TW200814502A - Quasi-resonant control circuit of power supply and control method thereof - Google Patents

Description

200814502 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電源供應器之準諧振控制電路及其 控制方法，尤指功率電晶體與變壓器接點於零電壓準位時 導通’減少功率電晶體開關切換損失者。 【先前技術】 準諧振返驰式交換電源供應器在市面上已普遍被使用 於返馳式交換電源供應器中，以降低導通時產生之開關切 換損失與電磁干擾雜訊。第-圖為f知返秘式準諧振於制 電路圖’稱作RCC (Ring Choke Converter^返馳式電路拓 請參考第-圖，當直流電源以電源開啟後，首先經一 私阻R1提供微小電流缓缓充電使功率電晶體Q1導通，— 次側電流開始流向返馳式變壓器T1、功率電晶體^和 流檢知電P且R10到一次側直流電㈣+的負極。功率恭日體 的截止動作由電晶體Q3所控制，當電晶體⑺基^ 屢達到動作電壓約G.7V時停止功率電晶體Qi 體Q3基極動作電壓是由電壓回授控制電路中之光輛入: υι於-次側端流過電阻R7、R8及電流檢知電阻咖2 的^流訊號與流過—次侧功率電晶體Q1㈣流檢知電阻 ::二=。Φ導通期間二次側因為繞組舆輸二: 極性相反之故，無法傳遞能量龍_ v〇而暫時 5 200814502 將能量儲存於返馳式變㈣T1中。功率電晶體Qi停止導 通後返馳式變㈣T1各繞組極性㈣反轉，二次爆組與 輸出整流二極體D1極性轉變成正向，而儲存於返馳式變、 壓器T1中的能量被釋放到輸出端V0,提供輸出端ν〇ς 需之負載與輸出電容C3之充電電流。返馳式變壓器T1中 的儲存能量釋放完畢時，二次側繞組流向輸出端v〇的電 流截止，輸出電容C3繼續供應電流給輸出端v〇維持所需 之負載電流。返馳式變壓器T1能量釋放完畢瞬間繞組極= 產生反轉，此時返馳式變壓器T1中一次側繞 φ «產生雜_㈣壓呈正錄麵。切率=體= 的洩極(DRAIN)電壓接近〇v時，功率電晶體φ的閘極亦 同時由輔助繞組供應電流經電容C2、電阻R2充電至高電 — 位時開始導通’直到控制截止動作之電晶體Q3基極電壓-到達0.7V時才關閉功率電晶體…此電路的缺點是工作 在輕載時無頻率限㈣路，頻率將自由調變至相當高的工 作頻率而產生車乂面的開關切換損失與因過高頻工作產生之 凡件Uf·生問題’同時亦難以符合greenmQde規範的輸入 功率損耗要求。 弟《—圖為第-圖> U， 、 ㈡知返馳式準諧振控制電路的動作 MUt ’tom為功率電晶體Q1的導通週期波形圖， Q1 IDS為功率電晶體Q1 $極(DRAIN)至源極(SOURCE) 為功率電晶體Q1泡極①RAIN)至 源極(SOURCE)電壓波形圖，vds_)為功率電晶體導’ «的電nE1則為返馳式變壓器T1初極繞組電壓> 6 200814502 的波形圖以及ID為經過二極體D1之電流波形圖。 第二圖為另一習知返4也式準諧振控制電路方塊圖，由 於其電路較為複雜無法將其周邊電路完整晝出，但與第四 圖的周邊電路相同，以下第三圖說明所提的功率電晶體是 外接的開關元件未在圖示中，其位置相對應於第四圖的2 率電晶體Q2,，如第三圖所示，該積體電路為改良之返馳 式準諧振控制電路。其係利用Demag接腳作為輔助繞組端 電壓的偵測輪入端與圖中一比較器1比較產生一導通脈衝 吼號。