专利名称：具有用于补偿最大输出功率的脉冲宽度调制控制器的电源转换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种电源转换器(power converter)，尤指一种控制电 路，其具有功率限制器(power limiter)，用于补偿交换式电源转换器 (switching power converter ) 的最大输出功率。
背景技术：
电源转换器可为多种电子装置供应能量，其采用现有的PWM (脉 冲宽度调制)技术以控制并调节输出功率。于电源转换器内设置多种 保护功能以避免电源转换器受到永久性的损坏，其中，补偿最大输出 功率的功能通常用于过载及短路保护。图1显示现有电源转换器的结构。该电源转换器包括功率变压器 T,，其具有初级绕组(primary winding) NP和次级绕组(secondary winding) Ns，该功率变压器T,用于提供电源转换器的AC线路输入与 输出之间的电流隔离。电源转换器的输入电压VIN供给该初级绕组NP。 为调节该电源转换器的输出电压V0，控制电路与功率变压器T]的初级 绕组Np串接，以根据反馈信号Vra而产生PWM信号VPWM。该控制电 路包括振荡器IO、第一比较器31、第二比较器32、逻辑电路33及触 发器20。该PWM (脉冲宽度调制)信号VpwM控制功率开关Q"从而 以开关功率变压器TlQ感测电阻(sense resistor) Rs串联于功率开关以确定电源转换器的最大输出功率。感测电阻Rs将功率变压器T, 的交换电流转换为电流信号Vcs，且该电流信号Vcs连接上述控制电路。 经第一比较器31比较，如该电流信号Vcs大于最大阈值VM，则使该 控制电路关闭该PWM信号VPWM以限制该电源转换器的最大输出功图2为图1的电源转换器的PWM信号VPWM及电流信号Vcs的波 形图。如图所示，当PWM信号VpwM为逻辑高电平时，相应产生初级 侧交换电流IP。初级侧交换电流IP的峰值IP1为最大输出功率Po为<formula>formula see original document page 7</formula> (2)等式(1)与(2)中，Lp为变压器T,的初级绕组Np的电感值， T，为功率开关Ql开通时PWM信号VPWM的开通时间，Ts为PWM信号VpwM的切换周期。我们可从等式(2)中看出输出功率随输入电压Vw的变化而变化。 如考虑安全调节，输入电压的范围在90VAc到264VAc之间，其中高线 电压(high-line voltage)的功率限制高出低线电压(low-line voltage) 的功率限制许多倍。在电流信号Vcs高于最大阈值Vm的吋刻与PWM 信号VpwM实际关闭的时刻之间存在延迟时间TD。最大输出功率也受 该控制电路的延迟时间TD的影响。在延迟时间TD期间，功率开关Q, 仍为导通并保持开启状态而用于传送输出功率。因此，PWM信号VPWM 的实际开启时间等于ToN+To，实际最大输出功率Po为尽管延迟时间To很短， 一般在200ns 350ns之间，但工作频率愈 高，切换周期Ts愈小，延迟时间TD所造成的影响愈大。因此，需要适 当补偿输入电压V1N以避免输入电压Vw影响最大输出功率。发明内容鉴于上述现有技术的种种缺点，本发明的目的在于提供一种控制 电路，以补偿电源转换器的最大输出功率。该控制电路的功率限制器 可补偿输入电压与延迟时间所造成的差别，并使低线电压输入与高线 电压输入具有同样的输出功率限制。本发明的又一 目的在于提供一种延迟计数器，在产生输出电压之 前平坦化功率限制器的限制信号。通过适当选择延迟周期并关闭限制 信号，而可克服低线电压及过载条件下无法启动的缺失。本发明的又一目的在于提供一种反馈侦测器，来感测电源转换器的反馈信号。该反馈侦测器是根据该反馈信号而产生侦测信号，从而 确定限制信号。为了达到本发明的上述目的及其他目的，本发明提供一种PWM控 制器，用于补偿电源转换器的最大输出功率，其中，该电源转换器具 有一功率开关。该PWM控制器包括振荡器，用于产生锯齿波信号 及脉冲信号；功率限制器，连接该振荡器以限制该锯齿波信号而产生锯齿波限制信号；以及PWM单元，连接该功率限制器及振荡器以根 据该锯齿波限制信号及脉冲信号而产生PWM信号，从而以控制功率 开关。于输出电压产生之前锯齿波限制信号于一段时间内具有平坦电 平，此后转换为锯齿波限制波形。
