專利名稱：返馳式電源供應(yīng)器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種返馳式電源供應(yīng)器及其控制方法，特別是一種利用開關(guān)組件作關(guān)閉、開啟的切換行為的電源供應(yīng)器。
背景技術(shù)：
如圖1A所示，是公知返馳式交換電源供應(yīng)器的電路裝置。其中S1可為晶體管、閘流體或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管等具有小信號控制其導(dǎo)通/截止(on/off)作用的開關(guān)組件。而D1在導(dǎo)通時會產(chǎn)生0.4V-1.5V不等的電壓降，此為二極管的特性，因此當(dāng)輸出電壓Vo低時，常發(fā)生效率低、二極管D1消耗功率過大、需大面積的散熱片等情況。例如當(dāng)Vo為5VDC，D1的壓降為0.4V，D1反向耐壓為30VDC，電源供應(yīng)器的輸出為50w(5v/10A)，因此在D1上的消耗功率為0.4V×10A＝4W，不計其它組件的消耗，此電源供應(yīng)器的效率(Efficiency)為50W/(50w+4w)＝92.6％。
如圖1B所示，是目前公知的返馳式交換電源供應(yīng)器的電路裝置。若在D1位置改以S2代替，S2可為閘流體、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管等，以今日科技水準(zhǔn)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor；MOSFET)可輕易做到10毫歐姆左右的RDS(on)，如SI4410，可將消耗功率降低甚多，克服上述困擾。以上例做為比較，Vo為5VDC，S2以SI4410(RDS＝11毫歐姆，VDS＝30V)取代，輸出功率為50W(5V/10A)則S2的壓降為10A×11毫歐姆＝110mVdc，S2的消耗功率為110mV×10A＝1100mW＝1.1W，不計其它組件的消耗功率的效率為50W/(50W+1.1W)＝97.8％，較使用二極管的效率提升6.2％，此為目前工程人員追求的目標(biāo)，但是，以S2取代D1的過程中仍有其技術(shù)瓶頸存在。
如圖2所示，其是公知的返馳變壓器各點的電壓波形及電流波形。S2必須很精準(zhǔn)的控制在t1產(chǎn)生后導(dǎo)通，同時在t2來臨前截止，通常t1a較易控制，因為t1是VN2由負(fù)轉(zhuǎn)正時謂之，雖然可利用VN2為觸發(fā)信號，延遲若干時間后，令S2導(dǎo)通即可，但返馳變壓器t2的產(chǎn)生則隨負(fù)載Io的變化而改變，相當(dāng)難以預(yù)側(cè)，且t2a為t2產(chǎn)生前需將S2截止，否則，Co將經(jīng)由S2對N2充電，而在S1再次導(dǎo)通時產(chǎn)生一逆向電流-IS1而可能致使S1燒毀。當(dāng)然也可以ID1做為預(yù)側(cè)t2產(chǎn)生的依據(jù)，但有下列兩點原因致使此方法不適合批量生產(chǎn)。
(1)業(yè)者用做電流側(cè)檢側(cè)常用電阻器或變流器(current X’FKM)，電阻器會消耗功率且電流愈大消耗愈大。可能致使S2取代D1的效果消失。變流器具有直流阻絕的效果，因此需增加電路將直流電平恢復(fù)，這將致使變流器做為電流側(cè)檢側(cè)的精確度大打折扣。
(2)此電流側(cè)檢側(cè)的準(zhǔn)確度，需相當(dāng)準(zhǔn)確，否則交換式電源供應(yīng)器不是容易燒毀，就是所能提升的效率不高。由此兩點原因造成以S2取代D1變成一昂貴且不穩(wěn)定的工程。
因此，由上可知，上述公知的返馳電源供應(yīng)器，在實際使用上，顯然具有不便與缺點需加以改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種返馳式電源供應(yīng)器及其控制方法，是針對先前技術(shù)中返馳式電源供應(yīng)器利用開關(guān)元控制變壓器輸出而言，而由于在開關(guān)組件本身的消耗功率甚低，如此可有效提高電源供應(yīng)器的效率。但為了讓返馳式電源供應(yīng)器能正常工作，則必須很精準(zhǔn)控制開關(guān)組件的導(dǎo)通與截止時間，而在先前技術(shù)中即使有提及如何有效控制開關(guān)組件的導(dǎo)通時間，但在控制開關(guān)組件的截止時間則有諸多困難而有待克服。因此本發(fā)明即針對開關(guān)組件的關(guān)閉時間提供一有效的控制，使電源供應(yīng)器能有效提高效率，并能正常工作。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現(xiàn):
