应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法，尤其涉及一种可在所述电源转换器处于一不连续传导模式(discontinuous conduction mode,DCM)和一准谐振模式(quasi resonant mode)，或处于一连续传导模式(continuousconduction mode,CCM)时，利用一二次侧辅助绕组和一开启信号控制所述电源转换器的开启的次级控制器及其操作方法。

背景技术

在现有技术中，电源转换器的设计者可利用应用于所述电源转换器的一次侧的初级控制器或利用应用于所述电源转换器的二次侧的次级控制器控制所述电源转换器的开启与关闭。所述初级控制器是利用所述电源转换器的一次侧的辅助绕组检测所述电源转换器的二次侧的输出电压的变化以控制所述电源转换器的开启与关闭。所述次级控制器是直接检测所述电源转换器的二次侧的输出电压的变化，并通过由光耦合器和二次侧同步整流开关所构成的回授路径传送所述输出电压的变化至所述初级控制器以控制所述电源转换器的开启与关闭。因为所述初级控制器是利用一间接方式检测所述输出电压的变化(通过所述辅助绕组检测所述输出电压的变化)，所以相较于所述次级控制器，所述初级控制器比较无法准确地控制所述电源转换器的开启与关闭。然而，因为所述次级控制器是通过所述二次侧同步整流开关控制所述电源转换器的开启与关闭，所以所述电源转换器只能操作在一不连续传导模式(discontinuous conduction mode,DCM)。然而当所述电源转换器利用所述次级控制器控制所述电源转换器的开启与关闭时，因为所述电源转换器必需经由所述二次侧同步整流开关的导通和所述辅助绕组使所述电源转换器的一次侧开启，所以所述二次侧同步整流开关为所述电源转换器的二次侧必需的组件，导致所述电源转换器的架构有所限制。因此，上述现有技术所公开的方案对于所述电源转换器的设计者都不是一个好的选择。

发明内容

本发明的一实施例公开一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器。所述次级控制器包含一控制信号产生电路。所述控制信号产生电路耦接于所述电源转换器的二次侧的输出端，用于检测所述二次侧的输出电压，并启用一脉冲信号至所述电源转换器的二次侧的一信号源，其中所述信号源根据所述脉冲信号启用一开启信号；所述开启信号通过所述电源转换器的二次侧辅助绕组耦合至所述电源转换器的一次侧辅助绕组使所述一次侧辅助绕组产生一电压，且所述电源转换器的一次侧的初级控制器根据所述电压使所述电源转换器的一次侧开启。

本发明的另一实施例公开一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法，其中所述次级控制器包含一控制信号产生电路，以及所述操作方法包含当所述电源转换器的二次侧的输出电压小于一输出目标电压时，所述控制信号产生电路启用一脉冲信号至所述电源转换器的二次侧的一信号源且关闭一短路控制信号，其中所述信号源根据所述脉冲信号启用一开启信号，所述开启信号通过所述电源转换器的二次侧辅助绕组耦合至所述电源转换器的一次侧辅助绕组使所述一次侧辅助绕组产生一电压，且所述电源转换器的一次侧的初级控制器根据所述电压使所述电源转换器的一次侧开启；在所述电源转换器的一次侧开启期间，当电源转换器的一次侧的检测电压大于一检测目标电压时，所述初级控制器关闭所述电源转换器的一次侧；及所述控制信号产生电路在所述电源转换器的二次侧的放电时间后启用一短路控制信号至至少一短路绕组开关以使所述至少一短路绕组开关开启。

本发明的另一实施例公开一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法，其中所述次级控制器包含一控制信号产生电路，以及所述操作方法包含当所述电源转换器的二次侧的放电时间大于一最小关闭时间且所述电源转换器的二次侧的输出电压小于一输出目标电压时，所述控制信号产生电路启用一脉冲信号至所述电源转换器的二次侧的一信号源，其中所述信号源根据所述脉冲信号启用一开启信号，所述开启信号通过所述电源转换器的二次侧辅助绕组耦合至所述电源转换器的一次侧辅助绕组使所述一次侧辅助绕组产生一电压，且所述电源转换器的一次侧的初级控制器根据所述电压使所述电源转换器的一次侧开启；及在所述电源转换器的一次侧开启期间，当电源转换器的一次侧的检测电压大于一检测目标电压时，所述初级控制器关闭所述电源转换器的一次侧。

