主動(dòng)箝制電路的制作方法
【專利摘要】一種主動(dòng)箝制電路，用于反馳式功率轉(zhuǎn)換器。主動(dòng)箝制電路包括功率晶體管、電容器、高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器、電荷泵電路、以及控制器。功率晶體管與電容器串聯(lián)以形成主動(dòng)箝制器。主動(dòng)箝制器與反馳式功率轉(zhuǎn)換器的變壓器的初級側(cè)線圈并聯(lián)。高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器用來驅(qū)動(dòng)功率晶體管。電荷泵電路耦接電壓源以及高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器，以提供電源供應(yīng)至高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器。控制器產(chǎn)生控制信號來控制高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器。控制信號根據(jù)變壓器的去磁化時(shí)間而產(chǎn)生。
【專利說明】主動(dòng)箝制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主動(dòng)箝制電路，其用于操作在非連續(xù)電流模式(discontinuouscurrent mode, DCM)以及連續(xù)電流模式(continuous current mode, CCM)的反馳式功率轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]功率轉(zhuǎn)換器可操作在較高的切換頻率下，以減小其變壓器的尺寸。此相關(guān)已知技術(shù)可以一些專利文件中得知，例如，名稱為“Clamped Continuous FlybackPower Converter” 且編號為 5，570，278 的美國專利、名稱為 ” Offset Resonance ZeroVoltage Switching Flyback Converter” 且編號為 6，069，803 的美國專利，以及名稱為 “Active-clamp circuit for quas1-resonant flyback power converter，，且編號為20110305048的美國申請案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的在于藉由將變壓器的漏電感能量(leakage inductance’senergy)循環(huán)來提高功率轉(zhuǎn)換器的效率。
[0004]本發(fā)明提供一種主動(dòng)箝制電路，用于反馳式功率轉(zhuǎn)換器。主動(dòng)箝制電路包括功率晶體管、電容器、高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器、電荷泵電路、以及控制器。功率晶體管與電容器串聯(lián)以形成主動(dòng)箝制器。主動(dòng)箝制器與反馳式功率轉(zhuǎn)換器的變壓器的初級側(cè)線圈并聯(lián)。高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器用來驅(qū)動(dòng)功率晶體管。電荷泵電路耦接電壓源以及高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器，以提供電源供應(yīng)至高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器?？刂破鳟a(chǎn)生控制信號來控制高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器?？刂菩盘柛鶕?jù)變壓器的去磁化時(shí)間而產(chǎn)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1表不根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的反馳式功率轉(zhuǎn)換器。
[0006]圖2表示圖1的反馳式功率轉(zhuǎn)換器中的脈寬調(diào)制控制器。
[0007]圖3表示圖2脈寬調(diào)制控制器中的振蕩電路。
[0008]圖4表示圖3的振蕩電路中，斜坡信號、時(shí)鐘信號、以及脈沖信號的波形。
[0009]圖5表示圖2脈寬調(diào)制控制器中的電路。
[0010]圖6A表示圖5的電路中的脈沖產(chǎn)生器。
[0011]圖6B表示圖6A的脈沖產(chǎn)生器的信號波形。
[0012]圖7A表不圖5的電路中的延遲電路。
[0013]圖7B表示圖7A的延遲電路的主要信號波形。
