TW201707361A - 電源轉換裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電源轉換裝置，包括變壓器、同步整流電晶體以及同步整流控制電路。變壓器的一次側的第一端用以接收輸入電壓。變壓器的二次側的第一端用以輸出直流電壓。同步整流電晶體的汲極端耦接變壓器的二次側的第二端。同步整流電晶體的源極端耦接接地端。同步整流控制電路接收同步整流電晶體的汲極端的信號以做為偵測信號，並據以產生工作週期信號。同步整流控制電路將工作週期信號轉換為充電電流與放電電流以對儲能元件進行充放電並據以產生第一電壓，且根據第一電壓來禁能同步整流電晶體。

Description

電源轉換裝置
本發明是有關於一種電源裝置， 且特別是有關於一種電源轉換裝置。
電源轉換裝置為現代電子裝置中不可或缺的元件。在以脈寬調變(pulse width modulation，PWM)控制為基礎的電源轉換裝置中，電源轉換裝置的二次側通常具有整流二極體。由於整流二極體於導通狀態下的功率消耗較大，因此可採用導通電阻(Rds-on)較低的同步整流電晶體來取代整流二極體，以提升電源轉換裝置的轉換效率。在這樣的架構下，尚需要一同步整流控制器來控制二次側的同步整流電晶體的啟閉。
一般來說，當電源轉換裝置的二次側的同步整流電晶體導通時，同步整流控制器可量測同步整流電晶體的汲極與源極之間的跨壓以決定何時可將同步整流電晶體關斷。然而，上述方式僅適用於電源轉換裝置是操作在非連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)或邊界電流模式(boundary current mode，BCM)的情況之下，並不適用於電源轉換裝置操作在連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)的情況之下。若是將上述方式應用在電源轉換裝置的連續電流模式之下，則電源轉換裝置的一次側的功率開關與二次側的同步整流電晶體可能會發生同時導通的狀況。如此一來，可能會產生雜訊且造成電源轉換裝置內部電路元件的損壞。
有鑒於此，本發明提供一種電源轉換裝置。此電源轉換裝置可操作在非連續電流模式、邊界電流模式或是連續電流模式之下。當電源轉換裝置操作在連續電流模式時，同步整流控制電路可在電源轉換裝置的一次側的功率開關導通前，將電源轉換裝置的二次側的同步整流電晶體關斷。如此一來，可避免功率開關與同步整流電晶體因同時為導通狀態而產生雜訊，且可避免造成電源轉換裝置內部電路元件的損壞。
本發明的電源轉換裝置可包括變壓器、同步整流電晶體以及同步整流控制電路。變壓器可具有一次側與二次側，其中一次側的第一端可用以接收輸入電壓，而二次側的第一端則可用以提供輸出電壓給負載。同步整流電晶體的汲極端可耦接二次側的第二端。同步整流電晶體的源極端可耦接第一接地端。同步整流電晶體的閘極端則可用以接收控制信號。同步整流控制電路可耦接到同步整流電晶體。同步整流控制電路可接收同步整流電晶體的汲極端的信號以做為偵測信號，並根據偵測信號產生至少一工作週期信號。同步整流控制電路可將此至少一工作週期信號轉換為充電電流與放電電流，根據充電電流與放電電流對儲能元件進行充電與放電以產生第一電壓，並根據第一電壓產生控制信號以禁能同步整流電晶體。
在本發明的一實施例中，上述的至少一工作週期信號可包括第一工作週期信號。上述的同步整流控制電路可包括第一控制電路、第一比較器以及第二控制電路。第一控制電路可用以對偵測信號與第一參考電壓進行比較以產生第一工作週期信號。第一控制電路可將第一工作週期信號轉換為充電電流與放電電流。第一控制電路可於第一工作週期信號的致能期間對儲能元件進行充電且於第一工作週期信號的禁能期間對儲能元件進行放電，以產生第一電壓。第一比較器可耦接到第一控制電路以接收第一電壓，且對第一電壓與第一臨界電壓進行比較以產生第一比較信號。第二控制電路可耦接到第一比較器以接收第一比較信號。當第一比較信號指示第一電壓小於第一臨界電壓時，第二控制電路可產生控制信號以禁能同步整流電晶體。
在本發明的一實施例中，上述的第一控制電路可包括第二比較器、轉換電路以及充放電電容。第二比較器的非反相輸入端可接收偵測信號。第二比較器的反相輸入端可接收第一參考電壓。第二比較器的輸出端可輸出第一工作週期信號。轉換電路可耦接到第二比較器以接收第一工作週期信號。轉換電路可對反相的第一工作週期信號進行轉換以產生充電電流。轉換電路可對第一工作週期信號進行轉換以產生放電電流。充放電電容的第一端可耦接到轉換電路。充放電電容的第二端可耦接到第一接地端。轉換電路可在第一工作週期信號的致能期間以充電電流對充放電電容進行充電，且可在第一工作週期信號的禁能期間以放電電流對充放電電容進行放電，以產生第一電壓。
在本發明的一實施例中，上述的轉換電路可包括反相器、充電電路以及放電電路。反相器的輸入端可耦接到第二比較器的輸出端。充電電路的致能端可耦接到第二比較器的輸出端以接收第一工作週期信號。充電電路的輸入端可耦接到反相器的輸出端以接收反相的第一工作週期信號。充電電路可將反相的第一工作週期信號轉換為充電電流，且可在第一工作週期信號的致能期間以充電電流對充放電電容進行充電。放電電路的輸入端可耦接到第二比較器的輸出端以接收第一工作週期信號。放電電路的致能端可耦接到反相器的輸出端以接收反相的第一工作週期信號。放電電路可將第一工作週期信號轉換為放電電流，且在第一工作週期信號的禁能期間以放電電流對充放電電容進行放電。
在本發明的一實施例中，上述的充電電路可包括第一電阻、第一電容、第二電阻、第二電容、電壓至電流轉換器以及充電開關。第一電阻的第一端可耦接到充電電路的輸入端以接收反相的第一工作週期信號。第一電容的第一端可耦接到第一電阻的第二端。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。第二電阻的第一端可耦接到第一電阻的第二端。第二電容的第一端可耦接到第二電阻的第二端以產生充電電壓。第二電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第二電容的第一端以接收充電電壓，並據以產生充電電流。充電開關的控制端可耦接到充電電路的致能端以接收第一工作週期信號。充電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。充電開關可在第一工作週期信號的致能期間傳輸充電電流以對充放電電容進行充電。
在本發明的一實施例中，上述的充電電路可包括第一電晶體、第一電阻、第一電容、電壓至電流轉換器以及充電開關。第一電晶體的汲極端可耦接到電源端。第一電晶體的閘極端可耦接到充電電路的輸入端以接收反相的第一工作週期信號。第一電阻的第一端可耦接到第一電晶體的源極端。第一電阻的第二端可耦接到第一接地端。第一電容的第一端可耦接到第一電晶體的源極端以產生充電電壓。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第一電容的第一端以接收充電電壓，並據以產生充電電流。充電開關的控制端可耦接到充電電路的致能端以接收第一工作週期信號。充電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。充電開關可在第一工作週期信號的致能期間傳輸充電電流以對充放電電容進行充電。
在本發明的一實施例中，上述的充電電路可包括可控電流源、第一電容、電壓至電流轉換器以及充電開關。可控電流源的控制端可耦接到充電電路的輸入端以接收反相的第一工作週期信號。可控電流源的第一端可耦接到電源端。第一電容的第一端可耦接到可控電流源的第二端以產生充電電壓。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第一電容的第一端以接收充電電壓，並據以產生充電電流。充電開關的控制端可耦接到充電電路的致能端以接收第一工作週期信號。充電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。充電開關可在第一工作週期信號的致能期間傳輸充電電流以對充放電電容進行充電。
在本發明的一實施例中，上述的放電電路可包括第一電阻、第一電容、第二電阻、第二電容、電壓至電流轉換器以及放電開關。第一電阻的第一端可耦接到放電電路的輸入端以接收第一工作週期信號。第一電容的第一端可耦接到第一電阻的第二端。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。第二電阻的第一端可耦接到第一電阻的第二端。第二電容的第一端可耦接到第二電阻的第二端以產生放電電壓。第二電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第二電容的第一端以接收放電電壓，並據以產生放電電流。放電開關的控制端可耦接到放電電路的致能端以接收反相的第一工作週期信號。放電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。放電開關可在第一工作週期信號的禁能期間傳輸放電電流以對充放電電容進行放電。
