TW202005248A - 應用於電源轉換器的二次側的同步整流器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

應用於電源轉換器的二次側的同步整流器包含一禁止開啟時間產生電路、一省電模式信號產生電路和一控制器。該禁止開啟時間產生電路是用以根據該二次側的一同步信號，產生對應該二次側的一禁止開啟時間；該省電模式信號產生電路是用以當該禁止開啟時間大於一參考值至少一次時，致能一省電模式信號，且當該禁止開啟時間連續小於該參考值一預定次數時，去能該省電模式信號，其中該參考值會隨該二次側的輸出電壓改變；該控制器是用以當該省電模式信號致能時，進入一省電模式，以及當該省電模式信號去能時，離開該省電模式。

Description

應用於電源轉換器的二次側的同步整流器及其操作方法
本發明是有關於一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器及其操作方法，尤指一種可根據隨著該電源轉換器的輸出電壓改變的參考值和該電源轉換器的二次側的禁止開啟時間，判斷該電源轉換器的二次側的控制器是否進入省電模式的同步整流器及其操作方法。
當一電源轉換器操作在一非連續導通模式(discontinuous conduction mode, DCM)或一準諧振模式(quasi resonant mode)時，應用於該電源轉換器的一次側的一次側控制器是產生對應一突發模式(burst mode)的閘極控制信號以控制該一次側的功率開關開啟與關閉，其中對應該突發模式的閘極控制信號的數目會隨著該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變。因為該電源轉換器的二次側的放電時間會隨著對應該突發模式的閘極控制信號的數目而改變，所以該電源轉換器的二次側的禁止開啟時間也會隨著對應該突發模式的閘極控制信號的數目而改變(也就是說該禁止開啟時間會隨著該輸出電壓改變)。然而因為現有技術是根據一固定參考值和該禁止開啟時間，判斷該電源轉換器的二次側的控制器是否進入一省電模式，但該禁止開啟時間會隨著該輸出電壓改變，所以該電源轉換器的二次側的控制器可能會因為該禁止開啟時間會隨著該輸出電壓改變而無法進入該省電模式，導致當該電源轉換器操作在該非連續導通模式或該準諧振模式時，浪費太多能量。
本發明的一實施例提供一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器。該同步整流器包含一禁止開啟時間產生電路、一省電模式信號產生電路和一控制器。該禁止開啟時間產生電路耦接於該電源轉換器的二次側，用以根據該二次側的一同步信號，產生對應該二次側的一禁止開啟時間；該省電模式信號產生電路耦接於該禁止開啟時間產生電路和該二次側，用以當該禁止開啟時間大於一參考值至少一次時，致能(enable)一省電模式信號，且當該禁止開啟時間連續小於該參考值一預定次數時，去能(disable)該省電模式信號，其中該參考值會隨該二次側的輸出電壓改變；該控制器耦接於該省電模式信號產生電路和該二次側，用以當該省電模式信號致能時，進入一省電模式，以及當該省電模式信號去能時，離開該省電模式。
本發明的另一實施例提供一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器的操作方法，其中該同步整流器包含一禁止開啟時間產生電路、一省電模式信號產生電路和一控制器。該操作方法包含該禁止開啟時間產生電路根據該二次側的一同步信號，產生對應該二次側的一禁止開啟時間；當該禁止開啟時間大於一參考值至少一次時，該省電模式信號產生電路致能一省電模式信號，其中該參考值會隨該二次側的輸出電壓改變；當該省電模式信號致能時，該控制器進入一省電模式。
本發明提供一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器及其操作方法。該同步整流器及該操作方法是利用一禁止開啟時間產生電路根據該二次側的同步信號，產生對應該二次側的禁止開啟時間，以及利用一省電模式信號產生電路根據該禁止開啟時間和一參考值，決定致能或去能一省電模式信號，然後一控制器可根據該省電模式信號是否致能，進入或離開一省電模式。因此，相較於現有技術，因為本發明所提供的該參考值會隨該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變，所以當該禁止開啟時間隨著該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變時，該控制器並不會因為該禁止開啟時間隨著該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變而無法進入該省電模式。
請參照第1圖，第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種應用於電源轉換器100的二次側SEC的同步整流器200的示意圖，其中電源轉換器100的一次側PRI僅一次側繞組102和一功率開關104顯示在第1圖中，且電源轉換器100是一交流/直流電源轉換器。如第1圖所示，同步整流器200包含一禁止開啟時間產生電路202，一省電模式信號產生電路204，及一控制器206，其中如第1圖所示，禁止開啟時間產生電路202是耦接於電源轉換器100的二次側SEC的同步開關106的汲極端，省電模式信號產生電路204是耦接於禁止開啟時間產生電路202和電源轉換器100的二次側SEC的輸出端，以及控制器206是耦接於省電模式信號產生電路204和電源轉換器100的二次側SEC的同步開關106的汲極端。