图1显示现有电源转换器；图2为图1所示的现有电源转换器的PWM信号及电流信号波形； 图3为本发明的具有控制电路的电源转换器示意图； 图4为本发明的控制电路的功率限制器的第一实施例示意图； 图5为本发明的控制电路的波形图；图6为本发明的控制电路的功率限制器的第二实施例示意图；以及图7为本发明的控制电路的功率限制器的第三实施例示意图。主要元件符号说明Co输出电容Ns次级绕组Np初级绕组Q'功率开关PLS脉冲信号Rp上拉电阻Rs感测电阻Sc比较信号SW1 ， Sw2开关反相延迟信号200810092177.3说明书第4/8页TDTs T) VA Vccvcs vD vFB vINVlmt VMv0VpwM VsAW10 20 31， 334142 60，611612 64，641642653654 6613260a， 60b 621613， 622， 65， 66 651652， 662延迟时间 切换周期 功率变压器电压源 电流信号 控制信号 反馈信号 输入电压 锯齿波限制信号 最大阈值 输出电压 PWM信号 锯齿波信号 振荡器 触发器 比较器 逻辑电路 PWM控制器 PWM单元 功率限制器 电压转电流电路(V-I) 623， 624， 631， 632 晶 延迟单元 延迟计数器 反相器 逻辑单元 比较电路负电压增值(Delta V)计数器具体实施方式
以下是通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术 人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与效 果。本发明还可采取其他不同的实施方式。具体细节可基于不同的要 点及应用并在不背离本发明的精祌及范围下进行修改及变更。请参阅图3，显示本发明第一实施例的电源转换器的电路示意图。 该电源转换器包括功率变压器Tl。该功率变压器Ti具有初级绕组Np及次级绕组Ns，并可将储存能量自该初级绕组Np传递至该次级绕组 Ns。电源转换器的输入电压Vw供给该初级绕组Np。为调节电源转换 器的输出电压Vo，将PWM控制器41与功率变压器T,的初级绕组Np 串接，以根据反馈信号VFB而产生PWM信号Vp窗。该PWM信号VPWM 控制功率开关Qp从而以开关功率变压器T"感测电阻Rs串接功率 开关Qi以确定电源转换器的最大输出功率。该感测电阻Rs将功率变 压器^的交换电流转换为电流信号Vcs。该电流信号Vcs是连接至上 述PWM控制器41。于一实施例中，该PWM控制器41包括振荡器10，功率限制器 60及PWM单元42，其中，振荡器10用于产生锯齿波信号VsAw及脉 冲信号PLS;功率限制器60是连接振荡器10以限制该锯齿波信号VSAW 而产生一锯齿波限制信号(Saw-limited) VLMT; PWM单元42是连接 功率限制器60及振荡器10以根据该锯齿波限制信号Vsaw及脉冲信号 PLS而产生PWM信号VPWM，进而控制功率开关Q1Q PWM单元42 包含触发器20，比较器31、 32，以及与门(AND gate) 33。如图4所示，于第一实施例中，功率限制器60包括延迟单元64 及锯齿波限制电路，其中，延迟单元64包括延迟计数器641及反相器 642。延迟计数器641连接电压源Vcc，并且于电压源Vcc使能(enabling) 后于一延迟时间之后产生一延迟信号S,。反相器642连接延迟计数器 641的输出而将该延迟信号St反相为控制信号VD。还请参阅图4，该锯齿波限制电路进一步包括第一参考电路、第二 参考电路及电流限制电路。其中，电压转电流电路(V-I) 621及由晶 体管622， 623组成的电流镜形成该第一参考电路。电压转电流电路 (V-I) 621、由晶体管622、 624组成的电流镜以及开关Sw2形成该第 二参考电路。该第一参考电路的电压转电流电路(V-I) 621接收参考电压VREF并转换为对应的参考电流IREF，然后镜像至晶体管623的输 出，用于产生第一参考信号I,。当开关Sw2开启吋，参考电流IKEF镜像至晶体管624的输出，用于产生第二参考信号12。开关S盟是通过延迟 単元的控制信号Vd控制。