在本發明的一實施例中，上述的放電電路可包括第一電晶體、第一電阻、第一電容、電壓至電流轉換器以及放電開關。第一電晶體的汲極端可耦接到電源端。第一電晶體的閘極端可耦接到放電電路的輸入端以接收第一工作週期信號。第一電阻的第一端可耦接到第一電晶體的源極端。第一電阻的第二端可耦接到第一接地端。第一電容的第一端可耦接到第一電晶體的源極端以產生放電電壓。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第一電容的第一端以接收放電電壓，並據以產生放電電流。放電開關的控制端可耦接到放電電路的致能端以接收反相的第一工作週期信號。放電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。放電開關可在第一工作週期信號的禁能期間傳輸放電電流以對充放電電容進行放電。
在本發明的一實施例中，上述的放電電路可包括可控電流源、第一電容、電壓至電流轉換器以及放電開關。可控電流源的控制端可耦接到放電電路的輸入端以接收第一工作週期信號。可控電流源的第一端可耦接到電源端。第一電容的第一端可耦接到可控電流源的第二端以產生放電電壓。第一電容的第二端可耦接到第一接地端。電壓至電流轉換器可耦接到第一電容的第一端以接收放電電壓，並據以產生放電電流。放電開關的控制端可耦接到放電電路的致能端以接收反相的第一工作週期信號。放電開關可耦接在電壓至電流轉換器與充放電電容的第一端之間。放電開關可在第一工作週期信號的禁能期間傳輸放電電流以對充放電電容進行放電。
在本發明的一實施例中，上述的電源轉換裝置更包括第三控制電路。第三控制電路可用以對偵測信號與第二臨界電壓進行比較以產生第二比較信號，且耦接到第一控制電路。第二控制電路更耦接到第三控制電路以接收第二比較信號。當電源轉換裝置操作於非連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)或邊界電流模式(boundary current mode，BCM) 且第二比較信號指示偵測信號大於第二臨界電壓時，第二控制電路可產生控制信號以禁能同步整流電晶體，且第三控制電路可重置該第一電壓。當電源轉換裝置操作於連續電流模式(continuous current mode，CCM)且第一比較信號指示第一電壓小於第一臨界電壓時，第二控制電路可產生控制信號以禁能同步整流電晶體。
在本發明的一實施例中，上述的第三控制電路可包括第三比較器、單擊電路以及重置開關。第三比較器的非反相輸入端可接收偵測信號。第三比較器的反相輸入端可接收第二臨界電壓。第三比較器的輸出端可輸出第二比較信號。單擊電路可耦接到第三比較器以接收第二比較信號，並據以產生脈衝信號。重置開關的第一端可耦接到第一控制電路的輸出端。重置開關的第二端可耦接到第一接地端。重置開關的控制端可耦接到單擊電路以接收脈衝信號。重置開關可反應於脈衝信號的致能而被導通以重置第一電壓。
在本發明的一實施例中，上述的第一工作週期信號的致能期間為同步整流電晶體的關斷期間，且第一工作週期信號的禁能期間包括同步整流電晶體的導通期間。
在本發明的一實施例中，上述的電源轉換裝置更包括功率開關。功率開關的第一端可耦接一次側的第二端。功率開關的第二端可耦接第二接地端。功率開關的控制端可受控於脈寬調變信號。第一工作週期信號的致能期間可為功率開關的導通期間，且第一工作週期信號的禁能期間可為該功率開關的關斷期間。
在本發明的一實施例中，上述的充電電流的電流值與第一工作週期信號的禁能期間的時間長短成正比。上述的放電電流的電流值與第一工作週期信號的致能期間的時間長短成正比。
在本發明的一實施例中，上述的至少一工作週期信號可包括第一工作週期信號與第二工作週期信號。上述的同步整流控制電路可包括第一控制電路、第一比較器以及第二控制電路。第一控制電路可用以對偵測信號與第一參考電壓進行比較以產生第一工作週期信號。第一控制電路可用以對偵測信號與第二參考電壓進行比較以產生第二工作週期信號。第一控制電路可將第一工作週期信號轉換為放電電流。第一控制電路可將第二工作週期信號轉換為充電電流。第一控制電路可於第一工作週期信號的致能期間對儲能元件進行充電且可於第二工作週期信號的致能期間對儲能元件進行放電，以產生第一電壓。第一比較器可耦接到第一控制電路以接收第一電壓，且可對第一電壓與第一臨界電壓進行比較以產生第一比較信號。第二控制電路可耦接到第一比較器以接收第一比較信號。當第一比較信號指示第一電壓小於第一臨界電壓時，第二控制電路可產生控制信號以禁能同步整流電晶體。
在本發明的一實施例中，上述的第一控制電路可包括第二比較器、第三比較器、轉換電路以及充放電電容。第二比較器的非反相輸入端可接收偵測信號。第二比較器的反相輸入端可接收第一參考電壓。第二比較器的輸出端可輸出第一工作週期信號。第三比較器的反相輸入端可接收偵測信號。第三比較器的非反相輸入端可接收第二參考電壓。第三比較器的輸出端可輸出第二工作週期信號。轉換電路可耦接到第二比較器以接收第一工作週期信號，且可耦接到第三比較器以接收第二工作週期信號。轉換電路可對第二工作週期信號進行轉換以產生充電電流。轉換電路可對第一工作週期信號進行轉換以產生放電電流。充放電電容的第一端可耦接到轉換電路。充放電電容的第二端可耦接到第一接地端。轉換電路可在第一工作週期信號的致能期間以充電電流對充放電電容進行充電，且可在第二工作週期信號的致能期間以放電電流對充放電電容進行放電，以產生第一電壓。
在本發明的一實施例中，上述的轉換電路可包括充電電路以及放電電路。充電電路的致能端可耦接到第二比較器的輸出端以接收第一工作週期信號。充電電路的輸入端可耦接到第三比較器的輸出端以接收第二工作週期信號。充電電路可將第二工作週期信號轉換為充電電流，且可在第一工作週期信號的致能期間以充電電流對充放電電容進行充電。放電電路的輸入端可耦接到第二比較器的輸出端以接收第一工作週期信號。放電電路的致能端可耦接到第三比較器的輸出端以接收第二工作週期信號。放電電路可將第一工作週期信號轉換為放電電流，且可在第二工作週期信號的致能期間以放電電流對充放電電容進行放電。
在本發明的一實施例中，上述的電源轉換裝置更包括功率開關。功率開關的第一端可耦接一次側的第二端。功率開關的第二端可耦接第二接地端。功率開關的控制端可受控於脈寬調變信號。第一工作週期信號的致能期間可為功率開關的導通期間，且第二工作週期信號的致能期間可包括同步整流電晶體的導通期間，其中第一參考電壓可大於第二參考電壓。
在本發明的一實施例中，上述的充電電流的電流值與第二工作週期信號的致能期間的時間長短成正比。上述的放電電流的電流值與第一工作週期信號的致能期間的時間長短成正比。
基於上述，本發明實施例的電源轉換裝置可操作在非連續電流模式、邊界電流模式或是連續電流模式下。當電源轉換裝置操作在連續電流模式時，同步整流控制電路可在電源轉換裝置的一次側的功率開關導通前，將電源轉換裝置的二次側的同步整流電晶體關斷。如此一來，可避免功率開關的導通時間區間與同步整流電晶體的導通時間區間發生重疊而產生雜訊，且可避免造成電源轉換裝置內部電路元件的損壞。
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。
為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源轉換裝置100的電路示意圖。請參照圖1，電源轉換裝置100包括變壓器T、同步整流電晶體Msr、同步整流控制電路160、功率開關Mp以及脈寬調變信號產生器110。變壓器T包括一次側Np與二次側Ns，其中，一次側Np的第一端(例如同名端(common-polarity terminal，即打點處)用以接收輸入電壓VIN，而二次側Ns的第一端(例如異名端(opposite-polarity terminal，即未打點處)則用以提供輸出電壓VOUT給負載RL(例如電子裝置)，但不限於此。
同步整流電晶體Msr的汲極端耦接二次側Ns的第二端(例如同名端)。同步整流電晶體Msr的源極端耦接第一接地端GND1。同步整流電晶體Msr的閘極端則用以接收控制信號VG。同步整流控制電路160耦接到同步整流電晶體Msr的汲極端。同步整流控制電路160接收同步整流電晶體Msr的汲極端的信號(例如電壓信號)以做為偵測信號VD，並根據偵測信號VD產生至少一工作週期信號(例如第一工作週期信號或第二工作週期信號)。同步整流控制電路160可將此至少一工作週期信號轉換為充電電流I1與放電電流I2。同步整流控制電路160可根據充電電流I1與放電電流I2對儲能元件165分別進行充電與放電以產生第一電壓VCT。同步整流控制電路160可根據第一電壓VCT產生控制信號VG以禁能同步整流電晶體Msr。值得一提的是，同步整流電晶體Msr的汲極端與本體(body)端之間具有寄生二極體Dr。
