專利名稱：用于取樣功率轉換器的變壓器的反射電壓的電路及其方法
技術領域：
本發明涉及一種用于一次側控制功率轉換器的電路；特別涉及一種用于一次側控制功率轉換器的適應性電路。
背景技術：
圖I顯示公知的一次側控制功率轉換器的電路圖。該一次側控制功率轉換器包含一變壓器10，該變壓器10包含一次側繞組Np、二次側繞組Ns及一輔助繞組Na。該功率轉換器的一輸入電壓Vin供應至該一次側繞組NP。一切換控制器100耦合至由電阻51與57所形成的一分壓器且透過該分壓器取樣該變壓器10的該輔助繞組Na的一反射電壓\。該電阻51的一端連接至該變壓器10的該輔助繞組Na，且該電阻51的另一端連接至該電阻57 的一端。該電阻57的另一端耦接至地。該電阻51與該電阻57串聯。基于該反射電壓VA， 一訊號Vs產生于該電阻51與該電阻57的連接處且施予至該切換控制器100的一偵測端 VS。該反射電壓Va與該訊號Vs關連于該功率轉換器的一輸出電壓Vo。該一次側控制功率轉換器進一步包含一整流器40與一電容45。該整流器40的一陽極連接至該電阻51與該輔助繞組Na。該整流器40的一陰極連接至該電容45。一供應電壓\c供應至該切換控制器100的一供應端VCC，其連接至該整流器40的該陰極與該電容45的連接處。一整流器 60的一陽極連接至該變壓器10的該二次側繞組Ns，且該整流器60的一陰極連接至一輸出電容65。一負載70與該輸出電容65并聯,且該輸出電壓V。產生于該負載70的一端。該切換控制器100接收可視為一電壓回饋訊號(feedback signal)的訊號Vs,其關連于該功率轉換器的該輸出電壓％。響應于該電壓回饋訊號，該切換控制器100產生一切換訊號Sw以切換一功率晶體管20及該變壓器10，進而調節該功率轉換器的該輸出電壓 \。當該切換訊號Sw變為邏輯高準位(logic-high)，一次側切換電流Ip將因此產生。耦合至該功率晶體管20的一電流感測電阻30可作為一電流感測組件。一電流感測訊號Vcs產生于該電流感測電阻30與該功率晶體管20的連接處，且被施予至該切換控制器100的一感測端CS。該一次側控制功率轉換器的詳細描述于以下專利美國專利6，977，824，發明名稱 “Control circuit for controlling output current at the primary side of a power converter，，;以及美國專利 7，016，204,發明名稱“Close-loop PWM controller for primary-side controlled power conveters，，。該訊號Vs的波形顯示于圖2。該訊號Vs于該切換訊號Sw的截止周期(off-time period)期間產生。過了一遮沒期間(blanking period) Tbm之后，該訊號Vs將為穩定且關連于該輸出電壓V。。然而，該變壓器10的漏感與該功率晶體管20的汲極電容造成具有一振鈴期間Tmc的振鈴訊號V·于該訊號Vs中。此外，由于該分壓器，因此，該反射電壓Va 包含該振鈴訊號VKINe，其將造成不想要的值于該訊號Vs中。圖3顯示公知的一次側控制功率轉換器的另一電路圖。一電容58連接至該等電阻51、57與地的連接處，以減小該訊號Vs 中的該振鈴訊號VKIN(；。該等電阻51、57與該電容58形成一低通濾波器。然而，該低通濾波器造成該訊號Vs的失真及取樣錯誤。圖4顯示在該切換訊號Sw的截止期間該訊號Vs的失真的波形。因為該低通濾波器，該訊號Vs波形失真且該訊號Vs的上升時間延長，其造成當該訊號Vs的脈寬短的時候取樣錯誤。舉例而言，當該負載為輕負載或無載情況，因為該切換訊號Sw的小脈寬，該訊號Vs的脈寬太短以致無法精準地被該控制器100所取樣來產生該電壓回饋訊號。取樣錯誤造成不正確的電壓回饋訊號(該電壓回饋訊號的較低值)且導致該輸出電壓\的增量。換言之，因為該控制器100感測到不正確的電壓回饋訊號，該輸出電壓Vtj將會太高。再者，該訊號Vs的失真波形與延長的穩定時間Td限制了該切換訊號Sw的最高速度與最高頻率。
發明內容