[0014]圖8表示在連續(xù)電流模式下(CCM)的切換信號、控制信號、以及檢測信號的波形。
[0015]圖9表示在非連續(xù)電流模式(DCM)下的切換信號、控制信號、以及檢測信號的波形。[0016]【符號說明】[0017]圖1:
[0018]10~變壓器；20~主要功率晶體管；
[0019]25~二極管；30~功率晶體管；
[0020]35~二極管；40~整流器；
[0021]45~電容器；50~高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器；
[0022]60~整流器；65~電容器；
[0023]70~二極管；75~電荷泵電容器；
[0024]80、81~電阻器；
[0025]100~脈寬調(diào)制控制器(PWM)；
[0026]Na~輔助線圈；Np~初級側(cè)線圈；
[0027]Ns~次級側(cè)線圈；S1~切換信號；
[0028]S2~控制信號；Vcc~電壓源；
[0029]Vfb~反饋信號；V。~輸出電壓；
[0030]Vs~檢測信號；
[0031]圖2:
[0032]100~脈寬調(diào)制控制器；110~比較器；
[0033]111~觸發(fā)器；113~反相器；
[0034]115~與門；120~振蕩電路(OSC)；
[0035]200~電路；CK~時(shí)鐘信號；
[0036]PLS~脈沖信號；RMP~斜坡信號；
[0037]S1~切換信號；S2~控制信號；
[0038]Vcc~電壓源；Vfb~反饋信號；
[0039]Vs~檢測信號；
[0040]圖3
[0041]120~振蕩電路；125~電容器；
[0042]131、135 ~電流源；132、136 ~開關(guān)；
[0043]141、142、145 ~比較器;151、152 ~與非門;
[0044]156、157~反相器；158~與非門；
[0045]CK、CKB~時(shí)鐘信號；PLS~脈沖信號；
[0046]RMP~斜坡信號；VH、Vl~觸發(fā)點(diǎn)電壓；
[0047]Vm~臨界電壓；
[0048]圖4:
[0049]CK~時(shí)鐘信號；PLS~脈沖信號；
[0050]RMP~斜坡信號；VH、Vl~觸發(fā)點(diǎn)電壓；
[0051]Vm~臨界電壓；
[0052]圖5:
[0053]200~電路；211~比較器；
[0054]215~與非門；241~晶體管；[0055]242~定電流源； 247~開關(guān)；
[0056]250~電容器；251~電容器；
[0057]260~緩沖放大器；263、264~電阻器；
[0058]270~比較器；271~反相器；
[0059]275~與門；280~觸發(fā)器；
[0060]300~脈沖產(chǎn)生器；352~延遲電路；
[0061]PLS~脈沖信號； RST~重置信號
[0062]S1~切換信號； S2~控制信號；
[0063]Sd~放電時(shí)間信號；SLP~傾斜信號；
[0064]SLS~電平偏移信號；SMP~米樣信號；
[0065]Vcc~電壓源；Vs~檢測信號；
[0066]Vt~臨界值；
[0067]圖6A、圖 6B:
[0068]300~脈沖產(chǎn)生器；310~電流源；
[0069]321~反相器；322~晶體管；
[0070]325~電容器；327~反相器；
[0071]329~與門；IN~信號；
[0072]OUT~輸出脈沖信號；
[0073]Tp~輸出脈沖信號OUT的脈寬期間；
[0074]圖7A、圖 7B:
[0075]352~延遲電路； 360~電流源；
[0076]361~反相器；362~晶體管；
[0077]365~電容器；369~與門；
[0078]INPUT~信號；OUTPUT~輸出信號；
[0079]Tb~延遲時(shí)間；
[0080]圖8、圖 9:
[0081]S1~切換信號；S2~控制信號；
[0082]Td~延遲時(shí)間；
[0083]Tds~放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)；
[0084]Ton~切換信號S1的開啟時(shí)間；Tx~期間；
[0085]Vs~檢測信號。
【具體實(shí)施方式】
[0086]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