另一方面，功率開關Mp的第一端耦接一次側Np的第二端(例如異名端)。功率開關Mp的第二端耦接第二接地端GND2。而功率開關Mp的控制端則用以接收脈寬調變信號PWM。脈寬調變信號產生器110耦接功率開關Mp的控制端，可用以根據負載RL的狀態(或是電源供應需求)而產生並調整脈寬調變信號PWM。
以下請同時參照圖1與圖2。圖2為依照本發明一實施例所繪示的同步整流控制電路160的電路方塊示意圖。如圖2所示，同步整流控制電路160可包括第一控制電路162、第一比較器164、第二控制電路166以及第三控制電路168。在圖2所示的實施例中，當電源轉換裝置100操作在連續電流模式下時，可由第一控制電路162與第一比較器164來判斷何時可禁能同步整流電晶體Msr，以避免功率開關Mp的導通時間區間與同步整流電晶體Msr的導通時間區間發生重疊。相對地，當電源轉換裝置100操作在非連續電流模式或邊界電流模式下時，可由第三控制電路168來判斷何時可禁能同步整流電晶體Msr。
更進一步來說，第一控制電路162可用以對偵測信號VD與第一參考電壓VR1進行比較以產生第一工作週期信號SD1。第一控制電路162可將第一工作週期信號SD1轉換為充電電流I1與放電電流I2。第一控制電路162可於第一工作週期信號SD1的致能期間對儲能元件165進行充電，且可於第一工作週期信號SD1的禁能期間對儲能元件165進行放電，以產生第一電壓VCT。
第一比較器164可耦接到第一控制電路162以接收第一電壓VCT。第一比較器可對第一電壓VCT與第一臨界電壓VT1進行比較以產生第一比較信號SC1。第二控制電路166可耦接到第一比較器164以接收第一比較信號SC1。
當電源轉換裝置100操作於連續電流模式且第一比較信號SC1指示第一電壓VCT小於第一臨界電壓VT1時，第二控制電路166可產生控制信號VG以禁能同步整流電晶體Msr。
而第三控制電路168則可用以對偵測信號VD與第二臨界電壓VT2進行比較以產生第二比較信號SC2。第二控制電路166可耦接到第三控制電路168以接收第二比較信號SC2。除此之外，第三控制電路168更可耦接到第一控制電路162以重置第一電壓VCT。
當電源轉換裝置100操作於非連續電流模式或邊界電流模式且第二比較信號SC2指示偵測信號VD大於第二臨界電壓VT2時，第二控制電路166可產生控制信號VG以禁能同步整流電晶體Msr，且第三控制電路168可重置第一電壓VCT。
以下請同時參照圖1~圖3，圖3為圖1的電源轉換裝置100及圖2的同步整流控制電路160操作在非連續電流模式或邊界電流模式的信號時序示意圖。如圖3所示，在時間T0時，功率開關Mp可反應於脈寬調變信號PWM的致能(例如邏輯高位準)而導通，輸入電壓VIN可提供電力至變壓器T的一次側Np的線圈以進行儲能。在此同時，同步整流電晶體Msr及寄生二極體Dr則是截止狀態。因此，偵測信號VD的電壓位準可為M×VIN，其中M為電壓器T的二次側Ns與一次側Np的線圈比。
在時間T1時，功率開關Mp反應於脈寬調變信號PWM的禁能(例如邏輯低位準)而截止(turned off)。基於楞次定律(Lenz's law)，變壓器T的一次側Np所儲存的能量將轉移至變壓器T的二次側Ns。此時，由於同步整流電晶體Msr的本體端耦接第一接地端GND1，因此同步整流電晶體Msr的汲極端的電壓位準(亦即偵測信號VD的電壓位準)將由M×VIN下降至負的電壓值，而同步整流電晶體Msr中的寄生二極體Dr將處於順向偏壓而被導通，故二次側Ns將開始有電流Isec產生以對電容Co進行充電。
當同步整流控制電路160的第二控制電路166偵測到偵測信號VD的電壓位準小於參考電壓值VTH_ON(例如-200mV，但不限於此)時，同步整流控制電路160可產生控制信號VG以導通同步整流電晶體Msr，如時間T2所示。此時，變壓器T之二次側Ns的電流Isec將由同步整流電晶體Msr的源極端經由其內部感應的通道(channel)而流向汲極端，因此轉移至變壓器T之二次側Ns的能量將持續地對電容Co進行充電，以供應直流輸出電壓VOUT給負載RL。
隨著二次側Ns所儲存的能量持續地對電容Co進行充電，二次側Ns的電流Isec將會持續地降低，使得偵測信號VD的電壓位準向上拉升。如時間T3所示，當偵測信號VD的電壓位準大於第二臨界電壓VT2時，第二控制電路166可產生控制信號VG以禁能同步整流電晶體Msr，此時，二次側Ns的電流Isec仍可流經同步整流電晶體Msr中的寄生二極體Dr以對電容Co進行充電，直到二次側Ns的電流Isec降至零為止(如時間T4所示)。於時間T4，功率開關Mp與同步整流電晶體Msr皆為截止狀態。由於變壓器T所儲存的能量已經轉移結束，因此其一次側Np的線圈與功率開關Mp的寄生電容以及一次側Np的線圈中的電感將開始產生諧振。直到功率開關Mp再次導通後，輸入電壓VIN可再次提供電力至變壓器T的一次側Np的線圈以進行儲能，並隨後重覆地執行類似於時間T0到時間T4之間的運作。
另一方面，在電源轉換裝置100的上述運作期間，第一控制電路162可對偵測信號VD與第一參考電壓VR1進行比較以產生第一工作週期信號SD1(如圖3所示)。第一控制電路162可將第一工作週期信號SD1轉換為充電電流I1與放電電流I2。第一控制電路162可於第一工作週期信號SD1的致能期間(例如自時間T0至時間T1的時間區間)以充電電流I1對儲能元件165進行充電，且可於第一工作週期信號SD1的禁能期間(例如自時間T1至時間T3的時間區間)以放電電流I2對儲能元件165進行放電，以產生第一電壓VCT(如圖3所示)。
第一比較器164可對第一電壓VCT與第一臨界電壓VT1(例如趨近0V，但不限於此)進行比較以產生第一比較信號SC1。在圖3所示的非連續電流模式或邊界電流模式中，於時間T3時，第三控制電路168所接收到的偵測信號VD的電壓位準已大於第二臨界電壓VT2，然而此時第一控制電路162所產生的第一電壓VCT尚未被放電至小於第一臨界電壓VT1。因此，當電源轉換裝置100操作於非連續電流模式或邊界電流模式時，第二控制電路166可根據第三控制電路168所產生的第二比較信號SC2來禁能同步整流電晶體Msr。除此之外，第三控制電路168還可耦接到第一控制電路162以在時間T3時(即偵測信號VD大於第二臨界電壓VT2時)重置第一電壓VCT。
以下請同時參照圖1、圖2與圖4，圖4為圖1的電源轉換裝置100及圖2的同步整流控制電路160操作在連續電流模式的信號時序示意圖。電源轉換裝置100在圖4的時間T10、T11、T12的運作分別類似於在圖3的時間T0、T1、T2的運作，故可參照上述圖3的相關說明，在此不再贅述。
有別於電源轉換裝置100在圖3的時間T3的運作，在圖4的時間T13時，第一控制電路162所產生的第一電壓VCT已被放電至小於第一臨界電壓VT1(可透過調整充電電流I1與放電電流I2的電流值)，然而此時第三控制電路168所接收到的偵測信號VD的電壓位準尚未大於第二臨界電壓VT2。換句話說，在連續電流模式下，由於二次側Ns的電量可能無法在功率開關Mp再次導通(例如時間T14)之前完全傳送至電容Co，故二次側Ns的電流Isec可能無法降至零。如此一來，同步整流電晶體Msr的汲極端的電壓位準(亦即偵測信號VD的電壓位準)可能無法在功率開關Mp再次導通(例如時間T14)之前上升到大於第二臨界電壓VT2。因此，當電源轉換裝置100操作於連續電流模式時，為了避免功率開關Mp的導通時間區間與同步整流電晶體Msr的導通時間區間發生重疊的狀況，第二控制電路166可根據第一比較器164所產生的第一比較信號SC1而在功率開關Mp再次導通之前禁能同步整流電晶體Msr。
在此值得一提的是，在本發明的一實施例中，設計者可透過調整或設定第一參考電壓VR1的電壓位準，以使第一控制電路162所產生的第一工作週期信號SD1實質上為脈寬調變信號產生器110所產生的脈寬調變信號PWM，如圖3或圖4所示。如此一來，第一工作週期信號SD1的致能期間實質上即為功率開關Mp的導通期間，且第一工作週期信號SD1的禁能期間實質上即為功率開關Mp的關斷期間，但本發明並不以此為限。在圖3與圖4所示的實施例中，第一參考電壓VR1的電壓位準可設定在(M×VIN)與諧振波形的最大波峰值VP之間，但本發明並不以此為限。
