TWI473398B - 在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器及其方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種在電源轉換器中產生抖動的控制器及其方法,尤指一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器及其方法。
在電源轉換器的定電流模式中,用以控制電源轉換器的一次側的功率開關的控制器包含峰值控制器、放電時間偵測器、定電流控制器以及電壓控制振盪器(voltage-controlled oscillator,VCO),而這些裝置可以適用於電源轉換器的定電流模式操作,使輸出負載所獲得的電流大約為預定的定電流。
峰值控制器可有效地使流經電源轉換器的二次側繞組的最高峰值電流為預定值。放電時間偵測器透過電源轉換器的回授接腳以及輔助繞組的感應電壓,以產生放電信號,並作為偵測二次側繞組的放電時間的結果。定電流控制器根據放電信號所提供的放電時間,以及電源轉換器的閘極接腳所提供的開關週期,可決定當下開關週期中由二次側繞組輸出的二次側電荷量,是否等於開關週期中所預定的定電流所產生的總預估電荷量。如果有差異,控制電壓就會被改變,進而改變電壓控制振盪器所輸出的時脈頻率。被改變的時脈頻率影響了下次的開關週期,進而影響了下一開關週期中的總預估
電荷量,形成一負回授迴圈。因此,負回授迴圈將使二次側繞組輸出的二次側電荷量收歛至總預估電荷量,導致二次側繞組的平均輸出電流收斂至大約等於所預定的定電流,達到定電流控制的目的。
然而,在電源轉換器的定電流模式中,如果利用電源轉換器的一次側的電壓抖動,以產生功率開關的切換週期的抖動,則功率開關的切換週期的抖動將會被上述負回授迴圈消除。如此,因為在電源轉換器的定電流模式中,並不容易產生功率開關的切換週期的抖動,所以如何在電源轉換器的定電流模式中,產生功率開關的切換週期的抖動,將成為控制器的設計者的一個重要課題。
本發明的一實施例提供一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器。該控制器包含一電流接腳、一輔助接腳、一定電流控制單元及一控制信號產生單元。該電流接腳是用以接收根據流經該電源轉換器的一次側電流和一電阻所決定的一次側電壓;該輔助接腳是用以接收有關該電源轉換器的一輔助繞組的一電壓;該定電流控制單元是耦接於該電流接腳和該輔助接腳,用以根據該一次側電壓、有關於該電壓的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中該參考電壓具有一預定範圍的電壓抖動量;該控制信號產生單元是耦接於該定電流控制單元,用以根據該調整信號,調整一閘極控制信號的週期。
本發明的另一實施例提供一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的方法,在該定電流模式產生抖動的一控制器包含一電流接腳、一輔助接腳、一定電流控制單元、一閘極接腳及一控制信號產生單元,該控制信號產生單元包含一振盪器。該方法包含該電流接腳接收根據流經該電源轉換器的一次側電流和一電阻所決定的一次側電壓;該輔助接腳接收有關該電源轉換器的一輔助繞組的一電壓;該定電流控制單元根據該一次側電壓、有關於該電壓的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中該參考電壓具有一預定範圍的電壓抖動量;該控制信號產生單元根據該調整信號,調整一閘極控制信號的週期。
本發明提供一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器及其方法。該控制器及該方法是利用一定電流控制單元根據一一次側電壓、電源轉換器的的二次側的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中該參考電壓具有隨時間改變的一預定範圍的電壓抖動量。然後,一控制信號產生單元根據該調整信號,調整一閘極控制信號的週期。因此,相較於現有技術,本發明可在該電源轉換器的定電流模式中使該閘極控制信號的週期產生抖動,以進行能量擴散,降低電磁干擾的峰值能量。
請參照第1圖和第2圖,第1圖是為本發明的一實施例說明一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器100的示意圖,
