CN105743349B - Dc/dc转换器、同步整流控制器及其控制方法、电源装置、电源适配器及电子设备 - Google Patents

Dc/dc转换器、同步整流控制器及其控制方法、电源装置、电源适配器及电子设备 Download PDF

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Abstract

要解决在连续模式下产生的问题。脉冲发生器(304)在检测到DC/DC转换器(200)的初级侧的开关晶体管(M1)截止时使脉冲信号(S1)成为指示同步整流晶体管(M2)导通的导通电平，在检测到变压器的次级绕组(W2)的电流实质上变成零时使脉冲信号(S1)成为指示同步整流晶体管(M2)截止的截止电平。强制截止电路(330)在从检测到开关晶体管(M1)导通起经过预定的时限期间后，强制地使同步整流晶体管(M2)截止。

Description

DC/DC转换器、同步整流控制器及其控制方法、电源装置、电源 适配器及电子设备
技术领域
本发明涉及绝缘同步整流型DC/DC转换器。
背景技术
以电视机、冰箱为代表的各种各样的家电产品要接受来自外部的商用交流电进行工作。以膝上型电脑、便携式电话终端、平板终端为代表的电子设备也可以基于商用交流电工作，或者能基于商用交流电对设备内置的电池进行充电。这样的家电产品和电子设备(以下总称作电子设备)中内置有对商用交流电压进行AC/DC(交流/直流)转换的电源装置(AC/DC转换器)。或者，也有时在电子设备外部的电源适配器(AC适配器)中内置AC/DC转换器。
图1是表示本发明人研究的AC/DC转换器100r的基本构成的功能框图。AC/DC转换器100r主要包括滤波器102、整流电路104、平滑电容器106和DC/DC转换器200r。
商用交流电压VAC被介由保险丝和输入电容器(未图示)输入到滤波器102。滤波器102除去商用交流电压VAC的噪声。整流电路104是对商用交流电压VAC进行全波整流的二极管桥电路。整流电路104的输出电压被平滑电容器106平滑化，转换成直流电压VIN。
绝缘型的DC/DC转换器200r在输入端子P1接受直流电压VIN，使其降压后，将被稳定在目标值的输出电压VOUT提供给输出端子P2上所连接的负载(未图示)。
DC/DC转换器200r包括初级侧控制器202、光电耦合器204、反馈电路206、输出电路210、同步整流控制器300r、以及其它电路部件。输出电路210包括变压器T1、二极管D1、输出电容器C1、开关晶体管M1、同步整流晶体管M2。输出电路210的拓扑结构是一般的同步整流型的返 驰式(fly back)转换器的结构，故省略说明。
通过与变压器T1的初级绕组W1连接的开关晶体管M1开关，输入电压VIN被降压，生成输出电压VOUT。并且，初级侧控制器202调节开关晶体管M1的开关的占空比。
DC/DC转换器200r的输出电压VOUT被电阻R1、R2分压。反馈电路206例如包含并联稳压器(Shunt regulator)或误差放大器，将分压后的电压(电压检测信号)VS与预定的基准电压VREF(未图示)的误差放大，生成与误差相应的误差电流IERR，从光电耦合器204的输入侧的发光元件(发光二极管)吸引(灌)该电流。
光电耦合器204的输出侧的受光元件(光晶体管)中流过与次级侧的误差电流IERR相应的反馈电流IFB。该反馈电流IFB被电阻和电容器平滑化，输入到初级侧控制器202的反馈(FB)端子。初级侧控制器202基于FB端子的电压(反馈电压)VFB调节开关晶体管M1的占空比。
同步整流控制器300r使同步整流晶体管M2与开关晶体管M1的开关同步地开关。同步整流控制器300r具有脉冲发生器304、驱动器306。脉冲发生器304生成与开关晶体管M1的开关同步的脉冲信号S1。例如脉冲发生器304在开关晶体管M1截止时，使脉冲信号S1成为指示同步整流晶体管M2导通的第1状态(例如高电平)。另外，当在同步整流晶体管M2的导通期间内次级绕组W2流过的次级电流IS实质上成为零时，同步整流控制器300r使脉冲信号S1成为指示同步整流晶体管M2截止的第2状态(低电平)。
在开关晶体管M1导通期间，次级绕组W2的两端间电压为-VIN×NS/NP，故同步整流晶体管M2的漏极电压VD(即漏极源极间电压VDS)成为VD＝VOUT+VIN×NS/NP。NP、NS是初级绕组W1、次级绕组W2的匝数。
