CN108933539B - 同步整流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步整流装置，其连接一电源供应器的一变压器的二次侧与一输出电容，同步整流装置包含一整流开关、一压控开关器与一整流控制器。整流开关连接于二次侧与输出电容之间。压控开关器具有一分压电容，压控开关器连接二次侧，以接收二次侧产生的二次侧电压。整流控制器连接压控开关器与整流开关。在二次侧电压上升至低于第一电压值的切换电压值时，整流控制器控制整流开关为非导通，而在整流开关为非导通后，压控开关器为非导通，以利用分压电容接收二次侧电压，并顺利实现同步整流。

Description

同步整流装置

技术领域

本发明涉及一种同步整流装置，且特别是指用于电源供应器的同步整流装置。

背景技术

在市面上，电源供应器能输出高电压与定电流。因为此电源供应器的需求功率小，所以输出电流亦小，且变压器的二次侧的同步整流器采用二极管实现。当灯具的应用范围愈广，则功率要求也愈高。若在二次侧仍旧使用二极管来实现同步整流器，将会造成损失过大、效率差、散热不易、输出电容的寿命下降且电源供应器的保固日期变短。

如图1所示，其说明负载10与电源供应器中二极管12、变压器14的二次侧与输出电容16的连接关系，其中每一二极管12作为一同步整流器。然而，因为二极管12的导通损失极大，且产生过多热量，故如图2所示，将两个并联的二极管12组成为一同步整流器，以试图分散热量。当二极管12导通后，二极管12的导通电压并非与导通电流呈正比关系。且导通电流愈大，导通电压仅有小幅度变化。因此，图2中的二极管12仅能分散热，但电源供应器的输出效率依然无法有效提升。此外，会有电流分配不均的问题。为了减少导通损失，连接一同步整流电路18于二次侧，如图3所示。同步整流电路18包含一N通道金氧半场效晶体管20、一第一电阻22、一第二电阻24、一二极管26、一齐纳(Zener)二极管28、一电容30与一集成电路(IC)32，其中以N通道金氧半场效晶体管20直接连接二次侧。当电源供应器输出上百伏特的电压时，跨在第一电阻22上的高电压会造成极大的损失。若增加第一电阻22的电阻值，则会使集成电路32难以侦测到N通道金氧半场效晶体管20的汲极电压。

因此，本发明针对上述问题提出一种同步整流装置，以解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同步整流装置，其利用具有分压电容的压控开关器侦测二次侧电压，以大幅提升输出效率、降低损失、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

为了达到上述目的，本发明提供一种同步整流装置，其连接一电源供应器的一变压器的二次侧与一输出电容，同步整流装置包含一整流开关、一压控开关器与一整流控制器。整流开关连接于二次侧与输出电容之间。压控开关器具有一分压电容，压控开关器连接二次侧，以接收二次侧产生的二次侧电压。整流控制器连接压控开关器与整流开关。在二次侧电压上升至低于第一电压值的切换电压值时，整流控制器控制整流开关为非导通，而在整流开关为非导通后，压控开关器为非导通，分压电容接收二次侧电压，且二次侧电压继续上升至第一电压值为止。

在本发明的一实施例中，在二次侧电压下降至小于切换电压值的第二电压值时，压控开关器呈现导通状态，且整流控制器通过压控开关器侦测第二电压值，以导通整流开关。

在本发明的一实施例中，压控开关器为一N通道金氧半场效晶体管，其汲极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，N通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值。N通道金氧半场效晶体管的源极连接整流控制器，且N通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容作为分压电容。在整流开关为非导通后，N通道金氧半场效晶体管为非导通。在二次侧电压为第二电压值时，N通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，压控开关器还包含一辅助电容、一N通道金氧半场效晶体管与一二极管。N通道金氧半场效晶体管的汲极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，N通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值，N通道金氧半场效晶体管的源极连接整流控制器，且辅助电容连接于汲极与源极之间，N通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容与辅助电容形成分压电容。在整流开关为非导通后，N通道金氧半场效晶体管为非导通。二极管的阳极连接源极，二极管的阴极连接汲极，在二次侧电压为第二电压值时，N通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，压控开关器还包含一NPN双载子接面晶体管与一二极管。NPN双载子接面晶体管的射极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，NPN双载子接面晶体管的基极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值，分压电容连接于NPN双载子接面晶体管的射极与集极间，集极连接整流控制器。在整流开关为非导通后，NPN双载子接面晶体管为非导通。二极管的阳极连接射极，二极管的阴极连接集极。在二次侧电压为第二电压值时，NPN双载子接面晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一瞬时电压抑制器(TVS)，其一端连接整流控制器与压控开关器，另一端接地，瞬时电压抑制器稳定整流控制器所侦测的电压。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一齐纳(Zener)二极管，其一端连接整流控制器与压控开关器，另一端接地，瞬时电压抑制器稳定整流控制器所侦测的电压。

