返馳式轉(zhuǎn)換器的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適用于返馳式轉(zhuǎn)換器電路的控制方法。上述控制方法適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括：判定上述變壓器的一二次側(cè)電路輸出的一輸出電壓；根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路；隨著上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一限流以及一切換頻率；以及將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈。本發(fā)明可以在短期內(nèi)增加轉(zhuǎn)換器的供電能力以滿足突增的功率需求同時(shí)不需付出其他代價(jià)或只需付出最少代價(jià)；還可以減緩短路狀況的問題。
【專利說明】返馳式轉(zhuǎn)換器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及返馳式(flyback)轉(zhuǎn)換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于輸出電壓或輸出電流由晶體管切換調(diào)節(jié)，交換式電源供應(yīng)器(SMPS)或轉(zhuǎn)換器提供優(yōu)秀的功率轉(zhuǎn)換效率，由于在功率階段的切換裝置(晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)會在飽和區(qū)(高電流但電壓接近零)或截止區(qū)(高電壓但電流接近零)間以高頻周期性運(yùn)作，因此切換裝置的損耗很低。對于線性轉(zhuǎn)換器來說，在功率階段的該半導(dǎo)體裝置持續(xù)在高損耗的主動(dòng)區(qū)運(yùn)作，該高損耗是由于運(yùn)作時(shí)所需的高電壓以及高電流所造成。由于前述高效能的特性，交換式轉(zhuǎn)換器在各種便攜裝置(例如移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、平板電腦、數(shù)字音樂播放器、媒體播放器、便攜硬盤、手持游戲機(jī)、以及其他手持消費(fèi)者電子裝置)中頻繁使用，該便攜裝置從有限的內(nèi)部電池例如鋰電池提供供電。因此，返馳式轉(zhuǎn)換器通常用于提供電壓調(diào)節(jié)的功能。
[0003]隨著科技進(jìn)步，便攜裝置的功能越來越多，需要從功率轉(zhuǎn)換器提供更多的供電需求。在某些實(shí)施例中會有短期內(nèi)較高電流的需求(短期的暫時(shí)功率促進(jìn)需求)。上述實(shí)施例可以是印表機(jī)、馬達(dá)、或是用于CPU功率增進(jìn)功能。上述的超量功率可以為兩倍正常運(yùn)作所需的最大功率。公知轉(zhuǎn)換器無法不付任何代價(jià)(例如使用更大的變壓器以避免飽和狀況)就傳送大量的超量功率。本發(fā)明實(shí)施例的好處在于:在突增負(fù)載的情況下，通過增加切換頻率以及變壓器峰值電流限制值則不需另外使用笨重的變壓器便可避免磁核飽和(coresaturation)狀況；以及額定負(fù)載的電源效率能夠被最佳化。額定負(fù)載的切換頻率較突增模式運(yùn)作時(shí)的切換頻率低，造成額定負(fù)載的切換損耗較低并且具有較佳效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種方法，用于在短期內(nèi)增加轉(zhuǎn)換器的供電能力以滿足突增的功率需求同時(shí)不需付出其他代價(jià)或只需付出最少代價(jià)。本發(fā)明實(shí)施例同時(shí)也提出一種方法，用于減緩短路狀況的問題。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明揭示了一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括:判定上述變壓器的一二次側(cè)電路輸出的一輸出電壓；根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路；根據(jù)上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一限流以及一切換頻率；以及將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈。
[0006]本發(fā)明還揭示了一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括:判定上述變壓器的一二次側(cè)電路產(chǎn)生的一輸出電壓；根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路；通過一第一固定速率，根據(jù)上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一切換頻率；通過一適應(yīng)性速率，隨著上述反饋電壓增加上述一次側(cè)電流的一限流；以及將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈。[0007]本發(fā)明還揭示了一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括:判定上述變壓器的一二次側(cè)電路產(chǎn)生的一輸出電壓；根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路；根據(jù)上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一限流及一切換頻率；將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈；以及當(dāng)上述反饋電壓超出一短路臨界電壓時(shí)，將上述限流降低至一大致固定的超載電流；其中，上述大致固定超載電流小于上述一次側(cè)電流的一最大限流。