开关晶体管M1截止时，从同步整流晶体管M2的源极向漏极流过次级电流IS，故漏极源极间电压成为负电压。在连续模式下，随着开关晶体管M1导通，次级电流IS成为零，漏极电压再次上跳成VD＝VOUT+VIN×NS/NP。在不连续模式时，在同步整流晶体管M2的导通状态下，随着变压器T1中蓄积的能量减少而次级电流IS减少时，漏极源极间电压VDS的绝对值变小，进而当次级电流IS实质上变成零时，漏极源极 间电压VDS也实质上变成零，漏极电压VD会发生振荡(ringing)。
利用这些性质，脉冲发生器304基于同步整流晶体管M2的漏极电压(漏极源极间电压)生成脉冲信号S1。
驱动器306根据脉冲信号S1使同步整流晶体管M2开关。以上是AC/DC转换器100r的整体构成。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2010-074959号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
本发明人们发现，在使图1的DC/DC转换器200r以连续模式进行工作时，会发生以下问题。
图2是图1的DC/DC转换器200r的连续模式下的工作波形图。在时刻t1前，开关晶体管M1是导通状态，同步整流晶体管M2的漏极电压VD是VOUT+VIN×NS/NP。当在时刻t1开关晶体管M1截止时，次级绕组W2中开始流过次级电流IS，漏极电压VD成为负值。脉冲发生器304检测到漏极电压VD从上向下与第1阈值电压VTH1交叉，使脉冲信号S1成为第1状态。其结果，同步整流晶体管M2导通。
同步整流晶体管M2的导通期间、漏极电压VD的绝对值是随着次级电流IS的减少而变小的。当在时刻t2开关晶体管M1导通时，次级电流IS变成零，漏极电压VD再次上跳成VOUT+VIN×NS/NP。脉冲发生器304在漏极电压VD从下向上与第2阈值电压VTH2交叉时，使脉冲信号S1成为第2状态。由此，同步整流晶体管M2截止。
在此，从在时刻t2漏极电压VD与阈值电压VTH2交叉起，至脉冲信号S1转变成第2状态、同步整流晶体管M2变成截止的时刻t3，存在一个延迟τD。在该延迟τD期间，同步整流晶体管M2是导通的，其阻抗非常小，但其两端间产生较大的电压VD，故同步整流晶体管M2中有可能会流过大电流(虚线IS’)。
另外，在该延迟时间τD期间，同步整流晶体管M2中流过的大电流IS’会经由次级绕组W2。当在时刻t3同步整流晶体管M2截止时，流过次级绕 组W2的电流IS’会被阻断，故其两端间会产生高电压Vx＝dIs’/dt。该高电压Vx会在初级绕组W1的两端间感应起电压Vy＝-Vx×NP/NS。该电压Vy被施加于开关晶体管M1，有可能对开关晶体管M1的可靠性产生影响。
为解决这些问题，可以考虑从初级侧控制器202向同步整流控制器300提供表示开关晶体管M1导通的定时(timing)信号，同步整流控制器300在开关晶体管M1导通前先使同步整流晶体管M2截止的方案。
但是，在绝缘型的转换器中，需要使初级侧和次级侧绝缘，故为了将该定时信号从初级侧传送至次级侧，需要追加光电耦合器或电容器，存在电路成本变高这样的问题。
本发明是鉴于这样的课题而研发的，其一个方案的例示性目的之一在于提供一种能解决在连续模式下产生的问题的DC/DC转换器。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及被配置在绝缘同步整流型的DC/DC转换器的次级侧，控制同步整流晶体管的同步整流控制器。同步整流控制器包括：基于同步整流晶体管的两端间电压生成脉冲信号的脉冲发生器，当检测到DC/DC转换器的初级侧的开关晶体管截止时，使脉冲信号成为指示同步整流晶体管导通的导通电平，当检测到变压器的次级绕组的电流实质上变成零时，使脉冲信号成为指示同步整流晶体管截止的截止电平；驱动器，根据脉冲信号使同步整流晶体管开关；以及强制截止电路，在从检测到开关晶体管导通起经过预定的时限期间后，使同步整流晶体管强制截止。
时限期间可以被设定得比开关晶体管的开关周期短。当开关频率为可变时，也可以被设定得比与最大频率对应的周期短。
在一个循环中，开关晶体管导通、截止，然后同步整流晶体管导通。根据该方案，在下一循环中能保证在开关晶体管导通前同步整流晶体管是截止的，能解决在连续模式下可能出现的问题。
强制截止电路可以在从开关晶体管的导通被检测到起经过时限期间后，使脉冲信号转变成截止电平。由此能强制地使同步整流晶体管截止。
脉冲发生器可以包括：置位信号生成部，生成在检测到开关晶体管截止时被置于有效的置位信号；复位信号生成部，生成在变压器的次级绕组的电流实质上变为零时被置于有效的复位信号；以及触发器，生成在置位信号被置于有效时转变成导通电平、在复位信号被置于有效时转变成截止 电平的脉冲信号。
强制截止电路可以生成在从开关晶体管的导通被检测到起经过时限期间后被置于有效的强制截止信号。触发器可以在复位信号和强制截止信号的至少一者被置于有效时，使脉冲信号转变成截止电平。
