多功能电源转换器的利记博彩app

本发明有关于一种多功能电源转换器，尤其是将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号，并利用单一信号接脚接收，以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零，并侦测谷底位置及谷底数目，藉以决定是否打开切换晶体管，降低切换损失，同时在打开切换晶体管时，进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管。

背景技术：

不同的电子产品需要不同电压或电流的电源而运作，比如，集成电路(IC)需要5V或3V，电动马达需要12V直流电，而液晶显示器中的灯管需要更高压的电源，如1150V。因此，需要不同电源转换器以满足所需，使得电源转换技术日益蓬勃发展，属于电子产业中相当重要的一环。

如图1所示，现有技术的电源转换电路包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30、回授单元40、输出单元50，其中变压器TR包含一次侧线圈LP、参考线圈LA以及二次侧线圈LS，而切换晶体管20为金氧半(MOS)晶体管。输入滤波单元10将交流电源VAC转换成输入电源VIN，并传送到一次侧线圈LP，且切换晶体管20的汲极连接一次侧线圈LP，而切换晶体管20的源极连接感测电阻RS，并产生电流感测信号CS。切换晶体管20的闸极连接驱动控制器30，用以接收驱动信号GATE。

二次侧线圈LS藉感应一次侧线圈LP而产生感应电流，并经输出单元50而产生输出电源VOUT。回授单元40接收输出电源VOUT而产生回授比较信号COMP，并传送至驱动控制器30A。参考线圈LA是藉感应一/二次侧线圈LP/LS而产生辅助感应电压，并流过串接的第一分压电阻R1及第二分压电阻R2，在第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的串接点产生零点侦测信号ZC，进而传送至驱动控制器30。

驱动控制器30利用零点侦测信号ZC以进行零点侦测，找出二次侧线圈LS的电流为零的位置，并利用电流感测信号CS以判别切换晶体管20的导通状态，同时参考回授比较信号COMP，以获得输出电源VOUT的大小，使得驱动控制器30产生用以打开、关闭切换晶体管20的驱动信号GATE。亦即，在切换晶体管20被打开时，切换晶体管20的导通电流上升，所以电流感测信号CS也上升，而驱动控制器30可在电流感测信号CS上升到默认值时，关闭切换晶体管20。再者，当切换晶体管20关闭时，流过第一分压电阻R1及第二分压电阻R2的辅助感应电压会先上升至峰值后再下降，而且之后会产生振荡，所以驱动控制器30可藉零点侦测信号ZC而侦测到零点位置，亦即谷底位置，藉以决定打开切换晶体管20，以减少切换损失。

然而，上述现有技术的缺点在于驱动控制器必须分别接收来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号，使得驱动控制器需配置二独立的信号接脚，而且第一分压电阻及第二分压电阻会占据相当大的面积，影响整体电路布局的成本，尤其在以集成电路方式实现时更为显著。

因此，非常需要一种多功能电源转换器，可将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的电流感测信号合并成电流感测零点侦测信号，并利用单一信号接脚接收，以使得数字控制单元可依据电流感测零点侦测信号而判断二次侧电流是否放电到零，并侦测谷底位置及谷底数目，藉以决定是否打开切换晶体管，降低切换损失，同时在打开切换晶体管时，进行电流感测以决定是否关闭切换晶体管，因而可大幅降低切换损失，提高整体的电源转换效率，相当具有产业利用性，尤其是，数字控制单元是以全数字的操作方式而实现，可藉更新固件程序而符合实际需要，在使用上非常具有弹性，进而能解决上述现有技术的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种多功能电源转换器，用以提供动态侦测的电源转换功能，包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器、回授单元、输出单元，其中变压器主要包含一次侧线圈、参考线圈以及二次侧线圈，而切换晶体管可由金氧半(MOS)功率晶体管实现，并具有汲极、闸极以及源极，不过切换晶体管也可使用其他具驱动功能的电子元件，比如双 载子(Bipolar)晶体管。

输入滤波单元接收外部的交流电源，经滤波后转换成输入电源。

变压器中一次侧线圈的一端是连接至输入滤波单元，用以接收输入电源，而参考线圈是藉感应一/二次侧线圈所传导的电压，此外，参考线圈的一端为接地。二次侧线圈藉感应一次侧线圈的电流而产生感应电流，参考线圈的另一端连接至零点侦测二极管的一端，且零点侦测二极管的另一端连接至零点侦测电阻的一端。

