF是整流器40的正向壓降，且LS是變壓器10的二次繞組NS的電感值，且TDS是二次側切換電流IS的放電時間。
同時，變壓器10的輔助繞組NA處產生反射信號VAUX。所述反射信號VAUX由以下公式給出VAUX=TNATNS(VO+VF)---------------------------------(3)]]>其中，TNA和TNS分別是變壓器10的輔助繞組NA和二次繞組NS的繞組匝數。
當二次側切換電流IS降為零時，反射信號VAUX開始降低。這也顯示出變壓器10的能量此刻完全釋放。因此，如圖2所示，從切換信號VPWM的下降邊緣到反射信號VAUX開始下降的點測量等式(2)中的放電時間TDS。二次側切換電流IS由一次側切換電流IP和變壓器10的繞組匝數所決定。二次側切換電流IS由以下公式表達IS=TNPTNSIP---------------------------------(4)]]>其中，TNP是變壓器10的一次繞組NP的繞組匝數。
參看圖1，控制電路70包括用於接收電力的電源端VCC和接地端GND。一分壓器連接在變壓器10的輔助繞組NA與接地參考電位之間，且分壓器是由電阻器50和電阻器51所形成。控制電路70的一檢測端DET連接到電阻器50和電阻器51的接合點。檢測端DET處產生的電壓VDET由以下公式給出VDET=R51R50+R51VAUX------------------------------------(5)]]>其中，R50和R51是電阻器50和51的電阻值。
通過整流器60，電容器65進一步被反射信號VAUX充電，以為控制電路70提供電力。電流感應電阻器30為電流感應元件。電流感應電阻器30從電晶體20的源極連接到接地參考電位，以將一次側切換電流IP轉換成電流感應信號VCS。控制電路70的感應端CS連接到電流感應電阻器30，以檢測電流感應信號VCS。
控制電路70的輸出端OUT產生切換信號VPWM來切換變壓器10。電壓補償端COMV連接到第一補償網絡，用於第一誤差放大器的頻率補償。第一補償網絡可以是一連接到接地參考電位的電容器，諸如電容器31。電流補償端COMI具有第二補償網絡，用於對第二誤差放大器的頻率補償。第二補償網絡也可以是一連接到接地參考電位的電容器，諸如電容器32。可編程端COMR具有連接到地的電阻器33，以根據輸出電流IO為控制電路70的電壓反饋迴路調整參考信號VREF。參考信號VREF的調整在於補償輸出電纜46的壓降，從而實現較好的負載調節。
圖3說明說明了根據本實用新型的一實施例的控制電路70。第一電路(V-LOOP)100通過對電壓VDET進行多重取樣來產生第一信號VV和時序信號SDS。時序信號SDS表示二次側切換電流IS的放電時間TDS。第二電路(I-LOOP)300通過測量電流感應信號VCS來產生電流波形信號VW。振蕩器(OSC)200產生振蕩信號PLS以用於決定切換信號VPWM的切換頻率。第三電路(π)400通過積分電流波形信號VW與時序信號SDS來產生第二信號VI。運算放大器71和參考信號VREF形成第一誤差放大器，以用於放大第一信號VV並為輸出電壓控制提供第一反饋迴路電路。運算放大器72和參考信號VREF2形成第二誤差放大器，以用於放大第二信號VI並為輸出電流控制提供第二反饋迴路電路。調整電路(ADJ)700耦合到可編程端COMR，以根據第一參考信號VREF1和第二信號VI調整參考信號VREF。脈寬調製(PWM)電路500和比較器73、75形成切換控制電路，以產生切換信號VPWM，且根據第一誤差放大器和第二誤差放大器的輸出來控制切換信號VPWM的脈寬。運算放大器71和72均具有跨導(trans-conductance)輸出。運算放大器71的輸出端連接到電壓補償端COMV和比較器73的正輸入端。運算放大器72的輸出端連接到電流補償端COMI和比較器75的正輸入端。比較器73的負輸入端連接到加法器600的輸出端。比較器75的負輸入端供應有從振蕩器200產生的斜坡信號(rampsignal)RMP。
