逆向变换器、该逆向变换器的控制电路以及相关控制方法与流程

1.本技术涉及一种电子装置，详细来说，涉及一种逆向变换器、该逆向变换器的控制电路以及相关控制方法。


背景技术：

2.对于电源供应器而言，当电源供应器中的一个部件或元件(如电阻或电容)被断路或旁路时，将导致流向输出负载的电流增加，并可能会损坏电源或输出负载，甚至引起火灾。


技术实现要素：

3.因此，本技术的目的之一在于提供一种逆向变换器、该逆向变换器的控制电路以及相关控制方法来解决上述问题。
4.依据本技术的一实施例，揭露一种逆向变换器。该逆向变换器包括一变压器、一感应阻抗、一开关以及一控制电路。该变压器包括一初级侧和一次级侧。该感应阻抗耦接在该变压器的该次级侧和该逆向变换器的一输出端之间。该开关耦接到该变压器的该初级侧，其中该开关控制流过该变压器的该初级侧的一电流。该控制电路用于检测该感应阻抗是否被旁路，并且进一步用于当该感应阻抗被旁路时调整该开关的工作频率。
5.依据本技术的一实施例，揭露一种逆向变换器的控制电路。该控制电路用于检测横跨一感应阻抗的一检测电压，其中该感应阻抗耦接在该逆向变换器的一变压器和该逆向变换器的一输出端之间，并且进一步用于至少根据该检测电压来调整该逆向变换器的一开关的一工作频率。
6.依据本技术的一实施例，揭露一种逆向变换器的控制方法，其中该逆向变换器包括一变压器以及一开关。该控制方法包括:判断一感应阻抗的两端的一跨压是否小于一参考电压，其中该感应阻抗耦接在该变压器和该逆向变换器的一输出端之间；当该感应阻抗的两端的该跨压小于该参考电压时，判断该开关的一工作频率是否大于一参考频率；以及当该开关的该工作频率大于该参考频率时调整该工作频率以限制该逆向变换器的一输出电流。
附图说明
7.当结合附图阅读时，从以下详细描述最佳理解本公开的形态。应注意，根据产业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。事实上，为了论述的清楚起见可任意增大或减小各种构件的尺寸。
8.图1是依据本技术一实施例的逆向变换器的示意图。
9.图2是依据本技术一实施例的开关控制电路的示意图。
10.图3是依据本技术一实施例的控制电路的示意图。
11.图4是依据本技术一实施例的检测电路的示意图。
12.图5是依据本技术一实施例的工作频率与负载的关系示意图。
13.图6是依据本技术一实施例的逆向变换器的控制方法的流程图。
14.符号说明：
15.10
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逆向变换器
16.11
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变压器
17.12
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二极管
18.13
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电容
19.14
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开关
20.15
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开关控制电路
21.16
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控制电路
22.vin
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输入电压源
23.vout1、vout2
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输出端
24.rs
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感应电阻
25.vs
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检测电压
26.vad
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调整信号
27.fad
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调整频率
28.vcot
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时钟信号
29.fcot、fsc、ccm、fsc、dcm 频率
30.fsc
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工作频率
31.vsc
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开关控制信号
32.ctrl 控制信号
33.vfeed 反馈信号
34.151
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次级侧控制电路
35.152
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cot产生电路
