專利名稱：切換式控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于電源供應(yīng)器的控制電路，特別是一種關(guān)于切換模式電源供應(yīng)器的切換式控制裝置。
背景技術(shù)：
各種電源供應(yīng)器已經(jīng)廣泛地使用在提供電壓與電流的穩(wěn)定調(diào)整?；诜习惨?guī)(safety)的考慮，一離線式(off-line)的電源供應(yīng)器必須在它的一次側(cè)與二次側(cè)之間提供電氣隔離(galvanic isolation)。既然如此，一切換式控制裝置配置在電源供應(yīng)器的一次側(cè)，一光耦合器(optical-coupler)與二次側(cè)穩(wěn)壓調(diào)整器(secondary-side regulator)必須用來(lái)穩(wěn)定調(diào)整輸出電壓和/或輸出電流。為了節(jié)省零件數(shù)目與去除二次側(cè)反饋電路的需要，一次側(cè)控制技術(shù)已經(jīng)相繼被提出，例如1981年11月24日公告的美國(guó)專利US 4,302,803號(hào)。然而，上述的先前技術(shù)無(wú)法同時(shí)滿足精確的輸出電壓與輸出電流。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是在電源供應(yīng)器的一次側(cè)提供一切換式控制裝置，在不需要光耦合器與二次側(cè)穩(wěn)定調(diào)整器的情況下，用來(lái)得到精確的輸出電壓與最大輸出電流。再者，本發(fā)明進(jìn)一步提出跳頻的特性，用來(lái)延長(zhǎng)切換信號(hào)的切換頻率的頻譜(spectrum)而降低電磁干擾。因此，可以達(dá)到降低電源供應(yīng)器的體積與成本。
一種切換式控制裝置應(yīng)用于一變壓器一次側(cè)控制的電源供應(yīng)器，包含一切換功率開關(guān)，通過一電流感測(cè)裝置，用來(lái)切換該變壓器。其中該變壓器的一次側(cè)端連接到電源供應(yīng)器的輸入電壓。一電流感測(cè)裝置通過該切換功率開關(guān)連接到該變壓器，用來(lái)感測(cè)該變壓器的一次側(cè)電流。一切換信號(hào)連接到該切換功率開關(guān)，用來(lái)切換該功率開關(guān)來(lái)得到穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出電壓與最大輸出電流。一控制器連接到該切換功率開關(guān)的控制端與該變壓器的一輔助繞組(auxiliary winding)，在該切換信號(hào)的截止時(shí)間(off time)的這段期間，通過多次取樣一電壓信號(hào)與變壓器的一放電時(shí)間，用來(lái)輸出一電壓反饋信號(hào)與一放電時(shí)間信號(hào)。該控制器又連接到該電流感測(cè)裝置，接收該放電時(shí)間信號(hào)與該變壓器一次側(cè)的一電流信號(hào)，用來(lái)輸出一電流反饋信號(hào)。因此，該控制器依據(jù)該電壓反饋信號(hào)來(lái)產(chǎn)生該切換信號(hào)，并且該控制器依據(jù)該電流反饋信號(hào)來(lái)控制該切換信號(hào)的切換頻率。
該控制器包含一電壓波形檢測(cè)器，連接到該變壓器，通過該變壓器的輔助繞組接收該電壓信號(hào)，通過多次取樣該電壓信號(hào)，用來(lái)輸出該電壓反饋信號(hào)與一放電時(shí)間信號(hào)。該電壓波形檢測(cè)器通過電阻性的分壓器連接到該變壓器的該輔助繞組。該放電時(shí)間信號(hào)表示變壓器的放電時(shí)間，同時(shí)也代表二次側(cè)切換電流的放電時(shí)間。一電流波形檢測(cè)器連接到該電流感測(cè)裝置，通過該電流感測(cè)裝置接收該變壓器一次側(cè)的該電流信號(hào)，通過測(cè)量該電流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一電流波形信號(hào)。其中該電流波形信號(hào)依據(jù)該變壓器的一次側(cè)切換電流而產(chǎn)生出來(lái)。一積分器連接到該電流波形檢測(cè)器與該電壓波形檢測(cè)器，通過該電流波形檢測(cè)器接收該電流波形信號(hào)，通過該電壓波形檢測(cè)器接收該放電時(shí)間信號(hào)，通過積分一平均電流信號(hào)與該放電時(shí)間信號(hào)而產(chǎn)生該電流反饋信號(hào)，該積分器積分該電流波形信號(hào)與一時(shí)間信號(hào)的脈沖寬度(pulse width)而產(chǎn)生該平均電流信號(hào)，該電流波形信號(hào)系通過電流感測(cè)裝置來(lái)測(cè)量變壓器一次側(cè)的該電流信號(hào)所產(chǎn)生出來(lái)。
一電壓回路誤差放大器由第一運(yùn)算放大器與第一參考電壓所組成，該電壓回路誤差放大器連接到該電壓波形檢測(cè)器，接收該電壓反饋信號(hào)用來(lái)放大該電壓反饋信號(hào)與提供回路增益(loop gain)，其目的是用來(lái)輸出電壓控制。一電流回路誤差放大器由第二運(yùn)算放大器與第二參考電壓所組成，該電流回路誤差放大器連接到該積分器，接收該電流反饋信號(hào)用來(lái)放大該電流反饋信號(hào)與提供回路增益，其目的是用來(lái)輸出電流控制。
一振蕩器(oscillator)連接到該電流回路誤差放大器，接收該電流回路誤差放大器的輸出進(jìn)而產(chǎn)生一脈沖信號(hào)、該時(shí)間信號(hào)與一斜坡信號(hào)(ramp signal)，該脈沖信號(hào)用來(lái)決定該切換信號(hào)的切換頻率。一加法器連接到該電流感測(cè)裝置與該振蕩器，通過該電流感測(cè)裝置接收該電流信號(hào)，通過該振蕩器接收該斜坡信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生一斜率信號(hào)(slope signal)。一峰值電流限制器(peak-current limiter)連接到電流感測(cè)裝置，接收該電流信號(hào)，用來(lái)限制變壓器一次側(cè)的該電流信號(hào)的最大值。一電壓回路比較器連接到該加法器與該電壓回路誤差放大器，接收該斜率信號(hào)與放大后的該電壓反饋信號(hào)，用來(lái)電壓控制。一脈沖寬度調(diào)制器連接到該振蕩器、該峰值電流限制器與該電壓回路比較器，接收該脈沖信號(hào)、該峰值電流限制器的輸出與該電壓回路誤差放大器的輸出，用來(lái)輸出該切換信號(hào)，輸出電壓因此可以達(dá)到穩(wěn)定調(diào)整的效果。該電流回路誤差放大器的輸出連接到該振蕩器，用來(lái)控制該振蕩器輸出的脈沖信號(hào)，以調(diào)整該切換信號(hào)的切換頻率，電源供應(yīng)器的輸出電流因此可以得到良好的控制。
一可編程的電流源(programmable current source)連接到電壓波形檢測(cè)器的輸入端，用來(lái)作溫度補(bǔ)償。該可編程的電流源接收該控制器的溫度產(chǎn)生一可編程的電流，用來(lái)補(bǔ)償電源供應(yīng)器在輸出電壓上的溫度變化(temperaturedeviation)。一模塊產(chǎn)生器產(chǎn)生一數(shù)字模塊碼。一第一可編程的電容(firstprogrammable capacitor)連接到該振蕩器與該模塊產(chǎn)生器，可依據(jù)該數(shù)字模塊碼的輸出用來(lái)調(diào)變切換頻率。該切換頻率的頻譜得以延長(zhǎng)，因此可降低電源供應(yīng)器的電磁干擾。一第二可編程的電容(second programmable capacitor)連接到該積分器與該模塊產(chǎn)生器，可用來(lái)將該積分器的時(shí)間常數(shù)與該切換信號(hào)的切換頻率發(fā)生正比例的關(guān)系。該第一可編程的電容與該第二可編程的電容的電容值由該數(shù)字模塊碼所控制。
應(yīng)用本發(fā)明提供的切換式控制裝置，在不需要光耦合器與二次側(cè)穩(wěn)定調(diào)整器的情況下，可以得到精確的輸出電壓與最大輸出電流，同時(shí)能延長(zhǎng)切換信號(hào)的切換頻率的頻譜(spectrum)而降低電磁干擾。因此，達(dá)到了降低電源供應(yīng)器的體積與成本的效果。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是電源供應(yīng)器具有切換式控制裝置的電路方塊圖；圖2是圖1所示的電源供應(yīng)器與切換式控制裝置的主要波形；圖3是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的控制器；圖4是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電壓波形檢測(cè)器；圖5是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的振蕩器；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電流波形檢測(cè)器；圖7是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的積分器；圖8是根據(jù)本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制器的電路圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的加法器的電路圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的可編程的電流源的電路圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的模塊產(chǎn)生器；及圖12是根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的可編程的電容。
