CN101277067B - 功率转换器的同步调整电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种功率转换器的同步调整电路，用于提高功率转换器的效能。其包含一次侧切换电路，用于产生同步讯号与切换讯号，该切换讯号用于柔性切换一个变压器；二次侧切换电路耦接功率转换器的输出端，以依据同步讯号与功率转换器的输出电压产生一个脉波讯号，脉波讯号为差分讯号，而用于整流与调整功率转换器；同步开关包含功率开关与控制电路，控制电路接收脉波讯号，用于导通/截止功率开关，功率开关耦接于变压器与功率转换器的输出端之间。还包含返驰式开关，其作为一个同步整流器，用以飞轮功率转换器的电感电流，返驰式开关依据功率开关的截止状态而导通，返驰式开关的导通时间可调整，且关联于功率开关的导通时间。

Description

功率转换器的同步调整电路
技术领域：
本发明是有关于一种功率转换器，特别是指一种功率转换器的控制电路。
背景技术：
现今一般离线式功率转换器包含一个电源变压器，用以在交流线输入至功率转换器的输出端提供隔离作用(isolation)，以达安全性的目的。现今功率转换器的研发方向是朝向在变压器的一次侧使用柔性切换技术，以及在变压器的二次侧使用同步整流器，以让功率转换器可达到更高的转换效能。其中，全桥式准谐振零电压切换(full-bridge quasi-resonant ZVS)的技术是揭露于如Christopher，P.Henze等所提出的美国专利编号第4,855,888号「Constant frequency resonant power converterwith zero voltage switching」、Guichao C.Hua and Fred C.Lee所提出的美国专利编号第5,442,540号「Soft-switching PWMconverters」，以及Yang等所提出的美国专利编号第6,744,649号「Zero switching power converter operable as asymmetricalfull-bridge converter」。前述习知功率转换器的缺点在于切换讯号的脉波宽度太短，以致于无法在轻载的情况下达到柔性切换，由于不足的循环功率会导致硬式切换(hard switching)且造成低效能。配置同步整流器于变压器的二次侧，可以降低二极管的功率损失，如Yang所提出的美国专利编号第7,173,835号「Control circuit associated with saturable inductoroperated as synchronous rectifier forward powerconverter」，其详细载明同步整流的完整运作过程，然而，此技术必须设置额外装置，如饱和电感与电流感测电阻，如此会导致额外功率消耗。
发明内容：
本发明的目的，在于提供一种功率转换器的同步调整电路，其整合同步整流电路与调整电路，以用于改善功率转换器的转换效能。
本发明的目的，在于提供一种功率转换器的同步调整电路，其不需增加额外切换功率电路(switching power stage)，即可改善功率转换器的转换效能，并避免额外功率消耗。
本发明的目的，在于提供一种功率转换器的同步调整电路，其让一次侧切换电路、二次侧同步整流器与调整电路从无载至满载的情形下达到高效率的功率转换。
为实现本发明的目的及解决其技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的。本发明提供一种功率转换器的同步调整电路，其包含：一个一次侧切换电路，其产生一个切换讯号与一个同步讯号，该切换讯号切换一个变压器；一个二次侧切换电路，其耦接该功率转换器的一个输出端，并依据该同步讯号与一个回授讯号产生一个脉波讯号；一个隔离装置，其耦接该一次侧切换电路，用于转换该变压器的一次侧的该同步讯号至该变压器的二次侧的该二次侧切换电路；以及一个同步开关，其具有一个功率开关与一个控制电路，该功率开关耦接于该变压器的二次侧与该功率转换器的该输出端之间，该控制电路接收该脉波讯号，用于导通/截止该功率开关；其中，该回授讯号关联于该功率转换器的该输出端的输出，该脉波讯号为一个差动讯号用于整流与调整该功率转换器，该脉波讯号的极性决定该功率开关的导通/截止。
为实现本发明的目的及解决其技术问题，本发明还通过以下技术方案来实现。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该脉波讯号经由动作如同一个差动模式的二个晶体管，从该二次侧切换电路传送至该同步开关。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中更包含：一个返驰式开关，其耦接该同步开关与该功率转换器的该输出端，该返驰式开关依据该功率开关的截止状态而导通，该返驰式开关的一个导通时间关联于该功率开关的一个导通时间。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该功率开关包含一个第一晶体管与一个第二晶体管，该第一晶体管与该第二晶体管相互串联，该第一晶体管具有一个第一二极管，该第一晶体管并联该第一二极管，该第二晶体管具有一个第二二极管，该第二晶体管并联该第二二极管。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该控制电路产生一个第一控制讯号与一个第二控制讯号，以分别控制该第一晶体管与该第二晶体管，该第一二极管导电时，该第一晶体管导通。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该隔离装置是一个脉波变压器或多个电容。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该一次侧切换电路依据该切换讯号产生该同步讯号，该切换讯号与该同步讯号之间形成一个延迟时间。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该二次侧切换电路包含：一个调整装置，其产生一个调整讯号；以及一个线型估测电路，其依据该调整讯号与该同步讯号产生一个驱动讯号，该驱动讯号用以控制一个返驰式开关。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该二次侧切换电路包含：一个脉波宽度调变电路，其依据该同步讯号产生一个脉波宽度调变讯号；一个误差放大器，其耦接该功率转换器的该输出端，接收该回授讯号并产生一个误差讯号；一个斜坡电路，其依据该脉波宽度调变讯号产生一个斜坡讯号；一个脉波讯号产生器，依据该脉波宽度调变讯号产生该脉波讯号；其中，该脉波宽度调变讯号依据该同步讯号而使能，该脉波宽度调变讯号依据该同步讯号与一个清除讯号而中止，该脉波宽度调变电路依据该误差讯号与该斜坡讯号产生该清除讯号。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该二次侧切换电路更包含：一个柔性启动电路，其依据一个重置讯号产生一个柔性启动讯号，该柔性启动讯号用以控制该脉波宽度调变讯号的脉波宽度。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该二次侧切换电路更包含：一个电源管理电路，其接收该误差讯号，并产生一个轻载讯号，该一次侧切换电路接收该轻载讯号，以于该功率转换器在一个轻载期间而中止该切换讯号。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该同步开关包含：一个整流端，其耦接该变压器的二次侧；一个接地端，其耦接该功率转换器的该输出端；一个第一输入端；以及一个第二输入端；
