具有改善过压保护的返驰式转换器的制作方法

1.本发明涉及返驰式转换器相关的技术领域，特别是一种具有改善过压保护的返驰式转换器。


背景技术：

2.由于返驰式转换器(flyback converter)具有高效律、低耗损、小尺寸以及重量轻等优点，因此被广泛应用于各种电子产品的电源转换装置。为求返驰式转换器能正常且稳定的运作，返驰式转换器的保护机制是非常重要的部分，例如过电压保护功能。
3.传统上返驰式转换器是通过侦测一次侧输入电压当作过电压的保护机制，其电压保护点是固定的。过压保护电路必须维持恒常侦测模式，随时需要消耗电力。
4.近年来，人们越来越关注用电子设备的能耗，例如越来越严格的节能标准被颁布。用于个人计算器和其他电子设备中的充电装置，例如智能型手机、平板计算机的充电装置，一般典型的充电装置是利用返驰式转换器作为交流/直流转换，其为了满足未来电子装置更趋严格的绿能环保需求，一种具有更精细节能规范的过压保护机制是需要的。


技术实现要素：

5.基于上述需求，本发明提供一种具有改善过压保护的返驰式转换器，包括一初级侧绕组被配置用以接收一输入电压：一次级侧绕组耦合至该初级侧绕组以及与一整流电路连接以产生直流输出电压；一初级侧调节控制器；一辅助绕组被配置用以提供该初级侧调节控制器操作电源；一外部侦测电路连接于该辅助绕组与该初级侧调节控制器之间；一内部侦测电路设置于该初级侧调节控制器内部并耦接该外部侦测电路，借由侦测流经该外部侦测电路的电流值并与该内部侦测电路的一预设电流值比较，用以启动或关闭一过压保护电路；及一切换装置连接至该初级侧绕组及该初级侧调节控制器用以接收该初级侧调节控制器所产生的开关讯号并改变流经该初级侧绕组的电流。
6.所述外部侦测电路是通过一引脚耦接该内部侦测电路。
7.所述内部侦测电路包含：一运算放大器，其正输入端接地，其负输入端耦接一第一晶体管以及所述引脚，其输出端耦接该第一晶体管；一电流镜，其输入端耦接该第一晶体管，接收流经该外部侦测电路的该电流值并输出；一电流源，耦接该电流镜，提供所述预设电流值；一缓冲器，其输入端耦接该电流镜的输出端以及该电流源，其输出端耦接所述过压保护电路，借由比较流经该外部侦测电路的该电流值与该预设电流值，用以启动或关闭所述过压保护电路。
8.所述第一晶体管为n型金属氧化物半导体场效晶体管(nmosfet)。
9.所述电流镜包含：一第二晶体管，该第二晶体管为p型金属氧化物半导体场效晶体管(pmosfet)；一第三晶体管，该第三晶体管为p型金属氧化物半导体场效晶体管(pmosfet)，其中，该第二晶体管与该第三晶体管的闸极相互耦接，且耦接该第二晶体管与该第一晶体管的汲极，该第二晶体管与该第三晶体管的源极耦接供应电压。
regulating,psr)控制器105、一初级侧主开关q3、一变压器103、一辅助电源整流二极管d1、一辅助电源整流滤波电容c2、一启动电阻r_on、两个去磁(或是准谐振)侦测分压电阻r1、r2、一rcd箝位组件104，其包含：电阻rsn、电容csn以及二极管d2、一整流输出整流二极管do、一输出滤波电容co。psr控制器105首先由启动电阻r_on充电到辅助电源整流滤波电容c2，当电压达到psr控制器105的启动门闸电压时其输出端drv开始输出导通电压讯号控制初级侧主开关q3导通，初级侧主开关q3导通受到psr控制器105的限流及缓启动控制电压位准时会关闭主开关q3，直到下一周期导通讯号开通重复on/off动作，次级侧因主开关q3导通使变压器103输出端绕组(次级侧绕组)ns的交流电压逐渐电压提高经输出二极管do与输出滤波电容co将电压滤波成直流输出vo，另外初级侧变压器的辅助电源绕组端na的交流电压逐渐提高经辅助电源整流二极管d1与滤波电容c2将电压滤波成直流输出提供psr控制器105所需电源并取代启动电阻r_on的供电功能。
34.以一较佳实施例而言，所述psr调节控制器105为集成电路控制器(controller ic)。
35.以一较佳实施例而言，所述主开关q3(切换装置)为一个金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)。
36.当返驰式转换器在ton期间为变压器103通电时，可以通过变压器103的初级与辅助绕组匝数比np/na和在辅助绕组na上测量的电压vaux来检测输入电压vin。