和第2圖是為說明一次側電流IPRI、電壓VD、閘極控制信號GCS、二次側電流ISEC、放電時間TDIS和閘極控制信號GCS的週期T的示意圖。如第1圖所示,控制器100包含一電流接腳102、一輔助接腳104、一定電流控制單元106及一控制信號產生單元108。電流接腳102是用以接收根據流經電源轉換器的一次側電流IPRI和一電阻R所決定的一次側電壓VPRI;輔助接腳104是用以接收有關電源轉換器的一輔助繞組AUX的一電壓VD,其中電壓VD是由耦接於輔助繞組AUX的分壓電路110根據一輔助電壓VAUX所產生。定電流控制單元106是耦接於電流接腳102和輔助接腳104,用以根據一次側電壓VPRI、有關於電壓VD的一放電時間TDIS和一參考電壓VREF,產生一調整信號AS,其中參考電壓VREF具有隨時間改變的一預定範圍(例如±a%,其中a是為一大於零的實數)的電壓抖動量;控制信號產生單元108是耦接於定電流控制單元106且包含一振盪器1082,其中振盪器1082是用以根據調整信號AS,決定一振盪頻率,且振盪器1082的振盪頻率是用以調整閘極控制信號GCS的週期T。因此,控制信號產生單元108即可根據振盪器1082的振盪頻率,調整閘極控制信號GCS的週期。另外,閘極控制信號GCS是通過控制器100另包含的一閘極接腳114傳送至電源轉換器的一次側PRI的功率開關112。
如第1圖和第2圖所示,當控制信號產生單元108在時間T1產生閘極控制信號GCS至電源轉換器的一次側的功率開關112時,功率開關112開啟。此時,一次側電流IPRI逐漸從零開始增加。因
為一次側電壓VPRI是根據流經電源轉換器的一次側電流IPRI和電阻R所決定,所以一次側電壓VPRI亦逐漸從零開始增加。在時間T2,當一次側電壓VPRI超過參考電壓VREF(如第2圖所示的一次側電流IPRI的峰值P1)時,控制信號產生單元108不產生閘極控制信號GCS,導致功率開關112關閉以及電壓VD上升。此時,一次側電流IPRI降至零以及電源轉換器的二次側SEC開始放電。因此,電源轉換器的一二次側電流ISEC逐漸從二次側電流ISEC的峰值P2開始降低至零,其中二次側電流ISEC逐漸從峰值P2開始降低至零的時間是為放電時間TDIS。在時間T3,如第1圖和第2圖所示,定電流控制單元106可根據電壓VD的一個波谷(如第2圖中的A點),再次產生閘極控制信號GCS,導致控制器100開始重複上述的操作。
請參照第3圖,第3圖是為說明一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
、放電時間TDIS、閘極控制信號GCS的週期T和電源轉換器的二次側SEC的平均輸出電流IOUT的示意圖。如第2圖和第3圖所示,因為參考電壓VREF具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的電壓抖動量,所以峰值P1和一次側電壓VPRI亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量。另外,可根據峰值P1和電源轉換器的一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比,決定二次側電流ISEC的峰值P2,亦即峰值P1和峰值P2的比值是等於一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比。因為峰值P1具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量且峰值P1峰值P2的比值是等於一次側
線圈116與二次側線圈118的匝數比,所以放電時間TDIS亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的時間抖動量。另外,閘極控制信號GCS的週期T的週期抖動量可由式(1)所決定:
如式(1)所示,IOUT是為電源轉換器的二次側SEC的平均輸出電流,且IOUT是為一定值。是為一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比和VPRIMAX
是為一次側電壓VPRI的最大值。因為當一次側電壓VPRI超過參考電壓VREF時,功率開關112會關閉,所以一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量。如式(1)所示,因為二次側SEC的平均輸出電流IOUT是為定值、一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量以及放電時間TDIS具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的時間抖動量,所以定電流控制單元106產生調整信號AS(具有放電時間TDIS的時間抖動量和一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
的抖動量的信息),以使控制信號產生單元108所調整的週期T必須具有隨時間改變的一2倍預定範圍(例如±2a%)的週期抖動量,以確保平均輸出電流IOUT是為定值(如第3圖所示)。
