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TWI880365B - 隔離型切換式轉換器及其控制器和控制方法 - Google Patents

隔離型切換式轉換器及其控制器和控制方法 Download PDF

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TWI880365B TW112136773A TW112136773A TWI880365B TW I880365 B TWI880365 B TW I880365B TW 112136773 A TW112136773 A TW 112136773A TW 112136773 A TW112136773 A TW 112136773A TW I880365 B TWI880365 B TW I880365B
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周霞
李暉
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美商茂力科技股份有限公司
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Abstract

本揭露提供一種用於隔離型切換式轉換器的控制器。控制器包括誤差放大電路、控制訊號產生電路、隔離電路、上限閾值產生電路、峰值電流產生電路以及峰值比較電路。誤差放大電路用以產生第一補償訊號。控制訊號產生電路用以基於第一補償訊號產生第一控制訊號和第二控制訊號。隔離電路用以提供第一同步訊號以及第二同步訊號。上限閾值產生電路用以提供上限閾值電壓。峰值電流產生電路用以基於第一同步訊號、第二同步訊號以及上限閾值電壓提供峰值電流訊號。峰值比較電路用以產生關斷控制訊號。

Description

隔離型切換式轉換器及其控制器和控制方法
本揭露是關於一種電子電路，更具體地說，尤其是關於一種準諧振控制的隔離型切換式轉換器及其控制器和控制方法。
許多負載(以印表機或影像掃描機為例)具有不同的功率要求，具體取決於所執行的特定功能。其中大部分功能為中低功率要求，現有的隔離型切換式轉換器能夠滿足和執行這種中低等功率要求的功能，稱為正常運行。某些功能，例如需要使用馬達的印表機紙張滾動功能，這種功能具有高功率或峰值功率需求，超過了正常運行的隔離型切換式轉換器的有效範圍。因此我們需要提供一種改進的隔離型切換式轉換器及其控制器和方法，以實現在中低功率期間正常運行，並在高功率或峰值功率需求期間為負載提供可能預期的最大功率。
根據本揭露的一實施例，提出了一種用於隔離型切換式轉換器的控制器。切換式轉換器包括變壓器和初級開關。控制器包括誤差放大電路、控制訊號產生電路、隔離電路、上限閾值產生電路、峰值電流產生電路以及峰值比較電路。誤差放大電路用以接收與切換式轉換器的輸出訊號有關的輸出回饋訊號，並基於輸出回饋訊號和參考電壓之間的差值產生第一補償訊號。控制訊號產生電路用以基於第一補償訊號分別產生第一控制訊號和第二控制訊號。隔離電路具有傳輸第一控制訊號的第一通道和傳輸第二控制訊號的第二通道，且用以提供與第一控制訊號電隔離的第一同步訊號，並提供與第二控制訊號電隔離的第二同步訊號。上限閾值產生電路用以提供上限閾值電壓。當切換式轉換器出現峰值功率需求時，上限閾值電壓被調整到第一上限閾值之上。峰值電流產生電路具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端以及輸出端。峰值電流產生電路的第一輸入端接收第一同步訊號，峰值電流產生電路的第二輸入端接收第二同步訊號，峰值電流產生電路的第三輸入端耦接至上限閾值產生電路的輸出端以接收上限閾值電壓。峰值電流產生電路用以基於第一同步訊號、第二同步訊號以及上限閾值電壓，在峰值電流產生電路的輸出端提供峰值電流訊號。峰值比較電路用以將代表流過初級開關的電流的電流檢測訊號與峰值電流訊號相比較，並產生關斷控制訊號，以控制初級開關的關斷。
根據本揭露的另一實施例，提出了一種隔離型切換式轉換器，包括變壓器、初級開關、次級開關以及如前所述的控制器。變壓器具有初級線圈和次級線圈。初級開關耦接至初級線圈。次級開關耦接至次級線圈。
根據本揭露的另一實施例，提出了一種隔離型切換式轉換器的控制方法。切換式轉換器包括具有初級線圈和次級線圈的變壓器、耦接至初級線圈的初級開關、耦接至次級線圈的次級開關以及隔離電路。控制方法包括：根據切換式轉換器的輸出訊號產生輸出回饋訊號；基於輸出回饋訊號與第一參考電壓間之差值，產生第一補償訊號；基於第一補償訊號，分別產生第一控制訊號和第二控制訊號；將第一控制訊號送入隔離電路的第一通道，產生與第一控制訊號電隔離的第一同步訊號；將第二控制訊號送入隔離電路的第二通道，產生與第二控制訊號電隔離的第二同步訊號；在切換式轉換器出現峰值功率需求時，提供第一上限閾值之上的上限閾值電壓；基於第一同步訊號、第二同步訊號以及上限閾值電壓，提供峰值電流訊號；以及基於代表流過初級開關的電流的電流檢測訊號與峰值電流訊號，產生關斷控制訊號以關斷初級開關。