加法器600通過使電流感應信號VCS與斜坡信號RMP相加來產生斜率信號(slope signal)VSLP。比較器74的正輸入端供應有參考信號VREF3。比較器74的負輸入端連接到感應端CS，從而實現周期性的(cycle-by-cycle)電流限制。NAND門79的三個輸出端分別連接到比較器73、74和75的輸出端。復位信號(reset signal)RST由NAND門79的輸出端產生。復位信號RST供應到PWM電路500，以用於控制切換信號VPWM的佔空周期(duty cycle)。
對一次側切換電流IP進行檢測到對切換信號VPWM進行脈寬調製形成電流控制迴路，其根據參考信號VREF2而控制一次側切換電流IP的振幅值(magnitude)。如等式(4)所示，二次側切換電流IS與一次側切換電流IP成比例。根據圖2的信號波形，切換調節器的輸出電流IO為二次側切換電流IS的平均值。其由以下公式表達IO=ISTDS2T--------------------------------------(6)]]>
由此，切換調節器的輸出電流IO得以調節。
第二電路300檢測電流感應信號VCS，且產生電流波形信號VW。第三電路400通過積分電流波形信號VW與放電時間TDS進而產生第二信號VI。因此第二信號VI表示為以下公式V1=VW2TDST1--------------------------------(7)]]>其中，電流波形信號VW由以下公式表達VW=TNSTNPRsIS---------------------------------(8)]]>其中TI是第三電路400的時間常數。
從等式(6)-(8)可見，第二信號被重新表達如下V1=TT1TNSTNPRSIO----------------------------(9)]]>可見第二信號VI與切換調節器的輸出電流IO成比例。第二信號VI隨輸出電流IO增大而增大。然而，第二信號VI的最大值通過電流控制迴路的調節而被限制到參考信號VREF2的值。在電流控制迴路的反饋控制下，最大輸出電流IO(max)由以下公式給出IO(max)=TNPTNSGAGSWVREF21+(GAGSWRSK)--------------------------------(10)]]>其中K是等於TI/T的常數，GA是第二誤差放大器的增益，且GSW是切換電路的增益。
當電流控制迴路的迴路增益(loop gain)很高(GA×GSW＞＞1)，最大輸出電流IO(max)可簡要定義為以下公式IO(max)=KTNPTNSVREF2RS--------------------------(11)]]>由此，根據參考信號VREF2而將切換調節器的最大輸出電流IO(max)調節為恆定電流。
此外，對反射信號VAUX進行取樣到對切換信號VPWM進行脈寬調製而形成電壓控制迴路，其根據參考信號VREF而控制反射信號VAUX的振幅值。如等式(3)所示，反射信號VAUX與輸出電壓VO成比例。反射信號VAUX進而被衰減到如等式(5)所示的電壓VDET。第一電路100通過對電壓VDET進行多重取樣產生第一信號VV。根據參考信號VREF的值，通過電壓控制迴路的調節而控制第一信號VV的值。第一誤差放大器和切換電路提供電壓控制迴路的迴路增益。因此，輸出電壓VO簡要定義為以下公式VO=(R50+R51R50TNSTNAVREF)-VF----------------------------(12)]]>第一電路100對反射信號VAUX進行多重取樣。在二次側切換電流IS降為零之前，立即對電壓進行取樣和測量。因此，二次側切換電流IS的變化不影響整流器40的正向壓降VF的值。然而，當輸出電流IO變化時，輸出電纜46的壓降隨之改變。調整電路700的形成是用以補償輸出電纜46的壓降。電阻器33用來編程斜率，以根據第二信號VI的變化而決定參考信號VREF的變化。因此，壓降得以與輸出電流IO成比例地補償。使用不同值的電阻器33，補償作用可為多種輸出電纜46作編程。
