TWI381617B - 功率轉換器及其控制器 - Google Patents

Description

功率轉換器及其控制器

本發明係關於一種功率轉換系統，特別是一種用於控制功率轉換系統的控制器。

切換模式的功率轉換器(例如，直流/直流功率轉換器)可將一輸入電壓轉換至另一不同的輸出電壓。切換模式的功率轉換器包括一開關，將一能量儲存元件耦接至一電源，或將能量儲存元件與電源解耦接。功率轉換器包括耦接於開關的控制器，週期性地導通和斷開開關。能量儲存元件可為磁性之儲存元件(例如，電感、變壓器)或電場性之儲存元件(例如，電容)。透過調整開關的責任週期，可控制傳輸至功率轉換器的能量。

一般而言，功率轉換器(例如，降壓轉換器)中的控制器係以一種定頻模式或一種斷開時間恆定模式週期性地控制開關的導通和斷開。然而，當轉換器的輸入電壓在一相對較寬的範圍內變化時，例如，85伏~265伏，則降壓轉換器可能無法正確地控制負載電流。此外，對於降壓轉換器或返馳式轉換器而言，當輸入電壓相對較高時，以定頻模式或斷開時間恆定模式控制開關的導通和斷開，可能導致較大的開關功率損失，並使開關溫度升高。

本發明的目的為提供一種控制一功率轉換器的控制 器，包括：一第一比較器，比較指示流經該功率轉換器之一能量儲存元件之一輸出電流之一第一感應信號與一第一臨限值，並產生一第一比較信號；一第二比較器，比較指示該輸出電流的一第二感應信號與一第二臨限值，並產生一第二比較信號；以及一控制單元，耦接至該第一比較器和該第二比較器，並根據該第一比較信號和該第二比較信號以導通和斷開該功率轉換器的一開關，其中，當該開關導通時，該能量儲存元件與一電源耦接，儲存來自該電源的一能量，且其中，當該開關斷開時，該能量儲存元件與該電源解耦接，以將所儲存的該能量釋放給一負載。

本發明還提供了一種控制一功率轉換器的控制器，包括：一輸入引腳，接收與該功率轉換器耦接的一電源的一輸入電壓；一第一感應引腳，耦接至該功率轉換器的一能量儲存元件，其中，該控制器透過感應該輸入引腳和該第一感應引腳之間的一信號差，接收指示流經該能量儲存元件的一輸出電流的一第一感應信號；一第二感應引腳，接收指示該輸出電流的一第二感應信號；以及一控制引腳，產生一控制信號至耦接至該能量儲存元件的一開關，以導通和斷開該開關，其中，該控制器比較該第一感應信號與一第一臨限值，並產生一第一比較信號，且其中，該控制器比較該第二感應信號與一第二臨限值，並產生一第二比較信號，且該比較器根據該第一比較信號和該第二比較信號，產生該控制信號，並透過該控制引腳將該控制信號發送至該開關。

本發明還提供了一種功率轉換器，包括：一能量儲存 元件，儲存來自一電源的一能量，並將所儲存的該能量釋放至一負載；一開關，耦接該能量儲存元件至該電源以及解耦接該能量儲存元件與該電源；以及一控制器，根據流經該能量儲存元件的一輸出電流以導通和斷開該開關，以控制該輸出電流於一預設範圍內，其中，如果該輸出電流降低至小於一第一電流臨限值，則該控制器導通該開關，以耦接該能量儲存元件至該電源，如果該輸出電流增加至大於一第二電流臨限值，則該控制器斷開該開關，以解耦接該能量儲存元件與該電源。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

根據本發明的實施例，本發明提供了一種功率轉換器和控制功率轉換器的控制器。控制器根據流經轉換器中的能量儲存元件(例如，電感或變壓器)的電流控制轉換器中 的開關。在一實施例中，如果流經能量儲存元件的電流降至一第一臨限值，則控制器導通開關進而將能量儲存元件耦接至電源。如果流經能量儲存元件的電流增大至一大於第一臨限值的第二臨限值，則控制器斷開開關進而解耦接能量儲存元件與電源。進而以邊界傳導(boundary conduction)模式控制流經能量儲存元件的電流，例如，流經能量儲存元件的電流處於一預設範圍中，或處於至少兩個預設邊界的範圍內。有利之處在於，即使輸入電壓在一相對較寬的範圍內變化，例如，85伏~265伏，流經由轉換器供電的負載的電流幾乎等於流經能量儲存元件的電流平均值，可保持恆定不變。

圖1所示為根據本發明一實施例轉換器100(例如，降壓轉換器)示意圖。轉換器100包括一能量儲存元件，用以儲存來自一電源之能量並將所儲存之能量釋放給一負載124。在圖1所示的範例中，能量儲存元件包括一電感110。電阻122、電感110、負載124、開關114和電阻126串聯耦接於電源和地之間。二極體112與電阻122、電感110和負載124並聯耦接。電容118與負載124並聯耦接，用於濾除從電感110流向負載124的輸出電流I_OUT上的漣波。因此，流經負載124的電流I_L為一直流電流。開關114將電感110電性耦接至電源，或將電感110與電源解耦接。當開關114被導通時，輸出電流I_OUT即可從電源經由電感110、開關114和電阻126流至負載124。能量可暫時儲存於電感110中。當開關114被斷開時，儲存於電感110中的能量可被釋放給負載124。流經負載124 的電流I_L因此具有與輸出電流I_OUT的平均位準相等之位準。

