CN102195483B - 具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路及方法，其应用于一同步整流电路中，利用一粗调节单元及一细调节单元来最佳化同步整流电路中的死区时间，首先，利用粗调节功能完成初步且较大的死区时间控制，并得到一粗调节信号，在将该控制信号传递至细调节功能通过模拟逼近的方式做细微的死区时间调整，以达成最佳化的死区时间，本发明通过粗调节功能完成较长的死区时间控制，再经由细调节功能对死区时间进行微调至最佳化，不仅可精准地控制死区时间以降低转换效率上的损耗，也节省了电路组件的成本。

Description

具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于同步整流的死区调整电路及方法，尤其涉及一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路及方法。

背景技术

随着地球暖化及石油能源的消耗，发展替代能源及绿色能源已是势在必行，但以目前来看，距离替代能源及绿色能源完全取代石油的阶段还尚有努力空间，因此，如能提高电源转换效率便能有效的降低能量的耗损，而提高转换效率的方法之一便是使用同步整流电路。

而在同步整流电路中，其主要技术在于控制一次侧电路与二次侧电路的电路开关时间，而通常同步整流电路中的技术重点便在于控制二次侧电路中的晶体管关闭时间，称之为死区时间（Dead Time）的控制，如美国第6038150号专利案的“TRANSISTORIZED RECTIFIER FOR A MULTIPLE OUTPUTCONVERTER”，其是揭露了一种应用在电源转换器的无二极管二次侧子电路（Secondary Subcircuit），参照图1，其主要技术在于利用多个晶体管2开关取代二极管电路，并且通过一个二次侧后校准电路3（Secondary Side postregulation，SSPR）从同步信号起始点利用模拟比较的方式一步一步的逼近一脉波宽度调变电路4中的开关信号，由此调整二次侧子电路1的死区时间以制造出同步整流信号，但同步信号的时间周期将使二次侧后校准电路3用于记忆前次周期的电容面积过大，进而提高了电路的使用面积及组件成本，且由于是一步一步的逼近，因此需要较多的时间以达到其预定的死区时间。

另外，如美国第6418039号专利案，该案揭露了一种控制同步整流器的关闭时间的装置及方法，参照图2，其主要是利用一数字关闭控制器5（digital Turn-Off Controller）来控制同步整流器中的二次侧晶体管6的关闭时间，更进一步的说明，该数字关闭控制器5通过一固定频率的时钟脉冲信号来判断关闭该二次侧晶体管6的时间，通过全数字的方式来达成同步整流器二次侧晶体管6的开关控制，但是，时钟脉冲信号的频率控制着二次侧晶体管6的关闭延迟时间，若时钟脉冲信号的频率太低，容易存在关闭延迟时间过长的问题，造成与一次侧电路开关时间的匹配误差，但若提高时钟脉冲信号的频率，则必须使用较高频的电路组件及高频比较器组件，间接提高了电路成本。

发明内容

本发明的主要目的在于解决传统模拟电路中必须使用大面积的电容来逼近一次侧电路中的开关信号，由此调整二次侧电路的死区时间以制造出同步整流信号。

本发明的另一目的在于解决已知技术中的模拟电路因使用过多的时间完成死区的逼近而造成功率的损耗以及效率的浪费。

本发明的再一目的在于解决全数字关闭控制器必须使用高频的时钟脉冲信号以避免关闭延迟时间过长，造成与一次侧电路开关时间的匹配误差。

为达上述目的，本发明提供一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，以下简称为死区调整电路，其应用于一同步整流电路中，该同步整流电路主要包含一个一次侧子电路（Primary Subcircuit）及一个二次侧子电路（Secondary Subcircuit），而该死区调整电路应用于该二次侧子电路，控制该同步整流电路中的一死区时间，该死区调整电路包括一粗调节单元、一细调节单元及一与该细调节单元连接的信号合成单元。该粗调节单元设置于该同步整流电路中，用以对同步信号进行粗调节后输出一粗调节信号；该细调节单元与该粗调节单元连接，用以将该粗调节信号进行细微调节后输出一细调节信号；而该信号合成单元用以输出一控制信号，该控制信号用以控制该二次侧子电路中的至少一晶体管的开关，完成该死区时间的控制。