强制截止电路可以在复位信号被置于有效时开始计时。
在连续模式下，因开关晶体管的导通而使得次级电流成为零。因此，根据该方案，能基于复位信号的有效检测开关晶体管的导通。
置位信号生成部可以包括第1比较器，将同步整流晶体管的两端间电压与第1阈值电压进行比较，输出与比较结果相应的置位信号。复位信号生成部可以包括第2比较器，将同步整流晶体管的两端间电压与第2阈值电压进行比较，输出与比较结果相应的复位信号。
一个方案的同步整流控制器可以还包括将同步整流晶体管的两端间电压与预定的正的第3阈值电压进行比较的第3比较器。强制截止电路的计时可以在同步整流晶体管的两端间电压与第3阈值电压交叉时被复位。
在不连续模式下，当同步整流晶体管截止时，同步整流晶体管的两端间电压会上跳，之后因共振而振动。根据该方案，通过将两端间电压与第3阈值电压进行比较，能检测到不连续模式下的电压的上跳，通过在不连续模式使计时复位，能使强制截止无效化。
第3阈值电压可以是DC/DC转换器的输出电压、或使输出电压偏置后的电压。
在不连续模式下，当同步整流晶体管截止时，同步整流晶体管的两端间电压会上跳，之后向输出电压的电压电平收敛。因此，通过基于输出电压设定第3阈值电压，能可靠地检测到不连续模式。
强制截止电路可以包括：一端的电位被固定的电容器；为电容器供给电流的电流源；响应于开关晶体管的导通而使电容器放电的放电电路；以及将电容器的电压与预定的第4阈值电压进行比较的第4比较器。强制截止电路可以在电容器的电压超过第4阈值电压时使强制截止信号有效。
电流源可以能根据外装的电阻的电阻值调节其电流量。
由此，能根据电阻值设定时限期间。
一个方案的同步整流控制器可以还包括导通检测电路，其包含将同步整流晶体管的两端间电压与第5阈值电压进行比较的第5比较器，在同步整流 晶体管的两端间电压与第5阈值电压交叉时使表示开关晶体管导通的导通检测信号置于有效。强制截止电路可以在导通检测信号被置于有效时开始计时。
在开关晶体管导通时，同步整流晶体管的两端间电压会上跳到比DC/DC转换器的输出电压高。因此，通过适当设定第5阈值电压，能检测到开关晶体管的导通。
本发明的另一方案也涉及一种同步整流控制器。同步整流控制器包括：第1比较器，将同步整流晶体管的两端间电压与第1阈值电压进行比较，在两端间电压变得低于第1阈值电压时使置位信号置于有效；第2比较器，将同步整流晶体管的两端间电压与第2阈值电压进行比较，在两端间电压变得高于第2阈值电压时使复位信号置于有效；触发器，生成在置位信号被置于有效时成为导通电平、在复位信号被置于有效时转变为截止电平的脉冲信号；强制截止电路，在从复位信号被置于有效起经过预定的时限期间后，强制地使同步整流晶体管截止。
根据该方案，能保证在下一循环中开关晶体管导通前同步整流晶体管是截止的，能解决在连续模式下可能产生的问题。
强制截止电路可以生成在复位信号被置于起经过时限期间后被置于有效的强制截止信号。触发器可以在复位信号和强制截止信号的至少一者被置于有效时使脉冲信号转变成截止电平。
一个方案的同步整流控制器可以具有将同步整流晶体管的两端间电压与预定的正的第3阈值电压进行比较的第3比较器。强制截止电路的计时可以在同步整流晶体管的两端间电压与第3阈值电压交叉时被复位。
第3阈值电压可以是DC/DC转换器的输出电压或使输出电压偏置后的电压。
强制截止电路可以包括：一端的电位被固定的电容器；为电容器供给电流的电流源；响应于复位信号地使电容器放电的放电电路；以及将电容器的电压与预定的第4阈值电压进行比较的第4比较器。强制截止电路可以输出在电容器的电压超过第4阈值电压时被置于有效的强制截止信号。
电流源可以能根据外装电阻的电阻值调节其电流量。
在一个方案中，同步整流控制器可以被一体集成在一个半导体基板上。
所谓“一体集成”，包括电路的全部构成要素都形成在半导体基板上的情况，和电路的主要构成要素被一体集成的情况，也可以为调节电路常数而将 一部分电阻或电容器等设置在半导体基板外部。
通过将电路集成在1个芯片上，能削减电路面积，并能使电路元件的特性保持均匀。
本发明的另一方案涉及一种绝缘同步整流型的DC/DC转换器。DC/DC转换器包括：具有初级绕组和次级绕组的变压器；与变压器的初级绕组连接的开关晶体管；与变压器的次级绕组连接的同步整流晶体管；光电耦合器；与光电耦合器的输出侧连接，根据来自光电耦合器的反馈信号使开关晶体管开关的初级侧控制器；控制同步整流晶体管的上述任一种同步整流控制器；以及与光电耦合器的输入侧连接，产生与DC/DC转换器的输出电压相应的误差电流的反馈电路。
DC/DC转换器可以是返驰型，也可以是前向型。
