TW201404027A - 電能轉換器以及用於控制電能轉換器的方法 - Google Patents

電能轉換器以及用於控制電能轉換器的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種控制電路以及一種用於控制電能轉換器的方法。用於控制所述電能轉換器的方法包含以下步驟。從電能變壓器的二次側接收檢測信號，並且根據所述檢測信號來產生第一開關信號。根據所述第一開關信號來產生第二開關信號。根據所述第二開關信號來產生電壓信號。根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號。將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果。根據所述檢測信號和所述比較結果來產生閘極信號，以便對同步開關的接通和斷開狀態進行控制。

Description

電能轉換器以及用於控制電能轉換器的方法
本發明是有關於一種電能轉換器，且特別是有關於一種於二次側受控電能轉換器中的同步整流因果函數(causal function)電路，以防止電能轉換器出現閘極重疊(gate overlapping)。
離線電能轉換器(offline power converter)包含電源變壓器，用來使AC線路電壓與電能轉換器的輸出絕緣，以保證安全。在最近的發展中，在電能變壓器的二次側中應用同步整流器是為了使電能轉換器實現高效率轉換。
在常規的電能轉換器中，同步整流器控制電路通常控制電能轉換器中同步整流器的開啟和關閉。
然而，在上述電能轉換器的常規技術中，因果函數的空載時間(dead time)對電能轉換器中的系統操作頻率極其敏感。例如，根據低操作頻率(例如，65千赫)設計的因果函數的空載時間可能並不適合於以較高頻率(例如，130千赫)操作的系統，這是因為因果函數的空載時間段(time period)可能太短，無法防 止閘極重疊。另一方面，根據高操作頻率設計的因果函數的空載時間可能並不適合於以較低頻率操作的系統，這是因為空載時間段太長，從而導致系統效率降低。
本發明提供一種因果函數電路，以便提供控制電路的空載時間來對電能轉換器的同步整流加以控制，所述電能轉換器在操作頻率增加或減少時不會發生明顯改變。
本發明提出一種電能轉換器，所述電能轉換器包括電能變壓器、整流二極體、同步開關以及控制電路。所述電能變壓器將輸入電壓變換成開關電壓。所述整流二極體的一個節點和所述同步開關的第一節點耦接到所述電能變壓器的二次側，而所述整流二極體的另一節點和所述同步開關的第二節點耦接到所述電能轉換器的輸出節點。所述控制電路耦接到所述整流二極體和所述同步開關。所述控制電路響應於從所述電能變壓器的所述二次側接收到的檢測信號而產生閘極信號(gate signal)，以便對所述同步開關的接通和斷開狀態進行控制，使得根據所述開關電壓和所述閘極信號來產生所述電能轉換器的輸出。
在本發明的一實施例中，上述之控制電路包括檢測端子和門端子。所述檢測端子耦接到所述整流二極體的一個節點，而所述門端子耦接到同步開關的控制節點。所述控制電路響應於所述檢測端子處的接收到的檢測信號而在所述門端子處產生門信 號，以便對所述同步開關的接通和斷開狀態加以控制。
在本發明的一實施例中，上述之控制電路包括取樣電路、清除電路、第一電壓生成電路、第二電壓生成電路、比較電路以及邏輯電路。所述取樣電路接收所述檢測信號，並且根據所述檢測信號來輸出第一開關信號。所述清除電路接收所述第一開關信號，並且根據所述第一開關信號來輸出第二開關信號。所述第一電壓生成電路根據所述第二開關信號來產生電壓信號。所述第二電壓生成電路根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號。所述比較電路耦接到所述第一電壓生成電路和所述第二電壓生成電路，而且所述比較電路將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果。所述邏輯電路耦接到所述比較電路，而且所述邏輯電路根據所述檢測信號和所述比較結果來輸出門信號。
在在本發明的一實施例中，上述之第一電壓生成電路包括第一緩衝器、第一開關、第一電流源以及第一電容器。基準電壓(base voltage)施加給所述第一緩衝器的正輸入端子，而所述第一緩衝器的負輸入端子連接到所述第一緩衝器的輸出端子。所述第一開關的第一節點連接到所述第一緩衝器的所述輸出端子，而且所述第二開關信號施加給所述第一開關的控制節點。所述第一電流源連接到所述第一開關的第二節點。所述第一電容器的一端連接到所述第一電流源，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點。所述第一電容器的另一端連接到所述第一開關的所述第一節 點和所述第一緩衝器的所述輸出端子。