电压转电流电路(V-I) 611、开关S^、以及分别由晶体管612， 613及631， 632组成的两个电流镜构成该电流限制电路。电压转电流 电路(V-I) 611接收如图3所示的振荡器10的锯齿波信号Vsaw并将 其转换为对应的电流信号IsAw。开关S^连接于电压转电流电路(V-I) 611的输出与地之间，由延迟单元的控制信号Vd控制。因此，当接通 开关SW1时，电流信号Isaw接地；当关闭开关SW1时，电流信号ISAW 镜像至晶体管613的输出，以产生第三参考信号13。晶体管612及613的源极还连接电流源It，从而可通过电流源lT而以锯齿波限制信号VsAw的峰值。另一电流镜由晶体管631及632组成，其中，晶体管631 的栅极连接至其漏极，晶体管623的漏极依据参考电流1^F产生第一 参考信号I,。经过开关SW2的晶体管624的漏极依据参考电流k朋而产 生第二参考电流12。晶体管632的漏极根据第一参考信号Ii、第二参考信号I2及第三参考信号I3而产生电流限制信号I^t。因此，依据流经 电阻R固t的电流限制信号I固t而可获得锯齿波限制信号VLMT，艮卩，Vlmt二 Ilm,Rlm丁o参阅图4及图5，其中，锯齿波限制电路上的波形显示于图5中。 在输出电压产生之前，电压源Vcc为逻辑高电平(logic-high)时，延 迟信号Si此时仍为逻辑低电平(logic-low)，通过反相器642的控制 信号Vo为逻辑高电平。开关SW1及Sw2因此被开启，电流信号ISAW 经开关Sw,旁路至接地，此时电流限制信号I固t二 I一 I2。锯齿波限制 信号vlmt根据流经电阻rlmt的电流限制信号I固t而产生；其算式为 VLMT = ILMT*RLMT。因为第一参考信号I,、第二参考信号12由参考电流 lREF镜射形成，为一平坦电平。因此，锯齿波限制信号的波形相对为一 平坦电平。在一延迟时间tde—之后，延迟信号Si从逻辑低电平转为逻辑高电平，经通过反相器642反相后所输出的控制信号Vc为逻辑低电平。开关Sw,及Sw2因此关闭，电流限制信号lLMT^I一l3，因此锯齿波 限制信号V固t呈锯齿波限制波形。由上述可知，锯齿波限制信号V固t的波形根据控制信号VD的状态而产生。当控制信号Vd使能(enabling) (例如逻辑高电平)时，锯齿波限制信号V,MT处于平坦电平，当控制信号Vd失能(disabling)(例如逻辑低电平)时，波形为锯齿波限制"f百号VLMT。图6为本发明的功率限制器60a的第二实施例示意图。如图所示， 该功率限制器60a包括延迟单元65及锯齿波限制电路，其中，该锯齿 波限制电路与第一实施例所述相同，因此在此略去详细描述。第二实 施例中的延迟单元65包括延迟计数器651，反相器652，比较电路654 及逻辑单元653。延迟计数器651连接电压源Vcc，用于根据电压源 Vcc的启动而在一延迟时间Tde一之后产生延迟信号S,。反相器652连接延迟计数器651的输出，用于将延迟信号S！反相为反相延迟信号耳。 比较电路654连接反馈电压VpB及参考电压VA，以输出比较信号Sc。 逻辑单元653 (例如与门)连接比较电路654的输出及反相器652的输出，以根据反相延迟信号5及比较信号Sc而产生控制信号VD。在输出电压产生前，电压源Vcc为逻辑高电平时，延迟计数器651 的输出仍为逻辑低电平，反相器652的输出为逻辑高电平。由于输出 电压产生之前AC线路输入启动时，输出电容Co (如图3所示)对地 短路，因而通过电阻Rp连接至电压源Vcc的反馈电压Vfb而拉高(pull high)。当反馈信号VpB高于参考电压Va吋，比较电路654输出的比 较信号Sc为逻辑高电平。由于反相器652的输出及比较信号Sc均为逻 辑高电平，因此逻辑单元653输出的控制信号VD也为逻辑高电平。如此，开关Sw!及Sw2接通，电流信号IsAW经开关Sw流入地，并且电流 限制信号I固T二I]+l2。在此期间，锯齿波限制信号V固T的波形为一平 坦电平。因此，锯齿波限制信号V固T依据流经电阻R固T的电流限制 信号ILMT而产生，其中，VLMT=ILMT*RLMT。当反相延迟信号5或者比较信号Sc为逻辑低电平时，控制信号VD 将转为逻辑低电平。在一段延迟时间Tdelay之后或者在功率变压器T, 的次级绕组Ns产生输出电压之后，反馈电压Vra将趋于稳定并降低。