37.辅助绕组na结合分压电阻r1、r2(分压电路)连接至fb引脚作为准谐振(quasi-resonant；qr)模式侦测及过压保护(over voltage protection；ovp)的外部侦测电路109。
38.电流侦测电路107连接mosfet晶体管(主开关q3)的汲极以及cs引脚作为侦测mosfet晶体管电流信号用。
39.参考图2，其由上至下依序显示了于返驰式转换器中psr控制器105的引脚drv(out)、fb、以及cs所侦测到的充放电波形，由图示中得知当返驰式转换器在ton期间，fb引脚所侦测到的电压为-(na/np)
×vdc_bni
(因为辅助绕组na与初级侧绕组反相)，为一固定的负值。
40.参考图1和图2，若于设计返驰式转换器的过压侦测电路时，考虑到利用一回授电路锁定fb引脚的电压值v
fb
为零伏(将于图4讨论)，当返驰式转换器在ton期间则过压保护(over voltage protection；ovp)的外部侦测电路109会产生一电流i
fb
经由fb引脚、分压电阻r1以及辅助绕组na，i
fb
的值为(1/r1)
×
(na/np)
×
vpri；当返驰式转换器在toff期间则过压保护(over voltage protection；ovp)的外部侦测电路109没有电流产生。
41.参考图3，其显示返驰式转换器的过压侦测电路于返驰式转换器在ton期间，外部侦测电路109会产生一电流i
fb
经由fb引脚、分压电阻r1以及辅助绕组na，其中电流i
fb
以虚线箭号表示。
42.请参考图4所示，其为本发明所提出的过压侦测电路位于psr控制器105内部的电路图，如图所示，该电路包含运算放大器211、晶体管q4(第一晶体管)、以及包含多个晶体管q1(第二晶体管)与q2(第三晶体管)的电流镜。运算放大器211的正输入端( )接地，运算放大器211的负输入端(-)耦接晶体管q4的源极(source)以及psr控制器105的fb引脚，并经由fb引脚耦接外部侦测电路109(图1)，因此fb引脚处的电压值已被锁定于零伏特(zero volt)。晶体管q4的闸极耦接运算放大器的输出端。电流i
fb
产生于晶体管q4的汲极(drain)，
电流i
fb
的准位为其中na/np为辅助绕组与初级侧绕组的比值、vpri为初级侧绕组的电压、r1为分压电阻(参考图1、图3)。
43.晶体管q1的汲极耦接晶体管q4的汲极而接收电流i
fb
。晶体管q1与q2的闸极(gate)相互耦接且耦接晶体管q1与q4的汲极，晶体管q1与q2的源极耦接供应电压vcc。
44.以一较佳实施例而言，所述第一晶体管为n型金属氧化物半导体场效晶体管(nmosfet)。
45.以一较佳实施例而言，所述第二晶体管为p型金属氧化物半导体场效晶体管(pmosfet)。
46.以一较佳实施例而言，所述第三晶体管为p型金属氧化物半导体场效晶体管(pmosfet)。
47.电流im是依据电流i
fb
而产生于晶体管q2的汲极，这表示电流镜接收电流i
fb
并镜射电流i
fb
而产生电流im。因此，电流im取决于晶体管q1与q2的相关参数，电流im与电流i
fb
之间成一比例关系，若晶体管q1与q2完全相同，电流im等于电流i
fb
。
48.一电流源213，具有预设电流值ivinovp_th，一端耦接晶体管q2的汲极另一端接地。
49.一缓冲器(buffer)215，其输入端耦接电流源213以及晶体管q2的汲极，其输出端耦接ovp保护电路的输入端用以启动或关闭ovp保护电路。缓冲器(buffer)215可以根据比较电流镜产生电流im与预设电流值ivinovp_th来输出数字讯号0或1，当输入电压vin发生大瞬态变化时输出电压vpri超过额定值，这会反映在电流i
fb
以及电流im上，电流i
fb
的准位为因此当电流im大于额定预设电流值ivinovp_th时，缓冲器215输出数字讯号1过电压保护电路被触发用以对psr控制器105提供保护，否则缓冲器215输出数字讯号0过电压保护电路会处于休眠状态。
50.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明及其效益进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求的范围。