專利名稱：功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一電源轉(zhuǎn)換器，且更具體而言，本發(fā)明涉及初級(jí)側(cè)(primary-side)控制的電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
用于電源轉(zhuǎn)換器的各種控制模式已廣泛用于調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出電流。用于所述調(diào)節(jié)的兩種常見模式為電壓模式和電流模式。
圖1展示傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換器。一誤差放大器(error amplifier)12與一誤差放大器13用于產(chǎn)生自輸出電流和輸出電壓的一反饋信號(hào)。反饋信號(hào)將經(jīng)由光耦合器14被提供到初級(jí)側(cè)電路中的一PWM控制器11。PWM控制器11產(chǎn)生一PWM信號(hào)用以透過切換一晶體管70來切換一變壓器51。流經(jīng)晶體管70的一切換電流經(jīng)由一電阻器20轉(zhuǎn)換為一檢測(cè)電壓信號(hào)。PWM控制器11比較反饋信號(hào)與檢測(cè)電壓信號(hào)以產(chǎn)生PWM信號(hào)。PWM信號(hào)將調(diào)節(jié)輸出電壓和/或輸出電流。然而，光學(xué)耦合器和其它次級(jí)側(cè)控制電路顯著增加電源轉(zhuǎn)換器的尺寸和器件數(shù)量。這是上述電源轉(zhuǎn)換器的主要缺陷。
圖2展示初級(jí)側(cè)控制的電源轉(zhuǎn)換器的示意電路。初級(jí)側(cè)控制的電源轉(zhuǎn)換器包括一PWM控制器12。自變壓器50的輔助繞組NA的一反射電壓經(jīng)由一電阻器61被供應(yīng)到PWM控制器12。此用以提供用于輸出電壓控制的反饋信號(hào)。由于由輔助繞組NA產(chǎn)生的反射電壓與由次級(jí)繞組Ns所提供的輸出電壓密切相關(guān)，所以PWM控制器12可調(diào)節(jié)自變壓器50的初級(jí)側(cè)的輸出電壓。
為調(diào)節(jié)自變壓器50的初級(jí)側(cè)的輸出電流，必需控制自變壓器50的初級(jí)側(cè)傳遞到次級(jí)側(cè)的功率。輸出功率PO與電源轉(zhuǎn)換器的一切換電流IIN之間的關(guān)系可表示為Po＝Vo×lo＝η×PIN＝η×IIN×VIN(1)IIN=[(VINLP×TON2T)+(IA×TONT)]---(2)]]>其中，VO為輸出電壓；IO為輸出電流；η為效率；IA為反射負(fù)載電流；LP為初級(jí)磁化電感；T為切換周期；且TON為切換信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間(on-time)。
為控制輸出電壓VO，響應(yīng)反饋信號(hào)而調(diào)整切換信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間TON，當(dāng)輸出電流IO增加時(shí)，晶體管的切換電流也會(huì)增加。晶體管70的切換電流將轉(zhuǎn)換為切換電壓。當(dāng)切換電壓超過最大閾值電壓VLIMIT時(shí)，切換信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間TON將被限制以調(diào)節(jié)輸出電流IO。最大輸入功率PIN_MAX可表示為PIN_MAX=[12×T×LP×(VLIMITRS)2]---(3)]]>則方程式(1)與(3)可重寫成IO=POVO=η×PIN_MAXVO={η×[12×T×LP×(VLIMITRS)2]VO}---(4)]]>因?yàn)樽畲筝斎牍β蔖IN_MAX為有限的，所以每當(dāng)輸出電流IO增加時(shí)，輸出電壓VO就將減小。輸出電壓偏差與輸出電流變化(V/I曲線的斜率)決定恒定電流輸出性能。圖3提供這種情況的說明。
參看方程式(4)，當(dāng)輸出電壓VO減小時(shí)，可通過增加切換周期T和/或減小電壓信號(hào)VLIMIT來達(dá)到恒定輸出電流IO。然而，若干因素中的任何一個(gè)因素都可能影響這種方法的準(zhǔn)確度。初級(jí)磁化電感Lp與漂移切換頻率(1/T)的偏差可造成最大輸入功率極限PIN_MAX和輸出電流IO波動(dòng)。
另外，傳播延遲時(shí)間TD影響輸出電流IO的精度。參看圖2，電阻器20用于將切換電流IIN轉(zhuǎn)換為一切換電流電壓VIDET。如圖4所示，電壓VIA可表示為VIA＝IA×RS其中，IA為反射負(fù)載電流；RS為電阻器20的電阻值。
在時(shí)間TONX，切換電流電壓VIDET超過閾值電壓VLIMIT。然而，直到傳播延遲時(shí)間TD之后，才斷開VPWM。在此傳播延遲時(shí)間TD期間，切換電流IIN持續(xù)增加。此將產(chǎn)生一額外輸入電流IIN-ex。
電流IIN-ex的振幅可根據(jù)方程式(5)計(jì)算。參看方程式(6)，額外輸入電流IIN-ex將造成最大輸入功率PIN-MAX與輸出電流IO響應(yīng)輸入電壓VIN的增加而增加。