下面將詳細描述本揭露的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本揭露之實施例。在以下描述中，為了提供對本揭露之實施例的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域具有通常知識者顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本揭露之實施例。在其他實例中，為了避免混淆本揭露之實施例，未具體描述已知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對「一個實施例」、「實施例」、「一個示例」或「示例」的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本揭露至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語「在一個實施例中」、「在實施例中」、「一個示例」或「示例」不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域具有通常知識者應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件「連接到」或「耦接」到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
本揭露可以被應用於任何隔離型轉換器。在接下來的詳細描述中，為了簡潔起見，僅以返馳式轉換器(flyback converter)為例來解釋本揭露的具體工作原理。
圖1為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器100的電路方塊圖。如圖1所示，隔離型切換式轉換器100包括變壓器T、初級開關10、次級開關20以及控制器30。變壓器T具有初級線圈和次級線圈，其中初級線圈和次級線圈均具有第一端和第二端，初級線圈的第一端接收輸入電壓Vin，次級線圈的第一端提供直流輸出電壓Vo，第二端耦接至次級參考接地。初級開關10耦接在初級線圈的第二端與初級參考接地之間。次級開關20耦接在次級線圈的第二端與負載之間。然而，本領域技術人員可知，次級開關20也可耦接在次級線圈的第一端與負載之間。
在圖1所示的實施例中，隔離型切換式轉換器100的控制器30引入了準諧振控制。在準諧振控制中，切換式轉換器工作在非電流連續模式，當流過儲能元件(變壓器T)的電流下降至零後，儲能元件與初級開關10的寄生電容開始諧振，諧振電壓波形隨之產生。當初級開關10兩端的諧振電壓在其最小值時，初級開關10被導通(通常被稱為谷底導通)，從而減小切換式轉換器100的切換損失和電磁干擾。
控制器30包括誤差放大電路101、控制訊號產生電路102、隔離電路103、上限閾值產生電路104、峰值電流產生電路105、峰值比較電路106以及初級邏輯電路107。其中位於次級側和初級側的控制電路都整合在同一晶片中。在一些實施例中，控制器30與次級開關20集成在同一晶片內，同時為次級開關20提供驅動電路。
在圖1所示的隔離切換式轉換器100中，控制器30具有多個引腳，包括輸出回饋引腳FB、補償引腳COMP、次級參考接地引腳SGND、初級電流檢測引腳CS、初級控制引腳PDrv以及初級參考接地引腳PGND。
誤差放大電路101具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至輸出回饋引腳FB以接收與切換式轉換器100輸出訊號有關的輸出回饋訊號VFB，第二輸入端接收參考電壓VREF，輸出端耦接補償引腳COMP。
在圖1所示的實施例中，電阻分壓器耦接在輸出電壓Vo與控制器30的輸出回饋引腳FB之間，對切換式轉換器100的輸出電壓Vo進行取樣，以提供輸出回饋訊號VFB。誤差放大電路101耦接在輸出回饋引腳FB與補償引腳COMP之間，基於輸出回饋訊號VFB和參考電壓VREF間之差值，在輸出端產生第一補償訊號Vcomp。控制訊號產生電路102耦接至補償引腳COMP以接收第一補償訊號Vcomp，基於第一補償訊號Vcomp，控制訊號產生電路102在輸出端分別產生第一控制訊號PL1和第二控制訊號PL2，以分別控制初級開關10的第一閾值電壓VTH和切換頻率。
隔離電路103具有傳輸第一控制訊號PL1的第一通道和傳輸第二控制訊號PL2的第二通道，具有接收第一控制訊號PL1的第一輸入端，在第一輸出端提供與第一控制訊號PL1電隔離的第一同步訊號SYNC1，同時具有接收第二控制訊號PL2的第二輸入端，在第二輸出端提供與第二控制訊號PL2電隔離的第二同步訊號SYNC2。在一個實施例中，隔離電路103可以包括光電耦合器、變壓器、電容性隔離元件或任何其他合適的電隔離元件。在其他的實施例中，隔離電路103可以設置在控制器積體電路的外部。
如圖1所示，上限閾值產生電路104具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至隔離電路103的第一輸出端以接收第一同步訊號SYNC1，第二輸入端耦接至隔離電路103的第二輸出端以接收第二同步訊號SYNC2。基於第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2，上限閾值產生電路104在輸出端提供上限閾值電壓VMAX。其中當切換式轉換器100出現峰值功率需求時，上限閾值電壓VMAX被調整到第一上限閾值VMX1之上。