本發明之的一個目的是濾除振鈴訊號Vkiic而無須延長穩定時間TD。本發明提供一種用于一次側控制功率轉換器的適應性電路，以取樣一變壓器的反射電壓。該變壓器的該反射電壓用于調節功率轉換器的輸出電壓與輸出電流。為達到上述目的，本發明提供一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的適應性濾波電路，包含一第一開關，用以接收該反射電壓；一電阻，具有一第一端與一第二端，該電阻的該第一端耦合至該第一開關；一電容，耦合至該電阻的該第二端以保持該反射電壓；以及一第二開關，并聯耦合至該電阻；其中該電阻與該電容形成一濾波器以取樣該反射電壓；于一切換訊號的一禁能(disable)期間，該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器濾波而被取樣；且于該切換訊號的一該禁能期間，該反射電壓于一第二期間藉由該濾波器濾波而被取樣。前述適應性濾波電路，該第一期間與該第二期間是藉由開啟與關閉該第一開關與該第二開關所決定。前述適應性濾波電路，該第二期間于該第一期間結束后開始。前述適應性濾波電路，該反射電壓被取樣以產生用于該功率轉換器的一回饋訊號；該反射電壓關連于該功率轉換器的一輸出電壓。前述適應性濾波電路，該第一開關于該第一期間與該第二期間開啟。前述適應性濾波電路，該第二開關于該第二期間關閉。前述適應性濾波電路，該回饋訊號為電壓回饋訊號。為達到上述目的，本發明復提供一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的適應性濾波電路，包含一取樣保持電路，耦合以取樣該反射電壓；及一電阻，耦合至該取樣保持電路；其中該電阻與該取樣保持電路的一電容形成一濾波器以取樣該反射電壓； 該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器濾波而被取樣；該反射電壓于一第二期間藉由該濾波器濾波而被取樣。為達到上述目的，本發明還提供一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的適應性濾波電路，包含一第一開關，用以接收該反射電壓；一濾波器，耦合至該第一開關且包含一電阻與一電容，以取樣該反射電壓；及一第二開關，并聯耦合至該電阻；其中于該變壓器的一放電期間，該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器濾波而被取樣；且于該變壓器的該放電期間，該反射電壓于一第二期間藉由該濾波器濾波而被取樣。為達到上述目的，本發明還提供一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的方法，包含于一切換訊號被禁能后，接收該反射電壓；于一第一期間禁能一振鈴消除模塊，且于該第一期間該反射電壓包含振鈴訊號；及于一第二期間致能(enable) —振鈴消除模塊，且于該第二期間該反射電壓的振鈴訊號被消除；其中該振鈴消除模塊耦合至該反射電壓，且該切換訊號用于切換該變壓器。
圖I顯示公知的一次側控制功率轉換器的電路圖。圖2顯示圖I公知的一次側控制功率轉換器的訊號VS的波形。圖3顯示公知的一次側控制功率轉換器的另一電路圖。圖4顯示圖3公知的一次側控制功率轉換器在切換訊號SW的截止期間該訊號VS 的失真的波形。圖5是根據本發明一較佳實施例用于一次側控制功率轉換器的一控制器的方塊圖。圖6是根據本發明一較佳實施例的電壓偵測電路。圖7顯示切換訊號SW、訊號VS、遮沒訊號SBLK、取樣訊號SMP以及保持訊號SHD的波形。圖8顯不本發明之取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓的方法。附圖標記說明
10變壓器
20功率晶體管
30電流感測電阻
40整流器
45電容
51電阻
57電阻
58電容
60整流器
65輸出電容
70負載
100切換控制器
150電壓偵測電路
171第一開關
172電容
175緩沖放大器
176電容
179第三開關
181第二開關
182電阻
200電流偵測電路
250積分器
350誤差放大器
370誤差放大器
400低通濾波器
450低通濾波器
500脈寬調變電路
具體實施例方式本發明的實施例及其優點藉由參考附圖可被最佳地了解。類似的組件符號使用于各附圖中相似及對應的組件。圖5是根據本發明一較佳實施例用于一次側控制功率轉換器的一控制器100’的方塊圖。該控制器100’具有類似于圖I中該切換控制器100的功能，但是具有本發明的新穎特征。該控制器100’包含一電壓偵測電路(V-DET) 150、一電流偵測電路(I-DET) 200、一積分器250、一誤差放大器350、一誤差放大器370、一低通濾波器(LPF) 400、一低通濾波器 (LPF) 450以及一脈寬調變電路(PWM) 500。該電壓偵測電路150耦合至顯示于圖I中的該偵測端VS，以接收該訊號Vs來產生一電壓回饋訊號Vv及一放電時間訊號SDS。一參考訊號Vw供應至該誤差放大器350的一正輸入，且該電壓回饋訊號Vv被接收于該誤差放大器350的一負輸入。