IIN-ex={(VINLP×TD2T)+[(VINIP×TONX)+IA]×TDT}---(5)]]>PIN_MAX=[12×T×LP×(VLIMITRS+IIN-ex)2]---(6)]]>根據(jù)上文的描述，我們可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的初級(jí)側(cè)控制是不準(zhǔn)確的且并不適于電源轉(zhuǎn)換器的大量生產(chǎn)。
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供初級(jí)側(cè)控制的電源轉(zhuǎn)換器，其可精確地調(diào)節(jié)輸出電壓并產(chǎn)生恒定的輸出電流。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器包括一變壓器、一功率晶體管、一線電阻器(line resistor)、一輔助整流器、一去耦電容器(decouplecapacitor)、一檢測(cè)電阻器、一感測(cè)電阻器、一輸出整流器和一輸出電容器、一集成電容器和一PWM控制器。
功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的PWM控制器具有一供應(yīng)端子、一電壓檢測(cè)端子、一輸出端子、一電流檢測(cè)端子、一濾波器端子、一線電壓輸入端子和一接地端子。
線電阻器自功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一輸入連接到線電壓輸入端子以啟動(dòng)PWM控制器并在PWM控制器啟動(dòng)之后提供輸入電壓檢測(cè)。一輔助整流器自變壓器的輔助繞組連接到去耦電容器，當(dāng)PWM控制器開始運(yùn)作時(shí)進(jìn)一步向PWM控制器提供DC電源。
感測(cè)電阻器連接到功率晶體管和PWM控制器的電流檢測(cè)端子以用于提供一切換電流電壓。連接到PWM控制器的濾波器端子的集成電容器形成低通濾波器，并將切換電流電壓集成為一平均電流信號(hào)。PWM控制器使用平均電流信號(hào)和線電壓輸入信號(hào)來進(jìn)行輸出電流調(diào)節(jié)。
功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的PWM控制器進(jìn)一步包括一取樣保持電路，用于取樣電壓檢測(cè)端子處的電壓并產(chǎn)生一取樣電壓。一第一誤差放大器比較取樣電壓與一參考電壓以產(chǎn)生一反饋電壓。一第一比較器比較反饋電壓與切換電流電壓以產(chǎn)生一電壓復(fù)位信號(hào)。連接到電壓檢測(cè)端子的一可編程電流槽響應(yīng)反饋電壓產(chǎn)生一可編程電流。可編程電流和檢測(cè)電阻器產(chǎn)生一偏移電壓來補(bǔ)償輸出整流器上的電壓降。PWM控制器還包括衰減器來衰減線電壓輸入信號(hào)到輸入電壓信號(hào)。一乘法器將輸入電壓信號(hào)乘上平均電流信號(hào)來產(chǎn)生一功率控制信號(hào)。一第二誤差放大器比較功率控制信號(hào)與由一參考電壓產(chǎn)生器所產(chǎn)生的一功率參考電壓來產(chǎn)生一限制電壓。第二比較器比較限制電壓與切換電流電壓以產(chǎn)生一電流復(fù)位信號(hào)。
PWM控制器進(jìn)一步包括一振蕩器與一SR觸發(fā)器來產(chǎn)生一PWM信號(hào)。SR觸發(fā)器由振蕩器的輸出周期性地設(shè)定且由電流復(fù)位信號(hào)和電壓復(fù)位信號(hào)設(shè)定。一消隱電路產(chǎn)生一消隱時(shí)間以確保PWM信號(hào)的最短導(dǎo)通時(shí)間，此產(chǎn)生足夠的延遲來精確地產(chǎn)生取樣電壓。連接于電流檢測(cè)端子與濾波器端子之間的一濾波電阻器提供用于低通濾波器的高阻抗。PWM控制器進(jìn)一步包括一第一開關(guān)與一第二開關(guān)。第一開關(guān)自線電壓輸入端子連接到供應(yīng)端子。第二開關(guān)自線電壓輸入端子連接到衰減器。一旦PWM控制器開始運(yùn)作即斷開第一開關(guān)并接通第二開關(guān)。
應(yīng)理解，上文的一般性描述和下文的詳細(xì)描述均為示范性的，并希望對(duì)如所主張的本發(fā)明提供進(jìn)一步闡釋。另外的目標(biāo)與優(yōu)勢(shì)將根據(jù)以下描述與附圖而變得顯而易見。


附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解且被并入并構(gòu)成了本說明書的一部分。

本發(fā)明的實(shí)施例，且與描述一起用來闡釋本發(fā)明的原理。
圖1展示傳統(tǒng)的一電源轉(zhuǎn)換器。
圖2展示初級(jí)側(cè)控制的電源轉(zhuǎn)換器的示意性電路。
圖3展示電源轉(zhuǎn)換器的常見V/I曲線。
圖4展示具有傳播延遲的PWM信號(hào)的波形。
圖5展示根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的示意性電路。
圖6展示根據(jù)本發(fā)明的PWM控制器的方框圖。
圖7展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的消隱電路。