在本发明的一实施例中，直流电压源由电源供应器的辅助电源提供。

在本发明的一实施例中，整流开关为N通道金氧半场效晶体管或P通道金氧半场效晶体管。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一第一电阻与一第二电阻。第一电阻连接于整流控制器与整流开关之间，第二电阻连接于整流控制器与压控开关器之间，整流控制器通过第二电阻侦测第二电压值。

附图说明

图1为现有技术中的变压器、两个二极管、输出电容与负载的电路示意图；

图2为现有技术中的变压器、四个二极管、输出电容与负载的电路示意图；

图3为现有技术中的变压器与同步整流电路的电路示意图；

图4为本发明提供的同步整流装置的第一实施例的电路示意图；

图5为本发明提供的同步整流装置的第二实施例的电路示意图；

图6为本发明提供的同步整流装置的第三实施例的电路示意图。

附图标记说明：10-负载；12-二极管；14-变压器；16-输出电容；18-同步整流电路；20-N通道金氧半场效晶体管；22-第一电阻；24-第二电阻；26-二极管；28-齐纳二极管；30-电容；32-集成电路；34-同步整流装置；36-变压器；38-输出电容；40-负载；42-整流开关；44-压控开关器；45-分压电容；46-整流控制器；48-瞬时电压抑制器；50-第一电阻；52-第二电阻；54-N通道金氧半场效晶体管；56-直流电压源；58-寄生源汲电容；60-寄生基汲二极管；62-辅助电容；64-二极管；66-NPN双载子接面晶体管。

具体实施方式

本发明的实施例将通过下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的组件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域技术人员可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。

以下请图4。以下介绍本发明提供的同步整流装置34的第一实施例，同步整流装置34连接一电源供应器的一变压器36的二次侧与一输出电容38，输出电容38与一负载40并联，且输出电容38的一端连接二次侧，另一端接地。电源供应器为顺向式(Forward)、反驰式(Flyback)或者谐振式电源供应器，但不以此为限。电源供应器具有一主电源与一辅助电源，辅助电源的电压小于主电源的电压。同步整流装置34包含一整流开关42、一压控开关器44、一整流控制器46、一瞬时电压抑制器(TVS)48、一第一电阻50与一第二电阻52，其中瞬时电压抑制器48例如为齐纳(Zener)二极管或二极管串行(diode-string)，整流开关42为N通道金氧半场效晶体管或P通道金氧半场效晶体管。在此第一实施例中，瞬时电压抑制器48以齐纳二极管为例，整流开关42以N通道金氧半场效晶体管为例。整流开关42连接于二次侧与输出电容38之间。压控开关器44具有一分压电容45，压控开关器44连接二次侧，以接收二次侧产生的二次侧电压VS。整流控制器46连接压控开关器44与整流开关42。在二次侧电压VS上升至低于第一电压值的切换电压值时，整流控制器46控制整流开关42为非导通，而在整流开关42为非导通后，压控开关器44为非导通，分压电容45接收二次侧电压VS，二次侧电压VS继续上升至第一电压值为止。分压电容45的容值可以依照需求调整，原则上要能够承受第一电压值。此第一电压值为二次侧电压VS的最大值。在二次侧电压VS下降至小于切换电压值的第二电压值时，压控开关器44呈现导通状态，且整流控制器46通过压控开关器44侦测第二电压值，以导通整流开关42。此瞬时电压抑制器48的一端连接整流控制器46与压控开关器44，另一端接地，瞬时电压抑制器48稳定整流控制器46所侦测的电压。因此第一电压值会大于瞬时电压抑制器48的箝位电压。第一电阻50连接于整流控制器46与整流开关42之间，第二电阻52连接于整流控制器46与压控开关器44之间，整流控制器46通过第二电阻52侦测第二电压值。