請參照第1圖、第2圖、第3圖和第4圖,第4圖係為本發明的另一實施例說明一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的方
法的流程圖。第4圖的方法係利用第1圖的控制器100說明,詳細步驟如下:步驟400:開始;步驟402:電流接腳102接收電源轉換器的一一次側電壓VPRI;步驟404:輔助接腳104接收有關輔助繞組AUX的一電壓VD;步驟406:定電流控制單元106根據一次側電壓VPRI、有關於電壓VD的一放電時間TDIS和一參考電壓VREF,產生一調整信號AS;步驟408:振盪器1082根據調整信號AS,決定一振盪頻率;步驟410:控制信號產生單元108根據振盪頻率,調整閘極控制信號GCS的週期,跳回步驟402。
在步驟402中,如第1圖所示,電流接腳102是用以接收根據流經電源轉換器的一次側電流IPRI和電阻R所決定的一次側電壓VPRI。在步驟404中,如第1圖所示,輔助接腳104是用以接收有關輔助繞組AUX的電壓VD,其中電壓VD是由耦接於輔助繞組AUX的分壓電路110根據一輔助電壓VAUX所產生。在步驟406中,如第1圖和第2圖所示,當控制信號產生單元108在時間T1產生閘極控制信號GCS至電源轉換器的一次側的功率開關112時,功率開關112開啟。此時,一次側電流IPRI逐漸從零開始增加。因為一次側電壓VPRI是根據流經電源轉換器的一次側電流IPRI和電阻R所決定,所以一次側電壓VPRI亦逐漸從零開始增加。在時間
T2,當一次側電壓VPRI超過參考電壓VREF(如第2圖所示的一次側電流IPRI的峰值P1)時,控制信號產生單元108不產生閘極控制信號GCS,導致功率開關112關閉以及電壓VD上升。此時,一次側電流IPRI降至零以及電源轉換器的二次側SEC開始放電。因此,電源轉換器的一二次側電流ISEC逐漸從二次側電流ISEC的峰值P2開始降低至零,其中二次側電流ISEC逐漸從峰值P2開始降低至零的時間是為放電時間TDIS。
如第2圖和第3圖所示,因為參考電壓VREF具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的電壓抖動量,所以峰值P1亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量,亦即一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量。另外,可根據峰值P1和電源轉換器的一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比,決定二次側電流ISEC的峰值P2,亦即峰值P1峰值P2的比值是等於一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比。因為峰值P1具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的抖動量且峰值P1峰值P2的比值是等於一次側線圈116與二次側線圈118的匝數比,所以放電時間TDIS亦具有隨時間改變的預定範圍(例如±a%)的時間抖動量。因此,定電流控制單元106根據一次側電壓VPRI、放電時間TDIS和參考電壓VREF所產生的調整信號AS會具有放電時間TDIS的時間抖動量和一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
的抖動量的信息。
在步驟408中,控制信號產生單元108內的振盪器1082可根據
調整信號AS,決定振盪器1082的振盪頻率,其中振盪器1082的振盪頻率是用以調整閘極控制信號GCS的週期T。在步驟410中,控制信號產生單元108根據振盪器1082的振盪頻率,調整閘極控制信號GCS的週期。如第3圖和式(1)所示,因為調整信號AS具有放電時間TDIS的時間抖動量和一次側電壓VPRI的最大值VPRIMAX
的抖動量的信息,所以閘極控制信號GCS的週期T具有隨時間改變的2倍預定範圍(例如±2a%)的週期抖動量。
綜上所述,本發明所提供的在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器及其方法是利用定電流控制單元根據一一次側電壓、二次側的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中參考電壓具有隨時間改變的預定範圍的電壓抖動量。然後,控制信號產生單元根據調整信號,調整閘極控制信號的週期。因此,相較於現有技術,本發明可在電源轉換器的定電流模式中使閘極控制信號的週期產生抖動,以進行能量擴散,降低電磁干擾的峰值能量。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧控制器
102‧‧‧電流接腳
104‧‧‧輔助接腳
