CN101277068B - 同步调整电源转换器及同步调整电路 - Google Patents

Abstract

一种同步调整电源转换器。二次侧切换电路耦接电源转换器的输出端，用以根据反馈信号产生脉冲信号及同步信号。隔离装置耦接二次侧电路，用以将同步信号由电源转换器的二次侧传送至该电源转换器的一次侧。一次侧切换电路根据同步信号来产生多个切换信号以切换变压器的一次侧线圈。同步开关具有电源开关组以及控制电路。电源开关组由变压器的二次侧线圈耦接至电源转换器的输出端，且接收脉冲信号以根据脉冲信号的极性来导通或关闭电源开关组。反馈信号与电源转换器的输出端相关联，且脉冲信号是产生用来校正及调整电源转换器。

Description

同步调整电源转换器及同步调整电路 

技术领域

本发明是有关于一种电源转换器，特别是有关于一种同步调整电源转换器。 

背景技术

离线电源转换器包括电源变压器，其提供AC导线输入与电源转换器输出间的隔离，以维护安全。在进来的发展中，在变压器的一次侧(primary side)使用柔性切换拓朴(switching Topology)且在变压器的二次侧(secondary side)提供同步校正器，来到达较高的电源转换效率。在其中，Christophse，P.Henze等人所提出的美国专利编号4,855,888”Constant frequency resonant powerconverter with zero voltage switching”、Guichao C.Hua与Fred C.Lee所提出的美国专利编号5,442,540”Soft-switching PWM converters”、以及Yang等人所提出的美国专利编号6,744,649”Zero switching power converter operable asasymmetrical full-bridge converter”揭示了全桥准谐振式零电压切换(zerovoltage switching，ZVS)技术。前述电源转换器在轻负载时具有低效率的缺点。不足的循环电源导致切换困难且造成低效率。在二次侧使用同步校正器的目的在于减少整流器的功率损失。同步校正的叙述可在Yang所提供的美国专利编号7,173,835”Control circuit associated with saturable inductor operated assynchronous rectifier forward power converter”中获得。此技术的缺点在于附加装置，例如饱和线圈及电流感测电阻器，会造成额外的功率消耗。本发明的目的在于整合同步校正器与调整电路以达到较高的效率。不再需要切换阶。二次侧切换电路、二次侧同步校正器、以及调整电路实现由无载到满载的高效率功率转换。 

发明内容

本发明提供同步调整电路、以及电源转换器。本发明实施例的同步调整电路改善离线电源转换器的效率。其包括一次侧切换电路、二次侧切换电路、同步开关、以及反驰式开关。二次侧切换电路耦接电源转换器的输出端，以根据振荡信号与反馈信号产生脉冲信号及同步信号。反馈信号与该电源转换器的输出端相关联。同步信号通过隔离装置由电源转换器的二次侧耦合至一次侧。一次侧切换电路根据同步信号产生开关信号。开关信号用来切换变压器。脉冲信号则是产生来校正与调整电源转换器。同步开关包括电源开关与控制电路。电源开关连接于变压器的二次侧与电源转换器的输出端之间。控制电路操作来接收脉冲信号以切换电源开关。脉冲信号由二次侧切换电路耦合至控制电路。脉冲信号的极性决定了电源开关的状态。反驰式开关连接至电源开关与电源转换器的输出端。反驰式开关根据电源开关的关闭状态而导通。反驰式开关的导通期间为可编程的，且与电源开关的导通时间相关联。 

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。 

附图说明

图1表示根据本发明实施例具有同步调整电路的离线电源转换器； 

图2表示根据本发明实施例的二次侧切换电路； 

图3表示根据本发明实施例的斜坡电路； 

图4表示根据本发明实施例的脉冲信号产生器270的电路图； 

图5表示根据本发明实施例的振荡电路； 

图6表示根据本发明实施例的反馈电路； 

图7表示根据本发明实施例的切换信号A、B、C、及D的波形图； 

图8表示根据本发明实施例的切换信号以及同步信号； 

图9表示根据本发明实施例的一次侧切换电路图； 

图10表示根据本发明实施例的切换信号、关闭信号、以及延迟信号的波形； 

第11表示根据本发明实施例的一最大导通时间(MOT)电路； 

图12表示根据本发明实施例的同步开关； 

图13表示根据本发明实施例的控制电路； 

图14表示根据本发明实施例的单击信号产生器； 

图15表示根据本发明实施例的另一最大导通时间(MOT)电路； 

图16表示根据本发明实施例的线性预测(LPC)电路； 

图17表示根据本发明实施例的切换信号、同步信号、脉冲信号、栅极驱动信号、以及驱动信号的波形图；以及 

图18表示根据本发明另一实施例具有同步调整电路的电源转换器。 

主要组件符号说明： 

图1： 

10～变压器；20、35、30、35～电源开关；21、26、31、36～二极管；39～电阻器；40～一次侧切换电路；45、46～电容器；51、52～同步开关；65～功率因子校正(PFC)电路；70～反驰式开关；80～线圈；85、93、96～电容器；91、92、95～电阻器；100～二次侧切换电路；N_P～一次侧线圈；N_S1、N_S2～二次侧线。 

图2： 

95～电阻器；100～二次侧切换电路；222～与门；223～缓冲器；230～SR型触发器；235～比较器；236～与门；250～斜坡电路；270～脉冲信号产生器；291、292、293、294～晶体管；450～振荡电路(OSC)；700～反馈电路。 