該誤差放大器350輸出一放大訊號Ev，以放大該電壓回饋訊號Vv與該參考訊號Vw間的一誤差且提供一電壓回路增益以響應該參考訊號VKV。該電壓回路增益用于輸出電壓控制。該放大訊號Ev被該低通濾波器400所接收以產生一電壓回路訊號Votv來作該電壓回路的頻率補償。該電流偵測電路200耦合至顯示于圖I中的該電流感測端CS，以接收一電流感測訊號Vcs來產生一電流波形訊號Vw。該積分器250耦合至該電流偵測電路200與該電壓偵測電路150,以根據該電流波形訊號Vw與該放電時間訊號Sds來產生一電流回饋訊號V115該電流波形訊號Vw藉由量測顯示于圖3的該一次側切換電流Ip所產生。該電流回饋訊號V1 藉由積分該電流波形訊號Vw與該放電時間訊號Sds來產生。該電流回饋訊號V1進一步施予至該誤差放大器370的一負輸入,且一參考訊號Vki施予至該誤差放大器370的一正輸入。 該誤差放大器370產生一放大訊號E1,以放大該電流回饋訊號V1與該參考訊號Vri間的一誤差且提供一電流回路增益以響應該參考訊號VKI。該電流回路增益用于輸出電流控制。該低通濾波器450接收該放大訊號E1以產生一電流回路訊號Voti來作該電流回路的頻率補償。該PWM電路500產生該切換訊號Sw且控制該切換訊號Sw的脈寬，以響應該電壓回路訊號Votv與該電流回路訊號VOTI。因此，該控制器100’接收該訊號Vs以產生該切換訊號sw。圖6是根據本發明一較佳實施例的電壓偵測電路150，其包含一適應性濾波電路， 用來取樣產生于顯示于圖I的該偵測端VS的該訊號vs。該適應性濾波電路包含由第一開關 171與電容172所形成的一取樣保持電路、一第二開關181、一電阻182、一緩沖放大器172、 一第三開關179以及一電容176。該電阻182與該電容172架構以形成一濾波器。該訊號 Vs關連于該變壓器10的該反射電壓\。該電阻182耦合至該第一開關171與該第二開關 181。該電容172耦合至該電阻182與該緩沖放大器172的一正輸入端。該第一開關171的一控制端由一取樣訊號Smp所控制。當該取樣訊號Smp致能且該第一開關171開啟(turnedon)，該訊號Vs透過該電阻182被取樣至該電容172。亦即，一旦該取樣訊號Smp致能且該第一開關171開啟，該電容172稱合至該第一開關171以保持該反射電壓VA。該第二開關181與該電阻182并聯。該第二開關181的一控制端由一遮沒訊號 (blanking signal) Sm所控制。當該遮沒訊號Sbm致能且該第二開關181開啟，將沒有電流通過該電阻182。該緩沖放大器172的負輸入端與正輸入端連接在一起。該第三開關179 連接至該緩沖放大器175的輸出端及該電容176。該第三開關179的一控制端由一保持訊號Shd所控制。由一保持訊號Shd所控制的該第三開關179架構以取樣該電容172內的一儲存訊號，且將該儲存訊號傳至該電容176以產生該電壓回饋訊號Vv。由該電阻182與該電容172所形成的該濾波器具有一極點fP =------------------------------------ (I)
2ΤΓΧ RmXCm其中，忽略電阻51與57的阻值。該切換訊號Sw、該訊號Vs、該遮沒訊號SBM、該取樣訊號Smp以及該保持訊號Shd的波形顯示于圖7。該訊號Vs產生于該切換訊號Sw的截止期間(off-time period)期間。該遮沒訊號Sbiz與該取樣訊號Smp亦產生于該切換訊號Sw的截止期間(off-time period)期間。該取樣訊號Smp架構以于該遮沒訊號SBUi結束前不被禁能。如圖6所示，由該電阻182 與該電容172所形成的濾波器接收該訊號Vs以取樣該反射電壓VA。于該切換訊號Sw禁能期間，該反射電壓Va于第一期間與一第二期間內被取樣至該電容172。該第一期間與該第二期間藉由開啟與關閉該第一開關與該第二開關所決定。該第二期間于該第一期間結束后開始。該第一開關171于該第一期間與該第二期間開啟。該第二開關181于該第二期間開啟。換言之，該濾波器于該第二期間被致能而于該第一期間被禁能。產生取樣訊號Smp 的技術描述于以下專利美國專利7，349，229,發明名稱“Causal sampling circuit for measuring reflected voltage and demagnetizing time of transformer，，;以及美國專利 7，486，528,發明名稱 “Linear-predict sampling for measuring demagnetized voltage of transformer該保持訊號Shd于該切換訊號Sw起始之前產生,且僅當該切換訊號Sw被禁能時致能。