返驰式转换器及其切换控制电路与控制方法技术

一种返驰式转换器及其切换控制电路与控制方法。该返驰式转换器包括：功率变压器，一次侧开关，二次侧开关，以及切换控制电路。二次侧切换信号具有同步整流脉冲以及零电压切换脉冲，以实现二次侧同步整流及一次侧开关零电压切换。零电压切换脉冲根据谐振波形的第一波形特征而使能，一次侧切换信号根据谐振波形的第二波形特征而使能。当输出电流上升时，于禁止时段内禁止一次侧切换信号，使得一次侧切换信号与零电压切换脉冲于禁止时段不重叠，以避免一次侧开关与二次侧开关同时导通。禁止时段相关于前一个切换周期内的一次侧切换信号的上升缘以及谐振波形的谐振周期。升缘以及谐振波形的谐振周期。升缘以及谐振波形的谐振周期。

【技术实现步骤摘要】
返驰式转换器及其切换控制电路与控制方法


[0001]本专利技术涉及一种返驰式转换器，特别是指一种具有零电压切换功能且可避免一次侧与二次侧短路电流的返驰式转换器。本专利技术还涉及用于返驰电源供应器的控制电路与控制方法。

技术介绍

[0002]图1A与图1B显示现有技术的返驰式转换器(返驰式转换器1001A与1001B)。其中一次侧控制电路80用以产生一次侧切换信号S1C，由此控制一次侧开关S1以切换功率变压器10而产生输出电压Vo，二次侧控制电路200用以产生二次侧切换信号S2C，以控制二次侧开关S2而进行二次侧的同步整流以及零电压切换(ZVS，zero voltage switching)。返驰式转换器1001A与1001B中的二次侧开关S2分别位于二次侧绕组的下侧与上侧。
[0003]图2显示对应于图1A与图1B现有技术的返驰式转换器的操作波形示意图。本实施例中，本专利技术的返驰式转换器操作于不连续导通模式(DCM
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Discontinuous Conduction Mode)。返驰式转换器1001A或1001B的二次侧切换信号S2C具有同步整流脉冲PSR以及零电压切换(zero voltage switching，ZVS)脉冲PZV，在一次侧开关S1导通后又再度关断时，同步整流脉冲PSR用以控制同步整流开关S2于功率变压器10的去磁阶段导通以实现二次侧的同步整流，另一方面，零电压切换脉冲PZV则用以实现前述的一次侧开关S1的零电压切换。
[0004]此现有技术中，采用了“波峰/波谷锁定”的技术，根据输出电流的位准，适应性地选择谐振波形(例如一次侧开关电压VDS1于DCM时的谐振波形)谐振时一波形特征，一次侧开关电压VDS1于DCM时的谐振波形的某序位的波峰(例如VDS1的第三个波峰P3)，开始前述的零电压切换脉冲PZV。此外，一次侧控制电路80与二次侧控制电路90还根据上述的谐振波形的另一特征，例如邻接序位的波谷(例如VDS1的第四个波谷V4)而同步一次侧开关S1的导通时点。由此，此现有技术可使一次侧开关S1与二次侧开关S2都达到零电压切换，以提高电源转换效率，且得以在无需额外的隔离通信路径(例如脉冲变压器)的条件下，使一次侧开关S1与二次侧开关S2的开关时间彼此同步且不重叠，避免同时导通而造成短路电流。
[0005]然而，在某些负载变化的情况下，仍会造成一次侧开关S1与二次侧开关S2同时导通而造成短路电流，如图3所示，此为该现有技术的缺点。图3显示对应于图1A与图1B现有技术的返驰式转换器的操作波形示意图。在切换周期[n]时的负载电流Io，在切换周期[n+1]时加大，因负载电流加大，造成一次侧S1开关信号S1C提前导通，此时如果二次侧S2C的PVZ信号如果还维持上一切换周期的导通时间，将造成一次侧开关及二次侧开关同时导通，造成短路，烧毁转换器。
[0006]相较于前述的现有技术，本专利技术除了可使一次侧开关S1与二次侧开关S2都达到零电压切换，且得以使一次侧开关S1与二次侧开关S2的开关时间同步之外，还可在各种负载变化下，有效地避免一次侧开关S1与二次侧开关S2同时导通而造成的短路电流。