图3： 

250～斜坡电路；251～反向器；252～晶体管；256～电流源；257～电容器；258～～比较器。 

图4： 

270～脉冲信号产生器；271、281～电流源；272、276、286～反向器；273、283～晶体管；275、285～电容器；278、288～与门；289～或门。 

图5： 

450～振荡电路(OSC)；451、452、453～电流源；461、462、463～开关；471、472、473、474～比较器；481、482～与非门；483、484～反向器483； 495、496～与门。 

图6： 

96～电容器；700～反馈电路；710～运算放大器；715～电平移位晶体管；720、725～电阻器；730～电流源；731～放电晶体管；732、742、744～反向器；735～单位增益采冲器；736～二极管；738、740～比较器；739～向上/下计数器；741～电容器；743～触发器；745～与门。 

图9： 

40～一次侧切换电路；410、411、412、413～电阻器；417、418～比较器；415、416～偏移电压；420、421～与门；425～T型触发器；426、427～D型触发器；431、432～反向器431；433、435～或门；440～SR触发器；441～反向器；442～或门；443～比较器；445～定时器；650～最大导通时间(MOT)电路。 

图11： 

650～最大导通时间(MOT)电路；660～电流源；661～反向器；662～晶体管；665～电容器；685～与门。 

图12： 

50～同步开关；56～二极管；57～电容器；300、310～电源开关；305～电源开关组；350、360～二极管；500～控制电路。 

图13： 

500～控制电路；511、521、513、523～电阻器；512、514～齐纳二极管；510、520～比较器；515、525～偏移电压；530～比较器；541、542～反向器；543～D型触发器；545、546、547～与门；548～或门；655～最大导通时间(MOT)电路；600～单击信号产生器。 

图14： 

600～单击信号产生器；610～电流源；611～反向器；612～晶体管；615～电容器；620～反向器；625～与门。 

图15： 

655～最大导通时间(MOT)电路；860～电流源；861～反向器；862～晶 体管；865～电容器；885～与门。 

图16： 

95～电阻器；750～线性预测(LPC)电路；751～电流源；752～开关；753～开关；754～反向器；756～反向器；760～操作放大器；761、762、763、765、766～晶体管；770～电容器；772～晶体管；773～比较器；774～反向器；775～D型触发器；779～与门。 

图18： 

10～变压器；20、35、30、35～电源开关；21、26、31、36～二极管；39～电阻器；40～一次侧切换电路；47～脉冲变压器；51、52～同步开关；70～反驰式开关；80～线圈；85、93、96～电容器；91、92、95～电阻器；100～二次侧切换电路；N_P～一次侧线圈；N_S1、N_S2～二次侧线。 

具体实施方式

图1是表示根据本发明实施例具有同步调整电路的离线电源转换器。此电源转换器包括变压器10，其具有一次侧与二次侧。在一次侧，变压器10的一次线圈N_P连接至四个电源开关20、25、30、及35，以切换变压器10。一次侧切换电路40根据同步信号Y_P及Y_N来产生切换信号A、B、C、及B。切换信号A、B、C、及D用来切换变压器10的一次侧N_P。一次侧切换电路40还产生使能信号ENB，其用来控制电源转换器中功率因子校正(power factorcorrection，PFC)电路65的开关状态。使能信号ENB表示电源转换器的输出负载状态。PFC电路65一般使用在电源转换器的功率因子校正。此外，电流感测装置39根据变压器10的切换电流产生电流感测信号CS，一旦电流感测信号CS超越过电流临界值时，电流感测信号CS禁能(disabled)切换信号A、B。 

变压器10的二次侧包括第一二次侧线区N_S1以及第二二次侧线圈N_S2。根据变压器10的切换，切换电压跨越二次侧线圈N_S1及N_S2而产生。第一同步开关51具有连接第一二次侧线圈N_S1的端点K第一同步开关51的端点G连接电源转换器的输出端。第二同步开关52的端点K(整流端点)连接二次侧线圈N_S2，且其端点G(调整端点)连接电源转换器的输出端。同步开关51及52包括电源 开关及控制电路。电源开关耦接于端点K及G之间。控制电路是操作来接收脉冲信号(S_P及S_N，或W_P及W_N)，以导通或关闭电源开关。 

第一同步开关51耦接至二次侧切换电路100，以接收分别来自端点SP1及SN1且传送至端点WP及WN的脉冲信号S_P1及S_N1。第二同步开关52也耦接至二次侧切换电路100，以接收分别来自端点SP1及SN1的脉冲信号S_P2及S_N2。二次侧切换电路100耦接至电源转换器的输出端，以根据二次侧切换电路100内部产生的震荡信号以及反馈信号F_B，来产生同步信号X_P及X_N以及脉冲信号S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2。反馈信号F_B因此与电源转换器的输出电压V_O相关联。同步信号Y_N及Y_P通过隔离装置(例如电容器45及46)而产生。电容器45及46连接至二次侧切换电路100，以转换同步信号X_P及X_N。脉冲信号S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2的产生是关于电源转换器的校正与调整。S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2的极性决定了电源开关的导通/关闭状态。 