在本發明的一實施例中，上述之第二電壓生成電路包括第二開關、第二電流源、第二電容器、第三開關、第三電容器以及第二緩衝器。所述第二開關信號施加給所述第二開關的控制節點。所述第二電流源連接到所述第一開關的第二節點。所述第二電容器的一端連接到所述第二電流源。第三開關的一個端子連接到第二電流源，而且所述第一開關信號施加給所述第三開關的控制節點。所述第三電容器連接到所述第三開關的另一端子。所述第二緩衝器的正輸入端子連接到所述第三電容器，而所述第二緩衝器的負輸入端子連接到所述第二緩衝器的輸出端子。
在本發明的一實施例中，上述之第二電壓生成電路更包括第一電阻器和第二電阻器。所述第一電阻器的一個端子連接到所述第二緩衝器的所述輸出端子，而所述第一電阻器的另一端子連接到比較器的負輸入端子，作為所述第二電壓生成電路的輸出節點。所述第二電阻器的一個端子連接到所述第一電阻器的所述另一端子和所述比較器的所述負輸入端子。
在本發明的一實施例中，上述之比較電路包括比較器。所述比較器的正輸入端子連接到所述第一電壓生成電路的輸出節點。所述比較器的負輸入端子連接到第二緩衝器的輸出節點。所述比較器將所述電壓信號與所述比較信號相比較，並且將比較結果輸出到所述邏輯電路。
在本發明的一實施例中，上述之邏輯電路包括第一及 閘、第一反相器(inverter)、反或閘以及正反器。所述第一及閘的第一輸入端子連接到所述比較電路的輸出節點。所述檢測電壓施加給所述第一反相器的陽極節點(anode node)，而所述第一反相器的陰極節點(cathode node)連接到所述第一及閘的第二輸入端子。所述反或閘的第一輸入端子連接到所述第一及閘的輸出節點，而且所述檢測電壓施加給所述反或閘的第二輸入端子。所述正反器的重置端子連接到所述反或閘的輸出節點，所述正反器的時脈端子連接到所述第一反相器的所述陰極節點，而且所述門信號由所述正反器的輸出端子產生。
在本發明的一實施例中，上述之取樣電路包括第二反相器、第四開關、第三電流源、第三反相器以及第二及閘。所述檢測信號通過所述第二反相器而傳輸到所述第四開關的控制節點。所述第三電流源連接到所述第四開關的第一節點。所述第三反相器的第一節點連接到所述第三電流源。所述第三反相器的第二節點連接到所述第二及閘的第一輸入端子，所述檢測信號傳輸到所述第二及閘的第二輸入端子，而且所述第一開關信號由所述第二及閘的輸出節點產生。
在本發明的一實施例中，上述之清除電路包括第四反相器、第四電流源、第五開關、第六反相器以及第三及閘。所述第一開關信號通過所述第四反相器和第五反相器而傳輸到所述第五開關的控制節點。所述第四電流源連接到所述第五開關的第一節點。所述第六反相器的第一節點連接到所述第四電流源。所述第 六反相器的第二節點連接到所述第三及閘的第一輸入端子。所述第三及閘的第二輸入端子連接到所述第四反相器的第二節點。所述第二開關信號由所述第三及閘的輸出節點產生。
在本發明的一實施例中，上述之控制電路包括清除電路、第一電壓生成電路、第二電壓生成電路、比較電路以及邏輯電路。所述清除電路接收門信號，並且根據所述門信號來輸出第三開關信號。所述第一電壓生成電路根據所述門信號和所述檢測信號來產生電壓信號。所述第二電壓生成電路根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號。所述比較電路耦接到所述第一電壓生成電路和所述第二電壓生成電路，而且所述比較電路將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果。所述邏輯電路耦接到所述比較電路，而且所述邏輯電路根據所述檢測信號和所述比較結果來輸出閘極信號。
在本發明的一實施例中，上述之第一電壓生成電路包括第一開關、第六開關、第一電流源以及第一電容器。所述檢測電壓施加給所述第一開關的控制節點。閘極電壓施加給所述第六開關的控制節點，而且所述第一開關的第一節點連接到所述第六開關的第一節點。所述第一電流源連接到所述第六開關的第二節點。所述第一電容器的一端連接到所述第一開關的所述第一節點，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點，以便產生電壓信號。
在本發明的一實施例中，上述之電能轉換器進一步包括電力開關。所述電力開關的第一節點連接到所述電能變壓器的一 次側，所述電力開關的第二節點接地，而且驅動信號耦接到所述電力開關的控制節點，以便對所述電力開關的接通和斷開狀態進行控制。
在本發明的一實施例中，上述之第一電壓生成電路更包括調整電容器。所述調整電容器耦接到所述第一開關的所述第一節點，而且所述調整電容器為所述第一電容器提供電容調整。
