绕阻电压取样控制电源转换器
技术领域
本发明涉及一种电源转换器,特别是指一种绕组电压取样控制电源转换器。
背景技术
交换式电源转换器具效率较高、体积小的特点,目前大量广泛应用在各式电子装置上,如图9所示即为习知一返驰式转换器的电路架构的一,并其电路架构主要具输入电路1’、变压器T1’、输出电路2’、光耦合器3’,并该输入电路1’连接输入电源Vin,并主要具开关作用晶体管Q1’、控制器11’,并该晶体管Q1’连接变压器T1’的一次侧绕组,而控制器11’可作PWM控制,并输出端连接晶体管Q1’,并输入端FB连接光耦合器3’一端;又输出电路2’连接变压器T1’的二次侧绕组,并其输出端电压Vout并联光耦合器3’另一端,使得光耦合器3’将输入电路1’与输出电路2’隔离,并将输出端电源Vout回授至输入电路1’的控制器11’,使得控制器11’可对应输出以控制开关晶体管Q1’动作稳定输出电压。
前述电路的输出电压稳定性必须藉由光耦合器3’回授控制,但该光耦合器3’的特性将直接影响系统稳定性及可靠性,例如该光耦合器3’的耦合效率将直接影响输出端电压Vout的精确性,又若利用光耦合器3’作充电器(图中未标示)定电流功能必须额外增加组件以补偿光耦合器的不稳定现象,将增加电路成本,且较多组件造成待机损耗大缺失。
图10所示为习知二返驰式转换器电路架构,主要具输入电路5’、变压器T2’、输出电路6’,并其输入电路5’连接输入电源Vin,并具开关作用晶体管Q2’、控制器51’,而该晶体管Q2’连接变压器T2’一次侧第一绕组N1’,又控制器51’的输出端连接晶体管Q2’,并输入端连接变压器T2’的一次侧第二绕组N2’,并该控制器51’为PWM控制器;又输出电路6’连接变压器T2’的二次侧第三绕组N3’,并具输出端电压Vout,使得控制器51’感测由变压器T2’二次侧回授至变压器T2’的一次侧绕组的电压变化,并控制晶体管Q2’对应开、关动作以控制输出端电压Vout。
前述电路虽然组件最精简,但如图11所示,因变压器回授至一次侧绕组的电压VN2’因变压器的漏感造成电压变动ΔV,而该控制器51’的输入端FB直接取决于变压器T2’的回授变动电压,其电压参考点可能为图中所示a’、b’、c’、d’、e’的其中一点,造成电路系统稳定度、可靠度不佳、空载输出电压稳定性差、动态稳压效能差缺失。
发明内容
本发明的目的是提供一种绕组电压取样控制电源转换器,使输出电路具有稳定的输出电压,即使得电路系统更稳定、可靠。
为实现上述目的,本发明采用如下方案:一种绕组电压取样控制电源转换器,包含有:一输入电路,具输入端,至少具一开关组件、一控制开关组件动作的控制器、一绕组电压取样装置;一变压器,具一次侧绕组连接前述开关组件及绕组电压取样装置,并具二次侧绕组;一输出电路,连接变压器二次侧绕组,并具输出端;前述绕组电压取样装置检知变压器一次侧绕组电压的参考点电压,并此参考点电压为变压器一次侧绕组电压由高点持续下降转态至低点之高点端缘电压,并该电压为负缘电压,且产生回授电位供控制器回授输入电压依据,并使前述控制器可作因应控制开关组件工作周期。
上述绕组电压取样装置具负缘检知电路、电压随耦电路、电流源控制电路、保持电容器,并具绕组输入端、取样输出端、接地端,并该负缘检知电路为一具有RC时间常数设定之电压斜率变动检知器,又电压随耦电路为一单向型输出之电压随耦电路,又电流源控制电路为一具开关能力之对接地端可控电流源。
上述负缘检知电路的输入侧电性连接绕组输入端,并绕组输入端连接变压器一次侧绕组,负缘检知电路输出侧连接电流源控制电路,又该电压随耦电路的输入侧电性连接变压器一次侧绕组,并电压随耦电路的输出侧连接电流源控制电路、保持电容器、取样输出端,且可跟随变压器一次侧绕组电压;又电流源控制电路连接电压随耦电路输出侧及负缘检知电路的输出侧;又保持电容器连接取样输出端。
