專利名稱：離線同步切換調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率調(diào)節(jié)器，并且尤其涉及一種離線切換功率調(diào)節(jié)器。
技術(shù)背景離線電源包含電源變壓器(power transformer),用以提供從交流電源輸 入到電源的輸出之間的隔離(isolation)，以符合安全規(guī)范。各種拓樸電路被用 來(lái)調(diào)節(jié)電源的輸出。其中，磁放大器是一種高效解決方案。Yang的第6,501 ，666 號(hào)美國(guó)專利 "Method and apparatus for magnetic amplifier to reduce minimum load requirement"的現(xiàn)有技術(shù)中展示了磁放大器的電路操作。然而，磁放大 器導(dǎo)致二極管和可飽和電感器(saturable inductor)的功率損耗。在新近發(fā)展 中，同步整流器是用來(lái)減少二極管的功率損耗，例如Yang的第7,173,835號(hào) 美國(guó)專利 "Control circuit associated with saturable inductor operated as synchronous rectifier forward power converter"。 然而，其需要茗頁(yè)夕卜的裝置例^口 可飽和電感器和電流感測(cè)電阻器，這些會(huì)造成額外的功率消耗。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明開(kāi)發(fā)同步整流電路與調(diào)節(jié)電路集成以實(shí)現(xiàn)較高效率。不需要磁放大器。不需要額外的切換功率電路。同步調(diào)節(jié)電路將實(shí)現(xiàn)從無(wú)負(fù)載到全負(fù)載 的高效率功率轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提出 一種用于改進(jìn)其效率的同步切換調(diào)節(jié)器。所述同步切換調(diào)節(jié) 器包含多個(gè)開(kāi)關(guān)，其用于切換變壓器，并在變壓器的次級(jí)繞組處產(chǎn)生切換信 號(hào)。切換電路耦合到變壓器和調(diào)節(jié)器的輸出，用以根據(jù)切換信號(hào)和反饋信號(hào) 而產(chǎn)生多個(gè)脈沖信號(hào)。反饋信號(hào)與調(diào)節(jié)器的輸出成正比例關(guān)系。產(chǎn)生所述脈 沖信號(hào)用于對(duì)同步切換調(diào)節(jié)器進(jìn)行整流和調(diào)節(jié)。同步開(kāi)關(guān)包含電源開(kāi)關(guān)組 (power-switch set)和控制電路。電源開(kāi)關(guān)組連接在變壓器的次級(jí)繞組與調(diào) 節(jié)器的輸出之間?？刂齐娐酚靡越邮账雒}沖信號(hào)用于接通/斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān) 組。脈沖信號(hào)從切換電路耦合到控制電路。所述脈沖信號(hào)的極性決定電源開(kāi)關(guān)組的接通/斷開(kāi)狀態(tài)?；貟唛_(kāi)關(guān)(flyback switch)連接到電源開(kāi)關(guān)組和同步 切換調(diào)節(jié)器的輸出。回掃開(kāi)關(guān)根據(jù)電源開(kāi)關(guān)組的斷開(kāi)狀態(tài)而接通?；貟唛_(kāi)關(guān) 的接通時(shí)間與電源開(kāi)關(guān)組的接通時(shí)間成正比例關(guān)系。


本發(fā)明包含附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖并入本說(shuō)明書(shū) 中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。

本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述內(nèi)容一起 用于闡釋本發(fā)明的原理。圖1圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離線同步切換調(diào)節(jié)器電路圖。圖2圖示根據(jù)本實(shí)施例的切換電路電路圖。圖3圖示根據(jù)本實(shí)施例的斜坡電路電路圖。圖4圖示根據(jù)本實(shí)施例的脈沖信號(hào)產(chǎn)生器電路圖。圖5圖示根據(jù)本實(shí)施例的反跳電路電路圖。圖6圖示根據(jù)本實(shí)施例的振蕩電路電路圖。圖7圖示根據(jù)本實(shí)施例的反饋電路電路圖。圖8圖示根據(jù)本實(shí)施的定時(shí)器電路電路圖。圖9圖示根據(jù)本實(shí)施例的同步切換電路電路圖。圖10圖示根據(jù)本實(shí)施例的同步切換的控制電路電路圖。圖11圖示根據(jù)本實(shí)施例的單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器電路電路圖。圖12圖示根據(jù)本實(shí)施例的最大接通時(shí)間(MOT)電路電路圖。圖13圖示根據(jù)本實(shí)施例的線性預(yù)測(cè)電路電路圖。圖14圖示根據(jù)本實(shí)施例的信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施方式