其中，附圖標(biāo)記10變壓器 20晶體管30電流感測(cè)裝置31電容32電容40整流器45電容50電阻51電阻60整流器65電容70控制器71運(yùn)算放大器 72運(yùn)算放大器73比較器 74比較器79與非門邏輯電路 80可編程的電流源81雙載流子晶體管 82雙載流子晶體管83電阻84p鏡晶體管85p鏡晶體管 86p鏡晶體管87n鏡晶體管 88n鏡晶體管100電壓波形檢測(cè)器 110電容111電容 115電容121開關(guān) 122開關(guān)123開關(guān) 124開關(guān)125開關(guān) 130二極管131二極管 135電流源150運(yùn)算放大器 151運(yùn)算放大器155比較器 156臨界電壓161反相器 162反相器
163與非門邏輯電路 164與門邏輯電路165與門邏輯電路166與門邏輯電路170D型觸發(fā)器 171D型觸發(fā)器180電流源 181晶體管182電容190取樣脈沖產(chǎn)生器200振蕩器 201運(yùn)算放大器202運(yùn)算放大器 205比較器210電阻211電阻215電容216電容230開關(guān)231開關(guān)232開關(guān)233開關(guān)234開關(guān)250晶體管251晶體管 252晶體管253晶體管 254晶體管255晶體管 259晶體管260反相器300電流波形檢測(cè)器 310比較器320電流源 330開關(guān)340開關(guān)350開關(guān)361電容362電容400積分器 410運(yùn)算放大器411運(yùn)算放大器 420晶體管421晶體管 422晶體管423晶體管 424晶體管425晶體管 450電阻452電阻460開關(guān)461開關(guān)462開關(guān)464開關(guān)466開關(guān)468開關(guān)471電容472電容473電容
474電容500脈沖寬度調(diào)制器511與非門邏輯電路512反相器515D型觸發(fā)器518反相器519與門邏輯電路520消隱電路 521反相器522反相器523與非門邏輯電路525電流源526晶體管527電容600加法器610運(yùn)算放大器611運(yùn)算放大器620晶體管621晶體管622晶體管650電阻 651電阻900模塊產(chǎn)生器910第一可編程的電容930第二可編程的電容 951頻率發(fā)生器952異或門邏輯電路971緩存器972緩存器975緩存器具體實(shí)施方式
圖1為一電源供應(yīng)器。電源供應(yīng)器包含一變壓器10，該變壓器10具有輔助繞組NA、一次側(cè)繞組NP與二次側(cè)繞組NS。一切換功率開關(guān)20，用來(lái)切換流過該變壓器10一次側(cè)繞組NP的電流，該變壓器10一次側(cè)繞組NP連接到該電源供應(yīng)器的輸入電壓VIN。一電流感測(cè)裝置30通過該切換功率開關(guān)20連接到該變壓器10，用來(lái)感測(cè)該變壓器10的一次側(cè)電流。一切換信號(hào)VPWM連接到該切換功率開關(guān)20的控制端，用來(lái)控制該切換功率開關(guān)20的切換動(dòng)作，進(jìn)而于變壓器10二次側(cè)繞組NS端得到穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出電壓VO與最大輸出電流IO。一控制器70連接到該切換功率開關(guān)20的控制端、該變壓器10之輔助繞組NA與該電流感測(cè)裝置30，該電流感測(cè)裝置30如同一電流感測(cè)電阻，該控制器70產(chǎn)生該切換信號(hào)VPWM。
圖2為圖1所示的電源供應(yīng)器的各種信號(hào)波形。當(dāng)切換信號(hào)VPWM為導(dǎo)通(邏輯上為高電平)，于是產(chǎn)生一次側(cè)切換電流IP。一次側(cè)切換峰值電流IP1可以由下式得到LP1=VINLP×TON---(1)]]>其中LP為變壓器10的一次側(cè)繞組NP的電感值；TON為該切換信號(hào)VPWM的導(dǎo)通時(shí)間(on-time)。
一旦切換信號(hào)VPWM為截止(邏輯上為低電平)，此時(shí)變壓器10的儲(chǔ)能將會(huì)傳送到變壓器10的二次側(cè)，并且通過二極管整流器40到電源供應(yīng)器的輸出端，于是產(chǎn)生二次側(cè)切換電流IS。二次側(cè)切換峰值電流IS1可以表示成IS1=VO+VFLS×TDS---(2)]]>其中VO為電源供應(yīng)器的輸出電壓；VF為二極管整流器40的順向壓降(forward voltage drop)；LS為變壓器10的二次側(cè)繞組NS的電感值；TDS為變壓器10的放電時(shí)間，也可以表示為二次側(cè)切換電流IS的放電時(shí)間。
同時(shí)，在變壓器10的輔助繞組NA上產(chǎn)生一電壓信號(hào)VAUX，該電壓信號(hào)VAUX的一電壓電平VAUX1表示成VAUX1=TNATNS×(VO+VF)---(3)]]>其中TNA與TNS分別為該變壓器10的輔助繞組NA與二次側(cè)繞組NS的繞組匝數(shù)。
當(dāng)二次側(cè)切換電流IS下降到零時(shí)，輔助繞組NA所產(chǎn)生的電壓信號(hào)VAUX開始減少。這也表示變壓器10的儲(chǔ)能在這瞬間完全地釋放出來(lái)。因此，在方程式(2)的放電時(shí)間TDS可以由該切換信號(hào)VPWM的下降邊緣(falling edge)到電壓信號(hào)VAUX開始下降的轉(zhuǎn)角處(corner)測(cè)量到，如圖2所示。一次側(cè)切換電流IP的峰值電流IP1與變壓器10的繞組匝數(shù)可以用來(lái)決定二次側(cè)切換電流IS的峰值電流IS1。二次側(cè)切換電流IS的峰值電流IS1可以表示成IS1=TNPTNS×IP1---(4)]]>其中TNP為該變壓器10的一次側(cè)繞組NP的繞組匝數(shù)。
如圖1所示，該控制器70包含電源供應(yīng)端(supply terminal)VCC、接地端(ground terminal)GND、偵測(cè)端(detection terminal)DET、輸出端(outputterminal)OUT、感測(cè)端(sense terminal)CS與電壓補(bǔ)償端(voltage-compensationterminal)COMV。電源供應(yīng)端VCC與接地端GND用來(lái)提供該控制器70的電源。一電阻50與51串聯(lián)形成一分壓器(voltage divider)，兩個(gè)電阻分別連接于變壓器10的輔助繞組NA與接地參考電平之間。該控制器70的偵測(cè)端DET連接到電阻50與電阻51的連接處。在偵測(cè)端DET產(chǎn)生一電壓VDET可以得到VDET=R51R50+R51×VAUX---(5)]]>其中R50與R51為電阻50與51的電阻值。
電壓信號(hào)VAUX經(jīng)由整流器60進(jìn)一步對(duì)電容65進(jìn)行充電，用來(lái)提供電源給控制器70的電源供應(yīng)端VCC。切換功率開關(guān)20的源極(source)通過電流感測(cè)裝置30連接到接地端參考電平，并利用電流感測(cè)裝置30用來(lái)轉(zhuǎn)換一次側(cè)切換電流IP成為一電流信號(hào)VCS?？刂破?0的感測(cè)端CS連接到電流感測(cè)裝置30，用來(lái)偵測(cè)該電流信號(hào)VCS。
該控制器70的輸出端OUT產(chǎn)生該切換信號(hào)VPWM，用來(lái)控制該切換功率開關(guān)20的切換動(dòng)作，進(jìn)而于變壓器10二次側(cè)繞組NS端得到穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出電壓VO與最大輸出電流IO。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接到該控制器70的電壓補(bǔ)償端COMV，系作為電壓回路頻率補(bǔ)償。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以使用一個(gè)電容如電容31連接到接地端參考電平。另一補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接到該控制器70的電流補(bǔ)償端COMI，系作為電流回路頻率補(bǔ)償。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)也可以使用一個(gè)電容如電容32連接到接地端參考電平。
