调适性导通时间控制的电源控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种调适性导通时间控制的电源控制系统，包含初级侧数字控制器、次级侧同步控制器、整流单元、电源单元、变压器单元、初级侧切换单元、次级侧切换单元、次级侧输出电容以及电流感测单元，用以实现返驰电源转换功能。尤其是，由次级侧同步控制器控制次级侧切换单元的打开及关闭而达到同步控制功能，其中初级侧数字控制器利用降低电流感测上限值的方式而降低初级侧切换单元的初级侧汲源跨压以及次级侧切换单元的次级侧汲源跨压，大幅改善整体的操作稳定性及耐用性。善整体的操作稳定性及耐用性。善整体的操作稳定性及耐用性。

【技术实现步骤摘要】
调适性导通时间控制的电源控制系统


[0001]本专利技术有关于一种调适性导通时间控制的电源控制系统，尤其是在次级侧配置次级侧同步控制器、次级侧切换单元、次级侧输出电容以及电流感测单元，并由次级侧同步控制器控制次级侧切换单元的打开导通及关闭而达到同步控制功能，尤其，初级侧数字控制器利用降低电流感测上限值的方式而降低初级侧切换单元的初级侧汲源跨压以及次级侧切换单元的次级侧汲源跨压，大幅改善整体的操作稳定性及耐用性。

