多功能电源转换器制造技术

本发明专利技术为一种多功能电源转换器，包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器、回授单元、输出单元，可提供动态侦测的电源转换功能，其中来自一次侧线圈的感测信号及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号，使得数字控制单元据以判断二次侧电流是否放电到零，并侦测谷底位置及谷底数目而决定是否打开切换晶体管，同时在打开切换晶体管时，进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管。因此，本发明专利技术可大幅降低切换损失，提高电源转换效率，尤其是使用数字控制单元，可藉更新固件程序而符合实际需要，非常具有弹性。

Multifunctional power converter

The present invention relates to a multifunctional power converter includes an input filter unit, transformer, switch transistor, a drive controller, a feedback unit and an output unit and can provide power to detect dynamic conversion function, which comes from the primary side coil sensor and a signal from a reference line ring sensing signal into current sensing zero detection the digital signal, the control unit to judge whether the two side current to zero discharge, and detect the location of valley and bottom number decide whether to open the switch transistor, while the open switch transistor, current sensing to decide whether to turn off switching transistor. Therefore, the invention can greatly reduce the switching loss and improve the power conversion efficiency, in particular to the use of the digital control unit, which can meet the actual needs by updating the firmware program, and is very flexible.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种多功能电源转换器，尤其是将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号，并利用单一信号接脚接收，以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零，并侦测谷底位置及谷底数目，藉以决定是否打开切换晶体管，降低切换损失，同时在打开切换晶体管时，进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管。
技术介绍
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，使得电源转换技术日益蓬勃发展，属于电子产业中相当重要的一环。如图1所示，现有技术的电源转换电路包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30、回授单元40、输出单元50，其中变压器TR包含一次侧线圈LP、参考线圈LA以及二次侧线圈LS，而切换晶体管20为金氧半(MOS)晶体管。输入滤波单元10将交流电源VAC转换成输入电源VIN，并传送到一次侧线圈LP，且切换晶体管20的汲极连接一次侧线圈LP，而切换晶体管20的源极连接感测电阻RS，并产生电流感测信号CS。切换晶体管20的闸极连接驱动控制器30，用以接收驱动信号GATE。二次侧线圈LS藉感应一次侧线圈LP而产生感应电流，并经输出单元50而产生输出电源VOUT。回授单元40接收输出电源VOUT而产生回授比较信号COMP，并传送至驱动控制器30A。参考线圈LA是藉感应一/二次侧线圈LP/LS而产生辅助感应电压，并流过串接的第一分压电阻R1及第二分压电阻R2，在第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的串接点产生零点侦测信号ZC，进而传送至驱动控制器30。驱动控制器30利用零点侦测信号ZC以进行零点侦测，找出二次侧线圈LS的电流为零的位置，并利用电流感测信号CS以判别切换晶体管20的导通状态，同时参考回授比较信号COMP，以获得输出电源VOUT的大小，使得驱动控制器30产生用以打开、关闭切换晶体管20的驱动信号GATE。亦即，在切换晶体管20被打开时，切换晶体管20的导通电流上升，所以电流感测信号CS也上升，而驱动控制器30可在电流感测信号CS上升到默认值时，关闭切换晶体管20。再者，当切换晶体管20关闭时，流过第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的辅助感应电压会先上升至峰值后再下降，而且之后会产生振荡，所以驱动控制器30可藉零点侦测信号ZC而侦测到零点位置，亦即谷底位置，藉以决定打开切换晶体管20，以减少切换损失。