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TWI502863B - 應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法 - Google Patents

應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法 Download PDF

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TWI502863B
TWI502863B TW099136972A TW99136972A TWI502863B TW I502863 B TWI502863 B TW I502863B TW 099136972 A TW099136972 A TW 099136972A TW 99136972 A TW99136972 A TW 99136972A TW I502863 B TWI502863 B TW I502863B
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TW
Taiwan
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current
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TW099136972A
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Inventor
Hsin Yi Wu
Chih Feng Huang
Original Assignee
Richpower Microelectronics
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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Description

應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法
本發明係有關一種電源轉換器，特別是關於一種應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法。
圖1顯示傳統的電源轉換器，其包括變壓器12具有一次側線圈Lp及二次側線圈Ls；功率開關Q1連接一次側線圈Lp；感測電阻Rs與功率開關Q1串聯；控制器10輸出控制信號PWM控制功率開關Q1以使變壓器12將輸入電壓Vin轉為輸出電壓Vo。控制器10藉由偵測感測電阻Rs的跨壓得到與通過功率開關Q1的電流Ip相關的感測信號Vcs，在理想狀態下，當感測信號Vcs達到預設的電流限制信號Vlimit時，控制器10將關閉(turn off)功率開關Q1以限制電流Ip的最大值，進而使負載電流Io穩定，換言之，功率開關Q1的導通時間等於控制信號PWM的工作時間(on-time)，因此通過功率開關Q1的電流
Ip=(Vin/Lp)×Ton，　公式1
其中，Ton是控制信號PWM的工作時間(on-time)。根據公式1可求得電源轉換器的最大輸出功率
Po=0.5×(Lp/Ts)×Ip2 =Vin2 ×Ton2 /(2×Lp×Ts)，　公式2
其中，Ts為功率開關Q1的切換週期。如公式2所示，控制電流Ip的最大值可以穩定電源轉換器的最大輸出功率Po。然而，實際上，從感測信號Vcs達到電流限制信號Vlimit至功率開關Q1關閉存在一固定的傳遞延遲(propagation delay)時間Td，如圖2所示，因此功率開關Q1實際的導通時間等於Ton+Td，公式2因而可改寫為
Po=0.5×(Lp/Ts)×Ip2 =Vin2 ×(Ton+Td)2 /(2×Lp×Ts)。　公式3
參照圖2，由於傳遞延遲時間Td的影響，感測信號Vcs的實際峰值將大於Vlimit，而在不同輸入電壓Vin下，感測信號Vcs的斜率不同，其峰值也不同。如圖2的波形14所示當輸入電壓Vin為高壓時，感測信號Vcs的斜率較大，相反的，如圖2的波形16所示當輸入電壓Vin為低壓時，感測信號Vcs的斜率較小，由於傳遞延遲時間Td固定，因此輸入電壓Vin為高壓時的感測信號Vcs的峰值大於輸入電壓Vin為低壓時的感測信號Vcs的峰值。因為感測信號Vcs的峰值隨著輸入電壓Vin的變化而改變，所以電流Ip的峰值也將跟著輸入電壓Vin的變化而改變，再由公式3可知，電流Ip的峰值的改變將使電源轉換器的最大輸出功率Po不穩定。為了避免上述問題，控制器10的輸入端IN經電阻Ri連接電源轉換器的電源輸入端，用以偵測輸入電壓Vin，控制器10將根據所偵測到的輸入電壓Vin來調整電流限制信號Vlimit，以使電流Ip的峰值不隨輸入電壓Vin的變化而改變。