轉換器100還包括耦接至開關114的控制器116，控制開關114以調節輸出電流I_OUT，進而保持流經負載124的電流I_L基本上恆定。在一實施例中，控制器116係為一具有引腳ZCD、CS、VDD、DRV、COMP、和GND的積體電路。引腳ZCD耦接至電阻122和電感110。輸入電壓V_IN透過引腳VDD提供給控制器116。在圖1之範例中，控制器116透過感應一表示引腳VDD處的輸入電壓V_IN和引腳ZCD處的電壓V_ZCD之間的電壓差之感應信號V_IN-ZCD，進而監控流經電感110的輸出電流I_OUT。耦接至引腳COMP的電壓源120提供一電壓臨限值V_THR2給控制器116。引腳CS耦接至開關114和電阻126。控制器116透過在引腳CS處感應指示電阻126上的電壓V₁₂₆的感應信號V_CS，進而監控流經電感110的輸出電流I_OUT。引腳DRV耦接至開關114。控制器116產生一控制信號S_SW並經由引腳DRV輸出至開關114，進而控制開關114。在一實施例中，控制器116產生一處於第一狀態的控制信號S_SW以導通開關114，並產生一處於一第二狀態的控制信號S_SW以斷開開關114。引腳GND耦接至地。

在操作中，如果引腳VDD處的輸入電壓V_IN高於一啟動電壓(例如，13伏)，則控制器116開始工作。否則，控制器116被除能，且斷開開關114。如果控制器116被致能，控制器116產生處於第一狀態的控制信號S_SW，並透過引腳DRV導通開關114。電感110耦接至輸入電壓V_IN。因此，從電源經由電阻126流向負載124的輸出電流I_OUT即可由零逐漸增大，導致電壓V₁₂₆逐漸增加。能量被暫時儲存於 電感110中。

當開關114被導通時，由於電感110的磁滯現象，電阻122上的電壓不隨輸出電流I_OUT同時變化。因此，控制器116可透過在引腳CS處感應一表示電阻126上的電壓V₁₂₆的感應信號V_CS，進而監控輸出電流I_OUT。當感應信號V_CS高於電壓臨限值V_THR2時，即表示流經電感110的輸出電流I_OUT大於一電流臨限值I_THR2，則控制器116產生一處於第二狀態的控制信號S_SW，並透過引腳DRV斷開開關114。電感110則與電源解耦接。因此，儲存於電感110中的能量將從電感110釋放至負載124。輸出電流I_OUT從電感110經由二極體112和電阻122流向負載124，並逐漸減小至零。

當開關114被斷開時，控制器116透過感應一表示引腳VDD處的輸入電壓V_IN和引腳ZCD處的電壓V_ZCD之間的電壓差的感應信號V_IN-ZCD，進而監控輸出電流I_OUT。當感應信號V_IN-ZCD降低至低於一電壓臨限值V_THR1(例如，0.1伏)時，即表示流經電感110的輸出電流I_OUT降低至低於一電流臨限值I_THR1(例如，幾乎為零)，則控制器116產生一處於第一狀態的控制信號S_SW，並透過引腳DRV導通開關114。輸出電流I_OUT從電源經由開關114以及電阻126流向負載124，並逐漸增加，且導致電壓V₁₂₆的增加。在此所使用的用語“幾乎為零”表示由於當開關114斷開時流經電感110的漣波電流很小且可忽略不計，故輸出電流I_OUT可視為減小至零。

圖2所示為根據本發明一實施例由圖1中所示之轉換 器100所產生的輸出電流I_OUT和負載電流I_L的波形圖。圖2將結合圖1進行描述。如圖2所示，輸出電流I_OUT在開關114導通之SW_ON期間週期性地從零增大到一最大值I_MAX，並在開關114斷開之SW_OFF期間週期性地從最大值I_MAX減小至幾乎為零。在SW_ON和SW_OFF期間，電流I_L幾乎保持恆定不變。因此，輸出電流I_OUT可被控制於一預設範圍內，例如，在一最小值(例如，零)和最大值I_MAX之間。最大值I_MAX可由方程式(1)得之：I _MAX =V _126(MAX)/R ₁₂₆=V _THR1/R ₁₂₆ (1)

其中，R₁₂₆表示電阻126的阻值。

輸出電流I_OUT的平均值I_AVG與流經負載124之電流I_L幾乎相等，可由方程式(2)得之：I _AVG =I _L =0.5*I _MAX =0.5*(V _THR1/R ₁₂₆) (2)

有利之處在於，根據流經電感110的輸出電流I_OUT控制開關114的導通和斷開狀態，輸出電流I_OUT可被控制在預設範圍之內。由此，根據方程式(2)，即使輸入電壓在一相對較寬的範圍內變化(例如，85伏~265伏)，流經負載124的電流I_L可基本上保持恆定。此外，當開關114導通時，由於流經開關114的輸出電流I_OUT幾乎為零，開關114上的壓降亦幾乎為零。因此，可實現準零電壓(quasi-zero voltage)開關。因此，可減少開關114之能量損耗以及降低開關114之溫度。

