CN100547412C - 用于检测变压器的输入电压的检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测变压器电压的检测电路及检测方法。所述检测电路包含：电流输出电路，所述电流输出电路耦接至变压器的绕组以产生电流信号；偏压电路，所述偏压电路耦接至所述电流输出电路，以为所述电流输出电路提供偏压；电流-电压电路耦接至所述电流输出电路以响应于电流信号来产生电压信号；取样和保持电路通过取样所述电压信号来产生输出信号；以及切换电路，所述切换电路耦接至所述取样和保持电路，所述切换电路响应于所述输出信号，以控制所述取样和保持电路对于所述电压信号的取样和保持。输入电压被施加至变压器时，输出信号与变压器的输入电压相关。

Description

用于检测变压器的输入电压的检测电路及其检测方法

技术领域

本发明一般来说涉及一种功率转换器，更具体地说是涉及一种切换功率转换器的控制电路和检测方法。

背景技术

目前已广泛使用各种功率转换器来提供调节的电压和电流。出于安全考虑，离线式功率转换器使用变压器来提供其一次侧与二次侧之间的隔离。因为变压器的反射电压可用于调节，所以功率转换器的控制电路通常包含用于检测反射电压的电压检测端子。近来的发展中，揭示了许多控制方案，例如Yang等人的美国专利第6,853,563号“Primary-side controlled flyback powerconverter”、Yang等人的美国专利第7,016,204号“Close-loop PWM controllerfor primary-side controlled power converters”，其中上述的方案的电压检测端子是由反馈输入端子来操作。

发明内容

本发明的目的在于开发一种检测电路与检测方法，其使用电压检测端子来检测变压器的输入电压。因此，不需要另外的反馈输入端子。

本发明提供一种用于检测变压器的电压的检测电路和检测方法。所述检测电路包括：电流输出电路，所述电流输出电路耦接至变压器的绕组以产生电流信号。偏压电路，所述偏压电路耦接至所述电流输出电路，以为所述电流输出电路提供偏压。电流-电压电路耦接至所述电流输出电路以响应于电流信号来产生电压信号。取样和保持电路通过取样所述电压信号来产生输出信号。切换电路，所述切换电路耦接至所述取样和保持电路，所述切换电路响应于所述输出信号，以控制所述取样和保持电路对于所述电压信号的取样和保持。脉冲产生器耦接至所述取样和保持电路以响应于所述变压器的切换来提供脉冲信号。所述取样和保持电路的操作对所述输出信号提供低通滤波。当输入电压被施加至变压器时所述输入输出信号与施加至变压器的电压相关。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，且并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与具体实施方式一起用来解释本发明的原理。

图1示出了具有耦接至变压器的电压检测端子以及包含本发明检测电路的控制电路运用于功率转换器的电路示意图。

图2示出了本发明的检测电路的优选实施例的电路示意图。

图3示出了控制电路的信号波形图。

图4示出了本发明检测电路的脉冲产生器的优选实施例的电路示意图。

具体实施方式

图1示出了具有耦接至变压器的电压检测端子以及具有本发明检测电路优选实施例的控制电路50运用于功率转换器100的电路示意图。所述功率转换器100至少包括变压器10和控制电路50。变压器10包含一次侧绕组N_P、二次侧绕组N_S和辅助绕组N_A。二次侧绕组N_S通过整流器40和电容器45而产生功率转换器100的输出电压V_O。变压器10的一次侧绕组N_P连接至晶体管20与输入电压V_IN。晶体管20用来切换变压器10并调节功率转换器100的输出电压V_O。控制电路50包含电压检测端子IN，所述电压检测端子IN通过分压器30而耦接至变压器10的辅助绕组N_A。在一实施例中，电阻器32和35形成分压器30。

图2示出了控制电路50中的本发明检测电路200的优选实施例的电路图。检测电路200包括第一电路210，所述第一电路210耦接至电压检测端子IN以产生电流信号I_S。第一电路210是电流输出电路，在本实施例中晶体管61形成第一电路210。偏压电路220耦接至第一电路210以便为晶体管61的栅极提供偏压V_bias。在本实施例中，恒定电流源70、电阻器71和晶体管62形成偏压电路220。偏压电路220产生偏压V_bias。如图1所示，如果电压检测端子IN接收负电流，电压检测端子IN的电压将被箝位至电压V_S。电压V_S由恒定电流源70的电流和电阻器71的电阻值决定。电流信号I_S可表示为，

