CN101505108A - 同步整流控制装置及顺向式同步整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步整流控制装置及顺向式同步整流电路，该装置耦接顺向式同步整流电路的二次侧。上述同步整流控制装置包含一状态判断器、一模拟电路、一第一计数器、一第二计数器以及一信号处理单元。该状态判断器接收代表该顺向式同步整流电路二次侧状态的一检测信号及至少一参考信号，并产生一第一同步控制信号。该模拟电路耦接该状态判断器，产生一延迟信号。该第一计数器耦接该状态判断器及该模拟电路并接收一时钟信号，并产生一第一计数信号。该第二计数器耦接该第一计数器及该状态判断器并接收该时钟信号，产生一第二计数信号。上述信号处理单元耦接该状态判断器及该第二计数器，产生一第二同步控制信号。

Description

同步整流控制装置及顺向式同步整流电路

技术领域

本发明关于一种同步整流装置及顺向式同步整流电路，特别涉及一种使用模拟电路方式设定死区时间的同步整流装置及顺向式同步整流电路。

背景技术

图1为公知的顺向式电路的示意图。该顺向式电路设有一变压器T1，其一次侧设有连接前级电路提供的输入电源VIN、脉宽调制控制器PWM、输入滤波电容C1、启动电阻R1、启动电容C2、电流检知电阻R2、整流二极管D1以及由脉宽调制装置控制器PWM所控制的三极管开关Q1。变压器T1的二次侧设有两个输出整流二极管D2、D3、储能电感L、一输出滤波电容C3以及一由电阻R3、R4所构成的电压检知器10。

上述顺向式电路在启动之初，电源端VIN开始通过启动电阻R1对启动电容C2充电，当启动电容C2的电位被充到足以启动脉宽调制装置控制器PWM时，脉宽调制装置控制器PWM开始工作。脉宽调制装置控制器PWM根据电压检知器10对输出电压VO的检测信号及电流检知电阻R2对输入电流的检测信号，调整所产生的控制信号的工作周期，以调整三极管开关Q1的导通与截止的时间比例。当输出电压VO低于一预设电压值时，三极管开关Q1的导通时间比例提高，反之，当输出电压VO高于一预设电压值时，三极管开关Q1的导通时间比例降低，借此实现输出一稳定的输出电压VO。

当三极管开关Q1为导通时，输入电源VIN通过变压器T1提供能量，通过整流二极管D1向启动电容C2储能，以及通过整流二极管D2向储能电感L及输出滤波电容C3储能。当三极管开关Q1为截止时，启动电容C2释放能量以供脉宽调制装置控制器PWM持续工作，而储能电感L通过整流二极管D3向输出滤波电容C3释能。

然而由于整流二极管D2、D3在电流流经时均存在顺向偏压，造成能量损耗。因此公知亦有以三极管开关取代整流二极管以降低能量损耗的做法。

请参考图2，为公知的顺向式同步整流电路的示意图。利用三极管开关Q2、Q3取代图1所示的整流二极管D2、D3。一同步整流控制器Con根据变压器T1的二次侧电压控制三极管开关Q2、Q3的导通与截止的时间。

图3为公知的顺向式同步整流电路的信号时序示意图。请同时参考图2及图3，变压器T1二次侧电压为VD，同步整流控制器Con检测到变压器T1的电压VD而产生一参考信号S。同步整流控制器Con内部有一时钟信号，并根据时钟信号计数该信号S的每个周期内的代表二次侧电压VD为正值时的次数及为负值时的次数，如图3所示，在信号S第一周期时，分别为n11及n21个时钟信号周期，在信号S第二周期时，分别为n12及n22个时钟信号周期，依此类推。同步整流控制器Con并预设两个死区参数x1及x2，由上述的计数中分别扣除，作为下一个周期中三极管开关Q2及三极管开关Q3的导通信号的时间长度。例如：在信号S第一周期中计数到n11及n21个时钟信号周期，则信号S第二个周期中的三极管开关Q2的导通时间长度为(n11-x1)个时钟信号长度，三极管开关Q3的导通时间长度为(n21-x2)个时钟信号长度；在信号S第二周期中计数到n12及n22个周期，则信号S第三个周期中的三极管开关Q2的导通时间长度为(n12-x1)个时钟信号长度，三极管开关Q3的导通时间长度为(n22-x2)个时钟信号长度，依此类推。如此，即可在三极管开关Q2截止到三极管开关Q3导通之间设定出死区时间x1个时钟信号长度，以及在三极管开关Q3截止到三极管开关Q2导通之间设定出死区时间x2个时钟信号长度，以避免三极管开关Q2、Q3的同时导通可能造成的电路损坏。