压控开关器44为一N通道金氧半场效晶体管54，其汲极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压VS，N通道金氧半场效晶体管54的闸极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值VCC。直流电压值VCC小于或等于第一电压值，直流电压值VCC大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值VCC时，同步整流装置34不工作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压VS在不同电压值，可导通N通道金氧半场效晶体管54。N通道金氧半场效晶体管54的源极与基极互相连接，源极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48，且N通道金氧半场效晶体管54的寄生源汲电容58作为分压电容45。在整流开关42为非导通后，N通道金氧半场效晶体管54为非导通。在二次侧电压VS为第二电压值时，N通道金氧半场效晶体管54呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第一实施例的工作过程。当二次侧电压VS下降至第二电压值时，寄生源汲电容58与节点D放电以产生电流通过寄生基汲二极管60。因为直流电压值VCC大于第二电压值，所以N通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。当没有电流通过寄生基汲二极管60时，节点D的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压VS上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值VCC的压差，所以N通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压VS继续上升至第一电压值时，因为直流电压值VCC小于或等于第一电压值，所以N通道金氧半场效晶体管54为非导通，同时二次侧电压VS对寄生源汲电容58充电，并使节点D的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过寄生源汲电容58接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于N通道金氧半场效晶体管54的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过寄生源汲电容58接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压VS损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。即使省略瞬时电压抑制器48、第一电阻50与第二电阻52的至少其中一个，亦可达到上述目的。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第二实施例，如图5所示。第二实施例与第一实施例差别在于压控开关器44。压控开关器44还包含一辅助电容62、一N通道金氧半场效晶体管54与一二极管64。N通道金氧半场效晶体管54的汲极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压VS，N通道金氧半场效晶体管54的闸极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值VCC。直流电压值VCC小于或等于第一电压值，直流电压值VCC大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值VCC时，同步整流装置不工作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压VS在不同电压值，可导通N通道金氧半场效晶体管54。N通道金氧半场效晶体管54的源极与基极互相连接，源极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48，且辅助电容62连接于汲极与源极之间，N通道金氧半场效晶体管54的寄生源汲电容58与辅助电容62形成分压电容45。在整流开关42为非导通后，N通道金氧半场效晶体管54为非导通。二极管64的阳极连接源极，二极管64的阴极连接汲极。在二次侧电压VS为第二电压值时，N通道金氧半场效晶体管54呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第二实施例的工作过程。当二次侧电压VS下降至第二电压值时，辅助电容62、寄生源汲电容58与节点D放电以产生电流通过寄生基汲二极管60与二极管64。因为直流电压值VCC大于第二电压值，所以N通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。当没有电流通过寄生基汲二极管60与二极管64时，节点D的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压VS上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值VCC的压差，所以N通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压VS继续上升至第一电压值时，因为直流电压值VCC小于或等于第一电压值，所以N通道金氧半场效晶体管54为非导通，同时二次侧电压VS对寄生源汲电容58与辅助电容62充电，并使节点D的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过寄生源汲电容58与辅助电容62接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于N通道金氧半场效晶体管54的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过寄生源汲电容58与辅助电容62接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压VS损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第三实施例，如图6所示。第三实施例与第二实施例差别在于压控开关器44。压控开关器44更包含一NPN双载子接面晶体管66与一二极管64。NPN双载子接面晶体管66的射极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压VS，NPN双载子接面晶体管66的基极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值VCC。直流电压值VCC小于或等于第一电压值，直流电压值VCC大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值VCC时，同步整流装置不运作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压VS在不同电压值，可导通NPN双载子接面晶体管66。分压电容45连接于NPN双载子接面晶体管66的射极与集极间，集极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48。在整流开关42为非导通后，NPN双载子接面晶体管66为非导通。二极管64的阳极连接射极，二极管64的阴极连接集极。在二次侧电压VS为第二电压值时，NPN双载子接面晶体管66呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第三实施例的工作过程。当二次侧电压VS下降至第二电压值时，分压电容45与节点D放电以产生电流通过二极管64。因为直流电压值VCC大于第二电压值，所以NPN双载子接面晶体管66呈导通状态。当没有电流通过二极管64时，节点D的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压VS上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值VCC的压差，所以NPN双载子接面晶体管66呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压VS继续上升至第一电压值时，因为直流电压值VCC小于或等于第一电压值，所以NPN双载子接面晶体管66为非导通，同时二次侧电压VS对分压电容45充电，并使节点D的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过分压电容45接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于NPN双载子接面晶体管66的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过分压电容45接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压VS损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

