控制器及其箝制電路的製作方法
2023-10-04 12:37:44 2
專利名稱：控制器及其箝制電路的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種箝制電路，特別是有關於一種用於功率轉換器的箝制電路。
背景技術：
圖1是繪示一次側控制功率轉換器，其包括變壓器10、功率電晶體20、控制器100、 整流器40與50、電容器45與55以及分壓器。控制器100具有輸入端VS，其耦接變壓器10 的輔助繞組Na。由電阻器30與35所組成的分壓器與變壓器10的輔助繞組Na並聯。由輔 助繞組Na所生成的反射信號Vna被分壓器衰減，以在電阻器30與35的接點上生成檢測信 號\。檢測信號\被提供至控制器100的輸入端VS。控制器100生成切換信號Ve，其用來控制功率電晶體20以切換變壓器10的一次 側繞組NP。變壓器10的二次側繞組Ns通過整流器40及電容器45以在一次側控制功率 轉換器的輸出端生成輸出電壓V。。反射信號Vna還通過整流器50對電容器55充電，以提 供供應電壓V。。至控制器100的供電端VCC。一次側控制功率轉換器的詳細敘述以及檢測 變壓器的檢測信號的操作可於現有技術中獲得，例如第7，016，204號名稱為「Close-loop PWM Controller for Primary-side Controlled Power Converters，，的美國發明專利、第 7，352，595 號名稱為 「Primary-side Controlled Switching Regulator」 的美國發明專利 以及第 7，486，528 號名禾爾為"Linear—predict Sampling for Measuring Demagnetized Voltage of Transformer」 的美國發明專利。圖4是繪示變壓器10的切換信號Ve以及輔助繞組Na的反射信號Vna的波形圖。 當切換信號Ve被禁能(disabled)時，在反射信號Vna的前緣上，變壓器10的漏電感與功率 電晶體20的寄生電容造成了具有振蕩周期Tsi的振蕩能量。當此振蕩持續時，檢測信號Vs 無法精確地被檢測，尤其是對於應用在一次側控制功率轉換器的高切換頻率變壓器而言， 將拖慢了調節操作的速度。為了達到檢測信號Vs的高速檢測，宜減短反射信號Vna的振蕩周期Tsi，以改善一次 側控制功率轉換器的調節操作。
發明內容
本發明提供一種用於功率轉換器的控制器，其包括箝制電路、切換電路以及脈衝 生成器。箝制電路耦接控制器的輸入端，檢測自變壓器獲得的檢測信號。切換電路根據檢 測信號生成切換信號來切換變壓器以調節功率轉換器。在切換信號的截止期間內，檢測信 號的最大電平被箝制在低於閾值電壓的電平。箝制電路包括比較電路及電晶體。比較電路 比較檢測信號與閾值電壓以生成電平控制信號。電晶體受控於電平控制信號以箝制檢測信 號的最大電平。脈衝生成器根據切換信號的下降緣來生成脈衝信號。脈衝信號用來控制晶 體管以箝制檢測信號的最大電平。控制器由變壓器的反射信號來供給電力，且檢測信號是 由衰減反射信號而獲得。本發明又提供一種控制器，適用於功率轉換器，其包括切換電路、放電電路以及脈衝生成器。切換電路根據來自變壓器的檢測信號生成切換信號來驅動變壓器以調節功率轉 換器。放電電路耦接控制器的供電端。控制器通過控制器的供電端而由變壓器的反射信號 來被供給電力。放電電路用來在切換信號的截止期間內對源自控制器的供電端的電流放 電。放電電路包括比較電路以及電晶體。比較電路比較一電壓電平與一閾值電壓以生成放 電信號。此電壓電平與供電端的電壓電平相關聯。電晶體耦接比較電路，以根據放電信號 對源自控制器的供電端的電流放電。