然而，在此偵測輸入電壓的方法中，電阻Ri將造成功率損失，尤其是在輸入電壓Vin為高壓的情況下。為了減少功率損失，目前已有許多方法可以在不偵測輸入電壓Vin的情況下取得輸入電壓Vin的資訊以調整電流限制信號Vlimit，例如美國專利第6,674,656號及第7,643,313號利用控制信號PWM的工作時間來判斷輸入電壓Vin的大小，據以調整電流限制信號Vlimit。美國專利號第7,616,461號則是藉由取得兩個預設的時間點上感測信號Vcs的差值來判斷感測信號Vcs的斜率，進而判斷輸入電壓Vin的大小以調整電流限制信號Vlimit。
本發明的目的，在於提出一種應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法。
一種應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法包括偵測通過功率開關的電流以得到感測信號；取得該感測信號由第一準位上升至第二準位的時間；根據該時間決定電流限制信號用以限制該通過功率開關的電流的最大值，進而使該電源轉換器的最大輸出功率穩定。
圖3顯示本發明的電流限制信號產生方法。圖4顯示應用本發明方法的電源轉換器，其與圖1的電路同樣包括控制器10、變壓器12、功率開關Q1及感測電阻Rs，但是控制器10並不偵測輸入電壓Vin。在此實施例中，控制器10包括功率限制器30根據感測信號Vcs決定電流限制信號Vlimit；比較器32比較電流限制信號Vlimit及感測信號Vcs產生比較信號S1；以及正反器34根據時脈CLK及比較信號S1決定控制信號PWM。參照圖3及圖4，如圖3的步驟S20所示，控制器10藉由偵測感測電阻Rs上的電壓以偵測與通過功率開關Q1的電流Ip，進而得到與電流Ip相關的感測信號Vcs。接著進行步驟S22，功率限制器30取得感測信號Vcs由準位Vref1上升至準位Vref2的時間Δt，如圖5所示在不同輸入電壓Vin下的感測信號Vcs的斜率不同，在高輸入電壓Vin1時，如波形40所示的感測信號Vcs的斜率較大，所以由準位Vref1上升至準位Vref2的時間Δt1較短，相反的，在低輸入電壓Vin2時，如波形42所示的感測信號Vcs的斜率較小，所以由準位Vref1上升至準位Vref2的時間Δt2較長，換言之，功率限制器30可以藉由所取得的時間Δt來判斷感測信號Vcs的斜率，進而判別輸入電壓Vin的值，因此，本發明的方法無需偵測輸入電壓Vin，即可知道輸入電壓Vin的變化。
接下來進行步驟S24，功率限制器30將所得到的時間Δt乘上預設的參數K產生調整值K×Δt。最後進行步驟S26，功率限制器30將調整值K×Δt與預設的臨界值Vc相加產生電流限制信號Vlimit=Vc+K×Δt，由於參數K及臨界值Vc為定值，因此可以得到如圖6所示的時間Δt對電流限制信號Vlimit的曲線。由圖6可知，當時間Δt增加時，電流限制信號Vlimit也跟著增加，也就是說，在低輸入電壓Vin2時，如圖7的波形42所示功率限制器30將提供較高的電流限制信號Vlimit，相反的，在高輸入電壓Vin1時，如圖7的波形40所示功率限制器30將提供較低的電流限制信號Vlimit，因此在不同輸入電壓Vin下，感測信號Vcs的峰值都相同，進而使電源轉換器的最大輸出功率Po穩定。
上述的參數K可以藉由推導而得，參照圖7，由於在不同輸入電壓Vin下的感測信號Vcs的峰值均相同，而且感測信號Vcs的峰值等於電流限制信號Vlimit加上因傳遞延遲時間Td所造成的變化量，因此可推得
(Vc+K×Δt1)+[(Vin1/Lp)×Rs×Td]=(Vc+K×Δt2)+[(Vin2/Lp)×Rs×Td]，　公式4
最後可推得參數
K=[(Vin2-Vin1)/(Δt1-Δt2)]×Rs×Td/Lp。　公式5
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．控制器
12．．．變壓器
14．．．感測信號Vcs的波形
16．．．感測信號Vcs的波形
30．．．功率限制器
32．．．比較器
34．．．正反器
40．．．感測信號Vcs的波形
42．．．感測信號Vcs的波形
圖1顯示傳統的電源轉換器；
圖2顯示在不同輸入電壓下的感測信號波形；
圖3顯示本發明的電流限制信號產生方法；
圖4顯示應用本發明方法的電源轉換器；
圖5顯示在不同輸入電壓下的感測信號Vcs由準位Vref1上升至準位Vref2的時間；
圖6顯示時間Δt對電流限制信號Vlimit的曲線；以及
圖7顯示圖4的感測信號Vcs在不同輸入電壓Vin下的波形。

Claims (2)

  1. 一種應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法，包括下列步驟：(A)偵測通過該電源轉換器中功率開關的電流以得到感測信號；(B)取得該感測信號由第一準位上升至第二準位的時間，該時間與輸入電壓相關；以及(C)根據該時間決定電流限制信號，用以限制通過該功率開關的電流的最大值。
  2. 如請求項1之電流限制信號產生方法，其中該步驟(C)包括：將該時間與一預設的參數相乘產生調整值；以及將該調整值與一預設的臨界值相加產生該電流限制信號。
TW099136972A 2010-10-28 2010-10-28 應用在電源轉換器無需偵測輸入電壓的電流限制信號產生方法 TWI502863B (zh)

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