本发明公开一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法。所述次级控制器及所述操作方法是利用所述电源转换器的二次侧辅助绕组耦合所述电源转换器的二次侧的信号源所启用的开启信号至所述电源转换器的一次侧辅助绕组以使所述电源转换器的一次侧的初级控制器根据所述一次侧辅助绕组的电压变化开启所述电源转换器。因此，相较于现有技术，因为本发明所公开的次级控制器不须通过由一光耦合器和二次侧同步整流开关所构成的回授路径控制所述电源转换器的开启，所以本发明所公开的电源转换器具有较低的成本且对所述输出电压的变化具有较快的动态响应。另外，因为所述次级控制器可通过所述二次侧辅助绕组和所述开启信号控制所述电源转换器的开启，所以所述电源转换器不仅能操作在一不连续传导模式(或一准谐振模式)，也可操作在一连续传导模式。

附图说明

图1是本发明的第一实施例所公开的一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的示意图。

图2是说明当电源转换器处于所述不连续传导模式时，电源转换器的二次侧的输出电压、二次侧电流、开启信号、短路控制信号和二次侧辅助绕组上的电压的示意图。

图3是说明当电源转换器处于所述连续传导模式时，电源转换器的二次侧的输出电压、二次侧电流、开启信号、短路控制信号和二次侧辅助绕组上的电压的示意图。

图4是本发明的第二实施例所公开的一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法的流程图。

图5是本发明的第三实施例所公开的一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100 电源转换器

102 桥式整流器

104 一次侧绕组

106 二次侧绕组

108 二次侧辅助绕组

110 信号源

112 一次侧辅助绕组

114 初级控制器

115 电阻

116 功率开关

118、120 短路绕组开关

122 二极管

200 次级控制器

202 控制信号产生电路

GCS 第一栅极控制信号

IP 一次侧电流

IS 二次侧电流

PS 脉冲信号

PRI 一次侧

SEC 二次侧

SWG 短路控制信号

TS 开启信号

T1-T7 时间

TON 时间区间

TDIS 放电时间

TOFFMIN 最小关闭时间

VAC 交流电压

VIN 输入电压

VS 检测电压

VCC 操作电压

VOUT 输出电压

VSAUX、VC 电压

VTAR 输出目标电压

400-410、500-508 步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明的第一实施例所公开的一种应用于电源转换器100的二次侧SEC的次级控制器200的示意图，其中次级控制器200位于电源转换器100的二次侧SEC，且次级控制器200可应用于电源转换器100的一不连续传导模式(discontinuousconduction mode,DCM)和一准谐振模式(quasi resonant mode)，或应用于电源转换器100的一连续传导模式(continuous conduction mode,CCM)。如图1所示，次级控制器200至少包含一控制信号产生电路202。另外，电源转换器100是一反激式电源转换器(flybackpower converter)，且电源转换器100的一次侧PRI的地端的电位和电源转换器100的二次侧SEC的地端的电位可相同或不同。另外，如图1所示，电源转换器100的一次侧PRI的输入电压VIN是由一交流电压VAC通过一桥式整流器102整流所产生，以及电源转换器100的一次侧PRI的能量可通过电源转换器100的一次侧绕组104和二次侧绕组106传递至电源转换器100的二次侧SEC。

请参照图2，图2是说明当电源转换器100处于所述不连续传导模式时，电源转换器100的二次侧SEC的输出电压VOUT、二次侧电流IS、开启信号TS、短路控制信号SWG和二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX的示意图。接下来请参照图1、2，在一时间T1之前，短路控制信号SWG是被控制信号产生电路202启用以及输出电压VOUT大于一输出目标电压VTAR，其中输出电压VOUT是由控制信号产生电路202所检测。在时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可启用一脉冲信号PS至一信号源110且关闭短路控制信号SWG，其中信号源110可根据脉冲信号PS启用开启信号TS，且信号源110可为一电压源或一电流源。在开启信号TS的启用期间(时间T1和一时间T2之间)，电源转换器100的二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX将会随着开启信号TS改变，且电压VSAUX可被耦合至电源转换器100的一次侧辅助绕组112使一次侧辅助绕组112产生一电压VC，其中电源转换器100的一次侧PRI的初级控制器114可根据电压VC启用一第一栅极控制信号GCS至电源转换器100的一次侧PRI的功率开关116以开启功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启(在时间T2)。在本发明的一实施例中，当电压VC大于一参考电压时，初级控制器114可据以产生第一栅极控制信号GCS至功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启。在本发明的另一实施例中，当电压VC的斜率大于一参考值时，初级控制器114可据以产生第一栅极控制信号GCS至功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启。

