初級回授控制應用於返馳式轉換器的優勢

初級回授控制簡易電路

近年來消費性電子產品及LED驅動電路市場不斷成長，使得電源轉換器必須更省電和小型化。現今主要應用架構大多使用返馳式轉換器，且採用次級側回授控制的方式調節輸出。但這種控制的方法既無法減少元件數目及縮小體積，而且難以降低成本。這裡提出應用初級回授控制來達到省電、高效率和低零件數的電源供應器。

現今多數消費性電子及LED驅動電路產品的電源供應器所採用的返馳式轉換器架構是以傳統次級側調節回授，透過次級側的一組光耦合器及比較器 (Error Amplifier) 來達到定電壓與定電流控制。在次級側電路中主要用途為將次級側的訊號傳導到初級側，回授電路可藉由此訊號來調整脈波訊號的責任週期，以達到當輸出負載變動時，該電源供應器仍可提供穩定的電流與電壓給輸出負載使用。

然而此種控制方法須在次級側增加零件數、PCB空間及成本，而且次級側的偵測電路會產生功率損耗、影響待機功耗。本文所提出的初級調節回授控制(Primary Side Regulation；PSR)，不需要次級側的回授控制電路即可透過初級側控制輸出負載狀況來達到定電流與定電壓控制。此控制方法是透過偵測初級側變壓器輔助繞組上的電壓訊號，以控制脈波訊號的責任週期來穩定輸出負載狀況。

初級迴授控制簡易電路

早期的初級側回授控制透過偵測輔助電源上的電壓來控制回授訊號。由於控制器上的電壓(VDD)與輸出電壓成比例(Na/Ns)，因此可以透過偵測輔助繞組上的電壓與控制器內部參考電壓比較，來控制回授訊號達到定電壓的功能。

至於定電流功能，在非連續模式反馳式轉換器中，由於輸出瓦特數與初級側峰值電流成平方比，可在控制器內加入一補償訊號、並藉由控制器上的輸入電壓(VDD)來調整此補償訊號來達到定電流功能。但此控制方式受限於輔助繞組與次級側繞組的感量耦合程度及電路上設計影響其控制結果。我們的專利技術TRUECURRENT？技術使PSR電路達到±7%以內精準的定電流控制。

初級側調節控制電路透過偵測初級側的變壓器輔助繞組上的電壓訊號，來調節控制器的脈波訊號。圖一為實現此初級側調節控制架構的簡易電路，透過Vs腳位來偵測輔助繞組上的電壓訊號；當次級側的二極體接近截止時，此時輔助繞組上的電壓大小為最接近輸出電壓狀況，利用此電壓來與控制器內部參考準位比較，此時控制器內部也偵測次級側電流的放電時間來達到定電壓控制。

為達到定電流控制，透過開關的偵測電阻(RCS)上的電壓訊號與控制器內部的參考準位比較加上次級側電流的放電時間來達到定電流控制。但靠此模式無法完全精準控制輸出狀況，可以在電壓(VCOMV)與電流(VCOMI)偵測迴路上加入電阻及電容來穩定輸出狀況。

設計範例
這裡為您解說5W充電器的設計範例，輸出規格為5V/1A，操作頻率為42kHz。此PSR控制器內建600V的高壓MOSFET，可減少驅動MOSFET的線路與PCB走線的干擾。而為了降低待機損耗，PSR控制器內部的省電模式，在輕載時線性地降低PWM頻率以達到省電的需求。其跳頻機制提升EMI的效能；同時充電器的輸出電壓會因配備較長的輸出纜線而導致輸出電壓降低，可利用內部補償機制提升輸出電壓的調節能力。圖二顯示該設計的平均效率可以達到72.3%@115V 與71.5%@230V，符合｢能源之星｣2.0等級五的能源規範(68.17%的平均效率)。

一般LED驅動電路須透過次級側的定電流電路來達到定電流控制，藉此來控制LED燈的亮度。LED特性其順向導通電壓會隨著溫度上升而遞減，在電路設計上要注意返回電壓的設定。返回電壓設計過高時，LED燈會因電壓過低導致無法點亮，因此在設計此電路時需考慮LED的順向導通電壓來設計返回電壓。PSR控制器內建600V高壓MOSFET，可解決驅動電路小型化的需求。

隨著全球關注綠色能源的開發，電源的效率也受到重視，具有半導體控制的電源IC扮演了提升效率的重要角色，電源IC的控制技術讓電源能節省整體的成本、降低不必要的切換損失與提升EMI的能力，達到輕薄短小的目標。

我們介紹的初級側調節控制技術應用在電池充電器及LED驅動電路上展現的優點，此技術利用取樣變壓器初級側的輔助繞組上的電壓訊號達到調節輸出端的恆定電流與恆定電壓輸出，免去採用傳統設計的次級側回授線路、光耦合器與次級側偵測電流電阻等元件，採用的元件數量因而更為減少。我們專有的TRUECURRENT技術達成了準確的定電流輸出、內建的高壓MOSFET使電路小型化、充電器電路的PWM控制器內部省電模式可降低待機損耗、而且LED燈的亮度也因為準確的定電流電路而達到穩定的控制。設計人員選擇使用初級側調節控制IC，將是提供高效率與低成本電源的最佳解決方案。