返驰式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法技术

一种返驰式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法。该返驰式电源转换电路，包含功率变压器、一次侧开关以及转换控制电路。其中，转换控制电路于非连续导通模式的空滞时间中，以频率上限函数，根据输出电流，计算对应的上限频率后，以上限频率的倒数，取得一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间，并于频率上限屏蔽期间结束后的上限选择期间，选择一次侧开关的跨压的振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为上限锁定波谷，而于上限锁定波谷的发生时点，再次导通一次侧开关。再次导通一次侧开关。再次导通一次侧开关。

【技术实现步骤摘要】
返驰式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法


[0001]本专利技术涉及一种返驰式电源转换电路，特别是指一种使一次侧开关实现波谷切换的返驰式电源转换电路。本专利技术还涉及返驰式电源转换电路的转换控制电路与控制方法。

技术介绍

[0002]一种典型的返驰式电源转换电路于操作时，具有随着负载而调整功率开关的切换频率的操作模式。例如当负载降低，一次侧开关的切换频率也适应性地降低，以降低一次侧开关的电能切换损耗。图1A显示一种已知的返驰式电源转换电路的切换频率对输出电流的特征曲线示意图。如图1A所示，当输出电流介于降频电流下限Io_low与降频电流上限Io_high之间，切换频率介于切换频率极小值fmin与切换频率极大值fmax之间，且正比于输出电流。
[0003]换言之，当输出电流介于降频电流下限Io_low与降频电流上限Io_high之间，负载越高，输出电流越大，则功率开关的切换频率越高；负载越低，输出电流越小，则功率开关的切换频率越低，以降低一次侧开关的电能切换损耗。切换频率控制于切换频率极小值fmin与切换频率极大值fmax之间，是为了避免一次侧开关操作在切换频率极小值fmin以下所产生的音频噪音与在切换频率极大值fmax以上所造成过高的电能切换损耗。
[0004]图1B显示在一种现有技术的返驰式电源转换电路中，一次侧开关的跨压Vds与操作一次侧开关的切换信号S1C的信号波形示意图。其中，当一次侧开关不导通后(切换信号S1C为低位准)，流经二次侧绕组的二次侧电流会逐渐降低，当二次侧电流降至零电流后，一次侧开关的寄生电容与一次侧绕组形成电感
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电容振荡电路，使得一次侧开关的跨压Vds在二次侧电流降至零电流的时点toff后，到下一次一次侧开关导通前的空滞时间Tdead中，具有振铃(ringing)信号Sring，如图1B所示，振铃信号在波谷v1、v2、v3、v4与波峰p1、p2、p3之间震荡。
[0005]在输出电流因负载降低而调降时，如图1A与图1B所示，由切换周期T1改变为切换周期T2，其中输出电流在切换周期T2时较低，切换频率也较低，切换周期T2相对切换周期T1较长。当切换频率随着输出电流而适应性调整时，如图1B所示，一次侧开关的导通时点，可能不在波谷v1、v2、v3、v4发生的时点，如图1B所示的时点ts1与时点ts2，相对于一次侧开关导通于波谷发生的时点，具有相对较高的电能切换损耗。
[0006]其他相关的现有技术，请参阅美国专利案US8391027、US9929657、US10056842以及US10355606。
[0007]有鉴于此，本专利技术即针对上述现有技术的不足，提出一种返驰式电源转换电路及其中的转换控制电路与控制方法，可使一次侧开关实现波谷切换，以降低功率损失，而提高电源转换效率，并缓和频率跳动(frequency hopping)问题。