如第1圖所示，當功率開關104開啟時，電源轉換器100的二次側SEC的二次側繞組108會根據流經電源轉換器100的一次側PRI的電流IPRI，產生一同步信號SYN，其中電源轉換器100是操作在一非連續導通模式(discontinuous conduction mode, DCM)或一準諧振模式(quasi resonant mode)，也就是說電源轉換器100是操作在一輕載狀況或一無載狀況。因為禁止開啟時間產生電路202耦接於電源轉換器100的二次側SEC的同步開關106的汲極端，所以禁止開啟時間產生電路202可根據同步信號SYN和一參考電壓VREF(例如0.1V、0.2V或0.5V等)，決定電源轉換器100的二次側SEC的放電時間TDIS(如第2圖所示)，且可根據放電時間TDIS，產生對應電源轉換器100的二次側SEC的一禁止開啟時間PWMON。因為禁止開啟時間產生電路202可根據放電時間TDIS，產生禁止開啟時間PWMON，所以禁止開啟時間PWMON和放電時間TDIS有關。另外，如果當電源轉換器100是操作在一連續導通模式(continuous conduction mode, CCM)時，禁止開啟時間PWMON是等於電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的開啟時間。然而如第2圖所示，因為電源轉換器100是操作在該非連續導通模式(或該準諧振模式)，所以禁止開啟時間PWMON會大於電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的開啟時間FTON。另外，如第2圖所示，在本發明的一實施例中，禁止開啟時間產生電路202反相放電時間TDIS以產生禁止開啟時間PWMON。但在本發明的另一實施例中，禁止開啟時間產生電路202是根據同步信號SYN和參考電壓VREF，計數同步信號SYN的至少一波谷以產生禁止開啟時間PWMON，也就是說禁止開啟時間PWMON和同步信號SYN的波谷數目有關。另外，在本發明的又一實施例中，雖然禁止開啟時間產生電路202是反相放電時間TDIS以產生禁止開啟時間PWMON，但卻是輸出與禁止開啟時間PWMON成一比例的禁止開啟信號至省電模式信號產生電路204。例如該禁止開啟信號和禁止開啟時間PWMON的比例為0.8，但本發明並不受限於該禁止開啟信號和禁止開啟時間PWMON的比例為0.8。另外，如第2圖所示，在禁止開啟時間PWMON期間，電源轉換器100的二次側SEC關閉。
如第1圖所示，在省電模式信號產生電路204接收禁止開啟時間PWMON後，省電模式信號產生電路204可比較禁止開啟時間PWMON和一參考值以決定是否致能(enable)一省電模式信號GMCS，其中當禁止開啟時間PWMON大於該參考值至少一次時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS，當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值一預定次數時，去能(disable)省電模式信號GMCS，以及該參考值和該預定次數會隨電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT改變。例如在輸出電壓VOUT小於5V時，該參考值為1.5 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(1.5 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS，以及當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(1.5 mS)該預定次數(例如10次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT介於5V和10V之間時，該參考值為0.7 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(0.7 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS，以及當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(0.7 mS)該預定次數(例如20次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT大於10V之間時，該參考值為0.2 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(0.2 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS，以及當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(0.2 mS)該預定次數(例如30次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS。另外，本發明並不受限於上述該參考值(1.5 mS、0.7 mS、0.2 mS)和該預定次數(10次、20次、30次)。