然而，上述现有技术的缺点在于驱动控制器必须分别接收来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号，使得驱动控制器需配置二独立的信号接脚，而且第一分压电阻及第二分压电阻会占据相当大的面积，影响整体电路布局的成本，尤其在以集成电路方式实现时更为显著。因此，非常需要一种多功能电源转换器，可将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号合并成电流感测零点侦测信号，并利用单一信号接脚接收，以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零，并侦测谷底位置及谷底数目，藉以决定是否打开切换晶体管，降低切换损失，同时在打开切换晶体管时，进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管，因而可大幅降低切换损失，提高整体的电源转换效率，相当具有产业利用性，尤其是，数字控制单元是以全数字的操作方式而实现，可藉更新固件程序而符合实际需要，在使用上非常具有弹性，进而能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多功能电源转换器，用以提供动态侦测的电源转换功能，包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器、回授单元、输出单元，其中变压器主要包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈，而切换晶体管可由金氧半(MOS)功率晶体管实现，并具有汲极、闸极以及源极，不过切换晶体管也可使用其他具驱动功能的电子元件，比如双载子(Bipolar)晶体管。输入滤波单元接收外部的交流电源，经滤波后转换成输入电源。变压器中一次侧线圈的一端是连接至输入滤波单元，用以接收输入电源，而参考线圈是藉感应一/二次侧线圈所传导的电压，此外，参考线圈的一端为接地。二次侧线圈藉感应一次侧线圈的电流而产生感应电流，参考线圈的另一端连接至零点侦测二极管的一端，且零点侦测二极管的另一端连接至零点侦测电阻的一端。切换晶体管的汲极连接至一次侧线圈的另一端。驱动控制器产生驱动信号，并传送至切换晶体管的闸极，藉以控制切换晶体管的关闭、打开操作。输出单元接收来自二次侧线圈的感应电流，且包含输出电容及输出二极管，其中输出二极管的正极端连接至二次侧线圈的一端，且二次侧线圈的另一端为接地，并连接至输出电容的一端，而输出电容的另一端连接至输出二极管的负极端，并由输出二极管的负极端产生输出电源，且由输出单元提供输出电流。零点侦测电阻的另一端连接至切换晶体管的源极以及感测电阻的一端，且感测电阻的另一端为接地。零点侦测电阻的另一端产生电流感测零点侦测信号，并传送至驱动控制器。回授单元的一端连接至输出二极管的负极端，用以接收输出电源，并经回授控制处理以产生回授比较信号而传送至驱动控制器。驱动控制器接收电流感测零点侦测信号及回授比较信号以进行零点侦测处理及电流监视处理，进而产生所需的驱动信号。此外，驱动控制器包括第一、第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流侦测单元、电流限制单元以及保护单元。第一模拟至数字转换器接收回授比较信号，经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字比较信号。第二及第三模拟至数字转换器同时接收电流感测零点侦测信号，并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字电流感测信号及数字零点侦测信号。电流限制单元是在切换晶体管导通时，接收电流感测零点侦测信号，并在电流感测零点侦测信号大于默认值时，产生电流限制信号，以表示切换晶体管的导通电流过大。数字控制单元接收数字比较信号、数字电流感测信号、数字零点侦测信号及电流限制信号，以产生PWM控制信号，进而传送至PWM驱动单元，以使得PWM驱动单元依据PWM控制信号产生驱动信号。数字控制单元依据电流限制信号以控制保护单元产生保护信号，进而传送至PWM驱动单元以关闭切换晶体管。此外，数字控制单元是在驱动信号打开切换晶体管而导通时，依据电流感测零点侦测信号以决定是否关闭切换晶体管。数字控制单元并在驱动信号关闭切换晶体管时，利用数字零点侦测信号以进行零点侦测而侦测到谷底位置，再计算谷底的累计数目，进而决定在经过预设谷底数目后，才打开切换晶体管，藉以降低切换损失。进一步而言，本专利技术的另一目的在于提供一种多功能电源转换器，包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器及输出单元，尤其是在不包含回授单元的情况下，可实现具一次侧回授架构的电源转换功能。驱动控制器包括第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流限制单元以及保护单元。