当反馈信号Vra低于参考电压Va吋，控制信号VD为逻辑低电平。开 关Sw及Sw2断开，并且电流限制信号lLM^I一l3，因此，锯齿波限制信号VmT的波形为对应于第一参考信号I,加上第三参考信号I3的波 形。换句话说，是为一垫高一电压电平的截头锯齿波形。图7为本发明的功率限制器60b的第三实施例示意图。该功率限制器60b包括延迟单元66及锯齿波限制电路，其中该锯齿波限制电路 与第一实施例相同，本实施例的延迟单元66包括负电压增值(Delta V) 计数器661、反相器662及上拉电阻(pull-high resistor) RP。该负Delta V计数器661是连接反馈电压Vra并经由上拉电阻RP连接电压源Vcc。 由于输出电压产生之前AC线路输入启动时，输出电容Co (如图3所 示)对地短路，通过Rp连接电压源Vcc的反馈电压Vra而拉高。同时， 由于负Delta V计数器661不会侦测到负Delta V电压，因此负Delta V 计数器661的输出为逻辑低电平，经过反相器662的输出为逻辑高电平。因此，开关Sw]及Sw2开启，电流信号IsAw经由开关Sw流入地，电流ILMT= I]+ I2。在此期间，锯齿波限制信号VLMT的波形为平坦电平。因此，锯齿波限制信号VtMT是依据流经电阻RLMT的电流限制信号ImT而产生，其中，VLMT= ILMT*RmT。由于输出电压产生之前AC线路输 入启动时，输出电容Co (如图3所示)对地短路，通过Rp连接电压源 Vcc的反馈电压Vra而拉高。次级绕组Ns的输出电压建立后，反馈电压VFB将趋于稳定并降低。 负Delta V计数器661可侦测到负Delta V电压，因此，负Delta V计 数器661的输出端为逻辑高电平(启动)，并且通过反相器662的控制信号VD为逻辑低电平。当控制信号VD为逻辑低电平时，开关Sw 及S，关闭，电流限制信号I環T二Ii+l3。因此，锯齿波限制信号V固T的波形为对应于第一参考信号1、加上第三参考信号13的波形。换句话 说，是为一垫高一电压电平的截头锯齿波形。相比于现有技术，本发明的功率限制器60、 60a及60b分别采用 延迟单元64、 65及66以控制锯齿波限制信号的波形。通过适当选择 延迟周期并关闭锯齿波限制信号，而克服低线电压及过载条件下无法 启动的缺点。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制 本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范围下， 对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如 后述的权利要求所列。
权利要求
1. 一种脉冲宽度调制控制器，用于补偿电源转换器的最大输出功率，其中该电源转换器包括功率开关，其特征在于，所述脉冲宽度调制控制器包括振荡器，用于产生锯齿波信号及脉冲信号；功率限制器，连接该振荡器，用于限制该锯齿波信号而产生锯齿波限制信号；以及脉冲宽度调制单元，连接该功率限制器及该振荡器，以依据该锯齿波限制信号及该脉冲信号而产生脉冲宽度调制信号，用于控制该功率开关；其中，在输出电压产生之前，该锯齿波限制信号于一段时间内具有平坦电平，并且接着转换为该锯齿波限制波形。
2、 根据权利要求1所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于，该 功率限制器包括延迟单元，产生控制信号来控制该锯齿波限制信号的波形；以及 锯齿波限制电路，连接该延迟单元及该振荡器，以接收该控制信号及该锯齿波信号，并依据该控制信号的状态而产生该锯齿波限制信号。
3、 根据权利要求2所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于，该 锯齿波限制电路包括第一参考电路，用于产生第一参考信号；第二参考电路，是连接该延迟单元以接收该控制信号并依据该控 制信号而提供第二参考信号；以及电流限制电路，连接该振荡器、该延迟单元、该第一参考电路及 该第二参考电路，用于依据该锯齿波信号、该第一参考信号、该第二 参考信号及该控制信号而产生该锯齿波限制信号。