圖4說明了根據本實用新型一實施例的第一電路100。取樣脈衝產生器190產生取樣脈衝信號以進行多重取樣。臨界電壓156與反射信號VAUX相加以產生電位平移反射信號(level-shift reflected signal)。第一信號產生器包括計數器171和AND門165··166，用於產生取樣信號VSP1··VSPN。第二信號產生器包括D觸發器(flip-flop)170、NAND門163、AND門164和比較器155，用於產生時序信號SDS。時間延遲電路包括反相器162、電流源180、電晶體181和電容器182，用於當切換信號被禁用時產生一延遲時間Td。反相器161的輸入端供應有切換信號VPWM。反相器161的輸出端連接到反相器162的輸入端、AND門164的第一輸入端和D觸發器170的時鐘輸入端(clock-input)。反相器162的輸出端的信號打開/關閉(on/off)電晶體181。電容器182與電晶體181並聯連接。施加電流源180來給電容器182充電。因此，電流源180的電流和電容器182的電容值決定時間延遲電路的延遲時間Td。在電容器182上獲得時間延遲電路的輸出。D觸發器170的D輸入端被電源電壓VCC拉到高電位。D觸發器170的輸出端連接到AND門164的第二輸入端。AND門164輸出時序信號SDS因此當切換信號VPWM被禁用時，時序信號SDS啟用。NAND門163的輸出端連接到D觸發器170的復位輸入端。NAND門163的兩個輸入端分別連接到時間延遲電路的輸出端和比較器155的輸出端。比較器155的負輸入端供應有電位平移反射信號。比較器155的正輸入端供應有保持電壓VHD。因此，在延遲時間Td後，一旦電位平移反射信號低於保持電壓VHD，時序信號SDS就被禁用。此外，只要切換信號VPWM被啟用，時序信號SDS也被禁用。
計數器171和AND門165··166的第三輸入端供應取樣脈衝信號。計數器171的輸出端分別連接到AND門165··166的第二輸入端。AND門165··166的第一輸入端供應有時序信號SDS。AND門165··166的第四輸入端連接到時間延遲電路的輸出端。因此，根據取樣脈衝信號而產生取樣信號VSP1··VSPN。此外，在時序信號SDS的啟用周期這段期間交替產生取樣信號VSP1··VSPN。然而，延遲時間Td是在時序信號SDS的開始時引入的，以抑制取樣信號VSP1··VSPN。因此取樣信號VSP1··VSPN在延遲時間Td的周期這段期間被禁用。
經由檢測端DET和分壓器，取樣信號VSP1··VSPN用於依序對反射信號VAUX進行取樣。取樣信號VSP1··VSPN控制開關121··122，以分別獲得電容器110··111上的保持電壓。開關123··124與電容器110··111並聯連接，以用於對電容器110··111放電。緩衝電路包括運算放大器150··151、二極體130··131和電流源135，用於產生保持電壓VHD。運算放大器150··151的正輸入端分別連接到電容器110··111。運算放大器150··151的負輸入端連接到緩衝電路的輸出端。二極體130··131從運算放大器150··151的輸出端連接到緩衝電路的輸出端。因此保持電壓VHD從保持電壓的較高電壓獲得。電流源135用於終止。開關125周期性地將保持電壓VHD傳導到電容器115，以產生第一信號VV。經由振蕩信號PLS打開/關閉開關125。在延遲時間Td後，取樣信號VSP1··VSPN開始產生保持電壓。反射信號VAUX的突波幹擾(spikeinterference)被消除。當切換信號VPWM被禁用且電晶體20關閉時，反射信號VAUX的突波幹擾可能出現。
當二次側切換電流IS降為零時，反射信號VAUX開始降低。比較器155將檢測前述的反射信號VAUX以禁用時序信號SDS因此，時序信號SDS的脈寬與二次側切換電流IS的放電時間TDS相關聯。同時，取樣信號VSP1··VSPN被禁用，且當時序信號SDS被禁用時停止多重取樣。此時，緩衝電路的輸出端處產生的保持電壓VHD因此與反射信號VAUX相關聯，其中一旦二次側切換電流IS降為零就對反射信號VAUX進行取樣。保持電壓VHD從保持電壓的較高電壓獲得，當反射信號VAUX已開始降低時，其將忽略所取樣的電壓。
