TWI312914B - Forward converter with synchronous rectifier and reverse current control - Google Patents

Description

I3129i4 聲明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一電路控制器，尤指一種可以解決 逆向電流問題之具同步整流器（synchronous rectifier ) 順向電源轉換器（f0rward converter )。 【先前技術】 傳統的順向切換式電源供應器，因其結構單純與高 電流輸出的特性，目前被廣泛的使用。為了進一步改善 一極體的導通損失與提升整體效能，同步整流器 (synchronous rectifier, Sr)之應用被視為用以取代二 ，體功能之最佳選擇。雖然同步整流器技術可以解決大 j分的咼導通損失問題，然而同步整流器技術仍存有其 匕問題，例如逆向電流。逆向電流可能會發生在不同的 障况下’例如無載截止（〇订during n〇 1〇以）、 ，自動測減叹備（Aut〇matic Test Equipment，Ate)測 j過程中之過電壓保護測試（〇ver v〇Uage pr〇tecti〇n) :動態測忒之截止（cutting 〇ff during a )。 、曰：,流問題主要是由於二極體與金氧半導體場效電 ^ MQSFET )間不同的元件特性。當使用同步整流 ^ j向電流必需被謹慎地處理，否則電路中的逆向 電夺導致金氧半導體場效電晶體被完全燒毀破壞。 盘古源供應器因其結構單純，低輸出電壓漣波 =阿电流輸出的特性，目前被廣泛的使用。一， 器為功率效能。一個傳統的順向電源㈣ 出至輸出端種類的一極體將電能由輸入端轉換輸 題。輸出^然而使用二極體將造成高導通損失的問 為了解決高導通損失的問題，文獻中P 4 氧半導體場效電晶體同步整流 I ^揭路利用金 u ^爪斋徑制電路以取代傳統 5 D12914 二極體的技術。雖妙、 決，卻有其他問高導通損失問題可以被解 體與金氧半導體；;的使用而產生。二極 如二極體中由陽極文到電二體間存在不同的元件㈣^ 半導體場效電晶體中^ 、早向電流特性相對於金氧 電流特性。無論如：气到源極或源極到汲極的雙向 體可以隔絕由輸出：進換器如何工作，二極 用金氧半導體場兮φ電源轉換盗的逆向電流。而應 器達不到相同的效果H為同步整流11之電源轉換 之問題必需被謹理“吏用同步整流器時，逆向電流 金氧半導體場】;真=被流將導致 ΐΐπ的情況下，例如無載截止、在自動二:：：： 電壓保護測試或動態測試截止 電路之順向電源轉換器電路：：；習=同:整流控制 =，在下列條件下同步 ς fc工所 無裁截丨μ、ό如、。丨 土女/反形圖分別為： 或動態測試之截：試設備測試過程中之過電壓保護測試 =第2A圖，係為習知同 器 時的截止時間戽列油拟-立η # .、、、戰連作 輸出電流應為零，^ 2無載操作時’其平均 ，二電，的發生。當此電路操作在導通工 (dutycycle)時，逆向電流流經u、T1、〇2和Γ 逆向電流由二次側被轉移到—次侧且 ^路控係通過一次側接地端與Q1到vin。另一=電 m 對U進打充電。隨後當電路進人非導通工作週 CyCle) ，L1 進行放電。因4L1中的電流必需連續， 遠電&將持續降為負值形成該逆向電流。此逆向能量細 14