此導通脈衝訊號輸入至SR正反器2的s輸入端， 迫使控制電路輪出端3的Drv變為高電位使連接於控制電 路輸出端Drv之後的功率電晶體呈導通狀態。該電路截止 控制則由電壓回授控制電路中之光耦合器一次侧端FB接 腳的電流訊號經轉換電路轉換成一電壓訊號與流過一次側 功率電晶體的電流檢知訊號CS相比較，兩訊號利用一比 較器5比較產生截止脈衝訊號輸入至811正反器2的r反 • 向輸入端，迫使控制電路輸出端Drv變為低電位使功率電 晶體呈截止狀態。此外，内部有一固定8us的空白時間 (blanking time)使控制電路6可控制Drv導通於第一個導通 脈衡訊號或往後的導通脈衝訊號。如果第一個導通脈衝訊 號·出現在8us的空白時間之後，則功率電晶體由第一個導 通脈衝訊號控制成導通。否則只有在8us的空白時間之後 的導通脈衝訊號方能有效讓功率電晶體導通。其目的為防 止輕載時頻率調變過高而產生較高的開關切換損失，因為 此空白時間為固定8us值，所以輕載時工作頻率最高將調 7 200814502 變到fs=l/8uS=125KHz才停止頻率μ η L 、 、千上汁’由第二或往後的 ，通脈衝訊號產生時功率電晶體始導通。125如的工作頻 率點的頻率仍有很高的開關切換損失在截止瞬間產生，除 非負載更低到達輸出skip «紅作下方可因部分頻率降 低才減少此-截止瞬_開關切換損失。再參考第三圖所 不，為達成此-準諧振控制電路動作所需， 雜，焚 件數目多，成本較昂貴為其另一缺點。 ’、" 因此，如何發明出一種電源供 、/ π y、應之準諧振控制電路 制方法’以使控觀路簡單及減少功率電晶體開關 刀換時的損失’將是本發明所欲積極探討之處。 【發明内容】 …有鑑於上述習知之缺憾，創作人有感其未漆於完善， 叙驗_軸項產業多年之累積 =進而研發出—種電源供應器之準諧振控制電路及其 才工制方法，以期利用筒# ϋ — 電曰件組成控制電路，使功率 电曰曰體與雙£_點於㈣解 電晶體開__失的目的。 相減 > 功率 制恭腺；5 要目的在提供—觀職應1之準諧振控 電:法’其藉著由簡易電子元件組成的控制 ”电日日體與變壓器接點於零電壓準位時導通， 進而達到減少功率電晶體_切換損失的目的。 、·. 電路本ΐ=之目的係提供一種電源供應器之準_控制 H包括· m變壓器，其具有—初極繞組 200814502

助繞組及一次極縫如 ^ 'C 出該電源供應器：二返細以儲存及轉換輸 組，·一第一時ί ;，一功率電晶體，其連接該初極繞 連接該第一比二，：=·!繞組、振盪電路，其 -電壓回授電路复且古—其連接該振盪電路； 4 口的路，其具有—光_合器， 連接該次極繞組；—電流檢知電阻，其光 …亥功羊電曰曰體，—第三比較器，其連接該 知勺 以及-驅動電路，其連接該第 _ ,， 該功率電晶體；其中’〜辅助植:;二亥弟二比較器及 較哭的i Μ 的電髮小於該第—比 :“的一弟一麥考電壓時，該第一比較器產生 旎，該脈衝訊號與該振盪電路產生一 ° &盡H舌-… 座生的鋸㈣波電壓訊號重 = 第一重疊訊號的電廢大於該 弟m弟二參考電壓時，該第二比較器產生 通訊號’該料訊號經由該驅動電路使該功率電 通’並使該返馳式變壓器儲存能量；當該電屢回 咸 ^該次極繞組的電路輸出端的電壓時，該光電 -電流訊號，該電流訊號與該電流檢知電阻產一〜 ==:第二重叠訊號，當該第二重叠訊二 也i大於該弟二比較斋的一第三參考電壓時，該 斋產生-截止訊號，該截止訊號經由該驅動電^ ^ 電晶體截止，並使該返馳式變壓器㈣存能i輪/功率 本發明之另-目的係提供一種電源供應器: 