脈衝生成器根據切換信號的下降緣來生成脈衝信號。 脈衝信號用來控制電晶體以對源自控制器的供電端的電流放電。本發明另提供一種箝制電路，用以提高對來自變壓器的反射信號的檢測速度。此 箝制電路包括比較電路以及電晶體。比較電路比較檢測信號與閾值電壓以生成電平控制信 號。電晶體受控於電平控制信號以箝制檢測信號的最大電平。電晶體受控於脈衝信號，以 箝制檢測信號的最大電平。此脈衝信號是由脈衝生成器根據切換信號的下降緣而生成的。 而此切換信號用來切換變壓器。
圖1繪示一次側控制功率轉換器；圖2繪示根據本發明一實施例的一次側控制功率轉換器的控制器；圖3繪示根據本發明實施例的控制器的脈衝生成器；圖4繪示切換信號以及反射信號的波形圖；圖5繪示根據本發明實施例的切換信號、脈衝信號、反射信號以及檢測信號的波 形；以及圖6繪示根據本發明另一實施例的控制器。[主要元件標號說明]圖 1 10 變壓器；30、35 電阻器；45、55 電容器；GATE 控制器的輸出端；GND 控制器的接地端；Np 一次側繞組；Vcc 供應電壓；Vg 切換信號；V。 輸出電壓；VS 控制器的輸入端；圖 2 IOOa 控制器；112 比較電路；117 電阻器；150 切換電路；300 取樣維持電路；
20 功率電晶體； 40、50 整流器； 100 控制器；
Na 輔助繞組； Ns 二次側繞組； VCC 控制器的供電端； Vna 反射信號； Vs 檢測信號；
110 箝制電路； 115 電晶體； 125 與門； 200 脈衝生成器； 310 誤差放大器；
350 脈寬調製電路；Sw 電平控制信號；Ve 參考信號；圖 3 251、252 反相器；254 電容器；256 與門；IN 脈衝生成器的輸入端；OUT 脈衝生成器的輸出端；圖 4 Tqff 截止期間；圖 5 Td 延遲期間；圖 6 280 放電電路；290 比較電路；295 電晶體；Sd 放電信號；Vt2 閾值電壓。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配 合所附圖式，作詳細說明如下。本發明提供一種箝制電路，尤其是對於功率轉換器的高速切換頻率變壓器，其能 達到對來自變壓器的反射信號的高速檢測。圖2繪示根據本發明一實施例的一次側控制功率轉換器的控制器100a。控制器 IOOa包括箝制電路110、切換電路150以及脈衝生成器200。箝制電路110包括比較電路 112、電晶體115、電阻器117以及與門125。切換電路150包括取樣維持電路300、誤差放大 器310以及脈寬調製電路350。箝制電路110耦接控制器IOOa的輸入端VS，以檢測一檢測 信號Vs。檢測信號Vs通過圖1中由電阻器30與35所組成的分壓器衰減反射信號Vna後所 獲得。取樣維持電路300耦接至控制器IOOa的輸入端VS，以取樣檢測信號Vs來生成反饋 信號VFB。誤差放大器310放大參考信號Vk與反饋信號Vfb之間的差異，以通過脈寬調製電 路350在控制器IOOa的輸出端GATE上生成切換信號Ve。切換信號Ve根據檢測信號Vs來 驅動圖1的功率電晶體20以切換變壓器10。比較電路112具有負端，其接收閾值電壓VT。比較電路112的正端與電晶體115 的漏極耦接控制器IOOa的輸入端VS。比較電路112比較檢測信號Vs與閾值電壓Vt以生 成電平控制信號SQV。電平控制信號Sw被提供至與門125的第一輸入端，與門125的輸出 端控制電晶體115的柵極。電阻器117耦接於電晶體115的源極與控制器IOOa的接地端 GND之間。控制器IOOa的接地端GND耦接至參考接地。脈衝生成器200接收切換信號Ve