然而上述的死区时间设定方式，是利用时钟信号的固定周期长度来设定，其死区时间的长度为固定的。对于不同应用下，顺向式同步整流电路一次侧的脉宽调制装置控制器PWM不同的切换频率，其适当的死区时间长度必然也不同。因此，上述的同步整流控制器的应用范围十分有限。

发明内容

鉴于先前技术中，顺向式同步整流电路在死区时间设定上无法适当地根据应用环境调整，本发明的同步整流控制装置可根据设定的条件，以调整死区时间的长短，因此可配合不同的需求，其可应用范围相当宽广。

为实现上述目的，本发明提供一种同步整流控制装置，耦接于一顺向式同步整流电路的二次侧。上述同步整流控制装置包含一状态判断器、一模拟电路、一第一计数器、一第二计数器以及一信号处理单元。上述状态判断器接收代表该顺向式同步整流电路二次侧状态的一检测信号及至少一参考信号，并据此产生一第一同步控制信号。上述模拟电路耦接该状态判断器，并根据该第一同步控制信号产生一延迟信号。上述第一计数器耦接该状态判断器及该模拟电路并接收一时钟信号，以根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该延迟信号计数并产生一第一计数信号。上述第二计数器耦接该第一计数器及该状态判断器并接收该时钟信号，并根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该第一计数数据计数并产生一第二计数信号。上述信号处理单元耦接该状态判断器及该第二计数器，以根据该第一同步控制信号及该第二计数信号产生一第二同步控制信号。

本发明也提供一种顺向式同步整流电路，包含一转换单元、一第一开关、一脉宽调制控制器、一同步整流开关单元以及一同步整流控制装置。上述转换单元具有一一次侧及一二次侧，该一次侧耦接一输入电源，用以将该输入电源的电力转换成一输出电压并于该二次侧输出。上述第一开关耦接该转换单元的该一次侧。上述脉宽调制控制器根据该输出电压的一检测信号控制该第一开关的切换。上述同步整流开关单元具有一第二开关及一第三开关，并耦接该转换单元的该二次侧用以整流该输出电压。上述同步整流控制装置耦接该转换单元的该二次侧一同步整流控制装置，耦接该转换单元的该二次侧，根据该二次侧的状态产生一第一同步控制信号及一第二同步控制信号以分别控制该第二开关及该第三开关的切换，其中该同步整流控制装置耦接一电容或一电阻，并根据其电容值或电阻值在该第一同步控制信号及该第二同步控制信号之间设定一时间差。