于該遮沒訊號Sm致能期間，其對應至該訊號VS的上升邊緣的期間，因為該第二開關181藉由該遮沒訊號Sm開啟且無電流通過該電阻182，該訊號Vs未被濾波而取樣。于該遮沒訊號Sm被禁能之后，該振鈴訊號Vkiic藉由該電阻182與該電容172所形成的低通濾波器被濾除。藉由該適應性濾波電路，該訊號Vs可更精準地被取樣以獲得圖7的波形而不是圖 4的失真的波形，并且不需要圖3中的該電容58。因此，可避免該訊號Vs的長的上升時間與穩定時間Td的影響。進一步，當該負載為輕負載或無載情況，由于該訊號Vs的較小脈寬所造成的高輸出電壓亦可被避免。請參見圖8，其說明本發明之取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓的方法。 步驟SI說明，禁能一切換訊號后，接收該反射電壓；步驟S2說明，于一第一期間禁能一振鈴消除模塊，且于該第一期間該反射電壓包含振鈴訊號；步驟S3說明，于一第二期間致能該振鈴消除模塊，且于該第二期間該反射電壓的振鈴訊號被消除。根據本發明之方法，該振鈴消除模塊尚包含耦合至該反射訊號的一濾波電路，及耦合至該濾波電路的一取樣保持電路。該濾波電路包含一濾波器及耦合至該濾波器的一開關。
上述步驟S2尚包含禁能該濾波電路，以及包含禁能該開關。上述步驟S3尚包含致能該濾波電路，以及包含致能該開關。雖然本發明及其優點已被詳細描述，應可了解在不悖離如以下權利要求所定義的本發明范疇與精神情況下，可進行不同改變、置換及更替。亦即，此發明所涵蓋的討論意指作為一基本描述。應可了解到特定討論非明確地描述所有可能實施例；眾多選擇為隱含的。 文中可能未完整說明本發明的通用本質，且可能未明確解說每一特征或組件如何確實成為一較為概括的功效或各種可供選擇或等同組件的代表。再次，這些隱含于此公開的文件中。 發明說明或術語非意欲限制權利要求的保護范圍。
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權利要求
1.一種適應性濾波電路，用于取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓，其特征在于，包含一第一開關，用以接收該反射電壓；一電容，稱合至該第一開關以保持該反射電壓；一電阻，耦合至該第一開關 '及一第二開關，耦合至該電阻；其中該電阻與該電容形成一濾波器以取樣該反射電壓；相應于一切換訊號被禁能的一期間，該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器被取樣而在一第二期間藉由該濾波器被取樣；該切換訊號用以切換該變壓器。
2.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第一期間與該第二期間藉由開啟與關閉該第一開關與該第二開關所決定。
3.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第二期間于該第一期間結束后開始。
4.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該反射電壓被取樣以產生用于該功率轉換器的一回饋訊號；該反射電壓關連于該功率轉換器的一輸出電壓。
5.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第一開關于該第一期間與該第二期間開啟。
6.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第二開關于該第二期間關閉。
7.根據權利要求I所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第二開關并聯耦合至該電阻。
8.根據權利要求3所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該回饋訊號為電壓回饋訊號。
9.一種適應性濾波電路，用于取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓，其特征在于，包含一取樣保持電路，耦合以取樣該反射電壓 '及一濾波器，耦合至該取樣保持電路；其中在該反射電壓的一第一期間，該反射電壓未藉由該濾波器而被取樣；在該反射電壓的一第二期間，該反射電壓藉由該濾波器而被取樣。
10.根據權利要求9所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第二期間系于該第一期間結束后開始。