本發(fā)明提供一種返馳式電源供應(yīng)器，包括有變壓器、初級切換電路及次級切換電路，其中初級切換電路連接在該變壓器的初級側(cè)；次級切換電路連接在該變壓器的次級側(cè)，而該次級切換電路至少包括:一開關(guān)組件，用以控制該變壓器的輸出；一控制電路，用以控制該開關(guān)組件的壓降維持在固定電壓，并使該開關(guān)組件的阻值能隨該變壓器輸出的電流呈反比變化。
本發(fā)明的目的還可通過如下措施來實現(xiàn):
本發(fā)明還提供一種返馳式電源供應(yīng)器的控制方法，是將變壓器連接的次級切換電路的開關(guān)組件維持在固定壓降，使開關(guān)組件的阻值能隨變壓器輸出的電流呈反比變化。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
(1)開關(guān)組件的on/off是依據(jù)變壓器的輸出電流ID1作變化，并能精準(zhǔn)的將開關(guān)組件的on/off壓狀態(tài)控制在t1-t2的時間范圍內(nèi)。
(2)即使變壓器的轉(zhuǎn)態(tài)時間難以預(yù)側(cè)，但只要ID1為零(即t2時)開關(guān)組件即會自動截止。


圖1A是公知的返馳式交換電源供應(yīng)器的電路裝置；圖1B是目前公知的返馳式交換電源供應(yīng)器的電路裝置；圖2是圖1B的電壓及電流波形圖；圖3是本發(fā)明的電路方塊示意圖；圖4是本發(fā)明控制電路的電路接線圖；及圖5是本發(fā)明控制電路的另一電路接線圖。
具體實施例方式
請參閱圖3，為本發(fā)明的電路方塊圖。本發(fā)明是一種返馳式電源供應(yīng)器，包括一變壓器1、一初級切換電路2及一次級切換電路3；其中:
變壓器1設(shè)有一初級側(cè)11及一次級側(cè)12，而初級切換電路2是連接在初級側(cè)11，次級切換電路3是連接于次級側(cè)12。另，次級側(cè)12是具有第一輸出端VN1及第二輸出端VN2。變壓器1在返馳式電源供應(yīng)器中主要是將初級側(cè)11的能量轉(zhuǎn)換至次級側(cè)12，且初級側(cè)11與次級側(cè)12的兩輸出端各設(shè)有正負(fù)反向的電壓及其相對電流。
初級切換電路2是連接于一供應(yīng)的Vsource，以切換出高頻信號Vin及初級電流Iin，而控制變壓器1的次級側(cè)12轉(zhuǎn)態(tài)動作。
次級切換電路3是由一控制電路31及一開關(guān)組件32組成。借由次級切換電路3將變壓器1的次級側(cè)12的輸出信號作切換，而經(jīng)由一輸出電容Co得到一輸出電壓Vo。而其中次級切換電路3主要是在變壓器1轉(zhuǎn)態(tài)即由低電平轉(zhuǎn)高電平階段時，能控制開關(guān)組件32的導(dǎo)通時間，而此技術(shù)已在先前技術(shù)中說明在此不在贅述。而在控制開關(guān)組件32的截止時間，則是利用控制電路31將開關(guān)組件32維持在一固定電壓，使得當(dāng)變壓器1輸出的信號如圖2，ID1變化時，開關(guān)組件32的阻值將會逐漸增高，并在比ID1趨近于零時，開關(guān)組件32的阻值將會趨近于無限大，而在變壓器1下次轉(zhuǎn)態(tài)即由高電平轉(zhuǎn)低電平來臨前，令開關(guān)組件32自動進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。因此借由控制電路31將開關(guān)組件32維持在固定電壓，使開關(guān)組件32的阻值能隨變壓器1的輸出電流呈現(xiàn)反比變化，即能精準(zhǔn)的控制開關(guān)組件32的截止時間，以便使變壓器1在轉(zhuǎn)態(tài)階段時，電源供應(yīng)器可正常工作。
