CN103633849A - 减少功率转换器电磁干扰的双闸极驱动电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种减少功率转换器电磁干扰的双闸极驱动电路及控制方法。双闸极驱动电路包含一开关及一切换控制电路。开关耦接功率转换器的一变压器，用来使变压器切换，以调整功率转换器的输出。切换控制电路依据一回授讯号产生一第一切换讯号及一第二切换讯号，用来切换开关，进而使变压器切换。回授讯号相关联于功率转换器的输出。第二切换讯号在第一切换讯号致能后的一延迟时间之后致能。

Description

减少功率转换器电磁干扰的双闸极驱动电路及控制方法
技术领域
本发明是有关于一种功率转换器，尤其是关于功率转换器的一双闸极驱动电路及控制方法。
背景技术
请参阅图1，其为习知功率转换器的电路图。如图所示，功率转换器包含一变压器20，用于将一输入电压VIN转换为一输出VO。变压器20具有一一次侧绕组NP及一二次侧绕组NS。二次侧绕组NS经由一输出整流器40及一输出电容器45，在功率转换器的一输出端产生输出VO。输出整流器40的第一端耦接二次侧绕组NS的第一端。输出电容器45耦接在输出整流器40的第二端及二次侧绕组NS的第二端之间。输出电容器45更耦接功率转换器的输出端。输出VO产生于输出电容器45。
一次侧绕组NP的一第一端接收输入电压VIN。晶体管15的汲极端及源极端分别耦接一次侧绕组NP的第二端及接地端。也就是晶体管15耦接于一次侧绕组NP及接地端之间。晶体管15作为一开关，并依据一脉波切换讯号SPWM使变压器20切换，以调整功率转换器的输出VO。脉波切换讯号SPWM耦接晶体管15的闸极端，且脉波切换讯号SPWM用于控制晶体管15切换，进而使变压器20切换。
二极管70、电容器71及电阻器72构成一第一缓冲电路（snubber circuit）。第一缓冲电路耦接变压器20的一次侧绕组NP，以消弭变压器20的一漏电感的电能。二极管70的阳极耦接一次侧绕组NP的第二端。电容器71耦接于二极管70的阴极及一次侧绕组NP的第一端之间。电阻器72与电容器71并联。电容器81及电阻器82构成一第二缓冲电路。第二缓冲电路与输出整流器40并联。习知功率转换器设置缓冲电路的目的为降低电磁干扰（electromagnetic interference，EMI）。电阻器82的第一端耦接输出整流器40的第一端及二次侧绕组NS的第一端。电容器81耦接于电阻器82的第二端及输出整流器40的第二端之间。此外，寄生电容器17耦接于晶体管15的汲极端及源极端之间。
请参阅图2，其显示图1的功率转换器的晶体管15导通时，功率转换器中的电流路径。如图所示，当晶体管15导通时，一充电电流IC从输入电压VIN流入变压器20，以储存电能至变压器20。此时，因为二极管70的反向恢复时间Trr（reverse recovery time），一突波电流（surge current）ISC1将从输入电压VIN经由电容器71及二极管70流至晶体管15。充电电流IC及突波电流ISC1皆会流进晶体管15并造成噪声。再者，因为输出整流器40的反向恢复时间Trr，另一突波电流ISC2会经由输出整流器40逆向回流并产生电磁干扰。
如此即表示，晶体管15、二极管70及输出整流器40的寄生组件（如寄生电容器Cj及导线接合电感器（wire-bond inductor）Lj，如图3表示）构成一谐振电路，而产生电磁干扰。此外，当晶体管15导通时，一切换电流IT会流过晶体管15。
请参阅图3，其为图1的功率转换器的谐振电路的等效电路图。Zs为等效串联阻抗，Zp为等效并联阻抗。较大阻抗值的等效串联阻抗Zs及/或较低阻抗值的等效并联阻抗Zp可以减少谐振电路的Q值，并降低电磁干扰。
请参阅图4，其为图1的功率转换器的晶体管15受控于脉波切换讯号SPWM时，脉波切换讯号SPWM与切换电流IT的波形图。当晶体管15被脉波切换讯号SPWM导通时（逻辑高准位），一“谐振振铃（resonant ringing）”产生于切换电流IT的上升边缘。而且，谐振振铃电流会造成一辐射噪声（radiated noise）及产生高电磁干扰。然，减少此电磁干扰的解决方法的一是减少形成于晶体管15的谐振电路的Q值。
 