11.根據權利要求9所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該濾波器于該第二期間被致能。
12.根據權利要求9所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該濾波器于該第一期間被禁能。
13.根據權利要求9所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該濾波器包含一第一開關與一第二開關。
14.根據權利要求13所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該濾波器進一步包含一電阻與一電容，且該電阻并聯耦合至該第二開關。
15.根據權利要求13所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第一開關于該第一期間與于該第二期間被致能，而該第二開關于該第二期間被禁能。
16.—種適應性濾波電路,用于取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓,其特征在于，包含一第一開關，用以接收該反射電壓；一濾波器，稱合至該第一開關且包含一電阻與一電容，以取樣該反射電壓；及一第二開關，并聯耦合至該電阻；其中，于該變壓器的一放電期間，該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器濾波而被取樣；且于該變壓器的該放電期間，該反射電壓于一第二期間藉由該濾波器濾波而被取樣。
17.根據權利要求16所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第一期間與該第二期間由該第一開關與該第二開關所決定。
18.根據權利要求16所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第一開關于該第一期間與該第二期間開啟。
19.根據權利要求16所述的適應性濾波電路，其特征在于，其中，該第二開關于該第二期間關閉。
20.一種取樣一功率轉換器的一變壓器的一反射電壓的方法，其特征在于，包含于一切換訊號被禁能后，接收該反射電壓；于一第一期間禁能一振鈴消除模塊，且于該第一期間該反射電壓包含振鈴訊號；及于一第二期間致能一振鈴消除模塊，且于該第二期間該反射電壓的振鈴訊號被消除；其中，該振鈴消除模塊耦合至該反射電壓，且該切換訊號系用于切換該變壓器。
21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，其中，該振鈴消除模塊包含耦合至該反射訊號的一濾波電路及耦合至該濾波電路的一取樣保持電路。
22.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，其中，該濾波電路包含一濾波器及耦合至該濾波器的一開關。
23.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，其中，前述于一第一期間禁能一振鈴消除模塊的步驟包含禁能該濾波電路。
24.根據權利要求23所述的方法，其特征在于，其中，前述禁能該濾波電路的步驟包含禁能該開關。
25.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，其中，前述于一第二期間致能一振鈴消除模塊的步驟包含致能該濾波電路。
26.根據權利要求25所述的方法，其特征在于，其中，前述致能該濾波電路的步驟包含致能該開關。
全文摘要
本發明提供一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的適應性濾波電路，包含一第一開關，用以接收該反射電壓；一電阻，具有一第一端與一第二端，該電阻的該第一端耦合至該第一開關；一電容，耦合至該電阻的該第二端以保持該反射電壓；以及一第二開關，并聯耦合至該電阻；其中該電阻與該電容形成一濾波器以取樣該反射電壓；于一切換訊號的一禁能期間，該反射電壓于一第一期間未藉由該濾波器濾波而被取樣；且于該切換訊號的該禁能期間，該反射電壓于一第二期間藉由該濾波器濾波而被取樣。本發明亦包含一種用于取樣功率轉換器的變壓器的一反射電壓的取樣方法。
文檔編號H02M1/14GK102594108SQ201210033018
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優先權日2011年2月18日
發明者唐岳弘, 楊大勇, 林立, 謝志賢, 陳榮升 申請人:崇貿科技股份有限公司