在本發明的一實施例中，上述之第二電壓生成電路包括第二開關、第七開關、第二電流源、第二電容器、第三開關以及第三電容器。所述檢測電壓施加給所述第二開關的控制節點。所述閘極測電壓施加給所述第七開關的控制節點。所述第二開關的第一節點連接到所述第七開關的第一節點。所述第二電流源連接到所述第七開關的第二節點。所述第二電容器的一端連接到所述第二開關的所述第一節點。第三開關的一個端子連接到所述第二開關的所述第一節點，而且所述第三開關信號施加給所述第三開關的控制節點。所述第三電容器連接到所述第三開關的另一端子，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點，以便產生比較信號。
在本發明的一實施例中，上述之邏輯電路包括第一及閘、第一反相器、反或閘以及正反器(flip-flop)。所述第一及閘的第一輸入端子連接到所述比較電路的輸出節點。所述檢測電壓施加給所述第一反相器的陽極節點，而所述第一反相器的陰極節點連接到所述第一及閘的第二輸入端子。所述反或閘的第一輸入端子連接到所述第一及閘的輸出節點，而且所述檢測電壓施加給 所述反或閘的第二輸入端子。所述正反器的重置端子連接到所述反或閘的輸出節點。所述正反器的時脈端子連接到所述第一反相器的陰極節點。所述閘極信號由所述正反器的輸出端子產生。
本發明提供一種用於控制電能轉換器的方法。所述方法包含以下步驟。從電能變壓器的二次側接收檢測信號，並且根據所述檢測信號來產生第一開關信號。根據所述第一開關信號來產生第二開關信號。根據所述第二開關信號來產生電壓信號。根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號。將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果。根據所述檢測信號和所述比較結果來產生閘極信號，以便對同步開關的接通和斷開狀態進行控制。所述同步開關的第一節點耦接到所述電能變壓器的二次側，所述同步開關的第二節點耦接到所述電能轉換器的輸出節點，而且所述閘極信號施加給所述同步開關的控制節點。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
20‧‧‧控制電路
100‧‧‧電能轉換器
201、202‧‧‧緩衝器
203‧‧‧比較器
211、212、241、311、411、601、602‧‧‧開關
231、234、313、314、413、414、416‧‧‧反相器
232、315、415‧‧‧及閘
233‧‧‧反或閘
242、243‧‧‧電阻器
250‧‧‧正反器
261、262、301、401‧‧‧電流源
I261、I262、I301、I401‧‧‧電流
VA‧‧‧基準電壓
VB‧‧‧電壓信號
VDD‧‧‧電源電壓
300‧‧‧取樣電路
400‧‧‧清除電路
VIN‧‧‧輸入電壓
CIN、221、222、223、312、412、221’‧‧‧電容器
PSW‧‧‧電力開關
SG‧‧‧驅動信號
NP‧‧‧電能變壓器T1的一次側
NS‧‧‧電能變壓器T1的二次側
VS‧‧‧開關電壓
Q1、Q2‧‧‧開關
T1‧‧‧電能變壓器
D1‧‧‧整流二極體
CO‧‧‧輸出電容器
VO‧‧‧輸出電壓
VG‧‧‧閘極信號
VDET‧‧‧檢測信號
S1、S2、S3‧‧‧開關信號
VC‧‧‧比較信號
SR‧‧‧重置信號
圖1是根據本發明的一項實施例具備使用同步整流的次級回饋的電能轉換器。
圖2繪示根據本發明的一項實施例的電能轉換器中的控制電 路。
圖3是根據本發明的一項實施例的控制電路中的取樣電路。
圖4是根據本發明的一項實施例的控制電路中的清除電路。
圖5繪示根據本發明的一項實施例的圖2到圖4的主信號的波形。
圖6繪示根據本發明的另一項實施例的電能轉換器中的控制電路。
在此加入附圖以幫助進一步理解本發明，並且所述附圖併入本說明書中且構成本說明書的一部分。附圖繪示了本發明的各項實施例，並且與具體說明一起解釋本發明的原理。
圖1是根據本發明的一項實施例具備使用同步整流的次級回饋的電能轉換器100。如圖1所示，在電能變壓器T1的一次側NP，電能轉換器100包括大容量電容器CIN、電能變壓器T1，以及電力開關PSW。在電能變壓器T1的二次側NS，電能轉換器100更包括整流二極體D1、同步開關Q2、輸出電容器CO，以及控制電路20。大容量電容器CIN的一個端子連接到電能變壓器T1的一次側，而且大容量電容器CIN的另一端子接地。輸入電壓VIN最初存儲在大容量電容器CIN處，並且由電能變壓器T1變換成開關電壓VS。換言之，電能變壓器T1將輸入電壓VIN變換成開關電壓VS。在本發明的實施例中，電力開關PSW與電力開關電晶體 Q1一起實施。在本發明的其他實施例中，所屬領域的技術人員可以將電力開關PSW與其他電路結構一起實施。電力開關PSW的第一節點(例如，電力開關電晶體Q1的汲極)連接到電能變壓器T1的一次側NP，而電力開關PSW的第二節點(例如，電力開關電晶體Q1的源極)接地。驅動信號SG耦接到電力開關PSW的控制節點(例如，電力開關電晶體Q1的閘極)，以便對電力開關電晶體Q1的接通和斷開狀態進行控制。