其中，该功率开关耦接该整流端与该接地端之间，该第一输入端与该第二输入端接收该脉波讯号，以导通/截止该功率开关。
前述的功率转换器的同步调整电路，其中该控制电路包含一个栓锁电路，其接收该脉波讯号，以设定或重置该栓锁电路，该栓锁电路导通/截止该功率开关。
本发明的有益效果是：本发明提供一种功率转换器的同步调整电路，其整合同步整流电路与调整电路，以用于改善功率转换器的转换效能。且其不需增加额外切换功率电路，即可改善功率转换器的转换效能，并避免额外功率消耗。其还让一次侧切换电路、二次侧同步整流器与调整电路从无载至满载的情形下达到高效率的功率转换。
附图说明：
图1为本发明具有同步调整电路的功率转换器的一个较佳实施例的电路图；
图2为本发明的一个实施例的柔性切换讯号的波形图；
图3为本发明的一次侧切换电路的一个较佳实施例的电路图；
图4为本发明的一次侧切换电路的振荡电路的一较佳实施例的电路图；
图5为本发明的一个实施例的切换讯号与振荡讯号的波形图；
图6为本发明的一个实施例的切换讯号与同步讯号的波形图；
图7为本发明的二次侧切换电路的一个较佳实施例的电路图；
图8为本发明的斜坡电路的一个较佳实施例的电路图；
图9为本发明的脉波讯号产生器的一个较佳实施例的电路图；
图10为本发明的放大电路的一个较佳实施例的电路图；
图11为本发明的线性估测电路的一个较佳实施例的电路图；
图12为本发明的一个实施例的切换讯号、同步讯号、脉波讯号与驱动讯号的波形图；
图13为本发明的同步开关的一个较佳实施例的电路图；
图14为本发明的同步开关的控制电路的一个较佳实施例的电路图；
图15为本发明的单击讯号产生器的一个较佳实施例的电路图；
图16为本发明的最大导通时间电路的一个较佳实施例的电路图；以及
图17为本发明具有同步调整电路的功率转换器的另一个较佳实施例的电路图。
图号说明：
10    变压器         20    功率开关
21    二极管         25    功率开关
26    极管           30    功率开关
31    二极管         35    功率开关
36    二极管         40    一次侧切换电路
45    电容           46    电容
47    脉波变压器     50    同步开关
51    同步开关       52    同步开关
56    二极管         57    电容
60    二极管         65    电容
70    返驰式开关     71    比较器
73    比较器         74    比较器
75    比较器         79    与门
80    电感           85    输出电容
91    电阻           92    电阻
93    电容           95    电阻
96    电容           99    光耦合器
99a   光耦合器       99b   光耦合器
100   二次侧切换电路 210   比较器
211   电阻           213   电阻
215   偏移电         220   比较器
221   电阻           223   电阻
225      偏移电压          230      SR触发器
235      比较器            236      与门
250      斜坡电路          251      非门
252      晶体管            256      电流源
257      电容              258      比较器
270      脉波产生器        271      电流源
272      非门              273      晶体管
275      电容              276      非门
278      与门              283      晶体管
285      电容              286      非门
288      与门              289      或门
291      晶体管            292      晶体管
293      电阻              295      晶体管
296      晶体管            297      电阻
300      功率开关          305      第一晶体管
310      第二晶体管        350      开关
361      电容              362      电容
402      D型触发器         410      T型触发器
411      D型触发器         412      D型触发器
420      与门              421      与门
422      与门              423      与门
431      非门              432      非门
433      或门              435      或门
436      或非门            450      振荡电路
451      电流源           452        电流源
455      电容             460        开关
461      开关             462        开关
471      比较器           472        比较器
473      比较器           474        比较器
481      与门             482        与门
483      非门             484        非门
495      与门             496        与门
500      控制电路         510        比较器