发明内容
本发明的目的之一，在于为提供一种双闸极驱动电路及一种控制方法，以降低功率转换器的电磁干扰。
本发明的功率转换器的双闸极驱动电路包含开关及切换控制电路。开关耦接功率转换器的变压器用以使变压器切换，以调整功率转换器的输出。切换控制电路依据一回授讯号产生一第一切换讯号及一第二切换讯号而控制开关切换，以使变压器切换。回授讯号相关联于功率转换器的输出。第二切换讯号于第一切换讯号致能后的一延迟时间之后致能。
本发明的功率转换器的控制方法包含依据一回授讯号产生一切换讯号；依据切换讯号产生一第一切换讯号及一第二切换讯号；依据第一切换讯号及第二切换讯号使功率转换器的一开关切换；及依据开关切换而切换功率转换器的变压器，以调整功率转换器的输出。回授讯号相关联于功率转换器的输出。第二切换讯号于第一切换讯号致能后的一延迟时间之后致能。
 
附图说明
图1：其为习知功率转换器的电路图；
图2：其为显示图1的功率转换器的晶体管导通时，功率转换器中的电流路径；
图3：其为图1的功率转换器的谐振电路的等效电路图；
图4：其为图1的功率转换器的晶体管受控于脉波切换讯号SPWM时，脉波切换讯号SPWM与切换电流IT的波形图；
图5：其为本发明双闸极驱动电路运用于功率转换器的架构电路图；
图6：其为本发明双闸极驱动电路的切换控制电路的实施例的电路图；
图7：其为本发明双闸极驱动电路的第一切换讯号SW1及第二切换讯号SW2的波形图；及
图8：其为本发明双闸极驱动电路的一延迟电路的一实施电路的电路图。
【图号对照说明】
10        开关
11        第一晶体管
12        第二晶体管
15        晶体管
17        寄生电容器
20        变压器
40        输出整流器
45        输出电容器
50        切换控制电路
70        二极管
71        电容器
72        电阻器
81        电容器
82        电阻器
100           控制器
110           第一输出缓冲器
120           第二输出缓冲器
150           延迟电路
151           电流源
152           电容器
156           反相器
157           晶体管 159           与门
Cj        寄生电容器
IC         充电电流
ISC1       突波电流
ISC2       突波电流
IT         切换电流
Lj        导线接合电感器
NP        一次侧绕组
NS        二次侧绕组
SPWM     脉波切换讯号 SW       切换讯号
SW0      延迟切换讯号
SW1      第一切换讯号
SW2      第二切换讯号
TD        延迟时间
VCC      供应电压
VFB       回授讯号
VIN       输入电压
VO       输出
ZP        等效并联阻抗
ZS        等效串联阻抗。
具体实施方式
为了使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，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图5，其为本发明双闸极驱动电路运用于功率转换器的架构电路图。如图所示，此功率转换器包含变压器20，变压器20具有一次侧绕组NP及二次侧绕组NS。二次侧绕组NS经由输出整流器40及输出电容器45于功率转换器的输出端产生输出VO。一次侧绕组NP的第一端接收输入电压VIN。第一缓冲电路包含二极管70、电容器71及电阻器72，并耦接变压器20的一次侧绕组NP，以消弭变压器20的漏电感的电能。第二缓冲电路包含电容器81及电阻器82，并且与输出整流器40并联。
本发明的双闸极驱动电路包含一开关10及一切换控制电路50。开关10耦接于一次侧绕组NP的第二端及接地端之间，并用于使变压器20切换，以调整功率转换器的输出VO。开关10可以包含两个晶体管或包含具有两个闸极端的一晶体管。然，此实施例的开关10包含两个晶体管11与12。
