逆向变换器及其控制方法与流程

1.本技术涉及一种电子装置，具体地，涉及一种逆向变换器及其的控制方法。


背景技术：

2.市面上的电源供应器大致可分为线性式电源供应器和切换式电源供应器两大类。而各类切换式电源供应器，如逆向变换器为目前市场的主流。然而，切换式电源供应器中的开关的切换损耗是目前提高系统效率的一个主要阻碍。


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及其控制方法来解决上述问题。
4.依据本技术的一实施例，公开了一种逆向变换器。所述逆向变换器包括：一变压器、一第一开关、一第二开关和一控制电路。所述变压器包括一第一侧和一第二侧。所述第一开关在所述第一侧耦接到一输入端。所述第二开关耦接到所述第二侧和一输出端。所述控制电路耦接在所述输出端和所述第二开关之间，其中所述控制电路用于通过改变所述第二开关和所述第二侧之间的电流来调整所述输入端上的电压。
5.依据本技术的一实施例，公开了一种逆向变换器。所述逆向变换器包括：一变压器、一第一开关、一第二开关、一第一控制电路和一第二控制电路。所述变压器包括一第一侧和一第二侧。所述第一开关和所述第一侧串联连接于一输入电压和一接地端之间。所述第二开关和所述第二侧串联连接在一输出端和所述接地端之间。所述第一控制电路耦接到所述第二开关，且所述第一控制电路用于比较所述输出端上的一输出电压以及一参考电压，并且当所述输出电压小于所述参考电压时，在一第一时间点启用所述第二开关。所述第一控制电路还用于在一第二时间点停用所述第二开关。所述第二控制电路耦接到所述第一开关，其中所述第二控制电路用于在所述第二开关被停用之后在一第三时间点启用所述第一开关。
6.依据本技术的一实施例，公开了一种逆向变换器的控制方法。所述逆向变换器包括变压器、一第一开关以及一第二开关，其中所述第一开关耦接到所述变压器的一第一侧，所述第二开关耦接到到所述变压器的一第二侧。所述控制方法包括：在一第一时间点启用所述第二开关以产生一输出电流；在一第二时间点停用所述第二开关，且在所述第二时间点时所述输出电流降至零；在一第三时间点启用所述第二开关以产生所述输出电流，其中所述输出电流在所述第三时间点的电流方向与在所述第二时间点的电流方向相反；在一第四时间点停用所述第二开关以产生一输入电流，其中所述输入电流自所述输入端流向一输入电压源；以及在一第五时间点启用所述第一开关，且在所述第五时间点时所述输入端上的电压降至零。
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揭露的态样。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逆向变换器的第一部分操作的时序图。
10.图3是依据本技术一实施例的第一控制电路的示意图。
11.图4是依据本技术一实施例的触发电路的示意图。
12.图5是依据本技术一实施例的逆向变换器的第二部分操作的时序图。
13.图6是依据本技术一实施例的第二控制电路的示意图。
14.图7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。
15.符号说明：
16.10 逆向变换器
17.11 变压器
18.110
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第一控制电路
19.120
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第二控制电路
20.vin 输入电压
21.ip 输入电流
22.vp 电压
23.in 输入端
24.sw1
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第一开关
25.d1 第一二极管
26.c1 第一电容
27.vgp、vgs
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启用信号
28.is 输出电流
29.vout
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输出电压
30.c2 第二电容
31.d2 第二二极管
32.sw2
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第二开关
33.rd 检测电阻
34.fd 反馈信息
35.co
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输出电容
36.out1、out2 输出端
37.210