线圈80耦接至第一二次侧线区N_S1及第二二次侧线圈N_S2，且耦接至电源转换器的输出电压V_O。返驰式开关70分别通过二次侧线区N_S1及N_S2耦接至同步开关51及52。反馈开关还耦接至电源转换器的输出端的接地，以续流(freewheel)线圈80的切换电流。二次侧切换电路100的端点SB产生驱动信号S_B以控制返驰式开关70。返驰式开关70根据电源开关的关闭状态而导通。返驰式开关70的导通期间为可规划的，且与电源开关的导通时间相关联。此外，同步信号X_P及X_N以及脉冲信号S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2是根据电源开启信号PS_ON而产生。此电源开启信号PS_ON是使用来控制电源转换器的开启/导通状态。使能信号也根据电源开启信号PS_ON而产生。电容器93连接至二次侧切换电路100以作为回路补偿。电容器96是用来作为柔性启动(soft-start)。电阻器95则是提供来规划返驰式开关70的导通期间。 

图2是表示二次侧切换电路100的电路图。振荡电路(oscillation circuit，OSC)450产生振荡信号PS₁、PS₂、及PS₃。振荡信号PS₁、PS₂、及PS₃耦接至SR型触发器230的输入端，与门236及比较器235形成脉冲宽度调制(pulsewidth modulation，PWM)电路，以根据振荡信号PS₂及PS₃在SR型触发器230的输出端产生脉冲宽度调制信号PWM。SR型触发器230的输入端CLR受与 门236的输出端控制。与门236的输入端受控于比较器235。反馈电路700包括误差放大器、柔性启动电路、保护电路、以及电源管理电路。在电源转换器的轻载期间，反馈电路700产生关闭控制信号S_OFF以节省功率。此外，当电源转换器的反馈为开回路时，将产生关闭控制信号S_OFF。关闭控制信号S_OFF用来禁能切换信号A及B(表示于图1)，且关闭同步开关51及52的电源开关。反馈电路700的误差放大器及柔性启动电路根据反馈信号F_B及柔性启动信号S_S来产生误差信号V_F。斜坡电路250是设计来根据脉冲宽度调制信号PWM而产生斜坡信号V_SAW及最大工作周期信号M_D。误差信号V_F及斜坡信号V_SAW连接至比较器235。比较器235的输出端、电源开启信号PS_ON、及最大工作周期信号M_D连接至与门236，以产生清除信号V_CLR，用来禁能脉冲宽度调制信号PWM。 

脉冲信号产生器270根据脉冲宽度调制信号PWM以及振荡信号PS₂产生脉冲信号S_P及S_N。因此，脉冲宽度调制信号PWM根据振荡信号PS₃而被使能。脉冲宽度调制信号PWM则根据振荡信号PS₂及清除信号V_CLR而被禁能。柔性启动信号S_S用来控制脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度。脉冲信号S_P及S_N 为差动信号。脉冲信号S_P及S_N的极性由脉冲宽度调制信号PWM所决定。脉冲信号S_P及S_N用来通过晶体管291及292控制脉冲信号S_P1及S_N1。脉冲信号S_P及S_N还用来通过晶体管293及294控制脉冲信号S_P2及S_N2。电阻器295用来限制晶体管291、292、293、及294的电流。脉冲信号S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2 为差动信号。脉冲信号S_P1、S_N1、S_P2、及S_N2的极性(低态动作，active low)与脉冲信号S_P及S_N的极性(高态动作，active high)相反。 

同步信号X_P及X_N也为差动信号。同步信号X_P及X_N的极性控制切换信号A、B、C、及D(表示于图1)。与门222及缓冲器223产生同步信号X_P及X_N。同步信号X_P产生于输出端。同步信号X_N则由缓冲器223所输出。缓冲器223的输入信号是振荡信号PS₂。振荡信号PS₃、电源开启信号PS_ON、关闭控制信号S_OFF连接至与门222。因此，切换信号A、B、C、及D由关闭控制信号S_OFF及电源开启信号PS_ON所控制。 

此外，线性预测(linear-predict circuit，LPC)电路750用来产生驱动信号 S_B。驱动信号S_B根据规划信号R_P、脉冲宽度调制信号PWM、及脉冲信号S_P 及S_N来控制反驰式开关70(表示于图1)。规划装置，例如电阻器95，是提供来产生规划信号R_P。 

图3是表示斜坡电路250的电路图。电流源256根据脉冲宽度调制信号PWM的使能来对电容器257充电。当脉冲宽度调制信号PWM被禁能时，脉冲宽度调制信号PWM则通过反向器251及晶体管252来使电容器257放电。斜坡信号V_SAW因此产生于电容器257。临界值V_TH1连接至比较器258的输入端。比较器的另一输入单则连接斜坡电压V_SAW。当斜坡信号V_SAW高于临界值V_TH1 时，比较器的输出端将产生最大工作周期信号M_D，以禁能脉冲宽度调制信号PWM。因此，限制了脉冲宽度调制信号PWM的最大导通期间。 

图4是表示脉冲信号产生器270的电路图。脉冲信号S_P及S_N为差动信号。正极性的脉冲信号S_P及S_N是根据脉冲宽度调制信号PWM的上升沿而产生，而负极性的脉冲信号S_P及S_N是根据脉冲宽度调制信号PWM的下降沿及振荡信号P_S2而产生。因此，脉冲信号S_P及S_N是单击(one-shot)信号。脉冲信号S_P及S_N是的脉冲宽度短于切换信号A、B、C、及D的脉冲宽度。电流源271用来对电容器257充电。当脉冲宽度调制信号PWM被禁能时，脉冲宽度调制信号PWM则通过反向器272及晶体管273来使电容器275放电。与门278的输入端连接反向器276的输出端及脉冲宽度调制信号PWM。电流源281用来对电容器285充电。当脉冲宽度调制信号PWM使能时，脉冲宽度调制信号PWM则通过晶体管283来使电容器285放电。电容器258连接至反向器286的输入端。与门255的输入端连接至反向器286的输出端及反向器272的输出端。与门288的输出端及振荡信号P_S2连接至或门289。与门278的输出端以及或门289的输出端分别产生脉冲信号S_P及S_N。脉冲信号S_P及S_N的脉冲宽度由电流源271及281的电流以及电容器275及285的电容值来决定。 