除此之外，充電電流I1的電流值可與第一工作週期信號SD1的禁能期間的時間長短成正比，而放電電流I2的電流值可與第一工作週期信號SD1的致能期間的時間長短成正比，但本發明並不以此為限。如此一來，充電電流I1及放電電流I2可分別如式(1)及式(2)所示，其中，K可為常數，而DUTY_Q1可為第一工作週期信號SD1(或實質上為脈寬調變信號PWM)的責任週期(duty cycle)。 I1 = K × (1－DUTY_Q1)                                                       式(1) I2 = K × DUTY_Q1                                                              式(2)
以下請同時參照圖2與圖5。圖5為圖2的同步整流控制電路160的一電路架構示意圖。如圖5所示，第一控制電路162可包括第二比較器CMP2、轉換電路1620以及充放電電容CC，其中，充放電電容CC實質上即為圖2所示的儲能元件165。第二比較器CMP2的非反相輸入端可接收偵測信號VD。第二比較器CMP2的反相輸入端可接收第一參考電壓VR1。第二比較器CMP2的輸出端可輸出第一工作週期信號SD1。
轉換電路1620可耦接到第二比較器CMP2以接收第一工作週期信號SD1。轉換電路1620可對反相的第一工作週期信號SD1B進行轉換以產生充電電流I1。轉換電路1620可對第一工作週期信號SD1進行轉換以產生放電電流I2。充放電電容CC的第一端可耦接到轉換電路1620，而充放電電容CC的第二端可耦接到第一接地端GND1。轉換電路1620可在第一工作週期信號SD1的致能期間以充電電流I1對充放電電容CC進行充電，且可在第一工作週期信號SD1的禁能期間以放電電流I2對充放電電容CC進行放電，以產生第一電壓VCT。
更進一步來說，轉換電路1620可包括反相器INV、充電電路1621以及放電電路1623。反相器INV的輸入端耦接到第二比較器CMP2的輸出端。充電電路1621的致能端EN耦接到第二比較器CMP2的輸出端以接收第一工作週期信號SD1。充電電路1621的輸入端IN耦接到反相器INV的輸出端以接收反相的第一工作週期信號SD1B。充電電路1621可將反相的第一工作週期信號SD1B轉換為充電電流I1，且可在第一工作週期信號SD1的致能期間以充電電流I1對充放電電容CC進行充電。
放電電路1623的輸入端IN可耦接到第二比較器CMP2的輸出端以接收第一工作週期信號SD1。放電電路1623的致能端EN可耦接到反相器INV的輸出端以接收反相的第一工作週期信號SD1B。放電電路1623可將第一工作週期信號SD1轉換為放電電流I2，且可在第一工作週期信號SD1的禁能期間以放電電流I2對充放電電容CC進行放電。
以下將分別針對充電電路1621與放電電路1623的實施方式進行說明。請同時參照圖5與圖6A，圖6A為圖5的充電電路1621的一電路示意圖。如圖6A所示，充電電路1621可包括第一電阻R1、第一電容C1、第二電阻R2、第二電容C2、電壓至電流轉換器6620以及充電開關SW1。第一電阻R1的第一端耦接到充電電路1621的輸入端IN以接收反相的第一工作週期信號SD1B。第一電容C1的第一端耦接到第一電阻R1的第二端。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。第二電阻R2的第一端耦接到第一電阻R1的第二端。第二電容C2的第一端耦接到第二電阻R2的第二端以產生充電電壓V66。第二電容C2的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第二電容C2的第一端以接收充電電壓V66，並據以產生充電電流I1。充電開關SW1的控制端耦接到充電電路1621的致能端EN以接收第一工作週期信號SD1。充電開關SW1耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。充電開關SW1可在第一工作週期信號SD1的致能期間傳輸充電電流I1以對充放電電容CC進行充電。
以下請同時參照圖5與圖6B，圖6B為圖5的充電電路1621的另一電路示意圖。如圖6B所示，充電電路1621可包括第一電晶體Q1、第一電阻R1、第一電容C1、電壓至電流轉換器6620以及充電開關SW1。第一電晶體Q1的汲極端耦接到電源端VCC。第一電晶體Q1的閘極端耦接到充電電路1621的輸入端IN以接收反相的第一工作週期信號SD1B。第一電阻R1的第一端耦接到第一電晶體Q1的源極端。第一電阻R1的第二端耦接到第一接地端GND1。第一電容C1的第一端耦接到第一電晶體Q1的源極端以產生充電電壓V66。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第一電容C1的第一端以接收充電電壓V66，並據以產生充電電流I1。充電開關SW1的控制端耦接到充電電路1621的致能端EN以接收第一工作週期信號SD1。充電開關SW1耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。充電開關SW1可在第一工作週期信號SD1的致能期間傳輸充電電流I1以對充放電電容CC進行充電。
以下請同時參照圖5與圖6C，圖6C為圖5的充電電路1621的又一電路示意圖。如圖6C所示，充電電路1621可包括可控電流源6622、第一電容C1、電壓至電流轉換器6620以及充電開關SW1。可控電流源6622的控制端耦接到充電電路1621的輸入端以接收反相的第一工作週期信號SD1B。可控電流源6622的第一端耦接到電源端VCC。第一電容C1的第一端耦接到可控電流源6622的第二端以產生充電電壓V66。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第一電容C1的第一端以接收充電電壓V66，並據以產生充電電流I1。充電開關SW1的控制端耦接到充電電路1621的致能端EN以接收第一工作週期信號SD1。充電開關SW1耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。充電開關SW1可在第一工作週期信號SD1的致能期間傳輸充電電流I1以對充放電電容CC進行充電。
以下請同時參照圖6A~圖6D，圖6D為圖6A~圖6C的充電電路1621的一信號波形示意圖。如圖6D所示，當充電電路1621的輸入端所接收的反相的第一工作週期信號SD1B的致能期間(例如邏輯高位準的期間)越長時，則充電電壓V66的電壓位準越高，因此透過電壓至電流轉換器6620所轉換出來的充電電流I1也越大；反之亦然。
以下請同時參照圖5與圖7A，圖7A為圖5的放電電路1623的一電路示意圖。如圖7A所示，放電電路1623可包括第一電阻R1、第一電容C1、第二電阻R2、第二電容C2、電壓至電流轉換器6620以及放電開關SW2。第一電阻R1的第一端耦接到放電電路1623的輸入端IN以接收第一工作週期信號SD1。第一電容C1的第一端耦接到第一電阻R1的第二端。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。第二電阻R2的第一端耦接到第一電阻R1的第二端。第二電容C2的第一端耦接到第二電阻R2的第二端以產生放電電壓V77。第二電容C2的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第二電容C2的第一端以接收放電電壓V77，並據以產生放電電流I2。放電開關SW2的控制端耦接到放電電路1623的致能端EN以接收反相的第一工作週期信號SD1B。放電開關SW2耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。放電開關SW2可在第一工作週期信號SD1的禁能期間傳輸放電電流I2以對充放電電容CC進行放電。
以下請同時參照圖5與圖7B，圖7B為圖5的放電電路1623的另一電路示意圖。如圖7B所示，放電電路1623可包括第一電晶體Q1、第一電阻R1、第一電容C1、電壓至電流轉換器6620以及放電開關SW2。第一電晶體Q1的汲極端耦接到電源端VCC。第一電晶體Q1的閘極端耦接到放電電路1623的輸入端IN以接收第一工作週期信號SD1。第一電阻R1的第一端耦接到第一電晶體Q1的源極端。第一電阻R1的第二端耦接到第一接地端GND1。第一電容C1的第一端耦接到第一電晶體Q1的源極端以產生放電電壓V77。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第一電容C1的第一端以接收放電電壓V77，並據以產生放電電流I2。放電開關SW2的控制端耦接到放電電路1623的致能端EN以接收反相的第一工作週期信號SD1B。放電開關SW2耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。放電開關SW2可在第一工作週期信號SD1的禁能期間傳輸放電電流I2以對充放電電容CC進行放電。
