[發明專利]調適性導通時間控制的電源控制系統

在審

• 申請號: 202011170986.9
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN114499192A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 林樹嘉;詹祖懷;林志峯
• 申請（專利權）人: 產晶積體電路股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;曹娜

本發明提供一種調適性導通時間控制的電源控制系統，包含初級側數字控制器、次級側同步控制器、整流單元、電源單元、變壓器單元、初級側切換單元、次級側切換單元、次級側輸出電容以及電流感測單元，用以實現返馳電源轉換功能。尤其是，由次級側同步控制器控制次級側切換單元的打開及關閉而達到同步控制功能，其中初級側數字控制器利用降低電流感測上限值的方式而降低初級側切換單元的初級側汲源跨壓以及次級側切換單元的次級側汲源跨壓，大幅改善整體的操作穩定性及耐用性。

技術領域

本發明有關于一種調適性導通時間控制的電源控制系統，尤其是在次級側配置次級側同步控制器、次級側切換單元、次級側輸出電容以及電流感測單元，并由次級側同步控制器控制次級側切換單元的打開導通及關閉而達到同步控制功能，尤其，初級側數字控制器利用降低電流感測上限值的方式而降低初級側切換單元的初級側汲源跨壓以及次級側切換單元的次級側汲源跨壓，大幅改善整體的操作穩定性及耐用性。

背景技術

由于不同電子裝置需要特定的電源以提供所需的電力，所以需要高質量且高效率的電源的轉換裝置，當作電源供應器用，借以滿足所需的電源，比如集成電路(IC)需要1.2V的低壓直流電，電動馬達需要12V的直流電，背光模塊則需要數百伏以上的高壓電源。在目前的電源供應器中，使用具脈波寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)特性的交換式電源供應器(Switching Power Supply)是最常用方式，因為在相同輸出功率下，體積比線性電源供應器還小，同時轉換效率也較高。

以返馳式(Flyback)電源轉換器的交換式電源供應器為例，需要配置電源控制器以產生高速的PWM驅動信號，并搭配包含初級側繞組以及次級側繞組的變壓器、切換單元、電流感測電阻、輸出整流器、輸出電容，其中變壓器的初級側繞組、切換單元、電流感測電阻是串接而形成初級側回路，而變壓器的次級側繞組、輸出整流器、輸出電容是串接而形成次級側回路，并由PWM驅動信號驅動連接初級側繞組的切換單元，比如功率晶體管，進而以周期性方式快速打開、關閉切換單元而導通、切斷流過切換單元的電流，使得變壓器的次級側繞組借感應初級側繞組的電流而產生次級側電流，并經輸出整流器、輸出電容的整流及濾波后產生穩定的輸出電源，以供應負載運作。

此外，次級側回路的輸出整流器可單獨使用整流二極管搭配輸出電容，也可使用次級側切換單元以及次級側控制器搭配輸出電容而實現整流功能，其中次級側控制器可進一步達到同步整流功能。

由于初級側的切換單元被初級側的電源控制器關閉時，會對切換單元的汲極產生很大的尖峰電壓而形成突波，造成電壓壓力(Voltage stress)或晶體管壓力，常常導致切換單元工作不良或甚至損壞而失效，所以一般的現有技術中，需要外加緩沖器(snubber)電路以降低電壓壓力，比如使用大的電容器。同樣的，對于使用次級側控制器以達到同步整流的返馳式電源轉換器而言，次級側切換單元被次級側控制器關閉時，也需要額外的緩沖器以降低電壓壓力。由于緩沖器需要承受相當大的突波，質量要求很嚴謹，因而整體成本大幅增加，同時也會占去相當大的電路板面積，使得終端應用產品很難再進一步縮小尺寸。

此外，如果是選用次級側同步整流的架構，常會遇到初級側、次級側的切換單元在某些狀況下發生同時導通而損毀，所以在次級側上需要特別搭配挑選相對應的控制器，導致實際應用上缺乏彈性。

因此，非常需要一種新穎設計的調適性導通時間控制的電源控制系統，并在次級側配置次級側同步控制器、次級側切換單元、次級側輸出電容以及電流感測單元，由次級側同步控制器控制次級側切換單元的打開導通及關閉而達到同步控制功能，尤其，初級側數字控制器利用降低電流感測上限值的方式而降低初級側切換單元的初級側汲源跨壓以及次級側切換單元的次級側汲源跨壓，大幅改善整體的操作穩定性及耐用性以及降低晶體管壓力或電壓壓力，借以克服現有技術中的問題。

發明內容