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触发电路
38.220
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第一导通时间控制电路
39.230
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延迟电路
40.240
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第二导通时间控制电路
41.tg 触发信号
42.ds 延迟信号
43.ots、ots
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导通时间信号
44.211
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比较电路
45.212
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脉冲产生电路
46.vref
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参考电压
47.id 指示信号
48.250
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隔离传输电路
49.260
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接收电路
50.901
‑
905
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步骤
51.t0
‑
t5 时间点。
具体实施方式
52.以下揭露提供用于实施本公开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公开。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所述第一构件及所述第二构件经形成为直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成在所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本公开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/或组态之间的关系。
53.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组件或构件与另一(些)组件或构件的关系，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。
54.尽管陈述本公开的宽泛范围的数值范围及参数为近似值，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」意谓在由此本领域的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公开的材料的数量、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，否则本公开及随附发明申请专利范围中陈述的数值参数为可根据需要变化的近似值。至少，应至少鉴于所报告有效数字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。本文中公开的全部范围包含端点，除非另有指定。
55.图1是依据本发明一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、第一开关sw1、第二开关sw2、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1、第二电容c2、第一控制电路110和第二控制电路120。
56.变压器11包括第一侧和第二侧。在本实施例中，第一侧是变压器11的一次侧，第二侧是变压器11的二次侧。在本实施例中，一次侧和二次侧的匝数比为n，其中n为自然数。第
一侧和第一开关sw1串联于输入电压vin和接地端之间。第一二极管d1、第一电容c1和第一开关sw1并联连接。在本实施例中，第一开关sw1由金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)实现。第一开关sw1的漏极端、第一二极管d1的阴极和第一电容c1的一端通过输入端in连接到变压器11的第一侧。第一开关sw1的源极端、第一二极管d1的阳极和第一电容c1的另一端连接到接地端。
