專利名稱：并聯(lián)調(diào)節(jié)器、返馳轉(zhuǎn)換器及其輸出回授的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器，特別是關(guān)于一種可以降低功率損失的并聯(lián)調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
TL431是一種三端的并聯(lián)調(diào)節(jié)器晶片，已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，例如電流限制 (currentlimit)、電流源(current source)、定電流吸收(constant current sink)、固定及可調(diào)參考電壓產(chǎn)生器、恒壓電路、恒流電路、運(yùn)算放大器、靴帶(boot-strap)電路、低功率偏壓供應(yīng)等等。圖1左側(cè)系TL431的電路符號，右側(cè)系其內(nèi)部方塊圖，這種并聯(lián)調(diào)節(jié)器10 具有陰極12、陽極14和參考極16，在陰極12和陽極14之間有雙極性接面電晶體(BJT) Q， 誤差放大器18根據(jù)參考極16的電壓Vref和內(nèi)部的參考電壓VI之間的差值決定BJT Q的基極偏壓，進(jìn)而控制從陰極12流到陽極14的電流讓。參照圖1及圖2，當(dāng)電壓Vref小于電壓VI時，BJT Q截止，因此電流讓幾乎為零；當(dāng)電壓Vref大于電壓VI時，電流讓隨著電壓Vref與VI之間的差值增加而上升；當(dāng)電壓Vref大于某個值VM后，電流讓不再增加， 維持在最大值。從圖2可知，當(dāng)并聯(lián)調(diào)節(jié)器10操作在電壓Vref較大的范圍時，因?yàn)殡娏髯尡容^大，所以功率損失比較大。此外，在某些應(yīng)用中，較大的電流讓會導(dǎo)致其他電路產(chǎn)生較大的功率損失。由于環(huán)保的因素，特別是無載功率損失的緣故，綠色交流對直流電源轉(zhuǎn)換已經(jīng)成為一種趨勢，此乃由于某些電子產(chǎn)品在不使用時可能會一直不拔除電源之故。有許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)針對無載功率損失給予規(guī)范，例如歐盟(EU)及加州能源委員會(CEC)。在工業(yè)應(yīng)用上， 目前IOOmW的無載功率損失已經(jīng)相當(dāng)不錯了，但是各廠商仍不斷研發(fā)以期將無載功率損失降到50mW或30mW。TL431常應(yīng)用在返馳轉(zhuǎn)換器，例如參照圖3，變壓器20的一次側(cè)線圈Lp 連接在電源輸入端Vin及功率開關(guān)Mp之間，返馳控制器22藉脈寬調(diào)變(PWM)信號Spwm切換功率開關(guān)Mp，二次側(cè)線圈Ls因而產(chǎn)生電流經(jīng)二極體Do對電容Co充電而產(chǎn)生輸出電壓 Vo,電阻Rl及R2組成的分壓器M分壓輸出電壓Vo產(chǎn)生分壓電壓Vfb給并聯(lián)調(diào)節(jié)器10的參考極16，并聯(lián)調(diào)節(jié)器10和光耦合器(photocouplerUe組成隔離式回授電路，根據(jù)分壓電壓Vfb決定光耦合器沈的電流IF，因而控制回授電流Icomp，返馳控制器22根據(jù)感測電阻Rcs的電壓Vcs及回授電流Icomp調(diào)變P麗信號Spwm的工作周期(dutycycle)以控制變壓器20從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓Vo。美國專利申請公開號 20080037296提出一種綠色模式返馳PWM裝置，在輕載減少功率開關(guān)MP的切換以降低功率損失。參照圖3及圖4，返馳轉(zhuǎn)換器操作于綠色模式時，每當(dāng)輸出電壓Vo下降到小于臨界值 Vo_L時，提供PWM信號Spwm切換功率開關(guān)Mp以使輸出電壓Vo上升，每當(dāng)輸出電壓Vo上升到大于臨界值Vo_H時，停止提供PWM信號Spwm，因此輸出電壓Vo將緩慢下降，直到其下降到小于臨界值Vo_L時，再度提供PWM信號Spwm。因?yàn)楣β书_關(guān)Mp在輸出電壓Vo從Vo_ H降到Vo_L期間不切換，所以減少功率損失。