峰值電流產生電路105具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端以及輸出端，其中第一輸入端耦接至隔離電路103的第一輸出端以接收第一同步訊號SYNC1，第二輸入端耦接至隔離電路103的第二輸出端以接收第二同步訊號SYNC2，第三輸入端耦接至上限閾值產生電路104的輸出端以接收上限閾值電壓VMAX，基於第一同步訊號SYNC1、第二同步訊號SYNC2以及上限閾值電壓VMAX，在輸出端提供峰值電流訊號VTH。
在一個實施例中，控制器30還進一步包括緩衝電路。該緩衝電路耦接在上限閾值產生電路104的輸出端和峰值電流產生電路105的第三輸入端之間，對上限閾值電壓VMAX進行隔離。
峰值比較電路106具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至初級電流檢測引腳CS以接收代表流過初級開關電流的電流檢測訊號VCS，第二輸入端耦接至峰值電流產生電路105的輸出端以接收峰值電流訊號VTH。峰值比較電路106將電流檢測訊號VCS與峰值電流訊號VTH相比較，在輸出端提供關斷控制訊號RST，以控制初級開關10的關斷。初級邏輯電路107基於第二同步訊號SYNC2以及關斷控制訊號RST，在輸出端產生初級控制訊號CTRLP，經初級控制引腳PDrv耦接至初級開關10的控制端，以控制初級開關10的導通與關斷。在一個實施例中，當第二同步訊號SYNC2為致能且初級開關10兩端的諧振電壓達到其最小值時，初級開關10被導通。
圖2為根據本揭露一實施例的誤差放大電路101和控制訊號產生電路102的電路原理圖。在圖2所示的實施例中，誤差放大電路101包括誤差放大器EA。誤差放大器EA具有正相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中反相輸入端接收輸出回饋訊號VFB，正相輸入端接收參考電壓VREF，在輸出端提供第一補償訊號Vcomp。
在圖2所示的實施例中，控制訊號產生電路102包括第一控制訊號產生電路120和第二控制訊號產生電路121。如圖2所示，第一控制訊號產生電路120包括延遲補償電路1201、第一比較電路1202以及第一脈衝電路1203。延遲補償電路1201耦接至誤差放大電路101的輸出端以接收第一補償訊號Vcomp，基於第一補償訊號Vcomp，在輸出端提供第二補償訊號Vcomp1。在一個實施例中，第二補償訊號Vcomp1是第一補償訊號Vcomp與一個延遲訊號的疊加訊號。在另一個實施例中，第二補償訊號Vcomp1與第一補償訊號Vcomp成正比，比例係數為K1。在其中一個實施例中，K1為大於1的數。
第一比較電路1202耦接至延遲補償電路1201的輸出端以接收第二補償訊號Vcomp1，耦接至調變訊號產生電路1210的輸出端以接收調變訊號VCT。第一比較電路1202將第二補償訊號Vcomp1與調變訊號VCT相比較，在輸出端提供第一比較訊號CMP1。第一比較電路1202包括比較器COM1。比較器COM1的正相輸入端接收第二補償訊號Vcomp1，反相輸入端耦接至電容器CT的第一端以接收調變訊號VCT，在輸出端提供第一比較訊號CMP1。第一脈衝電路1203接收第一比較訊號CMP1，在輸出端提供脈衝形式的第一控制訊號PL1，以經過隔離電路103的第一通道傳遞至初級側以控制電流閾值電壓VTH。
在圖2所示的實施例中，調變訊號產生電路1210包括電壓源VPK、開關ST、電容器CT以及電阻器RT。如圖2所示，電壓源VPK具有正極和負極，其中負極耦接至次級參考接地。開關ST具有第一端、第二端和控制端，第一端耦接至電壓源VPK的正極，控制端接收第二控制訊號PL2。電容器CT具有第一端和第二端，其中第一端耦接至開關ST的第二端，第二端接次級參考接地。電阻器RT具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電容器CT的第一端，第二端耦接至次級參考接地。調變訊號VCT在電容器CT的第一端產生。當第二控制訊號PL2為致能時，調變訊號VCT被拉高到峰值電壓，之後開始下降，直至第二控制訊號PL2再次為致能。
在圖2所示的實施例中，第二控制訊號產生電路121包括第二比較電路1211、波谷檢測電路1212、波谷鎖定電路1213以及第二脈衝電路1214。第二比較電路1211耦接至誤差放大電路101的輸出端以接收第一補償訊號Vcomp，耦接至調變訊號產生電路1210以接收調變訊號VCT，將調變訊號VCT與第一補償訊號Vcomp相比較，在輸出端產生第二比較訊號CMP2。第二比較電路1211包括比較器COM2。比較器COM2的正相輸入端接收第一補償訊號Vcomp，反相輸入端耦接至電容器CT的第一端以接收調變訊號VCT，在輸出端提供第二比較訊號CMP2。
波谷檢測電路1212用來檢測次級側諧振電壓的波形。在一個實施例中，波谷檢測電路1212耦接至次級開關20以檢測諧振電壓的波形，並輸出表示諧振電壓波谷的波谷脈衝訊號VP。在一個實施例中，波谷檢測電路1212在次級開關20的關斷期間檢測次級開關20兩端的開關電壓是否低於波谷基準訊號，輸出波谷脈衝訊號VP。
波谷鎖定電路1213接收第一比較訊號CMP1、第二比較訊號CMP2以及波谷脈衝訊號VP，在輸出端提供控制初級開關10導通的目標波谷值，並產生與該目標波谷值相對應的頻率控制訊號FS。在一個實施例中，波谷鎖定電路1213將調變訊號VCT達到第二補償訊號Vcomp1時的波谷值與當前鎖定波谷值相比較，根據比較結果決定是否增大目標波谷值，並將調變訊號VCT達到第一補償訊號Vcomp時的波谷值與當前鎖定波谷值相比較，根據比較結果決定是否減小目標波谷值。