圖3所示為根據本發明一實施例圖1中所示之控制器116示意圖。圖3將結合圖1進行描述。在一實施例中，控制器116控制一直流/直流轉換器，例如，降壓轉換器。 然而，本發明並非僅限於此，控制器116也可用於其他類型的轉換器，例如，交流/直流轉換器或直流/交流轉換器。

在控制器116中，引腳VDD處的電壓V_IN經由一欠壓鎖定(lockout)單元308輸入至一參考和偏置(bias)單元310中。若電壓V_IN高於一啟動電壓(例如，13V)，則參考和偏置單元310產生一工作電壓(例如，5V)至控制器116的功能單元，例如，電流檢測器302、控制單元304、以及比較器306。因此，控制器116被致能。若電壓V_IN小於啟動電壓，則欠壓鎖定單元308鎖住電壓V_IN，進而除能參考和偏置單元310。因此，控制器116被除能。

電流檢測器302透過感應一表示引腳VDD處的電壓V_IN和引腳ZCD處的電壓V_ZCD之間的電壓差的感應信號V_IN-ZCD，檢測流經電感110的輸出電流I_OUT。在圖3所示的範例中，電流檢測器302包括一放大器314，接收引腳ZCD處的電壓V_ZCD和引腳VDD處的輸入電壓V_IN，並產生一表示電壓V_IN和電壓V_ZCD間的電壓差的感應信號V_IN-ZCD。電壓V_IN和電壓V_ZCD間的電壓差係與輸出電流I_OUT正比。電流檢測器302還包括一比較器312，比較感應信號V_IN-ZCD與一電壓臨限值V_THR1，當感應信號V_IN-ZCD低於電壓臨限值V_THR1時，比較器312產生一信號S_MIN(例如，具有低電位)。

在一實施例中，當感應信號V_IN-ZCD降低至低於電壓臨限值V_THR1時，表示輸出電流I_OUT小於一電流臨限值I_THR1，則比較器312產生信號S_MIN給控制單元304。為回應信號S_MIN，控制單元304產生一處於第一狀態之控制信號S_SW，以透過引腳DRV導通開關114。

比較器306透過感應一表示電阻126上之電壓V126之感應信號V_CS，進而檢測流經電感110的輸出電流I_OUT。在一實施例中，比較器306比較感應信號V_CS與電壓臨限值V_THR2，若感應信號V_CS增加至大於電壓臨限值V_THR2，則比較器306產生一信號S_MAX(例如，具有高電位)。電壓臨限值V_THR2係由電壓源(例如，電壓源120)經由引腳COMP所提供。為回應信號S_MAX，控制單元304產生處於第二狀態的控制信號S_SW，以透過引腳DRV斷開開關114。

圖4所示為根據本發明另一實施例轉換器400(例如，返馳式轉換器)示意圖。轉換器400包含一能量儲存元件，其儲存來自一電源之能量，並將所儲存之能量釋放至一負載424。在一實施例中，能量儲存元件可為具有主要線圈404和次要線圈410的變壓器T₃。主要線圈404、開關414和電阻426串聯耦接於電源和地之間。二極體412、負載424和電阻402串聯耦接至次要線圈410。電容418並聯耦接至負載424和電阻402，用於濾除從次要線圈410流向負載424和電阻402的輸出電流I_OUT2的漣波。因此，流經負載424和電阻402的電流I_L為一直流電流。

在一實施例中，當開關414導通時，主要線圈404耦接至電源。因此，能量可被累積在變壓器T₃中。由於次要線圈410上的電壓為負電壓，因此二極體412被反向偏置。因此，沒有電流流過負載424。當開關414被斷開時，主要線圈404與電源解耦接。在這種情況下，次要線圈410上的電壓變為一正電壓。因此，二極體412被正向偏置。由此，儲存於變壓器T₃中的能量將從次要線圈410轉移至 負載424。輸出電流I_OUT2經由次要線圈410和二極體412流向負載424。流經負載424和電阻402的電流I_L因此具有與輸出電流I_OUT2的平均值相同之位準。

轉換器400還包括耦接至開關414的控制器416，控制開關414進而調節輸出電流I_OUT2以保持流經負載424的電流I_L基本上恆定。在一實施例中，控制器416係為一具有引腳ZCD、CS、VDD、DRV、COMP、和GND的積體電路。引腳VDD透過一電阻428耦接至電源。引腳GND耦接至地。引腳DRV耦接至開關414。控制器416經過引腳DRV控制開關414。在一實施例中，控制器416產生一處於一第一狀態之控制信號S_SW，以透過引腳DRV導通開關414，控制器416並產生處於一第二狀態之控制信號S_SW，已透過引腳DRV斷開開關414。此外，引腳ZCD透過電阻422耦接至次要線圈410和二極體412。控制器416透過在引腳ZCD處感應一表示次要線圈410上之一輸出電壓VOUT之感應信號V_ZCD，進而監控流經變壓器T₃的次要線圈410的輸出電流I_OUT2。