圖5說明了根據本實用新型一實施例的振蕩器200。第一電壓到電流轉換器(first V-to-I converter)由運算放大器201、電阻器210、電晶體250形成。第一電壓到電流轉換器根據參考信號VR而產生參考電流I250。電流鏡由數個電晶體形成，例如電晶體251、252、253、254和255，用於根據參考電流I250產生振蕩器充電電流I253和振蕩器放電電流I255電晶體253的漏極(drain)產生振蕩器充電電流I253電晶體255的漏極產生振蕩器放電電流I255開關230連接在電晶體253的漏極與電容器215之間。斜坡信號RMP在電容器215上獲得。比較器205的正輸入端連接到電容器215。比較器205輸出振蕩信號PLS。切換信號VPWM的切換頻率由振蕩信號PLS決定。開關232的第一端供應有高臨界電壓VH。開關233的第一端供應有低臨界電壓VL。開關232的第二端和開關233的第二端均連接到比較器205的負輸入端。反相器260的輸入端連接到比較器205的輸出端，以產生反轉振蕩信號/PLS。開關231和開關233由振蕩信號PLS打開/關閉。開關230和開關232由反轉振蕩信號/PLS打開/關閉。電阻器210的電阻值R210和電容器215的電容值C215將決定切換頻率的切換周期TT=C215VOSCVR/R210=R210C215VOSCVR---------------------------(13)]]>其中VOSC＝VH-VL。
圖6說明根據本實用新型一實施例的第二電路300。第四電路包括比較器310、電流源320、開關330、340，和電容器361。對電流感應信號VCS的峰值進行取樣，以產生第四信號。比較器310的正輸入端供應有電流感應信號VCS比較器310的負輸入端連接到電容器361。開關330連接在電流源320與電容器361之間。開關330由比較器310的輸出端的信號打開/關閉。開關340與電容器361並聯連接，以對電容器361放電。開關350周期性地將第四信號傳導到電容器362，以產生電流波形信號VW。開關350由振蕩信號PLS打開/關閉。
圖7說明了根據本實用新型一實施例的第三電路400。第二電壓到電流轉換器(second V-to-I converter)包括運算放大器410、電阻器450，和電晶體420、421、422。運算放大器410的正輸入端供應有電流波形信號VW。運算放大器410的負輸入端連接到電阻器450。運算放大器410的輸出端的信號驅動電晶體420的門極。電晶體420的源極耦合到電阻器450。經由電晶體420的漏極，電流I420由第二電壓到電流轉換器根據電流波形信號VW而產生。電晶體421和422形成比率為2∶1的電流鏡。經由電晶體422的漏極，電流I420驅動電流鏡以產生可編程充電電流IPRG。可編程充電電流IPRG由以下公式表達IPRG=1R450VW2------------------------------(14)]]>其中R450是電阻器450的電阻值。
電容器471用來產生積分信號。開關460連接在電晶體422的漏極與電容器471之間。開關460由時序信號SDS打開/關閉。開關462與電容器471並聯連接，以對電容器471放電。開關461周期性地將積分信號傳導到電容器472，以產生第二信號VI。開關461由振蕩信號PLS打開/關閉。因此第二信號VI是在電容器472上獲得的，如下所示V1=1R450C471VW2TDS---------------------------(15)]]>根據圖4-7所說明的本實用新型的一實施例，第二信號VI與切換調節器的二次側切換電流IS、輸出電流IO相關聯。因此，等式(9)被重新表達如下V1=mTNSTNPRSIO----------------------------(16)]]>其中m是常數，其由以下公式決定m=R210C215R450C471VOSCVR--------------------------(17)]]>電阻器450的電阻值R450與電阻器210的電阻值R210相關聯。電容器471的電容值C471與電容器215的電容值C215相關聯。因此，第二信號VI與切換調節器的輸出電流IO成比例。
圖8說明了根據本實用新型一實施例的PWM電路500的電路示意圖。PWM電路500包括NAND門511、D觸發器515、AND門519、消隱電路(blankingcircuit)520，和反相器512、518。D觸發器515的D輸入端被電源電壓VCC拉到高電位。反相器512的輸入端由振蕩信號PLS所驅動。反相器512的輸出端連接到D觸發器515的時鐘輸入端，以啟用切換信號VPWM。D觸發器515的輸出端連接到AND門519的第一輸入端。AND門519的第二輸入端耦合到反相器512的輸出端。AND門519輸出切換信號VPWM，以切換變壓器10。D觸發器515的復位輸入端連接到NAND門511的輸出端。