用于具有初级侧调节的飞返转换器的双模操作控制器制造技术

一种双模操作控制器，用以搭配包含输入电容、飞返变压器、第一初级侧开关、第二初级侧开关、电流感测电阻、初级侧电压感测电阻、次级侧整流器及输出电容的初级侧调节(PSR)飞返转换器，且依据负载状态而被双模操作控制器动态控制操作在准谐振的非连续导通模式或连续导通模式，藉以转换未调节直流输入电压源成调节直流输出电压源。双模操作控制器具有至少五接脚，而飞返变压器包含初级侧绕组、次级侧绕组及辅助绕组。第一及第二初级侧开关是串联连接电流感测电阻而配置在初级侧绕组的低压侧，且第二初级侧开关是由双模操作控制器驱动。

A dual mode operating controller for a flyback converter with primary side adjustment

A dual-mode operation controller, which contains collocation input capacitance, fly back transformer, the first primary side switch, second primary side switch and current sense resistor, primary side sensing primary side voltage sensing resistor, secondary side rectifier and output capacitance regulator (PSR) fly back converter, and based on the load state and operation mode the controller dynamic control operation in the quasi resonant discontinuous conduction mode or continuous conduction mode, so as to adjust the input DC voltage source conversion not a regulated DC output voltage source. The dual mode operating controller has at least five feet, and the return transformer includes the primary side winding, the secondary side winding and the auxiliary winding. The first and two primary side switches are connected to a low voltage side of the primary side winding in series connection with a current sense resistor, and the second primary side switch is driven by a dual mode operation controller.

【技术实现步骤摘要】
用于具有初级侧调节的飞返转换器的双模操作控制器
本专利技术是有关于一种用于飞返转换器的双模操作控制器，尤其是双模操作控制器是搭配具有初级侧调节(Primary-SideRegulation，PSR)的飞返转换器而动态控制飞返转换器，使得在相对较轻的负载范围内时，飞返转换器是操作在非连续导通模式(DCM)并藉极小化主要的切换损失而优化轻负载转换效率；或者，飞返转换器是在相对较重的负载范围内时，操作在连续导通模式(CCM)并藉极小化主要的导通损失而优化重负载转换效率，进而能优化整个负载范围内的电源转换效率。
技术介绍