技术实现思路

[0007]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种切换控制电路，用以控制一返驰式转换器，以转换一输入电源而产生一输出电源，该返驰式转换器包括一功率变压器，以电性绝缘的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间；一一次侧开关，用以切换该功率变压器的一一次侧绕组；以及一二次侧开关，用以切换该功率变压器的一二次侧绕组；该切换控制电路包含：一一次侧控制电路，用以产生一一次侧切换信号，以一切换周期控制该一次侧开关；以及一二次侧控制电路，用以产生一二次侧切换信号，以控制该二次侧开关，其中该二次侧切换信号具有一同步整流(Synchronous Rectifying，SR)脉冲以及一零电压切换(zero voltage switching，ZVS)脉冲，该同步整流脉冲用以控制该二次侧开关导通一同步整流时段以实现二次侧同步整流，该零电压切换脉冲用以控制该二次侧开关导通一零电压切换时段，由此使该一次侧开关实现零电压切换；其中，该二次侧控制电路根据一DCM(不连续导通模式)谐振波形的第一波形特征而使能该零电压切换脉冲，其中，该一次侧控制电路根据该DCM谐振波形的第二波形特征而使能该一次侧切换信号，其中该DCM谐振波形的该第二波形特征晚于该DCM谐振波形的该第一波形特征；其中，当该输出电源的输出功率或输出电流相较于稳态为上升时，于当前的该切换周期中，该一次侧控制电路根据该DCM谐振波形的第三波形特征而使能该一次侧切换信号，以避免该一次侧开关与该二次侧开关同时导通，其中该第三波形特征的时点晚于该第二波形特征于当前的该切换周期中所对应的时点。
[0008]在一较佳实施例中，该DCM谐振波形对应于该一次侧开关的漏源极电压的谐振波形，其中该第二波形特征对应于该DCM谐振波形的第V个波谷，该第三波形特征对应于该DCM谐振波形的第W个波谷，其中W大于V。
[0009]在一较佳实施例中，当该输出电源的输出功率或输出电流相较于稳态为上升时，于当前的该切换周期中，该一次侧控制电路控制该一次侧切换信号，于一禁止时段内禁止该一次侧切换信号，使得该一次侧切换信号与该零电压切换脉冲于该禁止时段不重叠，以避免该一次侧开关与该二次侧开关同时导通；其中该禁止时段相关于前一个该切换周期内的该一次侧切换信号的上升缘以及该DCM谐振波形的一谐振周期。
[0010]在一较佳实施例中，该DCM谐振波形的该谐振周期相关于该一次侧绕组的电感值与该一次侧开关的杂散电容值。
[0011]在一较佳实施例中，该一次侧控制电路根据该输出电源而产生一导通控制信号，用以触发该一次侧切换信号且决定该一次侧开关于每一切换周期中的导通时点与导通时段，其中该一次侧控制电路于每一切换周期中，产生示意一预禁止时段的一预禁止信号；其中当该导通控制信号在该预禁止时段内转为使能时，该一次侧控制电路产生示意该禁止时段的一禁止信号，以于该禁止时段内屏蔽该导通控制信号而禁止该一次侧切换信号的触发；其中该预禁止信号根据前一个该切换周期的该一次侧切换信号的上升缘以及该谐振周期而产生，其中该预禁止时段涵盖至少前一个该切换周期的该零电压切换脉冲。
[0012]在一较佳实施例中，当该导通控制信号在该预禁止时段之外转为使能时，允许该导通控制信号触发该一次侧切换信号。
[0013]在一较佳实施例中，当该禁止信号被使能后，根据相关于该谐振波形的一谐振同步信号计时对应的该禁止时段，使得该禁止时段至少维持一个该谐振周期。
[0014]在一较佳实施例中，当该禁止信号被使能后，以该谐振波形相关信号计时对应的