[0008]本發(fā)明可以在短期內(nèi)增加轉(zhuǎn)換器的供電能力以滿足突增的功率需求同時(shí)不需付出其他代價(jià)或只需付出最少代價(jià)；還可以減緩短路狀況的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施例的一種返馳式SMPSl的方框圖；
[0010]圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例的一種控制方式2的線圖；
[0011]圖3是顯示本發(fā)明的其他實(shí)施例的線圖；
[0012]圖4是顯示本發(fā)明實(shí)施例中的其他控制方式4的線圖；
[0013]圖5是顯示本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)輸出負(fù)載增加時(shí)，變壓器一次側(cè)電流Ip和二次側(cè)電流Is在時(shí)域的關(guān)系；
[0014]圖6是顯示本發(fā)明實(shí)施例中控制方法6的流程圖；
[0015]圖7是顯示本發(fā)明實(shí)施例中高功率模式的控制方法7的流程圖；
[0016]圖8是顯示本發(fā)明其他實(shí)施例的控制方法8的流程圖；以及
[0017]圖9是顯示本發(fā)明其他實(shí)施例的控制方法9的流程圖。
[0018]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0019]I?返馳式交換式電源供應(yīng)器；
[0020]2、3、4?控制方式；
[0021]6、7、8、9?控制方法；
[0022]10?控制器；
[0023]12?電源；
[0024]Wl?一次側(cè)線圈；
[0025]W2?二次側(cè)線圈；
[0026]Waux?輔助線圈；
[0027]Rs?感測電阻；
[0028]Doptoi > Dopto2 ?光電稱合器；
[0029]Q?切換晶體管；
[0030]Ip?一次側(cè)電流；
[0031]Is?二次側(cè)電流；
[0032]20?切換頻率曲線；
[0033]22?VCS限壓曲線；
[0034]30?切換頻率；
[0035]32a、b、c ?VCS 限制值；
[0036]Ip peak?峰值一次側(cè)電流；[0037]Ip avg?平均一次側(cè)電流；
[0038]Is avg?平均二次側(cè)電流；
[0039]Spwm ?PWM 信號；
[0040]Vwt?輸出電壓；
[0041]Vdiv ?分壓；
[0042]Tl?并聯(lián)穩(wěn)壓器；
[0043]Vcs?感測電壓；
[0044]Vcs liml, Vcs lim ?感測限壓；
[0045]Vcsjiax?最大電壓限制；
[0046]Vfb b?基本反饋電壓值；
[0047]Vctlp?峰值功率模式電壓值；
[0048]Vcp?控制電壓限制值；
[0049]Vfp?切換頻率限制值；
[0050]Vfb?反饋電壓；
[0051]Fsw?切換頻率；
[0052]Fcs max?頻率限制值；
[0053]Vcs sc?短路電壓限制；
[0054]S600、S602、....、S610 ?步驟；
[0055]S700、S702、....、S708 ?步驟；
[0056]S800、S802、....、S806 ?步驟；
[0057]S900、S902、....、S906 ?步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0058]在此必須說明的是，于下揭示內(nèi)容中所提出的不同實(shí)施例或范例，是用以說明本發(fā)明所揭示的不同技術(shù)特征，其所描述的特定范例或排列是用以簡化本發(fā)明，然非用以限定本發(fā)明。此外，在不同實(shí)施例或范例中可能重復(fù)使用相同的參考數(shù)字與符號，此等重復(fù)使用的參考數(shù)字與符號是用以說明本發(fā)明所揭示的內(nèi)容，而非用以表示不同實(shí)施例或范例間的關(guān)系。
[0059]圖1到圖9顯示提供增強(qiáng)供電、增強(qiáng)電力控制力、以及短路保護(hù)功能的交換式電源供應(yīng)器(Switching Mode Power Supply,下稱SMPS)實(shí)施例,借以達(dá)成現(xiàn)今電腦裝置、網(wǎng)絡(luò)裝置、通信裝置、移動(dòng)裝置、以及其他電子及電機(jī)裝置的日漸增長的電力需求。
[0060]圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施例的一種返馳式SMPSl的方框圖，包括電源12、整流器(rectifier),變壓器、輸出感測電路14、光電耦合器Dqptqi和Dqptq2、控制器10、以及切換晶體管Q。返馳式SMPSl將交流(AC)電源12轉(zhuǎn)換為直流(DC)電源并且將調(diào)節(jié)后的電源輸出Vwt供給連接負(fù)載(未圖示)，該負(fù)載可例如為馬達(dá)、中央處理單元(CPU)或微處理器，其具有暫時(shí)性擴(kuò)張的供電需求。