然而，參照圖2到圖4，在綠色模式期間，分壓電壓Vfb在Vfb_L及Vfb_H之間擺動，因此并聯(lián)調(diào)節(jié)器10從電源輸出端Vo抽取較大的電流IF，造成輸出電壓Vo下降的速度較快，因而導(dǎo)致功率開關(guān)Mp的切換次數(shù)較多。例如圖4 中的波形觀及30所示，電流IF越大，輸出電壓Vo下降的速度越快，越早達(dá)到Vo_L，因此越早提供PWM信號Spwm切換功率開關(guān)Mp，亦即功率開關(guān)Mp停止切換的期間縮短，切換次數(shù)增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種可以降低功率損失的并聯(lián)調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種較低的輕載或無載功率損失的返馳轉(zhuǎn)換器及其控制方法。根據(jù)本發(fā)明，一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含陰極、陽極和參考極，MOSFET連接在該陰極及陽極之間，以及誤差放大器具有正輸入端接受內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入端連接該參考極，輸出端連接該MOSFET的控制端。當(dāng)該參考極的電壓在一區(qū)間內(nèi)時，該參考極的電壓越大，該 MOSFET的電流越小。根據(jù)本發(fā)明，一種返馳轉(zhuǎn)換器包含返馳控制器控制變壓器從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率，光耦合器從電源輸出端提供回授電流給該返馳控制器，并聯(lián)調(diào)節(jié)器根據(jù)該電源輸出端的電壓控制該回授電流。當(dāng)該輸出電壓在一區(qū)間內(nèi)時，該輸出電壓越大，該回授電流越小。根據(jù)本發(fā)明，一種為返馳轉(zhuǎn)換器提供輸出回授的控制方法包含從該返馳轉(zhuǎn)換器的電源輸出端抽取電流產(chǎn)生回授電流，根據(jù)該返馳轉(zhuǎn)換器的輸出電壓調(diào)整該回授電流，以及控制該回授電流使得當(dāng)該輸出電壓在一區(qū)間內(nèi)時，該輸出電壓越大，該回授電流越小。


圖1為TL431的電路符號及內(nèi)部方塊圖；圖2為TL431的電流對電壓特性曲線；圖3為使用TL431的返馳轉(zhuǎn)換器；圖4為圖3的返馳轉(zhuǎn)換器在綠色模式時的操作示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的第一實(shí)施例；圖6為圖5的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的電流對電壓特性曲線；圖7為根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的第二實(shí)施例；圖8為使用圖7的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的返馳轉(zhuǎn)換器；圖9為圖8的返馳轉(zhuǎn)換器的操作示意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的第三實(shí)施例；以及圖11為根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器的第四實(shí)施例。主要元件符號說明10TL43112 陰極14 陽極16參考極18誤差放大器
20變壓器22返馳控制器24分壓器26光耦合器觀輸出電壓Vo的波形30輸出電壓Vo的波形32并聯(lián)調(diào)節(jié)器34感測極36電流源38感測器40比較器42比較器44比較器46啟動控制器48 及閘50電流IF對分壓電壓Vfb的特性曲線52電流Icomp對分壓電壓Vfb的特性曲線