切换晶体管的汲极连接至一次侧线圈的另一端。

驱动控制器产生驱动信号，并传送至切换晶体管的闸极，藉以控制切换晶体管的关闭、打开操作。

输出单元接收来自二次侧线圈的感应电流，且包含输出电容及输出二极管，其中输出二极管的正极端连接至二次侧线圈的一端，且二次侧线圈的另一端为接地，并连接至输出电容的一端，而输出电容的另一端连接至输出二极管的负极端，并由输出二极管的负极端产生输出电源，且由输出单元提供输出电流。

零点侦测电阻的另一端连接至切换晶体管的源极以及感测电阻的一端，且感测电阻的另一端为接地。零点侦测电阻的另一端产生电流感测零点侦测信号，并传送至驱动控制器。回授单元的一端连接至输出二极管的负极端，用以接收输出电源，并经回授控制处理以产生回授比较信号而传送至驱动控制器。

驱动控制器接收电流感测零点侦测信号及回授比较信号以进行零点侦测处理及电流监视处理，进而产生所需的驱动信号。

此外，驱动控制器包括第一、第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流侦测单元、电流限制单元以及保护单元。

第一模拟至数字转换器接收回授比较信号，经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字比较信号。第二及第三模拟至数字转换器同时接收电流感测零点侦测信号，并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字电流感测信号及数字零点侦测信号。

电流限制单元是在切换晶体管导通时，接收电流感测零点侦测信号，并 在电流感测零点侦测信号大于默认值时，产生电流限制信号，以表示切换晶体管的导通电流过大。

数字控制单元接收数字比较信号、数字电流感测信号、数字零点侦测信号及电流限制信号，以产生PWM控制信号，进而传送至PWM驱动单元，以使得PWM驱动单元依据PWM控制信号产生驱动信号。

数字控制单元依据电流限制信号以控制保护单元产生保护信号，进而传送至PWM驱动单元以关闭切换晶体管。

此外，数字控制单元是在驱动信号打开切换晶体管而导通时，依据电流感测零点侦测信号以决定是否关闭切换晶体管。数字控制单元并在驱动信号关闭切换晶体管时，利用数字零点侦测信号以进行零点侦测而侦测到谷底位置，再计算谷底的累计数目，进而决定在经过预设谷底数目后，才打开切换晶体管，藉以降低切换损失。

进一步而言，本发明的另一目的在于提供一种多功能电源转换器，包括输入滤波单元、变压器、切换晶体管、驱动控制器及输出单元，尤其是在不包含回授单元的情况下，可实现具一次侧回授架构的电源转换功能。

驱动控制器包括第二、第三模拟至数字转换器、PWM驱动单元、数字控制单元、谷底侦测单元、电流限制单元以及保护单元。

当切换晶体管关闭时，驱动控制器可在二次侧电流还没放电到零前，侦测到参考线圈电位VAUX为(VOUT+Vf)*(NA/NS)，其中Vf为输出二极管的导通电压，NA为参考线圈的匝数，而NS为二次线圈的匝数。此外，当切换晶体管打开而导通时，参考线圈电位VAUX为-VIN*NA/NP，其中NP为一次线圈的匝数。尤其，参考线圈可在切换晶体管关闭时，藉感应二次侧的电压、电流，再利用简单的运算而获得输出电流，如以下的表达式所示：

其中Toff为输出二极管电流不为零的时间宽度，Ts为驱动信号的时间周期，IDOUT_PK为输出二极管电流的最大峰值，而VCS_PEAK为电流感测零点侦测信号的最大峰值。

因此，数字控制单元可藉侦测数字电流感测信号S而获得IDOUT_PK，并将所得到的Toff、Ts、IDOUT_PK代入上述表达式，即可计算出IOUT，进而得知负载状态，使得输出电流在大于默认值时，关闭切换晶体管。所以可在不需一般的回授单元的情况下，直接利用数字控制单元的计算操作而实现具一次侧回授功能的电源转换操作。

本发明可大幅降低切换损失，提高整体的电源转换效率，相当具有产业利用性，尤其，数字控制单元是以全数字的操作方式而实现，可藉更新固件程序而符合实际需要，在使用上非常具有弹性。