第二脈衝電路1214基於頻率控制訊號FS，在輸出端提供脈衝形式的第二控制訊號PL2，以經過隔離電路103的第二通道傳遞至初級側，以控制初級開關10的谷底導通和切換頻率。
圖3為根據本揭露一實施例的峰值電流產生電路105的電路原理圖。如圖3所示，峰值電流產生電路105包括第一電容器C1。如圖3所示，在第二同步訊號SNYC2的正緣來臨時，將第一電容器C1兩端的電壓增加為上限閾值電壓VMAX，之後第一電容器C1兩端電壓開始以某一時間常數下降，並在第一同步訊號SYNC1來臨時對第一電容器C1兩端的電壓進行取樣保持，以提供峰值電流訊號VTH。
在圖3所示的實施例中，峰值電流產生電路105還進一步包括計時電路1051、正反器FF1、電壓源VMIN、開關S1和S2、電阻器R1以及取樣保持電路1052。其中計時電路1051具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至隔離電路103的第二輸出端以接收第二同步訊號SYNC2，計時電路1051基於第二同步訊號SYNC2進行計時，在輸出端產生計時訊號DLY。正反器FF1具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端接收第二同步訊號SYNC2，重設端耦接至計時電路1051的輸出端以接收計時訊號DLY。電壓源VMIN具有正極和負極，其中負極耦接至初級參考接地。開關S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電容器C1的第一端，第二端耦接至上限閾值產生電路104的輸出端以接收上限閾值電壓VMAX，控制端耦接至正反器FF1的輸出端。開關S2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電容器C1的第一端，第二端經電阻器R1耦接至電壓源VMIN的正極，控制端耦接至正反器FF1的反相輸出端。
取樣保持電路1052具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至隔離電路103的第一輸出端以接收第一同步訊號SYNC1，第二輸入端耦接至第一電容器C1的第一端以接收第一電容器C1兩端的電壓，取樣保持電路1052基於第一同步訊號SYNC1對第一電容器C1兩端的電壓進行取樣保持，在輸出端產生峰值電流訊號VTH。
圖4為根據本揭露一實施例的上限閾值產生電路104的電路原理圖。在圖4所示的實施例中，切換式轉換器的變壓器T進一步包括具有第一端和第二端的輔助線圈，其中輔助線圈的第二端耦接至初級參考接地。
在圖4所示的實施例中，過零比較電路109用於檢測初級開關10兩端的諧振電壓是否到達最小值，即波谷處。在一個實施例中，過零比較電路109將過零檢測訊號VZCD與過零閾值電壓VZCD_TH相比較，在輸出端提供過零訊號ZCD1。
如圖4所示，上限閾值產生電路104包括第一判定電路141、第二判定電路142、峰值功率控制電路143以及閾值產生電路144。第一判定電路141接收第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2，用於判定第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2的間隔時間是否小於第一計時時間，產生第一判定訊號JD1。第二判定電路142接收過零訊號ZCD1，基於過零訊號ZCD1判定初級開關10的波谷導通是否鎖定在第一波谷，並產生第二判定訊號JD2。峰值功率控制電路143接收第一判定訊號JD1與第二判定訊號JD2，基於第一判定訊號JD1和第二判定訊號JD2，產生進入控制訊號ENT和退出控制訊號EXT至閾值產生電路144，以決定是否進入或退出上限閾值電壓VMAX在第一上限閾值VMX1之上的狀態。
圖5為根據本揭露一實施例的上限閾值電壓的調整方法300的方法流程圖。上限閾值電壓VMAX的調整方法300包括步驟301~306。在步驟301，在初級側經隔離電路接收第一同步訊號SYNC1和第二同步訊號SYNC2。在步驟302，檢測第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2的時間間隔是否大於第一計時時間。若大於，則進入步驟304，限制或調整上限閾值電壓VMAX在第一上限閾值VMX1之下。當第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2的時間間隔小於第一計時時間，調整上限閾值電壓VMAX等於第一上限閾值VMX1(步驟303)。在步驟305，檢測初級開關的谷底導通是否在第一波谷。當檢測到初級開關的谷底導通在第一波谷且上限閾值電壓VMAX等於第一上限閾值VMX1時，進入步驟306，將上限閾值電壓VMAX增大到第一上限閾值VMX1之上。之後返回步驟301，繼續檢測。
圖6為根據本揭露一實施例的上限閾值產生電路104A的電路圖。在圖6所示的實施例中，上限閾值產生電路104A包括第一判定電路141A、峰值功率控制電路143A以及閾值產生電路144A。