技术实现思路

[0008]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种返驰式电源转换电路，用以转换一输入电
源而产生一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路包含：一功率变压器，以电磁感应的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间，其包含一一次侧绕组，耦接于该输入电压，以及一二次侧绕组，耦接于该输出电压；一一次侧开关，耦接于该一次侧绕组，用以切换该一次侧绕组以转换该输入电压，而使该二次侧绕组产生该输出电压；以及一转换控制电路，用以根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制该一次侧开关，而切换该一次侧绕组；其中，该转换控制电路于一非连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)的一空滞时间(dead
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time)中，以一频率上限函数，根据该输出电流，计算对应的一上限频率后，以该上限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间，并于该段频率上限屏蔽期间结束后的一上限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一上限锁定波谷，而于该上限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率上限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不高于该上限频率。
[0009]就另一观点言，本专利技术提供了一种转换控制电路，用于一返驰式电源转换电路之中，该返驰式电源转换电路用以产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换其中一功率变压器的一一次侧绕组，以将一输入电源，以电磁感应的方式，转换为一输出电源于该功率变压器的一二次绕组，该转换控制电路包含：一频率上限屏蔽电路，用以根据该切换信号，取得该一次侧开关的起始导通时点，并根据相关于该输出电流的一反馈补偿信号，以于一非连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)的一空滞时间(dead
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time)中，以一频率上限函数，根据该输出电流，计算对应的一上限频率后，以该上限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间，进而产生一频率上限屏蔽信号；一波谷侦测电路，用以根据相关于该一次侧开关的跨压的一振铃信号，而产生一波谷侦测信号，以示意该空滞时间中，该振铃信号的该至少一波谷的发生时点；一上限判断电路，用以根据该频率上限屏蔽信号与该波谷侦测信号，而于该段频率上限屏蔽期间结束后的一上限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一上限锁定波谷，并产生一上限判断信号；以及一切换信号产生电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一重置信号，并根据该重置信号与该上限判断信号，产生该切换信号，以于该上限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率上限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不高于该上限频率。
[0010]就另一观点言，本专利技术提供了一种返驰式电源转换电路的控制方法，用以控制一返驰式电源转换电路，而将一输入电源转换为一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路的控制方法包含：根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换一功率变压器的一一次侧绕组，以将该输入电源，以电磁感应方式，转换为该
输出电源于该功率变压器的一二次侧绕组；当该返驰式电源转换电路于一非连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)的一空滞时间(dead
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time)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种返驰式电源转换电路，用以转换一输入电源而产生一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路包含：一功率变压器，以电磁感应的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间，其包含一一次侧绕组，耦接于该输入电压，以及一二次侧绕组，耦接于该输出电压；一一次侧开关，耦接于该一次侧绕组，用以切换该一次侧绕组以转换该输入电压，而使该二次侧绕组产生该输出电压；以及一转换控制电路，用以根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制该一次侧开关，而切换该一次侧绕组；其中，该转换控制电路于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率上限函数，根据该输出电流，计算对应的一上限频率后，以该上限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间，并于该段频率上限屏蔽期间结束后的一上限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一上限锁定波谷，而于该上限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率上限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不高于该上限频率。2.如权利要求1所述的返驰式电源转换电路，还包含一反馈电路，用以根据该输出电流，产生该反馈补偿信号，且该转换控制电路根据该反馈补偿信号，决定该频率上限屏蔽期间。3.如权利要求1所述的返驰式电源转换电路，其中该功率变压器还包括一辅助绕组，用以感测该一次侧开关的跨压而产生一辅助信号，以提供该振铃信号给该转换控制电路。4.如权利要求1所述的返驰式电源转换电路，其中该转换控制电路选择该频率上限屏蔽期间结束后的该上限选择期间，该振铃信号中的该至少一波谷中的第一个波谷或特定序次的波谷，作为该上限锁定波谷。5.如权利要求1所述的返驰式电源转换电路，其中该转换控制电路包括：一频率上限屏蔽电路，用以根据该切换信号，取得该一次侧开关的起始导通时点，并根据相关于该输出电流的该反馈补偿信号，计算该频率上限屏蔽期间，进而产生一频率上限屏蔽信号；一波谷侦测电路，用以根据该振铃信号，而产生一波谷侦测信号，以示意该空滞时间中，该振铃信号的该至少一波谷的发生时点；一上限判断电路，用以根据该频率上限屏蔽信号与该波谷侦测信号，而于该频率上限屏蔽期间结束后的该上限选择期间中，选择特定序次的该波谷作为该上限锁定波谷的发生时点，而产生一上限判断信号；以及一切换信号产生电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一重置信号，并根据该重置信号与该上限判断信号，产生该切换信号。6.如权利要求5所述的返驰式电源转换电路，其中该切换信号产生电路包括：