由 Cl，Ll，Q3 到 G rff) AW * . , ^ 啫此。該能量將被儲存在L·1中 直到下一個導通工作週期。 Ρ Ϊ電源轉換器在無載期間被截止（cut off)時，脈 :寬度1 _將沒有驅動訊號驅動Q1和Q2 5和敫Q:截止，rn咐hQ3導通（turn on) Λ於 5步正咖控制杰中的vcc仍然 該同步整流控制器中的'。降低至零另一 =出二負載存在，L1 "1發生共振直到逆向 a ⑽與Q3的等效電阻仙中消失 V0降至零時，L1將因飽和可視為短路。該逆 向電流可能造成Q3的損壞。 «月參閱第2B B，係為自動測試設備（八加⑽仙了⑻ qUiPment，ATE)測試過程中之過電遂保護測試（〇德 ^age Section，0Vp)過電壓保護測試之主要波形 :思圖：況中，#電源轉換器持續操作在輕載 匕直流電壓供應於該電源轉換器之輸出端。因此， =電源轉換器操作在輕載時，其平均電流將十分接近 流電壓達物p設定點時，該電源轉換 :_、[/、σ卩保濩電路所關閉。當該電源轉換器開始進 =OVP測試時，輸出電壓變得非t高，並對系統可靠 度造成衝擊，主要金氧半導體場效電晶體G1與順向金 氧^導體場效電晶體G2的導通工作週期變小，而飛 金氧半導體場效電晶體G3導通工作週期變大。在上述 :間中’ L1被減低以產生大逆向電流。此情形與無“ %的截止狀態十分相似。L1由直流電源獲得夠大的 流以維持電流穩定。因為直流電源不能提供如此大的電 流供L1維持電流穩定，其將被内部過電流保 關閉。該OVP測試項目不能被有效驗 ：：： 向電流損毁的可能。 V乜有被圯 A312914 參'考第 2 C 圖 )^ 、 要波形示意圖。當衿動態測試中負載瞬間變化之主 輪出電壓將由低纖負載由一重載變為一輕载時，其 金氧半導體場效電：體化Γ。基於穩定性之要求，該主要 晶體C52的導1與該順向金氧半導體場效電 體場效電曰胃Π ί週期應該變小，而該飛輪金氧半導 栽時1二i為導：工作週期變大。當輸出負載為輕 將被關閉，而V; P :;電：=器在此特別條件下 損；=场效電晶體之同步整流器也有被逆向電流 【發明内容】 向電i ί:ί主要目的係提供-具有同步整流器之順 質地獾π fS、° ，其中該電源轉換器之逆向電流問題已實 處地獲得解決以保護整個電路。 雷、、择i ί ^之另—目的係提供—具有同步整流器之順向 作二兄、Γ ’其中主要可能產生逆向電流問題之三種操 包含：無載戴止（_ing off during no 1〇ad )、 =自動測試設備（Aut〇matlc Test Equipment，ATE)測 =過程中之過電壓保護測試（〇德ν〇ι_ proton， VP 或上動悲負載測試（transient l〇ad during & dynamic ^St "亥电源轉換器之逆向電流問題已實質地獲得消 除0 發明之另一目的係提供一具有同步整流器之順 :1 ΐ轉換15 ’其中主要可能產生逆向電流問題之三種 、呆4月况，该電源轉換器之逆向電流問題已實質地獲得 消除且該電源轉換器之反應時間（Response Time) 實質上不受影響。 0本發明之另一目的係提供一可靠的具有同步整流 器之順向電源轉換器且能有效的解決目前同步整流器 1312914 電路的逆向電流問題。 f此為了 70成上述目標，本發明提供一具有同步 整流器之順向電源轉換器，包含·· 一同步整流器，係用以將一交流電轉換產生一直流電； 一控制電路，包含： 一感測裝置，係用以感測該電源電源轉換器之一 性； 一偵測電路，係利用該特性以產生一控制訊號，·以 及 _ 一同步整流控制電路，係連接該偵測電路，其中該 同步整流控制電路係用以調節控制該電源轉換器之一 工作週期（duty cycle卜該工作週期與該控制訊號之係 為一函數關係，因而在逆電流週期間，㈣該工作週期 使該同步。整流器之飛輪開關（freewheel switch)較該同 步整流器之順向開關（f〇rward switch )早截止；又該 同步整流控制電路係包含一脈衝寬度調變控制器、一同 步U1關控制器以及—同步整流驅動裝置，其中該脈 衝寬度調變控制器係用以產生一驅動訊號，用以驅動該 電源轉換器之一主開關以及該同步整流器，另該同步整 流開關控制器係電連接該脈衝寬度調變控制器，以調變 控制該工作週期之截止時序，而該同步整流驅動裝置係 :連接该脈衝寬度調變控制器以及該同步整流開關控制 器，用以驅動該同步整流器之飛輪開關以及順向開關。 一為使本發明上述之目的、特徵以及優點更為明顯易 懂，將由下述之詳細說明、圖式以及申請專利範圍做一 更清楚說明。 【實施方式】 請參閱第3圖，係為本案較佳實施例之一具有同步 1312914 控制％路之順向電源轉換器電路示意圖。如第3圖 妓Ϊ順向電源轉換器包含一同步整流控制電路，該 5 y "IL控制電路包含一脈衝寬度調變控制器（PWM controller ) 1 〇， t I 遲控制器（delay controller ) 20， 一同步整流連續導通模式控制器（Synchronous