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離線同步切換調(diào)節(jié)器電路圖。其包含具有 初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的變壓器10。在變壓器10的初級(jí)側(cè)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)20和30連 接到變壓器10的初級(jí)側(cè)Np,用于切換變壓器IO。初級(jí)切換信號(hào)A和B分別 控制晶體管20和30。藉由切換變壓器10，使變壓器10的次級(jí)繞組Ns產(chǎn)生 次級(jí)切換信號(hào)。同步開(kāi)關(guān)50具有連接到次級(jí)繞組Ns的端子K。同步開(kāi)關(guān)50 的端子G耦合到調(diào)節(jié)器的輸出。同步開(kāi)關(guān)50主要包含電源開(kāi)關(guān)組和控制電 路。電源開(kāi)關(guān)組耦合在端子K與端子G之間?？刂齐娐方邮彰}沖信號(hào)SP/SN,用于接通或斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)組。同步開(kāi)關(guān)50耦合到切換電路100，以分別在端子Wp和Ww處接收脈沖信號(hào)SP和SN。由電阻器97和98形成的分壓器(voltage divider)連接到變壓 器10的次級(jí)繞組Ns,透過(guò)衰減次級(jí)切換信號(hào)來(lái)獲得切換信號(hào)Sjn。開(kāi)關(guān)信號(hào) S^耦合到切換電路100。因此，切換電路100根據(jù)切換信號(hào)SiN和反饋信號(hào) Vra產(chǎn)生脈沖信號(hào)Sp和SN。反饋信號(hào)Vra經(jīng)由由電阻器91和92形成的另一 分壓器耦合到調(diào)節(jié)器的輸出。因此，反饋信號(hào)Vra與調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vo成 正比例關(guān)系。產(chǎn)生脈沖信號(hào)SP和SN以用于對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行整流和調(diào)節(jié)。脈沖信號(hào)Sp和SN的極性決定電源開(kāi)關(guān)組的接通或斷開(kāi)狀態(tài)。電感器80從次級(jí)繞組Ns耦合到調(diào)節(jié)器的輸出?；貟唛_(kāi)關(guān)70經(jīng)由同步開(kāi) 關(guān)50耦合到次級(jí)繞組Ns?；貟唛_(kāi)關(guān)70進(jìn)一步連接到調(diào)節(jié)器的輸出，用以飛 輪電感器80的切換電流。切換電路IOO產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB來(lái)控制回掃開(kāi)關(guān)70。 回掃開(kāi)關(guān)70依據(jù)電源開(kāi)關(guān)組的斷開(kāi)狀態(tài)而接通?；貟唛_(kāi)關(guān)70的接通時(shí)間與 切換信號(hào)S^和電源開(kāi)關(guān)組的接通時(shí)間成正比例關(guān)系。此外，電容器93連接 到切換電路IOO，以用于回路補(bǔ)償(lo叩compensation)。電容器94用于軟起動(dòng) (soft-start)。通電信號(hào)SpsoN連接到切換電路100，以啟用或停用脈沖信號(hào)SP 或SN。圖2圖示根據(jù)本實(shí)施例的切換電路電路圖。振蕩電路450產(chǎn)生振蕩信號(hào) RPS。D觸發(fā)器(flip-flop )230、 AND門236和比較器235形成脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)電路，以根據(jù)切換信號(hào)Sin在D觸發(fā)器230的輸出處產(chǎn)生PWM信號(hào)VpwM。切換信號(hào)SjN耦合到比較器210,當(dāng)切換信號(hào)S!N高于 閾值信號(hào)VTH時(shí)，比較器210的輸出會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)X!N。輸入信號(hào)XjN經(jīng)由反跳電路370耦合到D觸發(fā)器230。反跳電路(debounce circuit)370根據(jù)輸入 信號(hào)XiN產(chǎn)生輸出信號(hào)XouT,以啟用PWM信號(hào)VpWM。 D觸發(fā)器230的清除 輸入由AND門236的輸出所控制。AND門236的輸入耦合到比較器235。 參看圖2和圖7,反饋電路700包含誤差放大器、軟起動(dòng)電路和保護(hù)電路。 當(dāng)調(diào)節(jié)器的反饋處于開(kāi)回路(open lo叩)狀態(tài)時(shí)，反饋電路700產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào) OFF。斷開(kāi)信號(hào)OFF用以停用PWM信號(hào)VpwM并斷開(kāi)同步開(kāi)關(guān)50的電源開(kāi) 關(guān)組。反饋電路700的誤差放大器和軟起動(dòng)電路根據(jù)反饋信號(hào)Vra和軟起動(dòng) 信號(hào)Vss產(chǎn)生誤差信號(hào)VF。斜坡電路250根據(jù)PWM信號(hào)Vpwm用于產(chǎn)生斜 坡信號(hào)Vsaw和最大工作周期信號(hào)(maximum-duty signal) MD。誤差信號(hào)VF和斜坡信號(hào)VsAw連接到比較器235。比較器235的輸出、輸入信號(hào)Xjn和最 大工作周期信號(hào)MD耦合到AND門236，以產(chǎn)生清除信號(hào)，用于停用PWM信號(hào)VpWM。