具體實(shí)施例方式圖5為根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器32，除了陰極12、陽極14和參考極16以外，還多了感測極34。在并聯(lián)調(diào)節(jié)器32中，MOSFET M連接在陰極12和陽極14之間，誤差放大器 18的正輸入端接受內(nèi)部的參考電壓VM，負(fù)輸入端連接參考極16，輸出端連接M0SFETM的控制端，開關(guān)SW與電流源36串聯(lián)在陰極12和陽極14之間，感測器38具有二輸入端分別連接感測極34及參考極16，以及二輸出端分別連接開關(guān)SW的控制端及誤差放大器18的正偏壓輸入端V+。對照圖1的誤差放大器18，圖5的并聯(lián)調(diào)節(jié)器32系將參考極16連接到誤差放大器18的負(fù)輸入端，因此，如圖6所示，其電流-電壓特性曲線系圖2所示電流-電壓 (I-V)特性曲線的反轉(zhuǎn)。參照圖5及圖6，假設(shè)開關(guān)SW是閉路的，當(dāng)電壓Vref大于電壓VM 時，誤差放大器18的輸出無法打開MOSFET M，因此電流讓=12 ；當(dāng)電壓Vref小于電壓VM 時，MOSFET M導(dǎo)通，因此電流讓=11+12 ；當(dāng)電壓Vref小于某電壓VI時，誤差放大器18的輸出大到足以使MOSFET M為全開(full on)狀態(tài)，因此電流讓為最大值=Il_max+I2。從圖6可知，當(dāng)并聯(lián)調(diào)節(jié)器32操作在電壓Vref較大的范圍時，因?yàn)殡娏髯尡容^小，所以功率損失比較小?；氐綀D5，感測器38根據(jù)感測極34的電壓Vsen決定開關(guān)SW的控制信號，根據(jù)參考極16的電壓Vref決定給誤差放大器18的正偏壓V+，亦即可以控制電流源36及誤差放大器18的啟動。例如參照圖6，在電壓Vsen大于某個值時關(guān)上開關(guān)SW，因此讓=12 ； 在電壓Vref大于V_en時啟動誤差放大器18，因此讓=12+11。在不同的實(shí)施例中，也可以把并聯(lián)調(diào)節(jié)器32改為根據(jù)電壓Vref決定控制信號SW，根據(jù)電壓Vsen決定正偏壓V+。圖7為并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的另一實(shí)施例，根據(jù)電壓Vsen提供電壓信號POR給開關(guān)SW 的控制端及誤差放大器18正偏壓輸入端。圖8為使用此并聯(lián)調(diào)節(jié)器的返馳轉(zhuǎn)換器，其中返馳控制器22含有電阻R3接受回授電流Icomp產(chǎn)生回授電壓Vcomp，比較器40比較回授電壓Vcomp及斜坡電壓Vramp產(chǎn)生控制信號Scl，比較器42比較回授電壓Vcomp及臨界電壓 Vth_DCM產(chǎn)生控制信號&2，比較器44比較回授電壓Vcomp及臨界電壓Vth_ST產(chǎn)生控制信號Sc3給啟動控制器46，及閘48根據(jù)控制信號Sc2及控制信號Sc3的反相信號決定綠色模式信號Sgreen，并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的陰極12連接光耦合器沈的LED Dfb,陽極14接地，參考極16連接分壓器M接受分壓電壓Vfb，感測極34連接電源輸出端Vo，電流IF及Icomp 二者對分壓電壓Vfb的特性曲線如圖9的曲線50及曲線52所示。參照圖8及圖9，在返馳轉(zhuǎn)換器剛啟動時，輸出電壓Vo = 0，所以電源重啟信號POR為低準(zhǔn)位，開關(guān)SW為開路，誤差放大器18是關(guān)閉的，電流IF及Icomp為零；由于回授電流Icomp低于臨界值Ith_ST，因此電壓Vcomp小于Vth_ST，控制信號Sc3為高準(zhǔn)位，啟動控制器46使返馳控制器22進(jìn)入啟動模式，強(qiáng)迫功率開關(guān)Mp切換以使輸出電壓Vo上升；當(dāng)輸出電壓Vo上升到預(yù)設(shè)的臨界值時，即圖9中的分壓電壓Vfb上升到臨界值Vthl時，并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的感測器38觸發(fā)電源重啟信號P0R，開關(guān)SW關(guān)上，誤差放大器18啟動，由于此時的分壓電壓Vfb較小，與參考電壓VM之間的差值較大，因此誤差放大器18的輸出信號Se使MOSFET M全開(full on), 電流Il為最大值Il_max，電流IF立即跳到最大值，使得回授電流Icomp大于臨界值Ith_ ST，于是電壓Vcomp大于Vth_ST，控制信號Sc3轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位，啟動控制器46關(guān)閉，返馳控制器22進(jìn)入正常操作模式，根據(jù)電壓Vcs及Vcomp切換功率開關(guān)Mp ；在輸出電壓Vo繼續(xù)上升的過程中，MOSFET M保持全開，因此電流IF及Icomp保持定值，直到分壓電壓Vfb大于臨界值Vth2以后，電流Il隨著Vfb及VM之間的差值減少而減少，當(dāng)分壓電壓Vfb大于VM 以后，MOSFET M為全關(guān)(full off)，IF = 12，回授電流Icomp保持定值。