附图说明

图1为公知的顺向式电路的示意图；

图2为公知的顺向式同步整流电路的示意图；

图3为公知的顺向式同步整流电路的信号时序示意图；

图4为根据本发明较佳实施例的顺向式同步整流电路的示意图；

图5为根据本发明的顺向式同步整流电路的信号时序示意图；

图6为根据本发明的一较佳实施例的模拟电路示意图；及

图7为根据本发明的另一较佳实施例的模拟电路示意图。

其中，附图标记：

变压器 T1

输入电源 VIN

脉宽调制控制器 PWM

输入滤波电容 C1

启动电阻 R1

启动电容 C2

电流检知电阻 R2

整流二极管 D1

三极管开关 Q1、Q2、Q3

输出整流二极管 D2、D3

储能电感 L

输出滤波电容 C3

电阻 R3、R4

电压检知器 10

同步整流控制器 Con

参考信号 S

死区时间 DT

输出电压 VO

同步整流控制装置 100

状态判断器 102

反向器 104

模拟电路 106

第一计数器 108

第二计数器 110

信号处理单元 112

比较器 114

反向器 116

第一参考电压 Vref1

第二参考电压 Vref2

第三参考电压 Vref3

二次侧电压 VD

第一同步控制信号 G1

第二同步控制信号 G2

反向信号 G2in

电流源 CC

电压源 Vdd

开关 SW1、SW2

电容 C

电阻 R

电容电压 Vc

具体实施方式

本发明利用一简单的模拟电路设定一延迟时间，使顺向式同步整流装置二次侧的整流三极管开关的导通之间存在一死区时间以避免同时导通可能造成的电路损坏。而且上述的模拟电路可利用调整电容值或电阻值来调整延迟时间的长短，配合不同的应用环境的需求，故其应用上弹性也相当大。

请参考图4，为根据本发明较佳实施例的顺向式同步整流电路的示意图。该顺向式同步整流电路包含一输入电源VIN、一脉宽调制控制器PWM、一输入滤波电容C1、一启动电阻R1、一启动电容C2、一电流检知电阻R2、一整流二极管D1、一三极管开关Q1、Q2及Q3、一变压器T1、一储能电感L、一输出滤波电容C3、一电压检知器10及一同步整流控制装置100，其中输入滤波电容C1、启动电阻R1、启动电容C2、一整流二极管D1、变压器T1、储能电感L及输出滤波电容C3构成转换单元，三极管开关Q2及Q3构成一同步整流开关单元。输入电源VIN耦接变压器T1的一次侧用以供电。输入滤波电容C1耦接输入电源VIN，用以滤除输入噪声。启动电阻R1与启动电容C2以串联形式耦接输入电源VIN，在电路启动之初，启动电容C2的电压会被充到足以启动脉宽调制装置控制器PWM，使脉宽调制装置控制器PWM开始工作。

电压检知器10由电阻R3、R4所构成，耦接于变压器T1的二次侧，以根据输出电压VO大小产生一电压检测信号。脉宽调制装置控制器PWM根据该电压检测信号及电流检知电阻R2所产生的输出电流检测信号，调整所产生的控制信号的周期以调整三极管开关Q1的导通与截止的时间比例。三极管开关Q1耦接变压器T1的一次侧，通过导通与截止状态之间的切换，以控制变压器T1所转换的电压大小。当三极管开关Q1为导通时，输入电源VIN通过变压器T1提供能量，经整流二极管D1向启动电容C2储能，当三极管开关Q1为截止时，启动电容C2释放能量以提供脉宽调制装置控制器PWM持续运作。

同步整流控制装置100耦接变压器T1的二次侧，并检测变压器T1的二次侧的二次侧电压VD大小，借此输出同步整流信号以控制耦接于二次侧的三极管开关Q2、Q3的导通与截止，使变压器T1将转换的电能储存于储能电感L及输出滤波电容C3，以产生一输出电压VO。