脈沖信號(hào)產(chǎn)生器270根據(jù)PWM信號(hào)VpwM和振蕩信號(hào)RPS來(lái)產(chǎn)生脈沖 信號(hào)Xp和XN。因此，PWM信號(hào)VpwM是根據(jù)切換信號(hào)S:n而啟用，且根據(jù) 振蕩信號(hào)RPS和清除信號(hào)而停用。軟起動(dòng)信號(hào)Vss用以控制PWM信號(hào)VPWM 的脈沖寬度。脈沖信號(hào)Xp和Xn是差分信號(hào)(differential signal )。脈沖信號(hào) Xp和Xn的板性由PWM信號(hào)Vpwm決定。透過(guò)晶體管291和292,脈沖信號(hào) Xp和Xw進(jìn)一步分別產(chǎn)生脈沖信號(hào)Sp和SN。連接到晶體管291和292的電阻 器295是用來(lái)限制晶體管291和292的電流。脈沖信號(hào)Sp和Sn是差分信號(hào)。 脈沖信號(hào)Sp和Sn的板性(低電位)與脈沖信號(hào)Xp和Xn的板性(高電位) 相反。另外，線性預(yù)測(cè)電路750用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB。驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB依據(jù)切換 信號(hào)SIN、 PWM信號(hào)Vpwm以及脈沖信號(hào)Sp和SN來(lái)控制回掃開(kāi)關(guān)70。圖3圖示根據(jù)本實(shí)施例的斜坡電路圖。當(dāng)啟用PWM信號(hào)VpwM時(shí)，利用 電流源256對(duì)電容器257進(jìn)行充電。當(dāng)停用PWM信號(hào)VpwM時(shí)，PWM信號(hào) VpwM經(jīng)由反相器251和晶體管252對(duì)電容器257進(jìn)行放電。因此，在電容器 257上產(chǎn)生斜坡信號(hào)VSAW。比較器258的一個(gè)輸入由闊值電壓VTH1所供應(yīng)， 比較器258的另 一輸入則由斜坡信號(hào)VSAW所供應(yīng)。 一旦斜坡信號(hào)VSAW高于 閾值電壓VTm,比較器258的輸出就產(chǎn)生最大工作周期信號(hào)MD以停用PWM信號(hào)Vpwm。因此，限制了 PWM信號(hào)VpwM的最大接通時(shí)間。圖4圖示根據(jù)本實(shí)施例的脈沖信號(hào)產(chǎn)生器電路圖。脈沖信號(hào)Xp和Xn是 差分信號(hào)。根據(jù)PWM信號(hào)Vp窗的上升沿而產(chǎn)生正極性脈沖信號(hào)Xp和XN。 根據(jù)PWM信號(hào)VPWM和振蕩信號(hào)RPS的下降沿而產(chǎn)生負(fù)極性脈沖信號(hào)XP和 XN。因此，脈沖信號(hào)Xp和XN是單觸發(fā)信號(hào)(one-shot signal)。電流源271用 以對(duì)電容器275進(jìn)行充電。當(dāng)停用PWM信號(hào)VpwM時(shí)，PWM信號(hào)V，m經(jīng) 由反相器272和晶體管273對(duì)電容器275進(jìn)行放電。電容器275連接到反相 器276的輸入。AND門278的兩個(gè)輸入耦合到反相器276的輸出和PWM信 號(hào)VPWM。電流源281用以對(duì)電容器285進(jìn)行充電。當(dāng)啟用PWM信號(hào)VPWM 時(shí)，PWM信號(hào)VpwM經(jīng)由晶體管283對(duì)電容器285進(jìn)行放電。電容器285連 接到反相器286的輸入。AND門288的兩個(gè)輸入分別連4妄到反相器286的輸 出和反相器272的輸出。AND門288的輸出和振蕩信號(hào)RPS耦合到OR門289。 AND門278的輸出和OR門289的輸出分別產(chǎn)生月永沖信號(hào)Xp和XN。 脈沖信號(hào)Xp的脈沖寬度由電流源271的電流值和電容器275的電容值決定。 脈沖信號(hào)Xw的脈沖寬度由電流源281的電流值和電容器285的電容值決定。 圖5圖示根據(jù)本實(shí)施例的反跳電路電路圖。電流源385用以對(duì)電容器390 進(jìn)行充電。利用電流源386用以經(jīng)由晶體管382對(duì)電容器390進(jìn)行放電。輸 入信號(hào)XjN經(jīng)由反相器381來(lái)控制晶體管382。 AND門395的兩個(gè)輸入耦合 到電容器390和輸入信號(hào)X脅AND門395的輸出處產(chǎn)生輸出信號(hào)XouT。電 流源385、 386的電流值和電容器390的電容值決定反跳電路370的反跳時(shí)間 (debounce time)。圖6圖示根據(jù)本實(shí)施例的振蕩電路電路圖。其產(chǎn)生振蕩信號(hào)RPS和時(shí)鐘 信號(hào)CLK。電流源451經(jīng)由開(kāi)關(guān)461對(duì)電容器455進(jìn)行充電。電流源452經(jīng) 由開(kāi)關(guān)462對(duì)電容器455進(jìn)行放電。因此，在電容器455上產(chǎn)生鋸齒信號(hào) (sawtooth signal )。電容器455進(jìn)一步連接到比較器471和472。比較器471 和472分別具有閾值電壓Vh和Vl。 NAND門481和482形成SR鎖存器 (SR-latch),并耦合到比較器471和472的輸出。NAND門481的輸出經(jīng)由反 相器483產(chǎn)生充電信號(hào)。充電信號(hào)用以控制開(kāi)關(guān)461。反相器483的輸出連 接到反相器484，用以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK。時(shí)鐘信號(hào)CLK也耦合到AND門 487的輸入并控制開(kāi)關(guān)462。 