由上述说明可知，相较于已知技术，本发明具有下列特点：

一、利用该粗调节单元完成初步且较大的死区时间控制，并得到该粗调节信号，再将该粗调节信号传递至该细调节单元，再进行细微的死区时间调整，以达成最佳化的死区时间。

二、利用粗调节单元大幅缩小组件中的电容面积，并有效节省电路组件的成本。

三、利用粗调节单元缩短了逼近死区所需要的时间，再利用细调节单元进行死区时间微调，精准的得到最佳化的死区时间，提高同步整流的效率及降低同步整流电路的成本。

附图说明

图1是已知技术一的电路示意图。

图2是已知技术二的电路示意图。

图3是本发明一较佳实施例的同步整流电路的结构示意图。

图4是本发明一较佳实施例的方块配置示意图。

图5-1是本发明一较佳实施例的数字调节电路示意图。

图5-2是本发明一较佳实施例的数字调节电路时钟脉冲信号示意图。

图6-1是本发明一较佳实施例的模拟调节电路示意图一。

图6-2是本发明一较佳实施例的模拟调节电路示意图二。

图6-3是本发明一较佳实施例的模拟调节电路示意图三。

图6-4是本发明一较佳实施例的模拟调节电路示意图四。

图6-5是本发明一较佳实施例的模拟调节电路时钟脉冲示意图。

图7-1是本发明一较佳实施例的细调节单元及信号合成单元的电路示意图。

图7-2是本发明一较佳实施例的细调节单元及信号合成单元的时钟脉冲示意图。

图8是本发明一较佳实施例的流程步骤示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：

参照图3及图4所示，图3是本发明一较佳实施例的同步整流电路结构示意图，图4是本发明一较佳实施例的方块配置示意图，如图所示：本发明为一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，以下简称为死区调整电路10，其应用于一同步整流电路中，该同步整流电路主要包含一个一次侧子电路20及一个二次侧子电路30，而该死区调整电路10应用于该二次侧子电路30，用以控制该同步整流电路中的一死区时间，参照图4，该死区调整电路10包括一粗调节单元11、一细调节单元12及一与该细调节单元12连接的信号合成单元13。该粗调节单元11设置于该同步整流电路中，用以对一同步信号SYNC进行粗调节后输出一粗调节信号rough；该细调节单元12与该粗调节单元11连接，用以将该粗调节信号rough进行细微调节后输出一细调节信号fine；而该信号合成单元13用以输出一控制信号CS，该控制信号CS用以控制该二次侧子电路30中的至少一晶体管31的开关时间，完成该死区时间的控制。

参照图5-1及图5-2，图5-1是本发明一较佳实施例的数字调节电路示意图，而图5-2是本发明一较佳实施例的数字调节电路时钟脉冲信号示意图。本发明的粗调节单元11可通过一数字调节电路进行粗调节，如图所示：该数字调节电路通过两个时钟脉冲信号clk1、clk2进行粗调节记数，这两个时钟脉冲信号clk1、clk2会对该同步信号SYNC进行记数比较，而得到该粗调节信号rough，因为粗调节单元11是为了初步的死区时间控制，因此不需要高频率的时钟脉冲信号，仅需要一较低频率的时钟脉冲信号即可达成初步的死区时间控制。