技术介绍

[0002]由于不同电子装置需要特定的电源以提供所需的电力，所以需要高质量且高效率的电源的转换装置，当作电源供应器用，借以满足所需的电源，比如集成电路(IC)需要1.2V的低压直流电，电动马达需要12V的直流电，背光模块则需要数百伏以上的高压电源。在目前的电源供应器中，使用具脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)特性的交换式电源供应器(Switching Power Supply)是最常用方式，因为在相同输出功率下，体积比线性电源供应器还小，同时转换效率也较高。
[0003]以返驰式(Flyback)电源转换器的交换式电源供应器为例，需要配置电源控制器以产生高速的PWM驱动信号，并搭配包含初级侧绕组以及次级侧绕组的变压器、切换单元、电流感测电阻、输出整流器、输出电容，其中变压器的初级侧绕组、切换单元、电流感测电阻是串接而形成初级侧回路，而变压器的次级侧绕组、输出整流器、输出电容是串接而形成次级侧回路，并由PWM驱动信号驱动连接初级侧绕组的切换单元，比如功率晶体管，进而以周期性方式快速打开、关闭切换单元而导通、切断流过切换单元的电流，使得变压器的次级侧绕组借感应初级侧绕组的电流而产生次级侧电流，并经输出整流器、输出电容的整流及滤波后产生稳定的输出电源，以供应负载运作。
[0004]此外，次级侧回路的输出整流器可单独使用整流二极管搭配输出电容，也可使用次级侧切换单元以及次级侧控制器搭配输出电容而实现整流功能，其中次级侧控制器可进一步达到同步整流功能。
[0005]由于初级侧的切换单元被初级侧的电源控制器关闭时，会对切换单元的汲极产生很大的尖峰电压而形成突波，造成电压压力(Voltage stress)或晶体管压力，常常导致切换单元工作不良或甚至损坏而失效，所以一般的现有技术中，需要外加缓冲器(snubber)电路以降低电压压力，比如使用大的电容器。同样的，对于使用次级侧控制器以达到同步整流的返驰式电源转换器而言，次级侧切换单元被次级侧控制器关闭时，也需要额外的缓冲器以降低电压压力。由于缓冲器需要承受相当大的突波，质量要求很严谨，因而整体成本大幅增加，同时也会占去相当大的电路板面积，使得终端应用产品很难再进一步缩小尺寸。
[0006]此外，如果是选用次级侧同步整流的架构，常会遇到初级侧、次级侧的切换单元在某些状况下发生同时导通而损毁，所以在次级侧上需要特别搭配挑选相对应的控制器，导致实际应用上缺乏弹性。
[0007]因此，非常需要一种新颖设计的调适性导通时间控制的电源控制系统，并在次级
侧配置次级侧同步控制器、次级侧切换单元、次级侧输出电容以及电流感测单元，由次级侧同步控制器控制次级侧切换单元的打开导通及关闭而达到同步控制功能，尤其，初级侧数字控制器利用降低电流感测上限值的方式而降低初级侧切换单元的初级侧汲源跨压以及次级侧切换单元的次级侧汲源跨压，大幅改善整体的操作稳定性及耐用性以及降低晶体管压力或电压压力，借以克服现有技术中的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于提供一种调适性导通时间控制的电源控制系统，包含初级侧数字控制器、次级侧同步控制器、整流单元、电源单元、变压器单元、初级侧切换单元、次级侧切换单元、次级侧输出电容以及电流感测单元，用以实现返驰电源转换功能。
[0009]具体而言，初级侧数字控制器包含初级侧电源接脚、初级侧接地接脚、初级侧驱动接脚以及初级侧电流感测接脚，次级侧同步控制器包含次级侧驱动接脚、次级侧接地接脚以及次级侧电源接脚，而变压器单元可包含相互耦合的初级侧绕组以及次级侧绕组。
[0010]此外，初级侧切换单元以及次级侧切换单元可包含金氧半(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)晶体管、或氮化镓场效晶体管(GaN(Gallium Nitride)FET)、或碳化硅-金氧半场效晶体管(SiC-MOSFET)。
[0011]上述的初级侧接地接脚是连接至初级侧接地电位，而次级侧接地接脚是连接至次级侧接地电位，且初级侧接地电位、次级侧接地电位可为相同的接地电位，或不相同的接地电位。
[0012]整流单元接收并整流外部输入电源后产生整流电源，而电源单元是接收外部输入电源，并且经处理后产生、输出电源电压，其中初级侧数字控制器经由初级侧电源接脚接收电源电压而运作，且电源电压是当作次级侧电源电压，并由次级侧同步控制器经次级侧电源接脚接收次级侧电源电压而运作。另外，初级侧绕组的一端连接整流单元以接收整流电源。
[0013]进一步，电流感测单元的一端连接至电流感测接脚，而电流感测单元的另一端连接至初级侧接地电位，且电流感测接脚产生电流感测信号，再者，电流感测信号经电流感测接脚而传送至初级侧数字控制器。
[0014]初级侧切换单元的汲极是连接初级侧绕组的另一端，初级侧切换单元的闸极是连接初级侧驱动接脚，且初级侧切换单元的源极是连接电流感测接脚。此外，次级侧切换单元的汲极是连接次级侧绕组的一端，次级侧绕组的另一端是连接次级侧接地电位，而次级侧切换单元的闸极是连接次级侧驱动接脚。
[0015]更加具体而言，次级侧输出电容的一端以及负载的一端是连接次级侧切换单元的源极，而次级侧输出电容的另一端以及负载的另一端是连接次级侧接地电位，并在次级侧切换单元的源极产生输出电源，以供电给负载。