在圖6所示的實施例中，第一判定電路141A包括計時電路1041、正反器FF2、及閘AND1和AND2以及正反器FF3。計時電路1041，具有輸入端和輸出端，其中輸入端接收第二同步訊號SYNC2，計時電路1041基於第二同步訊號SYNC2進行計時，在輸出端產生計時訊號DLY1。正反器FF2具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端接收第二同步訊號SYNC2，重設端耦接至計時電路1041的輸出端以接收計時訊號DLY1。在一個實施例中，第一判定電路141A可以省略計時電路1041與正反器FF2，直接使用圖3中的計時電路1051與正反器FF1。
及閘AND1具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至正反器FF2的輸出端，第二輸入端接收第一同步訊號SYNC1。及閘AND2具有第一反相輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一反相輸入端耦接至正反器FF2的輸出端，第二輸入端接收第一同步訊號SYNC1。正反器FF3具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端耦接至及閘AND1的輸出端，重設端耦接至及閘AND2的輸出端，在輸出端提供第一判定訊號JD1。
峰值功率控制電路143A包括及閘AND3和及閘AND4。及閘AND3具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一判定電路141A的輸出端以接收第一判定訊號JD1，第二輸入端耦接至第二判定電路142的輸出端以接收第一判定訊號JD2，在輸出端提供進入控制訊號ENT。當進入控制訊號ENT為致能時，控制上限閾值電壓VMAX增大，進入上限閾值電壓VMAX在第一上限閾值VMX1之上的狀態。及閘AND4具有第一反相輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一反相輸入端接收第一判定訊號JD1，第二輸入端接收狀態指示訊號，該狀態是指訊號表示上限閾值電壓VMAX大於第一上限閾值VMX1的狀態。及閘AND4在輸出端提供退出控制訊號EXT。當退出控制訊號EXT為致能時，控制上限閾值電壓VMAX減小，退出上限閾值電壓VMAX在第一上限閾值VMX1之上的狀態。
在圖6所示的實施例中，閾值產生電路144A包括第二電容器C2、第二電壓源VMX1、第三電壓源VMX2、第一二極體D1、第二二極體D2、充電控制單元1402以及放電控制單元1403。第二電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端提供上限閾值電壓VMAX，第二端接初級參考接地。第二電壓源VMX1具有正極和負極，其中負極耦接至初級參考接地。第三電壓源VMX2具有正極和負極，其中負極耦接至初級參考接地。第一二極體D1具有陽極和陰極，其中陽極耦接至第二電壓源VMX1的正極，陰極耦接至第二電容器C2的第一端。第二二極體D2具有陽極和陰極，其中陽極耦接至第二電容器C2的第一端，陰極耦接至第三電壓源VMX2的正極。充電控制單元1402包括充電電流源IS1與控制開關S3，基於進入控制訊號ENT，利用充電電流源IS1對第二電容器C2進行充電。放電控制單元1403包括放電電流源IS2以及控制開關S4，基於退出控制訊號EXT，利用放電電流源IS2對第二電容器C2進行放電。
圖7為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器的工作波形圖。如圖7所示，在t1時刻，當第二同步訊號SYNC2來臨時，電容器C1兩端的電壓VC1被增加至上限閾值電壓VMX1。在時刻t2，當第二同步訊號來臨且初級開關10的諧振電壓達到其最小值時，初級開關10被導通。在t3時刻，初級電流檢測訊號VCS增大至峰值電流訊號VTH，初級開關10被關斷。
在時刻t4，當第一同步訊號SYNC1來臨，對電容器C1兩端的電壓進行取樣，峰值電流訊號VTH被增大，但仍然小於第一上限閾值電壓VMX1。
在時刻t5，檢測到初級開關的波谷導通在其第一波谷處，且第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2的時間間隔小於第一計時時間。在t5時刻第一同步訊號SYNC1來臨，峰值功率控制電路143開始增大上限閾值電壓VMAX，使上限閾值電壓VMAX進入大於第一上限閾值VMX1的狀態。
在t6時刻，第一同步訊號SYNC1來臨時，取樣保持得到的峰值電流訊號VTH大於第一上限閾值電壓VMX1。在時刻t7，檢測到第一同步訊號SYNC1與第二同步訊號SYNC2的時間間隔大於第一計時時間，即第一判定訊號JD1變為低電位，峰值功率控制電路143開始減小上限閾值電壓VMAX，使上限閾值電壓VMAX退出大於第一上限閾值VMX1的狀態。在時刻t8，第一同步訊號SYNC1來臨時，取樣保持得到的峰值電流訊號VTH小於第一上限閾值電壓VMX1。
圖8為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器的控制方法700的方法流程圖。該切換式轉換器包括具有初級線圈和次級線圈的變壓器、耦接至初級線圈的初級開關、耦接至次級線圈的次級開關以及隔離電路，該控制方法包括步驟701~708。
