CN102290996B - 控制电路以及同步整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制电路以及同步整流电路，该控制电路用于切换功率转换器。此控制电路配置于切换功率转换器的次级侧与切换功率转换器的输出端之间以控制切换装置。控制电路包括线性预测电路、重置电路、充电/放电电路、以及脉宽调制电路。线性预测电路接收来自次级侧的线性预测信号以产生充电信号。重置电路接收重置信号以产生放电信号。充电/放电电路接收充电信号以及放电信号以产生斜坡信号。脉宽调制电路接收线性预测信号以致能切换信号，以及接收斜坡信号以重置切换信号。

Description

控制电路以及同步整流电路

技术领域

本发明涉及一种功率转换器，特别涉及一种功率转换器的同步整流电路。

背景技术

现今的同步整流控制器被广泛地使用以全然地取代整流器，藉此降低功率消耗取代。已知同步整流控制器设置于功率转换器的次级侧(secondaryside)的低端（low-side）。因此，同步整流控制器的接地端耦接功率转换器的次级侧的另一接地端。然而，已知同步整流电路的缺点是，由于功率转换器的次级侧的接地切换操作所导致的切换损失以及电磁波干扰（electro-magnetic Interference，EMI）问题。

发明内容

本发明提供一种控制电路，适用于切换功率转换器。此控制电路配置于切换功率转换器的次级侧与切换功率转换器的输出端之间以控制切换装置。控制电路包括线性预测电路、重置电路、充电/放电电路、以及脉宽调制电路。线性预测电路接收来自次级侧的线性预测信号以产生充电信号。重置电路接收重置信号以产生放电信号。充电/放电电路接收充电信号以及放电信号以产生斜坡信号。脉宽调制电路接收线性预测信号以致能切换信号，以及接收斜坡信号以重置切换信号。

本发明还提供一种同步整流电路，适用于功率转换器。此同步整流电路包括功率切换装置、二极管、以及控制电路。功率切换装置耦接于功率转换器的次级侧与功率转换器的输出端之间，以进行整流。二极管与功率切换装置并联。控制电路配置于功率转换器的次级侧与功率转换器的输出端之间。控制电路接收线性预测信号以及斜坡信号以导通/关闭功率切换装置。

