动态驱动能力调节的电源控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种动态驱动能力调节的电源控制装置，包括变压器、脉冲宽度调变驱动控制器、切换晶体管、隔离组件、输出二极管、输出电容，其中脉冲宽度调变驱动控制器连接切换晶体管，而切换晶体管连接变压器，且变压器的初级侧电感及切换晶体管连接输入电源，变压器的二次侧电感连接输出二极管，进一步连接输出电容及负载，隔离组件将输出电源转换成回授信号，提供脉冲宽度调变驱动控制器经调节处理，动态控制脉冲宽度调变驱动信号，实现切换晶体管的最佳导通电流，增加电磁干扰边际，减少切换损失，提升整体的电气质量及电源转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种动态驱动能力调节的电源控制装置，尤其是利用调节处理，针对切换晶体管的状态，同时考虑电磁干扰(EMI)及切换损失，以动态调节脉冲宽度调变驱动信号，进而改善电气质量及整体电源转换效率。
技术介绍
电源转换技术对于日益蓬勃发展的电子产业相当重要，因为不同的电子产品需要不同电压或电流的电源而运作。比如，集成电路(IC)需要5V或3V，电动马达需要12V直流电，而液晶显示器中的灯管需要更高压的电源，如1150V。因此，需要不同电源转换器以满足所需。在现有技术中，切换式(交换式)电源转换技术是目前电子业界常用的电源转换技术之一，主要是利用高频率的脉冲宽度调变(PWM)信号以驱动切换晶体管(或称驱动晶体管)的导通，进而控制与切换晶体管串联连接的电感(或变压器)的电流，由于电感本身具有保持电流的作用，防止瞬间改变，所以当切换晶体管被瞬间关闭时，此时原有电流不会立即改变，而是相对缓慢的变化，使得电感被充电或放电，达到改变输出电压的目的。参考图1，现有技术调节切换晶体管的驱动能力的示意图，其中提供驱动信号VD1的预驱动器(pre-driver)的驱动能力是固定的供应电流/移除电流(sourcecurrent/sinkcurrent)架构。如图1所示，为调节切换晶体管M1的驱动能力，可配置第一栅极电阻RG1、第二栅极电阻RG2、切换二极管D1以及接地电阻(或称下拉电阻)RGG，其中第一栅极电阻RG1及第二栅极电阻RG2是串联而连接到切换晶体管M1的栅极G，切换二极管D1是与第二栅极电阻RG2并联连接，且接地电阻RGG连接至切换晶体管M1的栅极G以及接地GND。因此，在打开切换晶体管M1时，驱动信号VD1可控制驱动电流IG1经由第一栅极电阻RG1及第二栅极电阻RG2而到达切换晶体管M1的栅极G，其中切换二极管D1因反偏而关闭，进而提高栅极G的电压而使切换晶体管M1导通。另外，在关闭切换晶体管M1时，可降低驱动信号VD1，使得栅极G的电压因关闭电流IG2而降低，进而关闭切换晶体管M1，其中切换二极管D1因顺偏而导通，所以关闭电流IG2会经由切换二极管D1及第二栅极电阻RG2，而不会流过第一栅极电阻RG1，同时，关闭电流IG2藉接地电阻RGG而导向接地GND。举例而言，针对切换晶体管M1的关闭操作，当第一栅极电阻RG1设定为0欧姆及第二栅极电阻RG2设定为22欧姆时，切换晶体管M1的漏源电压Vds的下降时间为80ns，且切换晶体管M1的栅源电压Vgs的米勒平台约为200ns，而当第一栅极电阻RG1设定为100欧姆及第二栅极电阻RG2的总电阻值设定为22欧姆时，下降时间可拉长为104ns，同时切换晶体管M1的栅源电压Vgs的米勒平台拉长到约300ns。因此，可降低第一栅极电阻RG1及第二栅极电阻RG2的电阻，以提高转换效换，但是无法改善EMI。