Rectifier continue conduction mode controller, SR CCM controller ) 30，— fi 止姑、丄 同v 4·流開關控制器（SR-on-off controller) 4〇 p» » m .. ^ 乂及一同步整流驅動裝置（SR driver ) 50 〇 該脈衝寬度調變控制H 1〇用以產生驅動訊號，該 驅動訊號用以驅動一主要金氧半導體場效電晶豸χ7以 及一同步整流器。’該延遲控2〇肖以延遲該驅動訊 號以避免該主要金氧半導體場效電晶體χ7和該同步整 流器之金氧半導體場效電晶體χ8、χ9間之工作狀態重 疊。該同步整流連續導通模式控制$ 3〇藉由延長導通 工作週期（duty cycle)之方式來控制u之逆向電流。 該同步整流開關控制器40係用以控制同步整流控制電 路之截止時序。 如第3圖所示，該同步整流器控制電路包含一轉換 裝置，該裝置係用以轉換該驅動訊號為一脈衝訊號 (Pulse signals )。該轉換裝置包含二脈衝訊號產生電路 (pulse generation circuit )，其中—組脈衝訊號產生電 路包含-電阻IU5與-電容C8以及另_組脈衝訊號產 生電路包含-電阻R6與-電容C4用以轉換該驅動訊 號為該脈衝訊號。依據第5圖中所插繪之較佳實施例， 當該驅動訊號由低位準往高位準增加時，產生一正脈衝 訊號’隨後當驅動訊號由高位準往低位準減少時，產生 一負脈衝訊號。另一方面而言，一變壓器丁2用以將該 脈衝訊號由一次侧轉換至二次側。 1312914 其次，當該同步整流開關控制器4〇之保持端（ terminal )之訊號為高位準時，電晶體Q2被用來消除該 驅動訊號中之該負脈衝訊號。當該保持端（ terminal)之訊號為高位準時，電阻R12、二極體μ、 電阻R14以及電阻R13用以改變 電谷C2、電晶體Q1、 '，八 *—— -“v /N 私 P人笑 一電流偵測訊號為負。當該電源轉換器操作在正常狀態 下，該保持端（Hold terminal)之訊號為低位準且電晶 體Q1截止，且二極體D2之陽極端之電壓為〇 7v時。 因此該同步整流連續導通模式控制器3()之電流迴授端 :CRS terminal) +受任何影響。當該電源轉換器關機 日守，該保持端（Hold terminal)之訊號為高位準且 導通。因電容C2電壓不能瞬間改變，二極體D2之陽 極端之電壓為-〇_7V。因&，該電流迴授端（⑽ terminal )在一週期（〇ne cycle )改變為負且一導通/ 截止端（ON/OFF terminal )為—控制訊號。當該電 轉換器正常操作時，該導通/截止端（〇n/〇ff t㈣&⑴ 為，位準；且當該電源轉換器開始啟動時，該導通/截 止知）（ON/OFF terminal )為高位準。 =閱第3圖與第4圖，該脈衝寬度調變控制器 10之較佳實施係採用ML4800脈衝寬度調變IC，其中 一，齒波產生端（CT t㈣inal)為_鑛齒波產生器^由 和一電容C7 A定該工作週期之頻率。該脈 :寬，調變控制器10之一迴授端（FB_X"㈣係 用以接受來自同步整流連續導通模式控制器3〇之 授輸出端（FB0 t_ina"之回授訊號以決定一輸 出鈿（Out terminal)之工作週期。由於工作週期有苴 :制’該脈衝寬度調變控制器之最大工作週期一般操;乍 =50%。該脈衝寬度調變控制器1Q之—軟啟動端… rmmal )係用來連接由該同步整流開關控制器扣之一 11 1312914 軟啟動端（ssterminal)，決定是否軟啟動（s〇ftstart)。 該脈衝寬度調變控制器10之—電流迴授端（cs terminal)係用來接收來自一電阻R3之該主要金氧半導 體場效電晶體X7之電流訊號。因為其中内含一最大位 準為一伏特之比較器（c〇mparat〇r)，該電流迴授端（cs terminaU之最大轉換位準為一伏特。一參考電壓端（Vrf 其電壓值為一定值75伏特。一輸出端（〇ut terminal )係用來傳送控制該主要金氧半導體場效電晶 體X7和該順向金氧半導體場效電晶體χ8卩及該飛輪 金氧半導體場效電晶體乂9之主要驅動訊號。 少該延遲控制電路20包含一延遲裝置，該延遲裝置 係用來在特疋期間延遲送入X7之脈衝訊號。根據本 案之較佳實施例，該延遲裝置包含一延遲電路，該延遲 電路包含一電阻R1、一電阻R2、電容C1以及一電晶 體Q3上述元件被連接以延遲該驅動訊號，利用該轉 換裝置產生之脈衝訊號送入χ7。 電晶體Q4與電晶體Q5被結合成為一圖騰柱 (totem p〇le)輸出級。該電路之目的係使χ7接收脈衝 的時間晚於同步整流器，使得χ7導通前先使χ8導通 以及Χ9截止。當脈衝寬度調變訊號被傳送來時，電容 C1被充電且電晶體q3導通’因此脈波仍不會傳達χ7。 電晶體Q3被關閉直到冑容C1飽和，因此脈波開始傳 运至=7,且產生200 ns的延遲時間。