而本发明的粗调节单元11也可通过一模拟调节电路达成粗调节的功能，如图6-1至图6-5所示，其中，图中各个接点各具有其对应的接点名称，相同的接点名称代表各个电路图中的接点相接，该模拟调节电路包含一第一调节单元111、一第二调节单元112及一连接该第一调节单元111及该第二调节单元112的比较单元113，该模拟调节电路通过该比较单元113对该第一调节单元111及该第二调节单元112进行信号比较而得一粗调节信号rough，而图6-5为本发明一较佳实施例的模拟调节电路各接点信号的时钟脉冲示意图，由图6-5搭配图6-1至图6-4，可以很清楚的了解各个电路单元的操作状态，并得到一粗调节信号rough。

此外，参照图7-1及图7-2，其是本发明一较佳实施例的细调节单元12及信号合成单元13的电路及时钟脉冲示意图，其中，图中各个接点各具有其对应的接点名称，相同的接点名称代表各个电路图中的接点相接，并且，各个接点的时钟脉冲状态如图7-2所示，由图中可知，通过一制动信号Fenable的控制对一电容C1充放电产生一锯齿波电压Vsaw，该制动信号Fenable为该粗调节信号rough（示于图6-5）与该同步信号SYNC比较后取得，而后通过该锯齿波电压Vsaw变化与一参考电压Vref做比较得到一细调节信号fine，该细调节信号fine会经过一斜率控制器121重新调整一输入电压V1、V2的大小以调整该锯齿波电压Vsaw的波形斜率，该锯齿波电压Vsaw的波形斜率不同便会影响到该细调节信号fine的责任周期（Duty Cycle），该信号合成单元13分析该细调节信号fine与该同步信号SYNC后，得到一控制信号CS，该控制信号CS用以控制该二次侧子电路30的晶体管31（示于图3）的开关时间，由此缩小死区时间，以增加效率，需特别说明的是，通过该控制信号CS控制该晶体管31关闭后，可得一死区时间时钟脉冲Dt，该死区时间时钟脉冲Dt越小，代表与该一次侧子电路20的开关同步率越高，也代表能源的耗损率越低，由图7-2中可知，该死区时间时钟脉冲Dt责任周期会随着细调节信号fine的调整而渐渐缩小，本发明设定一死区时间最小值Dtm，当该死区时间时钟脉冲Dt的责任周期小于该死区时间最小值Dtm的责任周期时，该斜率控制器121就会调整该输入电压V1、V2，以重新调整该锯齿波电压Vsaw，避免细调节信号fine调整过当，反而超过了设定的时间周期。

更进一步的说明，参照图8，图8为本发明一较佳实施例的流程步骤示意图，通过步骤S1-S5共五个步骤做更进一步的解说，并请同时参照图3至图7-2：

S1：进行粗调节，将一同步信号SYNC进行粗调节，通过一粗调节单元11对输入的同步信号SYNC进行粗调节，并且得到一粗调节信号rough，其中，使用一数字粗调节的方式对该同步信号SYNC进行粗调节，该数字粗调节的方式是指利用时钟脉冲信号clk1、clk2的频率来对该同步信号SYNC进行记数比较，而除了使用该数字粗调节的方式之外，也可使用模拟粗调节的方式对该同步信号SYNC进行粗调节；

S2：进行细调节，将该粗调节信号rough输入至一细调节单元12，通过该细调节单元12对该粗调节信号rough进行细微调整后输出一细调节信号fine，其中，配合参阅图7-1及图7-2，该粗调节信号rough会转换成一反细调节制动信号Fenable，该细调节单元12便通过该反细调节制动信号Fenable作为时钟脉冲信号clk1、clk2进行细调节，并且，在本实施例中，使用一斜率调整的锯齿波比较方法进行细调节，该锯齿波比较方法为通过一锯齿波电压Vsaw变化与一参考电压Vref做比较，进而取得一微调后的细调节信号fine；