另外，在省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS後，控制器206可根據省電模式信號GMCS從該非連續導通模式(或該準諧振模式)進入一省電模式(也就是同步整流器200進入該省電模式)。當控制器206進入該省電模式後，控制器206關閉且停止產生驅動同步開關106的驅動信號DRV。另外，在省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS後，不僅控制器206關閉，同步整流器200內除了禁止開啟時間產生電路202和省電模式信號產生電路204之外的其他電路也會關閉。另一方面，在省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS後，控制器206離開該省電模式進入該非連續導通模式(或該準諧振模式)，也就是同步整流器200離開該省電模式進入該非連續導通模式(或該準諧振模式)。當控制器206離開該省電模式後，控制器206開啟且再度產生驅動同步開關106的驅動信號DRV。另外，在省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS後，不僅控制器206開啟，同步整流器200內除了禁止開啟時間產生電路202和省電模式信號產生電路204之外的其他電路也會開啟。
當電源轉換器100操作在該非連續導通模式(或該準諧振模式)時，應用於電源轉換器100的一次側PRI的一次側控制器(未繪示於第1圖)是產生對應一突發模式(burst mode)的閘極控制信號GCS以控制功率開關104開啟與關閉，其中對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目會隨著輸出電壓VOUT改變。因為電源轉換器100的二次側SEC的放電時間TDIS會隨著對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目而改變，所以禁止開啟時間PWMON也會隨著對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目而改變(也就是說禁止開啟時間PWMON會隨著輸出電壓VOUT改變)。然而因為該參考值和該預定次數也會隨電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT改變，所以本發明的同步整流器200並不會因為禁止開啟時間PWMON隨著輸出電壓VOUT改變而無法進入該省電模式。
請參照第1-3圖，第3圖是為本發明的第二實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器的操作方法的流程圖。第3圖的操作方法是利用第1圖的電源轉換器100和同步整流器200說明，詳細步驟如下：
步驟300： 開始；
步驟302： 禁止開啟時間產生電路206根據電源轉換器100的二次側SEC的同步信號SYN，產生對應電源轉換器100的二次側SEC的禁止開啟時間PWMON；
步驟304： 是否禁止開啟時間PWMON大於該參考值；如果是，進行步驟306；如果否，進行步驟310；
步驟306： 省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS；
步驟308： 控制器206進入該省電模式，跳回步驟304；
步驟310： 是否禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值該預定次數；如果是，進行步驟312；如果否，跳回步驟304；
步驟312： 省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS；
步驟314： 控制器206離開該省電模式，跳回步驟304。
在步驟302中，如第1圖所示，當功率開關104開啟時，電源轉換器100的二次側SEC的二次側繞組108會根據流經電源轉換器100的一次側PRI的電流IPRI，產生同步信號SYN，其中電源轉換器100是操作在該非連續導通模式或該準諧振模式，也就是說電源轉換器100是操作在一輕載狀況或一無載狀況。因此，禁止開啟時間產生電路202可根據同步信號SYN和參考電壓VREF(例如0.1V、0.2V或0.5V等)，決定電源轉換器100的二次側SEC的放電時間TDIS(如第2圖所示)，且可根據放電時間TDIS，產生對應電源轉換器100的二次側SEC的禁止開啟時間PWMON。因為禁止開啟時間產生電路202可根據放電時間TDIS，產生禁止開啟時間PWMON，所以禁止開啟時間PWMON和放電時間TDIS有關。另外，如第2圖所示，在本發明的一實施例中，禁止開啟時間產生電路202反相放電時間TDIS以產生禁止開啟時間PWMON。但在本發明的另一實施例中，禁止開啟時間產生電路202是根據同步信號SYN和參考電壓VREF，計數同步信號SYN的至少一波谷以產生禁止開啟時間PWMON，也就是說禁止開啟時間PWMON和同步信號SYN的波谷數目有關。另外，在本發明的又一實施例中，雖然禁止開啟時間產生電路202是反相放電時間TDIS以產生禁止開啟時間PWMON，但卻是輸出與禁止開啟時間PWMON成一比例的禁止開啟信號至省電模式信號產生電路204。例如該禁止開啟信號和禁止開啟時間PWMON的比例為0.8。