不同电气/电子装置是在特定操作电压下运作。例如，集成电路(IC)一般是用5V、3V或1.8V供电，而高电压装置需要来自市电的110V或220V交流电。尤其地，发光二极管(LED)显示器的灯管需要操作在更高的操作电压下。因此，许多电源转换器已被开发以满足不同的需求。飞返转换器(flybackconverter)具有结构较简单且操作电压范围较广的优点，是最常使用的切换电源转换器之一。因此，飞返转换器在低耗电至中耗电的电子装置中几乎是无所不在。更加具体而言，飞返转换器利用开关元件并依据伏-秒平衡原理(volt-secondbalanceprinciple)以操控能量而储存至耦合电感(业界也称作飞返变压器)以及使耦合电感的能量释出，因而传送所需的输出功率。同时，被动式电阻-电容-二极管(Resistor-Capacitor-Diode，RCD)的箝位器以及电阻-电容(Resistor-Capacitor，RC)的缓冲器(snubber)是藉以吸收飞返变压器的漏感所导致的电压尖波而被用来压制对开关元件的电压应力。在现有技术中，准谐振(Quasi-Resonant，QR)技术已被广泛用于改善转换效率，是藉降低初级侧开关元件的切换损失而达成，其中飞返变压器操作在DCM且在飞返变压器铁心得到完全去磁化之后，于准谐振内的某一阶确知波谷侦测电压时点，初级侧开关元件是被打开而导通。撇开其他的操作模式不管，飞返变压器通常具有二种操作模式：DCM及CCM。DCM及CCM各有其优点及缺点。一般而言，DCM对于整流器二极管提供较佳的切换条件，因为二极管在转变成逆向偏压之前是操作在零电流，而且逆向回复损失被极小化。在DCM，初级侧开关元件有可能在某一阶确知波谷侦测电压时点被打开而导通，因而当初级电感脱离箝位电压-nVO并投身于飞返变压器铁心得到完全去磁化之后与汲极-源极电容的准谐振时，在初级电感及汲极-源极电容之间的准谐振过程期间是具有降低切换损失以及减轻电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)的益处。飞返变压器可藉由使用DCM而降低尺寸，因为比起CCM，其平均能量储存较低。然而，在低输入压条件时，DCM会造成高RMS电流，严重增加初级侧的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)的导通损失。因此，DCM能在相对较轻的负载范围内进行谷底切换并降低切换损失，但在相对较重的负载范围内相对地吃了亏，此时CCM就相对地占了上风。现有技术的飞返转换器依据谷底切换一般可分为二类：第一类是不具有谷底切换，而第二类是具有谷底切换。第一类的问题为初级侧开关元件为硬切换(hard-switched)，具有较高切换损失。第二类的问题为柔性切换(soft-switched)的飞返转换器总是操作在DCM以保持谷底切换，因而遭受较高的导通损失。据此，第一类或第二类都无法两全其美而同时降低切换损失及导通损失。为了一举两得，本专利技术提出能动态控制飞返转换器的双模操作控制器，使得飞返转换器在相对较轻的负载范围内是操作在准谐振的非连续导通模式(QR-DCM)，并藉极小化主要的切换损失而优化轻负载转换效率，而且飞返转换器在相对较重的负载范围内是操作在连续导通模式(CCM)并藉极小化主要的导通损失而优化重负载转换效率，进而能在整个负载范围内维持高转换效率，大幅改善低输入电压/高输入电压的平均效率，比如在115Vac及230Vac下，从25％、50％、75％、与100％四个负载点取平均效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种双模操作控制器，用于具有PSR的飞返转换器。位于PSR飞返转换器核心的双模操作控制器可搭配输入电容、飞返变压器、第一初级侧开关、第二初级侧开关、电流感测电阻、初级侧电压感测单元、次级侧整流器及输出电容，用以将未调节直流输入电压源转换成调节直流输出电压源，使得某些直流电装置能藉以运作。双模操作控制器能依据负载条件而动态控制飞返转换操作在QR-DCM或CCM。第一初级侧开关及第二初级侧开关是串联连接电流感测电阻并配置在初级侧绕组的低压侧，且可由功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)或功率双载子晶体管(BipolarJunctionTransistor，BJT)构成，但不受限于此。次级侧整流器是配置在次级低压侧或次级高压侧，且可为二极管整流器或同步整流器，但不受限于此。为简化本专利技术的描述，第一初级侧开关及第二初级侧开关都假设是功率MOSFET。第一初级侧开关是源极驱动，而第二初级侧开关是闸极驱动，因为前者的闸极是箝位在接近定值的齐纳崩溃电压而当作参考电位，且其源极是被第二初级侧开关的汲极所驱动，但后者的闸极是被双模操作控制器的GATE接脚所驱动，且其源极是箝位在可忽略不计的低感测电压而当作参考电位。