圖8展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的參考電壓產(chǎn)生器。
圖9展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的取樣保持電路。
圖10展示取樣保持電路的內(nèi)部信號(hào)波形。
圖11展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的乘法器。
圖12展示根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換函數(shù)方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖5展示根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器包括具有一PWM控制器10，其包含一供應(yīng)端子VCC、一電壓檢測(cè)端子VDET、一線電壓輸入端子VI、一濾波器端子CINT、一電流檢測(cè)端子IDET、一輸出端子OUT與一接地端子GND。根據(jù)本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器還包括一線電阻器65、一去耦電容器35、一輔助整流器40、一檢測(cè)電阻器60、一集成電容器60、一感測(cè)電阻器20、一功率晶體管70、一輸出整流器80與一輸出電容器90。本發(fā)明的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括具有一輔助繞組NA、一初級(jí)繞組NP與一次級(jí)繞組NS的一變壓器50。
線電阻器65的一第一端子供應(yīng)有電源轉(zhuǎn)換器的一輸入電壓VIN。線電阻器65的一第二端子連接到PWM控制器10的線電壓輸入端子VI。輔助繞組NA的一正端連接到輔助整流器40的一陽極。輔助整流器40的一陰極連接到去耦電容器35。PWM控制器10的供應(yīng)端子VCC連接到輔助整流器40的陰極。檢測(cè)電阻器60連接于輔助整流器40的陽極與PWM控制器10的電壓檢測(cè)端子VDET之間。PWM控制器10的輸出端子OUT驅(qū)動(dòng)功率晶體管70的一柵極。感測(cè)電阻器20連接于功率晶體管70的源極與接地參考之間。PWM控制器10的電流檢測(cè)端子IDET連接到功率晶體管70的源極。集成電容器30自PWM控制器10的濾波器端子CINT連接到接地參考。PWM控制器10的接地端子GND連接到接地參考。輸出整流器80的陽極連接到次級(jí)繞組NS的一正端。輸出電容器90連接于輸出整流器80的一陰極與次級(jí)繞組NS的一負(fù)端之間。功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓VO自輸出整流器80的陰極供應(yīng)。
圖6展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的PWM控制器10。PWM控制器10包括一濾波電阻器185、兩個(gè)開關(guān)140與145、一衰減器180、一乘法器190、一取樣保持電路155、一參考電壓產(chǎn)生器160、兩個(gè)誤差放大器125與126、一電流源115、一電阻器170、兩個(gè)比較器120與121、兩個(gè)NAND門108與109、一振蕩器100、一SR觸發(fā)器107、一消隱電路150、一可編程的電流槽110和一緩沖器105。
開關(guān)140連接于供應(yīng)端子VCC與線電壓輸入端子VI之間。開關(guān)145連接于線電壓輸入端子VI與衰減器180的一輸入之間。參看圖5和圖6，經(jīng)由線電阻器65接通開關(guān)140以啟動(dòng)PWM控制器10。在PWM控制器10啟動(dòng)之后，斷開開關(guān)140并接通開關(guān)145。為檢測(cè)線電壓，然后經(jīng)由開關(guān)145發(fā)送線電壓輸入信號(hào)到衰減器180。
濾波電阻器185連接于電流檢測(cè)端子IDET與濾波器端子CINT之間。濾波電阻器185與集成電容器30相耦合以供應(yīng)一平均電流信號(hào)到乘法器190的一第一輸入。乘法器190具有供應(yīng)有一輸入電壓信號(hào)的一第二輸入。輸入電壓信號(hào)自衰減器180的一輸出產(chǎn)生。乘法器190還具有一輸出，用于供應(yīng)一功率控制信號(hào)到誤差放大器126的一負(fù)輸入。
取樣保持電路155具有連接到電壓檢測(cè)端子VDET的一第一輸入。取樣保持電路155進(jìn)一步具有一輸出，用于供應(yīng)一取樣電壓VSH到誤差放大器125的一負(fù)輸入。誤差放大器125的一正輸入供應(yīng)有一參考電壓VR1。參考電壓產(chǎn)生器160的一輸入供應(yīng)有取樣電壓VSH。參考電壓產(chǎn)生器160的一輸出供應(yīng)一功率參考電壓VR2給誤差放大器126的一正輸入。誤差放大器126的一輸出供應(yīng)一限制電壓VLIMIT給比較器121的一正輸入。