本发明的另一方案涉及一种电源装置(AC/DC转换器)。电源装置包括：对商用交流电压进行滤波的滤波器；对滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；使二极管整流电路的输出电压平滑化、生成直流输入电压的平滑电容器；以及使直流输入电压降压并提供给负载的上述的DC/DC转换器。
本发明的另一方案涉及一种电子设备。电子设备包括：负载；对商用交流电压进行滤波的滤波器；对滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；使二极管整流电路的输出电压平滑化而生成直流输入电压的平滑电容器；以及使直流输入电压降压并提供给负载的上述的DC/DC转换器。
本发明的另一方案涉及一种AC适配器。AC适配器包括：对商用交流电压进行滤波的滤波器；对滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；使二极管整流电路的输出电压平滑化而生成直流输入电压的平滑电容器；以及使直流输入电压降压并提供给负载的上述的DC/DC转换器。
另外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素及表现形式在方法、装置、系统等间相互置换后的实施方式作为本发明的方案也是有效的。
通过本发明的一个方案，能降低待机状态下的耗电。
附图说明
图1是表示本发明人研究的AC/DC转换器的基本构成的功能框图。
图2是图1的DC/DC转换器的连续模式下的工作波形图。
图3是具备实施方式的同步整流控制器的DC/DC转换器的电路图。
图4是图3的DC/DC转换器的连续模式的工作波形图。
图5是图3的DC/DC转换器的不连续模式的工作波形图。
图6是第1构成例的同步整流控制器的电路图。
图7是第2构成例的同步整流控制器的电路图。
图8是说明图6的同步整流控制器的问题点的图。
图9是图7的同步整流控制器的不连续模式的工作波形图。
图10的(a)是表示强制截止电路的构成例的电路图；图10的(b)是图10的(a)的电流源的电路图。
图11是表示具备AC/DC转换器的AC适配器的图。
图12的(a)、(b)是表示具备AC/DC转换器的电子设备的图。
图13是第1变形例的DC/DC转换器的电路图。
图14是第2变形例的同步整流控制器的电路图。
具体实施方式
以下基于优选实施方式参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，实施方式仅是例示，并非限定发明，并非实施方式中所记载的全部特征及其组合都是发明的本质内容。
在本说明书中，所谓“部件A与部件B连接的状态”，包括部件A与部件B物理地直接连接的情况，和部件A与部件B介由不对电连接状态产生影响的其它部件间接连接的情况。
同样地，所谓“部件C被设在部件A和部件B之间的状态”，除部件A与部件C、或部件B与部件C直接连接的情况外，还包括介由不对电连接状态产生影响的其它部件间接连接的情况。
图3是具备实施方式的同步整流控制器300的DC/DC转换器200的电路图。AC/DC转换器100、DC/DC转换器200各自的基本构成分别与图1的AC/DC转换器100r、DC/DC转换器200r的构成是同样的。
同步整流控制器300具有电源(VCC)端子、开关输出(OUT)端子、漏极电压(VD)端子、接地(GND)端子，是被集成在一个半导体基板上的功能IC(Integrated Circuit：集成电路)。同步整流控制器300可以被收容在 与同步整流晶体管M2相同的封装中，构成一体不可分的单一模块。
同步整流控制器300的VCC端子被供给DC/DC转换器200a的输出电压VOUT，GND端子与同步整流晶体管M2的源极连接并被接地，VD端子与同步整流晶体管M2的漏极连接，OUT端子与同步整流晶体管M2的栅极连接。
同步整流控制器300的GND端子与同步整流晶体管M2的源极相连接，以源极电压为基准进行工作，故VD端子的漏极电压VD就是同步整流晶体管M2的两端间电压(漏极源极间电压)VDS。
同步整流控制器300具有脉冲发生器304、驱动器306、强制截止电路330。
脉冲发生器304基于同步整流晶体管M2的两端间电压VDS生成脉冲信号S1。脉冲发生器304在检测到DC/DC转换器200的初级侧的开关晶体管M1的截止时使脉冲信号S1成为指示同步整流晶体管M2导通的导通电平(例如高电平)，在检测到变压器T1的次级绕组W2的电流IS实质上成为零时使脉冲信号S1成为指示同步整流晶体管M2截止的截止电平(例如低电平)。驱动器306根据脉冲信号S1使同步整流晶体管M2开关。