此外，引腳CS耦接至開關414和電阻426。在引腳CS處感應到的感應信號V_CS表示電阻426上的電壓V₄₂₆。控制器416透過在引腳CS處感應此感應信號V_CS，進而監控流經變壓器T₃的主要線圈404的輸出電流I_OUT1。引腳COMP耦接至負載424和電阻402，以監測指示負載電流I_L的電阻402上的電壓V₄₀₂。控制器416基於在引腳COMP處所感應到之電壓V₄₀₂產生一電壓臨限值V_THR2。更確切地說，若電壓V₄₀₂增加至高於一預設值V_PRE(例如，0.25V)，則電壓 臨限值V_THR2相應地減小。若電壓V₄₀₂降低至低於預設值V_PRE，則電壓臨限值V_THR2相應地增大。若電壓V₄₀₂幾乎為零，則電壓臨限值V_THR2可增加至一預設最大值V_MAX，例如，3.5V。換言之，可根據電壓V₄₀₂和預設值V_PRE的比較結果調整電壓臨限值V_THR2。在一實施例中，預設值V_PRE可由使用者自行設定。如上所述，電壓V₄₀₂與電流I_L成正比。因此，可根據負載電流I_L與一預設電流I_PRE的比較結果調整電壓臨限值V_THR2。

當一輸入電壓被提供至轉換器400，若引腳VDD處的電壓V_VDD大於一啟動電壓(例如，13伏)，則控制器416被致能。反之，控制器416被除能且開關414被斷開。當控制器416被致能時，控制器416可透過引腳DRV導通開關414。主要線圈404耦接至電源。因此，流經主要線圈404、開關414以及電阻426之輸出電流I_OUT1可從零逐漸增加，且電阻426上之跨壓V₄₂₆亦可從零逐漸增加。能量因此可累積在變壓器T₃中且沒有電流流過負載424。

由於啟動時，電阻402上的電壓V₄₀₂為零，則電壓臨限值V_THR2為預設最大值V_MAX。控制器416透過感應引腳CS處之感應信號V_CS進而監控輸出電流I_OUT1。若代表電壓V₄₂₆之感應信號VCS增加至大於電壓臨限值V_THR2，則表示輸出電流I_OUT1增加至高於電流臨限值I_THR1，則控制器416產生處於第二狀態的控制信號S_SW，以透過引腳DRV斷開開關414。因此，主要線圈404與電源解耦接。儲存於變壓器T3中的能量被傳送至負載424。從次要線圈410經由二極體412流向負載424和電阻402的輸出電流I_OUT2將增大至 一最大值，並且之後將逐漸減小至一最小值，例如，幾乎為零。

當開關414斷開時，控制器416透過感應在引腳ZCD處的感應信號V_ZCD進而監控輸出電流I_OUT2。若感應信號V_ZCD降低至低於電壓臨限值V_THR1，則表示輸出電流I_OUT2降低至低於電流臨限值I_THR2，則控制器416V處產生處於第一狀態的控制信號S_SW以透過引腳DRV導通開關414。主要線圈404耦接至電源。因此，流經主要線圈404的輸出電流I_OUT1逐漸從零增加。此外，當開關414導通時，次要線圈410上的電壓逐漸下降至一最小值，例如，幾乎為零。類似的，主要線圈404上的電壓V₄₀₄也降至最小值。因此，幾乎等於V_IN加上V₄₀₄之和的開關414的汲極電壓亦可降至最小值。因此，可降低開關414之功耗以及溫度。

在操作過程中，如果電壓V₄₀₂增加至高於預設值V_PRE，則電壓臨限值V_THR2相應地減小。因此，引腳CS處的感應信號V_CS的最大值也隨之減小，進而導致儲存於變壓器T₃中的能量減少。因此，流經負載424和電阻402的電流I_L也隨之減小，進而導致電壓V₄₀₂的降低。如果電壓V₄₀₂降低至低於預設值V_PRE，則電壓臨限值V_THR2相應地增大。因此，引腳CS處的感應信號V_CS的最大值也隨之增大，進而導致儲存於變壓器T₃中的能量增加。因此，流經負載424和電阻402的電流I_L也隨之增大，進而導致電壓V₄₀₂的增加。

圖5所示為根據本發明一實施例由轉換器400所產生的電流，例如，流經主要線圈404的輸出電流I_OUT1、流經次要線圈410的輸出電流I_OUT2、以及流經負載424的電流 I_L波形圖。

如圖5所示，在開關414導通之SW_ON期間，輸出電流I_OUT1由零逐漸增大至一最大值。在開關414斷開之SW_OFF期間，輸出電流I_OUT1幾乎降為零且保持不變。在開關414導通之SW_ON期間，輸出電流I_OUT2保持零值不變。在開關414斷開之SW_OFF期間，輸出電流I_OUT2從最大值逐漸減小至幾乎為零。在SW_ON和SW_OFF期間，電流I_L基本保持不變。由於電壓V₄₀₂可被控制於預設值V_PRE附近，因此電流I_L可被控制於平均值I_AVG附近，可由方程式(3)得之：I _AVG =V _PRE /R ₄₀₂ (3)

其中，R₄₀₂表示電阻402的阻值。

有利之處在於，轉換器400可以將輸出電流I_OUT2控制在一預設範圍內。根據方程式(3)，即使輸入電壓在一個較寬的範圍內變化，例如，85伏~265伏，流經負載424的電流I_L可基本保持恆定。此外，可透過調整電阻402的阻值調節電流I_L的大小。與圖1中的轉換器100相似，當開關414導通時，開關414的汲極電壓降低至最小值。因此，可降低開關414的功耗和溫度。

