TW202315292A - 同步整流電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種同步整流電路，其藉由一第一參考訊號與一第二參考訊號耦合至一多工器，使該多工器選擇輸入該第一參考訊號或該第二參考訊號至一比較器，經比較一開關元件之一檢測訊號而產生一比較結果訊號至該開關元件，藉此控制該開關元件，用於同步整流。

Description

同步整流電路
本發明係關於一種整流電路，特別是一種用於電源供應裝置的同步整流電路。
現有切換式電源供應裝置中，一般會於輸出端串聯一整流裝置來控制直流輸出電壓。整流裝置可以為整流二極體，然而隨著電子裝置之技術發展，整流二極體之導通電壓逐漸對電源供應裝置構成限制。
為了滿足低輸出電壓及高輸出功率的需求，遂發展出以同步整流電路取代整流二極體。然而，現有的同步整流電路之技術中，需要設置至少二比較器來分別與二參考訊號進行比較，以輸出對應之控制訊號來控制整流用途之電晶體開和關，如此卻造成電源供應裝置於開發上需要先處理二個比較器之誤差值，且二個比較器會增加電源供應裝置之功耗，以及二個比較器占用之電路面積會導致整體電路面積增加。 更詳言之，上述的二參考訊號分別用來判斷何時導通及截止整同步整流電路的電晶體，當該二參考訊號是由二比較器等兩個不同的電路來處理時，兩個不同的電路之誤差成分可能會相互疊加，進而嚴重影響同步整流之精確度。為此，現有技術確實有加以改善的必要。
本發明之一目的，在於前述問題而提供一種同步整流電路，透過一多工器選擇輸入一第一參考訊號或一第二參考訊號至一比較器，藉此，讓該比較器比較一開關元件之一檢測訊號，而產生一比較結果訊號，其係用以控制該開關元件，而整流電源供應裝置之輸出電壓，如此本發明即可降低電源供應裝置之功耗並藉由單一比較器而減少整體電路面積。
針對上述之目的，本發明提供一種同步整流電路，其包含一多工器、一比較器與一開關元件，該多工器包含二輸入端與一輸出端，該多工器之該輸出端與該開關元件之一控制端耦接該比較器，該多工器之該二輸入端耦合一第一參考訊號與一第二參考訊號，因此該多工器依據該比較器之一比較參考訊號選擇輸入該第一參考訊號或該第二參考訊號至該比較器，使該比較器依據該第一參考訊號或該第二參考訊號比較該開關元件之一檢測訊號，並產生一比較結果訊號至該開關元件，如此本發明透過一多工器與一比較器控制一開關元件，而達成同步整流，因而讓電源供應裝置之功效降低並減少同步整流電路所占用之面積。
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。
首先，請參閱第1圖，其為本發明之一第一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例之一同步整流電路10係包含一多工器12、一比較器14與一開關元件16，其中該多工器12包含一第一輸入端122、一第二輸入端124與一第一輸出端126，也就是該多工器12包含二輸入端與一輸出端。本實施例之該第一輸入端122耦接一第一參考訊號VR1，本實施例之該第二輸入端124耦接一第二參考訊號VR2，該輸出端126耦接至該比較器14，藉此讓該多工器12耦接至該比較器14，因此本實施例之該第一參考訊號VR1與該第二參考訊號VR2分別耦合至該多工器12之該二輸入端。
進一步地，該比較器14包含一正輸入端142、一負輸入端144與一第二輸出端146，也就是該比較器14亦是包含二輸入端與一輸出端，惟該比較器14的兩輸入端訊號會被相減而加以比較，因此將其分別命名為正輸入端142與負輸入端144。本實施例之該正輸入端142耦接於該第一輸出端126，本實施例之該負輸入端144耦接該開關元件16之一端以接收一檢測訊號VD。
進一步地，該開關元件16之一控制端162耦接該第二輸出端146，已接收一比較結果訊號而控制該開關元件16導通或截止。該開關元件16可以包含一金屬氧化物半導體場效電晶體M (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)，該控制端162相當於該開關元件16之電晶體M的一閘極端(Gate)耦接於該第二輸出端146。而該開關元件16之一開關輸出端164耦接於該同步整流電路10之一整流輸出端102，即相當於該電晶體M之一汲極端(Drain)耦接於該同步整流電路10之一整流輸出端102，在本實施例中該汲極端可提供該檢測訊號VD至該比較器16；該開關元件16之一開關輸入端166耦接於該同步整流電路10之一整流輸入端104，即相當於該電晶體M之一源極端(Source)耦接於該同步整流電路10之一整流輸入端104。