当第二初级侧开关是导通时，如果第一初级侧开关的源极因此连接至初级侧接地，则第一初级侧开关是打开而导通。当第二初级侧开关是关闭而不导通时，如果第一初级侧开关的源极因此脱离初级侧接地，则第一初级侧开关是关闭而不导通。亦即，第一初级侧开关的导通打开或不导通关闭是同步于第二初级侧开关的打开/关闭。具体而言，输入电容供应未调节直流输入电压，通常127至373Vdc，是交流输入电压90～264Vac的峰值整流后所产生。飞返变压器包含初级侧绕组、次级侧绕组及辅助绕组，通常是绕线成三明治式绕线结构，因而相互之间的耦合良好。初级侧绕组是串联连接输入电容、第一初级侧开关及第二初级侧开关以及电流感测电阻而在初级侧形成储能回路。次级侧绕组是串联连接次级侧整流器以及该输出电容而在次级侧形成释能回路。辅助绕组是经由分压器以及电压箝位器连接至VS接脚而形成用于PSR的电压感测回路。当第一初级侧开关及第二初级侧开关都是打开导通以储存能量且辅助绕组感应负电压时，VS接脚是箝位在稍微负/正电位(通常是-0.3V/0.15V)，其中NA为辅助绕组，NP为初级侧绕组，而VIN为未调节直流输入电压源。当第一初级侧开关及第二初级侧开关都是关闭不导通以释放能量且辅助绕组感应正电压时，VS接脚感测出按比例降低的反射输出电压是用于PSR，其中NS为次级侧绕组，Vo为调节直流输出电压源，RA、RB为分压电阻。对于实施/实现PSR，辅助绕组在此是不可或缺的，且与供应连续、稳定的工作电压给双模操作控制器无关，而其VDD接脚是由来自未调节直流输入电压源并经由电压调节器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模操作控制器，用以搭配包含一输入电容、一飞返变压器、一第一初级侧开关、一第二初级侧开关、一电流感测电阻、一初级侧电压感测电阻、一次级侧整流器以及一输出电容的一初级侧调节飞返转换器，且该初级侧调节飞返转换器是依据一负载状态而被动态控制操作在准谐振的非连续导通模式及连续导通模式的其中之一，藉以将一未调节直流输入电压源转换成一调节直流输出电压源，而该双模操作控制器具有至少五接脚，包含一供应电压输入接脚、一参考接地接脚、一闸极驱动输出接脚、一电流感测输入接脚以及一电压感测输入接脚，其中，该飞返变压器包含一初级侧绕组、一次级侧绕组及一辅助绕组，是绕线成一三明治式绕线结构且相互耦合，该第一初级侧开关及该第二初级侧开关是串联连接该电流感测电阻并配置在该初级侧绕组的低压侧，该次级侧整流器是配置在该次级侧绕组的次级低压侧或次级高压侧，当该第二初级侧开关是导通时，如果该第一初级侧开关的源极因此连接至初级侧接地时，则该第一初级侧开关是导通，当该第二初级侧开关是关闭而不导通时，如果该第一初级侧开关的源极因此脱离初级侧接地时，则该第一初级侧开关是关闭而不导通，该第二初级侧开关的闸极是由该双模操作控制器的闸极驱动输出接脚所驱动，该输入电容搭配一桥式整流器以形成一峰值整流器，用以将一交流输入电压经峰值整流后产生的一未调节直流输入电压，并供应该未调节直流输入电压，该初级侧绕组是串联连接该输入电容、该第一初级侧开关及该第二初级侧开关以及该电流感测电阻而在该初级侧调节飞返转换器的初级侧形成一储能回路，该次级侧绕组是串联连接该次级侧整流器以及该输出电容而在该初级侧调节飞返转换器的次级侧形成一释能回路，该辅助绕组是经由一分压器以及一电压箝位器连接至该双模操作控制器的电压感测输入接脚而形成用于该初级侧调节飞返转换器的一电压感测回路，该双模操作控制器的供应电压输入接脚是由来自该未调节直流输入电压源并经由一电压调节器以及该第一初级侧开关的闸极的一调节电压而供电，该参考接地接脚是连接至该输入电容的低压侧、该分压器的低压侧、该电压箝位器的低压侧、该电压调节器的低压侧以及该电流感测电阻的低压侧，该电流感测输入接脚是连接至该第二初级侧开关的源极以及该电流感测电阻的高压侧，该电压感测输入接脚是连接至该电压箝位器的高压侧以及该分压器的中点，该双模操作控制器驱动该第二初级侧开关以反应来自该电压感测单元的电压感测信号以及来自该电流感测电阻的电流感测信号，结合来自该电压感测单元的电压感测信号以及来自该电流感测电阻的电流感测信号而将目前的负载状态通知该双模操作控制器，以及该初级侧调节飞返转换器于轻负载时是经该双模操作控制器的控制而操作在非连续导通模式，而且该初级侧调节飞返转换器于重负载时是经该双模操作控制器的控制而操作在连续导通模式。...