511      电阻             513        电阻
515      偏移电           518        非门
519      与门             520        比较器
521      电阻             523        电阻
525      偏移电压         530        比较器
541      非门             542        非门
543      D型触发器        545        与门
546      与门             547        与门
548      或门             600        单击讯号产生器
610      电流源           611        非门
612      晶体管           615        电容
620      非门             625        与门
650      最大导通时间电路 660        电流源
661      非门             662        晶体管
665      电容             685        与门
700       放大电路       710         比较器
715       准位偏移晶体管 725         电阻
730       电流源         731         晶体管
735       单位增益缓冲器 736         极管
740       比较器         741         电容
742       非门           743         晶体管
744       晶体管         745         电流源
750       线性估测电路   751         电流源
752       开关           753         开关
754       非门           756         非门
760       比较器         761         晶体管
762       晶体管         763         晶体管
765       晶体管         766         晶体管
770       电容           772         晶体管
773       比较器         775         D型触发器
779       与门           /Q          输出端
A         切换讯号       B           切换讯号
C         切换讯号       CLR         清除输入端
COM       输出端         COM         补偿讯号
CS        感测端         D           切换讯号
DET       侦测端         FB          回授讯号
FB        回授端         G           输出端
GND       接地端         ILT         轻载讯号
IN        输入端         K           输入端
MD          最大工作周期讯号          NP              一次侧绕组
NS1         第一二次侧绕组            NS2             第二二次侧绕组
OUT         输出端                    PS1              振荡讯号
PS2         振荡讯号                  PS3              振荡讯号
PWM         脉波宽度调变讯号          Q                输出端
RESET       系统重置讯号              RP               调整讯号
RP          调整端                    RST              启用电源重置讯号
S1          栅极驱动讯号              S2               栅极驱动讯号
SB          驱动讯号                  SLT              导通/截止讯号
SM          最大导通时间讯号          SN                脉波讯号
SN1         脉波讯号                  SN2               脉波讯号
SP          脉波讯号                  SP1               脉波讯号
SP2         脉波讯号                  SR                讯号
SS          柔性启动运号              S1                栅极驱动端
S2          栅极驱动端                SB                驱动端
SN1         脉波输出端                SN2               脉波输出端
SP1         脉波输出端                SP2               脉波输出端
SS          启动端                    T1                阶段
T2          阶段                      T3                阶段
T5          阶段                      T6                阶段
T7          阶段                      TD                延迟时间
VCC         电源                      VDD               电源
VEE         电源                      VF                误差讯号
VH          临界电压                  VIN               输入电压
VL          临界电压             VM1        临界电压
VM2         临界电压             VREF       参考电压
VR2         参考电压             VSAW       斜坡讯号