附图说明

图1显示现有技术的电源转换电路的示意图。

图2显示本发明第一实施例的多功能电源转换器的示意图。

图3显示本发明第一实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图。

图4显示本发明第二实施例的多功能电源转换器的示意图。

图5显示本发明第二实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图。

图6显示本发明第一实施例的多功能电源转换器的示范性操作波形图。

图7显示图6中电流感测零点侦测信号CS_ZC的另一波形图。

其中，附图标记说明如下：

10输入滤波单元

20切换晶体管

30驱动控制器

30A驱动控制器

30B驱动控制器

40回授单元

50输出单元

A1数字控制单元

A2谷底侦测单元

A6电流限制单元

A7保护单元

ADC1第一模拟至数字转换器

ADC2第二模拟至数字转换器

ADC3第三模拟至数字转换器

CLT电流限制信号

Co输出电容

COMP回授比较信号

CS电流感测信号

CS_ZC电流感测零点侦测信号

D1零点侦测二极管

D2输出二极管

DCOMP数字比较信号

DCS数字电流感测信号

DRV PWM驱动单元

DZC数字零点侦测信号

GATE驱动信号

IDOUT输出二极管电流

IOUT输出电流

IQ导通电流

LA参考线圈

LP一次侧线圈

LS二次侧线圈

PRT保护信号

PWMC PWM控制信号

R1第一分压电阻

R2第二分压电阻

RS感测电阻

RZ零点侦测电阻

TR变压器

VAC交流电源

VAL谷底侦测信号

VAUX参考线圈电位

VIN输入电源

VOUT输出电源

ZC零点侦测信号

具体实施方式

以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。

参阅图2，本发明第一实施例的多功能电源转换器的示意图。如图2所示，本发明第一实施例的多功能电源转换器实质上是属于二次测回授机制，并包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30A、回授单元40、输出单元50，用以提供动态侦测的电源转换功能，其中变压器TR主要包含一次侧线圈LP、参考线圈LA以及二次侧线圈LS，而切换晶体管20可由金氧半(MOS)功率晶体管实现，并具有汲极、闸极以及源极，不过切换晶体管20并非以此为限，也可使用其他具驱动功能的电子元件，比如双载子(Bipolar)晶体管。

进一步而言，输入滤波单元10接收外部的交流电源VAC，并经滤波后转换成输入电源VIN。再者，变压器TR中一次侧线圈LP的一端是连接至输入滤波单元10，用以接收输入电源VIN，且一次侧线圈LP的另一端是连接至切换晶体管20的汲极。参考线圈LA是藉感应一/二次侧线圈LP/LS而产生的辅助感应电压，其中参考线圈LA的一端为接地，而参考线圈LA的另一端连接零点侦测二极管D1的一端，且零点侦测二极管D1的另一端连接零点侦测电阻RZ的一端，进一步，零点侦测电阻RZ的另一端连接至切换晶体管20的源极以及感测电阻RS的一端，且感测电阻RS的另一端为接地。尤其是，零点侦测电阻RZ的另一端产生电流感测零点侦测信号CS_ZC，且传送至驱动控制器30A。

二次侧线圈LS藉感应一次侧线圈LP的电流而产生感应电流，并传送至输出单元50，其中输出单元50包含输出电容Co及输出二极管D2，而二次侧线圈LS的一端连接输出二极管D2的正极端，且二次侧线圈LS的另一端 为接地，并连接至输出电容Co的一端，输出电容Co的另一端连接至输出二极管D2的负极端，由输出二极管D2的负极端产生输出电源VOUT，并由输出单元50提供输出电流IOUT。

回授单元40的一端连接至输出二极管D2的负极端，用以接收输出电源VOUT，并经回授控制处理以产生回授比较信号COMP而传送至驱动控制器30A，其中回授控制处理是用以实现包含定电压、定电流的至少其中之一的功能。具体而言，回授单元40可由光耦合器而实现，或利用额外的回授感测线圈以感应二次侧线圈，并经回授控制处理而产生回授感测信号，当作回授比较信号COMP用。

此外，驱动控制器30A接收电流感测零点侦测信号CS_ZC及回授比较信号COMP，并进行零点侦测处理及电流监视处理，进而产生驱动信号GATE，并传送至切换晶体管20的闸极，用以控制切换晶体管20的关闭、打开操作，尤其是可控制切换晶体管20的导通程度，亦即切换晶体管20的导通程度愈高时，切换晶体管20的导通电流愈大，反之，切换晶体管20的导通程度愈低时，切换晶体管20的导通电流愈小。