請參閱圖4所示，控制電路31是由電平參考電路311、驅(qū)動電路312及緩沖電路313組成。其中電平參考電路311是提供一電平參考值，緩沖電路313是輸出電壓控制開關(guān)組件32的阻值變化，而驅(qū)動電路312則根據(jù)電平參考值調(diào)整緩沖電路313的輸出電壓大小，使流經(jīng)開關(guān)組件32的電流所產(chǎn)生的壓降能維持在一固定電壓，讓開關(guān)組件32的阻值能隨變壓器1輸出的電流呈反比變化。
而其中開關(guān)組件32也就是N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管Q1或其它可以小信號控制開關(guān)組件導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)的開關(guān)組件，如閘流體。緩沖電路313也就是射極隨藕器，由晶體管Q2及Q3組成。驅(qū)動電路312由電阻R1、晶體管Q4、二極管D1及D2組成。電平參考電路311由電阻R2、R3及二極管D3組成。而其中二極管D1、D2、D3提供電流隔絕作用，而為了方便下述說明二極管D1、D2、D3的壓降忽略不記。并假設(shè)Q1的導(dǎo)通電阻為15毫歐姆，Q4的Vbe電壓為0.6V，V3電壓設(shè)定為0.65V。
其中V3此一端點所并聯(lián)的另一回路為Q4的b-e兩端與Q1的s-d兩端所作的串聯(lián)。因此當(dāng)Q4欲導(dǎo)通時落在Q1的s-d兩端壓降不得大于0.05V，因此時Q4的Vbe電壓為0.6V。反之當(dāng)Q4截止代表此時Q1的s-d兩端壓降為大于0.05V。
因此當(dāng)變壓器:輸出的電流ID1變化時，如圖2，當(dāng)電流ID1在大于3.33A時，Q4截止，Q1的Vgs電壓使Q1全速導(dǎo)通。并在電流ID1小于3.33A時，Q4導(dǎo)通，使Q1的s-d兩端壓降維持固定在0.05V，而當(dāng)電流ID1為零時，Q1的阻抗將為無限大，使Q1自動進(jìn)入截止。
請參閱圖5所示，控制電路31’也可由分壓網(wǎng)311’、比較器312’及緩沖電路313’組成。其中分壓網(wǎng)311’是連接于開關(guān)組件32兩側(cè)，并提供有第一電平參考值及第二電平參考值。緩沖電路313’是輸出電壓控制開關(guān)組件32的阻值變化。而比較器312’則根據(jù)第一電平參考值及第二電平參考值的比較結(jié)果調(diào)整緩沖電路313’的輸出電壓，而改變開關(guān)組件32的阻值變化，使得開關(guān)組件32維持在固定電壓，讓開關(guān)組件32的阻值能隨變壓器1輸出的電流呈反比變化。
其中分壓網(wǎng)311’是由電阻R5至R8組成，緩沖電路313’由晶體管Q5、電阻R4、二極管D4、D6組成。且令R6/(R5+R6)的比值略大于R8/(R7+R8)的比值，VA×[R6/(R5+R6)-R8/(R7+R8)]約等于80mv。因此當(dāng)Q1在導(dǎo)通初期時，即變壓器1的次級側(cè)12輸出電流如圖2ID1變化時，Q1的Vsd＞80mv，故Vy＞Vx，比較器312’的輸出為高電平，VA經(jīng)Q5使Q1導(dǎo)通。而當(dāng)電流ID1逐漸降低時，使Q1的Vsd＜80mv，故Vx＞Vy，比較器312’的輸出降低時，Q1的阻值Rds上升，并維持Q1的Vsd在80mv，因此隨著電流ID1的逐漸降低至零時，Q1的阻值將趨于無限大，使Q1自動進(jìn)入截止。
因此，本電路的開關(guān)組件32是以小信號控制的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或閘流體，來提升電源供應(yīng)器的效率。而為了能精準(zhǔn)的控制開關(guān)組件32必須在圖2中的t1之后導(dǎo)通，同時在t2來臨前截止。其中t1之后導(dǎo)通是相同于先前技術(shù)所述可利用第一輸出端VN1為觸發(fā)信號，因為t1是第一輸出端VN1由負(fù)轉(zhuǎn)正時謂之，因此延遲若干時間后，令開關(guān)組件32導(dǎo)通即可。而開關(guān)組件32如何在t2來臨前截止則為本發(fā)明的重點所在，其主要的工作原理是將開關(guān)組件32維持在一定的壓降，并隨著電流ID1的變化，開關(guān)組件32本身的阻抗會隨之改變，因此當(dāng)電流ID1為零時(即t2)，開關(guān)組件32的阻值會趨于無限大，使開關(guān)組件32自動進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，而達(dá)到開關(guān)組件32需在t2來臨前截止的要求。