具有第一闸极端的第一晶体管11具有一高导通阻抗（RDS-ON），具有第二闸极端的第二晶体管12具有一低导通阻抗。第一晶体管11的高导通阻抗高于第二晶体管12的低导通阻抗。第二晶体管12与第一晶体管11相并联，第一晶体管11的汲极端及第二晶体管12的汲极端皆耦接一次侧绕组NP的第二端及二极管70的阳极。第一晶体管11及第二晶体管12的源极端皆耦接于接地端。切换控制电路50依据一回授讯号VFB产生一第一切换讯号SW1及一第二切换讯号SW2，以使开关10切换，进而调整功率转换器的输出VO。回授讯号VFB相关联于功率转换器的输出VO。第一切换讯号SW1耦接第一晶体管11的第一闸极端，以驱动第一晶体管11，第二切换讯号SW2耦接第二晶体管12的第二闸极端，以驱动第二晶体管12。
请参阅图6，其为本发明双闸极驱动电路的切换控制电路50的实施例电路图。如图所示，一控制器100依据回授讯号VFB产生一切换讯号SW，经由一第一输出缓冲器110，切换讯号SW用于产生第一切换讯号SW1。换句话说第一输出缓冲器110接收切换讯号SW，并依据切换讯号SW产生第一切换讯号SW1。
经由一延迟电路(DLY)150及一第二输出缓冲器120，切换讯号SW更用于产生第二切换讯号SW2。延迟电路150接收切换讯号SW，并延迟切换讯号SW一延迟时间TD（如图7所示），以产生一延迟切换讯号SW0。第二输出缓冲器120接收延迟切换讯号SW0，并产生第二切换讯号SW2。因此，第二输出缓冲器120依据切换讯号SW产生第二切换讯号SW2。故，切换讯号SW作为一基准切换讯号，而用于产生第一切换讯号SW1及第二切换讯号SW2。
请参阅图7，其为本发明的双闸极驱动电路的第一切换讯号SW1及第二切换讯号SW2的波形图。如图所示，当第一切换讯号SW1致能时，第二切换讯号SW2将于延迟时间TD后致能，其中延迟时间TD是由图6所示的延迟电路150所控制。再者，第一切换讯号SW1及第二切换讯号SW2会被同时禁能。
因此，当第一切换讯号SW1致能时，开关10（如图5所示）将被导通并具有一高阻抗，以降低谐振电路的Q值及电磁干扰。依据本发明的实施例，具有高导通阻抗（RDS-ON）的第一晶体管11会被已致能的第一切换讯号SW1所导通。尔后，开关10将进一步被导通而具有一低阻抗，以达到高效率。依据本发明的实施例，第一晶体管11被导通后，第二切换讯号SW2将被致能，而导通具有低导通阻抗的第二晶体管12。因为第二晶体管12并联于第一晶体管11，且第二晶体管12的导通阻抗较低，所以当第二晶体管12导通时，开关10的阻抗会变为低阻抗。
请参阅图8，其为本发明的双闸极驱动电路的延迟电路的一实施电路的电路图。如图所示，延迟电路150包含一电流源151、一电容器152、一反相器156、一晶体管157及一与门159。电流源151的第一端耦接供应电压VCC，电流源151的第二端耦接电容器152的第一端。电容器152的第二端耦接于接地端。电流源151用来对电容器152充电。晶体管157的汲极端耦接电流源151的第二端及电容器152的第一端。晶体管157的源极端耦接于接地端。切换讯号SW经由反相器156耦接晶体管157的闸极端，以控制晶体管157。切换讯号SW更耦接与门159的第一输入端。与门159的第二输入端耦接电容器152。与门159的输出端产生延迟切换讯号SW0。
当切换讯号SW致能时，晶体管157截止，电流源151对电容器152充电，并在延迟时间TD后（如图7所示）在与门159的输出端产生延迟切换讯号SW0。其中，延迟时间TD是由电流源151的电流大小及电容器152的电容量决定。当切换讯号SW禁能而使晶体管157导通时，晶体管157用于对电容器152放电。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，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 (15)

1.一种功率转换器的控制方法，其特征在于，其包含：
依据一回授讯号产生一切换讯号；
依据该切换讯号产生一第一切换讯号及一第二切换讯号；
依据该第一切换讯号及该第二切换讯号使该功率转换器的一开关切换；及