在步驟701，取樣切換式轉換器的輸出訊號，提供輸出回饋訊號。
在步驟702，基於輸出回饋訊號與第一參考電壓之差，產生第一補償訊號。
在步驟703，基於第一補償訊號，分別產生第一控制訊號和第二控制訊號。
在步驟704，將第一控制訊號送入隔離電路的第一通道，產生與第一控制訊號電隔離的第一同步訊號。
在步驟705，將第二控制訊號送入隔離電路的第二通道，產生與第二控制訊號電隔離的第二同步訊號。
在步驟706，接收到峰值功率需求時，提供第一上限閾值之上的上限閾值電壓。
在步驟707，基於第一同步訊號、第二同步訊號以及上限閾值電壓，提供峰值電流訊號。在一個實施例中，產生峰值電流訊號的方法包括：在第二同步訊號來臨時，將第一電容器兩端的電壓增加為上限閾值電壓；逐漸減小第一電容器兩端電壓；以及在第一同步訊號來臨時對第一電容器兩端電壓進行取樣保持，以提供峰值電流訊號。
在步驟708，基於代表流過初級開關的電流檢測訊號和峰值電流訊號，產生關斷控制訊號以關斷初級開關。
在一個實施例中，接收到峰值功率需求的方法包括：判定第一同步訊號與第二同步訊號的間隔是否小於第一計時時間，產生第一判定訊號；判定初級開關的波谷導通是否鎖定在第一波谷，產生第二判定訊號；以及基於第一判定訊號和第二判定訊號，決定是否進入或退出上限閾值在第一上限閾值之上的狀態。
在另一個實施例中，調整上限閾值電壓的方法包括：當第一同步訊號與第二同步訊號的時間間隔大於第一計時時間，調整上限閾值電壓在第一上限閾值之下；當第一同步訊號與第二同步訊號的間隔時間小於第一計時時間，調整上限閾值電壓等於第一上限閾值；以及當初級開關的谷底導通鎖定在第一波谷且上限閾值電壓達到第一上限閾值，將上限閾值電壓增大到第一上限閾值之上。
在一個實施例中，控制方法700還進一步包括，產生峰值電流訊號的方法包括：在第二同步訊號來臨時，將第一電容器兩端的電壓增加為上限閾值電壓；逐漸減小第一電容器兩端電壓；以及在第一同步訊號來臨時對第一電容器兩端電壓進行取樣保持，以提供峰值電流訊號。
在說明書中，相關術語例如第一和第二等可以只是用於將一個實體或動作與另一個實體或動作區分開，而不必或不意味著在這些實體或動作之間的任意實體這種關係或者順序。數位順序例如「第一」、「第二」、「第三」等僅僅指的是多個中的不同個體，並不意味著任何順序或序列，除非申請專利範圍語言有具體限定。在任何一個請求項中的文本的順序並不意問這處理步驟必須以根據這種順序的臨時或邏輯順序進行，除非申請專利範圍語言有具體規定。在不脫離本揭露範圍的情況下，這些處理步驟可以按照任意順序互換，只要這種互換不會使得申請專利範圍語言矛盾並且不會出現邏輯上荒謬。
上述說明書和實施方式僅僅是示例性的，並不用於限定本揭露的範圍。對於公開的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域具有通常知識者所瞭解。本揭露所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本揭露的精神和保護範圍。
100:隔離型切換式轉換器 101:誤差放大電路 102:控制訊號產生電路 103:隔離電路 104:上限閾值產生電路 105:峰值電流產生電路 106:峰值比較電路 107:初級邏輯電路 10:初級開關 20:次級開關 Vin:輸入電壓 Vo:輸出電壓 Cin,Co,C C:電容器 T:變壓器 R CS,R C:電阻器 PDrv,CS,FB,COMP,SGND,PGND:引腳 VREF:參考電壓 Vcomp,Vcomp1:補償訊號 PL1,PL2:控制訊號 SYNC1,SYNC2:同步訊號 VMAX:上限閾值電壓 VTH:峰值電流訊號 VCS:電流檢測訊號 RST:關斷控制訊號 CTRLP:控制訊號 VFB:輸出回饋訊號 EA:誤差放大器 1201:延遲補償電路 1202,1211:比較電路 COM1,COM2:比較器 CMP1,CMP2:比較訊號 1203,1214:脈衝電路 120,121:控制訊號產生電路 1210:調變訊號產生電路 VPK:電壓源 S1,S2,S3,S4,ST:開關 C1,C2,CT:電容器 R1,RT:電阻器 VCT:調變訊號 1212:波谷檢測電路 1213:波谷鎖定電路 VP:波谷脈衝訊號 FS:頻率控制訊號 VMAX:上限閾值電壓 VMIN:電壓源 1051:計時電路 1052:取樣保持電路 DLY,DLY1:計時訊號 FF1,FF2,FF3:正反器 109:過零比較電路 VZCD:過零檢測訊號 ZCD1:過零訊號 141,141A,142:判定電路 143,143A:峰值功率控制電路 144,144A:閾值產生電路 JD1,JD2:判定訊號 ENT:進入控制訊號 EXT:退出控制訊號 300:方法 301,302,303,304,305,306:步驟 104A:上限閾值產生電路 1041:計時電路 AND1,AND2,AND3,AND4:及閘 1402:充電控制單元 1403:放電控制單元 IS1,IS2:充電電流源 VMX1,VMX2:上限閾值 D1,D2:二極體 700:方法 701,702,703,704,705,706,707,708:步驟