AND門487的另一輸入連4矣到觸發(fā)器486的輸 出，并在AND門487的輸出處產(chǎn)生振蕩信號(hào)RPS。觸發(fā)器486的輸入連接到 觸發(fā)器485的輸出。觸發(fā)器485和486的時(shí)鐘輸入由時(shí)鐘信號(hào)CLK所控制。 觸發(fā)器485和486的重設(shè)輸入經(jīng)由反相器489耦合到輸入信號(hào)X!N。因此，當(dāng) 輸入信號(hào)XjN被停用超過(guò)時(shí)鐘信號(hào)CLK的兩個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，產(chǎn)生振蕩信號(hào) RPS。圖7圖示根據(jù)本實(shí)施例的反饋電路電路圖。如前所述，反饋電路700包 含誤差放大器、軟起動(dòng)電路和保護(hù)電路。誤差放大器包含運(yùn)算放大器710、 電平移位(level-shift)晶體管715以及電阻器720和725。軟起動(dòng)電路由電流源 730、放電晶體管731、單位增益緩沖器735、反相器732和二極管736形成。 此外，比較器738和定時(shí)器電路(timer circuit)800提供開(kāi)回路保護(hù)(open lo叩 protection)。參考電壓VREF和反饋信號(hào)VFB耦合到運(yùn)算放大器710。運(yùn)算放大器710是跨導(dǎo)放大器(trans-conductance amplifier)。運(yùn)算放大器710具有輸出端子COM,其連接到電容器93 (如圖l所示)以用于回路補(bǔ)償。輸出端子COM 進(jìn)一步由單位增益緩沖器735經(jīng)由二極管736來(lái)控制。單位增益緩沖器735 的輸入耦合到軟起動(dòng)信號(hào)Vss。電流源730結(jié)合圖1的電容器96以產(chǎn)生軟起 動(dòng)信號(hào)Vss。晶體管731和反相器732用于依據(jù)通電信號(hào)Sps，對(duì)電容器96進(jìn)行放電。因此，軟起動(dòng)電路將依據(jù)通電信號(hào)SpsoN產(chǎn)生軟起動(dòng)信號(hào)Vss。電平移位晶體管715以及電阻器720和725對(duì)于運(yùn)算放大器710的輸出信號(hào)提 供電平移位和衰減。在電阻器720和725的接點(diǎn)處獲得誤差信號(hào)VF。將閾值電壓VTH2供應(yīng)到比較器738的負(fù)輸入。比較器738的正輸入用以 接收誤差信號(hào)VF。 一旦誤差信號(hào)VF高于閾值電壓VTH2,就將在比較器738 的輸出處產(chǎn)生開(kāi)放式回路信號(hào)OPL。當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸出過(guò)載和/或短路時(shí)，啟用 開(kāi)放式回路信號(hào)OPL。 一旦啟用開(kāi)放式回路信號(hào)OPL超過(guò)定時(shí)器電路800的 超時(shí)期間(time-out period),就會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)OFF。因此，當(dāng)調(diào)節(jié)器的 反饋處于開(kāi)放式回路狀態(tài)時(shí)，根據(jù)反饋信號(hào)Vra產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)OFF。圖8圖示根據(jù)本實(shí)施的定時(shí)器電路圖。觸發(fā)器810、 811和815連接作為 移位計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器816操作如同閉鎖電路(latch-off circuit)以用于產(chǎn)生斷 開(kāi)信號(hào)OFF。移位計(jì)數(shù)器的輸出用以啟用斷開(kāi)信號(hào)OFF。開(kāi)回路信號(hào)OPL用 以經(jīng)由反相器817重設(shè)移位計(jì)數(shù)器。通電信號(hào)SpsoN用于重設(shè)斷開(kāi)信號(hào)OFF。圖9圖示根據(jù)本實(shí)施例的同步切換電路電路圖。同步開(kāi)關(guān)50包含電源開(kāi) 關(guān)組371、升壓二極管56、升壓電容器57和控制電路500。電源開(kāi)關(guān)組371 包含電源開(kāi)關(guān)300、 310和二極管350、 360。 二極管350并聯(lián)連接到電源開(kāi) 關(guān)300。 二極管360并聯(lián)連接到電源開(kāi)關(guān)310。電源開(kāi)關(guān)300和310串聯(lián)且背 對(duì)背連接。電源開(kāi)關(guān)300和310進(jìn)一步連接在同步開(kāi)關(guān)50的端子K與端子G 之間。端子K耦合到變壓器10的次級(jí)側(cè)。端子G耦合到調(diào)節(jié)器的輸出?？?制電路500的端子WF和WN'分別接收脈沖信號(hào)Sp和SN，以用于產(chǎn)生柵極驅(qū) 動(dòng)信號(hào)(gate-driving signal) S！和S2。柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si和S2分別用以接通或 斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)300和310。升壓二極管56和升壓電容器57形成電荷升壓電 路(charge-pump circuit)以對(duì)控制電路500供電。電源Vcc用以經(jīng)由升壓二極 管56對(duì)升壓電容器57進(jìn)行充電?？刂齐娐?00的端子VDD和端子GND并 聯(lián)連接到升壓電容器57。