附图说明

图1表示根据本发明实施例的切换功率转换器；

图2A及图2B表示根据本发明实施例，在图1中切换功率转换器的切换控制器；

图3表示表示根据本发明实施例，在图2A及图2B中线性预测电路的采样-保持电路；

图4表示表示根据本发明实施例，在图2A及图2B中线性预测电路的电压-电流转换器；

图5表示表示根据本发明实施例，在图2A及图2B中重置电路的采样-保持电路；

图6表示表示根据本发明实施例，在图2A及图2B中重置电路的电压-电流转换器；以及

图7表示在图1中切换功率转换器的高端同步整流电路的主要信号波形图。

【主要元件符号说明】

图1：

25～电阻器；                30～同步整流电路；

40、45～二极管；            100～切换控制器；

C₆～电容器；                GATE～控制端；

GND～接地端；               N_P～主线圈；

N_S1、N_S2～次线圈；          Q₁～功率开关；

Q₂～功率晶体管（功率切换装置）；

R₁、R₂、R₃、R₄～电阻器；

RES～重置端；            LPC～线性预测端；

T₁～变压器；              V_IN～未经调整输入电压；

V_G～切换信号；

V_G2～脉宽调制信号（切换信号）；

V_LPC～线性预测信号；V_O～输出电压；

V_RES～重置信号；         VDD～电压端；

图2A、图2B：

100～切换控制器；        101～线性预测电路；

102～采样-保持电路；      103～重置电路；

104～采样-保持电路；

105、106～电压-电流转换器（V/I）；

107～PWM电路；              112～SR触发器；

113～反向器；               108、110～比较器；

C₃～电容器；                 E_N～致能信号；

ENB～反向致能信号；         GATE～控制端；

GND～接地端；               I₃～充电电流；

I_DIS～放电电流；            LPC～线性预测端；

RES～重置端；              SW₄～开关；

V_CT～斜坡信号；

V_G2～脉宽调制信号（切换信号）；

V_LPC～线性预测信号；     V_RES～重置信号；

V_TH1～第一临界值；        V_TH2～第二临界值；

图3：

102～采样-保持电路；      201～缓冲器；

202、203～开关；          204、205～脉冲产生电路；

C₁、C₂～电容器；           S₁～第一信号；

S₂～第二信号；             V_HL～保持信号；

V_LPC～线性预测信号；       V_SL～采样信号；

图4

106～电压-电流转换器（V/I）；

210～操作放大器；         211～晶体管；

212～电阻器；

213、214、215、216、217～晶体管；

I₃～充电电流；              I₂₁₂、I₂₁₄、I₂₁₅～电流；

V_HL～保持信号；

图5

104～采样-保持电路；       301～缓冲器；

302、303～开关；           304、305～脉冲产生电路；

C₄、C₅～电容器；           S₃～第一信号；

S₄～第二信号；            V_HR～保持信号；

V_RES～重置信号；          V_SR～采样信号；

图6

105～电压-电流转换器（V/I）；

310～操作放大器；         311～晶体管；

312～电阻器；

313、314、315、316～晶体管；

I₂₁₄、I₃₁₁、I₃₁₄～电流；I_DS～放电电流

V_HR～保持信号；

图7：

V_CT～斜坡信号；           V_G～切换信号；

V_G2～脉宽调制信号（切换信号）；

V_LPC～线性预测信号；V_RES～重置信号。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1是表示根据本发明实施例的切换功率转换器。变压器T₁耦接于切换功率转换器的未经调整输入电压V_IN以及输出电压V_O之间。如图1所示，变压器T₁包括主线圈N_P、以及两次线圈N_S1与N_S2。功率开关Q₁耦接在变压器T₁输出端的主线圈N_P，以调整由未经调整输入电压V_IN至输出电压V_O的能量转移。功率开关Q₁接收切换信号V_G，以控制功率开关Q₁的切换。电阻器25耦接于功率开关Q₁与变压器T₁的初级侧的接地端之间。同步整流电路30耦接于变压器T₁的次线圈N_S1的高端（high-side）与输出电压V_O之间。

同步整流电路30包括切换控制器100，其作为切换功率转换器的控制电路。切换控制器100产生一脉宽调制（pulse width modulation，PWM）信号V_G2，其作为控制功率晶体管Q₂的切换信号，其中，功率晶体管Q₂作为切换功率转换器的功率切换装置。二极管40与功率晶体管Q₂并联，其中，二极管40为一寄生二极管。切换控制器100包括电压端VDD、线性预测端LPC、重置端RES、接地端GND、以及控制端GATE。功率端VDD耦接次线圈N_S1以通过二极管45与电容器C₆接收经整流电压源。电阻器R₁与R₂串联于电容器C₆与变压器T₁的次级侧的接地端之间，且线性预测信号V_LPC产生于电阻器R₁与R₂之间的共通接点。电阻器R₃与R₄彼此串联，并一起并联于功率晶体管Q₂。重置信号V_RES产生于电阻器R₃与R₄之间的共通接点。线性预测端LPC接收线性预测信号V_LPC以进行充电，且重置端RES接收重置信号V_SET以进行重置。控制端GATE产生PWM信号V_G2，以控制功率晶体管Q₂。

图2A及图2B是表示根据本发明实施例的切换控制器100。切换控制器100包括线性预测电路101、重置电路103、PWM电路107、以及充电/放电电路。线性预测电路101包括采样-保持电路102以及电压-电流转换器（V/I）106。重置电路103包括采样-保持电路104以及电压-电流转换器（V/I）105。充电/放电电路包括电容器C₃以及开关SW₄。PWM电路107包括SR触发器112、反向器113、以及比较器108与110。

线性预测电路101接收线性预测信号V_LPC，以通过采样-保持操作来对电容器C₃充电。线性预测电路101包括采样-保持电路102以及电压-电流转换器（V/I）106。线性预测电路101的采样-保持电路102接收线性预测信号V_LPC，以在线性预测信号V_LPC的上升沿采样，且接着在线性预测信号V_LPC的下降沿保持采样信号V_SL（显示于图3）以产生保持信号V_HL（显示于图3）。电压-电流转换器（V/I）106根据保持信号V_HL来产生充电电流（也称为充电信号）I₃。

重置电路103包括采样-保持电路104以及电压-电流转换器（V/I）105。重置电路103接收重置信号V_RES以产生放电信号来通过充电/放电电路对PWM电路107进行重置。采样-保持电路104接收重置信号V_RES，以在重置信号V_RES的上升沿采样，且接着在重置信号V_RES的下降沿保持采样结果（显示于图5的采样信号V_SR）以产生保持信号V_HR（显示于图5）。电压-电流转换器（V/I）105根据保持信号V_HR来产生放电电流（也称为放电信号）I_DIS，以通过充电/放电电路对PWM电路107进行重置。