此外，压控开关器44亦可由P通道金氧半场效晶体管与PNP双载子接面晶体管所组成，压控开关器44的操作与上述实施例类似，于此不再赘述。

综上所述，本发明利用具有分压电容的压控开关器侦测二次侧电压，以据此切换同步开关，进而大幅提升输出效率、降低损失、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

以上所述者，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求所述的形状、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保护范围内。

Claims (9)

1.一种同步整流装置，其连接一电源供应器的一变压器的二次侧与一输出电容，其特征在于，该同步整流装置包含：

一整流开关，连接于该二次侧与该输出电容之间；

一压控开关器，连接该二次侧，具有一分压电容，以接收该二次侧产生的二次侧电压；以及

一整流控制器，连接该压控开关器与该整流开关，在该二次侧电压上升至低于第一电压值的切换电压值时，该整流控制器控制该整流开关为非导通，而在该整流开关为非导通后，该压控开关器为非导通，该分压电容接收该二次侧电压，且该二次侧电压继续上升至该第一电压值为止，该二次侧电压下降至小于该切换电压值的第二电压值时，该压控开关器呈现导通状态，且该整流控制器通过该压控开关器侦测该第二电压值，以导通该整流开关。

2.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，该压控开关器为一N通道金氧半场效晶体管，其汲极连接该整流开关与该二次侧，以接收该二次侧电压，该N通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收该直流电压源的直流电压值，该直流电压值小于或等于该第一电压值，该直流电压值大于该第二电压值，该N通道金氧半场效晶体管的源极连接该整流控制器，且该N通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容作为该分压电容，在该整流开关为非导通后，该N通道金氧半场效晶体管为非导通，在该二次侧电压为该第二电压值时，该N通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且该整流控制器侦测该第二电压值。

3.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，该压控开关器还包含：

一辅助电容；

一N通道金氧半场效晶体管，其汲极连接该整流开关与该二次侧，以接收该二次侧电压，该N通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收该直流电压源的直流电压值，该直流电压值小于或等于该第一电压值，该直流电压值大于该第二电压值，该N通道金氧半场效晶体管的源极连接该整流控制器，且该辅助电容连接于该汲极与该源极之间，该N通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容与该辅助电容形成该分压电容，在该整流开关为非导通后，该N通道金氧半场效晶体管为非导通；以及

一二极管，其阳极连接该源极，阴极连接该汲极，在该二次侧电压为该第二电压值时，该N通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且该整流控制器侦测该第二电压值。

4.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，该压控开关器还包含：

一NPN双载子接面晶体管，其射极连接该整流开关与该二次侧，以接收该二次侧电压，该NPN双载子接面晶体管的基极连接一直流电压源，以接收该直流电压源的直流电压值，该直流电压值小于或等于该第一电压值，该直流电压值大于该第二电压值，该分压电容连接于该NPN双载子接面晶体管的集极与该射极间，该集极连接该整流控制器，在该整流开关为非导通后，该NPN双载子接面晶体管为非导通；以及

一二极管，其阳极连接该射极，阴极连接该集极，在该二次侧电压为该第二电压值时，该NPN双载子接面晶体管呈现导通状态，且该整流控制器侦测该第二电压值。

5.如权利要求2、3或4所述的同步整流装置，其特征在于，该直流电压源由该电源供应器的辅助电源提供。

6.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，还包含一瞬时电压抑制器，其一端连接该整流控制器与该压控开关器，另一端接地，该瞬时电压抑制器稳定该整流控制器所侦测的电压。

7.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，还包含一齐纳二极管，其一端连接该整流控制器与该压控开关器，另一端接地，以稳定该整流控制器所侦测的电压。

8.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，该整流开关为N通道金氧半场效晶体管或P通道金氧半场效晶体管。

9.如权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，还包含：

一第一电阻，连接于该整流控制器与该整流开关之间；以及

一第二电阻，连接于该整流控制器与该压控开关器之间，该整流控制器通过该第二电阻侦测该第二电压值。

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