在該切換信號(hào)VPWM的截止時(shí)間的這段期間，控制器70通過該變壓器10的輔助繞組NA多次取樣一電壓信號(hào)VAUX與該變壓器10的一放電時(shí)間TDS，是在內(nèi)部電路中輸出一電壓反饋信號(hào)VV；在該切換信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間的這段期間，控制器70通過該電流感測(cè)裝置測(cè)量該變壓器的一電流信號(hào)VCS，并于內(nèi)部電路中輸出一電流反饋信號(hào)VI。其中該切換信號(hào)接收該電壓反饋信號(hào)VV與該電流反饋信號(hào)VI而產(chǎn)生出來(lái)。
該控制器70依據(jù)該電壓反饋信號(hào)VV來(lái)產(chǎn)生該切換信號(hào)VPWM，并且依據(jù)該電流反饋信號(hào)VI來(lái)控制該切換信號(hào)VPWM的切換頻率。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的控制器70。參考圖1和圖3所示，在偵測(cè)端DET，該控制器70包含一電壓波形檢測(cè)器100。該電壓波形檢測(cè)器100通過電阻性的分壓器(50、51)連接到該變壓器10的該輔助繞組NA，通過該變壓器10的該輔助繞組NA接收該電壓信號(hào)VDET。電壓波形檢測(cè)器100通過多次取樣該電壓信號(hào)VDET而產(chǎn)生該電壓反饋信號(hào)VV與一放電時(shí)間信號(hào)SDS，該放電時(shí)間信號(hào)SDS表示二次側(cè)切換電流IS的放電時(shí)間TDS。在感測(cè)端CS，控制器70包含一電流波形檢測(cè)器300。該電流波形檢測(cè)器300連接到該電流感測(cè)裝置30，通過該電流感測(cè)裝置30接收該變壓器10一次側(cè)的該電流信號(hào)VCS。該電流波形檢測(cè)器300通過測(cè)量該電流信號(hào)VCS來(lái)輸出一電流波形信號(hào)VW。也就是說(shuō)，該電流波形信號(hào)VW依據(jù)該變壓器10的一次側(cè)切換電流IP而產(chǎn)生出來(lái)。一積分器400連接到該電流波形檢測(cè)器300與該電壓波形檢測(cè)器100，通過該電流波形檢測(cè)器300接收該電流波形信號(hào)VW，通過該電壓波形檢測(cè)器100接收該放電時(shí)間信號(hào)SDS。該積分器400通過積分一平均電流信號(hào)與該放電時(shí)間信號(hào)SDS而產(chǎn)生該電流反饋信號(hào)VI，該積分器400并且積分該電流波形信號(hào)VW與一時(shí)間信號(hào)TX的脈沖寬度而產(chǎn)生該平均電流信號(hào)。一電壓回路誤差放大器由該運(yùn)算放大器71與該參考電壓VREF1所組成，該電壓回路誤差放大器連接到該電壓波形檢測(cè)器100，接收該電壓反饋信號(hào)VV用來(lái)放大該電壓反饋信號(hào)VV與提供回路增益，用來(lái)輸出電壓控制。一電流回路誤差放大器由該運(yùn)算放大器72與該參考電壓VREF2所組成，該電流回路誤差放大器連接到該積分器400，接收該電流反饋信號(hào)VI用來(lái)放大該電流反饋信號(hào)VI與提供回路增益，用來(lái)輸出電流控制。
一振蕩器200連接到該電流回路誤差放大器，接收該電流回路誤差放大器的輸出進(jìn)而產(chǎn)生一脈沖信號(hào)PLS、該時(shí)間信號(hào)TX與一斜坡信號(hào)(ramp signal)。該脈沖信號(hào)PLS用來(lái)初始化該切換信號(hào)VPWM與決定該切換信號(hào)VPWM的切換頻率，該時(shí)間信號(hào)TX的脈沖寬度與該切換信號(hào)VPWM的切換頻率成比例的關(guān)系。一加法器600，連接到該電流感測(cè)裝置30與該振蕩器200，通過該電流感測(cè)裝置30接收該電流信號(hào)VCS，通過該振蕩器200接收該斜坡信號(hào)RMP，通過變壓器10一次側(cè)的電流信號(hào)VCS與斜坡信號(hào)RMP的相加用來(lái)輸出一斜率信號(hào)(slope signal)VSLP，該斜率信號(hào)VSLP的作用是對(duì)電壓回路形成斜率補(bǔ)償(slopecompensation)。一峰值電流限制器由一比較器74與一參考電壓VREF3所組成，該比較器74的正端輸入由該參考電壓VREF3所提供，該比較器74的負(fù)端輸入連接到該感測(cè)端CS，接收該電流信號(hào)VCS，用來(lái)限制變壓器10一次側(cè)切換峰值電流IP1。該峰值電流限制器的輸入端連接到感測(cè)端CS，可用來(lái)偵測(cè)變壓器10一次側(cè)的該電流信號(hào)VCS，并且達(dá)成周期性的(cycle-by-cycle)電流限制。一電壓回路比較器73連接到該加法器600與該電壓回路誤差放大器，接收該斜率信號(hào)VSLP與放大后的該電壓反饋信號(hào)VV，用來(lái)電壓控制。
運(yùn)算放大器71與運(yùn)算放大器72皆具有傳導(dǎo)(trans-conductance)輸出的特性。運(yùn)算放大器71的輸出連接到電壓補(bǔ)償端COMV與比較器73的正端輸入。運(yùn)算放大器72的輸出連接到電流補(bǔ)償端COMI。比較器73的負(fù)端輸入連接到加法器600的輸出。該加法器600通過變壓器10一次側(cè)的電流信號(hào)VCS與斜坡信號(hào)RMP的相加而產(chǎn)生斜率信號(hào)VSLP，加法器600的作用是對(duì)電壓回路形成斜率補(bǔ)償(slope compensation)。
一脈沖寬度調(diào)制器500連接到該振蕩器200，并通過與非門邏輯電路79連接到該峰值電流限制器與該電壓回路比較器73，接收該脈沖信號(hào)PLS、該峰值電流限制器的輸出與該電壓回路誤差放大器的輸出，用來(lái)輸出該切換信號(hào)VPWM，輸出電壓因此可以達(dá)到穩(wěn)定調(diào)整的效果。該電流回路誤差放大器的輸出連接到該振蕩器200，用來(lái)控制該切換信號(hào)VPWM的切換頻率，電源供應(yīng)器的輸出電流因此可以得到良好的控制。
如圖1和圖3所示，由變壓器10一次側(cè)切換電流IP的偵測(cè)到切換信號(hào)VPWM的切換頻率的控制，這條路徑形成電流控制回路，并依據(jù)參考電壓VREF2的電平來(lái)控制二次側(cè)切換電流IS的平均值。如圖2所示的信號(hào)波形，電源供應(yīng)器的輸出電流IO為二次側(cè)切換電流IS平均值。輸出電流IO可以表示成IO=IS×TDS2T---(6)]]>其中T為切換信號(hào)的切換周期，與振蕩器的時(shí)間常數(shù)成比例的關(guān)系。電源供應(yīng)器的輸出電流IO因此可以得到穩(wěn)定調(diào)整的特性。
電流波形檢測(cè)器300偵測(cè)變壓器一次側(cè)的電流信號(hào)VCS并產(chǎn)生電流波形信號(hào)VW。積分器400通過積分平均電流信號(hào)VAV與放電時(shí)間TDS又產(chǎn)生電流反饋信號(hào)VI。積分電流波形信號(hào)VW與時(shí)間信號(hào)TX的脈沖寬度產(chǎn)生平均電流信號(hào)VAV。電流反饋信號(hào)VI因此可以設(shè)計(jì)成VI=VAV×TDSTI2---(7)]]>VAV=VW2×TXPTI1---(8)]]>其中電流波形信號(hào)VW表示成VW=TNSTNP×RS×IS1---(9)]]>其中TI1與TI2為積分器400的時(shí)間常數(shù)；TXP為時(shí)間信號(hào)TX的脈沖寬度，并且與切換信號(hào)VPWM的切換周期成比例的關(guān)系(TXP＝αT)。由方程式(6)到(9)可以看出，電流反饋信號(hào)VI可以重新寫成VI=αT2TI1×TI2×TNSTNP×RS×IO---(10)]]>我們可以發(fā)現(xiàn)到，電流反饋信號(hào)VI正比于電源供應(yīng)器的輸出電流IO。當(dāng)輸出電流IO增加時(shí)，電流反饋信號(hào)VI增加，但電流反饋信號(hào)VI的最大值通過電流控制回路的穩(wěn)定調(diào)整而被限制在參考電壓VREF2的數(shù)值。在電流控制回路的反饋控制之下，切換信號(hào)VPWM的切換頻率依據(jù)最大輸出電流IO(max)的增加而降低，反之亦然。最大輸出電流IO(max)可以得到IO(max)=TNPTNS×GA×GSW×VREF21+(GA×GSW×RSK)---(11)]]>其中K為常數(shù)，等于[(TI1×TI2)/(αT2)]；GA為電流回路誤差放大器的增益；GSW為切換電路的增益。當(dāng)電流控制回路的回路增益很高(GA×GSW＞＞1)時(shí)，最大輸出電流IO(max)得以簡(jiǎn)化為IO(max)=K×TNPTNS×VREF2RS---(12)]]>電源供應(yīng)器的最大輸出電流IO(max)依據(jù)參考電壓VREF2的數(shù)值因而得到穩(wěn)定調(diào)整成固定電流。