放电/充电电路包括串联的电容器C₃以及开关SW₄，以接收充电电流I₃且通过开关SW₄来接收放电电流I_DIS。电容器C₃接收充电电流I₃以进行充电，且当如图2B所示开关SW₄导通时，放电电流I_DIS通过开关SW₄而产生自电压-电流转换器（V/I）105。因此，根据充电电流I₃以及放电电流I_DIS而在电容器C₃与开关SW₄之间的共通接点上产生斜坡信号V_CT。

SR触发器112、反向器113、以及比较器108与110组成PWM电路107，以根据线性预测信号V_LPC以及斜坡信号V_CT而在SR触发器112的输出端Q上产生PWM信号V_G2。SR触发器112的设定端S由比较器108的输出所控制。比较器108接收线性预测信号V_LPC以及第一临界值V_TH1以进行比较操作。SR触发器112的重置端R受控于比较器110的输出。比较器110接收斜坡信号V_CT以及第二临界值V_TH2以进行比较操作。比较器108根据其比较结果产生致能信号E_N。反向器113接收致能信号E_N且产生反向致能信号ENB。

图3是表示根据本发明实施例的采样-保持电路102。缓冲器201、开关202、电容器C₁形成采样电路，而另一开关203与电容器C₂形成保持电路。线性预测信号V_LPC分别通过脉冲产生电路204以及205产生第一信号S₁以及第二信号S₂，用以控制开关202以及203。第一信号S₁通过脉冲产生电路204以根据线性预测信号V_LPC的上升沿而被致能。第二信号S₂通过脉冲产生电路205以根据线性预测信号V_LPC的下降沿而被致能。采样信号V_SL通过开关202以根据线性预测信号V_LPC的上升沿而产生。保持信号V_HL根据线性预测信号V_LPC的下降沿而产生于电容器C₂。保持信号V_HL相关于线性预测信号V_LPC的高电平。

图4是表示根据本发明实施例的电压-电流转换器（V/I）106，其中，操作放大器210、晶体管211、以及电阻器212形成电压转电流电路，以根据保持信号V_HL来产生电流I₂₁₂。晶体管213、214、215、216、以及217形成电流镜，以根据电流I₂₁₂产生电流I₂₁₄、I₂₁₅、以及I₃。充电电流I₃与电流I₂₁₂成比例。充电电流I₃耦接电容器C₃以进行充电。

图5是表示根据本发明实施例的采样-保持电路104。缓冲器301、开关302、电容器C₄形成采样电路，而另一开关303与电容器C₅形成保持电路。重置信号V_RES用来产生第一信号S₃以及第二信号S₄，以分别通过脉冲产生电路304以及305来控制开关302以及303。第一信号S₃通过脉冲产生电路304以根据重置信号V_RES的上升沿而被致能。第二信号S₄通过脉冲产生电路305以根据重置信号V_RES的下降沿而被致能。采样信号V_SR通过开关302以根据重置信号V_RES的上升沿而产生。保持信号V_HR因此根据重置信号V_RES的下降沿而产生于电容器C₅。保持信号V_HR是有关于重置信号V_RES的高电平。

图6是表示根据本发明实施例的电压-电流转换器（V/I）105，其中，操作放大器310、晶体管311、以及电阻器312形成电压转电流电路，以根据保持信号V_HR来产生电流I₃₁₁。晶体管313与314形成一电流镜，以根据电流I₃₁₁产生电流I₃₁₄。晶体管315与316形成另一电流镜，以根据电流I₃₁₄以及来自取电压-电流转换器106的I₂₁₄来产生放电I_DIS，因此放电电流I_DIS可表示为I_DIS=I₃₁₄-I₂₁₄。

根据上述说明且参阅图4至图6，电流I₃₁₄镜射于电流I₃₁₁，且电流I₃₁₁代表重置信号V_RES。电流I₂₁₄镜射于电流I₂₁₂，且电流I₂₁₂代表线性预测信号V_LPC。因此，放电电流I_DIS表示重置置信号V_RES与线性预测信号V_LPC之间的差。

图7是表示高端同步整流电路的主要信号波形图。实际操作时，参阅图2A至图6，当切换信号VG被致能时，二极管45与40关闭（逆向偏压）。线性预测信号V_LPC的电压为高电平，其可表示为