電流源115的一輸入端子供應(yīng)有一供應(yīng)電壓VCC。電流源115的一輸出端子連接到比較器121的正輸入。電阻器170自電流源115的輸出端子連接到接地參考。由于本發(fā)明的誤差放大器126為開路漏極裝置(open-draindevice)，限制電壓VLIMIT的最大值由電流源115和電阻器170的電阻決定。
比較器120的一負(fù)輸入和比較器121的負(fù)輸入連接到電流檢測(cè)端子IDET以接收切換電流電壓VIDET。感測(cè)電阻器20將流經(jīng)功率晶體管70的切換電流IIN轉(zhuǎn)換為切換電流電壓VIDET。誤差放大器125比較取樣電壓VSH與參考電壓VR1以經(jīng)由誤差放大器125的輸出產(chǎn)生一反饋電壓VFB。反饋電壓VFB供應(yīng)到比較器120的一正輸入和可編程的電流槽110的一控制端子。
可編程的電流槽110連接于取樣保持電路155的第一輸入與接地參考之間。比較器120比較反饋電壓VFB與切換電流電壓VIDET以產(chǎn)生一電壓復(fù)位信號(hào)。電壓復(fù)位信號(hào)被供應(yīng)到NAND門108的一第一輸入。比較器121比較限制電壓VLIMIT與切換電流電壓VIDET以產(chǎn)生一電流復(fù)位信號(hào)。電流復(fù)位信號(hào)被供應(yīng)到NAND門108的一第二輸入。NAND門108的一輸出連接到NAND門109的一第一輸入。振蕩器100的一輸出設(shè)定SR觸發(fā)器107。SR觸發(fā)器107由NAND門109的一輸出而復(fù)位SR觸發(fā)器107的輸出供應(yīng)PWM信號(hào)VPWM給取樣保持電路155的一第二輸入、緩沖器105的一輸入和消隱電路150的一輸入。消隱電路150的一輸出供應(yīng)消隱信號(hào)VBLK給NAND門109的一第二輸入。連接于SR觸發(fā)器107的輸出與PWM控制器10的輸出端子OUT之間的緩沖器105為功率晶體管70提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力。
圖7展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的消隱電路150。消隱電路150包括一反相器203、一晶體管205、一電流源201、一電容器207和一緩沖器209。反相器203的輸入供應(yīng)有PWM信號(hào)VPWM。反相器203的一輸出連接到晶體管205的一柵極。晶體管205的源極連接到接地參考。電流源201的一輸入供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。電流源201的輸出端子連接到晶體管205的一漏極和緩沖器209的一輸入。電容器207連接于晶體管205的漏極與接地參考之間。消隱信號(hào)VBLK自緩沖器的一輸出產(chǎn)生。
隨著PWM信號(hào)VPWM變?yōu)檫壿嫺撸w管205將被斷開。因此，電流源201將開始對(duì)電容器207充電。一旦電容器207上的電壓超過一邏輯高閾值，緩沖器209將輸出一邏輯高消隱信號(hào)VBLK。連接電流源201和電容器207，使得一消隱延遲時(shí)間插入PWM信號(hào)VPWM變?yōu)檫壿嫺咧笄以谙[信號(hào)VBLK變?yōu)檫壿嫺咧啊?br> 圖8展示參考電壓產(chǎn)生器160的優(yōu)選實(shí)施例。參考電壓產(chǎn)生器160包括一運(yùn)算放大器138、三個(gè)晶體管137、132與131、一電流源133和兩個(gè)電阻器136和135。運(yùn)算放大器138的一正輸入供應(yīng)有取樣電壓VSH。運(yùn)算放大器138的一輸出端子連接到晶體管137的一柵極。運(yùn)算放大器138的一負(fù)輸入連接到晶體管137的一源極。電阻器136連接于晶體管137的源極與接地參考之間。晶體管132的一柵極、晶體管131的一柵極、晶體管132的一漏極和晶體管137的一漏極連結(jié)在一起電流源133的一輸入端子供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。電流源133的一輸出端子連接到晶體管132的一源極和晶體管131的一源極。電阻器135自晶體管131的一漏極連接到接地參考。
取樣電壓VSH和電阻器136決定流經(jīng)晶體管137的電流I 137。由于晶體管132和晶體管131形成一電流鏡，流經(jīng)晶體管131的電流I131將與電流I137成比例。電流I137的振幅可表示為I137=VSHR136]]>其中R136為電阻器136的電阻。
電阻器135將電流I131轉(zhuǎn)換到功率參考電壓VR2。因此，如以下方程序所示，功率參考電壓VR2將與取樣電壓VSH成比例變化VR2=I131×R135=N×I137×R135=N×VSHR136×R135⇒VR2∝VSH]]>其中N為由晶體管131與132所形成的電流鏡的鏡射比(mirrorratio)。
圖9展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的取樣保持電路155。取樣保持電路155包括一電流源231、一晶體管235、一電容器240、一反相器250、一反相器252、一電流源232、一晶體管236、一電容器241、一反相器251、一AND門260、一開關(guān)220和一電容器225。