整流二極體D1和同步開關Q2更設在電能變壓器T1的二次側NS，以便對電能變壓器T1變換得到的電壓VS進行整流。整流二極體D1的陰極耦接到電能變壓器T1的二次側NS，而整流二極體D1的陽極耦接到電能轉換器100的輸出節點，以用於根據開關電壓VS來產生輸出電壓VO，例如，接地節點具有輸出電壓VO。同步開關Q2的第一節點(例如，汲極)連接到電能變壓器T1的二次側NS，而同步開關Q2的第二節點(例如，源極)也連接到具有輸出電壓VO的接地節點。輸出電容器CO的一個端子連接到電能變壓器T1的二次側，而且輸出電容器CO的另一端子接地。控制電路20耦接到整流二極體D1和同步開關Q2，以便對同步開關Q2的接通和斷開狀態進行控制。控制電路20包括耦接到整流二極體D1的陰極的DET端子，以及耦接到同步開關Q2的控制節點(例如，閘級)的閘極(GATE)端子。控制電路20的DET端子處產生閘極信號VG以響應於DET端子處的接收到的檢測信號VDET，以便對同步開關Q2的接通和斷開狀態進行控制。也就是 說，檢測信號VDET是從電能變壓器100的二次側NS接收到的。
在本發明的實施例中，圖2中的控制電路200繪示圖1所示控制電路20的一個實例，所述控制電路用於調節圖1中同步整流開關Q2的空載時間。圖2繪示根據本發明的一項實施例的電能轉換器100中的控制電路200。控制電路200包括第一緩衝器201和第二緩衝器202、比較器203、第一開關211、第二開關212、第一電容器221、第二電容器222，以及第三電容器223。控制電路200還包括及閘232、反或閘233、第一反相器231，以及正反器250。及閘232的第一輸入端子連接到比較器203的輸出節點。檢測信號VDET施加給第一反相器231的陽極節點以及反或閘233的第二輸入端子。第一反相器231的陰極節點連接到及閘232的第二輸入端子。反或閘233的第一輸入端子連接到及閘232的輸出節點。正反器250的重置端子連接到反或閘233的輸出節點。正反器250的時脈端子連接到第一反相器231的陰極節點，而且閘信號VG由正反器250的輸出端子產生。正反器250的電源端子以及資料端子連接到電源電壓VDD。在此實施例中，及閘232、反或閘233、第一反相器231以及正反器250在本發明的控制電路200中形成邏輯電路。
基準電壓VA施加給第一緩衝器201的正輸入端子。第一緩衝器201的負輸入端子連接到第一緩衝器201的輸出端子。第一緩衝器201的輸出端子連接到第一開關211的第一節點(例如，源極)。第一電流源261連接到第一開關211的第二節點(例如， 汲極)和第一電容器221的一端，以用於充電。第一電容器221的一端連接到第一電流源261，作為第一電壓生成電路的輸出節點，而且第一電容器221的那端還連接到比較器203的正輸入端子。比較器203的負輸入端子通過電阻器242連接到第二緩衝器202的輸出節點。第一電容器221的另一端連接到第一開關211的源極和第一緩衝器201的輸出端子。第一電流源261使電流I261流過第一電容器221並且為第一電容器221充電。在此實施例中，第一緩衝器201、第一開關211、第一電容器221以及第一電流源261形成本發明的第一電壓生成電路。
第一開關211的控制節點(例如，閘級)連接到第二開關212的控制節點(例如，閘級)。第二電流源262連接到第二開關212的第二節點(例如，汲極)和第二電容器222的一端，以用於充電。第二電容器222中連接到第二電流源262的端子還連接到第三開關241的一個端子。第三開關241的另一端子連接到第三電容器223的一個端子。第三電容器223中連接到第三開關241的端子還連接到第二緩衝器202的正輸入端子。
基準電壓VA施加給第一緩衝器201的正輸入端子，並且通過第一緩衝器201而施加給第一開關211的源極。當第一電流源261使電流I261流過第一開關211時，它便為第一電容器221充電。電壓信號VB在第一電容器221中連接到第一電流源261的端子處產生。因此，電壓信號VB是由第一電流源261充電的電壓與基準電壓VA的組合。
第一開關211的閘級和第二開關212的閘級相互連接，並且受到清除電路400產生的第二開關信號S2控制。當啟用第二開關信號S2時，第二開關信號便會接通第一開關211和第二開關212，並且使得電流源261和262為電容器221和222充電。在充電之前，電壓信號VB就已具有基準電壓VA提供的基準值。在此實施例中，第二開關212、第二電容器222、第二電流源262、第三開關241、第三電容器223、第二緩衝器202以及電阻器242和243形成本發明的第二電壓生成電路。第一電阻器242的一個端子連接到第二緩衝器202的輸出端子，而第一電阻器242的另一端子連接到比較器203的負輸入端子，作為所述第二電壓生成電路的輸出節點。