S3：反馈微调，将该细调节信号fine经过一斜率分析，得到一微调信号后重新传回给该细调节单元12进行微调，以得到一较佳的细调节信号fine；

S4：信号合成，分别将该同步信号SYNC及该细调节信号fine经由一信号合成单元13进行信号合成为一控制信号CS；

S5：控制死区时间，通过该控制信号CS控制该同步整流电路中的晶体管31开关，由此调整死区时间时钟脉冲Dt。

综上所述，由于本发明利用该粗调节单元11完成初步且较大的死区时间控制，并得到该粗调节信号rough，再将该粗调节信号rough传递至该细调节单元12，再进行细微的死区时间调整，以达成最佳化的死区时间，相较于已知技术的模拟逼近电路，本发明利用粗调节单元11大幅缩小组件中的电容面积，并有效地节省电路组件的成本，且缩短了逼近死区所需要的时间，再利用细调节单元12进行死区时间微调，精准的得到最佳化的死区时间，提高同步整流的效率及降低同步整流电路的成本。

以上已对本发明进行了详细说明，然而以上所述内容，仅为本发明的一较佳实施例而已，不能限定本发明实施的范围。即凡根据本发明权利要求所作的均等变化与修饰等，都应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (12)

1.一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其应用于一同步整流电路中，控制所述同步整流电路中的死区时间，所述具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路的特征在于包括：

一粗调节单元，其设置于所述同步整流电路中，用以对一同步信号进行粗调节后输出一粗调节信号；

一细调节单元，其与所述粗调节单元连接，用以将所述粗调节信号进行细微调节后输出一细调节信号；及

一与所述细调节单元连接的信号合成单元，其分析所述同步信号及所述细调节信号后输出一控制信号。

2.根据权利要求1所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述粗调节单元通过一数字调节电路进行粗调节后输出所述粗调节信号。

3.根据权利要求2所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述数字调节电路通过一时钟脉冲信号进行粗调节记数，而获得所述粗调节信号。

4.根据权利要求1所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述粗调节单元通过一模拟调节电路进行粗调节。

5.根据权利要求4所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述模拟调节电路包含一第一调节单元、一第二调节单元及一连接所述第一调节单元及所述第二调节单元的比较单元，所述模拟调节电路通过所述比较单元对所述第一调节单元及所述第二调节单元进行信号比较而获得所述粗调节信号。

6.根据权利要求1所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述细调节单元通过一斜率调整的锯齿波比较电路对一参考电压进行信号比较，而获得所述细调节信号。

7.根据权利要求6所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整电路，其特征在于，所述细调节单元具有一斜率调整器，所述斜率调整器用以对所述细调节信号分析产生一微调信号后反馈，以进行微调。

8.一种具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法，其应用于一同步整流电路中，控制所述同步整流电路中的一死区时间，所述具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法的特征在于包含以下步骤：

将一同步信号进行粗调节，通过一粗调节单元对输入的同步信号进行粗调节，并且得到一粗调节信号；

将所述粗调节信号输入至一细调节单元，通过所述细调节单元对所述粗调节信号进行细微调整后输出一细调节信号；

将所述细调节信号经过一斜率分析器，得到一微调信号后重新传回给所述细调节单元进行微调，以得到一调整后的细调节信号；

分别将所述同步信号及所述调整后的细调节信号经由一信号合成单元进行信号分析，而得一控制信号；及

通过所述控制信号控制所述同步整流电路中的晶体管开关，由此调整所述死区时间。

9.根据权利要求8所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法，其特征在于，使用一数字粗调节的方式对所述同步信号进行粗调节，所述数字粗调节的方式是指利用一时钟脉冲信号的频率来对所述同步信号进行记数比较。

10.根据权利要求8所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法，其特征在于，使用一模拟粗调节的方式对所述同步信号进行粗调节。

11.根据权利要求8所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法，其特征在于，使用一斜率调整的锯齿波比较方法进行细调节，所述锯齿波比较方法为通过一锯齿波比较电路与一参考电压做比较，进而取得所述细调节信号。

12.根据权利要求11所述的具有粗调节功能及细调节功能的死区调整方法，其特征在于，所述细调节信号通过一斜率调整机制重新校准所述细调节信号的责任周期。

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