一比较电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一比较信号，其中该斜坡信号相关于流经该一次绕组的一一次侧绕组电流；以及一逻辑电路，用以根据该比较信号与该判断信号，以产生该切换信号。7.一种转换控制电路，用于一返驰式电源转换电路之中，该返驰式电源转换电路用以产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换其中一功率变压器的一一次侧绕组，以将一输入电源，以电磁感应的方式，转换为一输出电源于该功率变压器的一二次绕组，该转换控制电路包含：一频率上限屏蔽电路，用以根据该切换信号，取得该一次侧开关的起始导通时点，并根据相关于该输出电流的一反馈补偿信号，以于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率上限函数，根据该输出电流，计算对应的一上限频率后，以该上限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间，进而产生一频率上限屏蔽信号；一波谷侦测电路，用以根据相关于该一次侧开关的跨压的一振铃信号，而产生一波谷侦测信号，以示意该空滞时间中，该振铃信号的该至少一波谷的发生时点；一上限判断电路，用以根据该频率上限屏蔽信号与该波谷侦测信号，而于该段频率上限屏蔽期间结束后的一上限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一上限锁定波谷，并产生一上限判断信号；以及一切换信号产生电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一重置信号，并根据该重置信号与该上限判断信号，产生该切换信号，以于该上限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率上限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不高于该上限频率。8.如权利要求7所述的转换控制电路，其中该返驰式电源转换电路还包含一反馈电路，用以根据该输出电流，产生该反馈补偿信号，且该转换控制电路根据该反馈补偿信号，决定该频率上限屏蔽期间。9.如权利要求7所述的转换控制电路，其中该功率变压器还包括一辅助绕组，用以感测该一次侧开关的跨压而产生一辅助信号，以提供该振铃信号给该转换控制电路。10.如权利要求7所述的转换控制电路，其中该转换控制电路选择该频率上限屏蔽期间结束后的该上限选择期间，该振铃信号中的该至少一波谷中的第一个波谷或特定序次的波谷，作为该上限锁定波谷。11.如权利要求7所述的转换控制电路，其中该切换信号产生电路包括：一比较电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一比较信号，其中该斜坡信号相关于流经该一次绕组的一一次侧绕组电流；以及一逻辑电路，用以根据该比较信号与该判断信号，以产生该切换信号。12.一种返驰式电源转换电路的控制方法，用以控制一返驰式电源转换电路，而将一输入电源转换为一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路的控制方法包
含：根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换一功率变压器的一一次侧绕组，以将该输入电源，以电磁感应方式，转换为该输出电源于该功率变压器的一二次侧绕组；当该返驰式电源转换电路于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率上限函数，根据该输出电流，计算对应的一上限频率后，以该上限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率上限屏蔽期间；于该段频率上限屏蔽期间结束后的一段上限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一上限锁定波谷，而于该上限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；以及根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该频率上限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不高于该上限频率。13.如权利要求12所述的返驰式电源转换电路的控制方法，还包含：根据该输出电流，产生该反馈补偿信号；以及根据该反馈补偿信号，决定该频率上限屏蔽期间。14.如权利要求12所述的返驰式电源转换电路的控制方法，还包含：感测该一次侧开关的跨压而产生一辅助信号，以提供该振铃信号，进而选择特定的该上限锁定波谷。15.如权利要求12所述的返驰式电源转换电路的控制方法，其中该锁定波谷为该频率上限屏蔽期间结束后的该上限选择期间，该振铃信号中的该至少一波谷中的第一个波谷，或特定序次的波谷，作为该上限锁定波谷。16.一种返驰式电源转换电路，用以转换一输入电源而产生一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路包含：一功率变压器，以电磁感应的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间，其包含一一次侧绕组，耦接于该输入电压，以及一二次侧绕组，耦接于该输出电压；一一次侧开关，耦接于该一次侧绕组，用以切换该一次侧绕组以转换该输入电压，而使该二次侧绕组产生该输出电压；以及一转换控制电路，用以根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制该一次侧开关，而切换该一次侧绕组；其中，该转换控制电路于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率下限函数，根据该输出电流，计算对应的一下限频率后，以该下限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率下限屏蔽期间，并于该段频率下限屏蔽期间结束前的一下限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一下限锁定波谷，而于该下限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率下限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；