在从检测到开关晶体管M1的导通起经过预定的时限期间TUP后(称作强制截止定时)，若同步整流晶体管M2为导通，则强制截止电路330强制地使其截止。在本实施方式中，强制截止电路330在强制截止定时使强制截止信号S2置于有效。然后利用强制截止信号S2使脉冲信号S1转变成截止电平(低电平)。
时限期间TUP被设定得比开关晶体管M1的开关周期TSW短。若开关频率fSW是可根据负载改变的，则可以设定得比与最大频率fMAX对应的周期1/TSWMAX短。
使同步整流晶体管M2强制截止的方式不被特别限定，在另一实施方式中，例如可以在脉冲发生器304和驱动器306之间追加逻辑门来掩蔽脉冲信号S1，还可以使驱动器306的推挽输出级的低侧(low side)晶体管(未图示)强制导通。
以上是同步整流控制器300的构成。下面说明其工作。
图4是图3的DC/DC转换器200的连续模式的工作波形图。在时刻t1，开关晶体管M1导通。以该导通为触发，强制截止电路330开始计时，在经过时限期间TUP时，强制截止信号S2被置于有效。这里，由于TUP<TSW，故 在下一循环中、在开关晶体管M1导通的时刻t4前，脉冲信号S1是截止电平，能使同步整流晶体管M2截止。
图5是图3的DC/DC转换器200的不连续模式的工作波形图。在不连续模式下，在强制截止信号S2有效前，次级电流IS实质上为零。因此，不发生基于强制截止信号S2的强制截止，同步整流晶体管M2进行开关。
以上是DC/DC转换器200的工作。
根据该DC/DC转换器200，如图4所示那样，在连续模式下，在开关晶体管M1导通前，同步整流晶体管M2截止，故能够解决在连续模式下可能产生的问题。由于无需为进行该控制而从初级侧控制器202向同步整流控制器300提供表示开关晶体管M1导通的定时信号，故无需追加传送定时信号所需的光电耦合器或电容器等部件，从成本角度来说也是有利的。
本发明可以包括图3的功能框图所表达的各种各样的具体方案，以下说明其具体的构成例。
图6是第1构成例的同步整流控制器300a的电路图。
脉冲发生器304包括置位信号生成部308、复位信号生成部310、D触发器FF1。同步整流控制器300a的GND端子与同步整流晶体管M2的源极连接。因此，在同步整流控制器300a中，VD端子的电压VD相当于同步整流晶体管M2的漏极源极间电压。
如上述那样，脉冲发生器304在(i)开关晶体管M1截止时，使脉冲信号S1成为第1状态(高电平)，在(ii)同步整流晶体管M2的导通期间，次级绕组W2中流过的电流IS实质上为零时，使脉冲信号S1成为第2状态(低电平)。
置位信号生成部308包含第1比较器CMP1，是为(i)检测开关晶体管M1的截止而设的。第1比较器CMP1将VD端子的漏极电压(漏极源极间电压)VD与负的预定的第1阈值电压VTH1(例如-150mV)进行比较，若它们交叉，则使置位信号(置位信号)SON成为有效(高电平)。具体来说，当漏极电压VD变得比VTH1低时，换言之，漏极源极间电压VDS变成负电压时，置位信号SON成为高电平。置位信号SON被输入到D触发器FF1的时钟端子，脉冲信号S1响应于置位信号SON的正边沿地变成高电平。也可以取代D触发器FF1而采用RS触发器。
复位信号生成部310包含第2比较器CMP2，是为(ii)检测在同步整流 晶体管M2导通期间次级绕组W2中流过的次级电流IS实质上变为零而设的。在开关晶体管M1截止期间，从同步整流晶体管M2的源极向漏极流过电流IS，漏极源极间电压VDS成为负电压，其绝对值与电流IS的电流量相应。因此，第2比较器CMP2将漏极电压VD与被设定在零附近的负的阈值电压VTH2(例如-10mV)进行比较，若漏极电压VD变得比阈值电压VTH2高，则使复位信号(复位信号)SOFF成为有效(低电平)。复位信号SOFF被输入到触发器FF1的复位端子(反转逻辑)，脉冲信号S1响应于复位信号SOFF的负边沿地变成低电平。
触发器FF1在复位信号SON和强制截止信号S2的至少一者被置于有效(低电平)时，使脉冲信号S1转变成截止电平(低电平)。为此设置逻辑电路332。逻辑电路332对强制截止信号S2和复位信号SOFF进行逻辑运算，并输出到触发器FF1的复位端子(反转逻辑)。在此，逻辑电路332是采用AND门(与门)的，但其构成可以根据各信号的逻辑值适当变更。
如图4所示，在连续模式下因开关晶体管M1的导通而使得次级电流IS变成零，漏极电压VD上跳。因此，第2比较器CMP2检测到的零电流的定时与开关晶体管M1的导通的定时实质上是一致的。因此，强制截止电路330在复位信号SOFF被置于有效时，当作开关晶体管M1导通而开始计时。
通过图6的同步整流控制器300a，能解决在连续模式下发生的各种各样的问题。