端子GND進(jìn)一步連接到電源開(kāi)關(guān)300和310的源 極(source)。圖10圖示根據(jù)本實(shí)施例的同步開(kāi)關(guān)的控制電路電路圖。電阻器511、521、10513和523提供偏壓端(bias termination)以用于接收脈沖信號(hào)Sp和SN。齊 納二極管(Zenerdiode) 512和514用于保護(hù)。脈沖信號(hào)SP和Sw耦合到比較 器510和520。比較器510和520分別具有偏移電壓(offset voltage)515和525, 其提供磁滯效果以進(jìn)行比較。比較器530具有閾值電壓VTH，并且供應(yīng)到比 較器530的正輸入。比較器530的負(fù)輸入耦合到控制電路500的端子K'，所 述端子K'進(jìn)一步連接到同步開(kāi)關(guān)50的端子K。比較器510的輸出經(jīng)由反相器 541和AND門545而啟用D觸發(fā)器543。D觸發(fā)器543操作如同鎖存器電路。 AND門545的輸入連接到比較器530的輸出。透過(guò)AND門546， D觸發(fā)器 543的重設(shè)輸入由比較器520的輸出進(jìn)行控制。D觸發(fā)器543的輸出和比較 器530的輸出連接到AND門547的兩個(gè)輸入。在AND門547的輸出處產(chǎn)生 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sp以用于接通或斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)300。柵;f及驅(qū)動(dòng)信號(hào)S!的最大 接通時(shí)間由最大接通時(shí)間電路(maximum on-time circuit)655所限制。柵極驅(qū)動(dòng) 信號(hào)Si耦合到最大接通時(shí)間電路655。在一消隱時(shí)間(blankingtime)之后，當(dāng) 啟用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si時(shí)將產(chǎn)生最大接通時(shí)間信號(hào)SM。最大接通時(shí)間信號(hào)SM 經(jīng)由反相器542供應(yīng)到AND門546。 AND門546的另一llr入供應(yīng)通電重設(shè) 信號(hào)RST。 AND門546的輸出用以重設(shè)D觸發(fā)器543。因此，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Sj的最大接通時(shí)間由最大接通時(shí)間電路655的消隱時(shí)間所限制。 一旦滿足以 下等式(1), 4冊(cè)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S!就將斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)300。VSP - VSN > V525 ......一.....一........._____.....扁—一..........—......一............…(1 )當(dāng)滿足等式(2)和(3)時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S!將接通電源開(kāi)關(guān)300，VSN — VSP > V515......畫(huà)—一............_____.....陽(yáng).................____________________( 2 )Vk < Vt-------------------................——..................——.........-------(3 )其中Vsp和VsN分別表示脈沖信號(hào)Sp和SN的電壓；VK表示端子K處的 電壓；VT表示閾值電壓Vra的電壓值；V化是偏移電壓515的電壓值；V525 是偏移電壓525的電壓值。一旦二^l管350導(dǎo)通，電壓VK就將^f氐于電壓VT。只有在二極管350接 通之后才可接通電源開(kāi)關(guān)300，這使變壓器10的切換與極性同步，并實(shí)現(xiàn)電 源開(kāi)關(guān)300的軟切換操作(soft-switching operation)。在OR門548的輸出處產(chǎn) 生另一柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2，以用于接通或斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)310。 OR門548的輸入 耦合到柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)OR門548的另一輸入由單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器 (one-shot-signal generator)600所控制。單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器600的輸入連接到比較器510的輸出。因此，根據(jù)脈沖信號(hào)Sp和SN而產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2。此 后，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的接通/斷開(kāi)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖11圖示根據(jù)本實(shí)施例的單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器電路圖。