另外，请再参照图1、2，在一时间T3，当电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS大于一检测目标电压时，初级控制器114可关闭第一栅极控制信号GCS以关闭电源转换器100的一次侧PRI，导致电源转换器100的一次侧PRI关闭，其中检测电压VS是由流经电源转换器100的一次侧PRI的一次侧电流IP和一电阻115决定。

如图2所示，在一时间区间TON(也就是功率开关116的开启期间)后，控制信号产生电路202可根据电压VSAUX决定电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS，其中放电时间TDIS介于一时间T4和一时间T5之间，且此时因为电源转换器100的一次侧PRI关闭，所以电源转换器100的二次侧SEC开始放电(如图2所示，二次侧电流IS在时间T4从一最大值开始降低)。另外，控制信号产生电路202根据电压VSAUX决定电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS的操作原理是本技术领域的技术人员所公知，在此不再赘述。另外，控制信号产生电路202可在电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS(一时间T6)后启用短路控制信号SWG至短路绕组(short winding)开关118、120以使短路绕组开关118、120根据短路控制信号SWG开启，其中短路绕组开关118、120耦接于电源转换器100的二次侧辅助绕组108的两端之间，放电时间TDIS和短路控制信号SWG之间具有一预定时间(也就是在时间T5和时间T6之间的时间区间)，且所述预定时间可随电源转换器100的设计者的需求改变。此时，因为短路绕组开关118、120开启，所以二次侧辅助绕组108的两端将会短路。另外，如果短路绕组开关118、120不存在，则电压VSAUX将会因为电源转换器100的一次侧绕组104和二次侧辅助绕组108的谐振影响而产生谐振(如在时间T6后的虚线所示)，导致初级控制器114可能因为二次侧辅助绕组108的谐振而开启电源转换器100的一次侧PRI，也就是说电压VSAUX上的谐振可能使电源转换器100的一次侧PRI和电源转换器100的二次侧SEC同时开启。因此，如图2所示，在短路绕组开关118、120开启后，电压VSAUX将不会产生谐振以确保初级控制器114不会开启电源转换器100的一次侧PRI。另外，本发明并不受限于电源转换器100包含短路绕组开关118、120，也就是说电源转换器100可包含至少一短路绕组开关。

另外，在本发明的另一实施例中，电源转换器100是利用一同步整流开关取代电源转换器100的二次侧SEC的二极管122，其中所述同步整流开关安装在电源转换器100的二次侧SEC的地端。此时，控制信号产生电路202可根据电压VSAUX控制所述同步整流开关开启与关闭。如图2所示，控制信号产生电路202可在时间T4和时间T5之间根据电压VSAUX，产生一第二栅极控制信号至所述同步整流开关，其中所述同步整流开关可根据所述第二栅极控制信号开启，导致电源转换器100的二次侧SEC开启。另外，所述第二栅极控制信号的启用期间和电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS有关。

如图2所示，在一时间T7时，因为输出电压VOUT再次小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可再次启用脉冲信号PS至信号源110。另外，在时间T7后，电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200的操作原理可参照上述电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200在时间T1至时间T6之间的操作原理，所以在此不再赘述。另外，在电源转换器100的一次侧PRI开启期间，一次侧辅助绕组112也可通过耦合一次侧绕组104接收电源转换器100的一次侧PRI的能量以产生初级控制器114的操作电压VCC。

因此，如图1所示，次级控制器200可通过二次侧辅助绕组108和开启信号TS精准地实现由电源转换器100的二次侧SEC控制电源转换器100的开启，也就是说次级控制器200不必通过现有技术所公开的由光耦合器和二次侧同步整流开关所构成的回授路径实现由电源转换器100的二次侧SEC控制电源转换器100的开启。另外，因为次级控制器200可通过二次侧辅助绕组108和开启信号TS由电源转换器100的二次侧SEC控制电源转换器100的开启，所以所述电源转换器不仅能操作在所述不连续传导模式(或所述准谐振模式)，也可操作在所述连续传导模式。