$I_S=\frac{V_S-(-\frac{T_{\mathrm{NA}}}{T_{\mathrm{NP}}}\×V_{\mathrm{IN}}\×K)}{R_{\mathrm{EQ}}}.....................................\left(1\right)$

其中T_NA和T_NP分别是辅助绕组N_A和一次侧绕组N_P的绕组匝数；K是图1的分压器30(电阻器32和35所组成)的比率；R_EQ是电阻器32和35的等效电阻值；V_IN是变压器10的输入电压。

第二电路230耦接至第一电路210以响应于电流信号I_S来产生输出信号V_X。输出信号V_X传输到切换电路150。第二电路230包含电流-电压电路240以及取样和保持电路250。电流-电压电路240连接至第一电路210以根据由第一电路210产生的电流信号I_S来产生电压信号V_O。取样和保持电路250通过取样电压信号V_O而进一步产生输出信号V_X。举例来说，晶体管63、64和电阻装置65可形成电流-电压电路240的较佳实施例。晶体管63经耦接至晶体管61以接收晶体管61的电流I₁。晶体管64将来自晶体管63的电流I₁镜射成电流I₂，电流I₂，施加至电阻装置65以在电阻装置65产生电压信号V_O。取样和保持电路250的较佳实施例包含开关81、85和电容器82、86。开关81连接至电阻装置65以控制将电压信号V_O取样至电容器82。开关85连接至电容器82以控制将电容器82的信号取样至电容器86。电容器86的电容值大于电容器82的电容值。因此，开关85和电容器86的切换操作形成低通滤波器。输出电压V_X产生于电容器86处。

因为输入电压V_IN施加到变压器10，所以输出信号V_X与变压器10的输入电压V_IN相关。通过以下方程式(2)和(3)可来表示输出电压V_X：

$V_X=I_S\×G\×R_{65}\×\frac{1}{1+\frac{\mathrm{j\ω}}{\mathrm{j\ω}0}}..................................\left(2\right)$

$V_X=\frac{V_S+(\frac{T_{\mathrm{NA}}}{T_{\mathrm{NP}}}\×V_{\mathrm{IN}}\×K)}{R_{\mathrm{EQ}}}\×G\×R_{65}\×\frac{1}{1+\frac{\mathrm{j\ω}}{\mathrm{j\ω}0}}................\left(3\right)$

其中G是晶体管63和64的几何比率决定的增益；R₆₅是电阻装置65的电阻值；ω₀是低通滤波器的主极点(dominant pole)。

切换电路150产生切换信号V_SW以响应于输出信号V_X来调节功率转换器100。功率转换器100的切换信号V_SW通过输出缓冲器90产生控制电路50中的驱动信号V_G以便控制如图1中所示的晶体管20以调整功率转换器100。切换信号V_SW进一步控制开关81的开启/关闭。因此，当晶体管20开启时，执行电压信号V_O的取样。

脉冲产生器83根据切换信号V_SW的下降沿(falling edge)产生脉冲信号PLS以控制开关85。因此，开关85是在开关81取样之后受控以执行取样。图3示出了控制电路50中的切换信号V_SW、驱动信号V_G和脉冲信号PLS的信号波形图。输出缓冲器90导致传播延迟T_D1。脉冲产生器100产生脉冲信号PLS的延迟时间T_D2和脉冲宽度T_D3。

图4示出了本发明检测电路200中脉冲产生器83较佳实施例的示意图。恒定电流源110、晶体管115、电容器116和NOR门117形成第一脉冲产生器。第一脉冲产生器响应于切换信号V_SW的下降沿而产生第一脉冲信号。恒定电流源120、晶体管125、电容器126和NOR门127形成第二脉冲产生器的优选实施例。第二脉冲产生器响应于第一脉冲信号的下降沿而产生脉冲信号PLS。恒定电流源110的电流值和电容器116的电容值决定第一脉冲信号的脉冲宽度。第一脉冲信号的脉冲宽度产生延迟时间T_D2。恒定电流源120的电流值和电容器126的电容值决定脉冲信号PLS的脉冲宽度T_D3。