图7是第2构成例的同步整流控制器300b的电路图。
同步整流控制器300b除图6的同步整流控制器300a外还具有第3比较器CMP3。第3比较器CMP3将同步整流晶体管的漏极源极间电压VDS与预定的正的第3阈值电压VTH3进行比较。在第3比较器CMP3的输出S3表示漏极源极间电压VDS与第3阈值电压VTH3交叉了时，强制截止电路330的计时被复位。
优选基于输出电压VOUT生成第3阈值电压VTH3。具体来说，第3阈值电压VTH3被设定为输出电压VOUT或其附近值。也可以使输出电压VOUT偏置(offset)来生成第3阈值电压VTH。
通过同步整流控制器300b，能解决在同步整流控制器300a中发生的问题点。首先说明问题点。图8是说明图6的同步整流控制器300a的问题点的图。DC/DC转换器200的初级侧控制器202有时随着负载电流IOUT减少而使 开关频率fSW降低，减少开关损耗来谋求效率的改善。与这样的初级侧控制器202组合来使用图6的同步整流控制器300a时，在开关频率fSW较低的区域，换言之在开关周期较长的状态下，DC/DC转换器200以不连续模式工作时，无法使同步整流晶体管M2导通，成为以二极管整流模式工作。
在图6的同步整流控制器300a中，为检测开关晶体管M1的导通而利用第2比较器CMP2的输出SOFF。在连续模式下，开关晶体管M1导通将使得次级电流IS成为零，故复位信号SOFF的变化点就表示开关晶体管M1的导通。然而，在不连续模式下，在开关晶体管M1导通前，次级电流IS成为零，故复位信号SOFF的有效与同步整流晶体管M2的有效并不一致。
从复位信号SOFF有效起经过时限期间TUP后，同步整流晶体管M2成为强制截止。该强制截止在下一次复位信号SOFF有效时被解除。因此，置位信号SON的有效发生在强制截止区间中，脉冲信号S1维持低电平，同步整流晶体管M2不导通。
即，在采用同步整流控制器300a时，在不连续模式下同步整流晶体管M2不进行开关，可能出现以二极管整流模式工作的状况。
在采用图7的同步整流控制器300b时，该问题被解决。图9是图7的同步整流控制器300b的不连续模式的工作波形图。在不连续模式下同步整流晶体管M2截止时，漏极电压VD上跳，之后以输出电压VOUT为中心衰减振荡。在此期间，反复发生漏极电压VD与阈值电压VTH3的交叉，每次交叉时强制截止电路330的计时被复位，故强制截止信号S2不被置于有效。由此，在不连续模式下也能维持同步整流晶体管M2进行开关的同步整流工作。
图10的(a)是表示强制截止电路330的构成例的电路图。该强制截止电路330是模拟定时器电路，包括电容器C41、电流源CS41、放电电路M41、第4比较器CMP4、单触发电路334。电流源CS41为电容器C41供给电流IC。放电电路M41响应于复位信号SOFF地使电容器C41放电，使计时复位。例如放电电路M41可以由晶体管构成。第4比较器CMP4将电容器C41的电压VC41与预定的第4阈值电压VTH4进行比较。单触发电路334在电容器C41的电压VC41超过第4阈值电压VTH4时，输出成为预定时间的低电平(有效)的强制截止信号S2。
在图7的同步整流控制器300b中，放电电路M41被构成使得在复位信号SOFF和第3比较器CMP3的输出S3的任一者有效时，使电容器C41放电， 使计时复位。为此，也可以设置OR门(或门)336。
图10的(b)是图10的(a)的电流源CS41的电路图。电流源CS41包括晶体管M42、功率放大器340、外装电阻RISET、电流镜电路342。晶体管M42中流过与外装电阻RISET相应的电流VREF/RISET，电流镜电路342使该电流折返，提供给电容器C41。通过该构成，能根据电阻RISET的电阻值设定强制截止电路330的时限期间TUP。
强制截止电路330也可以取代模拟定时器而采用利用了计数器的数字定时器。
(用途)
下面说明实施方式中说明的DC/DC转换器200的用途。
图11是表示具备AC/DC转换器100的AC适配器800的图。AC适配器800具备插头802、壳体804、连接器806。插头802从未图示的插座接受商用交流电压VAC。AC/DC转换器100被安装在壳体804内。由AC/DC转换器100生成的直流输出电压VOUT被从连接器806供给电子设备810。作为电子设备810，可以例示出笔记本PC、数字照相机、数字摄像机、便携式电话、便携式音频播放器等。
图12的(a)、(b)是表示具备AC/DC转换器100的电子设备900的图。图12的(a)、(b)的电子设备900是显示器装置，但电子设备900的种类不特别限定，也可以是音频设备、冰箱、洗衣机、吸尘器等，只要是内置电源装置的设备即可。