士叫參閱第6圖’係為本案較佳實施例中同步整流連 二：通模式控制器3〇之電路示意圖。該同步整流連續 V通模式控制器3〇包含一週期調控裝置用以調控工作 週』，、4寺定期間’使得Χ7因此有足夠的時間被充能。 α及週期凋控裝置包含一同步整流連續導通模式控 電路，具有六個電子端分別為-迴授端（FBI 12 1312914 terminal)、一地端（g terminal)、一工作週期輸出端 (Duty terminal )、一電流迴授端（CRS terminal )、一 迴授端（FBO terminal )以及一正極電源端（VCC terminal )。根據本案之較佳實施例，該正極電源端（VCC terminal)與該地端（g terminal)被連接至該電源。該 迴授端（FBI terminal )係用來接收一回授訊號，該回 授訊號係根據該輸出電壓之大小。該迴授端（FB〇 terminal )係用來接收由該脈衝寬度調變控制器1 〇之迴 授端（FB-XI terminal)所產生之訊號。該電流迴授端 (CRS terminal )係用來偵測該主金氧半導體場效電晶 體X7之電流訊號’該電流訊號係來自該電流偵測電阻 籲 R3。§亥工作週期輸出端（Duty terminal )係用來與該脈 衝寬度调變控制器1〇之輸出端（〇ut terminal )連接， 接收來自輸出端（Out terminal )之脈衝訊號。 請參閱第3圖與第6圖，該電阻R3係用來偵測當 X7導通時之電流波形。該電流波形之極性係與一輸出 ~， 電流IL1 一致。因此’該電流迴授端（CRS terminal) ' 被用來偵測輸出訊號並控制該迴授端（Fb〇 terminal )。 當此電流工作於正常狀態下，該迴授端（FB〇 terminal ) 隨FBO訊號變動。當電流工作於錯誤狀態時，該迴授 端（FBO terminal)將被推高。二極體D101之陽極波 形與”工作”端相同。 當順向電源轉換器操作於正常狀態時，該電流迴授 端（CRS terminal )之訊號為正。當該工作週期輸出端 (Duty terminal)在尚位準（on)時，電晶體Qi〇〇截 止一極體D101之1%極在高位準（〇n);電晶體qi〇2 導通，電晶體Q101亦藉由正極電源端（vcc terminal)、 ，晶體Q102與G端導通。此外，電晶體Q1〇2之集極 ^在低位準；當電晶體Q 1 02之集極端在低位準時，電晶 13 1312914 體Q103視為一電流源，且該迴授端（fb〇 terminal) 之訊號跟隨FBI端之訊號變動。 S該工作週期輸出端（Duty terminal )在低位準 (off)時，Ql〇〇截止。Di〇2之陽極在低位準（0ff)， Q102截止，Qi〇2之集極端在高位準（〇11)，（^1〇3截止， 該迴授端（FBO terminal )在此條件下等同於正極電壓 (VCC)。 另一方面來說’當順向電源轉換器在逆電流條件下 被關閉時’ s亥電流迴授端（CRS terminal)之訊號極性 隨著輸出電流而改變。當該工作週期輸出端（Duty terminal )在高位準（〇n )時而該電流迴授端（crS terminal)為負時’電晶體q1〇〇導通。二極體Di〇i的 陽極因此拉成低位準（〇ff);電晶體q1〇2截止；1〇1 截止，電晶體Q 1 02之集極端位於高位準（on );電晶 體Q103截止’且於此條件下該迴授端（fb〇 terminal) 之輸出訊號與一正極電壓VCC相同。當該電流迴授端 (CRS terminal )之訊號趨向零時，該迴授端（FB〇 terminal )之机號再次隨著該迴授端（fb terminal )之 訊號改變。當該電流迴授端（CRS terminal )為負， SR-CCM控制器回到正常工作狀態。當該工作週期輸出 端（Duty terminal)在低位準（〇ff)，其結果與正常工 作條件下相同。 請參閱第7圖’該圖顯示了同步整流開關控制器 40之電路示意圖。該同步整流開關控制器4〇包含一導 通截止調控裝置用以控制該同步整流控制電路之導通 與截止（亦即工作週期（duty-cycle ))。該導通載止調 控裝置包含一同步整流開關控制器電路，如第7圖中所 示。該同步整流開關控制器電路具有六個端子，分別為 正極電源端（VCC terminal )、一地端（G terminal )、 14 1312914 了導=/截止端（〇N/〇FF X_3 terminal )、—同步整流端 (SYN-1 terminal)、一軟啟動端（ss)以及一 保持端（H〇1d terminal )。該正極電源端（vcc _ιη3ΐ ) 與該地端（G terminal)用以連接電源供應器。⑽⑽ X-3端用來傳送訊號控制該同步整流控制電路所需要之 導通或截止。同步整流端（咖」tennmai)連接至該 脈衝寬度調變控制器10之輪出端（〇ut termmai)，用 脈衝訊號。軟啟動端（ss terminal)連接至該脈 衝見度调變控制器10之軟啟動端（ss terminai)，用 啟動（SGft start)訊號，其中該軟啟動訊號係 用：截止該順向金氧半導體場效電晶冑X8。該保持端 =od termlnal)係用於傳送訊號以截止該飛輪金氧半 V體％效電晶體X9。 同步整流開關控制H 40之運作原理f羊述如下：正 常狀態下，當同步整流端（SYN-"erminal)在高位準 時且導通/截止端（〇則FF terminal)在低位準時，幻 下Ή 一通ON/OFF-X3在低位準時，電晶體q2〇1截 止，電晶體Q202導通；χ2〇1Α正端輸入等於