该禁止时段，使得于该禁止时段结束后，该一次侧切换信号于该DCM谐振波形的第三波形特征而被使能，而实现零电压切换，其中该第三波形特征晚于对应于前一个切换周期内的该第二波形特征。
[0015]在一较佳实施例中，当该禁止信号被使能时，于当前的该切换周期内，该一次侧切本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切换控制电路，用以控制一返驰式转换器，以转换一输入电源而产生一输出电源，该返驰式转换器包括一功率变压器，以电性绝缘的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间；一一次侧开关，用以切换该功率变压器的一一次侧绕组；以及一二次侧开关，用以切换该功率变压器的一二次侧绕组；该切换控制电路包含：一一次侧控制电路，用以产生一一次侧切换信号，以一切换周期控制该一次侧开关；以及一二次侧控制电路，用以产生一二次侧切换信号，以控制该二次侧开关，其中该二次侧切换信号具有一同步整流脉冲以及一零电压切换脉冲，该同步整流脉冲用以控制该二次侧开关导通一同步整流时段以实现二次侧同步整流，该零电压切换脉冲用以控制该二次侧开关导通一零电压切换时段，由此使该一次侧开关实现零电压切换；其中，于稳态下，该二次侧控制电路根据一不连续导通模式谐振波形的第一波形特征而使能该零电压切换脉冲，该一次侧控制电路根据该不连续导通模式谐振波形的第二波形特征而使能该一次侧切换信号，其中该不连续导通模式谐振波形的该第二波形特征晚于该不连续导通模式谐振波形的该第一波形特征；其中，当该输出电源的输出功率或输出电流相较于稳态为上升时，于当前的该切换周期中，该一次侧控制电路根据该不连续导通模式谐振波形的第三波形特征而使能该一次侧切换信号，以避免该一次侧开关与该二次侧开关同时导通，其中该第三波形特征的时点晚于该第二波形特征于当前的该切换周期中所对应的时点。2.如权利要求1所述的切换控制电路，其中，该不连续导通模式谐振波形对应于该一次侧开关的漏源极电压的谐振波形，其中该第二波形特征对应于该不连续导通模式谐振波形的第V个波谷，该第三波形特征对应于该不连续导通模式谐振波形的第W个波谷，其中W大于V。3.如权利要求1所述的切换控制电路，其中，当该输出电源的输出功率或输出电流相较于稳态为上升时，于当前的该切换周期中，该一次侧控制电路控制该一次侧切换信号，于一禁止时段内禁止该一次侧切换信号，使得该一次侧切换信号与该零电压切换脉冲于该禁止时段不重叠，以避免该一次侧开关与该二次侧开关同时导通；其中该禁止时段相关于前一个该切换周期内的该一次侧切换信号的上升缘以及该不连续导通模式谐振波形的一谐振周期。4.如权利要求1所述的切换控制电路，其中，该不连续导通模式谐振波形的该谐振周期相关于该一次侧绕组的电感值与该一次侧开关的杂散电容值。5.如权利要求3所述的切换控制电路，其中，该一次侧控制电路根据该输出电源而产生一导通控制信号，用以触发该一次侧切换信号且决定该一次侧开关于每一切换周期中的导通时点与导通时段，其中该一次侧控制电路于每一切换周期中，产生示意一预禁止时段的一预禁止信号；其中当该导通控制信号在该预禁止时段内转为使能时，该一次侧控制电路产生示意该禁止时段的一禁止信号，以于该禁止时段内屏蔽该导通控制信号而禁止该一次侧切换信号的触发；其中该预禁止信号根据前一个该切换周期的该一次侧切换信号的上升缘以及该谐振周期而产生，其中该预禁止时段涵盖至少前一个该切换周期的该零电压切换脉冲。