图5表示振荡电路450的电路图。振荡电路450产生振荡信号PS₁、PS₂、以及PS₃。电流源451耦接来通过开关461对电容器455充电。电流源453耦接来通过开关463及461对电容器455充电。另一电流源452耦接来通过开关462使电容器462放电因此在电容器455产生锯齿信号。电容器455还连接至 比较器471、472、473、及474。比较器471、472、473、及474分别具有临界值V_H、V_L、V_M1、及V_M2。与非门481及482形成SR箝制电路以耦接至比较器471及472的输出端。与非门481的输出端通过反向器483产生一充电信号。此充电信号用来控制开关461。反向器483的输出端连接至另一反向器484以产生振荡信号P_S1。振荡信号P_S1也用来控制开关462以及与门495及496。与门495的输入端连接至比较器473的输出端，以产生振荡信号P_S2。此外，与门496的输入端连接至比较器474的输出端以及关闭控制信号S_OFF，以产生振荡信号P_S3。关闭控制信号S_OFF还用来控制开关463。振荡信号P_S1、P_S2、以及P_S3的频率根据关闭控制信号S_OFF的使能(低态动作，active low)而减少。 

图6表示反馈电路700的电路图。误差放大器包括运算放大器710、电平移位晶体管715、以及电阻720及725。柔性启动电路包括电流源730、放电晶体管731、单位增益缓冲器735、反向器732、以及二极管736。比较器740、电容器741、反向器742、以及触发器743形成电源管理电路。此外，比较器738、向上/下计数器739、反向器组合成保护电路，用以提供开回路保护。 

参考电压V_REF以及反馈电压F_B耦接至运算放大器710。运算放大器710为转导放大器。运算放大器710的输出端Com连接至电容器96，以作为回路补偿。输出端Com还通过二极管736耦接至单元增益缓冲器735。与电容器96相关联的电流源730产生软启动信号S_S。晶体管731用来根据电源开启信号PS_ON而此电容器96放电。因此软启动电路将根据电源开启信号PS_ON来产生柔性启动信号S_S。电平移位晶体管715及电阻器720及425提供电平偏移及衰减给操作放大器710的输出信号。误差信号V_F产生于电阻器725。 

临界值V_TH2连接至比较器740的正输入端。比较器740的负输入端耦接来接收误差信号V_F。一旦误差信号V_F低于临界值V_TH2，电源管理信号将在比较器740的输出端产生。电源管理信号的使能表示电源转换器的轻载。电容器741连接比较器740的输出端，以提供解弹跳(debounce)。电源管理信号的使能将根据振荡信号PS₁来产生轻载信号S_LT给触发器743的输出端。轻载信号S_LT 还连接至与门745以产生关闭控制信号S_OFF。开回路信号S_OPL通过反向器744产生在向上/下计数器739的输出端。临界值V_TH3连接至比较器738的负输入 端。比较器738的正输入端接收误差信号V_F。一旦误差信号V_F高于临界值V_TH3，防护信号S_P将产生于比较器738的输出端。防护信号S_P的使能表示电源转换器的输出为过渡负载及/或短回路。假使防护信号S_P产生，接者在向上/下计数器739的延迟及解弹跳，将会产生开回路信号S_OPL。关闭控制信号S_OFF因此根据轻载信号S_LT及防护信号S_P而产生。在电源转换器的轻载期间，产生轻载信号S_LT。当电源转换器的反馈为开回路时，则产生防护信号S_P。 

图7表示切换信号A、B、C、及D的波形图。参阅图7及图1，阶段T1表示一旦切换信号A关闭时，在一延迟时间T_D后切换信号D将会导通。漏电感L_PL(变压器10的一次侧线圈N_P的漏电感)所产生的循环电流将导通二极管36，其导致电源开关35的柔性切换。此漏电感L_PL及电源开关的寄生电容C_J形成谐振槽。其谐振频率为： 

$F_R=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{PL}}\×C_J}}---\left(1\right)$

为了完成柔性切换而所需的延迟时间T_D： 

$T_D=\frac{1}{4\×F_R}---\left(2\right)$

切换信号C在阶段T2导通。切换信号B在另一延迟时间T_D后导通，在二极管31导通后电源开关30因此柔性切换(阶段T3)。阶段T5表示一旦切换信号B关闭时，在延迟时间T_D后切换信号C导通。在切换导通电源开关25前，循环电流将导通二极管26。切换信号D在阶段T6关闭。在延迟时间T_D 后切换信号A导通，因此在二极管21导通后，电源开关20柔性切换(阶段T7)。因此，在切换信号A及D之间以及切换信号B及C之间具有相位偏移，则可完成对应切换晶体管的柔性切换。 