上述负缘检知电路的输入侧连接整流二极管,并整流二极管正端连接绕组输入端;又电压随耦电路连接分压电阻,并分压电阻一端连接整流二极管负端,另一端接地;又电压随耦电路具晶体管,其电压随耦电路之晶体管C极连接整流二极管负端,电压随耦电路之晶体管B极连接分压电阻之分压接点,电压随耦电路之晶体管E极连接电流源控制电路及取样输出端;又电流源控制电路具晶体管,其电流源控制电路之晶体管C极连接电压随耦电路的晶体管E极、取样输出端,电流源控制电路之晶体管B极连接负缘检知电路输出侧,电流源控制电路之晶体管E极接地;又保持电容器正极连接取样输出端。
上述绕组电压取样装置可成为于一具三接脚的集成电路,并具绕组输入端、取样输出端、接地端接脚。
上述负缘检知电路具一积纳二极管、一电容器、一电阻,并该积纳二极管一端连接整流二极管,并另一端连接前述电阻,又该前述电阻连接电流源控制电路之晶体管B极,又该电容器二端分别连接绕组输入端及前述电阻与积纳二极管间接点。
上述负缘检知电路具电流镜电路,并该电流镜电路输入侧连接整流二极管负端,并输出侧连接RC电路、电流源控制电路输入侧。
上述负缘检知电路具第三、四晶体管、第六、七电阻、第二电容器,又该第三、四晶体管的E极连接整流二极管负端,并其第三、四晶体管之B极串联,并连接第三晶体管C极,又其第三晶体管C极分别串接第六电阻、第四晶体管C极串接第七电阻形成电流镜电路,又该第六电阻并接第二电容器,并第七电阻连接电流源控制电路之晶体管B极。
上述第二电容器放电时间大于绕组电压由负缘下降至低电位时间,并该低电位为绕组电压小于第二电容器电压之电位。
上述负缘检知电路具比较器,并比较器输入侧输入绕组电压,并比较器之输出侧连接电流源控制电路输入侧。
上述负缘检知电路具一比较器、整流二极管、第十、十一、十二电阻、第三电容器,并又具另一整流二极管,并该另一整流二极管之正端连接绕组输入端,并另一整流二极管负端连接第十电阻一端、第三电容器一端,并该第三第容器另一端接地,该比较器的正输入端串接整流二极管负端,并该比较器负端连接第十电阻另一端、第十一电阻一端,并该第十一电阻接地,使得第十、十一电阻形成第三电容器放电路径,又该比较器的输出端连接第十二电阻与电流源控制电路输入侧连接。
上述第三电容器放电时间大于绕组电压由负缘下降至低电位时间,并该低电位为绕组电压小于第三电容器电压之电位。
上述输入电路的控制器可为PWM控制器或PFC控制器。
采用上述方案,本发明主要是于输入电路中位于变压器一次侧设有一绕组电压取样装置,该绕组电压取样装置可检知变压器一次侧绕组的设定参考点电压,并输出可影响控制器的输入电压值,使控制器可因应控制变压器一次侧的开关组件的开、关动作以使输出电路具稳定输出电压,且本发明不须光耦合组件,其可靠度高、对应功能要求不多应用成本最低,并可使电路系统更稳定、可靠。
附图说明
图1为本发明第一实施例电源转换器电路架构示意图;
图2为本发明第一实施例绕组电压取样装置电路架构示意图;
图3为本发明第一实施例的第一绕组电压取样装置电路示意
图;
图4为本发明第一实施例绕组电压取样装置动作波形示意图;
图5为本发明第一实施例的第二绕组电压取样装置电路示意
图;
图6为本发明第一实施例的第二绕组电压取样装置的绕组
电压V1与RC放电时间对比示意图;
图7为本发明第一实施例第三绕组电压取样装置电路示意图;
图8为本发明的第二实施例电源转换器电路架构示意图;
图9为习知一返驰转换器电路架构示意图;
图10为习知二返驰转换器电路架构示意图;
图11为习知二返驰转换器电路回授一次侧绕组电压波形及取
样电压参考点示意图。
主要组件符号说明
1输入电路 Vin输入端 11开关组件
12控制器 13绕组电压取样装置 T变压器
N1、N2一次侧绕组 N3二次侧绕组 2输出电路
Vout输出端 131负缘检知电路 132电压随耦