此外，由電壓信號(hào)VAUX取樣到切換信號(hào)VPWM的脈沖寬度調(diào)變，這條路徑形成電壓控制回路，并依據(jù)參考電壓VREF1的數(shù)值來(lái)控制電壓信號(hào)VAUX的振幅值(magnitude)。該電壓信號(hào)VAUX與輸出電壓VO有比例上的關(guān)系，如方程式(3)所示。該電壓信號(hào)VAUX又經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃p得到電壓VDET，如方程式(5)所示。電壓波形檢測(cè)器100通過多次取樣電壓VDET而產(chǎn)生電壓反饋信號(hào)VV。該電壓反饋信號(hào)VV的電平通過電壓控制回路的調(diào)整，并且依據(jù)參考電壓VREF1的數(shù)值而得到控制。電壓回路誤差放大器與脈沖寬度調(diào)制器對(duì)于電壓控制回路提供回路增益。因此，輸出電壓VO可以簡(jiǎn)化為VO=(R50+R51R51×RNSTNA×VREF1)-VF---(13)]]>電壓波形檢測(cè)器100多次取樣電壓信號(hào)VAUX。在二次側(cè)切換電流IS放電到零之前，該電壓信號(hào)VAUX立即被進(jìn)行取樣與測(cè)量。因此，二次側(cè)切換電流IS的改變并不會(huì)影響輸出二極管的順向壓降VF的數(shù)值。然而，當(dāng)溫度產(chǎn)生變化時(shí)，順向壓降VF也隨之改變。一可編程的電流源80連接到該電壓波形檢測(cè)器100的輸入端，用來(lái)溫度補(bǔ)償。該可編程的電流源80接收該控制器70的溫度，用來(lái)輸出一可編程的電流IT。該可編程的電流IT結(jié)合電阻50與51產(chǎn)生電壓VT，用來(lái)補(bǔ)償順向壓降VF的溫度變化。
VT=IT×R50×R51R50×R51---(14)]]>參照方程式(13)與(14)可以發(fā)現(xiàn)，電阻R50與R51的比例決定輸出電壓VO。電阻R50與R51的電阻值決定溫度系數(shù)(temperature coefficient)，用來(lái)補(bǔ)償順向壓降VF。由于可編程的電流源80，方程式(13)可以重新寫成VO=(R50+R51R51×TNSTNA)×(VREF1+VT)-VF---(15)]]>再者，為了產(chǎn)生跳頻的特性來(lái)延展該切換信號(hào)VPWM的切換頻率的頻譜，用來(lái)降低電源供應(yīng)器的電磁干擾，一模塊產(chǎn)生器900用來(lái)產(chǎn)生一數(shù)字模塊碼PN··P1。一第一可編程的電容910連接到該振蕩器200與該模塊產(chǎn)生器900，依據(jù)該數(shù)字模塊碼PN··P1的輸出用來(lái)調(diào)變?cè)撉袚Q信號(hào)VPWM的切換頻率。一第二可編程的電容930連接到該積分器400與該模塊產(chǎn)生器900，用來(lái)使該積分器400的時(shí)間常數(shù)與切換頻率發(fā)生正比例的關(guān)系。該數(shù)字模塊碼PN··P1控制該第一可編程的電容910與該第二可編程的電容930的電容值。
本發(fā)明的主要目的是在電源供應(yīng)器的一次側(cè)提供一切換式控制裝置，在不需要光耦合器與二次側(cè)穩(wěn)定調(diào)整器的情況下，用來(lái)得到精確的輸出電壓與最大輸出電流。再者，本發(fā)明進(jìn)一步提出跳頻的特性，用來(lái)延長(zhǎng)切換信號(hào)的切換頻率的頻譜而降低電磁干擾。因此，可以達(dá)到降低電源供應(yīng)器的體積與成本。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電壓波形檢測(cè)器100。一取樣脈沖產(chǎn)生器(sample-pulse generator)190產(chǎn)生取樣脈沖信號(hào)用來(lái)多次取樣。一臨界信號(hào)信號(hào)(threshold voltage)156加上電壓信號(hào)VAUX，因而產(chǎn)生電平位移反射信號(hào)(level-shift reflected signal)。第一信號(hào)產(chǎn)生器(first signal generator)包含D型觸發(fā)器171、兩個(gè)與門邏輯電路165與166，用來(lái)產(chǎn)生第一取樣信號(hào)(first samplesignal)VSP1與第二取樣信號(hào)(second sample signal)VSP2。第二信號(hào)產(chǎn)生器(secondsignal generator)包含D型觸發(fā)器170、與非門邏輯電路163、與門邏輯電路164與比較器155，用來(lái)產(chǎn)生放電時(shí)間信號(hào)SDS。
一時(shí)間延遲電路(time-delay circuit)包含反相器162、電流源180、晶體管181與電容182，當(dāng)切換信號(hào)VPWM為禁能狀態(tài)(disable)時(shí)用來(lái)產(chǎn)生延遲時(shí)間Td。反相器161的輸入是由切換信號(hào)VPWM所提供，反相器161的輸出連接到反相器162的輸入，同時(shí)也連接到與門邏輯電路164的第一端輸入與D型觸發(fā)器170的頻率輸入(clock-input)。反相器162的輸出可導(dǎo)通或截止(on/off)晶體管181。電容182與晶體管181并聯(lián)連接，該電流源180對(duì)電容182充電。因此，電流源180的電流與電容182的電容值決定時(shí)間延遲電路的延遲時(shí)間Td，而電容182為時(shí)間延遲電路的輸出。D型觸發(fā)器170的D輸入上拉(pull high)到供應(yīng)電壓VCC。D型觸發(fā)器170的輸出連接于與門邏輯電路164的第二端輸入。該與門邏輯電路164輸出放電時(shí)間信號(hào)SDS。當(dāng)切換信號(hào)VPWM為禁能狀態(tài)，放電時(shí)間信號(hào)SDS因此為致能狀態(tài)(enable)。該與非門邏輯電路163的輸出連接于D型觸發(fā)器170的重置輸入(reset-input)。與非門邏輯電路163的輸入連接到時(shí)間延遲電路的輸出與比較器155的輸出。比較器155的負(fù)端輸入由電平位移反射信號(hào)所提供。比較器155的正端輸入由電壓反饋信號(hào)VV所提供。因此，在延遲時(shí)間Td之后，一旦電平位移反射信號(hào)低于電壓反饋信號(hào)VV，放電時(shí)間信號(hào)SDS為禁能狀態(tài)。此外，只要切換信號(hào)VPWM為致能狀態(tài)，放電時(shí)間信號(hào)SDS也為禁能狀態(tài)。
取樣脈沖產(chǎn)生器190產(chǎn)生的取樣脈沖信號(hào)施加于D型觸發(fā)器171的頻率輸入、與門邏輯電路165與166的第三端輸入。D型觸發(fā)器171的D輸入與反向輸出端連接在一起而形成除2計(jì)數(shù)器(divide-by-two counter)。D型觸發(fā)器171的輸出與反向輸出分別連接于與門邏輯電路165與166的第二端輸入。與門邏輯電路165與166的第一端輸入由放電時(shí)間信號(hào)SDS所提供。與門邏輯電路165與166的第四端輸入連接到時(shí)間延遲電路的輸出。因此，依據(jù)取樣脈沖信號(hào)的輸出而產(chǎn)生出第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2。此外，在放電時(shí)間信號(hào)SDS的致能狀態(tài)周期的這段期間，第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2交替地產(chǎn)生出來(lái)。然而，在放電時(shí)間信號(hào)SDS的一開始插入延遲時(shí)間Td，用來(lái)禁止產(chǎn)生第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2。在延遲時(shí)間Td的的這段期間，第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2因此為禁能狀態(tài)。
第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2經(jīng)由偵測(cè)端DET與電阻性分壓器用來(lái)交替地取樣電壓信號(hào)VAUX。第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2控制開關(guān)121與開關(guān)122，用來(lái)分別地得到跨于第一電容110與第二電容111的第一維持電壓(first hold voltage)與第二維持電壓(second hold voltage)。開關(guān)123系與第一電容110并聯(lián)連接，用來(lái)將第一電容110放電。開關(guān)124系與第二電容111并聯(lián)連接，用來(lái)將第二電容111放電。一緩沖放大器(buffer amplifier)包含運(yùn)算放大器150與151、二極管130、二極管131與電流源135，用來(lái)產(chǎn)生維持電壓。運(yùn)算放大器150與151的正端輸入分別地連接到第一電容110與第二電容111，運(yùn)算放大器150與151的負(fù)端輸入連接到緩沖放大器的輸出。二極管130連接由運(yùn)算放大器150的輸出到緩沖放大器的輸出。二極管131系由運(yùn)算放大器151的輸出連接到緩沖放大器的輸出。因此，由第一維持電壓與第二維持電壓的較高電壓來(lái)得到一維持信號(hào)。該電流源135用來(lái)結(jié)束動(dòng)作。開關(guān)125周期性地導(dǎo)通到第一輸出電容115的維持電壓，用來(lái)產(chǎn)生電壓反饋信號(hào)VV。開關(guān)125通過脈沖信號(hào)PLS來(lái)產(chǎn)生導(dǎo)通或截止的切換動(dòng)作。在延遲時(shí)間Td之后，第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2開始產(chǎn)生第一維持電壓與第二維持電壓，如此可消除電壓信號(hào)VAUX的突波干擾(spike interference)。當(dāng)切換信號(hào)VPWM是禁能狀態(tài)，并且切換功率開關(guān)20是截止的，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)VAUX的電壓突波。