然而，增加第一栅极电阻RG1及第二栅极电阻RG2的电阻，虽可拉长下降时间而改善EMI，但是当米勒平台过长时，会导致切换晶体管M1的导通电阻无法迅速减小，不利于转换效率。很明显的，上述现有技术可藉调整第一栅极电阻RG1而控制切换晶体管M1的导通速度，同时利用第二栅极电阻RG2调整切换晶体管M1的关闭速度。然而，现有技术的缺点在于只能配置不同的第一栅极电阻RG1及第二栅极电阻RG2而改变驱动信号VD1对切换晶体管M1的打开时间及关闭时间，虽然可适度减少切换损失，但是无法同时降低电磁干扰。亦即，当需要导通切换晶体管时，在原有关闭状态下的导通电流为0或趋近于0，所以如果此时的驱动电压上升较快时，对减少切换损失的帮助不大，反而会增加EMI的不良影响。另一方面，当切换晶体管已部分导通或完全导通时，导通电流已相当大，此时如果驱动电压的上升较慢或下降较慢，都会在整个切换过程中造成不小的电力损耗。因此，产业界很需要一种动态驱动能力调节的电源控制装置，利用回授信号进行调节处理，可针对切换晶体管的状态，同时考虑电磁干扰(EMI)及切换损失，而动态调节脉冲宽度调变驱动信号，提升电气质量，藉以解决上述现有技术的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种动态驱动能力调节的电源控制装置，包括变压器、脉冲宽度调变(PWM)驱动控制器、切换晶体管、隔离组件、输出二极管、输出电容，用以增加电磁干扰边际，减少切换损失，提升整体的电源转换效率。具体而言，PWM驱动控制器连接切换晶体管，而切换晶体管连接变压器，而变压器包含初级侧电感及二次侧电感，其中初级侧电感连接输入电源，并与切换晶体管串联，因而由切换晶体管控制初级侧电感的电流。此外，二次侧电感连接输出二极管，提供输出电源以供应负载。尤其是，隔离组件连接负载的一端，将输出电源转换成回授信号而回传至PWM驱动控制器，使得PWM驱动控制器可依据回授信号，进行调节处理，产生PWM驱动信号，以驱动切换晶体管。上述PWM驱动控制器的调节处理包括：在一开始时，因连续导通模式(CCM)下的初始电流较小或非连续导通模式(DCM)下初始电流为0，所以需优先考虑EMI因素，使得PWM驱动控制器的驱动电压由0V上升到约5V的第一上升时间可适当拉长；接着，因切换晶体管的电压和电流切换已经完成，为减小导通损耗，需要快速拉高驱动电压到8V以上，以确保切换晶体管进入饱和导通，使得导通电阻尽量减小，亦即缩短驱动电压由5V上升到超过约8V的第二上升时间；接着，当要关闭切换晶体管时，因驱动电压的下降时间过长会增加导通损耗，所以需要缩短驱动电压的下降时间，亦即缩短驱动电压由超过8V下降到约5V的第一下降时间；以及适当缩短驱动电压由约5V降低到0V的第二下降时间。整体而言，本专利技术是藉拉长第一上升时间，而改善EMI效应，并利用缩短第二上升时间、第一下降时间及第二下降时间，而减少切换损失，很适合应用于需要进行电源转换并需同时兼顾EMI及转换效率的领域。附图说明图1显示现有技术调节切换晶体管的驱动能力的示意图。图2显示依据本专利技术实施例动态驱动能力调节的电源控制装置的示意图。图3显示本专利技术中驱动电压的第一上升时间、第二上升时间、第一下降时间及第二下降时间的操作波形示意图。图4显示本专利技术中驱动电压的导通操作的波形图。图5显示本专利技术中驱动电压的关闭操作的波形图。图6显示本专利技术另一实施例动态驱动能力调节的电源控制装置的示意图。其中，附图标记说明如下：10脉冲宽度调变驱动控制器...