【技术特征摘要】
2016.05.26 US 15/164,9391.一种双模操作控制器，用以搭配包含一输入电容、一飞返变压器、一第一初级侧开关、一第二初级侧开关、一电流感测电阻、一初级侧电压感测电阻、一次级侧整流器以及一输出电容的一初级侧调节飞返转换器，且该初级侧调节飞返转换器是依据一负载状态而被动态控制操作在准谐振的非连续导通模式及连续导通模式的其中之一，藉以将一未调节直流输入电压源转换成一调节直流输出电压源，而该双模操作控制器具有至少五接脚，包含一供应电压输入接脚、一参考接地接脚、一闸极驱动输出接脚、一电流感测输入接脚以及一电压感测输入接脚，其中，该飞返变压器包含一初级侧绕组、一次级侧绕组及一辅助绕组，是绕线成一三明治式绕线结构且相互耦合，该第一初级侧开关及该第二初级侧开关是串联连接该电流感测电阻并配置在该初级侧绕组的低压侧，该次级侧整流器是配置在该次级侧绕组的次级低压侧或次级高压侧，当该第二初级侧开关是导通时，如果该第一初级侧开关的源极因此连接至初级侧接地时，则该第一初级侧开关是导通，当该第二初级侧开关是关闭而不导通时，如果该第一初级侧开关的源极因此脱离初级侧接地时，则该第一初级侧开关是关闭而不导通，该第二初级侧开关的闸极是由该双模操作控制器的闸极驱动输出接脚所驱动，该输入电容搭配一桥式整流器以形成一峰值整流器，用以将一交流输入电压经峰值整流后产生的一未调节直流输入电压，并供应该未调节直流输入电压，该初级侧绕组是串联连接该输入电容、该第一初级侧开关及该第二初级侧开关以及该电流感测电阻而在该初级侧调节飞返转换器的初级侧形成一储能回路，该次级侧绕组是串联连接该次级侧整流器以及该输出电容而在该初级侧调节飞返转换器的次级侧形成一释能回路，该辅助绕组是经由一分压器以及一电压箝位器连接至该双模操作控制器的电压感测输入接脚而形成用于该初级侧调节飞返转换器的一电压感测回路，该双模操作控制器的供应电压输入接脚是由来自该未调节直流输入电压源并经由一电压调节器以及该第一初级侧开关的闸极的一调节电压而供电，该参考接地接脚是连接至该输入电容的低压侧、该分压器的低压侧、该电压箝位器的低压侧、该电压调节器的低压侧以及该电流感测电阻的低压侧，该电流感测输入接脚是连接至该第二初级侧开关的源极以及该电流感测电阻的高压侧，该电压感测输入接脚是连接至该电压箝位器的高压侧以及该分压器的中点，该双模操作控制器驱动该第二初级侧开关以反应来自该电压感测单元的电压感测信号以及来自该电流感测电阻的电流感测信号，结合来自该电压感测单元的电压感测信号以及来自该电流感测电阻的电流感测信号而将目前的负载状态通知该双模操作控制器，以及该初级侧调节飞返转换器于轻负载时是经该双模操作控制器的控制而操作在非连续导通模式，而且该初级侧调节飞返转换器于重负载时是经该双模操作控制器的控制而操作在连续导通模式。2.如权利要求1所述的双模操作控制器，其特征在于，该第一初级侧开关及该第二初级侧开关是由功率金属氧化物半导体场效应晶体管或功率双载子晶体管构成。3.如权利要求1所述的双模操作控制器，其特征在于，该次级侧整流器是一二极管整流器或一同步整流器。4.如权利要求1所述的双模操作控制器，其特征在于，该未调节直流输入电压为127至373Vdc，而该交流输入电压为90至264Vac。5.如权利要求1所述的双模操作控制器，其特征在于，一边界位于非连续导通模式及连续导通模式之间是称作一边界导通模式，是针对额定输出功率而合理地预设，用以发挥双模操作控制的最大功效。6.如权利要求5所述的双模操作控制器，其特征在于，该额定输出功率如果为20W且该切换损失大于该导通损失，则该边界导通模式针对115Vac输入是预设在75％的该额定输出功率，且该边界导通模式针对230Vac输入是预设在100％的该额定输出功率，而该额定输出功率如果为60W且该导通损失大于该切换损失，则该边界导通模式针对115Vac输入是进一步预设在50％的该额定输出功率，且该边界导通模式针对230Vac输入是预设在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树嘉，林敬渊，谢文岳，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