请参照图3，图3是说明当电源转换器100处于所述连续传导模式时，电源转换器100的输出电压VOUT、二次侧电流IS、开启信号TS、短路控制信号SWG和二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX的示意图。接下来请参照图1、3，在一时间T1之前，短路控制信号SWG是被控制信号产生电路202启用以及输出电压VOUT大于一输出目标电压VTAR。在一时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可启用脉冲信号PS至信号源110，其中信号源110可根据脉冲信号PS启用开启信号TS。另外，在时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可另关闭短路控制信号SWG。在开启信号TS的启用期间(时间T1和一时间T2之间)，电源转换器100的二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX将会随着开启信号TS改变，且电压VSAUX可被耦合至电源转换器100的一次侧辅助绕组112使一次侧辅助绕组112产生电压VC，其中电源转换器100的一次侧PRI的初级控制器114可根据电压VC启用第一栅极控制信号GCS至电源转换器100的一次侧PRI的功率开关116以开启功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启(在时间T2)。

另外，请再参照图1、3，在一时间T3，当电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS大于所述检测目标电压时，初级控制器114可关闭第一栅极控制信号GCS以关闭电源转换器100的一次侧PRI，导致电源转换器100的一次侧PRI关闭。如图3所示，在一时间区间TON(也就是功率开关116的开启期间)后，控制信号产生电路202可根据一最小关闭时间TOFFMIN在一时间T4启用开启信号TS，其中因为电源转换器100处于所述连续传导模式，所以在时间T4时，二次侧电流IS不会降到零，且最小关闭时间TOFFMIN是和电源转换器100的最大操作频率有关。另外，如图3所示，控制信号产生电路202在时间T4启用开启信号TS前，输出电压VOUT在一时间T5开始小于输出目标电压VTAR。另外，如图3所示，在时间T4后，电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200的操作原理可参照上述电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200在时间T1至时间T4之间的操作原理，所以在此不再赘述。

请参照图1、2、4，图4是本发明的第二实施例所公开的一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法的流程图。图4的操作方法是利用图1的电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200，以及图2的输出电压VOUT、二次侧电流IS、开启信号TS、短路控制信号SWG和电压VSAUX说明，详细步骤如下：

步骤400：开始；

步骤402：控制信号产生电路202启用短路控制信号SWG；

步骤404：电源转换器100的输出电压VOUT是否小于输出目标电压VTAR；如果是，进行步骤406；如果否，再次进行步骤402；

步骤406：控制信号产生电路202启用脉冲信号PS至信号源110且关闭短路控制信号SWG；

步骤408：电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS是否大于所述检测目标电压；如果是，进行步骤410；如果否，再次进行步骤408；

步骤410：控制信号产生电路202在电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS后启用短路控制信号SWG至短路绕组开关118、120以使短路绕组开关118、120开启，跳回步骤402。

在步骤402中，请参照图1、2，在时间T1之前，短路控制信号SWG是被控制信号产生电路202启用以及输出电压VOUT大于输出目标电压VTAR。在步骤406中，在时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可启用脉冲信号PS至信号源110且关闭短路控制信号SWG，其中信号源110可根据脉冲信号PS启用开启信号TS。如图2所示，在开启信号TS的启用期间(时间T1和时间T2之间)，电源转换器100的二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX将会随着开启信号TS改变，且电压VSAUX可被耦合至电源转换器100的一次侧辅助绕组112使一次侧辅助绕组112产生电压VC，其中电源转换器100的一次侧PRI的初级控制器114可根据电压VC启用一第一栅极控制信号GCS至电源转换器100的一次侧PRI的功率开关116以开启功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启(在时间T2)。

在步骤408中，请再参照图1、2，在时间T3，当电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS大于所述检测目标电压时，初级控制器114可关闭第一栅极控制信号GCS以关闭电源转换器100的一次侧PRI，导致电源转换器100的一次侧PRI关闭。

如图2所示，在时间区间TON(也就是功率开关116的开启期间)后，控制信号产生电路202可根据电压VSAUX决定电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS，其中放电时间TDIS介于时间T4和时间T5之间，且此时因为电源转换器100的一次侧PRI关闭，所以电源转换器100的二次侧SEC开始放电(如图2所示，二次侧电流IS在时间T4从一最大值开始降低)。在步骤410中，控制信号产生电路202可在电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS(时间T6)后启用短路控制信号SWG至短路绕组开关118、120以使短路绕组开关118、120根据短路控制信号SWG开启，其中放电时间TDIS和短路控制信号SWG之间具有所述预定时间(也就是在时间T5和时间T6之间的时间区间)，且所述预定时间可随电源转换器100的设计者的需求改变。此时，因为短路绕组开关118、120开启，所以二次侧辅助绕组108的两端将会短路。因此，如图2所示，在短路绕组开关118、120开启后，电压VSAUX将不会产生谐振以确保初级控制器114不会开启电源转换器100的一次侧PRI。