具体而言，如图3所示，驱动控制器30A包括第一模拟至数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)ADC1、第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)驱动单元DRV、数字控制单元A1、谷底侦测单元A2、电流限制单元A6以及保护单元A7，其中第一模拟至数字转换器ADC1接收回授比较信号COMP，经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字比较信号DCOMP，第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3同时接收电流感测零点侦测信号CS_ZC，并分别经模拟至数字转换处理而产生相对应的数字电流感测信号DCS及数字零点侦测信号DZC。数字控制单元A1接收数字比较信号DCOMP、数字电流感测信号DCS及数字零点侦测信号DZC，以产生PWM控制信号PWMC，进而传送至PWM驱动单元DRV，以使得PWM驱动单元DRV依据PWM控制信号PWMC产生具足够驱动力的驱动信号GATE。

当驱动信号GATE打开切换晶体管20而导通时，切换晶体管20的导通电流IQ是经一次侧线圈LP、切换晶体管20而流过感测电阻RS，此时，由参考线圈LA而流过零点侦测二极管D1及零点侦测电阻RZ的辅助电流为零， 因此，在感测电阻RS的电流感测零点侦测信号CS_ZC是由导通电流IQ产生，藉以供数字控制单元A1决定是否关闭切换晶体管20。

在驱动信号GATE关闭切换晶体管20时，切换晶体管20的导通电流IQ快速下降到零，而同时，输出二极管电流IDOUT会先快速上升到最大峰值，接着再逐步下降到零，亦即等同于二次侧电流放电到零。因此，在切换晶体管20的关闭期间内，电流感测零点侦测信号CS_ZC主要是侦测参考线圈LA的信号(Vaux)，在二次侧电流放电到零前，参考线圈电压会感应二次测输出电压，而且在二次侧电流放电到零时，一般称为膝部(Knee)，参考线圈LA的电位会产生LC振荡，因而可由谷底侦测单元A2侦测出电流感测零点侦测信号CS_ZC的谷底，亦即藉侦测零点交越点而侦测到谷底位置，并产生谷底侦测信号VAL而由数字控制单元A1接收，藉以具体实现零点侦测。

此外，数字控制单元A1可进一步计算谷底的累计数目，进而决定在经过预设的谷底数目后才打开切换晶体管20，以降低切换损失，提高电源转换效率。再者，数字控制单元A1还可藉设定遮蔽时间，以避免切换晶体管20在切换时造成噪声干扰。

更加具体而言，数字控制单元A1接收并比较数字比较信号DCOMP及数字电流感测信号DCS，藉以决定打开或关闭切换晶体管20而产生PWM控制信号PWMC，同时还可实时侦测导通电流IQ的斜率。

电流限制单元A6是在切换晶体管20导通时，接收电流感测零点侦测信号CS_ZC，并在电流感测零点侦测信号CS_ZC大于默认值时，产生电流限制信号CLT以表示切换晶体管20的导通电流IQ过大，再由数字控制单元A1接收电流限制信号CLT，使得数字控制单元A1可依据电流限制信号CLT以控制保护单元A7而产生保护信号PRT，进而传送至PWM驱动单元DRV，藉以关闭切换晶体管20，达到对导通电流IQ的限流保护作用。

更进一步而言，数字控制单元A1为全数字操作的电气单元，比如可由微控制器的集成电路实现，并藉执行特定的固件程序而实现上述的电气功能。

进一步参考图4，本发明第二实施例的多功能电源转换器的示意图。如图4所示，本发明第二实施例的多功能电源转换器是类似于图2的第一实施例，并包括输入滤波单元10、变压器TR、切换晶体管20、驱动控制器30B、输出单元50，用以提供电源转换功能，其中输入滤波单元10、变压器TR、 切换晶体管20、输出单元50是如同图2的第一实施例，因此不再赘述。而要注意的是，本发明的第一及第二实施例之间的主要差异点是在于第一实施例属于二次侧回授架构，而第二实施例为一次侧回授架构，尤其是，第二实施例并不包含回授单元40。