133电流源控制电路 C保持电容器 134绕组输入端
135取样输出端 136接地端
13a绕组电压取样装置
R1、R2、R3电阻 D1整流二极管 D2积纳二极管
Q1、Q2晶体管 C1电容器 D3整流二极管
I1、I2电流 F1、F2负缘 FB输入端
V1、V2、V3、V4、VS电压 13b绕组电压取样置
R4、R5、R6、R7电阻 Q3、Q4、Q5晶体管
C2电容器 C3电容器
R8、R9、R10、R11、R12电阻 D4、D5整流二极管
131a比较器 Q7、Q8晶体管 121控制器
1’输入电路 11’控制器 T1’变压器
Q1’晶体管 2’输出电路 3’光耦合器
5’输入电路 51’控制器 Q2’晶体管
T2’变压器 6’输出电路
N1’第一绕组 N2’第二绕组 N3’第三绕组
具体实施方式
本发明主要包括一输入电路、一变压器、一输出电路,并该输入电路至少具一开关组件,一控制开关组件动作的控制器,一绕组电压取样装置,并该绕组电压取样装置检知变压器一次侧绕组急速下降的负缘电压,并输出可影响控制器的输入电压值;又变压器具一次侧绕组连接前述开关组件及绕组电压取样装置,又具二次侧绕组;又输出电路连接变压器二次侧绕组,并具输出端;藉此前述绕组电压取样装置可检知变压器一次侧绕组电压的设定参考点电压,并使控制器可作因应控制。
本发明的绕组电压取样装置具负缘检知电路、电压随耦电路、电流源控制电路、保持电容器,并具绕组输入端、取样输出端、接地端,而该取样输出端连接控制器输入端,又该负缘检知电路的输入侧电性连接绕组输入端,并输入端连接变压器一次侧绕组,并输出侧连接电流源控制电路,又该电压随耦电路的输入侧电性连接变压器一次侧绕组,并输出侧连接电流源控制电路、保持电容器、取样输出端;又电流源控制电路连接电压随耦电路及负缘检知电路的输出侧及取样输出端;又保持电容器连接取样输出端;藉之使绕组电压取样装置可检知负缘位置电压再输入控制器,使控制器可因应控制开关组件开、关动作以使输出电路具稳定输出电压,且本发明不须光耦合组件,可靠度高、对应功能要求不多应用成本最低、效率高。
以下藉由具体实施例并参考附图对本发明做详细说明:
请参阅图1所示,本发明第一实施例包含一输入电路1、一变压器T、一输出电路2,并该输入电路1具输入端Vin,一开关组件11,而该开关组件11为晶体管,并亦可为MOSFET或其它开关作用的个别组件或组合组件,又具控制开关组件11动作的控制器12,并该控制器12可为PWM控制器,并其输出连接开关组件11,又具一绕组电压取样装置13,并该绕组电压取样装置13连接变压器T的一次侧绕组N2,并输出至控制器12的输入端FB。
变压器T,具一次侧绕组N1、N2分别连接前述开关组件11、绕组电压取样装置13,又具二次侧绕组N3。
输出电路3,连接变压器T二次侧绕组N3,并具输出端Vout。
请参阅图2所示,本发明的绕组电压取样装置13具负缘检知电路131、电压随耦电路132、电流源控制电路133、保持电容器C,并具绕组输入端134、取样输出端135、接地端136,而该负缘检知电路131为一具有RC时间常数之电压斜率变动检知器;又电压随耦电路为一单向型输出之电压随耦电路;又电流源控制电路为一具开关能力之对接地端可控电流源,又该负缘检知电路131的输入侧电性连接绕组输入端134,并设置整流二极管,其绕组输入端134连接变压器T一次侧绕组N2,并输出侧连接电流源控制电路133,又该电压随耦电路132的增益AV=1,输入侧电性连接变压器T的一次侧绕组N2,输出侧连接电流源控制电路133、保持电容器C、输出端135,且电压随耦电路132连接分压电阻以导入分压电压;又电流源控制电路133连接电压随耦电路132及负缘检知电路131的输出侧及取样输出端135;又保持电容器C连接取样输出端135。