晶體管235的一柵極和反相器252的一輸入均供應(yīng)有PWM信號(hào)VPWM。電流源231的輸入端子供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。電流源231的一輸出端子連接到晶體管235的一漏極。晶體管235的一源極連接到接地參考。晶體管235的漏極連接到反相器250的一輸入。電容器240自晶體管235的漏極連接到接地參考。反相器250的一輸出連接到晶體管236的一柵極。電流源232的輸入端子供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。電流源232的一輸出端子連接到晶體管236的一漏極。晶體管236的一源極連接到接地參考。晶體管236的漏極連接到反相器251的一輸入。電容器241自晶體管236的漏極連接到接地參考。AND門206的一第一輸入連接到反相器251的一輸出。AND門260的一第二輸入連接到晶體管235的漏極。AND門260的一第三輸入連接到反相器252的一輸出。AND門260的一輸出向開關(guān)220的一控制端子供應(yīng)一取樣控制信號(hào)SMP。開關(guān)220的一輸入端子連接到PWM控制器10的一電壓檢測(cè)端子VDET以接收一電壓檢測(cè)信號(hào)VDT。電容器225自開關(guān)220的一輸出端子連接到接地參考。每當(dāng)開關(guān)220的控制端子由AND門260的輸出啟用時(shí)，取樣電壓VSH自開關(guān)220的輸出端子處供應(yīng)。
圖10展示取樣保持電路155的內(nèi)部信號(hào)波形。一旦PWM信號(hào)VPWM降低到邏輯低，如圖9所示，晶體管235將被斷開。電流源231將開始對(duì)電容器240充電。在電容器240上的電壓超過邏輯高閾值之前，反相器250將輸出邏輯高信號(hào)來接通晶體管236。此將令電容器241放電且在AND門260的第一輸入處產(chǎn)生一邏輯高信號(hào)。自AND門260的輸出產(chǎn)生的取樣控制信號(hào)SMP將為邏輯低。因此開關(guān)220將保持?jǐn)嚅_。
一旦電容器240上的電壓超過邏輯高閾值，晶體管236將被斷開。自AND門260的輸出產(chǎn)生的取樣控制信號(hào)SMP將變?yōu)檫壿嫺?。此將接通開關(guān)220并使電壓檢測(cè)信號(hào)VDT能夠經(jīng)由開關(guān)220對(duì)電容器225充電。同時(shí)，電流源232將開始對(duì)電容器241充電。一旦電容器241上的電壓超過邏輯高閾值，反相器251將向AND門260的第一輸入供應(yīng)一邏輯低信號(hào)。然后取樣控制信號(hào)SMP降低到邏輯低并斷開開關(guān)220。然后電容器225上的電壓將等于取樣電壓VSH。
如圖10所示，延遲時(shí)間tD1的持續(xù)時(shí)間由電流源231和電容器240決定。延遲時(shí)間tD2的持續(xù)時(shí)間由電流源232和電容器241決定。
圖11展示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的乘法器190。乘法器190包括一恒流源300、一運(yùn)算放大器310、五個(gè)晶體管350、351、358、357和356，一運(yùn)算放大器320和一電阻器325。乘法器190進(jìn)一步包括供應(yīng)有一電壓V1的一第一輸入端子、供應(yīng)有一電壓V2的一第二輸入端子和供應(yīng)有一電壓V3的一輸出端子。
運(yùn)算放大器310的一負(fù)輸入連接到乘法器190的第一輸入端子。恒流源300的一輸入端子供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。恒流源300的一輸出端子連接到運(yùn)算放大器310的一正輸入和晶體管350的一漏極。晶體管350的一柵極、晶體管351的一柵極和運(yùn)算放大器310的一輸出端子連結(jié)在一起。晶體管350的一源極和晶體管351的一源極均連接到接地參考。晶體管351的一漏極和晶體管358的一漏極連接到乘法器190的輸出端子。晶體管358的一源極和晶體管357的一源極供應(yīng)有供應(yīng)電壓VCC。晶體管358的一柵極、晶體管357的一柵極、晶體管357的一漏極和晶體管356的一漏極連結(jié)在一起。運(yùn)算放大器320的一正輸入連接到乘法器190的第二輸入端子。運(yùn)算放大器320的一負(fù)輸入、晶體管356的一源極和電阻器325的一第一端子連結(jié)在一起。電阻器325的一第二端子連接到接地參考。運(yùn)算放大器320的一輸出端子連接到晶體管356的柵極。
晶體管350和351均在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)作。當(dāng)在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)作時(shí)，MOS晶體管相當(dāng)于電阻器。調(diào)制運(yùn)作電壓偏壓和運(yùn)作電流偏流可控制晶體管的等效電阻。運(yùn)算放大器310響應(yīng)其運(yùn)作偏壓/偏流控制晶體管350的電阻，運(yùn)作偏壓/偏流由電壓V1和恒流源300所提供的恒定電流I300決定。由于晶體管351與晶體管350呈鏡射配置，晶體管351的電阻R351將與晶體管350的電阻相同。