權(quán)利要求
1.一種返馳式電源供應(yīng)器，包括一變壓器；一初級切換電路，連接在該變壓器的初級側(cè)；及一次級切換電路，連接在該變壓器的次級側(cè)，其中該次級切換電路包括一開關(guān)組件，控制該變壓器的輸出；一控制電路，控制該開關(guān)組件的壓降維持在固定電壓，并且該開關(guān)組件的阻值能隨該變壓器輸出的電流呈反比變化。
2.如權(quán)利要求1所述的返馳式電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的開關(guān)組件為小信號控制導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)的閘流體或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的返馳式電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的控制電路包括一電平參考電路，提供一電平參考值；一緩沖電路，輸出電壓控制該開關(guān)組件的阻值變化；一驅(qū)動電路，根據(jù)該電平參考值調(diào)整該緩沖電路的輸出電壓大小，使得流經(jīng)該開關(guān)組件的電流所產(chǎn)生的壓降能維持在一固定電壓，而讓該開關(guān)組件的阻值能隨該變壓器輸出的電流呈反比變化。
4.如權(quán)利要求3所述的返馳式電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的緩沖電路為射極隨藕器。
5.如權(quán)利要求1所述的返馳式電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的控制電路包括一分壓網(wǎng)，提供一第一電平參考值與一第二電平參考值；一緩沖電路，輸出電壓控制該開關(guān)組件的阻值變化；一比較器，根據(jù)第一電平參考值及第二電平參考值的比較結(jié)果調(diào)整該緩沖電路的輸出電壓，改變該開關(guān)組件的阻值變化，使得該開關(guān)組件維持在固定電壓，讓該開關(guān)組件的阻值能隨該變壓器輸出的電流呈反比變化。
6.如權(quán)利要求5所述的返馳式電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的分壓網(wǎng)絡(luò)連接于該開關(guān)組件兩側(cè)。
7.一種返馳式電源供應(yīng)器的控制方法，是將與變壓器連接的次級切換電路的開關(guān)組件維持在固定電壓，使開關(guān)組件的阻值能隨變壓器輸出的電流呈反比變化。
8.如權(quán)利要求7所述的返馳式電源供應(yīng)器的控制方法，其特征在于，當(dāng)變壓器輸出的電流趨近于零時，開關(guān)組件的阻值將趨近于無限大，而使開關(guān)組件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。
9.如權(quán)利要求7所述的返馳式電源供應(yīng)器的控制方法，其特征在于，所述的開關(guān)組件是利用小信號控制其導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種返馳式電源供應(yīng)器及其控制方法，能在變壓器每次轉(zhuǎn)態(tài)時正確控制開關(guān)組件的截止?fàn)顟B(tài)；該電源供應(yīng)器由變壓器、初級切換電路及次級切換電路組成；初級切換電路連接于變壓器的初級側(cè)，次級切換電路連接在變壓器的次級側(cè)，由控制電路及開關(guān)組件組成；其中控制電路是維持開關(guān)組件在固定電壓，并使該開關(guān)組件的阻值能隨變壓器輸出的電流呈反比變化；因此當(dāng)變壓器次級側(cè)輸出的電流以倒三角波形變化時，開關(guān)組件的阻值將在電流為零時趨近在無限大，使開關(guān)組件自動進(jìn)入截止，讓電源供應(yīng)器順利工作。
文檔編號H02M7/217GK1538609SQ0312313
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者楊惠強(qiáng) 申請人:尼克森微電子股份有限公司