图8表示切换信号A、B、C、及D以及同步信号X_PN及Y_PN(X_PN表示信号X_P与X_N之间的差动信号，Y_PN表示信号Y_P与Y_N之间的差动信号)。负极性同步信号X_PN及Y_PN是产生来关闭切换信号A及B。正极性同步信号X_PN及Y_PN是产生来导通切换信号A及B。同步信号X_PN及Y_PN的脉冲宽度与切换信号A、B、C、及D的延迟时间T_D相关联。延迟时间T_D因此根据同步信号X_PN及Y_PN而形成于切换信号A、B、C、及D之间。本发明实施例的一次侧切换电路40包括定时器电路及最大工作周期时间。定时器电路根据同步信号Y_P及Y_N产生使能信号END。最大工作周期时间接收同步信号Y_P及Y_N以限制切换信号A、B、C、及D的最大周期。使能信号END用以控制电源转换器的功率因子校正(PFC)电路65的状态。 

图9表示一次侧切换电路40的电路图。电阻器410及411与电阻器412及413提供偏压终端，以接收同步信号Y_P及Y_N。同步信号Y_P及Y_N耦接至比较器417及418。比较器417及418分别具有偏移电压415及416，其产生迟滞现象用以作为对照。延迟时间信号DT₂产生在比较器417的输出端。延迟时间信号DT₃产生在比较器418的输出端。延迟时间信号DT₂及DT₃耦接至SR触发器440的输入端。SR型触发器440、或门442、反向器441、最大导通时间(maximum-on-time，MOT)电路650、及比较器443形成信号产生器，以在SR型触发器440的输出端产生关闭信号OFF。关闭信号OFF根据同步信号Y_P及Y_N而产生关闭信号OFF用来关闭切换信号A及B，且改变切换信号A、B、C、及D的状态。SR型触发器440的预设输入端受控于或门442的输出端。或门442的输入端受控于比较器443的输出端及最大导通时间电路650。比较器443的负输入端连接至过电流临界值V_CS。比较器443的正输入端接收电流感测信号CS。一旦电流感测信号CS超越过电流临界值时，将产生关闭信号OFF。另外，SR触发器440的输出端通过反向器441产生导通信号ON。导通信号ON耦接至最大导通时间电路650的输入端。最大导通时间电路650的输出端产生预设信号PST，其连接至或门442的输入端。假使关闭信号OFF被禁能且超过最大导通时间电路650的最大导通时间期间时，预设信号PST将预先调整SR型触发器440以使能关闭信号OFF。 

关闭信号OFF连接至T型触发器425以分为两信号。T型触发器425的输出端Q及Q连接至与门420及421以分别产生切换信号A及B。与门420及421的另一输入端则通过或非门436接收关闭信号OFF。关闭信号OFF的脉冲宽度提供截止时间给切换信号A及B。延迟时间信号DT₂通过反向器432来使能D型触发器426及427。D型触发器426及427的输入端D分别连接至T型触发 器425的输出端Q及Q。 

D型触发器426的输出端产生切换信号C。D型触发器427的输出端则产生切换信号D。延迟时间DT₃通过反向器431和或门433来重置D型触发器426。或门433的另一输入端受控于T型触发器425的输出端Q。延迟时间信号DT₃还通过反向器431和或门435来重置D型触发器427。或门435的另一输入端连接至T型触发器425的输出端Q。定时器445接收关闭信号OFF，用以产生使能信号ENB。假使关闭信号OFF连续不断地被使能(切换信号A及B被禁能)超过定时器445的终止期间，将产生使能信号ENB。因此，电源导通信号PS_ON的禁能将通过同步信号Y_P及Y_N而产生关闭信号OFF。在之后，使能信号END将关闭PFC电路65及电源转换器。 

图10是表示切换信号A、B、C、及D、关闭信号OFF、以及延迟信号DT₂及DT₃的波形。关闭信号OFF为短脉冲信号，其提供截止时间给切换信号A及B。当关闭信号OFF被使能时，产生延迟时间信号DT₂。在延迟时间信号DT₂被禁能后，产生延迟时间信号DT₃。当关闭信号OFF被禁能时，禁能延迟时间信号DT₃。 

图11是表示最大导通时间(MOT)电路650。电流源660连接来对电容器665充电。晶体管662则使电容器665放电。导通信号ON通过反向器661来控制晶体管662。导通信号ON还连接至与门685。与门685的另一输入端耦接至电容器665。一旦导通信号ON被使能，与门685的输出端将在最大导通时间期间后产生预设信号PST。最大导通时间期间则是根据电流源660的电流值以及电容器665的电容值而定。 

图12表示本发明实施例的同步开关50的示意图，其表示在图1中同步开关51及52的电路。同步开关50包括电源开关组305、二极管350及360、以及控制电路500，其中电源开关组305包括电源开关300及310。二极管350与电源开关300并联，且二极管360与电源开关310并联。电源开关300及310以背对背的方式串联。电源开关300及310还连接于端点K及G之间。端点K耦接至变压器10(表示于图1中)的二次侧。端点G则连接电源转换器的输出端。控制电路500的第一输出端及第二输入端耦接来接收脉冲信号W_P及W_N， 用以产生栅极驱动信号S₁及S₂。栅极驱动信号S₁及S₂分别用来导通/关闭电源开关300及310。二极管56及电容器57形成电压提升电路，以将电源供应提供至控制电路500。电压源V_CC通过二极管56对电容器57充电。控制电路500的端点V_DD极端点GND并联至电容器57。端点GND还连接至电源开关300及310的源极。 