在步驟304中，如第1圖所示，在省電模式信號產生電路204接收禁止開啟時間PWMON後，省電模式信號產生電路204可比較禁止開啟時間PWMON和該參考值以決定是否致能省電模式信號GMCS。在步驟306中，當禁止開啟時間PWMON大於該參考值至少一次時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS，其中該參考值會隨電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT改變。例如在輸出電壓VOUT小於5V時，該參考值為1.5 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(1.5 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT介於5V和10V之間時，該參考值為0.7 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(0.7 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT大於10V之間時，該參考值為0.2 mS，所以當禁止開啟時間PWMON大於該參考值(0.2 mS)時，省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS。在步驟308中，在省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS後，控制器206可根據省電模式信號GMCS從該非連續導通模式(或該準諧振模式)進入該省電模式(也就是同步整流器200進入該省電模式)。當控制器206進入該省電模式後，控制器206關閉且停止產生驅動同步開關106的驅動信號DRV。另外，在省電模式信號產生電路204致能省電模式信號GMCS後，不僅控制器206關閉，同步整流器200內除了禁止開啟時間產生電路202和省電模式信號產生電路204之外的其他電路也會關閉。
在步驟312中，當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值該預定次數時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS，以及該參考值和該預定次數會隨電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT改變。例如在輸出電壓VOUT小於5V時，該參考值為1.5 mS，所以當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(1.5 mS)該預定次數(例如10次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT介於5V和10V之間時，該參考值為0.7 mS，所以當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(0.7 mS)該預定次數(例如20次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS；在輸出電壓VOUT大於10V之間時，該參考值為0.2 mS，所以當禁止開啟時間PWMON連續小於該參考值(0.2 mS)該預定次數(例如30次)時，省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS。
在步驟314中，在省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS後，控制器206離開該省電模式進入該非連續導通模式(或該準諧振模式)，也就是同步整流器200離開該省電模式進入該非連續導通模式(或該準諧振模式)。當控制器206離開該省電模式後，控制器206開啟且再度產生驅動同步開關106的驅動信號DRV。另外，在省電模式信號產生電路204去能省電模式信號GMCS後，不僅控制器206開啟，同步整流器200內除了禁止開啟時間產生電路202和省電模式信號產生電路204之外的其他電路也會開啟。
當電源轉換器100操作在該非連續導通模式(或該準諧振模式)時，應用於電源轉換器100的一次側PRI的一次側控制器(未繪示於第1圖)是產生對應一突發模式(burst mode)的閘極控制信號GCS以控制功率開關104開啟與關閉，其中對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目會隨著輸出電壓VOUT改變。因為電源轉換器100的二次側SEC的放電時間TDIS會隨著對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目而改變，所以禁止開啟時間PWMON也會隨著對應該突發模式的閘極控制信號GCS的數目而改變(也就是說禁止開啟時間PWMON會隨著輸出電壓VOUT改變)。然而因為該參考值和該預定次數也會隨電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VOUT改變，所以本發明的同步整流器200並不會因為禁止開啟時間PWMON隨著輸出電壓VOUT改變而無法進入該省電模式。