NAND門511的第一輸入端供應有復位信號RST，以用於周期性地禁用切換信號VPWM。NAND門511的第二輸入端連接到消隱電路520的輸出端，以確保當切換信號VPWM被啟用時切換信號VPWM的最小導通時間(minimum on-time)。切換信號VPWM的最小導通時間確保放電時間TDS的最小值，其確保對第一電路100中的反射信號VAUX進行適當的多重取樣。放電時間TDS與切換信號VPWM的導通時間相關聯。參考等式(1)、(2)和(4)，和等式(18)所示的二次側電感值LS，放電時間TDS由以下等式(19)表達LS＝(TNS/TNP)2×LP------------------------------------(18)TDS=(VINVO+VF)TNSTNPTON-------------------------(19)]]>其中TON是切換信號VPWM的導通時間。
消隱電路520的輸入端供應有切換信號VPWM。當切換信號VPWM被啟用時，消隱電路520將產生消隱信號VBLK來抑制D觸發器515的復位。消隱電路520更包括NAND門523、電流源525、電容器527、電晶體526，和反相器521、522。反相器521的輸入端和NAND門523的第一輸入端供應切換信號VPWM。施加電流源525以對電容器527進行充電。電容器527與電晶體526並聯連接。電晶體526由反相器521的輸出端的信號打開/關閉。反相器522的輸入端耦合到電容器527。反相器522的輸出端連接到NAND門523的第二輸入端。NAND門523的輸出端輸出消隱信號VBLK消隱信號VBLK的脈寬由電流源525的電流值和電容器527的電容值決定。反相器518的輸入端連接到NAND門523的輸出端。反相器518的輸出端產生清除信號CLR以打開/關閉開關123、124、340和462。
圖9說明了根據本實用新型一實施例的加法器600的電路示意圖。第三電壓到電流轉換器(third V-to-I converter)由運算放大器610、電晶體620、621、622，和電阻器650形成，用於根據斜坡信號RMP而產生電流I622。運算放大器611的正輸入端供應有電流感應信號VCS。運算放大器611的負輸入端和輸出端連接在一起，以使運算放大器611作為緩衝器。電晶體622的漏極經由電阻器651連接到運算放大器611的輸出端。斜率信號VSLP產生於電晶體622的漏極處。因此斜率信號VSLP與斜坡信號RMP、電流感應信號VCS相關聯。
圖10說明根據本實用新型一實施例的調整電路700的電路示意圖。電壓到電流轉換器由運算放大器710、電晶體711、714、715，和電阻器712形成，用於根據第二信號VI而產生電流I715。運算放大器710的正輸入端供應有第二信號VI。電流I715被輸出到可編程端COMR。電流I715結合電阻器33產生電壓VCOMR而連接到運算放大器720。另一電壓到電流轉換器由運算放大器720、電晶體721、724、725，和電阻器722形成，用於根據電壓VCOMR而在電晶體725的漏極處產生電流I725。運算放大器750的負輸入端和輸出端連接在一起，以使運算放大器750作為緩衝器。運算放大器750的正輸入端連接到參考信號VREF1。電晶體725的漏極經由電阻器760連接到運算放大器750的輸出端。參考信號VREF產生於電晶體725的漏極處。基於參考信號VREF1，參考信號VPEF由第二信號VI調整並由電阻器33編程。
所屬領域的技術人員應易了解，可在不脫離本實用新型的範疇和精神的情況下對其結構做出各種修改和變化。鑑於上文所述，希望本實用新型涵蓋在上述權利要求書和其等同物的範圍內的本實用新型的修改和變化。
權利要求1.一種一次側控制的切換調節器，其特徵在於其包括一變壓器，用於將能量從所述變壓器的一一次側傳遞到一二次側；一切換元件，用於切換所述變壓器；和一控制電路，其耦合到所述變壓器，用來產生一切換信號，用以切換所述切換元件，且調節所述切換調節器的輸出，其中所述控制電路包括一第一電路，其耦合到所述變壓器，通過測量所述變壓器的一反射信號以產生一第一信號和一時序信號，且其中所述時序信號表示所述變壓器的一放電時間；一第二電路和一第三電路，其通過積分一電流信號與所述時序信號，用來產生一第二信號，且其中所述電流信號表示所述變壓器的一一次側切換電流；一第一誤差放大器，其具有一第一參考信號，用於根據所述第一信號而產生一第一反饋信號，且其中所述第一參考信號根據所述第二信號的增加而增加；一第二誤差放大器，其具有一第二參考信號，用於根據所述第二信號而產生一第二反饋信號；和一切換控制電路，其根據所述第一反饋信號和所述第二反饋信號而產生所述切換信號。