本发明绕组电压取样装置的负缘检知电路可具多种类同功能的电路架构,并如图3为本发明的第一绕组电压取样装置13a电路架构,整流二极管D1连接绕组输入端134,第一、第二分压电组R1、R2连接电压随耦电路132,并该第一电阻R1连接整流二极管D1;又负缘检知电路131具一积纳二极管D2、一第一电容器C1、一第三电阻R3,并该积纳二极管D2一端连接整流二极管D1,另一端连接第三电阻R3,又该第三电阻R3连接电流源控制电路133,该第一电容器C1二端分别连接绕组输入端134及第三电阻R3;又电压随耦电路132具第一晶体管Q1,并其C极连接整流二极管D1,B极连接分压电组R1、R2的分压接点,E极连接电流源控制电路133及取样输出端135;又电流源控制电路133具第二晶体管Q2,并其C极连接第一晶体管Q1E极、取样输出端135,B极连接负缘检知电路131的第三电阻R3,E极接地;又保持电容器C正极连接取样输出端135。
请一并参阅图1至图4所示,本发明第一绕组电压取样装置13a的输入端134输入回授至变压器一次侧的绕组电压V1,并于TA时间(开关组件11OFF)该绕组电压V1由电阻R1、R2分压,其分压的电压为V3,并使晶体管Q1导通,且对保持电容器C充电,而该电压V3跟随V1电压,又该电压V1由整流二极管D1、积纳二极管D2、电阻R3使晶体管Q2导通,并其电流为I1,且绕组电压V1可对电容器C1充电,而前述流经晶体管Q1的电流I2远大于电流I1,并积纳二极管D2的电压、电阻R3阻抗值对应输出电路2的输出电压Vout设置。
图4所示的TB时间回授的绕组电压V1急速下降时其负缘为F1,并该负缘F1产生时电压下降使绕组的电流不能流经积纳二极管D2、电容器C1,使得晶体管Q2不导通、电流I1为零,并此时保持电容器C的电流不能由晶体管Q2放电,且绕组电压V1持续下降时虽然晶体管Q1、Q2截止,但输出端135仍具保持电容器C的直线DC状态电压,其电压如图4所示VS,使得输入控制器12的参考电压可为对应该负缘F1电压,并使控制器12可根据该参考电压控制开关组件11作因应控制及调整适当输出电路2的输出电压Vout。
前述负缘F1作参考点电压为转换器转态时转换器电路系统的电流最小状态,并为电路上寄生电阻产升压降最小时,因而可具精确参考值,并使本发明可排除图4所示变压器T的漏感造成回授绕组电压V1的变动电压ΔV影响,使控制器12可依据该精确参考值作因应控制。
本发明下一时序TC时间假设回授绕组电压V1降低,并使电压V3降低,而因上一时序保持电容器C储存的电压VS大于电压V3,使得晶体管Q1不导通,而该绕组电压V1仍可由电容器C1、电阻R3令晶体管Q2导通,使得保持电容器C的电压V4可由晶体管Q2放电,直到电压V4小于电压V3减晶体管Q1的VBE电压时晶体管Q1可导通,并使电流I2可再对保持电容器C充电,使得输出电压V4可由晶体管Q1决定,并可跟随电压V3及绕组电压V1,又当负缘F2产生时可再令晶体管Q2截止,并使电压V4具对应此时负缘电压再输入控制器12,使得控制器12可依据每一时序的负缘电压作参考电压以精确控制开关组件11的导通、不导通时间以精确控制输出电路2的输出电压。
请参阅图5,本发明的第二绕组电压取样装置13b电路,并该电路与前述第一绕组电压取样装置电路差别在负缘检知电路,而该绕组电压取样装置13b具一整流二极管D3连接绕组输入端134,并具第四、五分压电阻R4、R5连接电压随耦电路132,又负缘检知电路132具第三、四晶体管Q3、Q4、第六、七电阻R6、R7、第二电容器C2,又该第三、四晶体管Q3、Q4的E极连接整流二极管D3,并其B极互为连接,又其C极分别串接第六、七电阻R6、R7形成电流镜电路,又该第六电阻R6并接第二电容器C2,并第七电阻R7连接电流源控制电路133;又电压随耦电路132具第五晶体管Q5,并其C极连接整流二极管D3,B极连接分压电阻R4、R5,E极连接电流源控制电路133及取样输出端135;又电流源控制电路133具第六晶体管Q6,并其C极连接第五晶体管Q5E极、输出端135,B极连接第七电阻R7,E极接地;又保持电容器C正极连接取样输出端135。