6.如权利要求3所述的切换控制电路，其中，当该导通控制信号在该预禁止时段之外转为使能时，允许该导通控制信号触发该一次侧切换信号。7.如权利要求3所述的切换控制电路，其中，当该禁止信号被使能后，根据相关于该谐振波形的一谐振同步信号计时对应的该禁止时段，使得该禁止时段至少维持一个该谐振周期。8.如权利要求7所述的切换控制电路，其中，当该禁止信号被使能后，以该谐振波形相关信号计时对应的该禁止时段，使得于该禁止时段结束后，该一次侧切换信号于该不连续导通模式谐振波形的第三波形特征而被使能，而实现零电压切换，其中该第三波形特征晚于对应于前一个切换周期内的该第二波形特征。9.如权利要求7所述的切换控制电路，其中，当该禁止信号被使能时，于当前的该切换周期内，该一次侧切换信号的使能时点与该零电压切换脉冲相距1.5个该谐振周期。10.如权利要求5所述的切换控制电路，其中该一次侧控制电路包括：一斜坡产生电路，用以于每一该切换周期中，该一次侧切换信号的膝点开始产生一基础斜坡信号；一波谷选择电路，用以于该一次侧切换信号的上升缘取样与保持该基础斜坡信号而产生一波谷记忆信号，且，用以产生一第一斜坡信号与一第二斜坡信号，其中该第一斜坡信号与该第二斜坡信号分别与该基础斜坡信号具有对应的一第一偏移位准与一第二偏移位准；以及一禁止信号产生电路，用以比较该第一斜坡信号与该基础斜坡信号，以及比较该第二斜坡信号与该基础斜坡信号而产生该预禁止信号，其中该预禁止时段对应于该基础斜坡信号介于该第一斜坡信号与该第二斜坡信号的期间，且，用以判断该导通控制信号的上升缘是否发生于该预禁止时段内而产生该禁止信号。11.如权利要求10所述的切换控制电路，其中，该第一偏移位准与该第二偏移位准相关于该谐振周期。12.如权利要求10所述的切换控制电路，其中，该一次侧控制电路还包括：一谐振侦测电路，用以根据该功率变压器的一辅助绕组所产生的一辅助信号，而产生相关于该谐振波形的一谐振同步信号；其中该禁止信号产生电路还根据该谐振同步信号，以计时该禁止时段，使得该禁止时段至少维持一个该谐振周期。13.一种返驰式转换器，用以转换一输入电源而产生一输出电源，该返驰式转换器包含：一功率变压器，以电性绝缘的方式耦接于该输入电压与该输出电压之间；一一次侧开关，用以切换该功率变压器的一一次侧绕组；一二次侧开关，用以切换该功率变压器的一二次侧绕组；一一次侧控制电路，用以产生一一次侧切换信号，以一切换周期控制该一次侧开关；以及一二次侧控制电路，用以产生一二次侧切换信号，以控制该二次侧开关，其中该二次侧切换信号具有一同步整流脉冲以及一零电压切换脉冲，该同步整流脉冲用以控制该二次侧开关导通一同步整流时段以实现二次侧同步整流，该零电压切换脉冲用以控制该二次侧开
关导通一零电压切换时段，由此使该一次侧开关实现零电压切换；其中，于稳态下，该二次侧控制电路根据一不连续导通模式谐振波形的第一波形特征而使能该零电压切换脉冲，该一次侧控制电路根据该不连续导通模式谐振波形的第二波形特征而使能该一次侧切换信号，其中该不连续导通模式谐振波形的该第二波形特征晚于该不连续导通模式谐振波形的该第一波形特征；其中，当该输出电源的输出功率或输出电流相较于稳态为上升时，于当前的该切换周期中，该一次侧控制电路根据该不连续导通模式谐振波形的第三波形特征而使能该一次侧切换信号，以避免该一次侧开关与该二次侧开关同时导通，其中该第三波形特征的时点晚于该第二波形特征于当前的该切换周期中所对应的时点。14.如权利要求13所述的返驰式转换器，其中，该不连续导通模式谐振波形对应于该一次侧开关的漏源极电压的谐振波形，其中该第二波形特征对应于该...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈裕昌，张炜旭，林昆馀，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：