電流源610用以對(duì) 電容器615進(jìn)行充電。晶體管612經(jīng)耦合以對(duì)電容器615進(jìn)行放電。透過(guò)反 相器611,輸入端子IN處的輸入信號(hào)用以控制晶體管612。輸入端子IN進(jìn)一 步連接到AND門625的輸入。AND門625的另一輸入經(jīng)由反相器620耦合 到電容器615。單觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器600的輸出端子OUT連接到AND門625 的輸出，以產(chǎn)生輸出信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為邏輯低時(shí)，對(duì)電容器615進(jìn)行放電 且輸出信號(hào)變?yōu)檫壿嫷汀．?dāng)輸入信號(hào)變?yōu)檫壿嫺邥r(shí)，電流源610將開(kāi)始對(duì)電 容器615進(jìn)行充電。AND門625處的輸出信號(hào)是單觸發(fā)信號(hào)。電流源610的 電流值和電容器615的電容值決定單觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度。圖12圖示根據(jù)本實(shí)施例的最大接通時(shí)間(MOT)電^各電路圖。電流源 860用以對(duì)電容器865進(jìn)行充電。晶體管862經(jīng)耦合以對(duì)電容器865進(jìn)行放 電。透過(guò)反相器861,柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S!用以控制晶體管862。柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Si進(jìn)一步供應(yīng)到AND門885的輸入。AND門885的另一輸入耦合到電容器 865。 一旦啟用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si, AND門885的輸出就將產(chǎn)生最大接通時(shí)間 信號(hào)SM以在消隱時(shí)間之后停用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)S,。消隱時(shí)間由電流源860的電 流值和電容器865的電容值決定。圖13圖示根據(jù)本實(shí)施例的線性預(yù)測(cè)電路圖。當(dāng)調(diào)節(jié)器在非連續(xù)電流模式 下操作時(shí)，線性預(yù)測(cè)電路750用來(lái)斷開(kāi)圖1的回掃開(kāi)關(guān)70。在非連續(xù)電流模 式下，斷開(kāi)回掃開(kāi)關(guān)70是為了防止反向電流從圖l的輸出電容器85流動(dòng)到 回掃開(kāi)關(guān)70。充電電流1743經(jīng)由開(kāi)關(guān)752對(duì)電容器770進(jìn)行充電。放電電流 1766經(jīng)由開(kāi)關(guān)753對(duì)電容器770進(jìn)行放電。PWM信號(hào)VPWM用以控制開(kāi)關(guān)752 。 PWM信號(hào)VpwM進(jìn)一步經(jīng)由反相器754來(lái)控制開(kāi)關(guān)753。運(yùn)算放大器740、電阻器749以及晶體管741、 742和743形成電壓-電 流轉(zhuǎn)換器。運(yùn)算放大器740用以接收切換信號(hào)Stn，透過(guò)晶體管743，用于產(chǎn) 生充電電流1743。運(yùn)算放大器760、電阻器769以及晶體管761、 762、 763、 765和766形成另 一電壓-電流轉(zhuǎn)換器。運(yùn)算放大器760用以接收反饋信號(hào)VFB， 透過(guò)晶體管766,用于產(chǎn)生放電電流1766。一旦啟用PWM信號(hào)VPWM,就對(duì)電容器770進(jìn)行充電，且一旦停用PWM 信號(hào)Vpwm，就對(duì)電容器770進(jìn)行放電。另外，脈沖信號(hào)Sp經(jīng)由晶體管772對(duì)電容器770進(jìn)行放電。因此，在電容器770上獲得線性預(yù)測(cè)信號(hào)VLP。脈 沖信號(hào)SN經(jīng)由反相器774來(lái)啟用D觸發(fā)器775。PWM信號(hào)VpwM供應(yīng)到AND 門779的輸入。AND門779的另一輸入耦合到D觸發(fā)器775的輸出。 一旦停 用PWM信號(hào)VPWM, AND門779的輸出就產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB。 D觸發(fā)器775 的重設(shè)輸入連接到比較器773的輸出。閾值電壓Vth3連接到比校器773的負(fù) 輸入。比較器773的正輸入連接到電容器770,用以接收線性預(yù)測(cè)信號(hào)VLP。 當(dāng)線性預(yù)測(cè)信號(hào)Vu低于閾值電壓VTH3時(shí)，比較器773將重設(shè)D觸發(fā)器775 以停用驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB。因此，根據(jù)切換信號(hào)Sin、反饋信號(hào)Vfb和PWM信號(hào) Vp畫(huà)的脈沖寬度而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB。當(dāng)調(diào)節(jié)器在邊界模式(boundarymode)下操作時(shí)，圖1的電感器80的磁化 通量(magnetized flux) Oc等于其去磁通量(demagnetized flux) Od。