[0061]來自電源12的AC輸入電源經(jīng)由整流器轉(zhuǎn)換為DC電源，該DC電源由切換晶體管Q控制并供給至變壓器。切換晶體管Q和變壓器是返馳式SMPSl的中心。變壓器包括一次偵_圈W1、二次側(cè)線圈W2以及輔助線圈Waux。經(jīng)由變壓器的一次側(cè)線圈Wl電源12被提供給切換晶體管Q。切換晶體管Q作為一種開關(guān)。當(dāng)切換晶體管Q打開，進(jìn)入飽和狀態(tài)且導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)就會被關(guān)上并為一次側(cè)電流Ip提供流經(jīng)脈波變壓器的一次側(cè)線圈Wl而回到電源返回線路的路徑，因此即可通過一次側(cè)線圈Wl的磁化電感于變壓器磁芯存儲存儲能量。當(dāng)切換晶體管Q關(guān)閉，并在截止區(qū)且不導(dǎo)通時(shí)，該開關(guān)會打開且存儲存儲的能量會傳送到負(fù)載。因此電流不會同時(shí)流過變壓器的一次側(cè)及二次側(cè)線圈Wl和W2。
[0062]改變信號Spwm的切換頻率(通過脈波速率調(diào)變，(Pulse Rate Modulation，下稱PRM))或改變信號PWM時(shí)間長度(通過脈波寬度調(diào)變(Pulse Width Modulation,下稱PWM))會導(dǎo)致輸入電流Ip工作周期的改變以及對應(yīng)的輸出電壓Vtjut輸出調(diào)節(jié)的改變。光電I禹合器Dktoi和Dkto2會提供輸出電壓調(diào)節(jié)的功能。于其中一種實(shí)施方式中會檢測輸出電壓Vrat并且經(jīng)由電阻網(wǎng)絡(luò)將輸出電壓Vout分為分壓Vdiv。分壓Vdiv用于控制并聯(lián)穩(wěn)壓器(shunt regulator)!!,以產(chǎn)生和電壓Vdiv和內(nèi)部調(diào)節(jié)電壓(internal regulated voltage)間差值成正比的并聯(lián)穩(wěn)壓器Tl電流，該內(nèi)部調(diào)節(jié)電壓通常為2.5V。并聯(lián)穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的電流經(jīng)由光電耦合器Draw和Dmto2轉(zhuǎn)換為反饋電壓VFB，上述經(jīng)由光電耦合器Dwtoi和Dwto2提供返馳式SMPSl 一次側(cè)及二次側(cè)電路之間隔離。
[0063]返馳式SMPSl以峰值電流控制模式(peak current control mode)進(jìn)行運(yùn)作。在峰值電流控制轉(zhuǎn)換器中，會針對每個(gè)工作周期使用反饋電壓Vfb設(shè)定一次側(cè)電流Ip峰值電流的限流Ilim。控制器10會感測通過一次側(cè)線圈Wl的電流Ip以及感測跨越感測電阻Rs的電壓Vcs。限流Ilim由控制器10根據(jù)感測限壓Vcs lim加以控制。特別是控制器10連接至感測電阻Rs借以檢測感測電壓Vcs，并根據(jù)公式[I]對電流Ip設(shè)定限流Ilim:
_4] Iliffl=VCSJiffl/Rs 公式[I]
[0065]感測電壓Vcs為跨越感測電阻Rs的電壓。當(dāng)輸出負(fù)載抽取輸出功率時(shí)，感測限壓Vcsjiffl會根據(jù)對應(yīng)輸出功率的反饋電壓Vfb而增加，接著控制器10使用該感測限壓Vffi lim來控制切換晶體管Q借以將感測電壓Vcs限制小于感測限壓Vffi lim，對一次側(cè)電流Ip進(jìn)行限流Ilim。特別是當(dāng)一次側(cè)線圈Wl試圖用掉超出感測限壓Vcs lim的感測電壓Vcs時(shí)，控制器10會關(guān)閉切換晶體管Q使得一次側(cè)電流Ip的“打開時(shí)間”降低，借以將感測電壓Vcs限制于感測限壓Vk lim之內(nèi)。相反地，當(dāng)一次側(cè)線圈Wl抽取感測電壓Vcs等于或小于感測限壓Vcsliffl時(shí)，控制器10會持續(xù)打開切換晶體管Q使得一次側(cè)電流Ip的“打開時(shí)間”持續(xù)，借此增加感測電壓Vcs并將所需功率傳送至二次側(cè)電路。如上述解釋，感測限壓Vffi lim和限流Ilim成直接正比，限流Ilim會在感測限壓Vcs lim增加之后隨之增加，反之亦然。因此在以下段落中，當(dāng)限流Ilim和感測限壓Vk lim中僅描述其中一個(gè)的行為時(shí)，也同時(shí)表示或暗示另一個(gè)的行為也會類似發(fā)生。
[0066]返馳式SMPSl會以連續(xù)電流模式(Continuous Current Mode, CCM)或不連續(xù)電流模式(Discontinuous Current Mode, DCM)進(jìn)行運(yùn)作。輸出功率由下面公式導(dǎo)出:
【權(quán)利要求】
1.一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括: 判定上述變壓器的一二次側(cè)電路輸出的一輸出電壓； 根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路； 隨著上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一限流以及一切換頻率；以及 將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓小于一第一臨界電壓時(shí)，將上述切換頻率維持大致固定，同時(shí)隨著上述輸出電壓增加上述限流。