R351=V1I300---(7)]]>電壓V2和電阻器325決定流經(jīng)晶體管356的電流I356的振幅。由于晶體管358與晶體管357呈鏡射配置，流經(jīng)晶體管358的電流I358將與流經(jīng)晶體管357和356的電流I356的振幅成比例。
I358∝I356⇒I358∝V2R325]]>其中R325為電阻器325的電阻。
電流I358和晶體管351的電阻將在晶體管351的漏極處產(chǎn)生電壓V3。如以下方程序所示，電壓V3將與電壓V1和電壓V2的乘積成比例V3=I358×R351=V2R325×V1I300=KO×V1×V2---(8)]]>圖12展示功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換函數(shù)的方框圖。方框H(s)表示低通濾波器。Av表示誤差放大器126的增益。IIN-err意味由組件變化、傳播延遲時(shí)間TD等造成的切換電流誤差。如圖12所示，切換電流IIN可表示為IIN=IIN-err+VLIMITRS---(9)]]>IIN=IIN-err+1RS×{Av×VR2-Av×[α×VIN×H(s)×IIN]}---(10)]]>其中α為衰減器180的衰減因數(shù)。
IIN=IIN-err+(Av×VR2RS)1+Av×α×H(s)×VINRS---(11)]]>當(dāng)Av遠(yuǎn)大于1且VR2/RS大于IIN-err時(shí)，則切換電流IIN可重寫成IIN=VR2α×H(s)×VIN---(12)]]>因此，編程功率參考電壓VR2和衰減因數(shù)α可精確地控制自電源轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)電路傳遞到次級(jí)側(cè)電路的功率，如以下方程序所示PIN=VIN×IIN=VR2α×H(s)---(13)]]>對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，在不脫離本發(fā)明的范疇或精神的情況之下，可對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做出各種修改和變化。鑒于上文，希望本發(fā)明涵蓋在所附權(quán)利要求書和其均等物的范疇內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其包括一變壓器，具有一次級(jí)繞組、一初級(jí)繞組和一輔助繞組，其中所述變壓器的所述次級(jí)繞組連接到所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一次級(jí)側(cè)電路，且所述變壓器的所述輔助繞組連接到所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一初級(jí)側(cè)電路；一功率晶體管，用于能量切換，其中所述功率晶體管與所述變壓器串聯(lián)連接；一輸出整流器和一輸出電容器，用于提供用于所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一DC輸出，其中所述輸出整流器和所述輸出電容器連接到所述變壓器的所述次級(jí)繞組；和一PWM控制器，具有一供應(yīng)端子、一接地端子、一電壓檢測(cè)端子、一電流檢測(cè)端子、一線電壓輸入端子、一濾波器端子和一輸出端子，其中所述電壓檢測(cè)端子用于檢測(cè)一輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其進(jìn)一步包括一檢測(cè)電阻器，自所述變壓器的所述輔助繞組連接到所述PWM控制器的所述電壓檢測(cè)端子；一線電阻器，自所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一輸入連接到所述PWM控制器的所述線電壓輸入端子以接收一線電壓輸入信號(hào)；一去耦電容器，連接到所述PWM控制器的所述供應(yīng)端子；一輔助整流器，自所述變壓器的所述輔助繞組連接到所述去耦電容器；一感測(cè)電阻器，與所述功率晶體管串聯(lián)連接，其中所述感測(cè)電阻器進(jìn)一步連接到所述PWM控制器的所述電流檢測(cè)端子；和一集成電容器，連接到所述PWM控制器的所述濾波器端子，其中所述集成電容器形成一低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器的所述電流檢測(cè)端子用于檢測(cè)一切換電流電壓，其中所述切換電流電壓經(jīng)由所述變壓器所供應(yīng)的一切換電流在所述感測(cè)電阻器上轉(zhuǎn)換而得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器的所述線電壓輸入端子用于檢測(cè)所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一輸入電壓，并用于啟動(dòng)所述PWM控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述切換電流電壓在所述低通濾波器上被轉(zhuǎn)換為一平均電流信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