專利名稱：電源轉(zhuǎn)換器的控制器及備用電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換器，特別是涉及對于切換電源轉(zhuǎn)換器(switchingpower converter)的控制。
背景技術(shù)：
切換電源轉(zhuǎn)換器已廣泛用于提供穩(wěn)定的電壓和電流。然而，電源轉(zhuǎn)換器的切換引起傳導(dǎo)損耗和切換損耗之類的功率損耗。切換損耗是在輕負(fù)載下顯著的損耗。為了維持電源轉(zhuǎn)換器的高效率，目前已開發(fā)許多技術(shù)來減小功率消耗，例如Park等人的美國專利第4,541,041號(hào)“Full load to no-load control fora voltage fed resonant inverter”；Pace等人的美國專利第5,028,861號(hào)“StrobedDC-DC converter with current regulation”；Wilcox等人的美國專利第5,481,178號(hào)“Control circuit and method for maintaining high efficiency over broad currentranges in a switching regulator circuit”；Jeffrey Hwang的美國專利第5,747,977號(hào)“Switching regulator having low power mode responsive to load powerconsumption”。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是負(fù)載的檢測電路。利用遲滯比較器(hysteresis comparator)來檢測電源轉(zhuǎn)換器的負(fù)載狀況和開/關(guān)狀態(tài)。尤其當(dāng)產(chǎn)生噪音(acoustic noise)時(shí)無法編程電源轉(zhuǎn)換器的切換頻率。此外，由突發(fā)切換引起的輸出紋波(output ripple)是無法控制的。這些缺點(diǎn)是本發(fā)明要解決的主要目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控制電路，其包含備用電路(standby circuit)和切換控制電路(switching control circuit)。備用電路用于檢測電源轉(zhuǎn)換器的負(fù)載狀況和開/關(guān)狀態(tài)以便節(jié)省功率。備用電路包含反饋輸入電路(feedback inputcircuit)和比較電路(comparison circuit)。反饋輸入電路經(jīng)由電源轉(zhuǎn)換器的反饋回路(feedback loop)耦合到電源轉(zhuǎn)換器的輸出。比較電路耦合到反饋輸入電路以當(dāng)反饋輸入電路的反饋信號(hào)(feedback signal)低于閾值信號(hào)(threshold signal)時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)(mode signal)。電阻裝置(resistive device)和外部電容器耦合到反饋信號(hào)。電阻裝置的電阻響應(yīng)于模式信號(hào)的啟用而增加。因此，反饋輸入電路的阻抗響應(yīng)于模式信號(hào)的變化而變化。模式信號(hào)進(jìn)一步經(jīng)耦合以關(guān)閉電源轉(zhuǎn)換器的切換控制電路以便節(jié)省功率。與電阻裝置的電阻關(guān)聯(lián)的外部電容器的電容確定電源轉(zhuǎn)換器的切換控制電路的關(guān)閉周期。


本發(fā)明包含的附圖提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。

本發(fā)明實(shí)施例并連同描述內(nèi)容一起用于闡述本發(fā)明的原理。
圖1示出了電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3示出了振蕩電路。
圖4示出了切換信號(hào)波形。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了電源轉(zhuǎn)換器的電路示意圖?？刂齐娐?0產(chǎn)生切換信號(hào)(switching signal)VG以響應(yīng)于反饋端(feedback terminal)FB處的反饋信號(hào)VFB來調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器的輸出。切換信號(hào)VG電源晶體管20以便切換變壓器10。變壓器10連接到電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓VIN以便進(jìn)行能量存儲(chǔ)和電源傳遞。變壓器10的能量經(jīng)由整流器40和電容器45而傳遞到電源轉(zhuǎn)換器的輸出VO。電阻器30與電源晶體管20串聯(lián)連接以響應(yīng)于變壓器10的切換電流而在電流感測端(current sense terminal)CS處產(chǎn)生電流信號(hào)VI。齊納二極管(zener diode)60經(jīng)由電阻器65從輸出電壓VO耦合到光耦合器(opto-coupler)50。光耦合器50的輸出耦合到控制器90的反饋端FB以形成反饋回路。切換信號(hào)VG的脈沖寬度經(jīng)調(diào)制響應(yīng)于反饋信號(hào)VFB以實(shí)現(xiàn)對電源轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明控制電路90的優(yōu)選實(shí)施例。控制電路90包含備用電路100(standby circuit)和切換控制電路200。切換控制電路200用于響應(yīng)于振蕩信號(hào)(oscillation signal)PLS來產(chǎn)生切換信號(hào)VG。振蕩電路300用來產(chǎn)生振蕩信號(hào)PLS。切換控制電路200包含觸發(fā)器(flip-flop)210以經(jīng)由與(AND)門230產(chǎn)生切換信號(hào)VG。與門230的輸入連接到觸發(fā)器210的輸出。與門230的另一輸入經(jīng)由反相器215連接到振蕩信號(hào)PLS以限制切換信號(hào)VG的最大工作周期。觸發(fā)器210響應(yīng)于振蕩信號(hào)PLS而啟用。比較器250經(jīng)耦合以重設(shè)觸發(fā)器210。比較器250的正輸入連接到反饋輸入電路240以便進(jìn)行反饋回路控制。比較器250的負(fù)輸入耦合到電源轉(zhuǎn)換器的電流感測端CS(圖1中所示)以接收電流信號(hào)VI來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(pulse widthmodulation，PWM)。