36.153
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隔离传输装置
37.154
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初级侧接收电路
38.161
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检测电路
39.162
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频率控制电路
40.fref 参考频率
41.vref 参考电压
42.41
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电压检测电路
43.42
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频率检测电路
44.43
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逻辑电路
45.si1
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第一指示信号
46.si2
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第二指示信号
47.fsc，max 最大工作频率
48.601
‑
603 步骤
49.600
ꢀꢀ
控制方法。
具体实施方式
50.以下揭露提供用于实施本揭露的不同构件的许多不同实施例或实例。下文描述组件及配置的特定实例以简化本揭露。当然，此等仅为实例且非意欲限制。举例而言，在以下描述中的一第一构件形成于一第二构件上方或上可包含其中该第一构件及该第二构件经形成为直接接触的实施例，且亦可包含其中额外构件可形成在该第一构件与该第二构件之间，使得该第一构件及该第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各个实例中重复参考数字及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的且本身不指示所论述的各个实施例及/或组态的间的关系。
51.此外，为便于描述，诸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及类似者的空间相对术语可在本文中用于描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中图解说明。空间相对术语意欲涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其他方式定向(旋转90度或按其他定向)且因此可同样解释本文中使用的空间相对描述词。
52.尽管陈述本揭露的宽泛范畴的数值范围及参数是近似值，然而尽可能精确地报告特定实例中陈述的数值。然而，任何数值固有地含有必然由于见于各自测试量测中的标准偏差所致的某些误差。再者，如本文中使用，术语「大约」通常意谓在一给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。替代地，术语「大约」意谓在由本领域普通技术人员考虑时处于平均值的一可接受标准误差内。除在操作/工作实例中以外，或除非以其他方式明确指定，否则诸如针对本文中揭露的材料的数量、时间的持续时间、温度、操作条件、数量的比率及其类似者的全部数值范围、数量、值及百分比应被理解为在全部例项中由术语「大约」修饰。相应地，除非相反地指示，否则本揭露及随附发明申请专利范围中陈述的数值参数是可根据需要变化的近似值。至少，应鉴于所报告有效数位的数目且通过应用普通舍入技术解释各数值参数。范围可在本文中表达为从一个端点至另一端点或在两个端点之间。本文中揭露的全部范围包含端点，除非另有指定。
53.对于电源供应器而言，当一部件或一元件(如电阻或电容)被意外地或故意地断路或旁路时，将导致流向输出负载的电流增加，这可能会损坏电源或输出负载，甚至引发火灾。一些专门检测电源供应器的安全性的测试甚至会故意地将转换器中的部件或元件(如电阻或电容)旁路，由此来检查输出电流或输出功率。本发明提供的逆向变换器及其控制电路和相关的控制方法采用一种负载电流抑制机制来解决上述问题。
54.图1是依据本发明实施例的逆向变换器10的示意图。逆向变换器10包括变压器11、二极管12、电容13、开关14和开关控制电路15。二极管12的阳极耦接到变压器11，二极管12的阴极耦接到输出端vout1。电容13耦接于逆向变换器10的输出端vout1和vout2之间。开关14和输入电压源vin耦接到变压器11。
55.具体而言，变压器11包括初级侧和次级侧。开关14耦接到变压器的初级侧以控制流过变压器11的初级侧的电流。当启用开关14时，变压器11的初级侧接收来自输入电压源vin的电能以进行充电。同时，二极管12被切断，电容13向耦接在输出端vout1和vout2之间的输出负载(未示出)提供电力。在停用开关14时，变压器11的次级侧放电，电能从变压器11的次级侧传输到电容13。在本实施例中，变压器11的初级侧和次级侧的匝数比为n，其中n是自然数。