圖6所示為根據本發明一實施例於圖4中所示之控制器416示意圖。與圖3中具有相同元件符號之元件具有相似的功能，在此不再贅述。圖6將結合圖3和圖4進行描述。在一實施例中，控制器416控制一直流/直流轉換器。然而，本發明不以此為限，控制器416也可控制其它類型的轉換器，例如，交流/直流轉換器或直流/交流轉換器。

在圖6所示的範例中，控制器416包括耦接至引腳ZCD的電流檢測器602，透過感應引腳ZCD處的感應信號V_ZCD，進而監控輸出電流I_OUT2。在一實施例中，若感應信號V_ZCD下降至低於電壓臨限值V_THR1，則電流檢測器602被負沿(falling edge)觸發。之後，電流檢測器602產生一信號S_MIN(例如，具有低電位)至控制單元304。為回應信號S_MIN，控制單元304透過引腳DRV導通開關414。

控制器416還包括一誤差放大器630，比較引腳COMP處的電壓V₄₀₂與一預設值V_PRE，並根據比較結果產生一電壓臨限值V_THR2。若電壓V₄₀₂增加至大於預設值V_PRE，則電壓臨限值V_THR2相應地減小。若電壓V₄₀₂降低至小於預設值V_PRE，則電壓臨限值V_THR2相應地增大。若電壓V402幾乎為零，則電壓臨限值V_THR2增加至一預設最大值V_MAX，例如3.5伏。換言之，可根據電壓V₄₀₂與預設值V_PRE的比較結果調整電壓臨限值V_THR2。在一實施例中，預設值V_PRE可由使用者自行設定。比較器306比較引腳CS處的感應信號V_CS與電壓臨限值V_THR2，當感應信號V_CS增加至大於電壓臨限值V_THR2時，比較器306產生一信號S_MAX(例如，具有高電位)。為回應信號S_MAX，控制單元304斷開開關414。

圖7所示為根據本發明一實施例轉換器(例如，圖1中所示之轉換器100)操作流程圖700。圖7將結合圖1和圖3進行描述。

在步驟702中，轉換器100啟動。在步驟704中，如果提供給控制器116的電壓V_IN高於一啟動電壓V_S(例如，13伏)，則控制器116中的參考和偏置單元310產生一工 作電壓(例如，5V)至控制器116中的功能單元，例如電流檢測器302、控制單元304和比較器306。因此，在步驟706中，控制器116開始工作。如果電壓V_IN小於啟動電壓V_S，則在步驟708中，控制器116被除能。

在步驟710中，如果表示引腳VDD處的輸入電壓V_IN和引腳ZCD處的電壓V_ZCD之間的電壓差的感應信號V_IN-ZCD不小於電壓臨限值V_THR1(例如，0.1V)，則開關114保持斷開狀態。一旦感應信號V_IN-ZCD小於電壓臨限值V_THR1，則電流檢測器302產生一信號S_MIN(例如，具有低電位)至控制器116中的控制單元304。輸入電壓V_IN和電壓V_ZCD之間的電壓差係正比於輸出電流I_OUT。在步驟712中，為回應信號S_MIN，控制單元304透過引腳DRV導通開關114。之後輸出電流I_OUT從零逐步增大。

在步驟714中，如果引腳CS處的感應信號V_CS不高於電壓臨限值V_THR2，則開關114保持導通。一旦引腳CS處的感應信號V_CS高於電壓臨限值V_THR2，則比較器306產生一信號S_MAX(例如，具有高電位)至控制單元304。感應信號V_CS係與輸出電流I_OUT成正比。在步驟716中，為回應信號S_MAX，控制單元304透過引腳DRV斷開開關114。之後輸出電流I_OUT逐步從一最大值降低至零。當開關114在步驟716中斷開後，流程圖700返回至步驟710。

因此，由電感110流向負載124的輸出電流I_OUT週期性地從零增加至一最大值I_MAX，並從最大值I_MAX降低至零。因此，輸出電流I_OUT可被控制於一預設範圍內。有利之處在於，即使輸入電壓在一相對較寬之範圍內變動，例如， 85伏~265伏，流經負載124之電流I_L仍可基本上抱持恆定。

圖8所示為根據本發明另一實施例之轉換器(例如，圖4中所示之轉換器400)操作流程圖800。圖8將結合圖4和圖6進行描述。

在步驟802中，轉換器400啟動。在步驟804中，如果提供給控制器416的電壓V_VDD高於一啟動電壓V_S(例如，13V)，則控制器416中的參考和偏置單元310產生一工作電壓(例如，5V)至控制器416中的功能單元，例如電流檢測器602、控制單元304、誤差放大器630和比較器306。因此，在步驟806中，控制器416被致能開始工作。如果電壓V_VDD小於啟動電壓V_S，則在步驟808中，控制器416被除能。

在步驟810中，如果引腳ZCD處的感應信號V_ZCD不小於電壓臨限值V_THR1(例如，0.1V)，則開關414保持斷開。在一實施例中，一旦感應信號V_ZCD降低至小於電壓臨限值V_THR1，即表示輸出電流I_OUT2降低至小於電流臨限值I_THR2，則電流檢測器602產生一信號S_MIN(例如，具有低電位)至控制單元304。在步驟812中，為回應控制信號S_MIN，在步驟812中，控制單元304透過引腳DRV導通開關414。之後，流經主要線圈404的輸出電流I_OUT1從零逐漸增大。由於次要線圈410上的電壓為一負電壓，二極體412被反向偏置。因此，沒有電流從次要線圈410流向負載424。