以下請同時參照圖5與圖7C，圖7C為圖5的放電電路1623的又一電路示意圖。如圖7C所示，放電電路1623可包括可控電流源6622、第一電容C1、電壓至電流轉換器6620以及放電開關SW2。可控電流源6622的控制端耦接到放電電路1623的輸入端以接收第一工作週期信號SD1。可控電流源6622的第一端耦接到電源端VCC。第一電容C1的第一端耦接到可控電流源6622的第二端以產生放電電壓V77。第一電容C1的第二端耦接到第一接地端GND1。
電壓至電流轉換器6620耦接到第一電容C1的第一端以接收放電電壓V77，並據以產生放電電流I2。放電開關SW2的控制端耦接到放電電路1623的致能端EN以接收反相的第一工作週期信號SD1B。放電開關SW2耦接在電壓至電流轉換器6620與充放電電容CC(如圖5所示)的第一端之間。放電開關SW2可在第一工作週期信號SD1的禁能期間傳輸放電電流I2以對充放電電容CC進行放電。
同樣地，當放電電路1623的輸入端所接收的第一工作週期信號SD1的致能期間(例如邏輯高位準的期間)越長時，則放電電壓V77的電壓位準越高，因此透過電壓至電流轉換器6620所轉換出來的放電電流I2也越大；反之亦然。
以下請重新參照圖5，在本發明的一實施例中，第三控制電路168可包括第三比較器CMP3、單擊電路1680以及重置開關SWR。第三比較器CMP3的非反相輸入端可接收偵測信號VD。第三比較器CMP3的反相輸入端可接收第二臨界電壓VT2。第三比較器CMP3的輸出端可輸出第二比較信號SC2。單擊電路1680可耦接到第三比較器CMP3以接收第二比較信號SC2，並據以產生脈衝信號PLS。重置開關SWR的第一端可耦接到第一控制電路162的輸出端。重置開關SWR的第二端可耦接到第一接地端GND1。重置開關SWR的控制端可耦接到單擊電路1682以接收脈衝信號PLS。重置開關SWR可反應於脈衝信號PLS的致能而被導通以重置第一電壓VCT。關於第三控制電路168的詳細運作，已在上述圖2~圖4的相關描述中說明，故在此不再贅述。
以下請同時參照圖1、圖8與圖9，圖8為依照本發明另一實施例所繪示的同步整流控制電路160’的電路方塊示意圖，而圖9為圖8的同步整流控制電路160’的一電路架構示意圖。圖8所示的同步整流控制電路160’可包括第一控制電路162、第一比較器164以及第二控制電路166。相較於圖2所示的同步整流控制電路160，圖8所示的同步整流控制電路160’可省略圖2所示的第三控制電路168。更清楚來說，在圖8所示實施例中，無論電源轉換裝置100是操作在連續電流模式、非連續電流模式或邊界電流模式，皆可由第一控制電路162以及第一比較器164來判斷何時可禁能同步整流電晶體Msr，以避免功率開關Mp的導通時間區間與同步整流電晶體Msr的導通時間區間發生重疊。而圖8與圖9所示的第一控制電路162、第一比較器164以及第二控制電路166的電路架構類似於圖2與圖5所示的第一控制電路162、第一比較器164以及第二控制電路166，故可參照上述圖2與圖5的電路架構說明，以下不再贅述。
在此需特別說明的是，圖8與圖9的第一參考電壓VR1的電壓位準可不同於圖2與圖5的第一參考電壓VR1的電壓位準。如同先前所述，在圖2與圖5的實施例中，設計者可透過調整或設定第一參考電壓VR1的電壓位準，以使第一控制電路162所產生的第一工作週期信號SD1實質上為脈寬調變信號產生器110所產生的脈寬調變信號PWM，如圖3或圖4所示。
相對地，在圖8與圖9的實施例中，設計者可透過調整或設定第一參考電壓VR1的電壓位準，以使第一控制電路162所產生的第一工作週期信號SD1類似於控制信號VG的反相信號，如圖10或圖11所示，其中圖10為圖1的電源轉換裝置100及圖8的同步整流控制電路160’操作在非連續電流模式或邊界電流模式的信號時序示意圖，而圖11為圖1的電源轉換裝置100及圖8的同步整流控制電路160’操作在連續電流模式的信號時序示意圖。如此一來，第一工作週期信號SD1的致能期間為同步整流電晶體Msr的關斷期間，且第一工作週期信號SD1的禁能期間可包括同步整流電晶體Msr的導通期間，但本發明並不以此為限。在圖10與圖11所示的實施例中，第一參考電壓VR1的電壓位準可設定0V，但本發明並不以此為限。
除此之外，充電電流I1的電流值可與第一工作週期信號SD1的禁能期間(或同步整流電晶體Msr的導通期間)的時間長短成正比，而放電電流I2的電流值可與第一工作週期信號SD1的致能期間(或同步整流電晶體Msr的關斷期間)的時間長短成正比，但本發明並不以此為限。因此，充電電流I1及放電電流I2可分別如式(3)及式(4)所示，其中，K可為常數，而DUTY_Q2可為第一工作週期信號SD1(或約為控制信號VG)的責任週期(duty cycle)。 I1 = K × DUTY_Q2                                                              式(3) I2 = K × (1－DUTY_Q2)                                                       式(4)
以下請同時參照圖1、圖8~圖10，就電源轉換裝置100的整體運作來說，其中電源轉換裝置100在圖10的時間T20、T21、T22、T24的運作分別類似於在圖3的時間T0、T1、T2、T4的運作，故可參照上述圖3的相關說明以類推得之，在此不再贅述。有別於電源轉換裝置100在圖3的時間T3的運作，於圖10的時間T23時，第一控制電路162所產生的第一電壓VCT可被放電至小於第一臨界電壓VT1(透過調整式(3)的充電電流I1的電流值與式(4)的放電電流I2的電流值)。因此，當電源轉換裝置100操作於非連續電流模式或邊界電流模式時，第二控制電路166即可根據第一控制電路162與第一比較器164所產生的第一比較信號SC1來禁能同步整流電晶體Msr，故可取代圖2所示的第三控制電路168的功能。另外，圖8的同步整流控制電路160’在連續電流模式下的運作(如圖11所示的時間T30~T34)類似於圖2的同步整流控制電路160在連續電流模式下的運作(如圖4所示的時間T10~T14)，故可參考上述圖4的相關說明以類推之，在此不再贅述。
以下請同時參照圖1、圖12~圖15，圖12為依照本發明又一實施例所繪示的同步整流控制電路160”的電路方塊示意圖，圖13為圖12的同步整流控制電路160”的一電路架構示意圖，圖14為圖1的電源轉換裝置100及圖12、圖13的同步整流控制電路160”操作在非連續電流模式或邊界電流模式下的信號時序示意圖，而圖15為圖1的電源轉換裝置100及圖12、圖13的同步整流控制電路160”操作在連續電流模式下的信號時序示意圖。圖12所示的同步整流控制電路160”可包括第一控制電路862、第一比較器164以及第二控制電路166。第一控制電路862可用以對偵測信號VD與第一參考電壓VR1進行比較以產生第一工作週期信號SD1(如圖14所示)。第一控制電路862還可對偵測信號VD與第二參考電壓VR2進行比較以產生第二工作週期信號SD2(如圖14所示)。第一控制電路862可將第一工作週期信號SD1轉換為放電電流I2。第一控制電路862可將第二工作週期信號SD2轉換為充電電流I1。第一控制電路862可根據充電電流I1與放電電流I2對儲能元件165進行充電與放電以產生第一電壓VCT(如圖14所示)。
第一比較器164可耦接到第一控制電路862以接收第一電壓VCT，且可對第一電壓VCT與第一臨界電壓VT1進行比較以產生第一比較信號SC1。第二控制電路166可耦接到第一比較器164以接收第一比較信號SC1。在本實施例中，無論電源轉換裝置100操作於連續電流模式、非連續電流模式或是邊界電流模式，只要第一比較信號SC1指示第一電壓VCT小於第一臨界電壓VT1，則第二控制電路166可產生控制信號VG以禁能同步整流電晶體Msr(例如圖14的時間T43)。
如圖13所示，第一控制電路862可包括第二比較器CMP2、第三比較器CMP3、轉換電路8620以及充放電電容CC，其中，充放電電容CC實質上即為圖12所示的儲能元件165。第二比較器CMP2的非反相輸入端可接收偵測信號VD。第二比較器CMP2的反相輸入端可接收第一參考電壓VR1。第二比較器CMP2的輸出端可輸出第一工作週期信號SD1。第三比較器CMP3的反相輸入端可接收偵測信號VD。第三比較器CMP3的非反相輸入端可接收第二參考電壓VR2。第三比較器CMP3的輸出端可輸出第二工作週期信號SD2。