第二電流源262使電流I262流過第二電容器222，以用於為第二電容器222充電。第三開關241受到第一開關信號S1控制，從而確定何時將第二電容器222上的電壓取樣給第三電容器223。第一開關信號S1施加給第三開關241的控制節點。在第三開關241閉合之前，第三電容器223會存儲先前時段取樣到的第二電容器222的電壓。充電之後，通過將第三電容器223上的電壓傳遞到第二緩衝器202和電阻器242的接合處，電阻器242和243的接合處產生比較信號VC。
充電之後，比較器203的負輸入端子處的比較信號VC表示為公式(1)，其中T是控制器100的系統時段。
比較器203將電壓信號VB與比較信號VC相比較，並且在電壓信號VB高於比較信號VC的情況下，將高信號(比較結果)輸出到及閘232。在此實施例中，比較器203形成本發明的比較電路。
當檢測信號VDET變為邏輯低(logic low)而第二緩衝器202輸出邏輯高(loagic high)信號時，及閘232將邏輯高信號輸出到反或閘233的輸入端子中的一個輸入端子。反或閘233的另一輸入端子連接到DET端子。重置信號SR在及閘232的輸出端子處產生。當及閘232輸出邏輯低信號而檢測信號VDET也為邏輯低信號時，反或閘233輸出邏輯高信號，以便使正反器250重置。
第一反相器231的輸入端子連接到DET端子。第一反相器231的輸出端子連接到正反器250，以便在檢測信號VDET為邏輯低信號時開啟正反器250。
圖3是根據本發明的一項實施例的控制電路200中的取樣電路300。圖3繪示取樣電路300的構造，所述取樣電路接收檢測信號VDET並且輸出第一開關信號S1，以對第三開關241的取樣時間進行控制。檢測信號VDET通過第二反相器313傳輸到第四開關311的控制節點(例如，閘級)。第三電流源301連接到第四開關311的第一節點(例如，汲極)，而第四開關311的第二節點(例如，源極)接地。反相器314的第一節點(例如，陽極)連接到 第三電流源301，而反相器314的第二節點(例如，陰極)連接到及閘315的第一輸入端子。檢測信號VDET傳輸到及閘315的第二輸入端子。第一開關信號S1由及閘315的輸出節點產生。電容器312連接在第三電流源301與接地之間。
起初，當檢測信號VDET從低狀態變成高狀態時，第四開關311斷開並且第三電流源301使電流I301流過電容器312，以便為電容器312充電。電容器312上的電壓開始從零增加到小於反相器314的轉變閾值(threshold transit value)。在此時間段內，反相器314依然將高狀態信號輸出到及閘315，而且第一開關信號S1處於高狀態。因此，第三開關241接通，而且第二電容器222上的電壓被取樣給第三電容器223。在電容器312上的電源達到反相器314的轉變閾值之後，反相器314將低狀態信號輸出到及閘315，而且第一開關信號S1現在處於低狀態。第三開關241斷開。因此，第三開關241的取樣時間可以通過調節電容器312上的電壓來控制。
圖4是根據本發明的一項實施例的控制電路200中的清除電路400。圖4繪示清除電路400，所述清除電路接收第一開關信號S1並且輸出第二開關信號S2。清除電路400配置成用於清除第一電容器221和第二電容器222上的電壓。第一開關信號S1通過反相器416和反相器413而傳輸到開關411的控制節點(例如，閘極)。電流源401連接到開關411的第一節點(例如，汲極)。反相器414的第一節點(例如，陽極)連接到電流源401。反相器 414的第二節點(例如，陰極)連接到及閘415的第一輸入端子。及閘415的第二輸入端子連接到反相器416的第二節點(例如，陰極)，而且第二開關信號S2由及閘415的輸出節點產生。電容器412連接在電流源401與接地之間。當第一開關信號S1變成處於高狀態時，第四開關411接通並且第四電流源401使電流I401流過第四開關411而非電容器412。因此，反相器414將高狀態輸出到及閘415，而且及閘415輸出高狀態。當第一開關信號S1處於低狀態時，第四電流源401使電流I401流過電容器412，而且反相器414將低狀態輸出到及閘415。也就是說，當啟用第一開關信號S1時，清除電路400輸出高狀態第二開關信號S2，以便接通第一開關211和第二開關212。因此，電容器221和222上的電壓得以放電。
圖5繪示根據本發明的一項實施例的圖2到圖4的主信號的波形。當檢測信號VDET是邏輯高信號時，第一開關信號S1變為邏輯高，並且在時段T內維持邏輯高的狀態。當第一開關信號S1在時段T之後變得邏輯低時，第二開關信號S2在時段T內變得邏輯高。
回顧圖2，當第二開關信號S2是邏輯高信號時，第一開關211接通。第一電流源261使電流I261流過第一開關211，並且第一電容器221開始放電。當電容器221上的電壓被第二開關信號S2清除時，電壓信號VB在時段T內變成基準信號VA。當第二開關信號S2是邏輯低信號時，第二開關212斷開。第一電容器221 開始充電，並且電壓信號VB開始以斜率I261/C221增加。電壓信號VB達到峰值，如公式(1)所示。