3.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，上述增加步驟包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，隨著上述輸出電壓增加上述一次側(cè)電流的上述限流及上述切換頻率。
4.如權(quán)利要求2所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出一第二臨界電壓時(shí)，將上述限流維持大致固定，同時(shí)隨著上述輸出電壓增加上述切換頻率； 其中，上述第二臨界電壓超出上述第一臨界電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出一第三臨界電壓時(shí)，將上述限流和上述切換頻率維持大致固定； 其中，上述第三臨界電壓超出上述第二臨界電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出一第四臨界電壓時(shí)，將上述限流降低至一固定超載電流； 其中，上述第四臨界電壓超出上述第三臨界電壓；以及 上述固定超載電流小于上述大致固定限流。
7.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，上述增加步驟包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，以大致與上述反饋小于一第一臨界電壓時(shí)的上述增加的限流相同的一速率來增加上述限流。
8.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，上述增加步驟包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，以一適應(yīng)性速率增加上述限流。
9.一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括: 判定上述變壓器的一二次側(cè)電路輸出的一輸出電壓； 根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路； 通過一第一固定速率，隨著上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一切換頻率； 通過一適應(yīng)性速率，隨著上述反饋電壓增加上述一次側(cè)電流的一限流；以及 將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓小于一第一臨界電壓時(shí)，將上述切換頻率維持大致固定，同時(shí)通過一第二固定速率隨著上述反饋電壓增加上述限流；以及 其中，上述增加步驟包括當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，通過上述適應(yīng)性速率隨著上述反饋電壓增加上述一次側(cè)電流的上述限流。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，還包括:將上述適應(yīng)性速率調(diào)整為小于上述第二固定速率。
12.如權(quán)利要求10所述的控制方法，還包括:將上述適應(yīng)性速率調(diào)整為超出上述第二固定速率。
13.如權(quán)利要求10所述的控制方法，還包括:將上述適應(yīng)性速率調(diào)整為與上述第二固定速率大致相同。
14.一種控制方法，適用于包括一變壓器的一返馳式轉(zhuǎn)換器電路，包括: 判定上述變壓器的一二次側(cè)電路輸出的一輸出電壓； 根據(jù)上述二次側(cè)電路輸出的上述輸出電壓，將一反饋電壓反饋至上述變壓器的一一次側(cè)電路； 隨著上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的一限流及一切換頻率； 將上述一次側(cè)電流供應(yīng)至上述變壓器的上述一次側(cè)線圈；以及 當(dāng)上述反饋電壓超出一短路臨界電壓時(shí)，將上述限流降低至一大致固定的超載電流； 其中，上述大致固定超載電流小于上述一次側(cè)電流的一最大限流。
15.如權(quán)利要求14所述的控制方法，還包括: 當(dāng)上述反饋電壓小于一第一臨界電壓時(shí)，將上述切換頻率維持大致固定，同時(shí)通過一固定速率隨著上述反饋電壓增加上述限流； 其中，上述增加步驟包括當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，通過上述適應(yīng)性速率隨著上述反饋電壓增加一一次側(cè)電流的上述限流及上述切換頻率；以及上述第一臨界電壓小于上述短路臨界電壓。
16.如權(quán)利要求14所述的控制方法，其中，上述增加步驟包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，以大致與上述判定的輸出電壓小于一第一臨界電壓時(shí)的上述增加的 限流相同的一速率來增加上述限流； 其中，上述第一臨界電壓小于上述短路臨界電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的控制方法，其中，上述增加步驟包括: 當(dāng)上述反饋電壓超出上述第一臨界電壓時(shí)，以一適應(yīng)性速率增加上述限流。
【文檔編號】H02M3/335GK103944391SQ201310565915
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】曾任輝, 王冠盛, 許偉展, 張建中, 胡志成, 林政毅 申請人:新能微電子股份有限公司, 臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司