56.开关14的导通时间和断开时间可以通过开关控制电路15根据反馈信号vfeed所产生的开关控制信号vsc来改变，其中开关控制信号vsc具有频率fsc，并且反馈信号vfeed指示包含输出端vout1的输出功率、输出电压或输出电流的信息。需注意的是，开关控制信号vsc的频率fsc指示开关14的工作频率。在以下段落中，为了方便起见，将开关14的工作频率标记为fsc。
57.参考图5，图5是开关14的工作频率fsc与输出负载的对比示意图。如图5所示，当逆向变换器10以不连续导通模式(dcm)工作时，开关14的工作频率fsc与输出负载正相关。换言之，当较重的输出负载耦接到输出端时，需要更高的工作频率fsc来驱动输出负载。本领域技术人员应能理解，开关14的工作频率fsc越高，产生的输出电流就越大，并且可以驱动更大的输出负载。在本实施例中，逆向变换器10可工作在dcm中的最小频率标记为fsc，dcm，并且逆向变换器10可工作在dcm中的最大频率标记为fsc，ccm。当达到频率fsc，ccm时，逆向变换器10进入连续导通模式(ccm)，并且在ccm中工作频率fsc将保持在固定频率fsc，ccm。
58.在本技术中，开关控制电路15采用的是恒定导通时间(cot)结构来控制开关14。然而，此并非本发明的限制。在其它实施例中，开关控制电路15可以采用不同的电路结构来控制开关14。图2是依据本技术一实施例的开关控制电路15的示意图。在本实施例中，开关控制电路15包括但不限于次级侧控制电路151、cot产生电路152、隔离传输装置153和初级侧接收电路154。
59.次级侧控制电路151用于接收反馈信号vfeed，反馈信号vfeed用于指示包含输出端vout1的输出功率、输出电压或输出电流的信息。cot产生电路152用于根据反馈信号vfeed产生用于指示开关14的导通时间和断开时间的时钟信号vcot。
60.隔离传输装置153用于将时钟信号vcot从变压器11的次级侧传输到变压器11的初级侧。本领域技术人员应当理解，经隔离传输装置153传输后的时钟信号vcot，其信号强度可能不同。然而，时钟信号vcot中包含的信息将会被完全传输。举例来说，开关14的导通时间和断开时间的指示将会被完全转移。在本实施例中，隔离传输装置153包括但不限于变压器、光耦合器或电容器。
61.初级侧接收电路154用于从隔离传输装置153接收时钟信号vcot，并将其输出为开关控制信号vsc，以实现对开关14的导通时间和断开时间的控制。具体地，初级侧接收电路154用于从隔离传输装置153识别和解耦传输信号中包括的信息。例如，初级侧接收电路154根据传输信号的上升沿和下降沿来分别识别开关14的导通时间和断开时间。
62.本领域技术人员应能轻易理解，时钟信号vcot和开关控制信号vsc的间的相位差可以忽略。在某些实施例中，时钟信号vcot和开关控制信号vsc可以被视为相同的信号，并且时钟信号vcot的频率fcot与开关控制信号vsc的频率fsc相同。在某些实施例中，时钟信号vcot的频率和相位与开关控制信号vsc的频率和相位相同。
63.再次参考图1，逆向变换器10还包括感应阻抗rs和控制电路16。感应阻抗rs耦接在输出端vout2和变压器11之间。然而，此并非本技术的限制。在其它实施例中，感应阻抗rs可以设置在不同的位置。举例来说，感应阻抗rs可以耦接在次级侧和二极管12之间。只要感应阻抗rs、变压器11的次级侧和二极管12串联在输出端vout1和vout2之间，皆应属于本技术的范围。
64.当输出负载耦接在输出端vout1和vout2之间时，流经感应阻抗rs的输出电流在感
应阻抗rs上产生检测电压vs。控制电路16用于检测感应阻抗rs是否有被旁路，并且进一步用于当感应阻抗rs被旁路时调整开关14的工作频率fsc。在本实施例中，感应阻抗rs可由电阻、电容或电感实现，此并非本技术的限制。关于控制电路16的细节将在后续段落中描述。
65.图3是依据本技术一实施例的控制电路16的示意图。如图3所示，控制电路16包括检测电路161和频率控制电路162。检测电路161从感应阻抗rs接收检测电压vs，并从开关控制电路15接收时钟信号vcot。检测电路161用于依据时钟信号vcot的频率fcot和检测电压vs来产生控制信号ctrl。需注意的是，在其他实施例中，控制电路16还包括放大器或低通滤波器，以用于将检测电压vs放大预定增益倍数。在某些实施例中，检测电压vs大约为几毫伏特(mv)，而经放大后的检测电压vss大约为数百毫伏特。
66.参考图4，图4是依据本技术一实施例的检测电路161的示意图。检测电路161包括电压检测电路41、频率检测电路42和逻辑电路43。电压检测电路41用于通过比较检测电压vs与参考电压vref来产生第一指示信号si1。频率检测电路42用于通过比较频率fcot与参考频率fref来产生第二指示信号si2。逻辑电路43用于根据第一指示信号si1和第二指示信号si2产生控制信号ctrl。
67.在本实施例中，参考电压vref与检测电压vs具有相同的数量级。举例来说，若检测电压vs为几mv，则参考电压vref也为几mv。举例来说，如果检测电压vs被放大器放大后具有数百mv，则参考电压vref也具有数百mv。在如此设置下，当第一指示信号si1指示检测电压vs小于参考电压vref时，感应阻抗rs可能已被旁路。