比較信號VC維持一個固定值，所述固定值是通過對第二電容器222上的電壓進行取樣而獲得的。當電壓信號VB高於比較信號VC，而且同時檢測信號VDET是邏輯低信號時，及閘輸出的重置信號SR變得邏輯高。當檢測信號VDET開始變得邏輯高時，重置信號SR瞬間成為邏輯低信號。
由於在重置信號SR開始變得邏輯低時，檢測信號VDET將會成為邏輯高信號，因此，重置信號SR避免了以下情況：閘極信號VG和檢測信號VDET同時轉變邏輯狀態。此外，參考公式(1)，歸因於基準電壓VA，電壓信號VB不易受到系統頻率的影響。因此，無論系統頻率增加還是減少，重置信號SR都確保有足夠的空餘時間來使閘極信號VG和檢測信號VDET分開轉變狀態，以保證系統安全。
圖6所示的本發明的另一實施例涉及將時間擴展函數併入SR控制器中。圖6繪示根據本發明的另一項實施例的電能轉換器中的控制電路。換言之，在本發明的實施例中，圖6中的控制電路600繪示圖1所示控制電路20的另一實例。參考圖6並與圖2相比較，第一電壓生成電路中移除了第一緩衝器201，而且第一開關211的第一節點和第一電容器221的一端接地。所述第一電壓生成電路更包含受閘極電壓VG控制的開關601，以及調整電容器221'。替代於第二開關信號S2，檢測信號VDET施加給第一開關 211的控制節點和第二開關212的控制節點。電容器221'連接到第一電容器221的一個端子，以便為第一電容器221提供電容調整。第二電壓生成電路更包含受閘極電壓VG控制的開關602。清除電路400的一端連接到第六開關601的一端和第七開關602的一端，而清除電路400的另一端連接到第三開關241，從而提供第三開關信號S3，以便控制第三開關241。第六開關601的一端連接到第一電流源261，而第六開關601的另一端連接到第一開關211的汲極。第七開關602的一端連接到第二電流源262，而第七開關602的另一端連接到第二開關212。電容器221'可以調節控制電路600的等效電容，從而造成閘極信號VG的擴展開放時間。GATE端子連接到清除電路400並且連接到開關601和602，以便進行控制。在此實施例中，第一電壓生成電路更包含第六開關601和電容器221'，且第二電壓生成電路更包含第七開關602。此外，在此實施例中，邏輯電路更包含反相器234。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧控制電路
201、202‧‧‧緩衝器
203‧‧‧比較器
211、212、241‧‧‧開關
231‧‧‧反相器
232‧‧‧及閘
233‧‧‧反或閘
DET、GATE‧‧‧端子
242、243‧‧‧電阻器
250‧‧‧正反器
261、262‧‧‧電流源
I261、I262‧‧‧電流
VDD‧‧‧電源電壓
221、222、223‧‧‧電容器
VA‧‧‧基準電壓
VB‧‧‧電壓信號
VDET‧‧‧檢測信號
S1、S2‧‧‧開關信號
SR‧‧‧重置信號
VG‧‧‧閘極信號

Claims (20)

  1. 一種電能轉換器，包括：電能變壓器，其經配置以將輸入電壓變換成開關電壓；整流二極體和同步開關，所述整流二極體的一個節點和所述同步開關的第一節點耦接到所述電能變壓器的二次側，而所述整流二極體的另一節點和所述同步開關的第二節點耦接到所述電能轉換器的輸出節點；以及控制電路，其耦接到所述整流二極體和所述同步開關，所述控制電路經配置以響應於從所述電能變壓器的所述二次側接收到的檢測信號而產生閘極信號，以便對所述同步開關的接通和斷開狀態進行控制，使得根據所述開關電壓和所述閘極信號來產生所述電能轉換器的輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，其中所述控制電路包括耦接到所述整流二極體的所述一個節點的檢測端子，以及耦接到同步開關的控制節點的閘極端子，所述控制電路響應於所述檢測端子處的接收到的檢測信號而在所述閘極端子處產生閘極信號，以便對所述同步開關的接通和斷開狀態進行控制。