備用電路100包含比較電路110、反饋輸入電路240、電阻裝置150和外部電容器70(圖1中所示)。反饋輸入電路240經(jīng)由反饋端FB和電源轉(zhuǎn)換器的反饋回路而耦合到電源轉(zhuǎn)換器的輸出。晶體管241和電阻器245、246形成反饋輸入電路240。晶體管241執(zhí)行電平位移(level shift)。反饋信號(hào)VFB連接到晶體管241的柵極。在晶體管241的源極處產(chǎn)生位移反饋信號(hào)V245。電阻器245和246進(jìn)一步向位移反饋信號(hào)V245提供衰減以穩(wěn)定反饋回路。電阻器245經(jīng)連接以接收位移反饋信號(hào)V245。在電阻器246處產(chǎn)生衰減的反饋信號(hào)V246，而衰減的反饋信號(hào)V246連接到比較器250的正輸入以便進(jìn)行PWM控制。比較電路110耦合到反饋輸入電路240以當(dāng)位移反饋信號(hào)V245低于閾值信號(hào)VREF時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)LEN。
外部電容器70耦合到如圖1所示的反饋端FB。電阻裝置150也耦合到反饋端FB。電阻裝置150和電容器70作為反饋信號(hào)VFB的低通濾波器(low-pass filter)來操作。晶體管140和電阻器120、125形成電阻裝置150。電阻器120和電阻器125串聯(lián)連接。晶體管140并聯(lián)連接到電阻器120。模式信號(hào)LEN控制晶體管140的開/關(guān)狀態(tài)。因此，電阻裝置150的電阻響應(yīng)于模式信號(hào)LEN的啟用而增加。模式信號(hào)LEN進(jìn)一步耦合到晶體管180以關(guān)閉切換控制電路200的電源VCC2以便節(jié)省功率。此外，模式信號(hào)LEN經(jīng)耦合以經(jīng)由晶體管260來關(guān)閉切換信號(hào)VG。
一旦切換控制電路200被關(guān)閉，電阻裝置150的電阻將增加，這導(dǎo)致反饋信號(hào)VFB變低。當(dāng)將反饋信號(hào)VFB充電達(dá)到電壓VB時(shí)，切換控制電路200將再次開啟。電壓VB可表達(dá)為，VB=VA×(1-ϵ-TOFFR×C)--------------------------(1)]]>VB＝VREF+V241---------------------------------------------(2)
其中電壓VA由下式給出，VA＝VCC-(IC×R)------------------------------------------- (3)IC＝CTR×ID-------------------------------------------------- (4)ID=VO-VZ-VDR65------------------------(5)]]>其中TOFF是切換控制電路200的關(guān)閉周期；R是電阻裝置1 50的電阻；C是外部電容器70的電容；VREF是閾值信號(hào)VREF的電壓；V241是晶體管241的閾值電壓；IC是反饋電流，其為光耦合器50的輸出電流；ID是光耦合器50的輸入電流；CTR是光耦合器50的電流傳遞速率；VD是光耦合器50的正向電壓降；VZ是齊納二極管60的電壓；R65是電阻器65的電阻。
等式(1)可改寫為，TOFF=R×C×ln(VAVA-VB)--------------(6)]]>與電阻裝置150的電阻R關(guān)聯(lián)的外部電容器70的電容C確定切換控制電路200的TOFF。反饋電流IC進(jìn)一步經(jīng)耦合以調(diào)節(jié)TOFF來控制電源轉(zhuǎn)換器的輸出紋波。
圖3示出了振蕩電路(oscillation circuit)300。充電電流310串聯(lián)連接到開關(guān)315以便對電容器350進(jìn)行充電。放電電流320串聯(lián)連接到開關(guān)325以便對電容器350進(jìn)行放電。因此，在電容器350上產(chǎn)生斜坡信號(hào)(rampsignal)RAMP。比較器370、380和與非(NAND)門375、385經(jīng)由反相器390、395產(chǎn)生振蕩信號(hào)PLS以控制開關(guān)315和325。跳變點(diǎn)電壓(Trip-pointvoltage)VH和VL分別連接到比較器370和380。因此，斜坡信號(hào)RAMP在跳變點(diǎn)電壓VH與VL之間搖擺。
圖4示出了切換信號(hào)VG和模式信號(hào)LEN的波形。在TON周期期間啟用切換信號(hào)VG。TON的周期取決于負(fù)載狀況和反饋。一旦反饋信號(hào)V245低于閾值信號(hào)VREF，將啟用模式信號(hào)LEN以關(guān)閉切換信號(hào)VG。TOFF周期可由外部電容器70編程以防止切換周期落入聲頻帶。