VSP1        第一取样讯号         VSP2       第二取样讯号
VTH1        临界电压             VTH2       临界讯号
VTH3        临界电压             VDD        供应端
WN          脉波讯号             WP         脉波讯号
WN          脉波输入端           WP         脉波输入端
XN          同步讯号             XP         同步讯号
YN          同步讯号             YP         同步讯号
具体实施方式：
为对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后：
请参阅图1，其为本发明具同步调整电路的功率转换器的一个较佳实施例的电路图。如图所示，本发明的功率转换器包含一个变压器10，其具有一个一次侧与一个二次侧。在一次侧，变压器10的一个一次侧绕组NP是耦接四功率开关20、25、30与35，以用于切换变压器10。功率开关20、30是耦接输入电压VIN，功率开关25、35是耦接至接地端。一个一次侧切换电路40是产生切换讯号A、B、C、D与同步讯号XP/XN，切换讯号A、B、C、D是用以切换变压器10的一次侧绕组NP。变压器10的二次侧包含一个第一二次侧绕组NS1与一个第二二次侧绕组NS2，该些二次侧绕组NS1、NS2是依据变压器10的切换而产生切换电压。
复参阅图1，一个第一同步开关51具有一个输入端K，其耦接第一二次侧绕组NS1，第一同步开关51的一个输出端G耦接功率转换器的输出端的接地端，一个电源VCC是耦接第一同步开关51。一个第二同步开关52的一个输入端K耦接第二二次侧绕组NS2，第二同步开关52的一个输出端G亦耦接功率转换器的输出端的接地端，电源VCC耦接第二同步开关52。本发明的同步开关，像是同步开关51与52，其分别包含一个功率开关与一个控制电路，功率开关耦接于输入端K与输出端G之间，同步开关51与52的控制电路用以分别接收脉波讯号SP1/SN1或SP2/SN2，以产生脉波讯号WP/WN，用于导通/截止同步开关51与52的功率开关。
承接上述，第一同步开关51耦接一个二次侧切换电路100，以接收从二次侧切换电路100的脉波输出端SP1与SN1所输出的脉波讯号SP1/SN1，并在脉波输入端WP与WN产生脉波讯号WP/WN。第二同步开关52亦耦接二次侧切换电路100，以接收从二次侧切换电路100的脉波输出端SP2与SN2所输出的脉波讯号SP2/SN2，并在脉波输入端WP与WN产生脉波讯号WP/WN。二次侧切换电路100耦接功率转换器的输出端，以依据同步讯号YP/YN与一个回授端FB的一个回授讯号FB而产生脉波讯号SP1/SN1与SP2/SN2回授讯号FB来自于功率转换器的输出端，其藉由耦接于功率转换器的输出端的电阻91与92，而输入于二次侧切换电路100的回授端FB，因此回授讯号FB与功率转换器的输出电压V0相关联。一个输出电容85耦接功率转换器的输出端与接地端。同步讯号XP/XN是透过隔离装置，如电容45、46，以产生同步讯号YP/YN，电容45与46分别耦接于一次侧切换电路40与二次侧切换电路100之间，因此，二次侧切换电路100产生脉波讯号SP1/SN1与SP2/SN2，而用于整流与调整功率转换器。其中，脉波讯号SP1/SN1与SP2/SN2的极性决定同步开关51与52的功率开关的导通/截止。
复参阅图1，一个电感80从第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2耦接至功率转换器的输出电压V0。一个返驰式开关70透过二次侧绕组NS1与NS2而分别耦接同步开关51与52，返驰式开关70更耦接至功率转换器的输出端的接地端，用以飞轮(freewheel)电感80的切换电流，返驰式开关70亦耦接同步开关51与52的功率开关与功率转换器的输出端。二次侧切换电路100的一个驱动端SB产生一个驱动讯号SB至返驰式开关70，以控制返驰式开关70，返驰式开关70依据功率开关的截止而导通，返驰式开关70的导通时间为可调整，且与功率开关的导通时间相关联。
此外，二次侧切换电路100产生一个轻载讯号ILT至一个光耦合器99(99a)，光耦合器99(99b)依据轻载讯号ILT产生一个导通/截止讯号SLT至一次侧切换电路40，以于功率转换器的轻载期间中止切换讯号A、B以及同步讯号XP/XN。轻载讯号ILT用于节省电源(power saving)与调整输出电压。一个电容93耦接二次侧切换电路100的一个输出端COM，以用于回路补偿(loopcompensation)。一个电容96耦接二次侧切换电路100的一个启动端SS，以用于柔性启动。一个电阻95耦接二次侧切换电路100的一个调整端RP，以调整返驰式开关70的导通时间。
请一并参阅图1与图2，图2显示切换讯号A、B、C、D的波形。如图2所示，T1阶段表示一旦切换讯号A截止时，切换讯号D会于一个延迟时间TD后导通，变压器10的一次侧绕组NP的漏电感LPL所产生的循环电流(circular current)将导通一个二极管36，此达到柔性切换功率开关35。漏电感LPL与功率开关20、30、35与25的寄生电容CJ是形成一个谐振电路(resonant tank)，其谐振频率表示为如下：
F R = 1 2 n L PL × C J - - - ( 1 )
延迟时间TD是用以达到相位偏移(phase shift)，而用于柔性切换，延迟时间TD表示为如下：
TD＝1/(4xFR)--------------------------------(2)
切换讯号C于T2阶段截止。于T3阶段，切换讯号B在切换讯号C截止时并经过另一延迟时间TD后导通，所以功率开关30于二极管31导通之后即可达到柔性切换。T5阶段表示切换讯号B一旦截止时，切换讯号C于经过延迟时间TD后导通，于功率开关25导通之前，循环电流将会导通二极管26。切换讯号D于T6阶段截止。于T7阶段，切换讯号A于切换讯号D截止时并延迟时间TD后导通，所以功率开关20于二极管21导通后可达到柔性切换。
请参阅图3，其为本发明的一次侧切换电路40的一个实施例的电路图。如图所示，一个振荡电路450产生振荡讯号PS1、PS2与PS3，振荡讯号PS1传送至用于除以2的一个T型触发器410。T型触发器410的输出端Q与/Q耦接与门420与421，以分别产生切换讯号A与B。与门420与421的另一个输入端透过一个或非门436接收振荡讯号PS1，或非门436的一个输出端耦接与门420与421的输入端，或非门436的一个输入端耦接振荡讯号PS1，振荡讯号PS1用于限制切换讯号A与B的最大导通时间。振荡讯号PS2透过一个非门432耦接D型触发器411与412，D型触发器411与412的输入端D分别耦接T型触发器410的输出端Q与/Q。