在觸發(fā)電源重啟信號POR后，只有在輸出電壓Vo下降到使分壓電壓Vfb小于臨界值Vth3時，觸發(fā)電源重啟信號POR才會被關(guān)閉。當(dāng)返馳轉(zhuǎn)換器為輕載或無載時，當(dāng)輸出電壓Vo上升，分壓電壓Vfb 上升，電流IF下降，回授電流Icomp下降，在回授電流Icomp降到臨界值Ith_DCM時，電壓 Vcomp降到Vth_DCM，控制信號Sc2轉(zhuǎn)為高準(zhǔn)位，因而觸發(fā)綠色模式信號Sgreen，返馳控制器22進(jìn)入綠色模式。在綠色模式期間，分壓電壓Vfb在Vfb_L及Vfb_H之間擺動，回授電流Icomp介于Ith_DCM及Ith_ST之間，并聯(lián)調(diào)節(jié)器32只有較小的電流IF，故輸出電壓Vo 下降的速度較慢，功率開關(guān)Mp停止切換的期間可以保持比較久，因此功率損失較小。在其他實(shí)施例中，也可以將并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的感測極34連接到其他電源端，或供給表示電源開啟的信號，以觸發(fā)電源重啟信號P0R。圖10為并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的第三實(shí)施例，感測器38為感測參考極16的電壓Vref而觸發(fā)電源重啟信號P0R，因此不需要感測極。圖11為并聯(lián)調(diào)節(jié)器32的第四實(shí)施例，其不使用感測器及感測極，而是將電壓Vref 直接供給開關(guān)SW的控制端及誤差放大器18正偏壓輸入端，以同時啟動或關(guān)閉誤差放大器 18及電流源36。如同圖5、圖7及圖10、11所展示的，根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)調(diào)節(jié)器32，其電流讓對電壓Vref的特性曲線為TL431的反轉(zhuǎn)，在VI到VM這個區(qū)間內(nèi)，電壓Vref越大，電流讓越小， 而且在電壓Vref大于VM時，Ik = 12，只消耗很小的電流；這種并聯(lián)調(diào)節(jié)器32應(yīng)用在返馳轉(zhuǎn)換器時，可以讓綠色模式的功率損失降到很小。以上對于本發(fā)明的較佳實(shí)施例所作的敘述系為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的，實(shí)施例系為解說本發(fā)明的原理以及讓熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術(shù)思想企圖由本發(fā)明權(quán)利要求的范圍及其均等來決定。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含 陰極；陽極； 參考極；M0SFET，連接在所述的陰極及陽極之間；誤差放大器，具有正輸入端接受內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入端連接所述的參考極，輸出端連接所述的MOSFET的控制端；以及感測器，連接所述的參考極及誤差放大器，根據(jù)所述的參考極的電壓提供正偏壓給所述的誤差放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)器更包括 感測極，連接所述的感測器；以及開關(guān)及電流源，串聯(lián)在所述的陰極及陽極之間； 其中，所述的感測器根據(jù)所述的感測極的電壓控制所述的開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)器更包括開關(guān)及電流源， 串聯(lián)在所述的陰極及陽極之間，其中所述的感測器根據(jù)所述的參考極的電壓控制所述的開關(guān)。
4.一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含 陰極；陽極； 參考極； 感測極；M0SFET，連接在所述的陰極及陽極之間；誤差放大器，具有正輸入端接受內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入端連接所述的參考極，輸出端連接所述的MOSFET的控制端；以及感測器，連接所述的感測極及誤差放大器，根據(jù)所述的感測極的電壓提供正偏壓給所述的誤差放大器。