[0016]尤其，初级侧数字控制器依据电流感测信号而产生初级侧驱动信号，且经由初级侧驱动接脚传送至初级侧切换单元的闸极，其中初级侧驱动信号本质上为脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号，并具有PWM频率，且包含周期性的导通位准以及关闭位准，用以周期性打开导通或关闭初级侧切换单元，并改变初级侧绕组的初级侧电流。
[0017]上述的次级侧绕组是利用与初级侧绕组之间的电磁感应作用而产生次级侧电流，
并经次级侧同步控制器的控制而流过次级侧切换单元以及次级侧输出电容、负载。
[0018]更进一步而言，初级侧数字控制器可借弹性降低对应于电流感测信号的电流感测上限值，而降低初级侧切换单元的初级侧汲源跨压以及次级侧切换单元的次级侧汲源跨压，亦即晶体管压力或电压压力，其中电流感测上限值是指用以判断是否打开初级侧切换单元的判断值，换言之，初级侧切换单元是在电流感测信号达到电流感测上限值时被打开。
[0019]另外，次级侧同步控制器是依据次级侧电流或次级侧切换单元的汲极-源极跨压而产生次级侧驱动信号，且经由次级侧驱动接脚传送至次级侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调适性导通时间控制的电源控制系统，用以实现一返驰电源转换功能，其特征在于，包括：一初级侧数字控制器，包含一初级侧电源接脚、一初级侧接地接脚、一初级侧驱动接脚以及一初级侧电流感测接脚，所述初级侧接地接脚是连接至一初级侧接地电位；一次级侧同步控制器，包含一次级侧驱动接脚、一次级侧接地接脚以及一次级侧电源接脚，所述次级侧接地接脚是连接至一次级侧接地电位；一整流单元，接收并整流一外部输入电源后产生一整流电源；一电源单元，接收所述外部输入电源，且经处理后产生并输出一电源电压，所述初级侧数字控制器经由所述初级侧电源接脚接收所述电源电压而运作，且所述电源电压是当作一次级侧电源电压，并由所述次级侧同步控制器经所述次级侧电源接脚接收次级侧电源电压而运作；一变压器单元，包含相互耦合的一初级侧绕组以及一次级侧绕组，所述初级侧绕组的一端连接所述整流单元以接收所述整流电源；一初级侧切换单元，所述初级侧切换单元的一汲极是连接所述初级侧绕组的一另一端，所述初级侧切换单元的一闸极是连接所述初级侧驱动接脚；一电流感测单元，所述电流感测单元的一端连接至所述电流感测接脚以及所述初级侧切换单元的一源极，所述电流感测单元的一另一端连接至所述初级侧接地电位，所述电流感测接脚产生一电流感测信号，所述电流感测信号经所述电流感测接脚而传送至所述初级侧数字控制器；一次级侧切换单元，所述次级侧切换单元的一汲极是连接所述次级侧绕组的一端，所述次级侧绕组的一另一端是连接所述次级侧接地电位，所述次级侧切换单元的一闸极是连接所述次级侧驱动接脚；以及一次级侧输出电容，所述次级侧输出电容的一端以及一负载的一端是连接所述次级侧切换单元的一源极，所述次级侧输出电容的一另一端以及所述负载的一另一端是连接所述次级侧接地电位，在所述次级侧切换单元的源极产生一输出电源，并供电给所述负载；其中，所述初级侧数字控制器依据所述电流感测信号而产生一初级侧驱动信号，且经由所述初级侧驱动接脚传送至所述初级侧切换单元的闸极，所述初级侧驱动信号为一脉冲宽度调变PWM信号，并具有一PWM频率，且包含周期性的一导通位准以及一关闭位准，用以周期性打开导通或关闭所述初级侧切换单元，并改变所述初级侧绕组的一初级侧电流，所述次级侧绕组是利用与所述初级侧绕组之间的电磁感应作用而产生一次级侧电流，并经所述次级侧同步控制器的控制而流过所述次级侧切换单元以及所述次级侧输出电容、所述负载，所述初级侧数字控制器借弹性降低对应于所述电流感测信号的一电流感测上限值，而降低所述初级侧切换单元的一初级侧汲源跨压以及所述次级侧切换单元的一次级侧汲源跨压，所述电流感测上限值是指用以判断是否打开所述初级侧切换单元的一判断值，所述初级侧切换单元是在所述电流感测信号达到所述电流感测上限值时被打开，所述次级侧同步控制器是依据所述次级侧电流或所述次级侧切换单元的汲极-源极跨压而产生一次级侧驱动信号，且经由所述次级侧驱动接脚传送至所述次级侧切换单元的闸极，用以打开导通或关闭截止次级侧切换单元。2.根据权利要求1所述的调适性导通时间控制的电源控制系统，其特征在于，所述初级
侧切换单元以及所述次级侧切换单元包含一金氧半晶体管、或一氮化镓场效晶体管、或一碳化硅-金氧半场效晶体管。3.根据权利要求1所述的调适性导通时间控制的电源控制系统，其特征在于，所述次级侧同步控制器是在所述次级侧电流由所述次级侧绕组流向所述次级侧切换单元时，或是在所述次级侧切换单元的汲极-源极跨压为正时，借所述次级侧驱动信号以打开导通所述次级侧切换单元，并在所述次级侧电流由所述次级侧切换单元流向所述次级侧绕组时，或是在所述次级侧切换单元的汲极-源极跨压为负时，借所述次级侧驱动信号以关闭截止所述次级侧切换单元。4.根据权利要求3所述的调适性导通时间控制的电源控...

【专利技术属性】
技术研发人员：林树嘉，詹祖怀，林志峯，
申请(专利权)人：产晶积体电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：