承接上述，D型触发器411的输出端Q产生切换讯号C，D型触发器412的输出端Q产生切换讯号D。振荡讯号PS3透过一个非门431与一个或门433而重置D型触发器411，或门433的一个输出端耦接D型触发器411的一个重置输入端R，非门431耦接于振荡讯号PS3与或门433的一个输入端之间，或门433的另一个输入端耦接T型触发器410的输出端Q，而受输出端Q所输出的讯号控制。振荡讯号PS3更透过非门431与一个或门435而重置D型触发器412，或门435的一个输出端耦接D型触发器412的一个重置输入端R，非门431的输出端亦耦接或门435的一个输入端，或门435的另一个输入端耦接T型触发器410的输出端/Q。
复参阅图3，一个D型触发器402同步导通/截止讯号SLT与振荡讯号PS1。D型触发器402的一个输出端/Q耦接或非门436的另一个输入端，以依据导通/截止讯号SLT的一个逻辑低准位讯号(logic-low)中止切换讯号A与B。D型触发器402的一个输出端Q透过一个与门422中止同步讯号XP，与门422的一个输入端耦接D型触发器402的输出端Q，与门422的另一个输入端接收振荡讯号PS3。一个缓冲器423的一个输入端接收振荡讯号PS2，所以振荡讯号PS2与PS3透过与门422与缓冲器423产生同步讯号XP/XN。
请参阅图4，其为本发明的一次侧切换电路40的振荡电路450的一个实施例的电路图。如图所示，振荡电路450产生振荡讯号PS1、PS2与PS3。一个电流源451透过一个开关461耦接一个电容455，以对电容455充电，电流源451耦接电源VEE，开关461耦接电流源451与电容455之间。另一个电流源452透过一个开关462耦接电容455，以对电容455放电，电流源452耦接至接地，开关462耦接电流源452与电容455之间。因此，电容455产生一个锯齿讯号。电容455更耦接比较器471、472、473与474，比较器471、472、473与474分别具有临界电压VH、VL、VM1与VM2。与非门481与482形成一个SR栓锁器，其耦接比较器471与472的输出端，与非门481的一个输出端透过一个非门483产生一个充电讯号，该充电讯号用于控制开关461。非门483的一个输出端耦接另一个非门484，以产生振荡讯号PS1，该振荡讯号PS1控制开关462与与门495、496。非门484分一个输出端耦接与门495、496的输入端，与门495的另一个输入端耦接比较器473的一个输出端，用于产生振荡讯号PS2。此外，与门496的另一个输入端耦接比较器474的一个输出端，用于产生振荡讯号PS3。
请参阅图5，其显示本发明的一个实施例的切换讯号A、B、C、D与振荡讯号PS1、PS2、PS3的波形。振荡讯号PS1为一个短脉波讯号，其提供切换讯号A与B的短路防止时间(dead time)。此外，一旦振荡讯号PS1使能时产生振荡讯号PS2，而振荡讯号PS2中止后才产生振荡讯号PS3，且振荡讯号PS3依据振荡讯号PS1的中止而中止。请参阅图6，其显示本发明的切换讯号A、B、C、D与同步讯号XPN/YPN(XP/XN及YP/YN)的波形。一个负极性同步讯号XPN/YPN产生于切换讯号A与B截止时，一个正极性同步讯号XPN/YPN产生于切换讯号A与B导通前，同步讯号XPN/YPN的脉波宽度与切换讯号A、B、C与D的延迟时间TD相关联。因此，延迟时间TD是介于切换讯号A、B、C、D与同步讯号XPN/YPN之间。
请参阅图7，其为本发明的二次侧切换电路100的一个实施例的电路图。如图所示，电阻211、221与电阻213、223是提供偏压终端(bias termination)，以接收同步讯号YP/YN。电阻211、213耦接电源VCC，电阻221、223耦接至接地端，电阻211串联电阻221，电阻213串联电阻223。同步讯号YP/YN耦接比较器210与220，比较器210与220分别具有偏移电压215与225，用于产生磁滞以进行比较。比较器210与220的输出端分别耦接一个SR触发器230的输入端S、R。SR触发器230、一个与门236与一个比较器235构成一个脉波宽度调变电路，以依据同步讯号YP/YN而在SR触发器230的一个输出端Q产生一个脉波宽度调变讯号PWM。
承接上述，与门236的一个输出讯号用于控制SR触发器230的一个清除输入端CLR，与门236的一个输入端受控于比较器235的一个输出端所输出的一个输出讯号。一个放大电路700(AMP)包含一个误差放大器、一个柔性启动电路与一个电源管理电路，电源管理电路产生该轻载讯号ILT至一次侧切换电路40，以于功率转换器的轻载期间中止切换讯号A与B。误差放大器与柔性启动电路依据回授讯号FB与一个柔性启动讯号SS产生一个误差讯号VF。一个斜坡电路250依据脉波宽度调变讯号PWM产生一个斜坡讯号VSAW与一个最大工作周期讯号MD，误差讯号VF与斜坡讯号VSAW传送至比较器235的两输入端，比较器235的输出讯号与最大工作周期讯号MD传送至与门236的两输入端，以使与门236产生一个清除讯号至SR触发器230的清除输入端CLR，用于中止脉波宽度调变讯号PWM。
复参阅图7，一个脉波讯号产生器270用于依据脉波宽度调变讯号PWM与一个讯号SR产生脉波讯号SP/SN，脉波宽度调变讯号PWM决定脉波讯号SP/SN的极性，讯号SR为比较器220的输出端所输出的讯号。脉波宽度调变讯号PWM是依据同步讯号YP/YN而使能，脉波宽度调变讯号PWM是依据同步讯号YP/YN与清除讯号而中止。柔性启动讯号SS是控制脉波宽度调变讯号PWM的脉波宽度。差动模式(differential mode)下，晶体管291与292接收脉波讯号SP/SN而产生脉波讯号SP1/SN1晶体管295与296同样于差动模式下接收脉波讯号SP/SN而产生脉波讯号SP2/SN2。电阻293与297用以限制晶体管291、292与295、296的电流，电阻293耦接晶体管291、292，电阻297耦接晶体管295、296。脉波讯号SP1/SN1与SP2/SN2为差动讯号，脉波讯号SP1/SN1与SP2/SN2(低准位作动)的极性与脉波讯号SP/SN(高准位作动)的极性相反。
此外，一个线性估测电路(Linear-Predict Circuit，LPC)750依据一个调整讯号RP与同步讯号YP/YN产生该驱动讯号SB，以控制返驰式开关70(如图1所示)。一个调整装置，如图1所示的电阻95，是用以产生调整讯号RP。线性估测电路750接收脉波宽度调变讯号PWM、调整讯号RP与脉波讯号SP/SN，而产生驱动讯号SB。
请参阅图8，其为本发明的斜坡电路250的一个实施例的电路图。如图所示，一个电流源256耦接电源VCC，以依据脉波宽度调变讯号PWM的使能状态而对一个电容257充电。当脉波宽度调变讯号PWM中止时，脉波宽度调变讯号PWM透过一个非门251与一个晶体管252对电容257放电。因此，电容257即产生斜坡讯号VSAW。一个比较器258的一个输入端接收一个临界电压VTH1，比较器258的另一个输入端接收斜坡讯号VSAW。一旦斜坡讯号VSAW的电压值高于临界电压VTH1的电压值时，比较器258的一个输出端即产生最大工作周期讯号MD，以中止脉波宽度调变讯号PWM。因此，即可限制脉波宽度调变讯号PWM的最大导通时间。