5.如權(quán)利要求4所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)器更包括開關(guān)及電流源， 串聯(lián)在所述的陰極及陽極之間，其中所述的感測器根據(jù)所述的感測極的電壓控制所述的開關(guān)。
6.一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含 陰極；陽極； 參考極；M0SFET，連接在所述的陰極及陽極之間；以及誤差放大器，具有正輸入端接受內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入端連接所述的參考極，輸出端連接所述的MOSFET的控制端，正偏壓輸入端連接所述的參考極。
7.如權(quán)利要求6所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)器更包括開關(guān)及電流源， 串聯(lián)在所述的陰極及陽極之間，其中所述的開關(guān)的控制端連接所述的參考極。
8.—種返馳轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的返馳轉(zhuǎn)換器包含變壓器；電源輸出端，在所述的變壓器的二次側(cè)，提供輸出電壓；返馳控制器，在所述的變壓器的一次側(cè)，控制所述的變壓器從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率，以調(diào)節(jié)所述的輸出電壓；光耦合器，連接所述的電源輸出端，提供回授電流給所述的返馳控制器；以及并聯(lián)調(diào)節(jié)器，連接所述的光耦合器，根據(jù)所述的輸出電壓控制所述的回授電流，當(dāng)所述的輸出電壓在一區(qū)間內(nèi)時，所述的輸出電壓越大，所述的回授電流越小。
9.如權(quán)利要求8所述的返馳轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含MOSFET連接所述的光耦合器，當(dāng)所述的輸出電壓在所述的區(qū)間內(nèi)時，所述的輸出電壓越大，所述的 MOSFET的電流越小。
10.如權(quán)利要求9所述的返馳轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的并聯(lián)調(diào)節(jié)器更包含電流源連接所述的光耦合器，決定所述的輸出電壓在所述的區(qū)間內(nèi)的所述的回授電流的最小值。
11.一種為返馳轉(zhuǎn)換器提供輸出回授的控制方法，其特征在于，所述的控制方法包含下列步驟從所述的返馳轉(zhuǎn)換器的電源輸出端抽取電流產(chǎn)生回授電流；根據(jù)所述的返馳轉(zhuǎn)換器的輸出電壓調(diào)整所述的回授電流；以及控制所述的回授電流使得當(dāng)所述的輸出電壓在一區(qū)間內(nèi)時，所述的輸出電壓越大，所述的回授電流越小。
12.如權(quán)利要求11所述的控制方法，更包含控制所述的輸出電壓在所述的區(qū)間內(nèi)的所述的回授電流不小于一最小值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)調(diào)節(jié)器包含陰極、陽極和參考極，MOSFET連接在該陰極及陽極之間，開關(guān)及電流源串聯(lián)在該陰極及陽極之間，以及誤差放大器具有正輸入端接受內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入端連接該參考極，輸出端連接該MOSFET的控制端。當(dāng)該參考極的電壓在一區(qū)間內(nèi)時，該參考極的電壓越大，該MOSFET的電流越小。該并聯(lián)調(diào)節(jié)器應(yīng)用在返馳轉(zhuǎn)換器提供輸出回授時，可以降低返該馳轉(zhuǎn)換器在綠色模式期間的功率損失。
文檔編號G05F1/46GK102566635SQ20101059948
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者唐健夫, 潘均宏, 陳曜洲 申請人:立锜科技股份有限公司