本领域的技术人员将容易了解，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于前文所述，倘若对本发明作出的修改和变化在所附权利要求书及其等效物的范围内，则希望本发明涵盖这些修改和变化。

Claims (13)

1.一种电压检测电路，其适合于检测被施加至变压器的输入电压，所述电压检测电路包括：

电流输出电路，其耦接至所述变压器的绕组，以产生电流信号；

偏压电路，其耦接至所述电流输出电路，以为所述电流输出电路提供偏压；

电流-电压电路，其耦接至所述电流输出电路，以响应于所述电流信号来产生电压信号；

取样和保持电路，其耦接至所述电流-电压电路，以响应于所述电压信号来产生输出信号；以及

切换电路，其耦接至所述取样和保持电路，所述切换电路响应于所述输出信号，以控制所述取样和保持电路对于所述电压信号的取样和保持，

其中施加至所述变压器的所述输入电压，与所述输出信号相关。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其进一步包括脉冲产生器，所述脉冲产生器耦接至所述取样和保持电路以响应于所述变压器的切换来为所述取样和保持电路提供脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的电压检测电路，其中所述电流输出电路通过电阻器而耦接至所述变压器的所述绕组。

4.一种检测电路，其包括：

第一电路，其耦接至变压器以产生电流信号；

偏压电路，其耦接至所述第一电路，以为所述第一电路提供偏压；

第二电路，其耦接至所述第一电路以响应于所述电流信号来产生输出信号；以及

切换电路，其耦接至所述第二电路，所述切换电路响应于所述输出信号，以控制所述第二电路来产生所述输出信号，

其中施加至所述变压器的输入电压与所述输出信号相关。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其中所述第二电路包括低通滤波器，以用于产生所述输出信号。

6.根据权利要求5所述的检测电路，其中所述低通滤波器是切换式电容滤波器。

7.一种用于检测被施加至变压器的输入电压的检测方法，所述方法包括：

响应于被施加至所述变压器的所述输入电压而产生电流信号；

响应于恒定电流源而产生偏压以产生所述电流信号；

响应于所述电流信号而产生电压信号；

响应于所述电压信号和切换信号而产生输出信号，其中所述输出信号用于指示所述变压器的切换且与施加至所述变压器的所述输入电压相关；以及

响应于所述输出信号以控制所述电压信号的取样和保持。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其进一步包括产生脉冲信号来开始取样和保持所述电压信号，以便响应于所述变压器的所述切换信号而产生所述输出信号。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其进一步包括响应于所述切换信号而产生驱动信号，以切换所述变压器。

10.一种功率转换器，其包括变压器和控制电路，其中所述控制电路包括电压检测电路，所述电压检测电路适合于检测被施加至所述变压器的输入电压，其中所述电压检测电路包括：

电流输出电路，其耦接至所述变压器的绕组，以产生电流信号；

偏压电路，其耦接至所述电流输出电路，以为所述电流输出电路提供偏压；

电流-电压电路，其耦接至所述电流输出电路，以响应于所述电流信号而产生电压信号；

取样和保持电路，其耦接至所述电流-电压电路，以响应于所述电压信号而产生输出信号；以及

切换电路，其耦接至所述取样和保持电路，所述切换电路响应于所述输出信号，以控制所述取样和保持电路对于所述电压信号的取样和保持，

其中当输入电压被施加至所述变压器时，所述输出信号与施加至所述变压器的所述输入电压相关。

11.一种用于检测被施加至变压器的输入电压的检测方法，所述方法包括：

响应于被施加至所述变压器的所述输入电压而产生电流信号；

响应于恒定电流源而产生偏压以产生所述电流信号；

响应于所述电流信号和切换信号而产生输出信号，其中所述输出信号用于指示所述变压器的切换，且与施加至所述变压器的所述输入电压相关；以及

响应于所述输出信号以控制所述电压信号的取样和保持。

12.根据权利要求11所述的检测方法，其进一步包括产生脉冲信号以响应于所述切换信号而产生所述输出信号。

13.根据权利要求11所述的检测方法，其进一步包括响应于所述切换信号而产生驱动信号以切换所述变压器。

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