图13是表示根据本发明实施例的控制电路500的示意图。电阻器511、521、513、及523提供偏压终端，以接收脉冲信号W_P及W_N。齐纳二极管(Zener diode)512及514是使用来作为防护。脉冲信号W_P及W_N耦接至比较器510及520。比较器510及520分别具有偏移电压515及525，其产生迟滞现象用以作为对照。临界值V_TH连接至比较器530的正输入端。比较器530的负输入端连接至端点K。比较器510的输出端通过反向器541与与门545来使能D型触发器543。D型触发器543像箝制电路般操作。与门545的另一输入端连接至比较器530的输出端。D型触发器543的重置输入端R通过与门546而受控于比较器520的输出端。D型触发器543的输出端及比较器530的输出端连接至与门547。栅极驱动信号S₁产生于与门547的输出端，以控制电源开关300的导通/关闭状态。栅极驱动信号S₁的最大导通期间受到最大导通时间(MOT)电路655限制。栅极驱动信号S₁连接至最大导通时间(MOT)电路655。在遮没时间(blanking time)，最大导通时间信号S_M将根据栅极驱动信号S₁的使能而产生。最大导通时间信号S_M通过反向器542连接至与门546。与门546的另一输入端连接至电源导通重置信号RST。与门546的输出端用来重置D型触发器543。栅极驱动信号S₁的最大导通期间因此受到最大导通时间电路655的遮没期间所限制。一旦脉冲信号产生如式(3)时，栅极驱动信号S₁将关闭电源开关300(表示于图12中)。 

V_WP-V_WN＞V₅₂₅----------------------------------------------(3) 

当满足式(4)及(5)时栅极驱动信号S₁(第一控制信号)将导通电源开关300(第一晶体管)。 

V_WN-V_WP＞V₅₁₅-----------------------------------------------(4) 

V_K＜V_TH---------------------------------------------------(5) 

其中，V_WP表示脉冲信号W_P的电压，而V_WN表示端点K的脉冲信号W_N的电压。V_TH表示临界值V_TH的电压，V₅₁₅表示偏移电压515的值，且V₅₂₅表示偏移电压525的值。 

参阅第12及13图，一旦二极管350(第一二极管)导通时，端点K的电压将低于临界值V_TH的电压。电源开关300可只在二极管350导通后导通，其同步变压器10的切换与极性M并达到电源开关300的柔性切换。另一栅极驱动信号S₂(第二控制信号)产生于或门548的输出端，用以切换电源开关310(第二晶体管)的导通/关闭状态。或门548的一输入端连接栅极驱动信号S₁。或门548的另一输入端受控于单击信号产生器600。单击信号产生器600的输入端连接比较器510的输出端。因此，栅极驱动信号S₂根据脉冲信号W_P及W_N而产生。在那之后，栅极驱动信号S₂的导通/关闭状态则对应栅极驱动信号S₁。 

图14表示单击信号产生器600的电路图。电流源610用来对电容器615充电。晶体管612则使电容器615放电。输入信号通过反向器611来控制晶体管612。输入信号还连接至与门625。与门625的另一输入端通过反向器620耦接至电容器615。与门625的输出端产生单击信号产生器600的输出信号。当输入端为逻辑低电平时，电容器放电，且与门625的输出端为逻辑低电平。当输入信号被充电至逻辑高电平时，电流源610将开始对电容器615充电。与门625将输出单击信号。电流源610的电流及电容器615的电容值决定了单击信号的脉冲宽度。 

图15表示最大导通时间(MOT)电路655。电流源860用来对电容器865充电。晶体管862则使电容器865放电。栅极驱动信号S₁通过反向器861控制晶体管862。栅极驱动信号S₁还连接至与门885。与门885的另一输入端耦接电容器865。一旦栅极驱动信号S₁被使能，与门885的输出端将产生最大导通时间信号S_M以在遮没前间后禁能栅极驱动信号S₁。遮没期间是由电流源860的电流以及电容器865的电容值所决定。 

图16表示线性预测(LPC)电路750的电路图。当电源转换器操作在间断电流模式下，线性预测电路750用来关闭反驰式开关70。在间断电流模式期间， 关闭反驰式开关70(表示在图2)将防止反向电流由输出电容器85流至反驰式开关70。电流源751通过开关752来对电容器770充电。放电电流则通过开关753来使电容器770放电。脉冲宽度调制信号PWM用来控制开关752。脉冲宽度调制信号PWM还通过反向器754来控制开关753。运算放大器760、电阻器95、以及晶体管761、762、763、765、及766形成电压-电流转换器。运算放大器760接收规划信号R_P，用以在晶体管766产生放电电流。电容器770根据脉冲宽度调制信号PWM的使能而被充电，且根据脉冲宽度调制信号PWM的使能而放电。另外，脉冲信号S_P通过晶体管772使电容器770放电。线性预测信号因此产生在电容器770。脉冲信号S_N通过反向器774来使能D型触发器775。脉冲宽度调制信号PWM与D型触发器775的输出端用来使能与门779，一旦脉冲宽度调制信号PWM被禁能时，与门779则产生驱动信号S_B。D型触发器775的重置输入端连接至比较器773的输出端。临界电压V_TH4连接至比较器773的负输入端。比较器773的正输入端连接至电容器770以接收线性预测信号。当线性预测信号低于临界值V_TH4时，比较器773将重置D型触发器775，以使驱动信号S_B失能。因此，驱动信号S_B根据规划信号R_P以及脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度而产生。 

当电源转换器操作在边界模式(boundary mode)下时，线圈80的磁通量(magnetic flux)Φ_C等于其去磁通量(demagnetic flux)Φ_D。边界模式是指电源转换器操作在连续电流模式与非连续电流模式之间。 