57.需注意的是，在其他实施例中，第一开关sw1可由双极性晶体管(bjt)或具有类似功能的其它器件实现。此外，第一二极管d1和第一电容c1可以是设计者添加的组件或形成在第一开关sw1中的寄生组件。另外，第一开关sw1的位置不限于耦接在第一侧和接地端之间。在其它实施例中，第一开关sw1耦接在输入电压vin和第一侧之间。
58.第二侧和第二开关sw2串联连接于逆向变换器10的输出端out1和out2之间。第二二极管d2、第二电容c2和第二开关sw2并联连接。在本实施例中，第二开关sw2由mosfet实现。第二开关sw2的漏极端、第二二极管d2的阴极和第二电容c2的一端连接到变压器11的第二侧。第二开关sw2的源极端、第二二极管d2的阳极和第二电容c2的另一端连接到输出端out2。
59.需注意的是，在其他实施例中，第二开关sw2可由bjt或具有类似功能的其它器件实现。此外，第二二极管d2和第二电容c2可以是设计者添加的组件或形成在第二开关sw2中的寄生组件。另外，第二开关sw2的位置不限于耦接在第二侧和输出端out2之间。在其它实施例中，第二开关sw2耦接在第二侧和输出端out1之间。
60.第一控制电路110耦接在输出端out1和第二开关sw2之间。第一控制电路110依据输出电压vout和输出电流is以通过启用信号vgs来启用/停用第二开关sw2。当启用第二开关sw2时，自变压器11的第二侧提供能量至输出端out1和out2之间的输出负载。第二控制电路120耦接于第一控制电路110和第一开关sw1之间。第二控制电路120用于通过启用信号vgp来启用/停用第一开关sw1。当启用第一开关sw1时，自输入电压vin提供能量至变压器11的第一侧。
61.对于逆向变换器10，第一开关sw1和第二开关sw2的导通时间是交错的。也就是说，当第一开关sw1被启用时，第二开关sw2被停用，反的亦然。同时参考图1和图2，其中图2是依据本技术一实施例的逆向变换器10的第一部分操作的时序图。如图2所示，在时间点t0时，启用信号vgp拉高并指示第一开关sw1导通。响应于第一开关sw1的启用，输入电流ip被提供至变压器11的第一侧。具体地说，输入电流ip从输入电压vin流向变压器11的第一侧，并作为电能被储存。
62.在时间点t1时，启用信号vgp拉低并指示停用第一开关sw1。同时，启用信号vgs拉高并指示启用第二开关sw2。响应于第一开关sw1的停用和第二开关sw2的启用，在变压器11的第二侧会感应产生输出电流is。具体地说，输出电流is从变压器11的第二侧流向输出负载。此外，在时间点t1时，输入端in上的电压vp被拉高到vin nvout。从时间点t1开始，输出电流is不断地向输出负载提供能量，使得输出电流is的大小逐渐减小。另一方面，输出电压vout逐渐升高到峰值后下降。
63.在时间点t2时，输出电流is的大小降低到零。据此，启用信号vgs拉低并指示停用第二开关sw2。至此，第一控制电路110和第二控制电路120在切换周期中的第一部分操作结束。
64.再次参考图1，逆向变换器10还包括输出电容co和检测电阻rd，其中输出电容co耦接在输出端out1和out2之间，检测电阻rd耦接在变压器11的第二侧和第一控制电路110之间。输出电容co储存输出电流is所提供的能量。检测电阻rd向第一控制电路110提供反馈信息fd。在某些实施例中，反馈信息fd是检测电阻rd上的跨压。在某些实施例中，反馈信息fd反映了输出电流is的大小。例如，当输出电流is在时间点t2减小到零时，反馈信息fd通知第一控制电路110，并且第一控制电路110相应地在时间点t2停用第二开关。
65.在本实施例中，第一控制电路110还用于通过改变在第二开关sw2和变压器11的第二侧之间的输出电流is的电流方向来调整输入端in上的电压vp。如此一来可降低第一开关sw1的切换损耗，并提高效率。第一控制电路110和第二控制电路120的细节将于后续段落描述。
66.图3是依据本发明一实施例的第一控制电路110的示意图。第一控制电路110包括触发电路210。触发电路210通过比较输出电压vout与参考电压vref来产生触发信号tg。具体地，参考图4，图4是依据本技术一实施例的触发电路210的示意图。触发电路210包括比较电路211和脉冲产生电路212。比较电路211通过比较输出电压vout与参考电压vref来产生指示信号id。当指示信号id指示输出电压vout小于参考电压vref时，脉冲产生电路212产生脉冲信号作为触发信号tg。