【技术保护点】
一种动态驱动能力调节的电源控制装置，用以将具一输入电压的一输入电源转换成具一输出电压的一输出电源而提供一输出功率给外部的一负载，其特征在于，该电源控制装置包括：一切换晶体管，为一N型切换组件，包含一N通道金氧半晶体管或一NPN双载子晶体管；一脉冲宽度调变驱动控制器，连接该切换晶体管，并进行一调节处理，产生一PWM驱动信号，以控制该切换晶体管的导通；一输出二极管；一输出电容，并联至该输出二极管；一变压器，包含一初级侧电感及一二次侧电感，其中该初级侧电感连接该输入电源，并与该切换晶体管串联，而由该切换晶体管控制该初级侧电感的电流，该二次侧电感连接该输出二极管，提供该输出电源以供应该负载；以及一隔离组件，连接该负载的一端，将该输出电源转换成一回授信号而回传至该脉冲宽度调变驱动控制器，其中该脉冲宽度调变驱动控制器的调节处理包括以下步骤：在一第一上升时间内，将该脉冲宽度调变驱动控制器的PWM驱动信号的一驱动电压由0V上升到一第一电压；在一第二上升时间内，将该驱动电压由该第一电压上升到超过大于该第一电压的一第二电压，其中用以开始导通该切换晶体管而使该切换晶体管的漏源电压会下降；维持一预设时间；在一第一下降时间内，将该驱动电压由超过该第二电压下降到该第一电压；以及在一第二下降时间内，将该驱动电压由该第一电压降低到0V，其中该第一电压为该切换晶体管的米勒平台，而该米勒平台是指该切换晶体管在关闭至导通的切换过程中维持某一定值的栅源电压，且当该切换晶体管的漏极电流为零时，拉长该第一上升时间以降低电磁干扰，同时缩短该第二上升时间、该第一下降时间及该第二下降时间以降低切换损失。...

【技术特征摘要】
1.一种动态驱动能力调节的电源控制装置，用以将具一输入电压的一输
入电源转换成具一输出电压的一输出电源而提供一输出功率给外部的一负
载，其特征在于，该电源控制装置包括：
一切换晶体管，为一N型切换组件，包含一N通道金氧半晶体管或一
NPN双载子晶体管；
一脉冲宽度调变驱动控制器，连接该切换晶体管，并进行一调节处理，
产生一PWM驱动信号，以控制该切换晶体管的导通；
一输出二极管；
一输出电容，并联至该输出二极管；
一变压器，包含一初级侧电感及一二次侧电感，其中该初级侧电感连接
该输入电源，并与该切换晶体管串联，而由该切换晶体管控制该初级侧电感
的电流，该二次侧电感连接该输出二极管，提供该输出电源以供应该负载；
以及
一隔离组件，连接该负载的一端，将该输出电源转换成一回授信号而回
传至该脉冲宽度调变驱动控制器，
其中该脉冲宽度调变驱动控制器的调节处理包括以下步骤：
在一第一上升时间内，将该脉冲宽度调变驱动控制器的PWM驱动信号
的一驱动电压由0V上升到一第一电压；
在一第二上升时间内，将该驱动电压由该第一电压上升到超过大于该第
一电压的一第二电压，其中用以开始导通该切换晶体管而使该切换晶体管的
漏源电压会下降；
维持一预设时间；
在一第一下降时间内，将该驱动电压由超过该第二电压下降到该第一电
压；以及
在一第二下降时间内，将该驱动电压由该第一电压降低到0V，其中该第
一电压为该切换晶体管的米勒平台，而该米勒平台是指该切换晶体管在关闭
至导通的切换过程中维持某一定值的栅源电压，且当该切换晶体管的漏极电
流为零时，拉长该第一上升时间以降低电磁干扰，同时缩短该第二上升时间、

\t该第一下降时间及该第二下降时间以降低切换损失。
2.一种动态驱动能力调节的电源控制装置，用以将具一输入电压的一输
入电源转换成具一输出电压的一输出电源而提供一输出功率给外部的一负
载，其特征在于，该电源控制装置包括：
一切换晶体管，为一N型切换组件，包含一N通道金氧半晶体管或一
NPN双载子晶体管；
一脉冲宽度调变驱动控制器，连接该切换晶体管，并进行一调节处理，
产生一PWM驱动信号，以控制该切换晶体管的导通；
一输出二极管；
一输出电容，并联至该输出二极管；
一变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树嘉，林敬渊，林志峰，谢文岳，
申请(专利权)人：产晶积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71