特別是，本實施例之該檢測訊號VD為取自於該開關元件16之該電晶體M之該汲極端，也就是該電晶體M之一汲極電壓訊號，除此之外，本發明更可通過阻抗分壓或並聯一電容等其他取得電壓方式，而取得可表示該開關元件16之該汲極電壓的一訊號作為該檢測訊號VD。本實施例中，該開關元件16之電晶體M為一同步整流場效電晶體(Synchronous Rectification MOSFET)，該電晶體M於該源極端與該汲極端之間具有一寄生二極體D1。
復參閱第1圖，進一步參閱第2圖，該多工器12進一步接收來自於該開關元件16之一比較參考訊號而選擇輸出該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2至該比較器14，因此該比較器14將會依據該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2比較該檢測訊號VD，並依據該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2比較該檢測訊號VD後之比較結果而對應產生一比較結果訊號OUT至該開關元件16，也就是利用該比較結果訊號OUT傳輸至該開關元件16之該控制端162，而進一步控制該開關元件16之導通或截止，也就是利用該比較結果訊號OUT施加於該電晶體M之該閘極端，而驅使該電晶體M之該源極端與該汲極端之間導通或截止，因而讓該整流輸出端102與該整流輸入端104之間導通或截止。該比較器14比較該第一參考訊號VR1與該檢測訊號VD，當該檢測訊號VD小於該第一參考訊號VR1時，該比較結果訊號OUT控制該開關元件16導通，該比較器14比較該第二參考訊號VR2與該檢測訊號VD，當該檢測訊號VD大於該第二參考訊號VR2時，該比較結果訊號OUT控制該開關元件16截止。
在本實施例中，該比較結果訊號OUT經回授至該多工器12，因而形成該多工器12所接收之該比較參考訊號，可讓該多工器12之控制較為簡單，且訊號實作上較不複雜。
本發明除了直接由該比較結果訊號OUT經回授至該多工器12，因而形成該多工器12所接收之該比較參考訊號之外，更可透過延遲該比較結果訊號OUT形成該多工器12所接收之該比較參考訊號，藉此控制該多工器12選擇輸出該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2至該比較器14，因而避免該多工器12因電路寄生效應或處理速度不足所導致的誤動作，詳細如下:。
請參閱第3圖，其為本發明之第二實施例之電路示意圖。其中第1圖與第3圖之差異在於第3圖之同步整流電路10進一步包含一延遲電路18，其係耦接該多工器12及該比較器14之間，該延遲電路18為接收該比較器14之該比較結果訊號OUT，並延遲該比較結果訊號OUT，而產生經延遲的該比較結果訊號OUT，也就是一延遲訊號SET，而傳輸至該多工器12，作為輸入至該多工器12之該比較參考訊號。
復參閱第3圖，並進一步參閱第4圖，本實施例之同步整流電路10在透過延遲該比較結果訊號OUT而形成該多工器12所接收之該比較參考訊號，即形成該延遲訊號SET，藉此控制該多工器12選擇輸出該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2至該比較器14，而讓該比較器14產生對應之該比較結果訊號OUT。當該延遲訊號SET，也就是該多工器12所接收之該比較參考訊號為第一準位(本實施例為低準位)時，該多工器傳輸該第一參考訊號VR1至該比較器；當該延遲訊號SET，也就是該多工器12所接收之該比較參考訊號為第二準位(本實施例為高準位)時，該多工器傳輸該第二參考訊號VR2至該比較器14。此外，端視該多工器12的設計方式，本發明更可將所述第一準位與第二準位交換，亦即該多工器12可以接收該延遲訊號SET之反向訊號。
本實施例相較於前一實施例，該比較器14產生之該比較結果訊號OUT經傳輸至該延遲電路18，因而延遲一預設時間DLY，並形成該延遲訊號SET作為輸入至該多工器12之該比較參考訊號，因此該多工器12依據經延遲之該比較結果訊號OUT選擇輸出該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2至該比較器14，因而避免該多工器12誤動作而導致該比較器14輸出錯誤或不穩定的比較結果訊號OUT至該開關元件16。
以上所述，為本發明之同步整流電路10利用該多工器12選擇輸出該第一參考訊號VR1或該第二參考訊號VR2至該比較器14，除此之外在本發明其他實施例中，更可讓該多工器12進一步耦合該檢測訊號VD，讓該多工器12進一步選擇輸出該檢測訊號VD至該比較器14。