制電路的控制方法，包含： nt ⑴提供如摘述之該魏供赫、之準諧振控制電路； 9 200814502 (2)當該辅助繞組的電壓小於該第一比較器的一第—參考電 壓日守，使該第一比較器產生一脈衝訊號； ⑶f該脈衝訊號與該缝電路產生的—麵波龍訊號重 S·產生第重璺訊號，當該第一重疊訊號的電壓大於 該第二比較器的-第二參考電壓時，使該第二比較器產 生一導通訊號； ⑷使該導通訊號經由該驅動電路將該辨電晶體導通，並 使該返馳式變壓器儲存能量； ⑸t該麵回授電_知該她繞_電職出端的電壓 4，使該光電耦合器產生一電流訊號； ⑹訊雜該電流檢知電阻產生的—電流檢知訊號 於該第三錄器的-第：^^—重豐減的電壓大 產生-截止訊號4及4 第三比較器 ⑺該驅動電路將該功率電晶體截止，並 使該返馳式親轉能量輪出。 藉此，利用簡易電子元件钽 體與變壓器接點於零電壓準位日制電路，使功率電晶 體開關切換損失。 作通’進而減少功率電晶 【實施方式】 為使貴審查委員充分瞭解 效，兹藉由下述具體之實施例，並^之目的、特徵及功 發明做一 詳細說:月，說並配合所附之圖式’對本 200814502 ^第四圖為本發明之較佳具體實施例之電源供應器之準 二振&希]黾路圖，如圖所示，此準諧振控制電路由電源電 壓接卿供應控制所需之電壓，此準諧振控制電路包含 一欠壓保護電路 UVLO ( UNDER VOLRAGE LOCKOUT )， 以確保由起動電阻R1充電至電容C2,電源電壓vcc有足 夠電壓時才開始有輸出，防止電路工作異常損壞元件。一 包壓偵測接聊DEM，負責偵測出辅助繞組端電壓波形之波 • 合位置，電阻R8可調整偵測接腳DEM電壓。經由第—比 較斋7，若辅助繞組的電壓小於第一比較器的第一參考電 壓VREF1則產生一脈衝訊號，電阻R8使脈衝訊號與輔助 繞組屯壓波形之波谷同步。此脈衝訊號與振盪器產生之鋸 會波電壓訊號重疊產生一第一重疊訊號，其再與第二比較 器8=第二參考電壓VREF2比較。若第一重疊訊號的電^ 大於第二比較器8的第二參考電壓VREF2則產生一導通气 號，導通訊號與鋸齒波電壓訊號波形之波峰同步，導通訊 • 號經驅動電路（DRIVER CIRCUIT)使功率電晶體Q2，導 通。直流電源B+提供電流流經返馳式變壓器T1的初極繞 組、功率電晶體Q2’、電流檢知電阻R7,回到一次側直流電 源B+的負極（一次側接地端），返馳式變壓器τι儲存能量。 當該電壓回授電路感知該次極繞組的電路輪出端v〇的電 壓時，電壓回授控制電路中之光耦合器一次側端fb = 腳的電流訊號，與電流檢知電阻尺7，經電阻115、116產生的 電流檢知訊號重疊產生一第二重疊訊號，若第二重疊訊號 A 的電壓經第三比較器9比較後大於第三參考電壓 11 200814502 則產生一截止訊號到驅動恭 動电路將功率電晶體Q2,截止，並 使該返馳式變壓器的儲存 千g ^ 仔犯1輪出。振盪器產生之鋸齒波 電壓訊號可透過電阻信$ + _ 1_電谷值自由調整鋸齒波電壓斜 率，控制第一脈衝訊轳Φ ?日士 就出現時是否產生導通訊號，或延後 至往後的脈衝㈣出現時才產生導通訊號，以防止輕載時 頻率調變過高而產缝高的_切換損失。 第五圖為第四圖之本發明之較佳具體實施例之電源供 應裔之準谐振控制電路的動作波形圖，請參考第五圖，脈 衝.K號(PULSE SIGNAL)由>f貞測出輔助繞組端電壓波形· (VDS/VAUX)之波谷位置取得，導通訊號(〇N SK}nal)於第 一重豐吼5虎咼於第二參考電壓VREF2時產生。