在步驟814中，誤差放大器630比較電阻402上的電壓V₄₀₂與一預設值V_PRE，並根據比較結果產生一電壓臨限值 V_THR2。在步驟816中，誤差放大器630根據比較結果調整V_THR2。如果電壓V₄₀₂增加至大於預設值V_PRE，則誤差放大器630相應地降低電壓臨限值V_THR2。如果電壓V₄₀₂降低至小於預設值V_PRE，則誤差放大器630相應地增大電壓臨限值V_THR2。如果電壓V₄₀₂趨近於零，電壓臨限值V_THR2被設定為一預設最大值V_MAX，例如，3.5V。

在步驟818中，如果引腳CS處的感應信號V_CS不高於電壓臨限值V_THR2，則開關414保持導通。在一實施例中，一旦引腳CS處的感應信號V_CS增加至高於電壓臨限值V_THR2，即表示流經變壓器T₃的主要線圈404的輸出電流I_OUT1增加至大於電流臨限值I_THR1，則比較器306產生一信號S_MAX(例如，具有高電位)至控制單元304。感應信號V_CS與流經主要線圈404的輸出電流I_OUT1成正比。在步驟820中，為回應信號S_MAX，控制單元304透過引腳DRV斷開開關414。由於次要線圈410上的電壓變為一正電壓，二極體402被正向偏置。因此，儲存於變壓器T₃中的能量即可被傳送至負載424。由次要線圈410經由二極體412流向負載424的輸出電流I_OUT2升高至一最大值並且之後逐步減小到零。當開關在步驟820中被斷開之後，流程圖800返回至步驟810。

有利之處在於，轉換器400可根據電阻402上的電壓V₄₀₂和預設值V_PRE之間的比較結果調節電壓臨限值V_THR2。因此，電阻402上的電壓V₄₀₂可被控制於預設值V_PRE附近，並且輸出電流I_OUT2也可被控制於一預設範圍內。因此，即使輸入電壓在一相對較大的範圍內變化(例如，85伏~265 伏)，電流I_L也可被控制在一特定範圍內。

圖9所示為根據本發明一實施例控制轉換器(例如，圖1中所示之轉換器100)的輸出電流的方法流程圖900。圖9將結合圖1進行描述。

當轉換器100啟動後，在步驟902中，控制器(例如，控制器116)導通開關114，進而電性耦接能量儲存元件(例如，電感110)至一電源。因此，在步驟904中，即可使輸出電流I_OUT經由能量儲存元件流向一負載，且輸出電流I_OUT逐步增大。能量可累積於能量儲存元件中。

在步驟906中，如果輸出電流I_OUT不大於一電流臨限值I_THR2，則開關114保持導通。在步驟906中，一旦輸出電流I_OUT增加至大於電流臨限值I_THR2，控制器116在步驟908中斷開開關114，進而使能量儲存元件與電源解耦接。因此，在步驟910中，即可使輸出電流I_OUT從能量儲存元件流向負載，並且輸出電流I_OUT逐漸減小。儲存於能量儲存元件中的能量被轉移至負載。

在步驟912中，如果輸出電流I_OUT不小於一電流臨限值I_THR1，則開關114保持斷開。在步驟912中，一旦輸出電流I_OUT降低至小於電流臨限值I_THR1，則流程圖900返回至步驟902，控制器116導通開關114，進而使能量儲存元件耦接至電源。因此，將使輸出電流I_OUT經由能量儲存元件流向負載，並且輸出電流I_OUT逐漸增大。

圖10所示為根據本發明另一實施例控制轉換器(例如，圖4中所示之轉換器400)的輸出電流的方法流程圖1000。圖10將結合圖4進行描述。

當轉換器400啟動後，在步驟1002中，控制器(例如，控制器416)導通開關414，進而將能量儲存元件(例如，變壓器T₃的主要線圈404)耦接至一電源。由此，在步驟1004中，即可使輸出電流I_OUT1流經主要線圈404。能量將累積在變壓器T₃中。

在步驟1006中，基於流經負載424的電流I_L調節電流臨限值I_THR1。在一實施例中，如果電流I_L增加至大於預設值I_PRE，則電流臨限值I_THR1降低。如果電流I_L小於預設值I_PRE，即增加電流臨限值I_THR1。在步驟1008中，如果輸出電流I_OUT1不大於電流臨限值I_THR1，則開關414保持導通。一旦輸出電流I_OUT1增加至大於電流臨限值I_THR1，則在步驟1010中，控制器416斷開開關414，進而使主要線圈404與電源解耦接。在步驟1012中，可使輸出電流I_OUT2從變壓器T₃的次要線圈410流向負載，並逐漸減小。儲存於變壓器T₃中的能量即可被傳輸至負載。在步驟1014中，如果輸出電流I_OUT2不小於電流臨限值I_THR2，則開關414保持斷開。一旦輸出電流I_OUT2降低至小於電流臨限值I_THR2，則流程圖1000返回至步驟1002，控制器416導通開關414，進而將主要線圈404耦接至電源。