请配合参考图5，本发明第二实施例的多功能电源转换器中驱动控制器的示意图，其中第二实施例中的驱动控制器30B包括第二模拟至数字转换器ADC2、第三模拟至数字转换器ADC3、PWM驱动单元DRV、数字控制单元A1、谷底侦测单元A2、电流限制单元A6以及保护单元A7，而要注意的是，第二实施例的驱动控制器30B类似于第一实施例的驱动控制器30A，其主要的差异点在于第二实施例的驱动控制器30B包含第一实施例的第一模拟至数字转换器ADC1。因此，以下将详细说明驱动控制器30B的特征，而其余相类似元件的技术内容将不再赘述。

由于第二实施例没有回授单元可提供负载状态的相关信息，所以第二实施例的驱动控制器30B主要是利用计算方式以获得负载状态的信息，可参考图6的示范性操作波形图以及图7的另一波形图。

具体而言，当切换晶体管20关闭时，驱动控制器30B可在二次侧电流还没放电到零前，侦测到参考线圈电位VAUX为(VOUT+Vf)*(NA/NS)，其中Vf为零点侦测二极管D1的导通电压，NA为参考线圈LA的匝数，而NS为二次线圈LS的匝数。此外，当切换晶体管20打开而导通时，参考线圈电位VAUX为-VIN*NA/NP，其中NP为一次线圈LP的匝数。尤其，参考线圈LA可在切换晶体管20关闭时，藉感应二次侧的电压、电流，再利用简单的运算而获得输出单元50的输出电流IOUT，如以下的表达式所示：

其中tOFF为输出二极管电流IDOUT不为零的时间宽度，tS为驱动信号GATE的时间周期，IDOUT_PK为输出二极管IDOUT的最大峰值，而VCS_PEAK为电流感测零点侦测信号CS_ZC的最大峰值。

进一步而言，驱动控制器30B的数字控制单元A1只要侦测数字零点侦 测信号DZC，即可侦测出输出二极管电流IDOUT下降到零的时间(亦即发生knee点的时间)，进而得知所需的时间宽度tOFF。此外，数字控制单元A1还可利用数字零点侦测信号DZC，决定在第几个谷底才打开切换晶体管20，比如图7的波形图是在第七个谷底打开切换晶体管20，此时，可得知驱动信号GATE的时间周期tS。因此，数字控制单元A1可藉侦测数字电流感测信号DCS而获得输出二极管电流IDOUT的最大峰值IDOUT_PK，将所得到的时间宽度tOFF、时间周期tS、最大峰值IDOUT_PK代入上述表达式，即可计算出输出电流IOUT，进而得知负载状态，使得输出电流IOUT在大于默认值时，关闭切换晶体管20。所以本发明的第二实施例可在不需一般的回授单元的情况下，直接利用数字控制单元A1的计算操作而实现具一次侧回授功能的电源转换操作。

综上所述，本发明的主要特点在于针对具有回授单元的二次侧回授架构，在不需一般额外的回授比较信号接脚的情况下，直接将来自一次侧线圈的感测信号以及来自参考线圈的感测信号合并成电流感测零点侦测信号，并利用单一信号接脚接收，使得数字控制单元可在切换晶体管导通时，利用电流限制单元电流感测零点侦测信号对限流处理而产生的电流限制信号，藉以判断输出电流是否大于默认值，并在输出电流大于默认值时，关闭切换晶体管，而且可在回授单元的回授比较信号经模拟至数字转换器转换成数字回授比较信号后，进一步由数字控制单元获得负载状态，进而在谷底位置时，打开切换晶体管，以大幅降低切换损失，提高整体电源转换效率。尤其是，在到达预设的谷底数目时，才打开切换晶体管，以达到优化。

此外，本发明的另一特点在于可针对不具有回授单元的一次侧回授架构，也是利用单一信号接脚接收电流感测零点侦测信号，不过在切换晶体管导通及关闭时，数字控制单元直接利用来自参考线圈的参考线圈电位，藉简单计算以获得二次侧线圈上的输出电流，进而得知负载状态，因而同样的，可达成打开、关闭切换晶体管的操作，实现电源转换功能。

因此，本发明可大幅降低切换损失，提高整体的电源转换效率，相当具有产业利用性，尤其，数字控制单元是以全数字的操作方式而实现，能藉更新固件程序而符合实际需要，在使用上非常具有弹性。

以上所述内容仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发 明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。