其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不低于该下限频率。17.如权利要求16所述的返驰式电源转换电路，还包含一反馈电路，用以根据该输出电流，产生该反馈补偿信号，且该转换控制电路根据该反馈补偿信号，决定该频率下限屏蔽期间。18.如权利要求16所述的返驰式电源转换电路，其中该功率变压器还包括一辅助绕组，用以感测该一次侧开关的跨压而产生一辅助信号，以提供该振铃信号给该转换控制电路。19.如权利要求16所述的返驰式电源转换电路，其中该转换控制电路选择该频率下限屏蔽期间结束前的该下限选择期间，该振铃信号中的该至少一波谷中的第一个波谷，或特定序次的波谷，作为该下限锁定波谷。20.如权利要求16所述的返驰式电源转换电路，其中该转换控制电路包括：一频率下限制屏蔽电路，用以根据该切换信号，取得该一次侧开关的起始导通时点，并根据相关于该输出电流的该反馈补偿信号，计算该频率下限屏蔽期间，进而产生一频率下限屏蔽信号；一波谷侦测电路，用以根据该振铃信号，而产生一波谷侦测信号，以示意该空滞时间中，该振铃信号的该至少一波谷的发生时点；一下限判断电路，用以根据该频率下限屏蔽信号与该波谷侦测信号，而于该频率下限制屏蔽期间结束前的该下限选择期间中，选择特定序次的该波谷作为该下限锁定波谷的发生时点，而产生一下限判断信号；以及一切换信号产生电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一重置信号，并根据该重置信号与该下限判断信号，产生该切换信号。21.如权利要求20所述的返驰式电源转换电路，其中该切换信号产生电路包括：一比较电路，用比较该反馈补偿信号与该斜坡信号，产生一比较信号，其中该斜坡信号相关于流经该一次绕组的一一次侧绕组电流；以及一逻辑电路，用以根据该比较信号与该判断信号，以产生该切换信号。22.一种转换控制电路，用于一返驰式电源转换电路之中，该返驰式电源转换电路用以产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换其中一功率变压器的一一次侧绕组，以将一输入电源，以电磁感应的方式，转换为一输出电源于该功率变压器的一二次绕组，该转换控制电路包含：一频率下限屏蔽电路，用以根据该切换信号，取得该一次侧开关的起始导通时点，并根据相关于该输出电流的一反馈补偿信号，以于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率下限函数，根据该输出电流，计算对应的一下限频率后，以该下限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通的一段频率下限屏蔽期间，进而产生一频率下限屏蔽信号；一波谷侦测电路，用以根据相关于该一次侧开关的跨压的一振铃信号，而产生一波谷侦测信号，以示意该空滞时间中，该振铃信号的该至少一波谷的发生时点；一下限判断电路，用以根据该频率下限屏蔽信号与该波谷侦测信号，而于该段频率下限屏蔽期间结束前的一下限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一下限锁定波谷，并产生一下限判断信号；以及
一切换信号产生电路，用以比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一重置信号，并根据该重置信号与该下限判断信号，产生该切换信号，以于该下限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；其中，该频率下限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该转换控制电路根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不低于该下限频率。23.如权利要求22所述的转换控制电路，其中该返驰式电源转换电路还包含一反馈电路，用以根据该输出电流，产生该反馈补偿信号，且该转换控制电路根据该反馈补偿信号，决定该频率下限屏蔽期间。24.如权利要求22所述的转换控制电路，其中该功率变压器还包括一辅助绕组，用以感测该一次侧开关的跨压而产生一辅助信号，以取得该振铃信号，而提供给该转换控制电路。25.如权利要求22所述的转换控制电路，其中该转换控制电路选择该频率下限屏蔽期间结束前的该下限选择期间，该振铃信号的第一个波谷，或特定序次的波谷，作为该锁定波谷。26.如权利要求22所述的转换控制电路，其中该切换信号产生电路包括：一比较电路，用比较该反馈补偿信号与一斜坡信号，产生一比较信号，其中该斜坡信号相关于流经该一次绕组的一一次侧绕组电流；以及一逻辑电路，用以根据该比较信号与该判断信号，以产生该切换信号。27.一种返驰式电源转换电路的控制方法，用以控制一返驰式电源转换电路，而将一输入电源转换为一输出电源，以供应给一负载电路，其中该输入电源包括一输入电压与一输入电流，该输出电源包括一输出电压与一输出电流，该返驰式电源转换电路的控制方法包含：根据一反馈补偿信号，产生一切换信号，以控制一一次侧开关，而切换一功率变压器的一一次侧绕组，以将该输入电源，以电磁感应方式，转换为该输出电源于该功率变压器的一二次侧绕组；当该返驰式电源转换电路于一非连续导通模式的一空滞时间中，以一频率下限函数，根据该输出电流，计算对应的一下限频率后，以该下限频率的倒数，取得该一次侧开关开始导通后的一段频率下限屏蔽期间；于该段频率下限屏蔽期间结束前的一段下限选择期间，选择该一次侧开关的跨压的一振铃信号的至少一波谷中的特定的一个波谷，作为一下限锁定波谷，而于该下限锁定波谷的发生时点，再次导通该一次侧开关；以及根据该反馈补偿信号，调整该一次侧开关的一导通期间，以调节该输出电压或该输出电流；其中，该频率下限屏蔽期间与该输出电流的位准反相关；其中，相邻的开始导通该一次侧开关的两时点，定义一切换周期；其中，该切换周期的倒数定义为一切换频率，且该切换频率不低于该下限频率。28.如权利要求27所述的返驰式电源转换电路的控制方法，还包含：
根据该输出电流，产生该反馈补偿信号；以及根据该...

【专利技术属性】
技术研发人员：林昆馀，林梓诚，张炜旭，杨大勇，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：