因此，根據本發明實施例，本發明提供了一種功率轉換器以及控制功率轉換器的控制器。控制器包括一第一比較器，比較指示流經功率轉換器的一能量儲存元件的一輸出電流的一第一感應信號與一第一臨限值，並且產生一第一比較信號。控制器還包括一第二比較器，比較指示輸出電流的一第二感應信號與一第二臨限值，並且產生一第二 比較信號。控制器還包括耦接至第一比較器和第二比較器的一控制單元，根據第一比較信號和第二比較信號以導通和斷開功率轉換器的開關。當控制器導通開關時，能量儲存元件被耦接至電源，儲存來自電源的能量。當控制器斷開開關時，能量儲存元件與電源解耦接，進而將所儲存的能量釋放至一負載。

在一實施例中，例如降壓轉換器，如果指示流經能量儲存元件的輸出電流的第一感應信號降低至小於第一臨限值，則控制器導通開關。如果指示流經能量儲存元件的輸出電流的第二感應信號增加至大於第二臨限值，則控制器斷開開關。在另一實施例中，例如返馳式轉換器，控制器根據流經負載的電流產生並調節第二臨限值。如果負載電流增加至大於一預設值，第二臨限值則相應地減小。如果負載電流降低至小於預設值，第二臨限值則相應地增加。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

100‧‧‧轉換器

110‧‧‧電感

112‧‧‧二極體

114‧‧‧開關

116‧‧‧控制器

118‧‧‧電容

120‧‧‧電壓源

122‧‧‧電阻

124‧‧‧負載

126‧‧‧電阻

200‧‧‧波形圖

302‧‧‧電流檢測器

304‧‧‧控制單元

306‧‧‧比較器

308‧‧‧欠壓鎖定單元

310‧‧‧參考和偏置單元

312‧‧‧比較器

314‧‧‧放大器

400‧‧‧轉換器

402‧‧‧電阻

404‧‧‧主要線圈

410‧‧‧次要線圈

412‧‧‧二極體

414‧‧‧開關

416‧‧‧控制器

418‧‧‧電容

422‧‧‧電阻

424‧‧‧負載

426‧‧‧電阻

428‧‧‧電阻

500‧‧‧波形圖

602‧‧‧電流檢測器

630‧‧‧誤差放大器

700‧‧‧流程圖

702~716‧‧‧步驟

800‧‧‧流程圖

802~820‧‧‧步驟

900‧‧‧流程圖

902~912‧‧‧步驟

1000‧‧‧流程圖

1002~1014‧‧‧步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為根據本發明一實施例轉換器示意圖。

圖2所示為根據本發明一實施例由圖1中所示之轉換器所產生的輸出電流I_OUT和負載電流I_L的波形圖。

圖3所示為根據本發明一實施例圖1中所示之控制器示意圖。

圖4所示為根據本發明另一實施例轉換器示意圖。

圖5所示為根據本發明一實施例由轉換器所產生的電流波形圖。

圖6所示為根據本發明一實施例於圖4中所示之控制器示意圖。

圖7所示為根據本發明一實施例之轉換器操作流程圖。

圖8所示為根據本發明另一實施例之轉換器操作流程圖。

圖9所示為根據本發明一實施例控制轉換器的輸出電流的方法流程圖。

圖10所示為根據本發明另一實施例控制轉換器的輸出電流的方法流程圖。

100‧‧‧轉換器

110‧‧‧電感

112‧‧‧二極體

114‧‧‧開關

116‧‧‧控制器

118‧‧‧電容

120‧‧‧電壓源

122‧‧‧電阻

124‧‧‧負載

126‧‧‧電阻

Claims (16)