Sb 脈衝信號； Vfb 反饋信號； Vt 閾值電壓；
253 電晶體； 255 反相器； 260 電流源；
Tsi 振蕩周期；
Ts2 振蕩周期；
281,282 電阻器； 291 與門； 296 電阻器； Vc 衰減供電電壓；以根據切換信號\的下降緣來生成脈衝信號SB。脈衝信號Sb被提供至與門125的第二輸 入端。圖2及圖4，一旦切換信號Ve被禁能時，由振蕩能量所導致的振蕩突波 (oscillating spike)將發生在反射信號Vna的前緣上並維持一振蕩周期TS1。此振蕩能量 是由變壓器10的漏電感與功率電晶體20的寄生電容所造成。復參閱圖2及圖5，脈衝生成器200接收切換信號Ve以生成脈衝信號SB。當切換 信號\變為禁能時，脈衝信號Sb將於一延遲期間Td內被使能。在此期間，一旦檢測信號Vs 超過閾值電壓Vt時，電平控制信號Sw將被使能。這將接通電晶體115，使得在切換信號Ve 的截止期間Ttw內箝制檢測信號Vs的電平低於閾值電壓Vt所決定的電平。圖3繪示根據本發明實施例的脈衝生成器200。脈衝生成器200包括電流源260、 反相器251、反相器252、電晶體253、電容器254、反相器255以及與門256。反相器251耦 接於脈衝生成器200的輸入端IN與反相器252的輸入端之間。反相器252的輸入端也耦 接與門256的第一輸入端。反相器252的輸出端耦接電晶體253的柵極。電流源260耦接 於供電地壓Vrc與電晶體253的漏極之間。電晶體253的源極耦接至參考接地。電容器254 耦接於電晶體253的漏極與參考接地之間。反相器255的輸入端耦接電晶體253的漏極。 反相器255的輸出端耦接與門256的第二輸入端。與門256的輸出端耦接脈衝生成器200 的輸出端OUT。一旦脈衝生成器200的輸入端IN的電平由邏輯高電平下降至邏輯低電平 時，輸出端OUT將生成維持一延遲期間Td的高邏輯脈衝。延遲期間Td是由電流源260的電 流與電容器254的電容值所決定。圖5繪示切換信號Ve、脈衝信號Sb、輔助繞組Na的反射信號Vna以及檢測信號Vs的 波形。一旦切換信號\被禁能，脈衝信號Sb將被使能並在延遲期間Td內維持使能。復參 閱圖2及圖5，使能的脈衝信號Sb與超過閾值電壓Vt的檢測信號Vs將通過與門125來接通 電晶體115，以箝制檢測信號Vs，使其低於閾值電壓Vt的電平。由於反射信號Vna的振蕩能 量被大量地放電，發生在反射信號Vna的前緣上的振蕩周期Ts2將短於圖4的振蕩周期Tsi許 多。由於檢測信號\的最大電平被箝制住且反射信號Vna的振蕩能量被放電，檢測信號Vs 的檢測速度可大大地提高。一次側控制功率轉換器的調節操作因而可獲得改善。圖6繪示根據本發明另一實施例的控制器100b。控制器IOOb包括放電電路280， 其耦接供電端VCC以接收供電電壓Vcc。控制器IOOb通過供電端VCC而由變壓器100的 反射信號Vna來供給電力。放電電路280用來在切換信號Ve的關閉周期Ttw期間對源自供 電端VCC的電流放電。放電電路280包括比較電路290、與門291、電晶體295以及電阻器 281,282與296。電阻器281與282形成分壓器，以將供電電壓Vee衰減為一衰減供電電壓 Vc。衰減供電電壓Vc因此與供電電壓Vrc相關聯。比較電路290用來比較衰減供電電壓Vc 與閾值電壓Vt2，以在比較電路290的輸出端生成放電信號SD。一旦放電信號Sd與脈衝信號 Sb皆被使能時，將通過與門291接通電晶體295。根據放電信號Sd以通過電阻器296將源 自供電端VCC的電流引導至參考接地。參考圖1及圖6，被提供至控制器IOOb的供電電壓Vcc是由變壓器10的反射信號 Vna所生成。將源自供電端VCC的電流弓I導至參考接地亦可將反射信號Vna的振蕩能量放電。 此大幅地縮短了當切換信號\被禁能時，發生在反射信號Vna的前緣的振蕩期間。本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技