如第5圖所示，其為本發明之第三實施例之電路示意圖。其中第1圖與第5圖之差異在於第5圖為同步整流電路10之該多工器12耦合該檢測訊號VD、該第一參考訊號VR1與該第二參考訊號VR2，因而選擇輸出該檢測訊號VD以及該第一參考訊號VR1至該比較器14，或選擇輸出該檢測訊號VD以及該第二參考訊號VR2至該比較器14，且進一步包含一驅動電路20，其耦接該比較器14與該開關元件16之該控制端162。詳述如下:
本實施例之該多工器12為包含三輸入端與二輸出端，也就是除了前述實施例中多工器12所包含的第一輸入端122、第二輸入端124與第一輸出端126外，本實施例之該多工器12進一步包含另一輸入端與另一輸出端，即本實施例之一第三輸入端128與一第三輸出端130，該多工器12之該第三輸入端128耦合該檢測訊號VD，該第三輸出端130為耦接至該比較器14之該負輸入端144，該多工器12之其餘連接關係同於上述實施例，因此不再贅述。
如第5圖所示，並進一步參閱第6圖，該比較器14所產生之比較結果訊號OUT係輸出至該驅動電路20，該驅動電路20一依據該比較結果訊號OUT產生一驅動訊號OUTT至該開關元件16之該控制端162，而控制該開關元件16導通或關閉，如此可避免該比較器14受到雜訊影響而輸出不穩定的比較結果訊號OUT至該開關元件16；此外，該驅動電路20可以依據該比較結果訊號OUT之上升沿、下降沿等波型特徵來產生該驅動訊號OUTT，使得該開關元件16之控制更容易校準。該多工器12依據所接收之該比較參考訊號選擇輸出該檢測訊號VD、該第一參考訊號VR1與該第二參考訊號VR2至該比較器14，當該比較參考訊號為第一準位(本實施例為低準位)時，該多工器12傳輸該第一參考訊號VR1至該比較器14的正輸入端142，並傳輸該檢測訊號VD至該比較器14的負輸入端144，該比較器14在該檢測訊號VD小於該第一參考訊號VR1時，該驅動電路20基於該比較結果訊號OUT轉態而於該驅動訊號OUTT產生一脈波控制該開關元件16導通；當該比較參考訊號為第二準位(本實施例為高準位)時，該多工器12傳輸該檢測訊號VD至該比較器14的正輸入端142，並傳輸該第二參考訊號VR2至該比較器14的負輸入端144，因此，該比較器14在該檢測訊號VD大於該第二參考訊號VR2時，該驅動電路20基於該比較結果訊號OUT轉態而於該驅動訊號OUTT產生另一脈波控制該開關元件16截止。
其中，上述之第三實施例中，輸入至該多工器12之該比較參考訊號可以改由該驅動電路20產生，且該驅動電路20也可以整合前一實施例之延遲電路18功能，因而產生該延遲訊號SET，其係相當於延遲該比較結果訊號OUT，並而傳輸至該多工器12，以作為輸入至該多工器12之該比較參考訊號。
除此之外，如第7圖所示，其為本發明之第四實施例之電路示意圖，其為依據第三實施例之電路，而改以該比較結果訊號OUT回授至該多工器12，而作為輸入至該多工器12之該比較參考訊號，其餘訊號操作方式同於上述第三實施例，因此不再贅述。
甚者，如第8圖所示，其為本發明之第五實施例之電路示意圖，其為依據第三實施例之電路，而改以該驅動訊號OUTT回授至該多工器12，而作為輸入至該多工器12之該比較參考訊號，其餘訊號操作方式同於上述實施例，因此不再贅述。
相較於現有的同步整流電路是仰賴兩個不同電路來處理二參考訊號，兩個不同的電路之誤差成分可能會相互疊加而嚴重影響同步整流之精確度。本發明提出上述各實施例改良之同步整流電路，藉由該多工器耦合一第一參考訊號與一第二參考訊號，使該多工器選擇輸入該第一參考訊號或該第二參考訊號至該比較器，藉此，讓該比較器比較一開關元件之一檢測訊號，而產生一比較結果訊號至該開關元件，藉此控制該開關元件用於同步整流，如此本發明即可降低電源供應裝置之功耗並藉由單一比較器而減少整體電路面積。更重要的是，即使該比較器存在誤差，由於該等誤差會同時作用在該第一參考訊號與該第二參考訊號，因此該誤差將會完全或至少部分被消除，且必然不會形成前述兩個電路之誤差相互疊加之情形，因此採用本發明各實施例的同步整流電路對於誤差校準之需求顯著降低。
以上所述之實施例，本發明之同步整流電路為透過多工器選擇輸出訊號至比較器，而利用比較器所輸出之比較結果訊號，用於控制同步整流之開關元件的控制端，藉此達成同步整流，更可節省耗能，並減少占用之電路面積。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:同步整流電路 102:整流輸出端 104:整流輸入端 12:多工器 122:第一輸入端 124:第二輸入端 126:第一輸出端 128:第三輸入端 130:第三輸出端 14:比較器 142:正輸入端 144:負輸入端 146:第二輸出端 16:開關元件 162:控制端 164:開關輸出端 166:開關輸入端 18:延遲電路 20:驅動電路 D1:寄生二極體 DLY:預設時間 M:電晶體 OUT:比較結果訊號 OUTT:驅動訊號 SET:延遲訊號 VD:檢測訊號 VR1:第一參考訊號 VR2:第二參考訊號