67.再次参考图3，第一控制电路110还包括第一导通时间控制电路220。第一导通时间控制电路220通过启用信号vgs来启用/停用第二开关sw2。在本实施例中，第一导通时间控制电路220包括但不限于用于控制第二开关sw2的启用/停用的sr控制电路。举例来说，在时间点t2时，当反馈信息fd指示输出电流is减小至零时，sr控制电路停用第二开关sw2。
68.此外，当触发信号tg指示输出电压vout小于参考电压vref时，第一导通时间控制电路220通过启用信号vgs来进一步启用第二开关sw2，并且当第二开关sw2启用达到预设时长时，通过启用信号vgs以停用第二开关sw2。
69.同时参考图1和图5，其中图5是依据本技术一实施例的逆向变换器10的第二部分操作的时序图。如上所述，在时间点t2时，输出电流is减小至零并停止提供能量。然而，输出电容co将会为输出负载提供能量，使得输出电压vout在时间点t2的后继续降低。另外，由于第一开关sw1和第二开关sw2都在时间点t2停用，输入端in上的电压vp开始震荡。换言之，从时间点t2到时间点t3，电压vp可以上升或下降。电压vp从时间点t2到时间点t3的波形取决于输出负载。
70.在时间点t3时，输出电压vout小于参考电压vref。具有脉冲波形的触发信号tg因此产生，并且启用信号vgs相应地拉高。因此，第二开关sw2在时间点t3启用。响应于第二开关sw2的启用，输入端in上的电压vp再次拉高至vin nvout。
71.由于第二开关sw2在输出电流is减小至零的后被启用，因此，在时间点t3时，进一步感应生成具有不同电流方向的输出电流is。具体地说，从时间点t1到时间点t2，输出电流is的电流方向为顺时针。换言的，输出电流is经过变压器11、输出电容co、第二开关sw2，然后返回变压器11。从时间点t3开始，输出电流is的电流方向为逆时针。换言之，输出电流is经过变压器11、第二开关sw2、输出电容co，然后返回到变压器11。
72.在时间点t4时，启用信号vgs拉低。因此，第二开关sw2在时间点t4时被停用。因应第二开关sw2在时间点t4被停用，输出电流is的大小再次降低至零。
73.由于输出电流is的大小在时间点t4被拉到零，使得输入电流ip相应地感应生成于变压器11的第一侧。具体地说，输入电流ip经由输入端in从第一电容c1流向输入电压vin。响应于输入电流ip在时间点t4时的生成，输入端in上的电压vp开始降低。在时间点t5时，电压vp减小至零。至此，逆向变换器10的切换周期的第二部分操作结束，逆向变换器10的操作将返回到第一部分，依此类推。每个切换周期从t1重复到t5，如此一来即可达到稳压的效果。
74.通过在时间点t3到时间点t4之间感应生成具有相反电流方向的输出电流is，输入端in上的电压vp可以经由通过输入端in从第一电容c1流向输入电压vin的输入电流ip降低到零。如此设置之下，可以降低第一开关sw1的切换损耗，并且可以提高逆向变换器10的效率。
75.需要注意的是，为了将电压vp精确地降低到零，输入电流ip从时间点t4到时间点t5的时间段内所提供的能量必须精确。输入电流ip从时间点t4到时间点t5的时间段内所提供的能量与输出电流is从时间点t3到时间点t4的时间段内所提供的能量有关。输出电流is提供的能量与输出电流的is大小以及从时间点t3到时间点t4的时长有关。具体来说，当输出电流is较强时，仅需要较短的时长。另一方面，当输出电流is较弱时，需要较长的时长。也就是说，为了提供足以将电压vp降低到零的能量，时间点t3到时间点t4的时长与输出电流is的变化率呈负相关，其中变化率可反映在图5中输出电流is的斜率。
76.然而，电压vp不限于减小到零。在其它实施例中，电压vp可以从时间点t4到时间点t5的时间段内降低到预定电压。举例来说，预定电压可以是vin nvout的五分之一。预定电压的大小取决于设计者的考虑。
77.再次参考图3，第一控制电路110还包括延迟电路230和第二导通时间控制电路240。延迟电路230用于通过延迟触发信号tg来产生延迟信号ds。第二导通时间控制电路240用于当接收到延迟信号ds时产生导通时间信号ots，其中导通时间信号ots根据反馈信息fd来指示第一开关sw1的导通时间。具体地，由导通时间信号ots指示的第一开关sw1的导通时间与反馈信息fd指示的检测电阻rd的跨压呈负相关。也就是说，检测电阻rd的跨压越大，第一开关sw1的导通时间越短。
78.在本实施例中，通过将触发信号tg从时间点t3延迟到时间点t5来产生延迟信号ds。当第二导通时间控制电路240在时间点t5接收到延迟信号ds时，导通时间信号ots被输出到第二控制电路120以指示第二控制电路120在时间点t5启动第一开关sw1。