2.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述控制電路進一步包括一電源端和一接地端，用於接收電力；一檢測端，用於通過一分壓器的一電阻器將所述第一電路連接到所述變壓器；一感應端，用於將所述第二電路連接到一電流感應元件，以接收所述電流信號，且所述電流感應元件用於將所述一次側切換電流轉換為所述電流信號；一輸出端，通過所述切換元件，用於產生所述切換信號來切換所述變壓器；一電壓補償端，其連接到一第一補償網絡，用於對所述第一誤差放大器進行頻率補償；一電流補償端，其連接到一第二補償網絡，用於對所述第二誤差放大器進行頻率補償；和一可編程端，其連接一電阻器到一接地，用以決定一斜率，其中所述斜率表示所述第一參考信號的變化對比所述第二信號的變化。
3.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第三電路的一時間常數與所述切換信號的一切換周期相關聯。
4.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路包括一臨界電壓，其中所述臨界電壓添加到所述反射信號以產生一電位平移反射信號；複數個電容器；一信號產生器，其用於產生取樣信號，其中所述取樣信號用於對所述反射信號進行取樣，且分別在所述電容器上產生保持電壓，且在所述時序信號的一啟用周期這段期間依序產生所述取樣信號；一緩衝電路，其從所述電容器上的保持電壓的較高電壓產生一保持信號；一第一輸出電容器，用於根據所述保持信號而產生所述第一信號；和一第二信號產生器，其用於產生所述時序信號，其中當所述切換信號禁用時，啟用所述時序信號，且當所述電位平移反射信號低於所述保持信號時，禁用所述時序信號。
5.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路對所述反射信號進行多重取樣，以產生所述第一信號，且一旦所述變壓器的所述放電電流降到零就立即獲得所述第一信號。
6.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第二電路包括一第四電路，其通過對所述電流信號進行取樣產生一第四信號；一第三電容器，其保持所述第四信號；一第二輸出電容器，其產生一電流波形信號；和一開關，其將所述第四信號傳導到所述第二輸出電容器。
7.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第三電路包括一電壓到電流轉換器，其根據所述電流波形信號而產生一充電電流；一時序電容器，其經由一第一開關耦合到所述充電電流，以根據所述時序信號而產生一積分信號；一第二開關，其與所述時序電容器並聯連接，以對所述時序電容器進行放電；一第三輸出電容器，其產生所述第二信號；和一第三開關，其將所述積分信號傳導到所述第三輸出電容器。
8.根據權利要求1所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中當所述切換信號啟用時，所述切換信號具有一最小導通時間，其進一步確保了所述放電時間的一最小值，用於對所述反射信號進行多重取樣。
9.一種切換調節器，其特徵在於其包括一變壓器，用於將能量從所述變壓器的一一次側傳遞到一二次側；一切換元件，用於切換所述變壓器；和一控制電路，其耦合到所述變壓器，用來產生一切換信號，用以切換所述切換元件，並調節所述切換調節器的輸出，其中所述控制電路包括一第一電路，其耦合到所述變壓器，通過測量所述變壓器的一反射信號來產生一第一信號和一時序信號，且所述時序信號表示所述變壓器的一放電時間；一第二電路，其通過積分一電流信號與所述時序信號來產生一第二信號，且所述電流信號表示所述變壓器的一一次側切換電流；一第一反饋電路，用於根據所述第一信號而產生一第一反饋信號；一第二反饋電路，用於根據所述第二信號而產生一第二反饋信號；和一切換控制電路，其根據所述第一反饋信號和所述第二反饋信號而產生所述切換信號。