如圖1、圖2和圖4所示，當(dāng)二次側(cè)切換電流IS放電到零，電壓信號(hào)VAUX開始下降，通過比較器155的偵測(cè)使放電時(shí)間信號(hào)SDS為禁能狀態(tài)。放電時(shí)間信號(hào)SDS的脈沖寬度因而與二次側(cè)切換電流IS的放電時(shí)間TDS成正比例的關(guān)系。同時(shí)，依據(jù)放電時(shí)間信號(hào)SDS為禁能狀態(tài)，而第一取樣信號(hào)VSP1與第二取樣信號(hào)VSP2為禁能狀態(tài)，并且多次取樣是停止的。此時(shí)，在緩沖放大器的輸出產(chǎn)生維持電壓，表示終止電壓(end voltage)。終止電壓因而與電壓信號(hào)VAUX成正比例的關(guān)系，在二次側(cè)切換電流IS下降到零之前，電壓信號(hào)VAUX被取樣。維持電壓的獲得是取第一維持電壓與第二維持電壓的較高電壓，并且當(dāng)電壓信號(hào)VAUX開始減少時(shí)，將忽略被取樣的電壓。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的振蕩器200。振蕩運(yùn)算放大器201、振蕩電阻210與振蕩晶體管250組成第一電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器(first V-to-Iconverter)。該第一電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器依據(jù)電流回路誤差放大器的輸出電壓VCOMI而產(chǎn)生參考電流I250。通過反饋回路控制(feedback loop control)，電流回路誤差放大器的輸出電壓VCOMI將依參考電壓VREF2作穩(wěn)定調(diào)整。數(shù)個(gè)晶體管如251、252、253、254、255與259組成電流鏡(current mirror)，依據(jù)參考電流I250用來(lái)產(chǎn)生一第一振蕩充電電流(oscillator charge current)I253、一振蕩放電電流(oscillator discharge current)I255與一時(shí)間電流(timing current)I259。晶體管253的漏極產(chǎn)生該第一振蕩充電電流I253。晶體管255的漏極產(chǎn)生該振蕩放電電流I255。晶體管259的漏極產(chǎn)生該時(shí)間電流I259。第一振蕩開關(guān)230連接于晶體管253的漏極與第一振蕩電容215之間，第二振蕩開關(guān)231連接于晶體管255的漏極與第一振蕩電容215之間。
斜坡信號(hào)(ramp signal)RMP由第一振蕩電容215所獲得。第一振蕩比較器205的正端輸入連接到第一振蕩電容215。第一振蕩比較器205輸出脈沖信號(hào)PLS，該脈沖信號(hào)PLS決定切換頻率。第三振蕩開關(guān)232的第一端點(diǎn)由高臨界值電壓(high threshold voltage)VH所提供。第四振蕩開關(guān)233的第一端點(diǎn)由低臨界值電壓(low threshold voltage)VL所提供。第三振蕩開關(guān)232的第二端點(diǎn)與第四振蕩開關(guān)233的第二端點(diǎn)連接于第一振蕩比較器205的負(fù)端輸入。振蕩反相器260的輸入連接于第一振蕩比較器205的輸出，用來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)PLS，振蕩反相器260輸出反相脈沖信號(hào)/PLS。脈沖信號(hào)PLS用來(lái)導(dǎo)通或截止第二振蕩開關(guān)231與第四振蕩開關(guān)233。反相脈沖信號(hào)/PLS控制第一振蕩開關(guān)230與第三振蕩開關(guān)232的導(dǎo)通或截止。如圖3所示，第一可編程的電容910與第一振蕩電容215并聯(lián)連接，依據(jù)數(shù)字模塊PN··P1的信號(hào)用來(lái)調(diào)變切換頻率。振蕩電阻210的電阻值R210、第一振蕩電容215的電容值C215與第一可編程的電容910的電容值C910決定切換頻率的切換周期T。
T=(C215+C910)×VOSCVREF2/R210=R210×(C215+C910)×VOSCVREF2---(16)]]>其中VOSC＝VH-VL。第一可編程的電容910的電容值C910依據(jù)數(shù)字模塊PN··P1的變化而隨之改變。
轉(zhuǎn)折電阻211與時(shí)間電流I259在轉(zhuǎn)折電阻211上產(chǎn)生轉(zhuǎn)折電壓(trip-pointvoltage)，該轉(zhuǎn)折電壓連接到第二振蕩比較器202的正端輸入。定電流源IR對(duì)第二振蕩電容216充電，該第二振蕩電容216連接到第二振蕩比較器202的負(fù)端輸入。第五振蕩開關(guān)234與第二振蕩電容216并聯(lián)連接，依據(jù)脈沖信號(hào)PLS用來(lái)將第二振蕩電容216放電。第二振蕩比較器202產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)TX。第二振蕩電容216與第一振蕩電容215成比例的關(guān)系。因此，時(shí)間信號(hào)TX與切換頻率的切換周期T成比例的關(guān)系。
圖6為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電流波形檢測(cè)器300。一峰值偵測(cè)器(peakdetector)包含比較器310、電流源320、開關(guān)330、開關(guān)340與第三電容361。取樣電流信號(hào)VCS的峰值用來(lái)產(chǎn)生峰值電流信號(hào)(peak-current signal)。比較器310的正端輸入由電流信號(hào)VCS所提供。比較器310的負(fù)端輸入連接到第三電容361。開關(guān)330連接于電流源320與第三電容361之間。比較器310的輸出用來(lái)導(dǎo)通或截止開關(guān)330。開關(guān)340與第三電容361并聯(lián)連接，用來(lái)將第三電容361放電。開關(guān)350周期性地導(dǎo)通到第二輸出電容362的峰值電流信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生電流波形信號(hào)VW。開關(guān)350通過脈沖信號(hào)PLS來(lái)進(jìn)行導(dǎo)通或截止的動(dòng)作。
圖7為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的積分器400。第二個(gè)電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器(secondV-to-I converter)包含運(yùn)算放大器411、電阻452、晶體管423、424與425。運(yùn)算放大器411的正端輸入由電流波形信號(hào)VW所提供。運(yùn)算放大器411的負(fù)端輸入連接到電阻452。運(yùn)算放大器411的輸出驅(qū)動(dòng)晶體管425的柵極。晶體管425的源極連接到電阻452。該第二個(gè)電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器經(jīng)由晶體管425的漏極，依據(jù)電流波形信號(hào)VW來(lái)產(chǎn)生第一積分充電電流I425。晶體管423與424形成具有比例2∶1的電流鏡。第一積分充電電流I425經(jīng)由晶體管424的漏極驅(qū)動(dòng)電流鏡，用來(lái)產(chǎn)生可編程的充電電流IW。該可編程的充電電流IW可以表示成IW=1R452×VW2---(17)]]>其中R452為電阻452的電阻值。