6術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因 此本發明的保護範圍當視所附的權利要求範圍所界定者為準。
權利要求
一種控制器，用於功率轉換器，包括箝制電路，耦接所述控制器的輸入端，檢測獲得自變壓器的檢測信號；以及切換電路，根據所述檢測信號生成切換信號來切換所述變壓器以調節所述功率轉換器；其中，在所述切換信號的截止期間內，所述檢測信號的最大電平被箝制在低於閾值電壓的電平。
2.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述箝制電路包括比較電路，比較所述檢測信號與所述閾值電壓以生成電平控制信號；以及 電晶體，受控於所述電平控制信號以箝制所述檢測信號的所述最大電平。
3.根據權利要求2所述的控制器，還包括脈衝生成器，根據所述切換信號的下降緣來生成脈衝信號，其中，所述脈衝信號用來控 制所述電晶體以箝制所述檢測信號的所述最大電平。
4.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述控制器由所述變壓器的反射信號來供給 電力，且所述檢測信號是由衰減所述反射信號而獲得。
5.一種控制器，用於功率轉換器，包括切換電路，根據來自變壓器的檢測信號生成切換信號來驅動所述變壓器以調節所述功 率轉換器；以及放電電路，耦接所述控制器的供電端，其中，所述控制器通過所述控制器的所述供電端 而由所述變壓器的反射信號來被供給電力，且所述放電電路用來在所述切換信號的截止期 間內對源自所述控制器的所述供電端的電流放電。
6.根據權利要求5所述的控制器，其中，所述放電電路包括比較電路，比較電壓電平與閾值電壓以生成放電信號，其中，所述電壓電平與所述供電 端的電壓電平相關聯；以及電晶體，耦接所述比較電路，以根據所述放電信號對源自所述控制器的所述供電端的 所述電流放電。
7.根據權利要求6所述的控制器，還包括脈衝生成器，根據所述切換信號的下降緣來生成脈衝信號，其中，所述脈衝信號用來控 制所述電晶體以對源自所述控制器的所述供電端的所述電流放電。
8.一種箝制電路，用以提高對來自變壓器的反射信號的檢測速度，包括 比較電路，比較檢測信號與閾值電壓以生成電平控制信號；以及電晶體，受控於所述電平控制信號以箝制所述檢測信號的最大電平。
9.根據權利要求8所述的箝制電路，其中，所述電晶體受控於脈衝信號，以箝制所述檢 測信號的最大電平，且所述脈衝信號是由脈衝生成器根據切換信號的下降緣而生成。
10.根據權利要求9所述的箝制電路，其中，所述切換信號用來切換所述變壓器。
全文摘要
一種用於功率轉換器的控制器，其包括箝制電路、切換電路以及脈衝生成器。箝制電路耦接控制器的輸入端，檢測自變壓器獲得的檢測信號。切換電路根據檢測信號生成切換信號來切換變壓器以調節功率轉換器。在切換信號的截止期間內，檢測信號的最大電平被箝制在低於閾值電壓的電平。由於檢測信號的最大電平被箝制且反射信號的振蕩能量被放電，提高了對檢測信號的檢測速度。因此改善了一次側控制功率轉換器的調節操作。
文檔編號H02M7/217GK101982936SQ20101029187
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年4月14日
發明者呂瑞鴻, 李俊慶, 楊大勇, 林立, 許勝福 申請人:崇貿科技股份有限公司