第1圖：其為本發明之第一實施例之電路示意圖； 第2圖：其為本發明之第一實施例之訊號運作之示意圖； 第3圖：其為本發明之第二實施例之電路示意圖； 第4圖：其為本發明之第二實施例之訊號運作之示意圖； 第5圖：其為本發明之第三實施例之電路示意圖； 第6圖：其為本發明之第三實施例之訊號運作之示意圖； 第7圖：其為本發明之第四實施例之電路示意圖；以及 第8圖：其為本發明之第五實施例之電路示意圖。
10:同步整流電路
102:整流輸出端
104:整流輸入端
12:多工器
122:第一輸入端
124:第二輸入端
126:第一輸出端
14:比較器
142:正輸入端
144:負輸入端
146:第二輸出端
16:開關元件
162:控制端
164:開關輸出端
166:開關輸入端
D1:寄生二極體
M:電晶體
OUT:比較結果訊號
VD:檢測訊號
VR1:第一參考訊號
VR2:第二參考訊號

Claims (11)

  1. 一種同步整流電路，其係包含： 一多工器，包含二輸入端及一輸出端； 一比較器，其係耦接於該多工器之該輸出端；以及 一開關元件，其係包含一控制端，該控制端耦接於該比較器； 其中，一第一參考訊號及一第二參考訊號分別被耦合至該多工器的該二輸入端，該多工器依據一比較參考訊號選擇輸出該第一參考訊號或該第二參考訊號至該比較器，該比較器依據該第一參考訊號或該第二參考訊號比較該開關元件的一檢測訊號，並產生一比較結果訊號至該開關元件。
  2. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該檢測訊號係表示該開關元件之輸入電壓的訊號。
  3. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該比較參考訊號為該比較結果訊號。
  4. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該比較參考訊號為經延遲的該比較結果訊號。
  5. 如請求項4所述之同步整流電路，更包含： 一延遲電路，其係耦接該多工器及該比較器之間，以延遲該比較結果訊號一預設時間並形成該比較參考訊號傳輸至該多工器。
  6. 如請求項1所述之同步整流電路，更包含： 一驅動電路，其係耦接該比較器與該開關元件的控制端，以依據該比較器輸出之該比較結果訊號，輸出一驅動控制訊號至該開關元件。
  7. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，當該比較參考訊號為一第一準位時，該多工器傳輸該第一參考訊號至該比較器；當該比較參考訊號為一第二準位時，該多工器傳輸該第二參考訊號至該比較器。
  8. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該比較器比較該第一參考訊號與該檢測訊號，當該檢測訊號小於該第一參考訊號時，該比較結果訊號控制該開關元件導通；該比較器比較該第二參考訊號與該檢測訊號，當該檢測訊號大於該第二參考訊號時，該比較結果訊號控制該開關元件截止。
  9. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該比較器包含一正輸入端及一負輸入端，該檢測訊號係耦合至該負輸入端，該多工器的輸出端係耦接於該正輸入端。
  10. 如請求項1所述之同步整流電路，其中，該比較器包含一正輸入端及一負輸入端，該多工器之該輸出端耦接於該正輸入端，且該多工器更包含另一輸入端及另一輸出端，該檢測訊號係耦合至該另一輸入端，該另一輸出端耦接於該負輸入端。
  11. 如請求項10所述之同步整流電路，其中，當該比較參考訊號為一第一準位時，該多工器傳輸該第一參考訊號至該比較器的該正輸入端，並傳輸該檢測訊號至該比較器的該負輸入端；當該比較參考訊號為一第二準位時，該多工器傳輸該檢測訊號至該比較器的該正輸入端，並傳輸該第二參考訊號至該比較器的該負輸入端。
TW111136127A 2021-09-23 2022-09-23 同步整流電路 TWI852095B (zh)

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