專利名稱：：高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器及其控制方法。一般電壓型式脈寬調(diào)制控制器(VoltagePWMController)，其工作原理是當(dāng)其中的振蕩器開始產(chǎn)生三角波時(shí)，脈寬調(diào)制控制器亦同時(shí)驅(qū)動(dòng)一功率轉(zhuǎn)換器初級(jí)側(cè)的主動(dòng)開關(guān)，直到功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓直接反饋到脈寬調(diào)制控制器當(dāng)中的誤差放大器，以產(chǎn)生一誤差信號(hào)，而可與振蕩器產(chǎn)生的三角波相切時(shí)，即關(guān)閉主動(dòng)開關(guān)，借此產(chǎn)生適當(dāng)?shù)墓ぷ髦芷?，并將初?jí)側(cè)的能量轉(zhuǎn)換至次級(jí)側(cè)。然而，在電壓型式控制方法中，往往受限于脈寬調(diào)制控制器中并無電流反饋給控制閉環(huán)控制，系統(tǒng)響應(yīng)完全由輸出電壓決定，為了防止輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)過慢以及縮小輸出電壓穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)變化，往往將脈寬調(diào)制控制器當(dāng)中的電壓控制閉環(huán)的頻寬設(shè)計(jì)得比輸入設(shè)備頻率高數(shù)倍甚至數(shù)十倍，一旦電壓控制閉環(huán)頻寬被過度提高，會(huì)造成輸入電流波形失真變大，輸入電流均方根值也隨之增高，輸入電壓脈動(dòng)增加，造成輸入能量增加，效率降低及散熱量大大增加問題。相反，如果降低脈寬調(diào)制控制器中電壓反饋控制閉環(huán)的頻寬，固然可以使輸入電流波形失真度減小，然而卻必須付出輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)變慢及輸出電壓穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)變大的代價(jià)，然而輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)所產(chǎn)生的影響，不僅是輸出端負(fù)載無法承受過低的瞬態(tài)電壓，產(chǎn)生斷電的效應(yīng)，同時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器中部份元件如電解電容及半導(dǎo)體亦受限于耐壓規(guī)格，無法承受過高的瞬態(tài)電壓，而且輸出電壓穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)的變化范圍也常常需要符合產(chǎn)品規(guī)定。若是改以平均電流或峰值電流的脈寬調(diào)制控制器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)開關(guān)，則須加入一電流控制回路，由電壓控制回路及電流控制回路的頻率響應(yīng)共同決定輸入電流及輸出電壓的特性，此外，還必須加上一變流器(CurrentTransformer)，采用CT等磁性元件及相對(duì)應(yīng)的控制線路大大提高了線路的復(fù)雜程度、體積及成本。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種控制截止時(shí)間的高頻電壓功率轉(zhuǎn)換器及其控制方法，它可控制一脈寬調(diào)制控制器的截止時(shí)間以控制其輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種控制截止時(shí)間的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器包括一電源輸入單元，一主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元與該電源輸入單元連接，一高頻功率轉(zhuǎn)換器連接于該主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元，一輸出端單元與高頻功率轉(zhuǎn)換器連接，所述電源輸入單元及輸出單元各自透過一輸入降壓?jiǎn)卧耙惠敵鼋祲簡(jiǎn)卧獙⑤斎腚妷杭拜敵鲭妷悍答佒烈晃⑻幚砥?