第一時(shí)間電容473用來(lái)產(chǎn)生第一積分信號(hào)(first-integrated signal)。第一開關(guān)464連接于晶體管424的漏極與第一時(shí)間電容473之間。第一開關(guān)464通過時(shí)間信號(hào)TX來(lái)進(jìn)行導(dǎo)通或截止的動(dòng)作。第二開關(guān)468與第一時(shí)間電容473并聯(lián)連接，用來(lái)將第一時(shí)間電容473放電。第三開關(guān)466周期性地取樣得到第二時(shí)間電容474的第一積分信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生平均電流信號(hào)VAV。脈沖信號(hào)PLS控制第三開關(guān)466的導(dǎo)通與截止。因此，跨于第二時(shí)間電容474兩端可以獲得平均電流信號(hào)VAVVAV=1R452×C473×VW2×TXP---(18)]]>第三電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器(third V-to-I converter)包含運(yùn)算放大器410、電阻450、晶體管420、421與422。運(yùn)算放大器410的正端輸入由平均電流信號(hào)VAV所提供。運(yùn)算放大器410的負(fù)端輸入連接到電阻450。運(yùn)算放大器410的輸出驅(qū)動(dòng)晶體管420的柵極。晶體管420的源極連接到電阻450。該第三電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器經(jīng)由晶體管420的漏極，依據(jù)平均電流信號(hào)VAV產(chǎn)生第二積分充電電流I420。晶體管421與422形成電流鏡。第二積分充電電流I420經(jīng)由晶體管422的漏極驅(qū)動(dòng)電流鏡，用來(lái)產(chǎn)生可編程的充電電流IPRG。該可編程的充電電流IPRG可以表示成IPRG=VAVR450---(19)]]>其中R450為電阻450的電阻值。
第三時(shí)間電容471用來(lái)產(chǎn)生第二積分信號(hào)(integrated signal)。第四開關(guān)460連接于晶體管422的漏極與第三時(shí)間電容471之間，該第四開關(guān)460通過放電時(shí)間信號(hào)SDS來(lái)進(jìn)行導(dǎo)通與截止的動(dòng)作。第五開關(guān)462與第三時(shí)間電容471并聯(lián)連接，用來(lái)將第三時(shí)間電容471放電。在積分器400的CX端，第二可編程的電容930系與第三時(shí)間電容471并聯(lián)連接，可用來(lái)將積分器400的時(shí)間常數(shù)與切換頻率發(fā)生正比例的關(guān)系。第二可編程的電容930的電容值C930依據(jù)數(shù)字模塊PN··P1的變化也隨之改變。第六開關(guān)461周期性地取樣到第四輸出電容472的積分信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生電流反饋信號(hào)VI。脈沖信號(hào)PLS控制第六開關(guān)461的導(dǎo)通與截止。因此，跨于第四輸出電容472兩端的電流反饋信號(hào)VI可以得到VI=VAVR450×(C471+C930)×TDS---(20)]]>根據(jù)方程式(4)-(9)與(16)，電流反饋信號(hào)VI與電源供應(yīng)器的二次側(cè)切換電流IS與輸出電流IO成比例的關(guān)系。因此，方程式(10)可以重新寫成VI=m×TNSTNP×RS×IO---(21)]]>其中m為固定值，可以由下式?jīng)Q定m=α×[R210×(C215+C910)]2[R452×C473]×[R450×(C471+C930)]×VOSCVREF2---(22)]]>電阻450與452的電阻值R450與R452兩者系與振蕩電阻210的電阻值R210成比例的關(guān)系。第三時(shí)間電容471與第一時(shí)間電容473的電容值C471與C473以及第二可編程的電容930的電容值C930三者與第一振蕩電容215的電容值C215與第一可編程的電容910的電容值C910兩者成比例的關(guān)系。因此，電流反饋信號(hào)VI正比于電源供應(yīng)器的輸出電流IO。
圖8為本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制器500的電路圖。脈沖寬度調(diào)制器500包含與非門邏輯電路511、D型觸發(fā)器515、與門邏輯電路519、消隱電路(blankingcircuit)520與反相器512和518。D型觸發(fā)器515的D輸入上拉到供應(yīng)電壓VCC。脈沖信號(hào)PLS驅(qū)動(dòng)反相器512的輸入。反相器512的輸出連接到D型觸發(fā)器515的頻率輸入，用來(lái)使切換信號(hào)VPWM為致能狀態(tài)。D型觸發(fā)器515的輸出連接到與門邏輯電路519的第一端輸入，與門邏輯電路519的第二端輸入連接到反相器512的輸出。與門邏輯電路519輸出此切換信號(hào)VPWM用來(lái)切換電源供應(yīng)器。D型觸發(fā)器515的重置輸入連接到與非門邏輯電路511的輸出。與非門邏輯電路511的第一端輸入由重置信號(hào)(reset signal)RST所提供，用來(lái)一個(gè)周期又一個(gè)周期使切換信號(hào)VPWM為禁能狀態(tài)。與非門邏輯電路511的第二端輸入連接到消隱電路520的輸出，一旦切換信號(hào)VPWM是致能狀態(tài)，用來(lái)確保切換信號(hào)VPWM的最小導(dǎo)通時(shí)間(minimum on-time)。切換信號(hào)VPWM的最小導(dǎo)通時(shí)間將確保最小放電時(shí)間TDS，這將保證一個(gè)適當(dāng)?shù)亩啻稳?，在電壓波形檢測(cè)器100內(nèi)用來(lái)取樣電壓信號(hào)VAUX。放電時(shí)間TDS與切換信號(hào)VPWM的導(dǎo)通時(shí)間TON成比例的關(guān)系。參考方程式(1)、(2)、(4)與二次側(cè)電感值LS＝(TNS/TNP)2×LP，放電時(shí)間TDS可以表示成TDS=(VINVO+VF)×TNSTNP×TON---(23)]]>消隱電路520的輸入由切換信號(hào)VPWM所提供。當(dāng)切換信號(hào)VPWM是致能狀態(tài)，消隱電路520將產(chǎn)生消隱信號(hào)(blanking signal)VBLK來(lái)禁止D型觸發(fā)器515的重置。消隱電路520進(jìn)一步包含與非門邏輯電路523、電流源525、電容527、晶體管526與反相器521和522。切換信號(hào)VPWM供應(yīng)反相器521的輸入與與非門邏輯電路523的第一端輸入。電流源525系對(duì)電容527充電。晶體管526與電容527系為并聯(lián)連接。反相器521的輸出控制晶體管526的導(dǎo)通與截止。反相器522的輸入連接到電容527。反相器522的輸出連接到與非門邏輯電路523的第二端輸入。與非門邏輯電路523的輸出端輸出消隱信號(hào)VBLK。電流源525的電流與電容527的電容值決定消隱信號(hào)VBLK的脈沖寬度。反相器518的輸入連接到與非門邏輯電路523的輸出。反相器518的輸出產(chǎn)生清除信號(hào)(clear signal)CLR，用來(lái)控制開關(guān)123，124，340與462的導(dǎo)通與截止。
圖9為本發(fā)明的加法器600的電路圖。一運(yùn)算放大器610、晶體管620、621、622與電阻650組成第四個(gè)電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器(fourth V-to-I converter)，依據(jù)斜坡信號(hào)RMP的輸出用來(lái)產(chǎn)生電流I622。運(yùn)算放大器611的正端輸入由電流信號(hào)VCS所提供，該運(yùn)算放大器611的反相輸入與輸出連接在一起，用來(lái)建立運(yùn)算放大器611，其作用如同緩沖器(buffer)。晶體管622的漏極經(jīng)由電阻651連接于運(yùn)算放大器611的輸出，在晶體管622的漏極產(chǎn)生斜率信號(hào)(slopesignal)VSLP。該斜率信號(hào)VSLP因而與斜坡信號(hào)RMP以及電流信號(hào)VCS成比例的關(guān)系。
圖10為本發(fā)明的可編程的電流源80的電路圖?？删幊痰碾娏髟?0依據(jù)溫度變化的程度產(chǎn)生可編程的電流IT?？删幊痰碾娏鳟a(chǎn)生器80包含兩個(gè)雙載流子晶體管81與82、三個(gè)p鏡(p-mirror)晶體管84、85、與86，兩個(gè)n鏡(n-mirror)晶體管87與88，還有電阻83。可編程的電流IT可以寫成IT=NM×k×Tempq×ln(r)RT---(24)]]>其中RT為電阻83的電阻值；NM＝M1×M2；M1為晶體管85與86的幾何比值(geometrical ratio)；M2為晶體管87與88的幾何比值；k為波茲曼常數(shù)(Boltzmann’s constant)；q為電子電荷的大??；r為雙載流子晶體管81與82的射極面積比值(emitter area ratio)；Temp為晶體管溫度。
圖11為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的模塊產(chǎn)生器900。一頻率發(fā)生器951產(chǎn)生頻率信號(hào)(clock signal)CK。數(shù)個(gè)緩存器971、972與975，以及異或門邏輯電路952組成線性位移緩存器(linear shift register)，依據(jù)頻率信號(hào)CK用來(lái)產(chǎn)生線性碼(linear code)。異或門邏輯電路952的輸入決定線性位移緩存器的多項(xiàng)式(polynomials)，并且決定線性位移緩存器的輸出。該數(shù)字模塊碼(digital patterncode)PN··P1會(huì)采用源自于線性碼的部分來(lái)進(jìn)行最佳化的應(yīng)用。