68.然而，如上所述，当逆向变换器10以低工作频率工作时，例如以频率fsc，dcm工作时，变压器11产生的输出电流很小，因此，输出电流产生的检测电压vs可能仍小于参考电压vref。因此，频率检测电路42可提供另一种判断机制。
69.频率检测电路42将等同于开关14的当前工作频率fsc的频率fcot与作为上述低工作频率的参考频率fref进行比较，以产生第二指示信号si2，其中参考频率fref可依据实际经验设计得到。
70.如此一来，当第一指示信号si1指示检测电压vs小于参考电压vref且第二指示信号si2指示频率fcot大于参考频率fref时，控制信号ctrl指示感应阻抗rs已被旁路。
71.在某些实施例中，电压检测电路41包括一比较电路以比较检测电压vs与参考电压vref。在某些实施例中，频率检测电路42包括比较电路以比较频率fcot与参考频率fref。在某些实施例中，逻辑电路43包括与门，该与门接收第一指示信号si1和第二指示信号si2以产生控制信号ctrl。需注意的是，本技术并不限制电压检测电路41、频率检测电路42和逻辑电路43的实现方式。
72.此外，本技术也不限制参考电压vref和参考频率fref的实现方式。在某些实施例中，参考电压vref可通过电阻分压而产生。在某些实施例中，参考电压vref由带差参考电路(bandgap reference circuit)所产生。在某些实施例中，参考频率fref由锁相回路(pll)电路产生。
73.再次参考图3，频率控制电路162用于当控制信号ctrl指示感应阻抗rs被旁路时，调整等同于开关14的当前工作频率fsc的频率fcot。具体地说，频率控制电路162通过将时钟信号vcot的频率fcot降低至调整频率fad以调节时钟信号vcot，并借此产生调整信号vad。当开关控制电路15接收到具有调整频率fad的调整信号vad时，开关控制电路15输出调
整信号vad作为开关控制信号vsc。据此，开关14的导通时间和断开时间将由具有调整频率fad的调整信号vad控制。
74.由于调整频率fad小于当前工作频率fsc(或fcot)，因此变压器11的次级侧产生的输出电流将受到限制。据此，将可降低逆向变换器10损坏的风险。
75.在某些实施例中，通过将开关14的最大工作频率fsc，max除以预定值m来获得调整频率fad。换言之，fad＝fsc，max/m，其中m是自然数。自然数m可经过挑选使得fad<fsc，ccm。需注意的是，频率控制电路162的实现方式并非本技术的限制。在某些实施例中，频率控制电路162包括除频电路，该除频电路用于将最大工作频率fsc，max除以预定值m以获得调整频率fad。在某些实施例中，频率控制电路162包括pll电路。当控制信号ctrl指示感应阻抗rs被旁路时，该pll电路可以产生具有调整频率fad的调整信号vad。
76.简单归纳如下，在本技术所提出的逆向变换器中，当耦接到输出端的电阻或电容被旁路时，通过降低工作频率来限制输出电流的大小。如此一来，可提升逆向变换器的安全性。
77.在某些安全性测试，例如，致力于测试电源供应器的安全性的iec
‑
60950或iec
‑
62368，都具有严苛的要求。举例来说，测试包括了在最大负载下确认电源供应器状态；增加电源供应器的负载直到达到超载边缘；将限流电阻短路以模拟内部错误；以及将提供反馈至控制回路的光耦合器旁路。以另一例子而言，测试包括了要求电源供应器的输出电流不得超过8a或电源供应器的输出功率不得超过100w。
78.然而，本技术所提出的逆向变换器在检测到感应阻抗被旁路时，通过将工作频率降低即可以满足这些测试的要求。
79.图6是依据本技术一实施例的逆向变换器的控制方法600的流程图。倘若大致上可以得到相同的结果，本技术并不限定完全依照图6所示的步骤流程来执行。控制方法600大致归纳如下。
80.步骤601：判断一感应阻抗的两端的一跨压是否小于一参考电压，若是，则进入步骤602；否则，进入步骤601。
81.步骤602:判断一开关的一工作频率是否大于一参考频率，若是，则进入步骤603；否则，进入步骤601。
82.步骤603:调整该工作频率以限制该逆向变换器的一输出电流。
83.本领域技术人员在阅读完上述实施例后应能轻易理解控制方法600的详细操作。详细说明在此省略以省篇幅。
84.在上述实施例中，较小的检测电压vs在感应阻抗rs被旁路时会传送信号至控制电路16以警示输出负载阻抗降低且输出电流将增加，从而有效地避免逆向变换器的损坏以及预防发生火灾。然而，此并非本技术的限制。在其它实施例中，可以在感应阻抗rs被断路时传送信号至控制电路16以警示将输出负载及输出电流的变化。
85.前述内容概括数项实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开的类型。本领域技术人员应了解，这些可容易地使用本揭露作为用于设计或修改用于实行本文中介绍的实施例的相同目的及/或达成相同优点的其他制程及结构的一基础。本领域技术人员也应了解，这些等效构造不背离本揭露的精神及范围，且这些可在不背离本揭露的精神及范围的情况下在本文中作出各种改变、置换及更改。