邊界模式 是指調(diào)節(jié)器在連續(xù)電流模式與非連續(xù)電流模式之間操作。以下展示等式，①C = 0>￡>............................................一畫(huà)一..................-------------(4 )<d=jbx^=i^:..........................................—-----------------------(5) ........................—-.................(6)r -"(rwxA/:y、—F 1/F u __________.................................(7)其中B是通量密度；Ae是電感器SO的橫截面面積；Ns/Np是變壓器10 的匝數(shù)比；磁化時(shí)間(表示為TCHARGE)等效于PWM信號(hào)VPWM的脈沖寬度； 電感器80的去磁時(shí)間(表示為TDISCCHARGE)展示調(diào)節(jié)器的邊界模式狀態(tài)。可根據(jù)等式(7 )獲得電感器80的去磁時(shí)間TDISCHARGE。其也展示可根據(jù) 輸入電壓VIN、輸出電壓V。和磁化時(shí)間TCHARGE (PWM信號(hào)VpwM的脈沖寬 度)來(lái)預(yù)測(cè)去磁時(shí)間TDISCHARGE。切換信號(hào)Sw與輸入電壓Vw成正比例關(guān)系。 反饋信號(hào)VFB與輸出電壓V0成正比例關(guān)系。圖14圖示根據(jù)本實(shí)施例的信號(hào)波形圖，主要圖示初級(jí)切換信號(hào)A、 B、 脈沖信號(hào)Sp和SN、柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sb的波形。在調(diào)節(jié)器在非 連續(xù)電流模式下操作(電感器80完全去磁)之前停用驅(qū)動(dòng)信號(hào)SB。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做出各種修改和變化。鑒于以上內(nèi)容，倘若對(duì)本發(fā)明的修改和變化落在所附權(quán)利要求書(shū)及其等效物的范圍內(nèi)，那么希望本發(fā)明涵蓋所述 修改和變化。
權(quán)利要求
1. 一種離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，用以切換變壓器的初級(jí)繞組，并在所述變壓器的次級(jí)繞組中產(chǎn)生切換信號(hào)；切換電路，耦合到所述變壓器和所述離線同步調(diào)節(jié)器的輸出，依據(jù)所述切換信號(hào)和反饋信號(hào)以產(chǎn)生多個(gè)脈沖信號(hào)；以及同步開(kāi)關(guān)，具有電源開(kāi)關(guān)組和控制電路，所述電源開(kāi)關(guān)組耦合于所述變壓器與所述離線同步調(diào)節(jié)器的輸出之間；所述控制電路用以接收所述脈沖信號(hào)，用于接通或斷開(kāi)所述電源開(kāi)關(guān)組；其中所述反饋信號(hào)與所述離線同步調(diào)節(jié)器的輸出成正比例關(guān)系；所述脈沖信號(hào)用于對(duì)所述離線同步調(diào)節(jié)器進(jìn)行整流和調(diào)節(jié)；且所述脈沖信號(hào)的極性決定所述電源開(kāi)關(guān)組的接通或斷開(kāi)狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述電源 開(kāi)關(guān)組由串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)形成；所述第一開(kāi)關(guān)具有并聯(lián)連接 的第一二極管，所述第二開(kāi)關(guān)具有并聯(lián)連接的第二二極管；所述控制電路產(chǎn) 生第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)；所述第一控制信號(hào)用以控制所述第一開(kāi)關(guān)， 所述第二控制信號(hào)用以控制所述第二開(kāi)關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中如果所述 第一二極管導(dǎo)通，則所述第一開(kāi)關(guān)接通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述同步 開(kāi)關(guān)包括升壓二極管和升壓電容器，用于形成電荷升壓電路以對(duì)所述控制電路供電；其中電源經(jīng)由所述升壓二極管對(duì)所述升壓電容器進(jìn)行充電；所述控制電 路并聯(lián)連接到所述升壓電容器；所述升壓電容器連接到所述電源開(kāi)關(guān)組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，進(jìn)一步包括 回掃開(kāi)關(guān)，耦合到所述電源開(kāi)關(guān)組，用以飛輪所述離線同步調(diào)節(jié)器的電感器電流；其中所述回掃開(kāi)關(guān)依據(jù)所述電源開(kāi)關(guān)組的斷開(kāi)狀態(tài)而接通；所述回掃開(kāi)