截止訊號 (OFF SIGNAL)則由電壓回授控制電路中之光搞合器仍於 -人侧端產生的電流訊號與流過一次侧功率電晶體q2，的 電流檢知訊號重疊與第三參考電壓VREF3比較時產生。第 五圖下方顯示輕負載導通落在第二個波谷，與上方高負載 導通落在第一個波谷有所不同。 第六圖為本發明之另一較佳具體實施例之電源供應器 之準諧振控制電路圖。其將第四圖中之比較器分別以電晶 體代替’第一、三參考電壓則利用電晶體基極動作電壓約 0.7V取代，第二參考電壓則利用兩個或以上的電阻分壓取 代，完成本發明之電源供應器之準諧振控制電路。 第七圖為本發明之較佳具體實施例之電源供應器之準 白振控制龟路的控制方法流程圖。配合第四圖，其中該方 法包括以下步驟： 12 200814502 (1)提供如第四圖所示之電源供應器之準諧振控制電 路； (2) 當辅助繞組的電壓小於第一比較器7的第一參考 電壓時，使第一比較器7產生一脈衝訊號；

(3) 使脈衝訊號與振盪電路產生的鋸齒波電壓訊號重 $產生一第一重豐訊號，當第一重疊訊號的電壓大 於等於第二比較8的第二參考電壓時，使第二比 較器8產生一導通訊號； (4)使導通訊號經由驅動電路將功率電晶體，導通， 並使返驰式變壓器T1儲存能量； (5)當電壓回授電路感知該次極繞_電路輸出端v〇 的電壓時，使光箱合器m產生一電流訊號； ⑹使電流減與電流檢知電麵的電流檢知訊 號重疊產生第二重疊訊號’當第二重疊訊號的電壓 =於弟二比較器？的第三參考電壓時，使第三比較 器9產生一截止訊號；以及 ⑺使截止訊號經*軸電路將功率電晶止， 並使返龍nT1的儲魏量輪^ 步性完全符合專利三要件:新穎性、進 ^生和產t上的可個性。叫魏和進 月係利用簡易電子元件喊控制 ，本餐 髮器接點於零電壓準位時導通 ；^電晶體與變 開關切換損失的目…業上的少功率電晶體 發明所衍生的產品，當可充：言’利用本 刀滿足目珂市場的需求。 200814502 本發明在上j + = + 術者應理解的3中已以較佳實施例揭露，㈣f本項技 讀為限制样=奸施例伽於财本發明’而不應解 效之變化盘m乾圍。應注意的是，舉凡與該實施例等 太旅日日、、均應設為涵蓋於本發明之範疇内。因此， 本舍明之保護範窗# 维。 阁§以下文之申請專利範圍所界定者為 【圖式簡單說明】 I —圖為白知返馳式準諧振控制電路圖。 弟一圖為第一 _ + 形圖。 固之省知返馳式準諧振控制電路的動作滋 第三圖為另一習 弟四圖為本發日月 振控制電路圖。 第五圖為第四_ 器之準諧振控制電 知返馳式準諧振控制電路方塊圖。 之車父佳具體實施例之電源供應器之準諧 之本發明之較佳具體實施例之電源供應 路的動作波形圖。 第六圖為本發明之另 準諧振控制電路圖。 一較佳具體實施例之電源供應器之 第七圖為本發明之較佳具體實施例之電源供應器之準譜 振控制電路的控制方法流程圖。 巧 【主要元件符號說明】

Rl、R2、R5、R6、R7、R8 電阻 Q1功率電晶體 14 200814502 τι返驰式變壓器 R7 ’電流檢知電阻 R10電流檢知電阻 Β+直流電源 Q2、Q3電晶體 Q2’功率電晶體 U1光耦合器 D1二極體 VO輸出端 C2、C3、C5 電容 1比較器 2 SR正反器 3輸出端 5比較器 6控制電路 7、8、9比較器 VCC電源電壓 UVLO欠壓保護電路 DEM電壓偵測接腳 VERF1第一參考電壓 VERF2第二參考電壓 VERF3第三參考電壓 DRIVER CIRCUIT 驅動電路 FB電壓回授端 15 200814502 (1)-(7)步驟

Claims (1)