VCCx-

R20S 及205 +細6’ 正端輪入等於_ ν〇Λ1 Α ^204 + i?207 Χ201Α輸出端位於高位準· 门m +，電日日體Q203導通，電阻R21 R204

矛電曰a體Q203被用以延遲χ2〇1Α的輸出訊號；X洲b 之負輸人％在低位準；該保持端（腿d krminal)在低 位準’ X201B輸出為高位準；電晶體Q2〇4截止，且該 軟啟動端（以—)為高位準。由以上結果，脈衝 寬度調變控制器10保持於工作狀態。 15 1312914 當同步整流端（SYN-l terminal)的訊號在低位準 時，且導通/截止端（ON/OFF terminal)在低位準，X5 之下側導通。導通/截止端（ON/OFF X3 terminal )在低 位準，電晶體Q201A導通，電晶體Q202截止，X201 之正輸入端訊號等於正極電壓（VCC ) ，X201A之輸出 為高位準，電晶體Q203導通，X201B之負端為低位準， 該保持端（Hold terminal )為低位準，X201B輸出端為 高位準；電晶體Q204截止，且軟啟動端（SS terminal ) 位於高位準。因此，脈衝寬度調變控制器1 0保持於工 作狀態。 另一方面，當順向電源轉換器在逆電流條件下被關 閉時，當同步整流端（SYN-l terminal )位於低位準且 導通/截止端（ON/OFF terminal )位於高位準時，X5的 下側關閉，導通/截止端（ON/OFF X3 terminal)位於高 位準；Q201截止，Q202導通，X201A之正輸入端等同 Λ204 + Λ207 體D201被導通；X201 於VCCx ; X201B之正輸入端等同於FCCx ^〇4 R2Q5 + i?206 X201A之輸出端為低位準；二