，由該微處理器依?jù)輸入與輸出電壓的條件，輸出一時(shí)脈以控制一脈寬調(diào)制控制器的截止時(shí)間，由該脈寬調(diào)制控制器控制所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的控制高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器的方法，包括以下步驟建立截止時(shí)間表；讀取輸入及輸出電壓值；判斷輸入及輸出電壓值，若輸入電壓異于輸入電壓預(yù)設(shè)值或輸出電壓低于輸出電壓預(yù)設(shè)值，則進(jìn)行下一步驟；依據(jù)輸入及輸出電壓自前述截止時(shí)間表讀取截止時(shí)間；利用該截止時(shí)間控制脈寬調(diào)制控制器。采用本發(fā)明折上述電路結(jié)構(gòu)和控制方法，可控制輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)，改善輸入電流波形，進(jìn)而提高功率轉(zhuǎn)換器的效率，并減小散熱量。同時(shí)，還具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于輸出電壓透過輸出降壓?jiǎn)卧答佒廖⑻幚砥骱螅晌⑻幚砥魉统鲆荒M輸出信號(hào)至脈寬調(diào)制控制器，而非將輸出電壓直接反饋至脈寬調(diào)制控制器，因此，輸出電壓透過微理器中的濾波器可消除雜信號(hào)，以改善輸出電壓頻率響應(yīng)，并簡(jiǎn)化該脈寬調(diào)制控制器的電路。2.由于脈寬調(diào)制控制器的時(shí)脈信號(hào)及模擬輸出信號(hào)均是由微處理器提供，因此可提供較高的解析度，可以更精確地控制截止時(shí)間。為能進(jìn)一步更清楚了解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)下面將參照附圖予以詳細(xì)說明圖1是本發(fā)明的電路方塊圖；圖2是本發(fā)明的輸入中斷處理程序流程圖；圖3是本發(fā)明的輸出中斷處理程序流程圖；圖4是本發(fā)明的電源輸入單元、高頻功率轉(zhuǎn)換器及輸出端單元的詳細(xì)電路圖；圖5是本發(fā)明的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元的詳細(xì)電路圖6是本發(fā)明的輸入降壓?jiǎn)卧?、輸出降壓?jiǎn)卧拔⑻幚砥鞯脑敿?xì)電路圖；圖7是本發(fā)明的脈寬調(diào)制控制器的詳細(xì)電路圖。有關(guān)本發(fā)明所提出的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器及其控制方法，請(qǐng)參閱圖1，圖中示出功率轉(zhuǎn)換器的電路方塊圖，如圖所示，它包括一電源輸入單元10，其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖4所示；一主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元20，它連接到該電源輸入單元10，其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖5所示；一高頻功率轉(zhuǎn)換器30，它連接到該主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元20，其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖4所示；一輸出端單元40，它連接到所述高頻功率轉(zhuǎn)換器30，其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖4所示；該電源輸入單元10與輸出端單元40分別透過一輸入降壓?jiǎn)卧?0及一輸出降壓?jiǎn)卧?0將輸入電壓與輸出電壓經(jīng)降壓后反饋至一微處理器70，其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖6所示，再由該微處理器70輸出一時(shí)脈信號(hào)及一模擬輸出信號(hào)至一脈寬調(diào)制控制器80(其詳細(xì)電路請(qǐng)參考圖7所示)以控制其截止時(shí)間，再由脈寬調(diào)制控制器80控制該主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元20。其中，該微處理器70設(shè)有兩個(gè)取樣時(shí)間不同的中斷處理程序，在不同中斷處理程序中，由輸入與輸出電壓的條件，與預(yù)設(shè)的截止時(shí)間表(presetdead-timetable)進(jìn)行比較與計(jì)算后，輸出一時(shí)脈信號(hào)控制脈寬調(diào)制控制器80的截止時(shí)間，換言之，控制脈寬調(diào)制控制器80當(dāng)中振蕩器有效可工作時(shí)間，在不同的輸入及輸出電壓狀況下，限制其最大工作周期。