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，其中所述控制電路包括：取樣電路，其經配置以接收所述檢測信號，並且根據所述檢測信號來輸出第一開關信號；清除電路，其經配置以接收所述第一開關信號，並且根據所 述第一開關信號來輸出第二開關信號；第一電壓生成電路，其經配置以根據所述第二開關信號來產生電壓信號；第二電壓生成電路，其耦接到所述第一電壓生成電路，所述第二電壓生成電路經配置以根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號；比較電路，其耦接到所述第一電壓生成電路和所述第二電壓生成電路，所述比較電路經配置以將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果；以及邏輯電路，其耦接到所述比較電路，所述邏輯電路經配置以根據所述檢測信號和所述比較結果來輸出閘極信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，其中所述第一電壓生成電路包括：第一緩衝器，基準電壓施加給所述第一緩衝器的正輸入端子，而且所述第一緩衝器的負輸入端子連接到所述第一緩衝器的輸出端子；第一開關，所述第一開關的第一節點連接到所述第一緩衝器的所述輸出端子，而且所述第二開關信號施加給所述第一開關的控制節點；以及第一電流源，其連接到所述第一開關的第二節點；以及第一電容器，所述第一電容器的一端連接到所述第一電流源，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點，所述第一電容器的 另一端連接到所述第一開關的所述第一節點和所述第一緩衝器的所述輸出端子。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，其中所述第二電壓生成電路包括：第二開關，所述第二開關信號施加給所述第二開關的控制節點；第二電流源，其連接到所述第一開關的第二節點；第二電容器，所述第二電容器的一端連接到所述第二電流源；第三開關，第三開關的一個端子連接到第二電流源，而且所述第一開關信號施加給所述第三開關的控制節點；第三電容器，其連接到所述第三開關的另一端子；以及第二緩衝器，所述第二緩衝器的正輸入端子連接到所述第三電容器，而所述第二緩衝器的負輸入端子連接到所述第二緩衝器的輸出端子。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電能轉換器，其中所述第二電壓生成電路更包括：第一電阻器，所述第一電阻器的一個端子連接到所述第二緩衝器的所述輸出端子，而所述第一電阻器的另一端子連接到比較器的負輸入端子，作為所述第二電壓生成電路的輸出節點；以及第二電阻器，所述第二電阻器的一個端子連接到所述第一電阻器的所述另一端子和所述比較器的所述負輸入端子。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的電能轉換器，其中所述比較 電路包括：比較器，所述比較器的正輸入端子連接到所述第一電壓生成電路的輸出節點，所述比較器的負輸入端子連接到第二緩衝器的輸出節點，其中所述比較器將所述電壓信號與所述比較信號相比較，並且將所述比較結果輸出到所述邏輯電路。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的電能轉換器，其中所述邏輯電路包括：第一及閘，所述第一及閘的第一輸入端子連接到所述比較電路的輸出節點；第一反相器，所述檢測電壓施加給所述第一反相器的陽極節點，而且所述第一反相器的陰極節點連接到所述第一及閘的第二輸入端子；反或閘，所述反或閘的第一輸入端子連接到所述第一及閘的輸出節點，而且所述檢測電壓施加給所述反或閘的第二輸入端子；以及正反器，所述正反器的重置端子連接到所述反或閘的輸出節點，所述正反器的時脈端子連接到所述第一反相器的所述陰極節點，而且所述閘信號由所述正反器的輸出端子產生。
  9. 如申請專利範圍第3項所述的電能轉換器，其中所述取樣電路包括：第二反相器和第四開關，所述檢測信號通過所述第二反相器 而傳輸到所述第四開關的控制節點；第三電流源，其連接到所述第四開關的第一節點；第三反相器，所述第三反相器的第一節點連接到所述第三電流源；以及第二及閘，所述第三反相器的第二節點連接到所述第二及閘的第一輸入端子，所述檢測信號傳輸到所述第二及閘的第二輸入端子，而且所述第一開關信號由所述第二及閘的輸出節點產生。
  10. 如申請專利範圍第3項所述的電能轉換器，其中所述清除電路包括：第四反相器、第五反相器和第五開關，所述第一開關信號通過所述第四反相器和所述第五反相器而傳輸到所述第五開關的控制節點；第四電流源，其連接到所述第五開關的第一節點；第六反相器，所述第六反相器的第一節點連接到所述第四電流源；以及第三及閘，所述第六反相器的第二節點連接到所述第三及閘的第一輸入端子，所述第三及閘的第二輸入端子連接到所述第四反相器的第二節點，而且所述第二開關信號由所述第三及閘的輸出節點生成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，其中所述控制電路包括：清除電路，其經配置以接收閘信號，並且根據所述閘信號來 