请参阅图9，其为本发明的脉波讯号产生器270的一个实施例的电路图。如图所示，脉波讯号SP/SN为差动讯号。依据脉波宽度调变讯号PWM的上升边缘而产生一个正极性脉波讯号SP/SN，依据脉波宽度调变讯号PWM的下降边缘与讯号SR而产生一个负极性脉波讯号SP/SN。此外，脉波讯号SP/SN为单击讯号(one-shotsignal)，脉波讯号SP/SN的脉波宽度短于切换讯号A、B、C、D的脉波宽度，其有助于降低晶体管291、292、295、296(如图7所示)的应力(stress)。
一个电流源271耦接电源VCC与一个电容275，以对电容275充电。当脉波宽度调变讯号PWM中止时，脉波宽度调变讯号PWM透过一个非门272与一个晶体管273对电容275放电。电容275耦接一个非门276的一个输入端，一个与门278的两输入端耦接非门276的一个输出端以及接收脉波宽度调变讯号PWM。一个电流源281耦接电源VCC与一个电容285，以对电容285充电。当脉波宽度调变讯号PWM使能时，脉波宽度调变讯号PWM透过一个晶体管283对电容285放电。电容285耦接一个非门286的一个输入端，一个与门288的两输入端分别耦接非门286的一个输出端与非门272的一个输出端。一个或门289的输入端耦接与门288的一个输出端并接收讯号SR。与门278的一个输出端与或门289的一个输出端产生脉波讯号SP/SN。电流源271与281的电流值与电容275与285的电容值决定脉波讯号SP/SN的脉波宽度。
请参阅图10，其为本发明的放大电路700的一个实施例的电路图。误差放大器包含一个运算放大器710、一个准位偏移晶体管715与电阻720、725。柔性启动电路包含一个电流源730、一个放电晶体管731、一个单位增益缓冲器735与一个二极管736。电源管理电路包含一个比较器740、一个电容741、一个非门742、一个电流源745与晶体管743、744。运算放大器710的两输入端分别接收一个参考电压VREF与回授讯号FB，运算放大器710为一个转导放大器(transconductance amplifier)，运算放大器710的输出端COM耦接电容93，以用于回路补偿。单位增益缓冲器735透过二极管736控制运算放大器710的输出端COM，二极管736耦接于运算放大器710的输出端COM与单位增益缓冲器735的一个输出端之间。单位增益缓冲器735的一个输入端接收柔性启动讯号SS，单位增益缓冲器735的另一个输入端耦接单位增益缓冲器735的输出端。电流源730结合电容96用于产生柔性启动讯号SS，电流源730是耦接电源VCC。
承接上述，放电晶体管731耦接电容96，放电晶体管731依据二次侧切换电路100(如图1所示)的一个系统重置讯号RESET而对电容96放电，所以柔性启动电路会依据系统重置讯号RESET产生柔性启动讯号SS。准位偏移晶体管715与电阻720、725提供准位偏移并衰减运算放大器710的输出讯号，电阻725是产生误差讯号VF，准位偏移晶体管715耦接于电源VCC与运算放大器710的输出端COM之间。电阻720、725串联于准位偏移晶体管715。
复参阅图10，一个临界讯号VTH2耦接比较器740的一个正输入端，比较器740的一个负输入端接收误差讯号VF。一旦误差讯号VF的电压值低于临界讯号VTH2的电压值时，比较器740的一个输出端是产生一个电源管理讯号。电源管理讯号使能时，即表示功率转换器于轻载状态。一个电容741耦接比较器740的输出端，用于消除弹跳(debounce)。电源管理讯号使能时，是将导通晶体管743并透过非门742截止晶体管744，并使能轻载讯号ILT。轻载讯号ILT与电流源745的电流值相关联。上述非门742耦接于比较器740的输出端与晶体管744之间，晶体管743耦接比较器740的输出端与电流源745，晶体管743、744相互耦接并用以产生轻载讯号ILT，电流源745耦接电源VCC。
请参阅图11，其为本发明的二次侧切换电路100的线型估测电路750的一个实施例的电路图。当功率转换器运作于非连续电流模式时，线性估测电路750用以截止返驰式开关70(如图1所示)。在非连续电流模式期间，截止返驰式开关70将避免一个逆向电流从输出电容85(如图1所示)流至返驰式开关70。一个电流源751透过一个开关752耦接一个电容770，以对电容770充电，电流源751耦接电源VCC，开关752耦接于电流源751与电容770之间。一个放电电流透过一个开关753对电容770放电。脉波宽度调变讯号PWM控制开关752，且脉波宽度调变讯号PWM更透过一个非门754控制开关753。
复参阅图11，一个电压对电流转换器包含一个运算放大器760、电阻95(如图1所示)与晶体管761、762、763、765与766。运算放大器760的一个输入端接收调整讯号RP，用于使晶体管766产生放电电流。调整讯号RP是依据一个参考电压VR2与电阻95的电阻值所产生。运算放大器760的另一个输入端接收参考电压VR2，运算放大器760的一个输出端与输入端耦接晶体管761，晶体管762、763形成一个电流镜并耦接晶体管761，晶体管765、766形成另一个电流镜并耦接晶体管763，以产生放电电流。
脉波宽度调变讯号PWM使能时，是会使电容770充电，并于脉波宽度调变讯号PWM中止时放电。此外，脉波讯号SP透过一个晶体管772对电容770放电，晶体管772耦接电容770并接收脉波讯号SP，因此，一个线型估测讯号产生于电容770。脉波讯号SN透过一个非门774使能一个D型触发器775，非门774耦接于脉波讯号SN与D型触发器775之间。脉波宽度调变讯号PWM中止时，脉波宽度调变讯号PWM与D型触发器775的输出讯号是使能一个与门779，以产生驱动讯号SB。一个非门756耦接于脉波宽度调变讯号PWM与与门779的一个输入端之间，D型触发器775的一个输出端Q耦接与门779的另一个输入端，D型触发器775的一个输入端D耦接电源VCC，D型触发器775的一个重置输入端R耦接一个比较器773的一个输出端。一个临界电压VTH3耦接于比较器773的一个负输入端，比较器773的一个正输入端耦接电容770，以接收该线性估测讯号。当该线性估测讯号低于临界电压VTH3时，比较器773将重置D型触发器775，以中止驱动讯号SB，所以驱动讯号SB是依据调整讯号RP与脉波宽度调变讯号PWM的脉波宽度所产生。
当功率转换器运作于边界模式时，电感80(如图1所示)的磁化通量(magnetized flux)ΦC是等于本身的消磁通量(demagnetized flux)ΦD，边界模式意指功率转换器运作于连续电流模式与非连续电流模式之间。其方程式如下所示：
ΦC＝ΦD------------------------------------(3)