当切换晶体管关闭时，驱动控制器可在二次侧电流还没放电到零前，侦测到参考线圈电位VAUX为(VOUT+Vf)*(NA/NS)，其中Vf为输出二极管的导通电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能电源转换器，用以提供电源转换功能，其特征在于，包括：一输入滤波单元，接收外部的一交流电源，经滤波后转换成一输入电源；一变压器，包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈，该一次侧线圈的一端是连接至该输入滤波单元，用以接收该输入电源，该参考线圈是藉感应所述一次侧线圈/二次侧线圈而产生一辅助感应电压，该参考线圈的一端为接地，该二次侧线圈藉感应该一次侧线圈的电流而产生一感应电流，该参考线圈的一另一端连接至一零点侦测二极管的一端，且该零点侦测二极管的一另一端连接至零点侦测电阻的一端；一切换晶体管，由一金氧半功率晶体管实现，并具有一汲极、一闸极以及一源极，该汲极连接至该一次侧线圈的一另一端；一驱动控制器，产生一驱动信号，并传送至该切换晶体管的闸极，藉以控制该切换晶体管的关闭、打开操作；一回授单元；以及一输出单元，接收来自该二次侧线圈的感应电流，且包含一输出电容及一输出二极管，该输出二极管的一正极端连接至该二次侧线圈的一端，且该二次侧线圈的一另一端为接地，并连接至该输出电容的一端，该输出电容的一另一端连接至该输出二极管的一负极端，而由该输出二极管的负极端产生一输出电源，并由该输出单元提供一输出电流，其中该零点侦测电阻的一另一端连接至该切换晶体管的源极以及一感测电阻的一端，且该感测电阻的一另一端为接地，而该零点侦测电阻的另一端产生一电流感测零点侦测信号，并传送至该驱动控制器，该回授单元的一端连接至该输出二极管的负极端，用以接收该输出电源，并经一回授控制处理以产生一回授比较信号而传送至该驱动控制器，该驱动控制器接收该电流感测零点侦测信号及该回授比较信号以进行一零点侦测处理及一电流监视处理，进而产生该驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能电源转换器，用以提供电源转换功能，其特征在于，包括：一输入滤波单元，接收外部的一交流电源，经滤波后转换成一输入电源；一变压器，包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈，该一次侧线圈的一端是连接至该输入滤波单元，用以接收该输入电源，该参考线圈是藉感应所述一次侧线圈/二次侧线圈而产生一辅助感应电压，该参考线圈的一端为接地，该二次侧线圈藉感应该一次侧线圈的电流而产生一感应电流，该参考线圈的一另一端连接至一零点侦测二极管的一端，且该零点侦测二极管的一另一端连接至零点侦测电阻的一端；一切换晶体管，由一金氧半功率晶体管实现，并具有一汲极、一闸极以及一源极，该汲极连接至该一次侧线圈的一另一端；一驱动控制器，产生一驱动信号，并传送至该切换晶体管的闸极，藉以控制该切换晶体管的关闭、打开操作；一回授单元；以及一输出单元，接收来自该二次侧线圈的感应电流，且包含一输出电容及一输出二极管，该输出二极管的一正极端连接至该二次侧线圈的一端，且该二次侧线圈的一另一端为接地，并连接至该输出电容的一端，该输出电容的一另一端连接至该输出二极管的一负极端，而由该输出二极管的负极端产生一输出电源，并由该输出单元提供一输出电流，其中该零点侦测电阻的一另一端连接至该切换晶体管的源极以及一感测电阻的一端，且该感测电阻的一另一端为接地，而该零点侦测电阻的另一端产生一电流感测零点侦测信号，并传送至该驱动控制器，该回授单元的一端连接至该输出二极管的负极端，用以接收该输出电源，并经一回授控制处理以产生一回授比较信号而传送至该驱动控制器，该驱动控制器接收该电流感测零点侦测信号及该回授比较信号以进行一零点侦测处理及一电流监视处理，进而产生该驱动信号。2.依据权利要求1所述的多功能电源转换器，其特征在于，该回授控制处理是用以实现包含定电压、定电流的至少其中之一的功能。3.依据权利要求1所述的多功能电源转换器，其特征在于，该回授单元
\t是由一光耦合器而实现。4.依据权利要求1所述的多功能电源转换器，其特征在于，该驱动控制器包括一第一模拟至数字转换器、一第二模拟至数字转换器、一第三模拟至数字转换器、一脉冲宽度调制驱动单元、一数字控制单元、一谷底侦测单元、一电流侦测单元、一电流限制单元以及一保护单元，该第一模拟至数字转换器接收该回授比较信号，经模拟至数字转换处理而产生相对应的一数字比较信号，该第二模拟至数字转换器及该第三模拟至数字转换器同时接收该电流感测零点侦测信号，并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的一数字电流感测信号及一数字零点侦测信号，该电流限制单元是在该切换晶体管导通时，接收该电流感测零点侦测信号，并在该电流感测零点侦测信号大于一默认值时，产生一电流限制信号，以表示该切换晶体管的导通电流过大，该数字控制单元接收该数字比较信号、该数字电流感测信号、该数字零点侦测信号及该电流限制信号，以产生一PWM控制信号，进而传送至该PWM驱动单元，以使得该PWM驱动单元依据该PWM控制信号产生该驱动信号，该数字控制单元依据该电流限制信号以控制该保护单元产生一保护信号，进而传送至该PWM驱动单元，藉以关闭该切换晶体管，该数字控制单元是在该驱动信号打开该切换晶体管而导通时，依据该电流感测零点侦测信号以决定是否关闭该切换晶体管，该数字控制单元并在该驱动信号关闭该切换晶体管时，利用该数字零点侦测信号以进行零点侦测而侦测到谷底位置，再计算谷底的累计数目，进而决定在经过一预设谷底数目后才打开该切换晶体管，藉以降低切换损失。5.依据权利要求4所述的多功能电源转换器，其特征在于，该数字控制单元进一步设定一遮蔽时间，用以避免该切换晶体管在切换时造成噪声干扰。6.依据权利要求5所述的多功能电源转换器，其特征在于，该数字控制单元为全数字操作的一电气单元，并由一微控制器的一集成电路实现，且藉执行特定的一固件程序而实现电气功能。7.一种多功能电源转换器，用以提供电源转换功能，其特征在于，包括：一输入滤波单元，接收外部的一交流电源，经滤波后转换成一输入电源；一变压器，包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈，该一次侧线圈的一端是连接至该输入滤波单元，用以接收该输入电源，该参考线圈是...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树嘉，林敬渊，林志峰，
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