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述切換電路包括線性預(yù)測(cè)電路，根據(jù)所述切換信號(hào)和所述脈沖信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 其中所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)用以控制所述回掃開(kāi)關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述切換 電路包括脈寬調(diào)制電路，根據(jù)所述切換信號(hào)而產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)；誤差放大器，耦合到所述離線同步調(diào)節(jié)器的輸出，用以接收所述反饋信 號(hào)并產(chǎn)生誤差信號(hào)；軟起動(dòng)電路，根據(jù)通電信號(hào)產(chǎn)生軟起動(dòng)信號(hào)；斜坡電路，根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生斜坡信號(hào)；比較器，產(chǎn)生根據(jù)所述誤差信號(hào)和所述斜坡信號(hào)產(chǎn)生清除信號(hào)，用以停 用所述脈寬調(diào)制信號(hào)；以及脈沖信號(hào)產(chǎn)生器，用于根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)而產(chǎn)生所述脈沖信號(hào)；其中所述脈寬調(diào)制信號(hào)根據(jù)所述切換信號(hào)而啟用，并根據(jù)所述清除信號(hào) 而停用；所述軟起動(dòng)信號(hào)用以控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)的脈沖寬度；所述脈沖 信號(hào)是差分信號(hào)，且所述脈沖信號(hào)的極性決定所述電源開(kāi)關(guān)組的接通/斷開(kāi)狀 態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述切換 電路進(jìn)一步包括振蕩電路，用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)；其中所述振蕩信號(hào)耦合到所述脈沖信號(hào)產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生所述脈沖信號(hào) 來(lái)斷開(kāi)所述電源開(kāi)關(guān)組。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述切換 電路進(jìn)一步包括比較電路，根據(jù)所述反饋信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)回路信號(hào)；以及定時(shí)器電路，根據(jù)所述開(kāi)回路信號(hào)產(chǎn)生斷開(kāi)信號(hào)；其中當(dāng)所述反饋信號(hào)高于開(kāi)放式回路閾值時(shí)啟用所述開(kāi)放式回路信號(hào)； 當(dāng)啟用所述開(kāi)放式回路信號(hào)超過(guò)所述定時(shí)器電路的超時(shí)期間時(shí)，產(chǎn)生所述斷 開(kāi)信號(hào)；且所述斷開(kāi)信號(hào)用以停用所述脈寬調(diào)制信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述同步開(kāi)關(guān)包括輸入端子，耦合到所述變壓器；輸出端子，耦合到所述離線同步調(diào)節(jié)器的輸出；第一輸入端子；以及第二輸入端子；一輸入端子和所述第二輸入端子耦合到所述控制電路，用以接收多個(gè)脈沖信 號(hào)，用于接通/斷開(kāi)所述電源開(kāi)關(guān)組。
11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的離線同步調(diào)節(jié)器，其特征在于，其中所述控制 電路包括鎖存器電路，用以接收用于設(shè)定或重設(shè)所述鎖存器電路的所述脈沖 信號(hào)；且所述鎖存器電路用以接通/斷開(kāi)所述電源開(kāi)關(guān)組。
全文摘要
本發(fā)明提出一種離線同步切換調(diào)節(jié)器，用于改進(jìn)其效率。開(kāi)關(guān)用以切換變壓器并在變壓器的次級(jí)側(cè)產(chǎn)生切換信號(hào)。切換電路耦合到調(diào)節(jié)器的輸出，根據(jù)切換信號(hào)和反饋信號(hào)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)控制同步開(kāi)關(guān)，用于對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行整流和調(diào)節(jié)。同步開(kāi)關(guān)包含電源開(kāi)關(guān)組和控制電路?？刂齐娐方邮彰}沖信號(hào)，用于接通/斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)組。電源開(kāi)關(guān)組連接在變壓器與調(diào)節(jié)器的輸出之間?；貟唛_(kāi)關(guān)使電感器電流進(jìn)行飛輪動(dòng)作(freewheel)，且可根據(jù)電源開(kāi)關(guān)組的斷開(kāi)狀態(tài)而接通，回掃開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間與電源開(kāi)關(guān)組的接通時(shí)間成正比例關(guān)系。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101257257SQ20081009556
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者楊大勇 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司