Φ = B × Ae = V × T N - - - ( 4 )
[ ( V IN × N S N P ) - V O ] × T CHARGE = V O × T DISCHARGE - - - ( 5 )
T DISCHARGE = { [ ( V IN × N S N P ) - V O ] / V O } × T CHARGE - - - ( 6 )
TDISCHARGE＝K×TCHARGE--------------------------(7)
其中，B为磁通密度；Ae为电感80的截面积；NS/NP为变压器10的圈数比；磁化时间(TCHARGE)为脉波宽度调变讯号PWM的脉波宽度；电感80的消磁时间(TDISCHARGE)表示磁化与消磁的边界状态。
承接上述，电感80的消磁时间TDISCHARGE可依据上述的方程式(6)求得，也就是说可依据输入电压VIN(如图1所示)、输出电压V0(如图1所示)与磁化时间TCHARGE(脉波宽度调变讯号PWM的脉波宽度)估测消磁时间TDISCHARGE。若输入电压VIN与输出电压V0可设为一个固定值，则可依据上述的方程式(7)估测出消磁时间TDISCHARGE，其中方程式(7)中的K值可由调整讯号RP来调整，所以驱动讯号SB的导通时间是依据方程式(7)所示的消磁时间TDISHARGE所产生。请参阅图12，其显示本发明的切换讯号A、B、C、D、同步讯号XPN/YPN、脉波讯号SP/SN与驱动讯号SB的波形。功率转换器运作于非连续电流模式(电感80完全消磁)之前，驱动讯号SB为中止状态。
请参阅图13，其为本发明的一个同步整流器50的电路图，其亦为同步开关。图13所示的电路亦即为图1所示的同步开关51与52，同步开关51与52是用以作为同步整流器。同步整流器50包含具有晶体管305与310的一个功率开关300、二极管350、360、56、一个电容57与一个控制电路500。第一二极管350并联第一个晶体管305，第二二极管360并联第二晶体管310，晶体管305与310背对背相串联。晶体管305与310耦接于输入端K与输出端G之间，输入端K耦接于变压器10的二次侧(如图1所示)，输入端K做为一个整流端。输出端G耦接于功率转换器的输出端。
复参阅图13，控制电路500的一个第一脉波输入端WP与一个第二脉波输入端WN接收二次侧切换电路100(如图1所示)输出的脉波讯号SP1/SN1或SP2/SN2，用于产生脉波讯号WP/WN，并分别于栅极驱动端S1、S2产生栅极驱动讯号(gate-drive signal)S1、S2。栅极驱动讯号S1、S2分别作为一个第一控制讯号与一个第二控制讯号，栅极驱动讯号S1、S2分别用以控制晶体管305与310的导通/截止。二极管56与电容57形成一个充电升压电路(charge-pump circuit)，以供应电源至控制电路500。电源VCC透过二极管56对电容57充电。控制电路500的一个电源端VDD与一个接地端GND并联电容57，控制电路500的接地端GND更耦接晶体管305、310的源极与接地端。
请参阅图14，其为本发明的控制电路500的一个实施例的电路图。如图所示，控制电路500包含电阻511、521与513、523，其是提供偏压终端，以用于接收脉波讯号WP/WN。电阻511、513耦接电源VDD，电阻521、523耦接至接地端，电阻511串联电阻521，电阻513串联电阻523。脉波讯号WP/WN是输入比较器510与520，比较器510与520分别具有偏移电压515与525，用于产生磁滞以进行比较。一个比较器530具有一个临界讯号VTH， 其耦接比较器530的一个正输入端，比较器530的一个负输入端耦接输入端K。
承接上述，比较器510的一个输出端透过一个非门541与一个与门545使能一个D型触发器543，D型触发器543的动作如同一个栓锁电路(latch circuit)，以接收脉波讯号WP/WN，而依据脉波讯号WP/WN的极性设定或重置该栓锁电路。非门541耦接于比较器510的输出端与与门545的一个输入端之间，与门545的另一个输入端耦接比较器530的一个输出端。D型触发器543的一个输入端D耦接电源VDD，比较器520的一个输出端透过一个与门546控制D型触发器543的一个重置输入端R。D型触发器543的一个输出端Q与比较器530的输出端分别耦接一个与门547的两输入端，与门547的一个输出端产生栅极驱动讯号S1，用于控制第一个晶体管305(如图13所示)的导通/截止，所以第一个晶体管305的导通/截止受控于D型触发器543的状态。
复参阅图14，栅极驱动讯号S1的最大导通时间是受限于一个最大导通时间电路(Maximum-On-Time circuit，MOT circuit)650，栅极驱动讯号S1耦接最大导通时间电路650。最大导通时间电路650于一个消隐时间(Blanking Time)后，是依据栅极驱动讯号S1的使能状态，而产生一个最大导通时间讯号SM。最大导通时间讯号SM透过一个非门542输入至与门546的一个第一个输入端，与门546的第二输入端接收一个启用电源重置(power-on reset)讯号RST，与门546的第三输入端耦接比较器520的输出端，与门546的一个输出端耦接D型触发器543的重置输入端R，用于重置D型触发器543。所以栅极驱动讯号S1的最大导通时间受限于最大导通时间电路650的消隐时间。一旦脉波讯号WP/WN(低准位作动)产生时，即产生栅极驱动讯号S1，以截止第一个晶体管305，其可表示为如下方程式(8)：
VWP-VWN＞V525--------------------------------(8)
当以下所示的方程式(9)与(10)成立时，栅极驱动讯号S1将会导通第一个晶体管305，方程式(9)与(10)如下所示：
VWN-VWP＞V515---------------------------------(9)
VK＜VTH-------------------------------------(10)
其中，VWP与VWN为脉波讯号WP/WN的电压值；VK为输入端K的电压值；VTH为临界讯号VTH的电压值；V515为偏移电压515的电压值；V525为偏移电压525的电压值。
承接上述，一旦图13所示的第一二极管350导电时，输入端K的电压将会低于临界讯号VTH的电压。第一个晶体管305可仅导通于第一二极管350导通后，其同步变压器10(如图1所示)的切换与极性，以及达到第一个晶体管305的柔性切换。一个或门548的一个输出端产生另一个栅极驱动讯号S2，用于切换第二晶体管310(如图13所示)的导通/截止。或门548的一个输入端接收栅极驱动讯号S1，或门548的另一个输入端耦接于一个单击讯号产生器600，并受控于单击讯号产生器600。单击讯号产生器600的一个输入端IN耦接比较器510的输出端，所以栅极驱动讯号S2是依据脉波讯号WP/WN所产生，此外栅极驱动讯号S2的导通/截止系关联于栅极驱动讯号S1。