中當(dāng)所述PWM控制器運(yùn)作時(shí)，所述輔助整流器提供DC電源用于所述PWM控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器的所述輸出端子產(chǎn)生一PWM信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述功率晶體管，其中所述PWM信號(hào)用于輸出電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器響應(yīng)所述平均電流信號(hào)和所述線電壓輸入信號(hào)而調(diào)節(jié)所述功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的一輸出電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器包括一取樣保持電路，用于產(chǎn)生一取樣電壓，其中所述取樣電壓響應(yīng)在所述PWM控制器的所述電壓檢測(cè)端子處的一電壓而產(chǎn)生；一參考電壓端子，用于供應(yīng)一參考電壓；一第一誤差放大器，用于比較所述取樣電壓和所述參考電壓以產(chǎn)生一反饋電壓；一第一比較器，用于響應(yīng)所述反饋電壓和所述切換電流電壓而產(chǎn)生一電壓復(fù)位信號(hào)；一可編程的電流槽，用于響應(yīng)在所述PWM控制器的所述電壓檢測(cè)端子處的所述電壓而產(chǎn)生一可編程電流；一第一開關(guān)，自所述PWM控制器的所述線電壓輸入端子連接到所述PWM控制器的所述供應(yīng)端子，其中一旦所述PWM控制器開始運(yùn)作即斷開所述第一開關(guān)；和一第二開關(guān)，其中一旦所述PWM控制器開始運(yùn)作即接通所述第二開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器進(jìn)一步包括一衰減器，用于將所述線電壓輸入信號(hào)衰減為一輸入電壓信號(hào)，其中所述衰減器經(jīng)由所述第二開關(guān)連接到所述PWM控制器的所述線電壓輸入端子；一乘法器，用于將所述平均電流信號(hào)與所述輸入電壓信號(hào)相乘來產(chǎn)生一功率控制信號(hào)；一參考電壓產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生一功率參考電壓；一第二誤差放大器，用于響應(yīng)所述功率控制信號(hào)和所述功率參考電壓而產(chǎn)生一限制電壓，其中所述第二誤差放大器為開漏裝置；和一第二比較器，用于比較所述限制電壓與所述切換電流電壓以產(chǎn)生一電流復(fù)位信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述PWM控制器進(jìn)一步包括一第一NAND門，具有分別供應(yīng)有所述電壓復(fù)位信號(hào)和所述電流復(fù)位信號(hào)的一第一輸入和一第二輸入；一第二NAND門，具有一第一輸入和一第二輸入，其中所述第二NAND門的所述第一輸入連接到所述第一NAND門的一輸出；一振蕩器；一SR觸發(fā)器，用于產(chǎn)生所述PWM信號(hào)，其中所述SR觸發(fā)器由所述振蕩器的一輸出周期性地設(shè)定，其中所述SR觸發(fā)器由所述第二NAND門的一輸出復(fù)位；一消隱電路，用于產(chǎn)生一消隱時(shí)間，其中所述消隱電路的一輸入供應(yīng)有所述PWM信號(hào)，其中所述消隱電路的一輸出連接到所述第二NAND門的所述第二輸入；一濾波電阻器，用于提供用于一低通濾波器的一高阻抗；和一電流源和一電阻器，其中限制電壓的最大振幅由所述電阻器的電阻和所述電流源的電流振幅所決定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述消隱時(shí)間確保所述PWM信號(hào)的一最短導(dǎo)通時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中一偏移電壓響應(yīng)所述可編程電流而在所述檢測(cè)電阻器上產(chǎn)生，其中所述偏移電壓實(shí)質(zhì)上補(bǔ)償在所述輸出整流器上的電壓降。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述消隱電路包括一blk反相器，用于使所述PWM信號(hào)反相；一blk電容器；一blk晶體管，其中響應(yīng)所述blk晶體管的接通/斷開運(yùn)作而對(duì)所述blk電容器進(jìn)行充電與放電；一blk緩沖器；和一blk電流源，用于對(duì)所述blk電容器充電。