如何決定截止時(shí)間表的方法，其原理詳述如下在高頻功率轉(zhuǎn)換器30工作時(shí)，如果選擇轉(zhuǎn)換器適當(dāng)?shù)拇渭?jí)側(cè)感應(yīng)值，可以使得轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)電流模式continuousmodecondition下，以次級(jí)側(cè)電感上的并聯(lián)電壓來計(jì)算，則輸入電壓、輸出電壓與工作周期的關(guān)系如方程序(1)、(2)所述Lsec·diLDON·fS=N2N1VIN-VO………………(1)]]>Lsec·diL1-DON·fS=VO………………(2)]]>將上述兩個(gè)方程序經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以得到常見的方程序(3)N2N1·VIN·DON=VO……………(3)]]>由方程序(3)，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸出電壓一定時(shí)，輸入電壓低時(shí)，工作周期變大，甚至可達(dá)到控制器提供的最大工作周期；然而，輸入電壓較高時(shí)，由于電壓的脈動(dòng)隨負(fù)載增加而增大，在電壓控制閉環(huán)反饋下，產(chǎn)生不均一的工作周期，故其峰值電流可能會(huì)隨工作周期及輸入電壓增大而變大，其原理如方程序(4)所述Lpri·diSWdt=VIN……………(4)]]>其中Lpri為高頻功率轉(zhuǎn)換器次級(jí)側(cè)電感感應(yīng)到初級(jí)側(cè)的感應(yīng)值，與次級(jí)側(cè)感應(yīng)值的關(guān)系如方程序(5)所述Lpri=N12N22·Lsec……………(5)]]>又在同一工作周期中，可將方程序(4)轉(zhuǎn)為方程序(6)Lpri·ΔISWDON·fS=VIN……………(6)]]>由方程序(6)可看出，在相同工作周期下，當(dāng)輸入電源電壓較高時(shí)，即會(huì)導(dǎo)致初級(jí)側(cè)開關(guān)電流變化量隨之增大；而輸入電流經(jīng)由輸入電源并聯(lián)的電容提供初級(jí)側(cè)開關(guān)能量，因此輸入電流也隨之增大。輸入電流與效率之間的關(guān)系如方程序(7)、(8)所述η=WOUTWIN………………(7)]]>WIN=1TS∫0TSvIN·iINdt……………(8)]]>其中vIN與iIN為時(shí)間及輸入電壓的函數(shù)，通常并不是定值，Ts為工作周期，fs為工作頻率，其關(guān)系如方程序(9)所述TS=1fS………………(9)]]>由方程序(8)可看出，當(dāng)輸入電流越大，輸入功率會(huì)隨之增大，效率便會(huì)降低，同時(shí)該高頻功率轉(zhuǎn)換器80會(huì)產(chǎn)生極大的熱量，往往需要更多的散熱裝置，這樣會(huì)造成成本的增加。一般而言，由于輸入電壓并不會(huì)快速變化，屬于穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，故取樣時(shí)間可較長(zhǎng)，因此是以采樣時(shí)間較長(zhǎng)的輸入中斷處理程序處理，其主要控制手段為如圖2所示，先計(jì)算最大輸入電流時(shí)所需的平均工作周期、考慮元件誤差允許值，再將可以改善輸入電流波形的最小截止時(shí)間，按不同的輸入電壓寫入程序中的截止時(shí)間表(一)，再讀取輸入電壓值，判斷輸入電壓是否過高，如果輸入電壓過高則微處理器70會(huì)由讀取一截止時(shí)間A，該截止時(shí)間A建立于截止時(shí)間表(一)，且截止時(shí)間A會(huì)隨著輸入電壓升高而加大。而另一取樣時(shí)間較短的輸出中斷處理程序是負(fù)責(zé)處理輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，原本較長(zhǎng)的截止時(shí)間可能無法應(yīng)付負(fù)載突然產(chǎn)生的變動(dòng)致使輸出電壓降低，當(dāng)輸出電壓降至過低時(shí)，本中斷處理程序可將截止時(shí)間縮小，而借此提高輸出電壓。其控制手段系如圖3所示，先讀取輸出電壓值，判斷輸出電壓是否過低，如果過低，則微處理器70會(huì)于截止時(shí)間表二讀取一截止時(shí)間B，并將此截止時(shí)間B輸出以控制脈寬調(diào)制控制器80，適當(dāng)?shù)鼗貜?fù)截止時(shí)間，因此在微處理器70的截止時(shí)間表二中，當(dāng)輸出電壓越低時(shí)，其截止時(shí)間B將會(huì)越短，以提高高頻功率轉(zhuǎn)換器30的利用率。