另外，如图2所示，在时间T7时，因为输出电压VOUT再次小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可再次启用脉冲信号PS至信号源110且关闭。另外，在时间T7后，电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200的操作原理可参照上述电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200在时间T1至时间T6之间的操作原理，所以在此不再赘述。

请参照图1、3、5，图5是本发明的第三实施例所公开的一种应用于电源转换器的二次侧的次级控制器的操作方法的流程图。图5的操作方法是利用图1的电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200，以及图3的输出电压VOUT、二次侧电流IS、开启信号TS、短路控制信号SWG和电压VSAUX说明，详细步骤如下：

步骤500：开始；

步骤502：电源转换器100的输出电压VOUT是否小于输出目标电压VTAR；如果是，进行步骤504；如果否，再次进行步骤502；

步骤504：控制信号产生电路202启用脉冲信号PS至信号源110；

步骤506：电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS是否大于所述检测目标电压；如果是，进行步骤508；如果否，再次进行步骤506；

步骤508：电源转换器100的二次侧SEC的放电时间TDIS是否大于最小关闭时间TOFFMIN；如果是，进行步骤502；如果否，再次进行步骤508。

请参照图1、3，在一时间T1之前，短路控制信号SWG是被控制信号产生电路202启用以及输出电压VOUT大于输出目标电压VTAR。在步骤504中，在时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可启用脉冲信号PS至信号源110，其中信号源110可根据脉冲信号PS启用开启信号TS。另外，在时间T1时，因为输出电压VOUT小于输出目标电压VTAR，所以控制信号产生电路202可另关闭短路控制信号SWG。在开启信号TS的启用期间(时间T1和一时间T2之间)，电源转换器100的二次侧辅助绕组108上的电压VSAUX将会随着开启信号TS改变，且电压VSAUX可被耦合至电源转换器100的一次侧辅助绕组112使一次侧辅助绕组112产生电压VC，其中电源转换器100的一次侧PRI的初级控制器114可根据电压VC启用第一栅极控制信号GCS至电源转换器100的一次侧PRI的功率开关116以开启功率开关116，导致电源转换器100的一次侧PRI开启(在时间T2)。

在步骤506中，请再参照图1、3，在时间T3，当电源转换器100的一次侧PRI的检测电压VS大于所述检测目标电压时，初级控制器114可关闭第一栅极控制信号GCS以关闭电源转换器100的一次侧PRI，导致电源转换器100的一次侧PRI关闭。

在步骤508中，如图3所示，在时间区间TON(也就是功率开关116的开启期间)后，控制信号产生电路202可根据最小关闭时间TOFFMIN在时间T4启用开启信号TS，其中因为电源转换器100处于所述连续传导模式，所以在时间T4时，二次侧电流IS不会降到零，且最小关闭时间TOFFMIN是和电源转换器100的最大操作频率有关。另外，如图3所示，控制信号产生电路202在时间T4启用开启信号TS前，输出电压VOUT在时间T5开始小于输出目标电压VTAR。另外，如图3所示，在时间T4后，电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200的操作原理可参照上述电源转换器100、初级控制器114和次级控制器200在时间T1至时间T4之间的操作原理，所以在此不再赘述。

综上所述，本发明所公开的应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法是利用所述二次侧辅助绕组耦合所述信号源所启用的开启信号至所述一次侧辅助绕组以使所述初级控制器根据所述一次侧辅助绕组的电压变化开启所述电源转换器。因此，相较于现有技术，因为本发明所公开的次级控制器不须通过由一光耦合器和一二次侧同步整流开关所构成的回授路径控制所述电源转换器的开启，所以本发明所公开的电源转换器具有较低的成本且对所述输出电压的变化具有较快的动态响应。另外，因为所述次级控制器可通过所述二次侧辅助绕组和所述开启信号控制所述电源转换器的开启，所以所述电源转换器不仅能操作在所述不连续传导模式(或所述准谐振模式)，也可操作在所述连续传导模式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。