此等是表示如下： 

Φ_C＝Φ_D----------------------------------------------------(6) 

$\mathrm{\Φ}=B\×\mathrm{Ae}=\frac{V\×T}{N}---\left(7\right)$

$[\left(\frac{V_{\mathrm{IN}}\×N_S}{N_P}\right)-V_O]\×T_{\mathrm{CHARGE}}=V_0\×T_{\mathrm{DISCHARGE}}---\left(8\right)$

$T_{\mathrm{DISCHARGE}}=\left\{\right[\left(\frac{V_{\mathrm{IN}}\×N_S}{N_P}\right)-V_O]/V_O\}\×T_{\mathrm{CHARGE}}=V_O\×T_{\mathrm{DISCHARGE}}---\left(9\right)$

T_DISCHARGE＝K×T_CHARGE----------------------------------------(10) 

其中，B表示磁通量密度，A_e表示线圈80的截面面积，N_S及N_P表示变压器10的圈数比，磁化时间T_CHARGE等于脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度，且线圈80的去磁化时间T_DISCHARGE表示电源转换器的边界状态。 

线圈80的去磁化时间T_DISCHARGE可根据式(9)来获得。其也表示去磁化时间T_DISCHARGE可根据输入电压V_IN、输出电压V_O以及磁化时间T_CHARGE(脉冲宽度调制信号PWM的脉冲宽度)来预测。假使输入电压压V_IN及输出电压V_O可设定为常数，去磁化时间T_DISCHARGE可根据式(10)来获得，其中，K值可由规划信号R_P来规划。因此，驱动信号S_B的导通期间可根据式(10)的去磁化时间T_DISCHARGE来产生。 

图17表示切换信号A、B、C、及D、同步信号X_PN及Y_PN、脉冲信号S_PN及W_PN(S_P、S_N、W_P、及W_N)、栅极驱动信号S₁、以及驱动信号S_B的波形图。在电源转换器操作再见断电流模式前(线圈80完全去磁化)，驱动信号S_B被禁能。图18是表示根据本发明实施例另一具有同步调整电路的电源转换器，其中脉冲变压器47作为隔离装置。 

本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。 

Claims (26)

1.一种同步调整电源转换器，其特征在于，包括：

一二次侧切换电路，耦接所述电源转换器的输出端，用以根据一反馈信号产生一脉冲信号及一同步信号；

一隔离装置，耦接所述二次侧切换电路，用以将所述同步信号由所述电源转换器的二次侧传送至所述电源转换器的一次侧；

一一次侧切换电路，根据所述同步信号来产生一切换信号以切换一变压器的一次侧线圈以及根据所述同步信号来产生使能信号，且所述使能信号用以控制所述电源转换器的功率因子校正电路的状态；以及

一同步开关，具有一电源开关组以及一控制电路，其中，所述电源开关组由所述变压器的二次侧线圈耦接至所述电源转换器的输出端，且接收所述脉冲信号以根据所述脉冲信号的极性来导通或关闭所述电源开关组，所述反馈信号与所述电源转换器的输出端相关联，且所述脉冲信号是产生用来校正及调整所述电源转换器。

2.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述隔离装置包括多个电容器。

3.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，还包括多个切换晶体管，用以接收所述切换信号来切换所述变压器，其中，在所述切换信号中的两者间具有一相位偏移以达到所述切换晶体管的柔性切换，且所述切换信号的所述相位偏移是根据所述同步信号而产生。

4.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述一次侧切换电路还包括：

一定时器电路，用以根据所述同步信号产生所述使能信号；以及

一最大工作周期时间，接收所述同步信号以限制所述切换信号的最大周期。

5.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，还包括一电流感测装置，用以根据所述变压器的切换电流产生一电流感测信号，其中，所述 电流感测信号耦接所述一次侧切换电路，使得一旦所述电流感测信号超过电流临界值时，所述切换信号被禁能。

6.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述电源开关组包括串联的一第一电源开关与一第二电源开关，所述第一电源开关具有并联的一第一二极管，且所述第二电源开关具有并联的一第二二极管。

7.如权利要求6所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述控制电路产生一第一控制信号与一第二控制信号，所述第一控制信号用来控制所述第一电源开关，所述第二控制信号用来控制所述第二电源开关，且一旦所述第一二极管导通，所述第一电源开关导通。

8.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述隔离装置为一脉冲变压器。

9.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，还包括一反激式开关，耦接所述电源开关组，用以续流所述电源转换器的一线圈电流，其中，当所述电源开关组关闭时，所述反激式开关导通，且所述反激式开关的导通期间与所述电源开关的导通时间相关联。

10.如权利要求9所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述二次侧切换电路包括：

一编程装置，用以产生一编程信号；以及

一线性预测电路，根据所述编程信号及所述脉冲信号来产生一驱动信号以控制所述反激式开关。

11.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述二次侧切换电路还包括：

一振荡电路，用以产生多个振荡信号；

一脉冲宽度调制电路，用以根据所述振荡信号产生一脉冲宽度调制信号；

一误差放大器，耦接所述电源转换器的输出端，以接收所述反馈信号并产生一误差信号；

一柔性启动电路，用以根据一重置信号产生一柔性启动信号；

一斜坡电路，用以根据所述脉冲宽度调制信号来产生一斜坡信号； 

一比较器，根据所述误差信号及所述斜坡信号来产生一清除信号，以禁能所述脉冲宽度调制信号；

一脉冲信号产生器，用以根据所述脉冲宽度调制信号来产生所述脉冲信号，其中，所述振荡信号用以产生所述同步信号，所述同步信号为一差动信号，所述切换晶体管根据所述同步信号的极性而导通或关闭，所述脉冲宽度调制信号根据所述振荡信号而被使能，所述脉冲宽度调制信号根据所述振荡信号及所述清除信号而被禁能，所述柔性启动信号用以控制所述脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，所述脉冲信号为一差动信号，且所述电源开关组根据所述脉冲信号的极性而导通或关闭。