藉由前述，本發(fā)明可利用備用電路中100的比較電路110耦合到反饋輸入電路240以當(dāng)位移反饋信號(hào)V245低于閾值信號(hào)VREF時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)LEN。模式信號(hào)LEN進(jìn)一步耦合到晶體管180以關(guān)閉切換控制電路200的電源VCC2，如此可以節(jié)省電源。另外，因?yàn)榻逵蛇B接外部電容350，所以TOFF周期可由外部電容器70編程以防止切換周期落入聲頻帶。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可在不脫離本發(fā)明范圍或精神的情況下，可對本發(fā)明結(jié)構(gòu)作出各種修改和變化。鑒于前述內(nèi)容，如果本發(fā)明的修改和變化在本發(fā)明的權(quán)利要求書和其等效物的范圍內(nèi)，那么期望本發(fā)明涵蓋那些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，包括比較電路，耦合到所述電源轉(zhuǎn)換器的反饋回路以將反饋信號(hào)與閾值信號(hào)進(jìn)行比較，用于產(chǎn)生模式信號(hào)；以及電阻裝置，耦合到所述反饋回路；其中所述電阻裝置的電阻值響應(yīng)于所述模式信號(hào)而變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，進(jìn)一步包括耦合到所述電阻裝置的外部電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，其中與所述電阻裝置關(guān)聯(lián)的所述外部電容器確定所述電源轉(zhuǎn)換器的切換控制電路的關(guān)閉周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，其中一旦所述反饋信號(hào)低于所述閾值信號(hào)，就啟用所述模式信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，其中當(dāng)啟用所述模式信號(hào)時(shí)，所述電阻裝置的所述電阻值增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的備用電路，其中所述模式信號(hào)經(jīng)耦合以關(guān)閉所述電源轉(zhuǎn)換器的所述切換控制電路以便實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省。
7.一種電源轉(zhuǎn)換器的控制器，包括備用電路，包含比較電路，耦合到所述電源轉(zhuǎn)換器的反饋回路，以當(dāng)所述反饋回路的反饋信號(hào)低于閾值信號(hào)時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)；以及電阻裝置，耦合到所述反饋回路；其中所述電阻裝置的電阻響應(yīng)于所述模式信號(hào)而增加；以及切換控制電路，產(chǎn)生切換信號(hào)以響應(yīng)于所述模式信號(hào)來調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制器，其中所述備用電路進(jìn)一步包括耦合到所述電阻裝置的外部電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制器，其中與所述電阻裝置關(guān)聯(lián)的所述外部電容器確定所述電源轉(zhuǎn)換器的所述切換控制電路的關(guān)閉周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制器，其中所述模式信號(hào)經(jīng)進(jìn)一步耦合以關(guān)閉所述電源轉(zhuǎn)換器的所述切換控制電路。
11.一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，包括備用電路，包含反饋輸入電路；以及比較電路，耦合到所述電源轉(zhuǎn)換器的所述反饋輸入電路，以當(dāng)所述反饋輸入電路的反饋信號(hào)低于閾值信號(hào)時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)；其中所述反饋輸入電路的阻抗響應(yīng)于所述模式信號(hào)而變化；以及切換控制電路，產(chǎn)生切換信號(hào)以響應(yīng)于所述模式信號(hào)來調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其中所述備用電路進(jìn)一步包括耦合到所述反饋輸入電路的外部電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其中與所述反饋輸入電路的所述阻抗關(guān)聯(lián)的所述外部電容器確定所述電源轉(zhuǎn)換器的所述切換控制電路的關(guān)閉周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其中所述反饋輸入電路的所述阻抗響應(yīng)于所述模式信號(hào)的啟用而增加。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其中所述模式信號(hào)經(jīng)耦合以關(guān)閉所述電源轉(zhuǎn)換器的所述切換控制電路。
全文摘要
一種開/關(guān)電源轉(zhuǎn)換器以便實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省的備用電路。備用電路包含比較電路。比較電路耦合到電源轉(zhuǎn)換器的反饋回路，以當(dāng)反饋回路的反饋信號(hào)低于閾值信號(hào)時(shí)產(chǎn)生模式信號(hào)。電阻裝置耦合到反饋回路。電阻裝置的電阻響應(yīng)于模式信號(hào)而增加。模式信號(hào)進(jìn)一步經(jīng)耦合以關(guān)閉電源轉(zhuǎn)換器的切換控制電路。如此可達(dá)到節(jié)省電源的功能。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101090235SQ20071010258
公開日2007年12月19日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司