[0087]圖1表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的反馳式功率轉(zhuǎn)換器。在此實(shí)施例中，圖1的功率轉(zhuǎn)換器為反馳式功率轉(zhuǎn)換器。晶體管(也稱為主要功率晶體管)20耦接變壓器10的初級側(cè)線圈NP，以切換該初級側(cè)線圈NP 。二極管25與晶體管20并聯(lián)。晶體管20用來切換變壓器10，以通過耦接變壓器10的次級側(cè)線圈Ns的整流器40與電容器45來調(diào)整在功率轉(zhuǎn)換器的輸出端上的輸出電壓V。。脈寬調(diào)制(pulse width modulation)控制器(PWM) 100產(chǎn)生切換信號S1，其用來驅(qū)動(dòng)晶體管20。切換信號S1根據(jù)反饋信號Vfb所產(chǎn)生。此反饋信號Vfb與功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓\相關(guān)連。變壓器10具有輔助線圈Na，用以通過耦接輔助線圈Na的整流器60以及電容器65來產(chǎn)生電壓源Vrc。電壓源Vcc提供電力給脈寬調(diào)制控制器100。電阻器80與81耦接輔助線圈Na以產(chǎn)生檢測信號\，且檢測信號Vs耦合至脈寬調(diào)制控制器100。檢測信號Vs表示變壓器10的反射信號。此反射信號具有在變壓器10的去磁化期間(demagnetized period)內(nèi)的輸出電壓V。的信息。功率晶體管30與電容器15串聯(lián)以形成一主動(dòng)箝制器。此主動(dòng)箝制器與變壓器10的初級側(cè)線圈Np并聯(lián)。二極管35與功率晶體管30并聯(lián)，高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器50用來驅(qū)動(dòng)功率晶體管30。電荷泵電路耦接電壓源V。。以及高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器50，以提供電源供應(yīng)給高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器50。電荷泵電路由耦接電壓源V。。的二極管70以及與二極管70串聯(lián)的電容器(又稱為電荷泵電容器)75所組成。脈寬調(diào)制控制器10 0產(chǎn)生控制信號S2 (圖2所示)，用以控制高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器50?？刂菩盘朣2根據(jù)變壓器10的放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)所產(chǎn)生。一旦切換信號S1關(guān)閉(turned off),控制信號S2將開啟(turned on)。檢測信號Vs用來檢測變壓器10的放電時(shí)間?？刂菩盘朣2的脈寬短于變壓器10的放電時(shí)間。在此實(shí)施例中，主動(dòng)箝制電路至少由功率晶體管30、電容器15、高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器50、二極管70、電容器75、以及脈寬調(diào)制控制器100所組成。
[0088]圖2表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的脈寬調(diào)制控制器100。脈寬調(diào)制控制器100包括振蕩電路(0SC)120，其產(chǎn)生時(shí)鐘信號CK、斜坡信號RMP、以及脈沖信號PLS。時(shí)鐘信號CK通過反相器113、觸發(fā)器111、以及與門115來開啟切換信號Sp比較器110比較斜坡信號RMP以及反饋信號Vfb以產(chǎn)生一信號來關(guān)閉切換信號S1，藉此實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。脈沖信號PLS、檢測信號\、以及切換信號S1耦接電路200，以用來產(chǎn)生控制信號S2。
[0089]圖3表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的振蕩電路120。電流源131與135分別通過開關(guān)132與136來對電容器125進(jìn)行充電與放電。斜坡信號RMP產(chǎn)生于電容器125。斜坡信號RMP還耦接比較器141、142、與145。比較器141具有觸發(fā)點(diǎn)電壓(trip-point voltage)VH。比較器142具有觸發(fā)點(diǎn)電壓比較器145具有臨界電壓VM，其中，這些電壓的電平比較為
vh>v?>vlo
[0090]與非門151與152形成箝制電路，其接收比較器141與142的輸出信號。此箝制電路以及反相器156與157 —起操作來產(chǎn)生時(shí)鐘信號CK與CKB，其中，時(shí)鐘信號CK通過反相器157而反相于時(shí)鐘信號CKB。時(shí)鐘信號CK實(shí)施來控制開關(guān)136，以對電容器125進(jìn)行放電。時(shí)鐘信號CKB則是用來控制開關(guān)132，以對電容器152充電。比較器145的輸出信號以其時(shí)鐘信號CK實(shí)施至與非門158以產(chǎn)生脈沖信號PLS。