插头902从未图示的插座接受商用交流电压VAC。AC/DC转换器100被安装在壳体804。由AC/DC转换器100生成的直流输出电压VOUT被提供给同一壳体904内所安装的微处理器、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、电源电路、照明设备、模拟电路、数字电路等负载。
以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应理解该实施方式只是例示，其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，且这样的变形例也包含在本发明的范围内。以下说明这样的变形例。
(第1变形例)
在实施方式中，说明了同步整流晶体管M2被配置在比初级绕组W1靠低电位侧的情况，但也可以将其配置在比同步整流晶体管M2更靠输出端子P2侧。图13是第1变形例的DC/DC转换器200c的电路图。
变压器T1的辅助绕组W4、二极管D4和电容器C4形成辅助转换器，产生比输出电压VOUT高的直流电压VCC1。该直流电压VCC1被提供给VCC端子。同步整流控制器300的GND端子与同步整流晶体管M2的源极连接。同步整流控制器300的构成与实施方式是同样的。在该变形例中，也能得到与实施方式同样的效果。
(第2变形例)
图14是第2变形例的同步整流控制器300d的电路图。同步整流控制器300d具有检测开关晶体管M1的导通的导通检测电路350。导通检测电路350包括将同步整流晶体管M5的两端间电压VDS与第5阈值电压VTH5进行比较的第5比较器CMP5。导通检测电路350在两端间电压VDS与第5阈值电压VTH5交叉时，使表示开关晶体管M1的导通的导通检测信号S5置于有效。
阈值电压VTH5同第3阈值电压VTH3一样，优选设定为输出电压VOUT附近。由此，能检测到伴随于开关晶体管M1的导通的漏极电压VD的上跳，能检测开关晶体管M1的导通。需要说明的是，若使第5阈值电压VTH5成为与第2阈值电压VTH2相同的电平，则同步整流控制器300d的工作与图6所示是相同的。
(第3变形例)
在实施方式中说明了返驰式转换器，但本发明也能适用于前向转换器。此时，在变压器T1的次级侧配置多个同步整流用的晶体管。同步整流控制器也可以被构成使多个同步整流晶体管开关。此外，转换器也可以是模拟共振型。
(第4变形例)
开关晶体管和同步整流晶体管的至少一者可以是双极晶体管或IGBT。
基于实施方式用具体的表达说明了本发明，但实施方式仅表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的技术思想的范围内，实施方式可以有多种变形例或配置的变更。
〔标号说明〕
P1…输入端子、P2…输出端子、M1…开关晶体管、M2…同步整流晶体管、C1…输出电容器、T1…变压器、W1…初级绕组、W2…次级绕组、CMP1…第1比较器、CMP2…第2比较器、CMP3…第3比较器、CMP4…第4比较器、CMP5…第5比较器、FF1…触发器、S1…脉冲信号、S2…强制截止信号、 100…AC/DC转换器、102…滤波器、104…整流电路、106…平滑电容器、200…DC/DC转换器、202…初级侧控制器、204…光电耦合器、206…反馈电路、210…输出电路、300…同步整流控制器、SDN…关闭信号(shut down signal)、304…脉冲发生器、306…驱动器、330…强制截止电路、332…逻辑电路、334…单触发电路、336…OR门、350…导通检测电路、800…AC适配器、802…插头、804…壳体、806…连接器、810、900…电子设备、902…插头、904…壳体。

Claims (11)

1.一种被配置在绝缘同步整流型的DC/DC转换器的次级侧、控制同步整流晶体管的同步整流控制器，包括：
漏极电压端子，连接到同步整流晶体管的漏极；
接地端子，连接到同步整流晶体管的源极；
第1比较器，将所述漏极电压端子处的漏极电压与第1阈值电压进行比较，在所述漏极电压变得低于所述第1阈值电压时使置位信号置于有效；
第2比较器，将所述漏极电压与第2阈值电压进行比较，在所述漏极电压变得高于所述第2阈值电压时使复位信号置于有效；
强制截止电路，接收来自第2比较器的复位信号，在从所述复位信号被置于有效起经过预定的时限期间后，将强制地使所述同步整流晶体管截止的强制截止信号置于有效；
触发器，生成在所述置位信号被置于有效时成为导通电平、在所述复位信号和所述强制截止信号的至少一者被置于有效时转变为截止电平的脉冲信号；
第3比较器，将所述漏极电压与预定的正的第3阈值电压进行比较；