10.根據權利要求9所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第一反饋電路進一步包括一第一參考信號，其根據所述第一信號和所述第一參考信號而產生所述第一反饋信號，且所述第一參考信號根據所述第二信號的變化而改變。
11.根據權利要求9所述的切換調節器，其特徵在於其中所述控制電路進一步包括一電源端和一接地端，用於接收電力；一檢測端，用於將所述第一電路耦合到所述變壓器；一感應端，用於將所述第二電路耦合到一電流感應元件，以接收所述電流信號，其中所述電流感應元件用於將所述一次側切換電流轉換為所述電流信號；一輸出端，通過所述切換元件，用於產生所述切換信號以切換所述變壓器；一電壓補償端，用於所述第一反饋電路的頻率補償；和一電流補償端，用於所述第二反饋電路的頻率補償。
12.根據權利要求9所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路包括一臨界電壓，其中所述臨界電壓添加所述反射信號以產生一電位平移反射信號；複數個電容器；一信號產生器，其產生取樣信號以對所述反射信號進行取樣並保持所述反射信號於所述電容器，其中分別在所述電容器上產生保持電壓，且根據所述時序信號的啟用而產生取樣信號；一緩衝電路，其根據所述保持電壓產生所述第一信號；一第二信號產生器，其根據保持電壓和所述電位平移反射信號而產生所述時序信號，其中當所述切換信號禁用時，啟用所述時序信號，且當所述電位平移反射信號低於所述保持電壓時，禁用所述時序信號。
13.根據權利要求9所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路對所述反射信號進行多重取樣，以產生所述第一信號，且在所述變壓器的所述放電電流降到零後獲得所述第一信號。
14.根據權利要求9所述的一次側控制的切換調節器，其特徵在於其中所述第二電路包括一電流產生器，其通過對所述電流信號進行取樣而產生一充電電流；和一電容器，其耦合到所述充電電流，用於根據所述時序信號而產生所述第二信號。
15.根據權利要求9所述的切換調節器，其特徵在於其中當所述切換信號啟用時，所述切換信號具有一最小導通時間，其進一步確保了所述放電時間的一最小值，用於對所述反射信號進行多重取樣。
16.一種切換電源轉換器，其特徵在於其包括一變壓器，用於將所述能量從所述變壓器的一一次側傳遞到一二次側；一切換元件，用於切換所述變壓器；和一控制電路，其耦合到所述變壓器，用於產生一切換信號，以切換所述切換元件，並調節所述切換調節器的輸出，其中所述控制電路包括一第一電路，其耦合到所述變壓器，用於通過測量所述變壓器的一反射信號來產生一第一信號；一第二電路，其根據一電流信號而產生一第二信號，其中所述電流信號表示所述變壓器的一一次側切換電流；一第一反饋電路，其根據所述第一信號而產生一第一反饋信號；一第二反饋電路，其根據所述第二信號而產生一第二反饋信號；和一切換控制電路，其根據所述第一反饋信號和所述第二反饋信號而產生所述切換信號。
17.根據權利要求16所述的切換電源轉換器，其特徵在於其中所述第一反饋電路進一步包括一第一參考信號，用於根據所述第一信號而產生所述第一反饋信號，且所述第一參考信號根據所述第二信號的變化而改變。
18.根據權利要求16所述的切換電源轉換器，其特徵在於其中所述控制電路進一步包括一電源端和一接地端，用於接收電力；一檢測端，用於通過一分壓器的一電阻器將所述第一電路連接到所述變壓器；一感應端，用於將所述第二電路連接到一電流感應元件，以接收所述電流信號，其中所述電流感應元件用於將所述一次側切換電流轉換為所述電流信號；一輸出端，通過所述切換元件，用於產生所述切換信號以切換所述變壓器；一第一補償端，用於所述第一反饋電路的頻率補償；和一第二補償端，用於所述第二反饋電路的頻率補償。
19.根據權利要求16所述的切換電源轉換器，其特徵在於其中所述第一電路包括複數個電容器；一信號產生器，其產生取樣信號以對所述反射信號進行取樣並保持所述反射信號於所述電容器，其中分別在所述電容器上產生保持電壓，且根據一時序信號的啟用而產生取樣信號；一緩衝電路，其根據所述保持電壓產生所述第一信號；和一第二信號產生器，其根據保持電壓而產生所述時序信號，其中當所述切換信號禁用時，啟用所述時序信號，且當所述反射信號顯著低於所述保持信號時，禁用所述時序信號。