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述參考電壓產(chǎn)生器包括一vg運(yùn)算放大器，具有供應(yīng)有一取樣電壓的一正輸入，所述vg運(yùn)算放大器具有一負(fù)輸入和一輸出端子；一第一vg電阻器；一第一vg晶體管，其中所述第一vg晶體管與所述第一vg電阻器和所述vg運(yùn)算放大器耦合以產(chǎn)生一第一vg電流，其中所述第一vg晶體管具有一柵極、一源極和一漏極；一第二vg晶體管，具有一柵極、一源極和一漏極；一第三vg晶體管，其中所述第三vg晶體管和所述第二vg晶體管形成一vg電流鏡，其中所述vg電流鏡經(jīng)由鏡射所述第一vg電流而產(chǎn)生一第二vg電流，其中所述第三vg晶體管具有柵極、源極和漏極；一第二vg電阻器，用于將所述第二vg電流轉(zhuǎn)換為所述功率參考電壓；和一vg電流源，用于限制所述第一vg電流和所述第二vg電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述取樣保持電路包括一第一sh電容器；一第一sh電流源，用于對(duì)所述第一sh電容器充電；一第一sh晶體管，其中響應(yīng)所述第一sh晶體管的接通/斷開運(yùn)作而對(duì)所述第一sh電容器進(jìn)行充電與放電，其中所述第一sh晶體管具有一柵極、一源極和一漏極；一第一sh反相器，具有連接到所述第一sh晶體管的所述漏極的一輸入；一第二sh電容器；一第二sh電流源，用于對(duì)所述第二sh電容器充電；一第二sh晶體管，其中響應(yīng)所述第二sh晶體管的接通/斷開運(yùn)作而對(duì)所述第二sh電容器進(jìn)行充電與放電，其中所述第二sh晶體管具有一柵極、一源極和一漏極，其中所述第二sh晶體管的所述柵極連接到所述第一sh反相器的一輸出；和一第二sh反相器，具有連接到所述第二sh晶體管的所述漏極的一輸入。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述取樣保持電路進(jìn)一步包括一第三sh電容器；一第三sh反相器，具有供應(yīng)有一PWM信號(hào)的一輸入；一sh開關(guān)，具有連接到所述PWM控制器的所述電壓檢測(cè)端子的一輸入，其中所述sh開關(guān)具有連接到所述第三sh電容器的一輸出；和一AND門，具有連接到所述第二sh反相器的一輸出的一第一輸入，所述AND門具有連接到所述第一sh晶體管的所述漏極的一第二輸入，所述AND門具有連接到所述第三sh反相器的一輸出的一第三輸入。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述乘法器包括一第一乘法器輸入端子；一第二乘法器輸入端子；一乘法器輸出端子；一第一mp運(yùn)算放大器，具有連接到所述第一乘法器輸入端子的一負(fù)輸入；一恒流源，連接到所述第一mp運(yùn)算放大器的一正輸入；一第一mp晶體管，具有連接到所述第一mp運(yùn)算放大器的所述正輸入的一漏極，所述第一mp晶體管具有連接到接地參考的一源極；和一第二mp晶體管，具有連接到所述第一mp晶體管的一柵極的一柵極，其中所述第二mp晶體管的所述柵極進(jìn)一步連接到所述第一mp運(yùn)算放大器的一輸出端子，其中所述第二mp晶體管具有連接到所述接地參考的一源極。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于其中所述乘法器進(jìn)一步包括一第三mp晶體管，具有連接到所述第二mp晶體管的一漏極的一漏極，其中所述第三mp晶體管的所述漏極進(jìn)一步連接到所述乘法器的所述乘法器輸出端子，其中所述第三mp晶體管具有供應(yīng)有一供應(yīng)電壓的一源極；一第四mp晶體管，具有供應(yīng)有所述供應(yīng)電壓的一源極，所述第四mp晶體管具有連接到所述第三mp晶體管的一柵極和所述第四mp晶體管的一漏極的一柵極；一第二mp運(yùn)算放大器，具有連接到所述第二乘法器輸入端子的一正輸入；一第五mp晶體管，具有連接到所述第四mp晶體管的所述漏極的一漏極，所述第五mp晶體管具有連接到所述第二mp運(yùn)算放大器的一輸出端子的一柵極，所述第五晶體管具有連接到所述第二mp運(yùn)算放大器的一負(fù)輸入的一源極；和一mp電阻器，連接到所述第五mp晶體管的所述源極。
全文摘要
本發(fā)明展示用于供應(yīng)恒定輸出電壓和恒定輸出電流的功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器。功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的PWM控制器響應(yīng)自變壓器輔助繞組取樣的電壓而產(chǎn)生PWM信號(hào)?？删幊痰碾娏鞑酆蜋z測(cè)電阻器補(bǔ)償輸出整流器的電壓降。低通濾波器集成切換電流電壓為平均電流信號(hào)。衰減器產(chǎn)生自線電壓輸入信號(hào)的輸入電壓信號(hào)。PWM控制器隨著所述輸入電壓信號(hào)而倍增所述平均電流信號(hào)以產(chǎn)生功率控制信號(hào)。誤差放大器比較功率控制信號(hào)與功率參考電壓以產(chǎn)生限制電壓。限制電壓控制自功率模式控制的電源轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)電路傳遞到次級(jí)側(cè)電路的功率。由于功率參考電壓的變化與輸出電壓變化成比例，因此實(shí)現(xiàn)恒定輸出電流。
文檔編號(hào)H02M7/00GK1910808SQ200480039556
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
發(fā)明者楊大勇, 陳秋麟, 林振宇, 洪國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司