轉換電路8620可耦接到第二比較器CMP2以接收第一工作週期信號SD1。轉換電路8620還可耦接到第三比較器CMP3以接收第二工作週期信號SD2。轉換電路8620可對第二工作週期信號SD2進行轉換以產生充電電流I1。轉換電路8620可對第一工作週期信號SD1進行轉換以產生放電電流I2。充放電電容CC的第一端可耦接到轉換電路8620。充放電電容CC的第二端可耦接到第一接地端GND1。轉換電路8620可在第一工作週期信號SD1的致能期間以充電電流I1對充放電電容CC進行充電，例如圖14所示自時間T40至時間T41的時間區間，或是圖15所示自時間T50至時間T51的時間區間。轉換電路8620可在第二工作週期信號SD2的致能期間以放電電流I2對充放電電容CC進行放電(放電至0V為止)，例如圖14所示自時間T41_1至時間T44的時間區間，或是圖15所示自時間T51_1至時間T54的時間區間。
在此需特別說明的是，在圖12與圖13的實施例中，設計者可透過調整或設定第一參考電壓VR1的電壓位準以及第二參考電壓VR2的電壓位準，以使第一控制電路862所產生的第一工作週期信號SD1實質上為脈寬調變信號產生器110所產生的脈寬調變信號PWM，且使第一控制電路862所產生的第二工作週期信號SD2類似於控制信號VG，如圖14所示，其中，第一參考電壓VR1大於第二參考電壓VR2。如此一來，第一工作週期信號SD1的致能期間即為該功率開關Mp的導通期間，且第二工作週期信號SD2的致能期間可包括同步整流電晶體Msr的導通期間，但本發明並不以此為限。換句話說，轉換電路8620實質上是在功率開關Mp的導通期間以充電電流I1對充放電電容CC進行充電，且可在同步整流電晶體Msr的導通期間以放電電流I2對充放電電容CC進行放電。在圖14與圖15所示的實施例中，第一參考電壓VR1的電壓位準可設定在(M×VIN)與諧振波形的最大波峰值VP之間，而第二參考電壓VR2可設定在0V，但本發明並不以此為限。
除此之外，充電電流I1的電流值可與第二工作週期信號SD2的致能期間(或同步整流電晶體Msr的導通期間)的時間長短成正比，而放電電流I2的電流值可與第一工作週期信號SD1的致能期間(或功率開關Mp的導通期間)的時間長短成正比，但本發明並不以此為限。如此一來，充電電流I1及放電電流I2可分別如式(5)及式(6)所示，其中，K可為常數，DUTY_Q1可為第一工作週期信號SD1(或脈寬調變信號PWM)的責任週期(duty cycle)，而DUTY_Q2可為第二工作週期信號SD2(或約為控制信號VG)的責任週期(duty cycle)。 I1 = K × DUTY_Q2                                                              式(5) I2 = K × DUTY_Q1                                                              式(6)
更詳細地說，就電源轉換裝置100的整體運作來說，其中電源轉換裝置100在圖14的時間T40、T41、T42、T44的運作分別類似於在圖3的時間T0、T1、T2、T4的運作，故可參照上述圖3的相關說明以類推得之，在此不再贅述。有別於電源轉換裝置100在圖3的時間T3的運作，於圖14的時間T43時，第一控制電路862所產生的第一電壓VCT可被放電至小於第一臨界電壓VT1(可透過調整式(5)的充電電流I1的電流值與式(6)的放電電流I2的電流值)。因此，當電源轉換裝置100操作於非連續電流模式或邊界電流模式時，第二控制電路166即可根據第一控制電路862與第一比較器164所產生的第一比較信號SC1來禁能同步整流電晶體Msr，故可取代圖2所示的第三控制電路168的功能。另外，圖12、圖13的同步整流控制電路160”在連續電流模式下的運作(如圖15所示)類似於圖2的同步整流控制電路160在連續電流模式下的運作(如圖4所示)，故可參考上述圖4的相關說明以類推之，在此不再贅述。
以下請重新參照圖13，轉換電路8620可包括充電電路1621以及放電電路1623。充電電路1621的致能端EN可耦接到第二比較器CMP2的輸出端以接收第一工作週期信號SD1。充電電路1621的輸入端IN可耦接到第三比較器CMP3的輸出端以接收第二工作週期信號SD2。充電電路1621可將第二工作週期信號SD2轉換為充電電流I1，且在第一工作週期信號SD1的致能期間以充電電流I1對充放電電容CC進行充電。
放電電路1623的輸入端IN可耦接到第二比較器CMP2的輸出端以接收第一工作週期信號SD1。放電電路1623的致能端EN可耦接到第三比較器CMP3的輸出端以接收第二工作週期信號SD2。放電電路1623可將第一工作週期信號SD1轉換為放電電流I2，且可在第二工作週期信號SD2的致能期間以放電電流I2對充放電電容CC進行放電。
圖13所示的充電電路1621與放電電路1623分別類似於圖5所示的充電電路1621與放電電路1623，故圖13的充電電路1621與放電電路1623的實施方式可參照上述圖5的相關說明，在此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例的電源轉換裝置可操作在非連續電流模式、邊界電流模式或是連續電流模式下。當電源轉換裝置操作在連續電流模式時，同步整流控制電路可在電源轉換裝置的一次側的功率開關導通前，將電源轉換裝置的二次側的同步整流電晶體關斷。如此一來，可避免功率開關的導通時間區間與同步整流電晶體的導通時間區間發生重疊而產生雜訊，且可避免造成電源轉換裝置內部電路元件的損壞。
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。
100‧‧‧電源轉換裝置
110‧‧‧脈寬調變信號產生器
160、160’、160”‧‧‧同步整流控制電路
162、862‧‧‧第一控制電路
1620、8620‧‧‧轉換電路
1621‧‧‧充電電路
1623‧‧‧放電電路
164‧‧‧第一比較器
165‧‧‧儲能元件
166‧‧‧第二控制電路
168‧‧‧第三控制電路
1680‧‧‧單擊電路
6620‧‧‧電壓至電流轉換器
6622‧‧‧可控電流源
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
CC‧‧‧充放電電容
CMP2‧‧‧第二比較器
CMP3‧‧‧第三比較器
Co‧‧‧電容
Dr‧‧‧寄生二極體
EN‧‧‧致能端
GND1‧‧‧第一接地端
GND2‧‧‧第二接地端
I1‧‧‧充電電流
I2‧‧‧放電電流
IN‧‧‧輸入端
INV‧‧‧反相器
Isec‧‧‧電流
M‧‧‧線圈比
Mp‧‧‧功率開關
Msr‧‧‧同步整流電晶體
Np‧‧‧一次側
Ns‧‧‧二次側
PLS‧‧‧脈衝信號
PWM‧‧‧脈寬調變信號
Q1‧‧‧第一電晶體
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
RL‧‧‧負載
SC1‧‧‧第一比較信號
SC2‧‧‧第二比較信號
SD1‧‧‧第一工作週期信號
SD2‧‧‧第二工作週期信號
SD1B‧‧‧反相的第一工作週期信號
SW1‧‧‧充電開關
SW2‧‧‧放電開關
SWR‧‧‧重置開關
T‧‧‧變壓器
T0~T4、T10~T14、T20~T24、T30~T34、T40~T44、T41_1、T50~T54、T51_1‧‧‧時間
V66‧‧‧充電電壓
V77‧‧‧放電電壓
VCC‧‧‧電源端
VCT‧‧‧第一電壓
VD‧‧‧偵測信號
VG‧‧‧控制信號
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧直流輸出電壓
VR1‧‧‧第一參考電壓
VR2‧‧‧第二參考電壓
VT1‧‧‧第一臨界電壓
VT2‧‧‧第二臨界電壓
VP‧‧‧波峰值
VTH_ON‧‧‧參考電壓值
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分， 繪示了本發明的示例實施例， 所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。 圖1 是依照本發明一實施例所繪示的電源轉換裝置的電路示意圖。 圖2 為依照本發明一實施例所繪示的同步整流控制電路的電路方塊示意圖。 圖3 為圖1 的電源轉換裝置及圖2 的同步整流控制電路操作在非連續電流模式或邊界電流模式的信號時序示意圖。 圖4 為圖1 的電源轉換裝置及圖2 的同步整流控制電路操作在連續電流模式的信號時序示意圖。 圖5 為圖2 的同步整流控制電路的電路架構示意圖。 圖6A~圖6C 為圖5 的充電電路的電路示意圖。 圖6D 為圖6A~圖6C 的充電電路的信號波形示意圖。 圖7A~圖7C 為圖5 的放電電路的電路示意圖。 圖8 為依照本發明另一實施例所繪示的同步整流控制電路的電路方塊示意圖。 圖9 為圖8 的同步整流控制電路的電路架構示意圖。 圖10 為圖1 的電源轉換裝置及圖8 的同步整流控制電路操作在非連續電流模式或邊界電流模式的信號時序示意圖。 圖11 為圖1 的電源轉換裝置及圖8 的同步整流控制電路操作在連續電流模式的信號時序示意圖。 圖12 為依照本發明又一實施例所繪示的同步整流控制電路的電路方塊示意圖。 圖13 為圖12 的同步整流控制電路的電路架構示意圖。 圖14 為圖1 的電源轉換裝置及圖12、圖13 的同步整流控制電路操作在非連續電流模式或邊界電流模式下的信號時序示意圖。 圖15 為圖1 的電源轉換裝置及圖12、圖13 的同步整流控制電路操作在連續電流模式下的信號時序示意圖。