所述同步整流晶体管在所述置位信号被置于有效时导通，并且在所述复位信号被置于有效时截止，并且所述强制截止电路被连接以接收来自所述第3比较器的输出信号，当漏极电压超过第3阈值电压时，所述强制截止电路的时间测量操作被复位，以确保在非连续模式期间同步整流晶体管的开关操作。
2.如权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，
所述触发器在所述复位信号和所述强制截止信号的至少一者被置于有效时使所述脉冲信号转变成截止电平。
3.如权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，
所述第3阈值电压是所述DC/DC转换器的输出电压。
4.如权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，
所述强制截止电路包括：
一端的电位被固定的电容器，
为所述电容器供给电流的电流源，
响应于所述复位信号地使所述电容器放电的放电电路，以及
将所述电容器的电压与预定的第4阈值电压进行比较的第4比较器；
单触发电路，被连接以接收第4比较器的输出，在所述电容器的电压超过所述第4阈值电压时，输出成为预定时间置于有效的所述强制截止信号。
5.如权利要求4所述的同步整流控制器，其特征在于，
所述电流源能根据外装的电阻的电阻值调节其电流量。
6.如权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，
被一体集成在一个半导体基板上。
7.一种绝缘同步整流型的DC/DC转换器，包括：
具有初级绕组和次级绕组的变压器；
与所述变压器的初级绕组连接的开关晶体管；
与所述变压器的次级绕组连接的同步整流晶体管；
光电耦合器；
与所述光电耦合器的输出侧连接，根据来自所述光电耦合器的反馈信号使所述开关晶体管开关的初级侧控制器；
控制所述同步整流晶体管的权利要求1所述的同步整流控制器；以及
与所述光电耦合器的输入侧连接，产生与所述DC/DC转换器的输出电压相应的误差电流的反馈电路。
8.一种电源装置，其特征在于，包括：
对商用交流电压进行滤波的滤波器；
对所述滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；
使所述二极管整流电路的输出电压平滑化、生成直流输入电压的平滑电容器；以及
使所述直流输入电压降压并提供给负载的权利要求7所述的DC/DC转换器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
负载；
对商用交流电压进行滤波的滤波器；
对所述滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；
使所述二极管整流电路的输出电压平滑化而生成直流输入电压的平滑电容器；以及
使所述直流输入电压降压并提供给负载的权利要求7所述的DC/DC转换器。
10.一种电源适配器，其特征在于，包括：
对商用交流电压进行滤波的滤波器；
对所述滤波器的输出电压进行全波整流的二极管整流电路；
使所述二极管整流电路的输出电压平滑化而生成直流输入电压的平滑电容器；以及
使所述直流输入电压降压并提供给负载的权利要求9所述的DC/DC转换器。
11.一种绝缘同步整流型的DC/DC转换器的同步整流晶体管的控制方法，其特征在于，包括：
将漏极电压端子连接到同步整流晶体管的漏极的步骤；
将接地端子连接到同步整流晶体管的源极的步骤；
将所述漏极电压端子处的漏极电压与第1阈值电压进行比较，在所述漏极电压变得低于所述第1阈值电压时使置位信号置于有效的第1比较步骤；
将所述漏极电压与第2阈值电压进行比较，在所述漏极电压变得高于所述第2阈值电压时使复位信号置于有效的第2比较步骤；
接收来自第2比较步骤的复位信号，在从所述复位信号被置于有效起经过预定的时限期间后，将强制地使所述同步整流晶体管截止的强制截止信号置于有效的强制截止步骤；
生成在所述置位信号被置于有效时成为导通电平、在所述复位信号和所述强制截止信号的至少一者被置于有效时转变成截止电平的脉冲信号的触发步骤；
将所述漏极电压与预定的正的第3阈值电压进行比较的第3比较步骤；以及
所述同步整流晶体管在所述置位信号被置于有效时导通，并且在所述复位信号被置于有效时截止，并且所述强制截止电路被连接以接收来自所述第3比较步骤的输出信号，当漏极电压超过第3阈值电压时，所述强制截止步骤的时间测量操作被复位，以确保在非连续模式期间同步整流晶体管的开关操作的步骤。
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