[0091]圖4表示斜坡信號RMP、時(shí)鐘信號CK、以及脈沖信號PLS的波形。當(dāng)斜坡信號在兩觸發(fā)點(diǎn)電壓\及Vh之間時(shí)，脈沖信號PLS致能；當(dāng)斜坡信號RMP下降小于臨界電壓Vm且在臨界電壓Vm至觸發(fā)點(diǎn)電壓\之間時(shí)，脈沖信號PLS被除能。
[0092]圖5表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電路200。一旦切換信號S1關(guān)閉(邏輯低電平)，電容器250將由定電流源242充電且產(chǎn)生傾斜信號SLP。當(dāng)切換是號S1開啟(邏輯高電平)，電容器250將通過晶體管241放電。當(dāng)檢測信號Vs低于臨界值Vt時(shí)，比較器211將產(chǎn)生放電時(shí)間信號SD。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器操作在非連續(xù)電流模式(discontinuous current mode,DCM)時(shí)，放電時(shí)間信號Sd表不變壓器10的放電時(shí)間的期間。通過與非門215以及脈沖產(chǎn)生器300，放電時(shí)間信號Sd以及脈沖信號PLS用來產(chǎn)生采樣信號SMP以控制開關(guān)247，藉以將電容器250的傾斜信號PLS米樣至電容器251。電容器251的信號電平表不變壓器10的放電時(shí)間的期間。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器操作在連續(xù)電流模式(continuous current mode, CCM)時(shí),脈沖信號PLS用來判定放電時(shí)間。連續(xù)電流模式是表示在下一切換周期開始之前，變壓器沒有完全地去磁化。因此，脈沖信號PLS用來在切換信號S1開啟之前產(chǎn)生采樣信號SMP。
[0093]另，切換信號SI又通過反相器271、延遲電路(DLY)352、以及觸發(fā)器280來產(chǎn)生控制信號s2。因此，當(dāng)切換信號S1關(guān)閉時(shí)，控制信號S2將在一延遲時(shí)間后開啟。電容器251通過緩沖放大器260以及電阻器263以及264來產(chǎn)生電平偏移信號SLS。比較器270比較電平移位信號SLS以及傾斜信號SLP，以在變壓器10的放電時(shí)間結(jié)束之前產(chǎn)生重置信號RST。重置信號RST以及脈沖信號PLS通過與門275以及觸發(fā)器280來關(guān)閉控制信號S2。
[0094]圖6A以及圖6B表示脈沖產(chǎn)生器300的電路以及信號波形。脈沖產(chǎn)生器300包括電流源310、反相器321、晶體管322、電容器325、反相器327、以及與門329。電流源310對電容器325充電。晶體管322用來使電容器325放電。信號IN通過反相器321來控制晶體管322。信號IN還耦接與門329的一輸入端。與門329的另一輸入端通過反相器327耦接電容器235。在與門329的輸出端上產(chǎn)生出脈沖信號OUT。輸出脈沖信號OUT的脈寬由電流源321的電流以及電容器325的電容值決定。在此實(shí)施例中，輸入信號IN提供自圖5所示的與非門315的輸出端，且輸出脈沖信號OUT被提供來作為圖5所示的采樣信號SMP。在圖6A中，輸出脈沖信號OUT的脈寬的期間由Tp來表示，如圖6B所示。
[0095]圖7A以及圖7B表示延遲電路352的電路以及信號波形。延遲電路352包括電流源360、反相器361、晶體管362、電容器365、以及與門369。信號INPUT提供至反相器361以及與門369的一輸入端。反相器362的輸出端耦接晶體管362的柵極。晶體管362的漏極以及電容器的一端耦接與門369的另一輸入端，還耦接電流源360。晶體管362的源極以及電容器365的另一端耦接接地端。輸出信號OUTPUT產(chǎn)生于柵極369的輸出端。信號OUTPUT根據(jù)信號INPUT的上升沿而在一延遲時(shí)間Tb (顯示于圖6B)后致能。延遲時(shí)間Tb根據(jù)電流源360所提供的電流值以及電容器365的電流值來決定。在此實(shí)施例中，輸入信號IN提供自圖5所示的反相器271的輸出端，且輸出脈沖信號OUTPUT被提供至圖5的觸發(fā)器280。
[0096]圖8表示在連續(xù)電流模式下(CCM)的切換信號S1、控制信號S2、以及檢測信號Vs的波形。當(dāng)切換信號S1關(guān)閉時(shí)，控制信號&將在一延遲時(shí)間Td后開啟。延遲時(shí)間Td的期間由圖5中的延遲電路352決定?？刂菩盘朣2的脈寬僅是放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)Tds的期間的一百分比。此百分比以及期間Tx由圖5中電阻器263以及264的衰減比例所決定。如圖8所示，在放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)Tds結(jié)束之前，控制信號S2關(guān)閉。換句話說，在變壓器10完全地去磁化之前,控制信號S2關(guān)閉。期間Tw表不切換信號S1的開啟時(shí)間。