12.如权利要求11所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述二次侧切换电路还包括一电源管理电路，用以接收所述误差信号以产生一轻负载信号。

13.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述同步开关包括：

一整流端点，耦接所述变压器的二次侧；

一调整端点，耦接所述电源转换器的输出端；

一第一输入端点；

一第二输入端点，其中，所述电源开关组耦接于所述整流端点与所述调整端点之间，所述第一输入端点与所述第二输入端点用来接收所述脉冲信号以导通或关闭所述电源开关。

14.如权利要求1所述的同步调整电源转换器，其特征在于，所述控制电路包括一箝制电路，用以接收所述脉冲信号，以设定或重置所述箝制电路，且所述箝制电路用以导通或关闭所述电源开关。

15.一种同步调整电路，适用于一离线电源转换器，其特征在于，包括：

一二次侧切换电路，耦接所述电源转换器的输出端，用以根据一反馈信号产生一脉冲信号及一同步信号；

一一次侧切换电路，根据所述同步信号来产生一切换信号以切换一变压器以及根据所述同步信号来产生使能信号，且所述使能信号用以控制所述电源转 换器的功率因子校正电路的状态；

一电源开关组，由所述变压器耦接至所述电源转换器的输出端；以及

一控制电路，接收所述脉冲信号以导通或关闭所述电源开关组，其中，所述反馈信号与所述电源转换器的输出端相关联，所述脉冲信号为一第一差动信号且控制所述电源开关组以校正及调整所述电源转换器，所述同步信号为一第二差动信号，且通过一隔离装置由所述二次侧切换电路耦接至所述一次侧切换电路以产生所述切换信号。

16.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，所述隔离装置为一脉冲变压器或多个电容器。

17.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，还包括多个切换晶体管，用以接收所述切换信号来切换所述变压器，其中，在所述切换信号中的两者间具有一相位偏移以达到所述切换晶体管的柔性切换，且所述切换信号的所述相位偏移是根据所述同步信号而产生。

18.如权利要求17所述的同步调整电路，其特征在于，所述二次侧切换电路根据一电源导通信号来产生所述同步信号与所述脉冲信号，且一旦所述电源导通信号被禁能时，所述切换电路与所述电源开关组关闭。

19.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，所述一次侧切换电路还根据所述同步信号产生所述使能信号，且所述使能信号表示所述电源转换器的负载状态。

20.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，所述电源切换组包括串联的一第一电源开关与一第二电源开关，所述第一电源开关具有并联的一第一二极管，且所述第二电源开关具有并联的一第二二极管。

21.如权利要求20所述的同步调整电路，其特征在于，所述控制电路产生一第一控制信号与一第二控制信号，所述第一控制信号用来控制所述第一电源开关，所述第二控制信号用来控制所述第二电源开关，且一旦所述第一二极管导通，所述第一电源开关导通。

22.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，还包括一反激式开关，耦接所述电源开关组，其中，所述反激式开关根据所述电源开关的关闭而 导通，且所述反激式开关的导通期间与所述电源开关的导通时间相关联。

23.如权利要求22所述的同步调整电路，其特征在于，所述二次侧切换电路包括：

一规划装置，用以产生一规划信号；以及

一线性预测电路，用以根据所述编程信号及所述脉冲信号产生一驱动信号，其中所述驱动信号用来控制所述反激式开关。

24.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，所述二次侧切换电路还包括：

一振荡电路，用以产生多个振荡信号；

一脉冲宽度调制电路，用以根据所述振荡信号产生一脉冲宽度调制信号；

一误差放大器，耦接所述电源转换器的输出端，以接收所述反馈信号并产生一误差信号；

一柔性启动电路，用以根据一重置信号产生一柔性启动信号；

一斜坡电路，用以根据所述脉冲宽度调制信号来产生一斜坡信号；

一比较器，根据所述误差信号及所述斜坡信号来产生一清除信号，以禁能所述脉冲宽度调制信号；

一脉冲信号产生器，用以根据所述脉冲宽度调制信号来产生所述脉冲信号，其中，所述振荡信号用以产生所述同步信号，所述同步信号为一差动信号，所述同步信号的极性决定所述切换晶体管的导通/关闭状态，所述脉冲宽度调制信号根据所述振荡信号而被使能，所述脉冲宽度调制信号根据所述振荡信号及所述清除信号而被禁能，所述柔性启动信号用以控制所述脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，所述脉冲信号为一差动信号，且所述脉冲信号的极性决定所述电源开关的导通/关闭状态根据而导通或关闭。

25.如权利要求24所述的同步调整电路，其特征在于，所述二次侧切换电路还包括一电源管理电路，用以接收所述误差信号以产生一轻载信号。

26.如权利要求15所述的同步调整电路，其特征在于，所述控制电路包括一箝制电路，用以接收所述脉冲信号，以设定或重置所述箝制电路，且所述箝制电路用以导通或关闭所述电源开关。 

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