A之正輸入端拴鎖在0.7伏特；電晶體Q203截止；X201B 之負輸入端為高位準；

體 D202 導通；X201B 之正輸入端拴鎖在0·7伏特；該保持端（Hold terminal ) 位於高位準；X201B之輸出為低位準；電晶體Q204導 通，且軟啟動端（SS terminal )為高位準。因此該飛輪 金氧半導體場效電晶體在脈衝寬度調變控制器1 0停止 工作前被強迫截止。 16 1312914 诵/哉步整流端（SYN-1 teminal)位於高位準且導 端（〇N/〇FF terminal )為高位準，χ5之下側 :，導通/截止端（0N/0FF X3 termina〗）位於高位 日日體Q201導通，雷θ _ 〇2〇2截 ’電 诚或m 令通電日日體Q202截止，X201A之正輸入 〇_7伏特；X201B之正輸入端為〇 7伏特；χ2〇ΐΑ輸 出為低位準，電晶體Q2〇3截止；χ2〇ΐΒ負輸入 位準；該保持端（H〇ld terminal)為高位準，χ2〇ΐΒ ^ 出為低位準；Q2〇4導通，軟啟動端（ss 為: 位準。因此該脈衝寬度調變控制器停止工作。 請參閱第8圖，該圖顯示了本案較佳實施例之同步 整流驅動裝置50。該同步整流驅動裝置5〇包含一用於 增強驅動訊號之裝置，該裝置包含一同步整流器驅動電 路（SR driver circuit)，如第8圖所示。該同步整流器 驅動電路具有六端子’分別為一同步整流端（SYN-2 terminal )、一地端（g terminal )、一正極電源端（vcc terminal)、一電壓迴授端（zs terminal )、一驅動訊號 輸出端（FF-out terminal )以及一驅動訊號輸出端 (FW-out terminal)。正極電源端（VCC terminal )與地 端（G terminal )安排來與電源供應器連接。同步整流 端（SYN-2 terminal )係用以接收來自該脈衝寬度調變 控制器10經由T2產生該飛輪金氧半導體場效電晶體與 該前向金氧半導體場效電晶體之驅動訊號以達到同步 整流之功能。驅動訊號輸出端（FW-out terminal )係用 以驅動該金氧半導體場效電晶體X8。驅動訊號輸出端 (FF-out terminal )係用以驅動該飛輪金氧半導體場效 電晶體。電壓迴授端（ZS terminal )係用以偵測該飛輪 金氧半導體場效電晶體X9之沒極電Μ，產生一訊號用 以決定Χ8導通或截止。 當同步整流端（SYN-2 terminal)為正時，二極體 17 1312914 D3 02導通，電晶體Q304導通，於是電晶體Q301與電 晶體Q3 02被強迫截止，二極體D301導通並透過VC2， 電阻R3 02，二極體D301，電晶體Q304到達該地端（G terminal )，且二極體D30 1的陽極保持在0.6伏特以維 持電晶體Q304導通。由此，驅動訊號輸出端（FF-out terminal )在此時序中為低位準。 