依据该开关切换而使该功率转换器的一变压器切换，以调整该功率转换器的一输出；
其中，该回授讯号相关联于该功率转换器的该输出，该第二切换讯号于该第一切换讯号致能后的一延迟时间之后致能。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中当该第一切换讯号致能时，该开关的一阻抗为一高阻抗，当该第二切换讯号致能时，该开关的该阻抗变为一低阻抗。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中该延迟时间是由一延迟电路所产生。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中该第一切换讯号及该第二切换讯号同时禁能。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中该开关包含具有双闸极端的一晶体管。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，其中该开关包含一第一晶体管及一第二晶体管，该第一晶体管及该第二晶体管分别具有一闸极端，该开关耦接该变压器而使该变压器切换。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，其中该第一晶体管及该第二晶体管耦接该变压器，以控制该变压器切换；该第二晶体管并联于该第一晶体管；该第一晶体管具有一高导通阻抗，该第二晶体管具有一低导通阻抗；该第一切换讯号及该第二切换讯号分别用于导通该第一晶体管及该第二晶体管。
8.一种功率转换器的双闸极驱动电路，其特征在于，其包含：
一开关，该开关耦接该功率转换器的一变压器，而控制该变压器切换，以调整该功率转换器的一输出；及
一切换控制电路，该切换控制电路依据一回授讯号产生一第一切换讯号及一第二切换讯号，而使该开关切换，进而切换该变压器；
其中，该回授讯号相关联于该功率转换器的该输出，该第二切换讯号于该第一切换讯号致能后的一延迟时间之后致能。
9.如权利要求8所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该开关包含具有双闸极端的一晶体管。
10.如权利要求8所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中当该第一切换讯号致能时，该开关的一阻抗为一高阻抗，当该第二切换讯号致能时，该开关的该阻抗变为一低阻抗。
11.如权利要求8所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该第一切换讯号及该第二切换讯号同时禁能。
12.如权利要求8所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该切换控制电路包含：
一控制器，该控制器依据该回授讯号产生一切换讯号，该切换讯号用于产生该第一切换讯号及该第二切换讯号。
13.如权利要求12所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该切换控制电路更包含：
一第一输出缓冲器，该第一输出缓冲器接收该切换讯号，并依据该切换讯号产生该第一切换讯号；
一延迟电路，该延迟电路延迟该切换讯号于该延迟时间，而产生一延迟切换讯号；及
一第二输出缓冲器，该第二输出缓冲器接收该延迟切换讯号，并依据该延迟切换讯号产生该第二切换讯号。
14.如权利要求8所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该开关包含一第一晶体管及一第二晶体管，该第一晶体管及该第二晶体管分别具有一闸极端。
15.如权利要求14所述的双闸极驱动电路，其特征在于，其中该第一晶体管及该第二晶体管耦接该变压器，以控制该变压器切换；该第二晶体管并联于该第一晶体管；该第一晶体管具有一高导通阻抗，该第二晶体管具有一低导通阻抗；该第一切换讯号及该第二切换讯号分别用于导通该第一晶体管及该第二晶体管。
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