图5为根据本发明的顺向式同步整流电路的信号时序示意图。请同时参考图4及图5，同步整流控制装置100包含一状态判断器102、一反向器104、一模拟电路106、一第一计数器108、一第二计数器110以及一信号处理单元112。状态判断器102比较二次侧电压VD及一第一参考电压VREF1、一第二参考电压VREF2，以产生第一同步控制信号G1。当二次侧电压VD上升而超过第一参考电压VREF1时，第一同步控制信号G1为高电平并维持时间长度Ton，使三极管开关Q2导通；当二次侧电压VD下降而低于第二参考电压VREF2时，第一同步控制信号G1转换状态为低电平并维持时间长度Toff，使三极管开关Q2截止。反向器104耦接状态判断器102，根据第一同步控制信号G1产生反向信号G2in，用以作为控制三极管开关Q3的参考信号。模拟电路106耦接状态判断器102的输出以接收第一同步控制信号G1，当检测到第一同步控制信号G1转为高电平信号时，根据电阻R的电阻值大小产生一延迟信号Delay，其时间长度为DT。第一计数器108耦接反向器104及模拟电路106，在第一同步控制信号G1转为高电平信号时准备计数，此时延迟信号也处于高电平信号，抑制第一计数器108的动作直至延迟信号转换为低电平信号。第一计数器108在延迟信号为低电平信号时开始根据一时钟信号计数至第一同步控制信号G1再度转为高电平为止，并将计数次数的数据传至第二计数器110。第二计数器110耦接状态判断器102及第一计数器108，在第一同步控制信号G1转为高电平时产生一高电平信号，并将上一个周期所接收的第一计数器108的计数次数倒数，当倒数至零时，输出的高电平信号转为一低电平信号。信号处理单元112耦接反向器104及第二计数器110，在反向信号G2in及第二计数器110的输出信号为高电平时产生一高电平的一第二同步控制信号G2，在所接收的任一信号转换为低电平时，第二同步控制信号G2转为低电平。三极管开关Q3根据第二同步控制信号G2进行导通与截止。

再参考图5，在第一个周期时，由于第一计数器108尚未有计数数据传至第二计数器110，所以第一个周期的第二同步控制信号G2并未出现高电平，而储能电感L的能量是通过三极管开关Q3的体二极管释放。在第一周期时，第一计数器108计数到相当于时间长度(T-DT)的计数次数信息，并传给第二计数器110，在第二周期时，第二计数器110根据上述第一周期的第一计数器108的计数数据倒数，而产生时间长度也同为(T-DT)的高电平信号，使第二同步控制信号G2的高电平的时间长度也同为(T-DT)。因此，即可在三极管开关Q2截止至三极管开关Q3导通之间设置死区时间DT。在本实施例中未在三极管开关Q2截止与三极管开关Q3导通之间设置一死区时间，主要是由于同步整流控制装置100在产生第一同步控制信号G1及第二同步控制信号G2时，由于电路本身信号处理的延迟就存在一时间落差，该时间落差即可作为死区时间。当然，本发明以模拟电路设置一死区时间的方式亦可应用于在三极管开关Q2截止与三极管开关Q3导通之间，上述实施例仅用以说明而非限制本发明。

请参考图6，为根据本发明的一较佳实施例的模拟电路示意图。模拟电路106包含一电压源Vdd，两开关SW1、SW2、一比较器114、一反向器116、一电阻R及一电容C。开关SW1根据反向信号G2in进行切换，在其为高电平时导通，低电平时关闭。当开关SW1导通而开关SW2关闭时，开始对电容C充电，使电容的跨压Vc逐渐上升，使电容C与电阻R的连接点电压由Vdd开始下降，并在一预定时间后低于第三参考电压Vref3。上述预定时间的长短可以通过调整电阻R的大小来调整，以配合不同的顺向式同步整流电路。比较器114比较第三参考电压Vref3及电容C与电阻R的连接点电压，当开关SW1刚导通时连接点电压高于第三参考电压Vref3，比较器114输出高电平的延迟信号，在连接点电压下降至第三参考电压Vref3时，延迟信号转为低电平。当下一周期，反向信号G2in为低电平时，经反向器116反向后控制开关SW2导通，使电容C放电，电容电压Vc下降至零，然后重复上述过程。

请参考图7，为根据本发明的另一较佳实施例的模拟电路示意图。模拟电路106包含一电流源CC，两开关SW1、SW2、一比较器114、一反向器116、一电阻R及一电容C。开关SW1根据反向信号G2in进行切换，在其为高电平时导通，低电平时关闭。当开关SW1导通而开关SW2关闭时，开始对电容C充电，使电容的跨压Vc逐渐上升，并在一预定时间后低于第三参考电压Vref3。上述预定时间的长短可以通过调整电容C的大小来调整，以配合不同的顺向式同步整流电路。比较器114比较第三参考电压Vref3及电容电压Vc，在电容电压Vc低于第三参考电压Vref3时输出高电平的延迟信号。当电容电压Vc高于第三参考电压Vref3时，延迟信号转为低电平。当下一周期，反向信号G2in为低电平时，经反向器116反向后控制开关SW2导通，使电容C放电，电容电压Vc下降至零，然后重复上述过程。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种同步整流控制装置，耦接于一顺向式同步整流电路的二次侧，其特征在于，包含：