1. 一種控制一功率轉換器的控制器，其中，該功率轉換器的一能量存儲元件包括具有一主線圈和一副線圈的一變壓器，該控制器包括：一第一比較器，比較流經該副線圈的一第一電流的一第一感應信號與一第一臨限值，並產生一第一比較信號；一第二比較器，比較流經該主線圈的一第二電流的一第二感應信號與一第二臨限值，並產生一第二比較信號；一控制單元，耦接至該第一比較器和該第二比較器，並根據該第一比較信號和該第二比較信號以導通和斷開該功率轉換器的一開關；以及一誤差放大器，比較流經一負載的一負載電流與一預設值，並根據一相應比較結果產生該第二臨限值；其中，當該開關導通時，該主線圈與一電源耦接使該變壓器儲存來自該電源的一能量，且當該開關斷開時，該主線圈與該電源斷開以將該變壓器所儲存的能量經該副線圈釋放給該負載。
2. 如申請專利範圍第1項的控制器，其中，當該負載電流增加至高於該預設值時，該第二臨限值減少，且當該負載電流降低至低於該預設值時，該第二臨限值增加。
3. 如申請專利範圍第1項的控制器，其中，當該第一感 應信號降低至低於該第一臨限值時，該控制單元導通該開關，以當該第二感應信號增加至高於該第二臨限值時，該控制單元斷開該開關。
4. 一種控制一功率轉換器的控制器，其中，該功率轉換器的一能量存儲元件包括耦合於一電源和一負載之間的一電感，該控制器包括：一第一比較器，比較流經該電感的一電流的一第一感應信號與一第一臨限值，並產生一第一比較信號；一第二比較器，比較流經該電感的該電流的一第二感應信號與一第二臨限值，並產生一第二比較信號；一控制單元，耦接至該第一比較器和該第二比較器，並根據該第一比較信號和該第二比較信號以導通和斷開該功率轉換器的一開關，其中該第一感應信號指示當該開關斷開時流經該電感的該電流，而該第二感測信號指示當該開關導通時流經該電感的該電流；一參考和偏置單元，產生一工作電壓至該第一比較器、該第二比較器和該控制單元；以及一欠壓鎖定單元，耦合於該電源和該參考和偏置單元之間，當該電源的一電壓高於一啟動電壓時，將該電源的該電壓輸入至該參考和偏置單元以產生該工作電壓，否則阻斷該電源的該電壓以使該參考和偏置單元停止工作；其中，當該開關導通時，將該電感與該電源耦接 以存儲來自該電源的一能量，及當該開關斷開時，將該電感與該電源斷開以將存儲的該能量釋放給該負載。
5. 如申請專利範圍第4項的控制器，其中，當該第一感測信號低於該第一臨限值時，該控制單元導通該開關，及當該第二感測信號高於該第二臨限值時，該控制單元斷開該開關。
6. 一種控制一功率轉換器的控制器，包括：一輸入引腳，接收與該功率轉換器耦接的一電源的一輸入電壓，其中該輸入電壓高於一啟動電壓時，該控制器開始工作，否則該控制器停止工作；一第一感應引腳，耦接至該功率轉換器的一能量儲存元件，其中，該控制器透過感應該輸入引腳和該第一感應引腳之間的一信號差，接收指示流經該能量儲存元件的一輸出電流的一第一感應信號；以及一第二感應引腳，經該功率轉換器的一開關和一負載與該能量存儲元件相耦接，接收指示該輸出電流的一第二感應信號；一控制引腳，向該開關提供控制導通和斷開該開關的控制信號；其中，該控制器比較該第一感應信號與一第一臨限值，並產生一第一比較信號，且其中，該控制器比較該第二感應信號與一第二臨限值，並產生一第二比較信號，且該比較器根據該第一比較信號和該第二比較信號，產生該控制信號，並透過該控制引腳將該控 制信號發送至該開關，以及該能量存儲元件具有耦接於該電源和該負載之間的一電感，該第一感應信號指示當該開關斷開時流經該電感的一電流，而該第二感應信號指示當該開關導通時流經該電感的該電流。
7. 如申請專利範圍第6項的控制器，其中，當該開關導通時，該能量儲存元件與該電源耦接，以儲存來自該電源的一能量，且當該開關斷開時，該能量儲存元件與該電源解耦接，以釋放所儲存之該能量至該負載。
8. 如申請專利範圍第7項的控制器，其中，當該第一感應信號低於該第一臨限值時，該控制器控制導通該開關，及當該第二感應信號高於該第二臨限值時，該控制器控制斷開該開關。
9. 一種控制一功率轉換器的控制器，其中，該功率轉換器的一能量存儲元件包括具有一主線圈和一副線圈的一變壓器，該控制器包括：一輸入引腳，接收與該功率轉換器相耦接的一電源的一輸入電壓；一第一感應引腳，接收指示流經該副線圈的一輸出電流的一第一感應信號；一第二感應引腳，接收指示流經該主線圈的一輸出電流的一第二感應信號；一控制引腳，向耦接於該主線圈的一開關提供控制導通和斷開該開關的一控制信號；以及一誤差放大器，比較流經耦接至該能量儲存元件的一負載的一負載電流與一預設值，並根據一相應比 較結果產生該第二臨限值。
10. 如申請專利範圍第9項的控制器，其中，當該負載電流增加至高於該預設值時，該第二臨限值減少，且當該負載電流降低至低於該預設值時，該第二臨限值增加。
11. 如申請專利範圍第9項的控制器，其中，當該開關導通時，該控制器將該主線圈與該電源耦接以使該變壓器存儲來自該電源的一能量，及當該開關斷開時，該控制器將該主線圈與該電源斷開以將該變壓器存儲的該能量從該副線圈釋放給該負載。
12. 如申請專利範圍第11項的控制器，其中，當該第一感應信號降低至小於該第一臨限值時，該控制器導通該開關，以及當該第二感應信號增加至大於該第二臨限值時，該控制器斷開該開關。
13. 一種功率轉換器，包括：一能量儲存元件，儲存來自一電源的一能量，並將所儲存的該能量釋放至一負載，該能量儲存元件包括具有一主線圈和一副線圈的一變壓器；一開關，耦接該主線圈至該電源以及解耦接該主線圈與該電源；以及一控制器，控制導通和斷開該開關，以控制該副線圈的該輸出電流於一預設範圍內。
14. 如申請專利範圍第13項的功率轉換器，進一步包括：一二極體，耦接至該副線圈和該負載，若該主線圈與該電源解耦接，則導通該二體體使該能量儲存元 件所儲存的該能量從該副線圈釋放給該負載。
15. 一種功率轉換器，包括：一能量儲存元件，存儲來自一電源的一能量並將存儲的該能量釋放至一負載，該能量儲存元件包括耦接於該電源和該負載之間的一電感；一開關，將該能量存儲元件耦接至該電源以及將該能量存儲元件與該電源斷開；以及一控制器，控制導通和斷開該開關，從而將該電感的一輸出電流控制在一預設範圍內。
16. 如申請專利範圍第15項的功率轉換器，更包括：一二極體，耦接於該能量存儲元件和該負載，其中，若該能量存儲元件與該電源斷開，則導通該二極體從而使該輸出電流從該能量存儲元件流向該負載。