请一并参阅图4、图5,本发明的绕组电压取样装置13b动作时于TA时间绕组电压V1使电压随耦电路132的晶体管Q5导通,并V3电压跟随电压V1,且对保持电容器C充电至电压V4,又绕组电压V1令晶体管Q3、Q4导通产生相同的电流I2、I1,并使电流源控制电路133的晶体管Q6导通,而该I2电流可对电容器C2充电。
又负缘F1产生及TB时间时因绕组电压V1急速下降至小于电容器C2上的电压,使得晶体管Q3截止,并使晶体管Q4、Q6截止,使得电压V4可具保持电容器C的电压V4,并此时电容器C2可由电阻R6放电,而如图6所示,电容器C2的放电RC时间大于绕组电压V1由负缘F1下降至低电位时间,因而于TB时间时晶体管Q6保持不导通,并使取样输出端135可保持输出DC状态VS电压至控制器12,使得控制器12可配合该精确负缘参考电压作因应控制。
又当TC时间时绕组电压V1可再令晶体管Q6导通,并使保持电容器C可储存该另一时序的负缘F2参考电压。
请参阅图7,本发明第三绕组电压取样装置13C具另一负缘检知电路,并其电路具一整流二极管D4连接绕组输入端134,并具第八、九分压电阻R8、R9连接电压随耦电路132,又负缘检知电路131具一比较器131a、整流二极管D5、第十、十一、十二电阻R10、R11、R12、第三电容器C3,并该比较器131a的正、负输出端分别串接整流二极管D4、D5,并该整流二极管D5连接绕组输入端134,又于整流二极管D5串接第三电容器C3接地,并该整流二极管D5与比较器131a负端间串接第十电阻R10,而该第十电阻R10一端连接第三电容器C3,并又连接第十一电阻R11接地,使得第十、十一电阻形成第三电容器C3放电路径,又该比较器131a的输出端连接第十二电阻R12与电流源控制电路133连接;又电压随耦电路132具第七晶体管Q7,并其C极连接整流二极管D4,B极连接第八、九分压电组R8、R9,E极连接电流源控制电路133及取样输出端135;又电流源控制电路133具第八晶体管Q8,并其C极连接第七晶体管Q7E极、输出端135,B极连接第十二电阻R12,E极接地;又保持电容器C正极连接取样输出端135。
请一并参阅图4、图7,本发明的第三绕组电压取样装置13C动作时于TA时间绕组电压V1可令晶体管Q7导通,并对保持电容器C充电,又该绕组电压V1由二极管D5对电容器C3充电,而输入至比较器131a负端电压为经由电阻R10、R11分压的电压,使得比较器131a负端电压小于正端电压,并使比较器131a可输出正压令晶体管Q8导通,又当TB时间负缘F1产生时该负缘F1急速下降电压小于电容器C3电压,使得晶体管Q8截止,并可检知该负缘F1电压,而此时电容器C3可由电阻R10、R11放电,并类同前述第二绕组电压取样装置13b,其电容器C3放电时间大于绕组电压V1由负缘F1下降至低电位时间,使得取样输出端135电压可保持DC状态参考电压以使控制器12作因应控制。
本发明的绕组电压取样装置13可成为一具三接脚的集成电路,并具绕组输入端、取样输出端、接地端接脚,使得本发明可易于量产,并可易于设置在一般转换器上,可具较佳经济效益。
请参阅图8,本发明除可做第一实施例PWM控制器输入参考电压,亦可提供第二实施例单级隔离式PFC转换器使用,并使PFC控制器121输入负缘参考电压,并可具本发明诉求功效。
前述实施例为本发明的例示,并非用以作为本发明申请专利范围限制,而本发明的负缘检知电路设计可检知靠近负缘位置的设定参考点即可具有较习知电路精确性功能,因而类同于前述本发明精神设计亦应属于本发明范畴内,本发明可在本发明精神内改变及修正。