該微處理器60利用上述二個(gè)不同的中斷處理程序，依據(jù)輸入電壓與輸出電壓條件不同，而由各自的中斷處理程序與相對(duì)應(yīng)的截止時(shí)間表進(jìn)行比較與計(jì)算，輸出一時(shí)脈信號(hào)控制一脈寬調(diào)制控制器70的截止時(shí)間。而另一模擬輸出信號(hào)系將輸出電壓經(jīng)前述輸出降壓?jiǎn)卧?0后反饋至微處理器70，借助該微處理器70濾波及略為降低頻寬后經(jīng)一放大器輸出。權(quán)利要求1.一種高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，它包括一電源輸入單元；一主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元，它與該電源輸入單元連接；一高頻功率轉(zhuǎn)換器，它與該主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元連接；一輸出端單元，它連接至該高頻功率轉(zhuǎn)換器；一微處理器，它由該電源輸入單元及輸出端單元分別接收輸入電壓信號(hào)及輸出電壓信號(hào)，并由該微處理器依據(jù)輸入電壓信號(hào)及輸出電壓信號(hào)輸出一時(shí)脈信號(hào)及模擬輸出信號(hào)以控制一脈寬調(diào)制控制器的截止時(shí)間，而由該脈寬調(diào)制控制器控制所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元。2.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，于該電源輸入單元及微處理器間設(shè)一輸入降壓?jiǎn)卧?，輸入電壓?jīng)降壓處理后送至微處理器；于該輸出端單元連接及微處理器間設(shè)輸出降壓?jiǎn)卧?，輸出電壓?jīng)降壓處理后送至微處理器。3.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該高頻功率轉(zhuǎn)換器為一全橋轉(zhuǎn)換器。4.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該高頻功率轉(zhuǎn)換器為一半橋轉(zhuǎn)換器。5.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該高頻功率轉(zhuǎn)換器為一推挽轉(zhuǎn)換器。6.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該主動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元為一脈波變壓器。7.如權(quán)利要求1所述的高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，于該微處理器及脈寬調(diào)制控制器間設(shè)有一將模擬輸出信號(hào)放大的放大器。8.一種控制高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟建立截止時(shí)間表；讀取輸入及輸出電壓值；判斷輸入及輸出電壓值，若輸入電壓異于輸入電壓預(yù)設(shè)值或輸出電壓低于輸出電壓預(yù)設(shè)值，則進(jìn)行下一步驟；依據(jù)輸入及輸出電壓自前述截止時(shí)間表讀取截止時(shí)間；利用該截止時(shí)間控制脈寬調(diào)制控制器。全文摘要本發(fā)明有關(guān)一種高頻電壓型式功率轉(zhuǎn)換器及其控制方法,主要是以一微處理器將輸入及輸出電壓分別經(jīng)一降壓?jiǎn)卧答伜?由該微處理器依據(jù)輸入與輸出電壓的條件與預(yù)設(shè)于微處理器中的截止時(shí)間表進(jìn)行比較與計(jì)算后,輸出一時(shí)脈信號(hào)及一模擬輸出電壓信號(hào),以控制功率轉(zhuǎn)換器中一電壓型式脈寬調(diào)制控制器的截止時(shí)間,進(jìn)而控制輸出電壓穩(wěn)態(tài)響應(yīng),即可有效改善輸入電流波形,進(jìn)而提高功率轉(zhuǎn)換器的效率,有效減輕散熱問題。文檔編號(hào)H02M3/24GK1361585SQ0013776公開日2002年7月31日申請(qǐng)日期2000年12月29日優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日發(fā)明者蔡嘉明申請(qǐng)人:飛瑞股份有限公司