100‧‧‧電源轉換裝置
110‧‧‧脈寬調變信號產生器
160‧‧‧同步整流控制電路
165‧‧‧儲能元件
Co‧‧‧電容
Dr‧‧‧寄生二極體
GND1‧‧‧第一接地端
GND2‧‧‧第二接地端
I1‧‧‧充電電流
I2‧‧‧放電電流
Isec‧‧‧電流
Mp‧‧‧功率開關
Msr‧‧‧同步整流電晶體
Np‧‧‧一次側
Ns‧‧‧二次側
PWM‧‧‧脈寬調變信號
RL‧‧‧負載
T‧‧‧變壓器
VCT‧‧‧第一電壓
VD‧‧‧偵測信號
VG‧‧‧控制信號
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧直流輸出電壓

Claims (20)

  1. 一種電源轉換裝置，包括： 一變壓器，具有一次側與二次側，其中該一次側的第一端用以接收一輸入電壓，而該二次側的第一端則用以提供一輸出電壓給一負載； 一同步整流電晶體，該同步整流電晶體的汲極端耦接該二次側的第二端，該同步整流電晶體的源極端耦接一第一接地端，且該同步整流電晶體的閘極端則用以接收一控制信號；以及 一同步整流控制電路，耦接到該同步整流電晶體，接收該同步整流電晶體的該汲極端的信號以做為一偵測信號，並根據該偵測信號產生至少一工作週期信號， 其中，該同步整流控制電路將該至少一工作週期信號轉換為一充電電流與一放電電流，根據該充電電流與該放電電流對一儲能元件進行充放電以產生一第一電壓，並根據該第一電壓產生該控制信號以禁能該同步整流電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置，其中該至少一工作週期信號包括一第一工作週期信號，該同步整流控制電路包括： 一第一控制電路，用以對該偵測信號與一第一參考電壓進行比較以產生該第一工作週期信號，該第一控制電路將該第一工作週期信號轉換為該充電電流與該放電電流，該第一控制電路於該第一工作週期信號的致能期間對該儲能元件進行充電且於該第一工作週期信號的禁能期間對該儲能元件進行放電，以產生該第一電壓； 一第一比較器，耦接到該第一控制電路以接收該第一電壓，且對該第一電壓與一第一臨界電壓進行比較以產生一第一比較信號；以及 一第二控制電路，耦接到該第一比較器以接收該第一比較信號，當該第一比較信號指示該第一電壓小於該第一臨界電壓時，該第二控制電路產生該控制信號以禁能該同步整流電晶體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源轉換裝置，其中該第一控制電路包括： 一第二比較器，該第二比較器的非反相輸入端接收該偵測信號，該第二比較器的反相輸入端接收該第一參考電壓，該第二比較器的輸出端輸出該第一工作週期信號； 一轉換電路，耦接到該第二比較器以接收該第一工作週期信號，該轉換電路對該反相的第一工作週期信號進行轉換以產生該充電電流，該轉換電路對該第一工作週期信號進行轉換以產生該放電電流；以及 一充放電電容，該充放電電容的第一端耦接到該轉換電路，該充放電電容的第二端耦接到該第一接地端， 其中，該轉換電路在該第一工作週期信號的致能期間以該充電電流對該充放電電容進行充電，且在該第一工作週期信號的禁能期間以該放電電流對該充放電電容進行放電，以產生該第一電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源轉換裝置，其中該轉換電路包括： 一反相器，該反相器的輸入端耦接到該第二比較器的輸出端； 一充電電路，該充電電路的致能端耦接到該第二比較器的輸出端以接收該第一工作週期信號，該充電電路的輸入端耦接到該反相器的輸出端以接收該反相的第一工作週期信號，該充電電路將該反相的第一工作週期信號轉換為該充電電流，且在該第一工作週期信號的致能期間以該充電電流對該充放電電容進行充電；以及 一放電電路，該放電電路的輸入端耦接到該第二比較器的輸出端以接收該第一工作週期信號，該放電電路的致能端耦接到該反相器的輸出端以接收該反相的第一工作週期信號，該放電電路將該第一工作週期信號轉換為該放電電流，且在該第一工作週期信號的禁能期間以該放電電流對該充放電電容進行放電。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該充電電路包括： 一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接到該充電電路的輸入端以接收該反相的第一工作週期信號； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該第一電阻的第二端，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一第二電阻，該第二電阻的第一端耦接到該第一電阻的第二端； 一第二電容，該第二電容的第一端耦接到該第二電阻的第二端以產生一充電電壓，該第二電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第二電容的第一端以接收該充電電壓，並據以產生一充電電流；以及 一充電開關，該充電開關的控制端耦接到該充電電路的致能端以接收該第一工作週期信號，該充電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該充電開關在該第一工作週期信號的致能期間傳輸該充電電流以對該充放電電容進行充電。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該充電電路包括： 一第一電晶體，該第一電晶體的汲極端耦接到一電源端，該第一電晶體的閘極端耦接到該充電電路的輸入端以接收該反相的第一工作週期信號； 一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接到該第一電晶體的源極端，該第一電阻的第二端耦接到該第一接地端； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該第一電晶體的源極端以產生一充電電壓，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第一電容的第一端以接收該充電電壓，並據以產生一充電電流；以及 一充電開關，該充電開關的控制端耦接到該充電電路的致能端以接收該第一工作週期信號，該充電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該充電開關在該第一工作週期信號的致能期間傳輸該充電電流以對該充放電電容進行充電。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該充電電路包括： 一可控電流源，該可控電流源的控制端耦接到該充電電路的輸入端以接收該反相的第一工作週期信號，該可控電流源的第一端耦接到一電源端； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該可控電流源的第二端以產生一充電電壓，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第一電容的第一端以接收該充電電壓，並據以產生一充電電流；以及 一充電開關，該充電開關的控制端耦接到該充電電路的致能端以接收該第一工作週期信號，該充電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該充電開關在該第一工作週期信號的致能期間傳輸該充電電流以對該充放電電容進行充電。