結(jié)合圖3，圖12為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的可編程的電容，例如第一可編程的電容910與第二可編程的電容930?？删幊痰碾娙莅⒙?lián)連接的切換式電容裝置，電容C1，C2，··，Cn與開關(guān)S1，S2，··，Sn形成切換式電容裝置。開關(guān)S1與電容C1為串聯(lián)連接，開關(guān)S2與電容C2為串聯(lián)連接，開關(guān)Sn與電容Cn為串聯(lián)連接。數(shù)字模塊碼PN··P1控制開關(guān)S1，S2，··，Sn的導(dǎo)通與截止，因此改變可編程的電容的電容值。
本發(fā)明的主要目的是在電源供應(yīng)器的一次側(cè)提供一切換式控制裝置，在不需要光耦合器與二次側(cè)穩(wěn)定調(diào)整器的情況下，用來(lái)得到精確的輸出電壓與最大輸出電流。再者，本發(fā)明進(jìn)一步提出跳頻的特性，用來(lái)延長(zhǎng)切換信號(hào)的切換頻率的頻譜而降低電磁干擾。因此，可以達(dá)到降低電源供應(yīng)器的體積與成本。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種切換式控制裝置，連接于一變壓器的一次側(cè)，控制切換該變壓器以提供一直流電力輸出，包括有一切換功率開關(guān)，其一輸出端連接于該變壓器的一次側(cè)之一端，該變壓器的一次側(cè)的另一端連接到一輸入電壓；一電流感測(cè)裝置，連接到該切換功率開關(guān)的另一輸出端，通過該切換功率開關(guān)的切換動(dòng)作，用來(lái)感測(cè)一電流信號(hào)；一控制器，連接于該切換功率開關(guān)的一控制端、該電流感測(cè)裝置通過一分壓器連接于該變壓器的一輔助繞組，從該輔助繞組取得一電壓信號(hào)與該變壓器的一放電時(shí)間及從該電流感測(cè)裝置取得該電流信號(hào)，并輸出一切換信號(hào)到該控制端；藉此，該控制器在該切換信號(hào)的截止期間，依據(jù)該電壓信號(hào)產(chǎn)生一電壓反饋信號(hào)，并于該切換信號(hào)的導(dǎo)通期間，積分該電流信號(hào)產(chǎn)生一電流反饋信號(hào)，該電壓反饋信號(hào)用來(lái)調(diào)整該切換信號(hào)，該電流反饋信號(hào)用來(lái)調(diào)整該切換信號(hào)的切換頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換式控制裝置，其特征在于，該控制器包括有一電壓波形檢測(cè)器，通過電阻性的分壓器連接到該變壓器的該輔助繞組，通過該輔助繞組接收該電壓信號(hào)，通過多次取樣該電壓信號(hào)而產(chǎn)生該電壓反饋信號(hào)與一放電時(shí)間信號(hào)，該放電時(shí)間信號(hào)表示該變壓器的放電時(shí)間；一電流波形檢測(cè)器，連接到該電流感測(cè)裝置，通過該電流感測(cè)裝置取得該電流信號(hào)，通過測(cè)量該電流信號(hào)來(lái)輸出一電流波形信號(hào)；一積分器，連接到該電流波形檢測(cè)器與該電壓波形檢測(cè)器，通過該電流波形檢測(cè)器接收該電流波形信號(hào)，透過該電壓波形檢測(cè)器接收該放電時(shí)間信號(hào)，積分該電流波形信號(hào)與該放電時(shí)間信號(hào)，用來(lái)輸出該電流反饋信號(hào)；一電流回路誤差放大器，連接到該積分器，接收該電流反饋信號(hào)用來(lái)放大該電流反饋信號(hào)，作為電流控制；一振蕩器，連接到該電流回路誤差放大器，接收經(jīng)過放大之該電流反饋信號(hào)，以產(chǎn)生一脈沖信號(hào)、一時(shí)間信號(hào)與一斜坡信號(hào)；一電壓回路誤差放大器，連接到該電壓波形檢測(cè)器，接收該電壓反饋信號(hào)，用來(lái)放大該電壓反饋信號(hào)；一加法器，連接到該電流感測(cè)裝置與該振蕩器，通過該電流感測(cè)裝置接收該電流信號(hào)，通過該振蕩器接收該斜坡信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生一斜率信號(hào)；一峰值電流限制器，連接到該電流感測(cè)裝置，接收該電流信號(hào)，用來(lái)限制該電流信號(hào)的最大值；一電壓回路比較器，連接到該加法器與該電壓回路誤差放大器，接收該斜率信號(hào)與放大后的該電壓反饋信號(hào)，作為電壓控制；及一脈沖寬度調(diào)制器，連接到該振蕩器并通過一與非門邏輯電路連接該峰值電流限制器與該電壓回路比較器，依據(jù)該脈沖信號(hào)、該峰值電流限制器的輸出與該電壓回路比較器的輸出，來(lái)控制該切換信號(hào)的脈沖寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該控制器更進(jìn)一步包括有一可編程的電流源，連接于該電壓波形檢測(cè)器的輸入端，接收該控制器的溫度，用來(lái)輸出一可編程的電流，作為該控制器之溫度補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換式控制裝置，其特征在于，該控制器更進(jìn)一步包括一模塊產(chǎn)生器，用來(lái)產(chǎn)生一數(shù)字模塊碼；一第一可編程的電容，連接到該振蕩器與該模塊產(chǎn)生器，依據(jù)該數(shù)字模塊碼調(diào)整電容值，用來(lái)調(diào)變?cè)撉袚Q信號(hào)的切換頻率；及一第二可編程的電容，連接到該積分器與該模塊產(chǎn)生器，依據(jù)該數(shù)字模塊碼調(diào)整電容值，用來(lái)使該積分器的時(shí)間常數(shù)與該切換信號(hào)之切換頻率發(fā)生正比例的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該積分器的時(shí)間常數(shù)與該切換信號(hào)的切換周期成正比例的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該電壓波形檢測(cè)器包括一取樣脈沖產(chǎn)生器，用來(lái)產(chǎn)生取樣脈沖信號(hào)；一臨界電壓，其中該臨界電壓加上該電壓信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一電平位移反射信號(hào)；一第一信號(hào)產(chǎn)生器，連接到該取樣脈沖產(chǎn)生器，依據(jù)取樣脈沖信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)，其中該第一取樣信號(hào)與該第二取樣信號(hào)用來(lái)控制切換開關(guān)交替地動(dòng)作以進(jìn)行取樣該電壓信號(hào)；一時(shí)間延遲電路，接收該切換信號(hào)并產(chǎn)生一延遲時(shí)間；一第二信號(hào)產(chǎn)生器，連接于該時(shí)間延遲電路、該臨界信號(hào)及該第一信號(hào)產(chǎn)生器，依據(jù)該延遲時(shí)間、電平位移反射信號(hào)來(lái)產(chǎn)生該放電時(shí)間信號(hào)；一第一電容與一第二電容，通過切換開關(guān)交替動(dòng)作取樣該電壓信號(hào)，分別取得一第一維持電壓與一第二維持電壓；一緩沖放大器，連接于該第一電容與該第二電容，由該第一維持電壓與該第二維持電壓的較高電壓來(lái)產(chǎn)生一維持信號(hào)；及一第一輸出電容，連接于該緩沖放大器，通過取樣該維持信號(hào)用來(lái)輸出該電壓反饋信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該電壓波形檢測(cè)器多次取樣該電壓信號(hào)來(lái)產(chǎn)生終止電壓，用來(lái)產(chǎn)生該電壓反饋信號(hào)，其中在該變壓器的二次側(cè)切換電流下降到零之前進(jìn)行立即取樣與測(cè)量該終止電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換式控制裝置，其特征在于，該模塊產(chǎn)生器包括一頻率發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生頻率信號(hào)；及一線性位移緩存器，連接于該頻率發(fā)生器，依據(jù)該頻率信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生該數(shù)字模塊碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該振蕩器包括一第一電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器，用來(lái)產(chǎn)生一第一振蕩充電電流、一振蕩放電電流及一時(shí)間電流，系包含一振蕩運(yùn)算放大器、一振蕩電阻與一振蕩晶體管；一第一振蕩電容；一第一振蕩開關(guān)，