请参阅图15，其为本发明的单击讯号产生器600的一个实施例的电路图。如图所示，一个电流源610耦接一个电容615，以对电容615充电，电流源610耦接电源VDD。一个晶体管612耦接电容615，以对电容615放电。输入讯号传送至单击讯号产生器600的输入端IN，并透过一个非门611输入至晶体管612，以控制晶体管612。输入讯号亦传送至一个与门625的一个输入端，与门625的另一个输入端透过一个非门620耦接电容615，与门625的一个输出端耦接单击讯号产生器600的输出端OUT，而产生单击讯号产生器600的输出讯号，亦即一个单击讯号(one-shoot signal)。当单击讯号产生器600的输入讯号为一个逻辑低准位(logic-low)时，电容615即放电，且与门625的输出端的输出讯号亦为逻辑低准位。当单击讯号产生器600的输入讯号变成为逻辑高准位(logic-high)时，电流源610将开始对电容615充电，与门625即会输出该单击讯号。电流源610的电流值与电容615的电容值决定该单击讯号的脉波宽度。
请参阅图16，其为本发明的最大导通时间电路650的一个实施例的电路图。如图所示，一个电流源660耦接一个电容665，以对电容665充电，电流源660耦接电源VDD。一个晶体管662耦接电容665，以对电容665放电。栅极驱动讯号S1透过一个非门661而控制晶体管662，栅极驱动讯号S1更输入至一个与门685的一个输入端，与门685的另一个输入端耦接电容665。一旦栅极驱动讯号S1使能时，与门685的一个输出端将会产生最大导通时间讯号SM，以于消隐时间之后中止栅极驱动讯号S1。电流源660的电流值与电容665的电容值决定该消隐时间的时间长度。
请参阅图17，其为本发明具同步调整电路的功率转换器的另一个较佳实施例，此实施例的大多数电路是与上述的图1实施例的电路相同，在此不再赘述，此实施例与图1实施例的差异在于此实施例包含有一个脉波变压器(pulse transformer)47，其动作如同隔离装置。
以上所述，仅为本发明的一个较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种功率转换器的同步调整电路，其特征在于，其包含：
一个一次侧切换电路，其产生一个切换讯号与一个同步讯号，该切换讯号切换一个变压器；
一个二次侧切换电路，其耦接该功率转换器的一个输出端，并依据该同步讯号与一个回授讯号产生一个脉波讯号；
一个隔离装置，其耦接该一次侧切换电路，用于转换该变压器的一次侧的该同步讯号至该变压器的二次侧的该二次侧切换电路；以及
一个同步开关，其具有一个功率开关与一个控制电路，该功率开关耦接于该变压器的二次侧与该功率转换器的该输出端之间，该控制电路接收该脉波讯号，用于导通/截止该功率开关；
其中，该回授讯号关联于该功率转换器的该输出端的输出，该脉波讯号为一个差动讯号用于整流与调整该功率转换器，该脉波讯号的极性决定该功率开关的导通/截止。
2.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该二次侧切换电路包含一个差动模式的二个晶体管，以传送该脉波讯号至该同步开关。
3.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，其更包含：
一个返驰式开关，其耦接该同步开关与该功率转换器的该输出端，该返驰式开关依据该功率开关的截止状态而导通，该返驰式开关的一个导通时间关联于该功率开关的一个导通时间。
4.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该功率开关包含一个第一晶体管与一个第二晶体管，该第一晶体管与该第二晶体管相互串联，该第一晶体管具有一个第一二极管，该第一晶体管并联该第一二极管，该第二晶体管具有一个第二二极管，该第二晶体管并联该第二二极管。
5.如权利要求4所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该控制电路产生一个第一控制讯号与一个第二控制讯号，以分别控制该第一晶体管与该第二晶体管，该第一二极管导电时，该第一晶体管导通。
6.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该隔离装置是一个脉波变压器或多个电容。
7.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该一次侧切换电路依据该切换讯号产生该同步讯号，该切换讯号与该同步讯号之间形成一个延迟时间。
8.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该二次侧切换电路包含：
一个调整装置，其产生一个调整讯号；以及
一个线型估测电路，其依据该调整讯号与该同步讯号产生一个驱动讯号，该驱动讯号用以控制一个返驰式开关。
9.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该二次侧切换电路包含：
一个脉波宽度调变电路，其依据该同步讯号产生一个脉波宽度调变讯号；
一个误差放大器，其耦接该功率转换器的该输出端，接收该回授讯号并产生一个误差讯号；
一个斜坡电路，其依据该脉波宽度调变讯号产生一个斜坡讯号；
一个脉波讯号产生器，依据该脉波宽度调变讯号产生该脉波讯号；
其中，该脉波宽度调变讯号依据该同步讯号而使能，该脉波宽度调变讯号依据该同步讯号与一个清除讯号而中止，该脉波宽度调变电路依据该误差讯号与该斜坡讯号产生该清除讯号。
10.如权利要求9所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该二次侧切换电路更包含：
一个柔性启动电路，其依据一个重置讯号产生一个柔性启动讯号，该柔性启动讯号用以控制该脉波宽度调变讯号的脉波宽度。
11.如权利要求9所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该二次侧切换电路更包含：
一个电源管理电路，其接收该误差讯号，并产生一个轻载讯号，该一次侧切换电路接收该轻载讯号，以于该功率转换器在一个轻载期间而中止该切换讯号。
12.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该同步开关包含：
一个整流端，其耦接该变压器的二次侧；
一个接地端，其耦接该功率转换器的该输出端；
一个第一输入端；以及
一个第二输入端；
其中，该功率开关耦接该整流端与该接地端之间，该第一输入端与该第二输入端接收该脉波讯号，以导通/截止该功率开关。
13.如权利要求1所述的功率转换器的同步调整电路，其特征在于，该控制电路包含一个栓锁电路，其接收该脉波讯号，以设定或重置该栓锁电路，该栓锁电路导通/截止该功率开关。
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