且PWM信号V_G2根据线性预测信号V_LPC的高电平而同时处于禁能状态。功率晶体管Q₂关闭。当切换信号V_G禁能时，二极管45与40导通（正向偏压）。PWM信号V_G2根据线性预测信号V_LPC的低电平而处于致能状态。斜坡信号V_CT根据重置置信号V_RES与线性预测信号V_LPC之间的差而放电。一旦斜坡信号V_CT的电压低于第二临界值V_TH2时，PWM信号V_G2被禁能。

综上所述，切换控制器可配置于切换功率转换器的次级侧的高端。因此，切换控制器的接地端不再需要耦接切换功率转换器的次级侧的低端接地，而是耦接高端线圈的相对低电压。因此，可解决因为功率转换器的次级侧的接地切换操作所导致的切换损失以及电磁波干扰（electro-magneticInterference，EMI）问题。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员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所附权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种控制电路，适用于一切换功率转换器，该控制电路配置于该切换功率转换器的一次级侧与该切换功率转换器的一输出端之间以控制一切换装置，该控制电路包括：

一线性预测电路，接收来自该次级侧的一线性预测信号以产生一充电信号；

一重置电路，接收一重置信号以产生一放电信号；

一充电/放电电路，接收该充电信号以及该放电信号以产生一斜坡信号；以及

一脉宽调制电路，接收该线性预测信号以致能一切换信号，以及接收该斜坡信号以重置该切换信号;其中，该线性预测电路包括：

一采样-保持电路，接收该线性预测信号，且根据该线性预测信号产生一保持信号；以及

一电压-电流转换器，接收该保持电路，且根据该保持电路产生该充电信号。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，该重置电路包括：

一采样-保持电路，接收该重置信号，且根据该重置信号产生一保持信号；以及

一电压-电流转换器，接收该保持电路，且根据该保持电路产生该放电信号。

3.如权利要求1所述的控制电路，其中，该充电/放电电路包括：

一电容器，接收该放电信号，且由该放电信号进行充电；以及

一开关，与该电容器串联，且接收该放电信号；

其中，该斜坡信号根据该充电信号与该放电信号而产生于该电容器与该开关之间的共通接点。

4.如权利要求1所述的控制电路，其中，该脉宽调制电路包括：

一SR触发器，根据该线性预测信号以及该斜坡信号产生该切换信号；

一第一比较器，接收该线性预测信号以及一第一临界值以进行比较；以及

一第二比较器，接收该斜坡信号以及一第二临界值以进行比较；

其中，该SR触发器的设定端由该第一比较器的输出所控制，且该SR触发器的重置端由该第二比较器的输出所控制。

5.一种同步整流电路，适用于一功率转换器，包括：

一功率切换装置，耦接于该功率转换器的一次级侧与该功率转换器的一输出端之间，以进行整流；

一二极管，与该功率切换装置并联；以及

一控制电路，配置于该功率转换器的该次级侧与该功率转换器的该输出端之间，其中，该控制电路接收一线性预测信号以及一斜坡信号以导通/关闭该功率切换装置;

其中，该控制电路包括：

一线性预测电路，接收来自该次级侧的该线性预测信号以产生一充电信号；

一重置电路，接收一重置信号以产生一放电信号；

一充电/放电电路，接收该充电信号以及该放电信号以产生该斜坡信号；以及

一脉宽调制电路，接收该线性预测信号以致能一切换信号，以及接收该斜坡信号以重置该切换信号;

其中，该线性预测电路包括：

一采样-保持电路，接收该线性预测信号，且根据该线性预测信号产生一保持信号；以及

一电压-电流转换器，接收该保持电路，且根据该保持电路产生该充电信号。

6.如权利要求5所述的同步整流电路，其中，该重置电路包括：

一采样-保持电路，接收该重置信号，且根据该重置信号产生一保持信号；以及

一电压-电流转换器，接收该保持电路，且根据该保持电路产生该放电信号。

7.如权利要求5所述的同步整流电路，其中，该充电/放电电路包括：

一电容器，接收该放电信号，且由该放电信号进行充电；以及

一开关，与该电容器串联，且接收该放电信号；

其中，该斜坡信号根据该充电信号与该放电信号而产生于该电容器与该开关之间的共通接点。

8.如权利要求5所述的同步整流电路，其中，该脉宽调制电路包括：

一SR触发器，根据该线性预测信号以及该斜坡信号产生该切换信号；

一第一比较器，接收该线性预测信号以及一第一临界值以进行比较；以及

一第二比较器，接收该斜坡信号以及一第二临界值以进行比较；

其中，该SR触发器的设定端由该第一比较器的输出所控制，且该SR触发器的重置端由该第二比较器的输出所控制。

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