[0097]圖9表示在非連續(xù)電流模式(DCM)下的切換信號S1、控制信號S2、以及檢測信號Vs的波形。當(dāng)切換信號S1關(guān)閉時(shí)，控制信號S2將在延遲時(shí)間Td之后開啟。延遲時(shí)間Td的期間由圖5中的延遲電路352所決定?？刂菩盘朣2的脈寬僅是放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)Tds的期間的一百分比。此百分比以及期間Tx由圖5中電阻器263以及264的衰減比例決定。如圖9所示，在放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)Tds結(jié)束之前，控制信號S2關(guān)閉。換句話說，在變壓器10完全地去磁化之前,控制信號S2關(guān)閉。期間Tw表不切換信號S1的開啟時(shí)間。[0098]根據(jù)上述實(shí)施例，先前切換周期的放電時(shí)間(去磁化時(shí)間)的期間決定了控制信號S2的脈寬。此外，對于連續(xù)電流模式以及非連續(xù)電流模式而言，在切換信號S1的開啟之前，控制信號&將關(guān)閉。功率轉(zhuǎn)換器的效率的提高可藉由將變壓器的漏電感能量(leakageinductance’ s energy)循環(huán)至功率轉(zhuǎn)換器的輸出來實(shí)現(xiàn)。
[0099]本發(fā)明雖以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種主動(dòng)箝制電路，用于一反馳式功率轉(zhuǎn)換器，包括: 一功率晶體管，與一電容器串聯(lián)以形成一主動(dòng)箝制器，其中，該主動(dòng)箝制器與該反馳式功率轉(zhuǎn)換器的一變壓器的初級側(cè)線圈并聯(lián)； 一高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)該功率晶體管； 一電荷泵電路，耦接一電壓源以及該高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器，以提供一電源供應(yīng)至該高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器；以及 一控制器，產(chǎn)生一控制信號來控制該高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器； 其中，該控制信號根據(jù)該變壓器的一去磁化時(shí)間而產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)箝制電路，其中，該控制器還產(chǎn)生一切換信號以控制該反馳式功率轉(zhuǎn)換器的一主要功率晶體管，藉此對該反馳式功率轉(zhuǎn)換器的一輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，以及該主要功率晶體管用來切換該便壓器的該初級側(cè)線圈。
3.如權(quán)利要求2所述的主動(dòng)箝制電路,其中，一旦該切換信號關(guān)閉,該控制信號在一延遲時(shí)間后開啟。
4.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)箝制電路，其中，該控制信號的脈寬根據(jù)該變壓器的該去磁化時(shí)間來決定。
5.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)箝制電路，其中，該控制信號的脈寬為該變壓器的該去磁化時(shí)間的一百分比。
6.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)箝制電路，其中，在該變壓器完全地去磁化之前，該控制信號關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)箝制電路，其中，該電荷泵電路包括: 一二極管，耦接該電壓源；以及 一電荷泵電容器，與該二極管串聯(lián)； 其中，該電荷泵電容器耦接該高側(cè)晶體管驅(qū)動(dòng)器。
【文檔編號】H02M3/335GK103683954SQ201310755960
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司, 快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司