20.根據權利要求16所述的切換電源轉換器，其特徵在於其中所述第一電路對所述反射信號進行多重取樣，以產生所述第一信號，且一旦所述變壓器的所述放電電流降到零就獲得所述第一信號。
21.根據權利要求16所述的切換電源轉換器，其特徵在於其中當所述切換信號啟用時，所述切換信號具有一最小導通時間，其進一步確保了所述放電時間的一最小值，用於對所述反射信號進行多重取樣。
22.一種切換調節器，其特徵在於其包括一變壓器，用於將能量從所述變壓器的一一次側傳遞到一二次側；一切換元件，用於切換所述變壓器；和一控制電路，其耦合到所述變壓器，用於產生一切換信號以切換所述切換元件並調節所述切換調節器的輸出，其中所述控制電路包括一第一電路，其耦合到所述變壓器，以通過測量所述變壓器的一反射信號來產生一第一信號；一第二電路，其通過測量一電流信號來產生一第二信號，其中所述電流信號與所述切換調節器的所述輸出電流相關聯；一反饋電路，其包括一參考信號，用於根據所述第一信號和所述參考信號而產生一反饋信號，且所述參考信號根據所述第二信號而改變；和一切換控制電路，其根據所述反饋信號而產生所述切換信號。
23.根據權利要求22所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路包括複數個電容器；一信號產生器，其產生取樣信號，用以對所述反射信號進行取樣並保持所述反射信號於所述電容器，其中分別在所述電容器上產生保持電壓，且根據一時序信號的啟用而產生取樣信號；一緩衝電路，其根據所述保持電壓而產生所述第一信號；和一第二信號產生器，其根據保持電壓而產生所述時序信號，其中當所述切換信號禁用時，啟用所述時序信號；當所述反射信號顯著低於所述保持信號時，禁用所述時序信號。
24.根據權利要求22所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第一電路對所述反射信號進行多重取樣，以產生所述第一信號，且一旦所述變壓器的所述放電電流降到零就獲得所述第一信號。
25.根據權利要求22所述的切換調節器，其特徵在於其中所述第二電路包括一電流產生器，其根據所述電流信號而產生一充電電流；和一電容器，其耦合到所述充電電流，用於根據所述時序信號而產生所述第二信號。
26.根據權利要求22所述的切換調節器，其特徵在於其中當所述切換信號啟用時，所述切換信號具有一最小導通時間，其進一步確保了所述放電時間的一最小值，用於對所述反射信號進行多重取樣。
27.一種切換調節器，其特徵在於其包括一變壓器，用於將能量從所述變壓器的一一次側傳遞到一二次側；一切換元件，用於切換所述變壓器；和一控制電路，其耦合到所述變壓器，用於產生一切換信號來切換所述切換元件，且調節所述切換調節器的輸出，其中所述控制電路包括一第一電路，其耦合到所述變壓器，用於通過測量所述變壓器的一反射信號來產生一第一信號；一第二電路，其通過測量一電流信號來產生一第二信號，其中所述電流信號與所述切換調節器的所述輸出電流相關聯；一反饋電路，其根據所述第一信號而產生一反饋信號，且所述第一信號根據所述第二信號而改變；和一切換控制電路，其根據所述反饋信號而產生所述切換信號。
專利摘要一種切換調節器包括切換元件與控制電路，切換元件用於切換從一次側轉換到二次側的變壓器。控制電路產生用於調節切換調節器的輸出的切換信號。控制電路包括第一電路、第二電路、第一反饋電路、第二反饋電路和切換控制電路。第一電路通過測量變壓器的反射信號來產生第一信號和時序信號，而第二電路通過積分電流信號與時序信號來產生第二信號，其中電流信號表示變壓器的一次側切換電流。第一反饋電路根據第一信號和參考信號而產生第一反饋信號，其中參考信號根據第二信號的變化而改變。第二反饋電路根據第二信號而產生第二反饋信號。切換控制電路根據反饋信號而產生切換信號。
文檔編號H02M3/156GK2912100SQ20062000416
公開日2007年6月13日 申請日期2006年3月3日 優先權日2006年3月3日
發明者楊大勇, 李俊慶, 曹峰誠 申請人:崇貿科技股份有限公司