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該放電電路包括： 一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接到該放電電路的輸入端以接收該第一工作週期信號； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該第一電阻的第二端，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一第二電阻，該第二電阻的第一端耦接到該第一電阻的第二端； 一第二電容，該第二電容的第一端耦接到該第二電阻的第二端以產生一放電電壓，該第二電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第二電容的第一端以接收該放電電壓，並據以產生一放電電流；以及 一放電開關，該放電開關的控制端耦接到該放電電路的致能端以接收該反相的第一工作週期信號，該放電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該放電開關在該第一工作週期信號的禁能期間傳輸該放電電流以對該充放電電容進行放電。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該放電電路包括： 一第一電晶體，該第一電晶體的汲極端耦接到一電源端，該第一電晶體的閘極端耦接到該放電電路的輸入端以接收該第一工作週期信號； 一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接到該第一電晶體的源極端，該第一電阻的第二端耦接到該第一接地端； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該第一電晶體的源極端以產生一放電電壓，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第一電容的第一端以接收該放電電壓，並據以產生一放電電流；以及 一放電開關，該放電開關的控制端耦接到該放電電路的致能端以接收該反相的第一工作週期信號，該放電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該放電開關在該第一工作週期信號的禁能期間傳輸該放電電流以對該充放電電容進行放電。
  10. 如申請專利範圍第4項所述的電源轉換裝置，其中該放電電路包括： 一可控電流源，該可控電流源的控制端耦接到該放電電路的輸入端以接收該第一工作週期信號，該可控電流源的第一端耦接到一電源端； 一第一電容，該第一電容的第一端耦接到該可控電流源的第二端以產生一放電電壓，該第一電容的第二端耦接到該第一接地端； 一電壓至電流轉換器，耦接到該第一電容的第一端以接收該放電電壓，並據以產生一放電電流；以及 一放電開關，該放電開關的控制端耦接到該放電電路的致能端以接收該反相的第一工作週期信號，該放電開關耦接在該電壓至電流轉換器與該充放電電容的第一端之間，該放電開關在該第一工作週期信號的禁能期間傳輸該放電電流以對該充放電電容進行放電。
  11. 如申請專利範圍第2項所述的電源轉換裝置，其中該第一工作週期信號的致能期間為該同步整流電晶體的關斷期間，且該第一工作週期信號的禁能期間包括該同步整流電晶體的導通期間。
  12. 如申請專利範圍第2項所述的電源轉換裝置，更包括： 一第三控制電路，用以對該偵測信號與一第二臨界電壓進行比較以產生一第二比較信號，且耦接到該第一控制電路， 其中，該第二控制電路更耦接到該第三控制電路以接收該第二比較信號， 其中，當該電源轉換裝置操作於非連續電流模式(discontinuous current mode，DCM)或邊界電流模式(boundary current mode，BCM) 且該第二比較信號指示該偵測信號大於該第二臨界電壓時，該第二控制電路產生該控制信號以禁能該同步整流電晶體，且該第三控制電路重置該第一電壓；以及 當該電源轉換裝置操作於連續電流模式(continuous current mode，CCM)且該第一比較信號指示該第一電壓小於該第一臨界電壓時，該第二控制電路產生該控制信號以禁能該同步整流電晶體。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電源轉換裝置，其中該第三控制電路包括： 一第三比較器，該第三比較器的非反相輸入端接收該偵測信號，該第三比較器的反相輸入端接收該第二臨界電壓，該第三比較器的輸出端輸出該第二比較信號； 一單擊電路，耦接到該第三比較器以接收該第二比較信號，並據以產生一脈衝信號；以及 一重置開關，該重置開關的第一端耦接到該第一控制電路的輸出端，該重置開關的第二端耦接到該第一接地端，且該重置開關的控制端耦接到該單擊電路以接收該脈衝信號， 其中，該重置開關反應於該脈衝信號的致能而被導通以重置該第一電壓。
  14. 如申請專利範圍第2項所述的電源轉換裝置，更包括： 一功率開關，該功率開關的第一端耦接該一次側的第二端，該功率開關的第二端耦接一第二接地端，且該功率開關的控制端受控於一脈寬調變信號， 其中，該第一工作週期信號的致能期間為該功率開關的導通期間，且該第一工作週期信號的禁能期間為該功率開關的關斷期間。
  15. 如申請專利範圍第2項所述的電源轉換裝置，其中： 該充電電流的電流值與該第一工作週期信號的禁能期間的時間長短成正比；以及 該放電電流的電流值與該第一工作週期信號的致能期間的時間長短成正比。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置，其中該至少一工作週期信號包括一第一工作週期信號與一第二工作週期信號，該同步整流控制電路包括： 一第一控制電路，用以對該偵測信號與一第一參考電壓進行比較以產生該第一工作週期信號，對該偵測信號與一第二參考電壓進行比較以產生該第二工作週期信號，該第一控制電路將該第一工作週期信號轉換為該放電電流，該第一控制電路將該第二工作週期信號轉換為該充電電流，該第一控制電路於該第一工作週期信號的致能期間對該儲能元件進行充電且於該第二工作週期信號的致能期間對該儲能元件進行放電，以產生該第一電壓； 一第一比較器，耦接到該第一控制電路以接收該第一電壓，且對該第一電壓與一第一臨界電壓進行比較以產生一第一比較信號；以及 一第二控制電路，耦接到該第一比較器以接收該第一比較信號，當該第一比較信號指示該第一電壓小於該第一臨界電壓時，該第二控制電路產生該控制信號以禁能該同步整流電晶體。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電源轉換裝置，其中該第一控制電路包括： 一第二比較器，該第二比較器的非反相輸入端接收該偵測信號，該第二比較器的反相輸入端接收該第一參考電壓，該第二比較器的輸出端輸出該第一工作週期信號； 一第三比較器，該第三比較器的反相輸入端接收該偵測信號，該第三比較器的非反相輸入端接收該第二參考電壓，該第三比較器的輸出端輸出該第二工作週期信號； 一轉換電路，耦接到該第二比較器以接收該第一工作週期信號，耦接到該第三比較器以接收該第二工作週期信號，該轉換電路對該第二工作週期信號進行轉換以產生該充電電流，該轉換電路對該第一工作週期信號進行轉換以產生該放電電流；以及 一充放電電容，該充放電電容的第一端耦接到該轉換電路，該充放電電容的第二端耦接到該第一接地端， 其中，該轉換電路在該第一工作週期信號的致能期間以該充電電流對該充放電電容進行充電，且在該第二工作週期信號的致能期間以該放電電流對該充放電電容進行放電，以產生該第一電壓。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電源轉換裝置，其中該轉換電路包括： 一充電電路，該充電電路的致能端耦接到該第二比較器的輸出端以接收該第一工作週期信號，該充電電路的輸入端耦接到該第三比較器的輸出端以接收該第二工作週期信號，該充電電路將該第二工作週期信號轉換為該充電電流，且在該第一工作週期信號的致能期間以該充電電流對該充放電電容進行充電；以及 一放電電路，該放電電路的輸入端耦接到該第二比較器的輸出端以接收該第一工作週期信號，該放電電路的致能端耦接到該第三比較器的輸出端以接收該第二工作週期信號，該放電電路將該第一工作週期信號轉換為該放電電流，且在該第二工作週期信號的致能期間以該放電電流對該充放電電容進行放電。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的電源轉換裝置，更包括： 一功率開關，該功率開關的第一端耦接該一次側的第二端，該功率開關的第二端耦接一第二接地端，且該功率開關的控制端受控於一脈寬調變信號， 其中，該第一工作週期信號的致能期間為該功率開關的導通期間，且該第二工作週期信號的致能期間包括該同步整流電晶體的導通期間， 其中，該第一參考電壓大於該第二參考電壓。
  20. 如申請專利範圍第16項所述的電源轉換裝置，其中： 該充電電流的電流值與該第二工作週期信號的致能期間的時間長短成正比；以及 該放電電流的電流值與該第一工作週期信號的致能期間的時間長短成正比。
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