為了更好的理解本揭露之實施例，將根據以下附圖對本揭露進行詳細描述。其中相同的元件具有相同的附圖標誌。以下附圖僅用於說明，因此可能僅繪示裝置的一部份，並且不一定按實際比例繪製。 [圖1]為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器的電路方塊圖。 [圖2]為根據本揭露一實施例的圖1所示的誤差放大電路和控制訊號產生電路的電路原理圖。 [圖3]為根據本揭露一實施例的峰值電流產生電路的電路原理圖。 [圖4]為根據本揭露一實施例的上限閾值產生電路的電路原理圖。 [圖5]為根據本揭露一實施例的上限閾值電壓的調整方法的方法流程圖。 [圖6]為根據本揭露一實施例的上限閾值產生電路的電路圖。 [圖7]為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器的工作波形圖。 [圖8]為根據本揭露一實施例的隔離型切換式轉換器的控制方法的方法流程圖。
10:初級開關
20:次級開關
100:隔離型切換式轉換器
101:誤差放大電路
102:控制訊號產生電路
103:隔離電路
104:上限閾值產生電路
105:峰值電流產生電路
106:峰值比較電路
107:初級邏輯電路
Cin,Co,CC:電容器
CTRLP:控制訊號
PDrv,CS,FB,COMP,SGND,PGND:引腳
PL1,PL2:控制訊號
RCS,RC:電阻器
RST:關斷控制訊號
SYNC1,SYNC2:同步訊號
T:變壓器
Vcomp:補償訊號
VCS:電流檢測訊號
Vin:輸入電壓
VMAX:上限閾值電壓
Vo:輸出電壓
VREF:參考電壓
VTH:峰值電流訊號

Claims (12)

  1. 一種用於隔離型切換式轉換器的控制器，該切換式轉換器包括一變壓器和一初級開關，該控制器包括： 一誤差放大電路，用以接收與該切換式轉換器的一輸出訊號有關的一輸出回饋訊號，並基於該輸出回饋訊號和一參考電壓之間的差值產生一第一補償訊號； 一控制訊號產生電路，用以基於該第一補償訊號分別產生一第一控制訊號和一第二控制訊號； 一隔離電路，具有傳輸該第一控制訊號的一第一通道和傳輸該第二控制訊號的一第二通道，且用以提供與該第一控制訊號電隔離的一第一同步訊號，並提供與該第二控制訊號電隔離的一第二同步訊號； 一上限閾值產生電路，用以提供一上限閾值電壓，其中當該切換式轉換器出現峰值功率需求時，該上限閾值電壓被調整到一第一上限閾值之上； 一峰值電流產生電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中該峰值電流產生電路的該第一輸入端接收該第一同步訊號，該峰值電流產生電路的該第二輸入端接收該第二同步訊號，該峰值電流產生電路的該第三輸入端耦接至該上限閾值產生電路的一輸出端以接收該上限閾值電壓，該峰值電流產生電路用以基於該第一同步訊號、該第二同步訊號以及該上限閾值電壓，在該峰值電流產生電路的該輸出端提供一峰值電流訊號；以及 一峰值比較電路，用以將代表流過該初級開關的電流的一電流檢測訊號與該峰值電流訊號相比較，並產生一關斷控制訊號，以控制該初級開關的關斷。
  2. 如請求項1所述的控制器，其中該上限閾值產生電路包括： 一第一判定電路，用以判定該第一同步訊號與該第二同步訊號的一間隔時間是否小於一第一計時時間，產生一第一判定訊號； 一第二判定電路，用以判定該初級開關的波谷導通是否鎖定在一第一波谷，產生一第二判定訊號；以及 一峰值功率控制電路，用以基於該第一判定訊號和該第二判定訊號，產生一進入控制訊號和一退出控制訊號以決定是否進入或退出該上限閾值電壓在該第一上限閾值之上的狀態。
  3. 如請求項2所述的控制器，其中該上限閾值產生電路進一步包括一閾值產生電路，該閾值產生電路包括： 一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器的該第一端提供該上限閾值電壓，該第二電容器的該第二端接收一初級參考接地； 一第二電壓源，具有一正極和一負極，其中該第二電壓源的該負極耦接至該初級參考接地； 一第三電壓源，具有一正極和一負極，其中該第三電壓源的該負極耦接至該初級參考接地； 一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體的該陽極耦接至該第二電壓源的該正極，該第一二極體的該陰極耦接至該第二電容器的該第一端； 一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體的該陽極耦接至該第二電容器的該第一端，該第二二極體的該陰極耦接至該第三電壓源的該正極； 一充電控制單元，用以基於該進入控制訊號，利用一充電電流源對該第二電容器進行充電；以及 一放電控制單元，用以基於該退出控制訊號，利用一放電電流源對該第二電容器進行放電。
  4. 如請求項2所述的控制器，其中該第一判定電路進一步包括： 一第一計時電路，具有一輸入端和一輸出端，其中該第一計時電路的該輸入端接收該第二同步訊號，該第一計時電路用以基於該第二同步訊號進行計時，在該第一計時電路的該輸出端產生一第一計時訊號； 一第一正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該第一正反器的該第一輸入端接收該第二同步訊號，該第一正反器的該第二輸入端耦接至該第一計時電路的該輸出端以接收該第一計時訊號； 一第一及閘，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該第一及閘的該第一輸入端耦接至該第一正反器的該輸出端，該第一及閘的該第二輸入端接收該第一同步訊號； 一第二及閘，具有一第一反相輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該第二及閘的該第一反相輸入端耦接至該第一正反器的該輸出端，該第二及閘的該第二輸入端接收該第一同步訊號；以及 一第二正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該第二正反器的該第一輸入端耦接至該第一及閘的該輸出端，該第二正反器的該第二輸入端耦接至該第二及閘的該輸出端，在該第二正反器的該輸出端提供該第一判定訊號。