1. 200814502 十、申請專利範圍： !·種包源供應器之準諧振控制電路，包括： 一返馳式變壓器，其具有一初極繞組、一輔助繞組 及一次極繞組，該返馳式變壓器用以儲存及轉換輸出該 電源供應器之能量； —功率電晶體，其連接該初級繞組； 一第一比較器，其連接該辅助繞組； 一振盪電路，其連接該第一比較器； 一第二比較器，其連接該振盪電路； ^ 一電壓回授電路，其具有一光耦合器，該電壓回授 電路連接該次極電路輸出端； 電流檢知電阻，其連接該光電耦合器與該功率電 晶體； 第二比較器，其連接該電流檢知電阻；以及 一驅動電路，其連接該第二比較器、該第三比較器 及該功率電晶體； ^其中，當該辅助繞組的電壓小於該第一比較器的一 第參考電壓時，該第一比較器產生一脈衝訊號，該脈 ===與該振盪電路產生的一鋸齒波電壓訊號重疊產生 第重宜汛號，當該第一重疊訊號的電壓大於該第二 比較器的一第二參考電壓時，該第二比較器產生一導通 几唬忒導通訊號經由該驅動電路使該功率電晶體導 通，並使該返馳式變壓器儲存能量；當該電壓回授電路 感知該次極繞組的電路輪出端的電壓時，該光賴合器 17 200814502 產生一電流訊號，該電流訊號與該電流檢知電阻產生的 % W心知戒號重豐產生一弟一重疊訊號，當兮第一重 疊訊號的電壓大於該第三比較器的一第三參^電壓， ^弟三比較器產生-截止訊號，該截止訊號經由該驅動 電路使該功率電晶體截止，並使該返馳式變壓器的儲存 能量輸出。 w 2·如申請專利範圍第1項所述之電源供應器之準諧振控制 %路，其中，該鑛齒波電壓訊號之斜率可由一電阻值戋 一電容值調整，以設定頻率調變時之最高工作頻率值: 3.=申請專利範圍第i項所述之電源供應器之準譜振控制 兒路，其中，該脈衝訊號與該輔助繞組電壓波形之波谷 同步。 y 4 。 4·2申請專利範圍第1項所述之電源供應器之準諧振控制 屯路，其中，該導通訊號與s亥鑛齒波電壓訊號波形之波 峰同步。 5·=申請專利範圍第3項所述之電源供應器之準諧振控制 電路更包含-電阻，其使該脈衝訊號與該輔助繞組電壓 波形之波谷同步。 6·如申請專利範圍第丨項所述之電源供應器之準諧振控制 電路更包含-欠壓保護電路’其防止電路作動異常損壞 電子元件。 、 7·^申請專利範圍第1項所述之電源供應器之準諧振控制 電路，其中，該第一比較器由至少一電晶體構成。 8.如申請專利範圍第丨項所述之電源供應器之準謂振控制 18 200814502 =’其中該第二比較器由至少一電 9. 如申請專利範圍第〗項所 成 雷政甘士 - 你仏應斋之準諧振控制 、、中该弟二比較器由至少—電晶體構 10. —種電源供應器之準諧振 n、如 千自派路的控制方法，包含·· 0)獒供如申請專利範圍第丨項所 、 〇 準諧振控制電路； Μ $源供應器之 ⑵當該辅助繞組的電Μ小於該第_比較電一 麥考電壓時’使該第-比較電路產生—脈衝 ⑶使該脈衝職與該龍電路產生的—電= 號重疊產生一第一重Α邙跋私斗外 4 ^ ㈣士 當該第—重疊訊號的 電t於该弟二比較電路的—第二參考電壓時，使 該第二比較電路產生一導通訊號； (4)使該導通訊號經由該驅動電路將該功率電晶體導 通，並使該返馳式變壓器儲存能量； ⑸田^壓回授電路感知該次極繞組的電路輸出端的 電壓時，使該光輕合器產生1流訊號； (6)使該電流訊號與該電流檢知電阻產生的—電流檢知 訊號重疊產生-第二重疊喊，當該第二重疊訊號 的電壓大於該第三比較電路的—第三參考電壓時， 使該第三比㈣路產生1止訊號；以及 ⑺使誠止訊龍㈣驅動電路將該功率電晶體截 止，並使該返驰式變壓器的儲存能量輸出。 19