一状态判断器，接收代表该顺向式同步整流电路二次侧状态的一检测信号及至少一参考信号，并据此产生一第一同步控制信号；

一模拟电路，耦接该状态判断器，并根据该第一同步控制信号产生一延迟信号；

一第一计数器，耦接该状态判断器及该模拟电路且接收一时钟信号，根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该延迟信号计数以产生一第一计数信号；

一第二计数器，耦接该第一计数器及该状态判断器且并接收该时钟信号，根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该第一计数数据计数以产生一第二计数信号；以及

一信号处理单元，耦接该状态判断器及该第二计数器，以根据该第一同步控制信号及该第二计数信号以产生一第二同步控制信号。

2.根据权利要求1所述的同步整流控制装置，其特征在于，其中该模拟电路耦接一电阻，且根据该电阻调整该延迟信号的时间长度。

3.根据权利要求1所述的同步整流控制装置，其特征在于，其中该模拟电路耦接一电容，且根据该电容调整该延迟信号的时间长度。

4.根据权利要求2所述的同步整流控制装置，其特征在于，其中该延迟信号用以延迟该第一计数器的计数动作。

5.根据权利要求3所述的同步整流控制装置，其特征在于，其中该延迟信号用以延迟该第一计数器的计数动作。

6.根据权利要求1所述的同步整流控制装置，其特征在于，其中该第二同步控制信号电平转换时间点是与该第一同步控制信号及该第二计数信号两信号中电平转换时间点较早者同时。

7.一种顺向式同步整流电路，其特征在于，包含：

一转换单元，具有一一次侧及一二次侧，该一次侧耦接一输入电源，用以将该输入电源的电压转换成一输出电压在该二次侧输出；

一第一开关，耦接该转换单元的该一次侧；

一脉宽调制控制器，根据该输出电压的一检测信号控制该第一开关的切换；

一同步整流开关单元，具有一第二开关及一第三开关，耦接该转换单元的该二次侧用以整流该输出电压；以及

一同步整流控制装置，耦接该转换单元的该二次侧一同步整流控制装置，耦接该转换单元的该二次侧，根据该二次侧的状态产生一第一同步控制信号及一第二同步控制信号以分别控制该第二开关及该第三开关的切换，其中该同步整流控制装置耦接一电容或一电阻，并根据其电容值或电阻值于该第一同步控制信号及该第二同步控制信号之间设定一时间差。

8.根据权利要求7所述的顺向式同步整流电路，其特征在于，其中该同步整流控制装置包含：

一状态判断器，接收代表该顺向式同步整流电路的二次侧状态的一检测信号及至少一参考信号，并据此产生一第一同步控制信号；

一模拟电路，耦接该状态判断器及该电阻或该电容，并根据该第一同步控制信号以及该电阻的电阻值或该电容的电容值产生一延迟信号；以及

一第一计数器，耦接该状态判断器及该模拟电路并接收一时钟信号，以根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该延迟信号计数并产生一第一计数信号；

一第二计数器，耦接该第一计数器及该状态判断器并接收该时钟信号，并根据该第一同步控制信号、该时钟信号及该第一计数数据计数并产生一第二计数信号；以及

一信号处理单元，耦接该状态判断器及该第二计数器，以根据该第一同步控制信号及该第二计数信号产生一第二同步控制信号。

9.根据权利要求8所述的顺向式同步整流电路，其特征在于，其中该延迟信号用以延迟该第一计数器的计数动作。

10.根据权利要求8所述的顺向式同步整流电路，其特征在于，其中该第二同步控制信号的电平转换时间点是与该第一同步控制信号及该第二计数信号两信号中电平转换时间点较早者同时。

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