輸出第三開關信號；第一電壓生成電路，其經配置以根據所述閘極信號和所述檢測信號來產生電壓信號；第二電壓生成電路，其經配置以根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號；比較電路，其耦接到所述第一電壓生成電路和所述第二電壓生成電路，所述比較電路經配置以將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果；以及邏輯電路，其耦接到所述比較電路，所述邏輯電路經配置以根據所述檢測信號和所述比較結果來輸出所述閘極信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的電能轉換器，其中所述第一電壓生成電路包括：第一開關和第六開關，所述檢測電壓施加給所述第一開關的控制節點，閘極電壓施加給所述第六開關的控制節點，而且所述第一開關的第一節點連接到所述第六開關的第一節點；第一電流源，其連接到所述第六開關的第二節點；以及第一電容器，所述第一電容器的一端連接到所述第一開關的所述第一節點，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點，以便產生電壓信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電能轉換器，其中所述第一電壓生成電路更包括：調整電容器，其耦接到所述第一開關的所述第一節點，所述 調整電容器經配置以對所述第一電容器提供電容調整。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的電能轉換器，其中所述第二電壓生成電路包括：第二開關和第七開關，所述檢測電壓施加給所述第二開關的控制節點，所述閘極電壓施加給所述第七開關的控制節點，而且所述第二開關的第一節點連接到所述第七開關的第一節點；第二電流源，其連接到所述第七開關的第二節點；第二電容器，所述第二電容器的一端連接到所述第二開關的所述第一節點；第三開關，第三開關的一個端子連接到所述第二開關的所述第一節點，而且所述第三開關信號施加給所述第三開關的控制節點；第三電容器，其連接到所述第三開關的另一端子，作為所述第一電壓生成電路的輸出節點，以便產生比較信號。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的電能轉換器，其中所述比較電路包括：比較器，所述比較器的正輸入端子連接到所述第一電壓生成電路的輸出節點，所述比較器的負輸入端子連接到第二緩衝器的輸出節點，其中所述比較器將所述電壓信號與所述比較信號相比較，並且將所述比較結果輸出到所述邏輯電路。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的電能轉換器，其中所述邏 輯電路包括：第一及閘，所述第一及閘的第一輸入端子連接到所述比較電路的輸出節點；第一反相器，所述檢測電壓施加給所述第一反相器的陽極節點，而且所述第一反相器的陰極節點連接到所述第一及閘的第二輸入端子；反或閘，所述反或閘的第一輸入端子連接到所述第一及閘的輸出節點，而且所述檢測電壓施加給所述反或閘的第二輸入端子；以及正反器，所述正反器的重置端子連接到所述反或閘的輸出節點，所述正反器的時脈端子連接到所述第一反相器的所述陰極節點，而且所述閘極信號由所述正反器的輸出端子產生。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，更包括：電力開關，所述電力開關的第一節點連接到所述電能變壓器的一次側，所述電力開關的第二節點接地，而且驅動信號耦接到所述電力開關的控制節點，以便對所述電力開關的接通和斷開狀態進行控制。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，更包括：大容量電容器，所述大容量電容器的一個端子連接到所述電能變壓器的一次側，而所述大容量電容器的另一端子接地。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的電能轉換器，更包括：輸出電容器，所述輸出電容器的一個端子連接到所述電能轉 換器的所述輸出節點，而所述輸出電容器的另一端子接地。
  20. 一種用於控制電能轉換器的方法，包括：從電能變壓器的二次側接收檢測信號，並且根據所述檢測信號來產生第一開關信號；根據所述第一開關信號來產生第二開關信號；根據所述第二開關信號來產生電壓信號；根據所述第一開關信號和所述第二開關信號來產生比較信號；將所述電壓信號與所述比較信號相比較，以便輸出比較結果；以及根據所述檢測信號和所述比較結果來產生閘極信號，以便對同步開關的接通和斷開狀態進行控制，其中所述同步開關的第一節點耦接到所述電能變壓器的二次側，所述同步開關的第二節點耦接到所述電能轉換器的輸出節點，而且所述閘極信號施加給所述同步開關的控制節點。
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