綜上所述，本發明所提供的同步整流器及其操作方法是利用該禁止開啟時間產生電路根據該二次側的同步信號，產生對應該二次側的禁止開啟時間，以及利用該省電模式信號產生電路根據該禁止開啟時間和該參考值，決定致能或去能該省電模式信號，然後該控制器可根據該省電模式信號是否致能，進入或離開該省電模式。因此，相較於現有技術，因為本發明所提供的該參考值和該預定次數會隨該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變，所以當該禁止開啟時間隨著該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變時，該控制器並不會因為該禁止開啟時間隨著該電源轉換器的二次側的輸出電壓改變而無法進入該省電模式。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧電源轉換器102‧‧‧一次側繞組104‧‧‧功率開關106‧‧‧同步開關108‧‧‧二次側繞組200‧‧‧同步整流器202‧‧‧禁止開啟時間產生電路204‧‧‧省電模式信號產生電路206‧‧‧控制器DRV‧‧‧驅動信號FTON‧‧‧開啟時間GCS‧‧‧閘極控制信號GMCS‧‧‧省電模式信號IPRI‧‧‧電流PRI‧‧‧一次側PWMON‧‧‧禁止開啟時間SEC‧‧‧二次側SYN‧‧‧同步信號TDIS‧‧‧放電時間VREF‧‧‧參考電壓300-314‧‧‧步驟
第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器的示意圖。 第2圖是說明同步信號、電源轉換器的二次側的放電時間和禁止開啟時間的示意圖。 第3圖是為本發明的第二實施例所公開的一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器的操作方法的流程圖。
100‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧一次側繞組
104‧‧‧功率開關
106‧‧‧同步開關
108‧‧‧二次側繞組
200‧‧‧同步整流器
202‧‧‧禁止開啟時間產生電路
204‧‧‧省電模式信號產生電路
206‧‧‧控制器
DRV‧‧‧驅動信號
GCS‧‧‧閘極控制信號
GMCS‧‧‧省電模式信號
IPRI‧‧‧電流
PRI‧‧‧一次側
PWMON‧‧‧禁止開啟時間
SEC‧‧‧二次側
SYN‧‧‧同步信號

Claims (16)

  1. 一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器，包含： 一禁止開啟時間產生電路，耦接於該電源轉換器的二次側，用以根據該二次側的一同步信號，產生對應該二次側的一禁止開啟時間； 一省電模式信號產生電路，耦接於該禁止開啟時間產生電路和該二次側，用以當該禁止開啟時間大於一參考值至少一次時，致能(enable)一省電模式信號，且當該禁止開啟時間連續小於該參考值一預定次數時，去能(disable)該省電模式信號，其中該參考值會隨該二次側的輸出電壓改變；及 一控制器，耦接於該省電模式信號產生電路和該二次側，用以當該省電模式信號致能時，進入一省電模式，以及當該省電模式信號去能時，離開該省電模式。
  2. 如請求項1所述的同步整流器，其中當該控制器進入該省電模式時，該控制器停止產生驅動該二次側的一同步開關的驅動信號，以及當該控制器離開該省電模式時，該控制器產生該驅動信號。
  3. 如請求項1所述的同步整流器，其中該禁止開啟時間和該二次側的一放電時間有關。
  4. 如請求項3所述的同步整流器，其中該禁止開啟時間是反相於該放電時間。
  5. 如請求項1所述的同步整流器，其中在該禁止開啟時間期間，該電源轉換器的二次側關閉。
  6. 如請求項1所述的同步整流器，其中該預定次數會隨該二次側的輸出電壓改變。
  7. 如請求項1所述的同步整流器，其中該禁止開啟時間和該同步信號的波谷數目有關。
  8. 一種應用於電源轉換器的二次側的同步整流器的操作方法，其中該同步整流器包含一禁止開啟時間產生電路、一省電模式信號產生電路和一控制器，該操作方法包含： 該禁止開啟時間產生電路根據該二次側的一同步信號，產生對應該二次側的一禁止開啟時間； 當該禁止開啟時間大於一參考值至少一次時，該省電模式信號產生電路致能一省電模式信號，其中該參考值會隨該二次側的輸出電壓改變；及 當該省電模式信號致能時，該控制器進入一省電模式。
  9. 如請求項8所述的操作方法，其中當該控制器進入該省電模式時，該控制器停止產生驅動該二次側的一同步開關的驅動信號。
  10. 如請求項8所述的操作方法，另包含： 當該禁止開啟時間連續小於該參考值一預定次數時，該省電模式信號產生電路去能該省電模式信號；及 當該省電模式信號去能時，該控制器離開該省電模式。
  11. 如請求項10所述的操作方法，其中當該控制器離開該省電模式時，該控制器產生該驅動信號。
  12. 如請求項8所述的操作方法，其中該禁止開啟時間和該二次側的一放電時間有關。
  13. 如請求項12所述的操作方法，其中該禁止開啟時間是反相於該放電時間。
  14. 如請求項8所述的操作方法，其中在該禁止開啟時間期間，該電源轉換器的二次側關閉。
  15. 如請求項8所述的操作方法，其中該預定次數會隨該二次側的輸出電壓改變。
  16. 如請求項8所述的操作方法，其中該禁止開啟時間和該同步信號的波谷數目有關。
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