79.图6是根据本发明一实施例的第二控制电路120的示意图。第二控制电路120包括隔离传输电路250和接收电路260。隔离传输电路250用于通过将导通时间信号ots自变压器11的第二侧传送到变压器11的第一侧来生成导通时间信号ots’。本领域的技术人员应当理解，经隔离传输装置250传送后，导通时间信号ots’与导通时间信号ots的大小可能不同。然而，导通时间信号ots中的信息将会被完全传输。举例来说，第一开关sw1的导通时间和断开时间的指示将会被完全传输。在本实施例中，隔离传输电路250包括但不限于变压器、光耦接器或电容。
80.接收电路260用于接收来自隔离传输电路250的导通时间信号ots’，并根据导通时间信号ots’产生启用信号vgp以启用/停用第一开关sw1。具体地，接收电路260用于识别并解耦导通时间信号ots’中的信息。例如，接收电路260可以根据导通时间信号ots’的上升沿
和下降沿来分别识别第一开关sw1的导通时间和断开时间。
81.在本实施例中，导通时间信号ots'指示第一开关sw1应在时间点t5处被启用，且启用的时长与从时间点t0到时间点t1的时长相同。因此，启用信号vgp指示第一开关sw1在时间点t5时被启用，且启用的时长与从时间点t0到时间点t1的时长相同。
82.在逆向变换器10中，触发电路210通过比较输出电压vout与参考电压vref来产生触发信号tg。当触发信号tg指示输出电压vout小于参考电压vref时，第一导通时间控制电路220产生启用信号vgs以启用第二开关sw2。然而，这不是本技术的一限制。在其它实施例中，可以基于不同的机制来生成触发信号tg。
83.举例来说，触发电路210可以包括电流检测电路，其用于根据反馈信息fd检测输出电流is的大小来产生指示信号id。在如此设置下，脉冲产生电路212还用于当指示信号id指示输出电流is的大小减小至零时产生作为触发信号tg的脉冲信号。
84.在某些实施例中，当输出电流is的大小减小至零时，触发电路210立即产生触发信号tg。举例来说，当输出电流is在时间点t2时减小到零，具有脉冲波形的触发信号tg也在时间点t2产生。因此，在时间点t2时，启用信号vgs指示第二开关sw2断开并立即重新导通。
85.在某些实施例中，触发电路210是在输出电流is的大小减小至零之后才产生触发信号tg。举例来说，当输出电流is在时间点t2减小到零时，并不会立即产生触发信号tg。举例来说，触发信号tg将在时间点t3时生成。因此，启用信号vgs指示第二开关sw2在时间点t2时断开，并在时间点t3时导通。
86.图7是根据本技术一实施例的逆向变换器的控制方法900的流程图。在本实施例中，控制方法900可应用于逆向变换器10。为了更好地理解，请同时参考图5和图7。倘若大体上能得到相同的结果，本技术并不要求完全依照图7所示的步骤流程执行。控制方法900大致归纳如下。
87.步骤901:在一第一时间点启用耦接至一变压器的一第二侧的一开关以感应生成一输出电流。
88.举例来说，在时间点t1时启用第二开关sw2，并且感应生成输出电流is于变压器11的第二侧。
89.步骤902:在一第二时间点停用所述开关，且在所述第二时间点时输出电流下降至零。
90.举例来说，输出电流is在时间点t2下降至零，且相应地停用第二开关sw2。
91.步骤903:在一第三时间点启用所述开关以感应生成所述输出电流，其中所述输出电流在所述第三时间点的电流方向与在所述第二时间点的电流方向相反。
92.举例来说，在时间点t3时启用第二开关sw2，其中输出电流is在时间点t3时的电流方向与在时间点t2时的电流方向相反。
93.步骤904:在一第四时间点停用所述开关以感应生成从所述输入端流向一输入电压的一输入电流。
94.举例来说，在时间点t4时停用第二开关sw2，且感应生成输入电流ip于变压器11的第一侧。具体地，输入电流通过输入端in自第一电容c1流向输入电压vin。
95.步骤905:在一第五时间点启用耦接至所述变压器的一第一侧的另一开关，且在所述第五时间点时所述输入端上的电压下降至零。
96.举例来说，在时间点t5时输入端in上的电压vp下降至零，且启用第一开关sw1。
97.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900的细节。因此详细说明在此省略以省篇幅。
98.前述内容概括多个实施例的特征，使得本领域技术人员可更佳地理解本公开的态样。本领域技术人员应理解，其等可容易地使用本公开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。本领域技术人员应理解，此等等效构造不背离本公开的精神及范围，且其等可在不背离本公开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。