  5. 如請求項1所述的控制器，其中該峰值電流產生電路包括一第一電容器，其中在該第二同步訊號來臨時，該第一電容器兩端的電壓被增加為該上限閾值電壓，之後該第一電容器兩端電壓逐漸減小，並在該第一同步訊號來臨時對該第一電容器兩端電壓進行取樣保持，以提供該峰值電流訊號。
  6. 如請求項5所述的控制器，其中該峰值電流產生電路包括： 一第二計時電路，具有一輸入端和一輸出端，其中該第二計時電路的該輸入端接收該第二同步訊號，該第二計時電路用以基於該第二同步訊號進行計時，在該第二計時電路的該輸出端產生一計時訊號； 一第三正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該第三正反器的該第一輸入端接收該第二同步訊號，該第三正反器的該第二輸入端耦接至該第二計時電路的該輸出端以接收該計時訊號； 一第一電壓源，具有一正極和一負極，其中該第一電壓源的該負極耦接至一初級參考接地； 一第一開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，其中該第一開關的該第一端耦接至該第一電容器的一第一端，該第一開關的該第二端耦接至該上限閾值產生電路的該輸出端，該第一開關的該控制端耦接至該第三正反器的該輸出端； 一第二開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二開關的該第一端耦接至該第一電容器的該第一端，該第二開關的該第二端經一第一電阻器耦接至該第一電壓源的該正極，該第二開關的該控制端耦接至該第三正反器的一反相輸出端；以及 一取樣保持電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中該取樣保持電路的該第一輸入端接收該第一同步訊號，該取樣保持電路的該第二輸入端耦接至該第一電容器的該第一端以接收該第一電容器兩端的電壓，該取樣保持電路用以基於該第一同步訊號對該第一電容器兩端的電壓進行取樣保持，在該取樣保持電路的該輸出端產生該峰值電流訊號。
  7. 如請求項1所述的控制器，進一步包括一緩衝電路，該緩衝電路耦接在該上限閾值產生電路的該輸出端和該峰值電流產生電路的該第三輸入端之間，對該上限閾值電壓進行隔離。
  8. 一種隔離型切換式轉換器，包括： 一變壓器，具有一初級線圈和一次級線圈； 一初級開關，耦接至該初級線圈； 一次級開關，耦接至該次級線圈；以及 如請求項1至7中任一項的控制器。
  9. 一種隔離型切換式轉換器的控制方法，該切換式轉換器包括具有一初級線圈和一次級線圈的一變壓器、耦接至該初級線圈的一初級開關、耦接至該次級線圈的一次級開關以及一隔離電路，該控制方法包括： 根據該切換式轉換器的一輸出訊號產生一輸出回饋訊號； 基於該輸出回饋訊號與一第一參考電壓間之差值，產生一第一補償訊號； 基於該第一補償訊號，分別產生一第一控制訊號和一第二控制訊號； 將該第一控制訊號送入該隔離電路的一第一通道，產生與該第一控制訊號電隔離的一第一同步訊號； 將該第二控制訊號送入該隔離電路的一第二通道，產生與該第二控制訊號電隔離的一第二同步訊號； 在該切換式轉換器出現一峰值功率需求時，提供一第一上限閾值之上的一上限閾值電壓； 基於該第一同步訊號、該第二同步訊號以及該上限閾值電壓，提供一峰值電流訊號；以及 基於代表流過該初級開關的電流的一電流檢測訊號與該峰值電流訊號，產生一關斷控制訊號以關斷該初級開關。
  10. 如請求項9所述的控制方法，其中檢測該峰值功率需求的方法包括： 判定該第一同步訊號與該第二同步訊號的間隔是否小於一第一計時時間，產生一第一判定訊號； 判定該初級開關的波谷導通是否鎖定在一第一波谷，產生一第二判定訊號；以及 基於該第一判定訊號和該第二判定訊號，決定是否進入或退出該上限閾值電壓在該第一上限閾值之上的狀態。
  11. 如請求項9所述的控制方法，其中調整該上限閾值電壓的方法包括： 當該第一同步訊號與該第二同步訊號的時間間隔大於一第一計時時間，調整該上限閾值電壓在該第一上限閾值之下； 當該第一同步訊號與該第二同步訊號的間隔時間小於該第一計時時間，調整該上限閾值電壓等於該第一上限閾值；以及 當該初級開關的谷底導通鎖定在一第一波谷且該上限閾值電壓達到該第一上限閾值時，將該上限閾值電壓增大到該第一上限閾值之上。
  12. 如請求項9所述的控制方法，其中產生該峰值電流訊號的方法包括： 在該第二同步訊號來臨時，將一第一電容器兩端的電壓增加為該上限閾值電壓； 逐漸減小該第一電容器兩端的電壓；以及 在該第一同步訊號來臨時對該第一電容器兩端的電壓進行取樣保持，以提供該峰值電流訊號。
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