106‧‧‧定電流控制單元
108‧‧‧控制信號產生單元
110‧‧‧分壓電路
112‧‧‧功率開關
114‧‧‧閘極接腳
116‧‧‧一次側線圈
118‧‧‧二次側線圈
1082‧‧‧振盪器
A‧‧‧點
AUX‧‧‧輔助繞組
AS‧‧‧調整信號
GCS‧‧‧閘極控制信號
IPRI‧‧‧一次側電流
ISEC‧‧‧二次側電流
IOUT‧‧‧平均輸出電流
PRI‧‧‧一次側
P1、P2‧‧‧峰值
R‧‧‧電阻
SEC‧‧‧二次側
T‧‧‧週期
T1、T2、T3‧‧‧時間
TDIS‧‧‧放電時間
VPRI‧‧‧一次側電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VD‧‧‧電壓
VPRIMAX
‧‧‧最大值
400-410‧‧‧步驟
第1圖是為本發明的一實施例說明一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器的示意圖。
第2圖是為說明一次側電流、電壓、閘極控制信號、二次側電流、
放電時間和閘極控制信號的週期的示意圖。
第3圖是為說明一次側電壓的最大值、放電時間、閘極控制信號的週期和電源轉換器的二次側的平均輸出電流的示意圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的方法的流程圖。
100‧‧‧控制器
102‧‧‧電流接腳
104‧‧‧輔助接腳
106‧‧‧定電流控制單元
108‧‧‧控制信號產生單元
110‧‧‧分壓電路
112‧‧‧功率開關
114‧‧‧閘極接腳
116‧‧‧一次側線圈
118‧‧‧二次側線圈
1082‧‧‧振盪器
AUX‧‧‧輔助繞組
AS‧‧‧調整信號
GCS‧‧‧閘極控制信號
IPRI‧‧‧一次側電流
ISEC‧‧‧二次側電流
PRI‧‧‧一次側
R‧‧‧電阻
SEC‧‧‧二次側
VPRI‧‧‧一次側電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VD‧‧‧電壓
Claims (10)
- 一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的控制器,包含:一電流接腳,用以接收根據流經該電源轉換器的一次側電流和一電阻所決定的一次側電壓;一輔助接腳,用以接收有關該電源轉換器的一輔助繞組的一電壓;一定電流控制單元,耦接於該電流接腳和該輔助接腳,用以根據該一次側電壓、有關於該電壓的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中該參考電壓具有一預定範圍的電壓抖動量,且用以決定該電源轉換器的一次側的充電時間;及一控制信號產生單元,耦接於該定電流控制單元,用以根據該調整信號,調整一閘極控制信號的週期,其中該控制信號產生單元包含:一振盪器,用以根據調整信號,決定一振盪頻率,其中該振盪頻率是用以調整該閘極控制信號的週期。
- 如請求項1所述的控制器,其中該閘極控制信號的週期具有一2倍預定範圍的週期抖動量。
- 如請求項1所述的控制器,其中該參考電壓和該一次側電壓是用以關閉該電源轉換器的一次側的功率開關。
- 如請求項1所述的控制器,另包含:一閘極接腳,其中該閘極控制信號是通過該閘極接腳傳送至該功率開關。
- 如請求項1所述的控制器,其中該放電時間根據該參考電壓和該電源轉換器的一次側線圈與二次側線圈的匝數比,而具有該預定範圍的時間抖動量。
- 一種在電源轉換器的定電流模式中產生抖動的方法,在該定電流模式中產生抖動的一控制器包含一電流接腳、一輔助接腳、一定電流控制單元、一閘極接腳及一控制信號產生單元,該控制信號產生單元包含一振盪器,該方法包含:該電流接腳接收根據流經該電源轉換器的一次側電流和一電阻所決定的一次側電壓;該輔助接腳接收有關該電源轉換器的一輔助繞組的一電壓;該定電流控制單元根據該一次側電壓、有關於該電壓的一放電時間和一參考電壓,產生一調整信號,其中該參考電壓具有一預定範圍的電壓抖動量,且用以決定該電源轉換器的一次側的充電時間;及該控制信號產生單元根據該調整信號,調整一閘極控制信號的週期。
- 如請求項6所述的方法,其中該閘極控制信號的週期具有一2 倍預定範圍的週期抖動量。
- 如請求項7所述的方法,其中該控制信號產生單元根據該調整信號,調整該閘極控制信號的週期包含:該振盪器根據調整信號,決定一振盪頻率;及根據該振盪頻率,調整該閘極控制信號的週期;其中該閘極控制信號的週期是受該振盪頻率控制。
- 如請求項6所述的方法,其中該參考電壓和該一次側電壓是用以關閉該電源轉換器的一次側的功率開關。
- 如請求項6所述的方法,其中該放電時間根據該參考電壓和該電源轉換器的一次側線圈與二次側線圈的匝數比,具有該預定範圍的時間抖動量。
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