4、 根据权利要求2所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于，该延迟单元包括延迟计数器，依据电压源的开启而产生延迟信号；以及 反相器，连接该延迟计数器，用于反相该延迟信号并产生该控制 信号。
5、 根据权利要求2所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于，该 延迟单元包括负电压增值计数器，用于在侦测到负电压增值信号时产生延迟信 号，其中，当产生输出电压以及反馈电压开始降低时就使能该延迟信 号；以及反相器，连接该负电压增值计数器，用于反相该延迟信号并产生 该控制信号。
6、 根据权利要求2所述的脉冲宽度调制控制器，其特征在于，该延迟单元包括延迟计数器，依据电压源而产生延迟信号；反相器，连接该延迟计数器，用于反相该延迟信号并产生反相延 迟信号；比较电路，依据反馈电压及参考电压之间的比较而产生一比较信号；以及逻辑单元，根据该反相延迟信号及该比较信号而产生该控制信号。
7、 一种电源转换器，其特征在于，包括 功率开关，用于控制流经变压器的电流；脉冲宽度调制控制器，用于产生脉冲宽度调制信号，用于控制该 功率开关来开关该变压器，其中，该脉冲宽度调制控制器包括 振荡器，用于产生锯齿波信号及脉冲信号；功率限制器，连接该振荡器，用于限制该锯齿波信号而产生锯齿 波限制信号；以及率开关；其中，在输出电压产生之前，该锯齿波限制信号于一段时间内具 有平坦电平，并且随后转换为锯齿波限制波形。
8、 根据权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该功率限制 器包括延迟单元，产生控制信号以控制该锯齿波限制信号的波形；以及锯齿波限制电路，连接该延迟单元及该振荡器，以接收该控制信 号及该锯齿波信号，并依据该控制信号的状态而产生该锯齿波限制信号。
9、 根据权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，该锯齿波限 制电路包括第一参考电路，用于产生第一参考信号；第二参考电路，连接该延迟单元以接收该控制信号并依据该控制信号而产生该第二参考信号；以及电流限制电路，连接该振荡器、该延迟单元、该第一参考电路及 该第二参考电路，用于依据该锯齿波信号、该第一参考信号、该第二 参考信号及该控制信号而产生该锯齿波限制信号。
10、 根据权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，该延迟单元包括延迟计数器，根据电压源的开启而产生延迟信号；以及 反相器，连接该延迟计数器，用于反相该延迟信号并产生该控制 信号。
11、 根据权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，该延迟单 元包括一负电压增值计数器，用于于侦测到一负电压增值信号时产生一 延迟信号，其中，当产生该输出电压以及反馈电压开始减少时即使能 该延迟信号；以及反相器，连接该负电压增值计数器，用于反相该延迟信号并产生 该控制信号。
12、根据权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，该延迟单 元包括延迟计数器，根据电压源而产生延迟信号；反相器，连接该延迟计数器，用于反相该延迟信号而产生反相延 迟信号；比较电路，根据反馈电压及参考电压之间的比较而产生比较信号；以及逻辑单元，根据该反相延迟信号及该比较信号而产生该控制信号。
全文摘要
一种PWM(脉冲宽度调制)控制器，用于补偿具有功率开关的电源转换器的最大输出功率，该PWM控制器包括振荡器，用于产生锯齿波信号及脉冲信号；功率限制器，连接该振荡器以限制该锯齿波信号而产生锯齿波限制信号；以及PWM单元，连接该功率限制器及该振荡器以根据该锯齿波限制信号及该脉冲信号而产生PWM信号，从而以控制上述功率开关。输出电压产生之前，锯齿波限制信号于一段时间内保持平坦电平，此后转换为锯齿波限制波形。
文档编号H02M1/08GK101252318SQ20081009217
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年5月22日
发明者林乾元, 薛正祺, 黄伟轩 申请人:崇贸科技股份有限公司