其中該第一振蕩開關(guān)的第一端點(diǎn)由該振蕩充電電流所提供，并且該第一振蕩開關(guān)的第二端點(diǎn)連接到該第一振蕩電容；一第二振蕩開關(guān)，其中該第二振蕩開關(guān)的第一端點(diǎn)連接到該第一振蕩電容，并且該第二振蕩開關(guān)的第二端點(diǎn)由該振蕩放電電流所驅(qū)動(dòng)；一第一振蕩比較器，具有一正端輸入連接到該第一振蕩電容，其中該第一振蕩比較器產(chǎn)生該脈沖信號(hào)；一第三振蕩開關(guān)，具有第一端點(diǎn)由高臨界信號(hào)所供給，并且第二端點(diǎn)連接到該第一振蕩比較器的負(fù)端輸入；一第四振蕩開關(guān)，具有第一端點(diǎn)由低臨界信號(hào)所供給，并且第二端點(diǎn)連接到該第一振蕩比較器的該負(fù)端輸入；一第二振蕩電容；一第五振蕩開關(guān)，并聯(lián)連接該第二振蕩電容；一第二振蕩比較器，通過一負(fù)端輸入連接到該第二振蕩電容及一正端輸入連接到一轉(zhuǎn)折電阻以取得一轉(zhuǎn)折電壓，以輸出該時(shí)間信號(hào)；一振蕩反相器，具有一輸入端連接到該第一振蕩比較器的輸出端，用來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該振蕩反相器輸出反相脈沖信號(hào)；其中該脈沖信號(hào)導(dǎo)通或截止該第二振蕩開關(guān)與該第四振蕩開關(guān)，其中該反相脈沖信號(hào)導(dǎo)通或截止該第一振蕩開關(guān)與該第三振蕩開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該電流波形檢測(cè)器包括一峰值偵測(cè)器，通過測(cè)量該電流信號(hào)的峰值用來(lái)產(chǎn)生峰值電流信號(hào)；一第三電容，用來(lái)維持該峰值電流信號(hào)；一第二輸出電容，用來(lái)產(chǎn)生該電流波形信號(hào)；及一開關(guān)，用來(lái)導(dǎo)通該峰值電流信號(hào)到該第二輸出電容，其中該開關(guān)通過該脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)通或截止。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換式控制裝置，其特征在于，該積分器包括一第二電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器，接收并依據(jù)該電流波形信號(hào)而產(chǎn)生一第一積分充電電流；一第一開關(guān)，連接于第二電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器，受該時(shí)間信號(hào)控制其導(dǎo)通或截止；一第一時(shí)間電容，連接到該第一開關(guān)，通過該第一開關(guān)的導(dǎo)通或截止進(jìn)而取得該第一積分充電電流，用來(lái)產(chǎn)生一第一積分信號(hào)輸出；一第二開關(guān)，并聯(lián)連接于該第一時(shí)間電容，用來(lái)放電該第一時(shí)間電容；一第二時(shí)間電容，通過一第三開關(guān)來(lái)取樣該第一積分信號(hào)以產(chǎn)生一平均電流信號(hào)；一第二電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器，連接于該第二時(shí)間電容，接收該平均電流信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生一第二積分充電電流；一第四開關(guān)，連接于第三電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換器，受該放電時(shí)間信號(hào)控制其導(dǎo)通或截止；一第三時(shí)間電容，連接到該第四開關(guān)，通過該第四開關(guān)的導(dǎo)通或截止進(jìn)而取得該第二積分充電電流，用來(lái)產(chǎn)生一第二積分信號(hào)輸出；一第五開關(guān)，并聯(lián)連接于該第三時(shí)間電容，用來(lái)放電該第三時(shí)間電容；及一第四輸出電容，通過一第六開關(guān)來(lái)取樣該第二積分信號(hào)以產(chǎn)生該電流反饋信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換式控制裝置，其特征在于，該切換信號(hào)具有一最小導(dǎo)通時(shí)間，為該切換信號(hào)的致能狀態(tài)，該致能狀態(tài)可進(jìn)一步確保該放電時(shí)間的最小值，用來(lái)多次取樣該電壓信號(hào)。
13.一種切換式控制裝置，連接于一變壓器，控制切換該變壓器以提供一直流電力輸出，包括有一切換功率開關(guān)，連接于該變壓器用來(lái)切換開變壓器；一控制器，連接于該切換功率開關(guān)之一控制端及該變壓器之一輔助繞組，從該輔助繞組取得一電壓信號(hào)與該變壓器的一放電時(shí)間，并輸出一切換信號(hào)到該控制端；藉此，該控制器在該切換信號(hào)的截止期間，通過多次取樣該電壓信號(hào)與該放電時(shí)間產(chǎn)生一電壓反饋信號(hào)，并依據(jù)該電壓反饋信號(hào)產(chǎn)生該切換信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的切換式控制裝置，其特征在于，在該控制器中具有一電壓波形檢測(cè)器，該電壓波形檢測(cè)器包括有一取樣脈沖產(chǎn)生器，用來(lái)產(chǎn)生取樣脈沖信號(hào)；一臨界信號(hào)，其中該臨界信號(hào)加上該電壓信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一電平位移反射信號(hào)；一第一信號(hào)產(chǎn)生器，連接到該取樣脈沖產(chǎn)生器，依據(jù)取樣脈沖信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)，其中該第一取樣信號(hào)與該第二取樣信號(hào)用來(lái)控制切換開關(guān)交替地動(dòng)作以進(jìn)行取樣該電壓訊號(hào)；一時(shí)間延遲電路，接收該切換信號(hào)并產(chǎn)生一延遲時(shí)間；一第二信號(hào)產(chǎn)生器，連接于該時(shí)間延遲電路、該臨界信號(hào)及該第一信號(hào)產(chǎn)生器，依據(jù)該延遲時(shí)間、電平位移反射信號(hào)用來(lái)產(chǎn)生該放電時(shí)間信號(hào)；一第一電容與一第二電容，通過切換開關(guān)交替動(dòng)作取樣該電壓信號(hào)，分別取得一第一維持電壓與一第二維持電壓；一緩沖放大器，連接于該第一電容與該第二電容，由該第一維持電壓與該第二維持電壓的較高電壓來(lái)產(chǎn)生一維持信號(hào)；及一第一輸出電容，連接于該緩沖放大器，通過取樣該維持信號(hào)用來(lái)輸出該電壓反饋信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切換式控制裝置，其特征在于，該電壓波形檢測(cè)器多次取樣該電壓信號(hào)來(lái)產(chǎn)生終止電壓，用來(lái)產(chǎn)生該電壓反饋信號(hào)，其中在該變壓器的二次側(cè)切換電流下降到零之前進(jìn)行立即取樣與測(cè)量該終止電壓。
全文摘要
一種切換式控制裝置應(yīng)用于一次側(cè)控制電源供應(yīng)器，包括模塊產(chǎn)生器產(chǎn)生數(shù)字模塊碼，振蕩器具有可編程電容，依據(jù)數(shù)字模塊的輸出決定切換頻率，電壓波形檢測(cè)器通過多次取樣變壓器電壓信號(hào)，產(chǎn)生電壓反饋信號(hào)與放電時(shí)間信號(hào)。電流波形檢測(cè)器與積分器通過積分平均電流信號(hào)與放電時(shí)間產(chǎn)生電流反饋信號(hào)，積分電流波形信號(hào)與時(shí)間信號(hào)產(chǎn)生平均電流信號(hào)。電壓回路誤差放大器與電流回路誤差放大器放大電壓反饋信號(hào)與電流反饋信號(hào)。振蕩器依據(jù)電流回路誤差放大器的輸出，產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)與脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)決定切換信號(hào)切換頻率。脈沖寬度調(diào)制器依據(jù)脈沖信號(hào)與電壓回路誤差放大器的輸出產(chǎn)生切換信號(hào)，用于切換功率開關(guān)與穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出。
文檔編號(hào)H02P13/00GK1783681SQ20041009670
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者楊大勇, 洪國(guó)強(qiáng), 林振宇, 曹峰誠(chéng), 邱紹偉 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司