在此同時，二極體D303導通；電晶體Q308 導 通，電晶體Q309截止並可視為開路；透過VC2、電阻 R307、電晶體Q309的集極被推高；電晶體Q307與電 晶體Q306被推高，且集極被用來在此序列使電晶體 Q308 維持導通。由此，驅動訊號輸出端（FF-out terminal )在此時序中為高位準。 電壓迴授端（ZS terminal)係用以福測X9之汲極 電壓。當同步整流端（SYN-2 terminal )為正，電壓迴 授端（ZS terminal )位於高位準。當同步整流端（SYN-2 terminal )為負，電壓迴授端（ZS terminal )位於低位 準。如果電壓迴授端（ZS terminal )為高位準，電壓迴 授端（ZS terminal)對電晶體Q309的集極沒有影響。 如果電壓迴授端（ZS terminal )位於低位準，電晶體 Q309的集極被拉至低位準。 當同步整流端（SYN-2 terminal)為負，二極體D302 截止；電晶體Q305導通；電晶體Q304截止，電晶體 Q301與電晶體Q302透過VC2，電阻R301讓電晶體 Q3 04集極被拉高；二極體D301截止，電晶體Q303透 過VC2、電阻R301、電阻R303與電阻R305被導通， 且二極體D301的陽極位於低位準以使電晶體Q304維 持截止。因此驅動訊號輸出端（FF-out terminal )在此 時序中為南位準。

在此同時，二極體D303截止，電壓迴授端（ZS 18 1312914 terminal )降為零，透過vc2、電阻R307、電阻D304、 電阻R3 08到電壓迴授端（zs terminai )，電晶體q3〇98 之集極被拉低；電晶體Q308截止，電晶體Q309的基 極透過VC2與電阻R3 12被導通，且電晶體Q3〇7與電 日日體Q306被拉低。因此，驅動訊號輸出端（FW_〇ut terminal )在此時序中為低位準。

第9圖係為本案較佳實施例參考第3圖之順向轉換 器之主要波形示意圖，其中順向電源轉換器在無載情況 下被，止。電流均為正向或逆向電流。然而，既 然目前條件限制在無載下，只要平均電流為零，即不會 發生問題。當轉換器開始關閉，導通/截止端（〇N/〇FF termmal)被拉向高位準以致該保持端（H〇id

將於下時序被拉向高位準。在此同時X2(同步整流連續 導通杈式控制器3〇)的該電流迴授端（crs krminal) 負值且X8被導通且χ9截止β χ9以此方式被該保 (Hold terminal)預先截止且逆向電流由二次侧向 _人側遊走。軟啟動端（SS termina〗）在下一時序被推 =立準以便截止X8。因X9在上一時序已被關閉，且 在本週期被關閉，逆向電源無流動路徑。由此可得 =本發明的一特徵：逆向電流將不會導致χ8與X9損 弟10圖係為本發明較佳實施例之順向 ： 示意圖。其中，該順向電源轉換器係接受at :目:丨之0VA測試。在該順向電源轉換器開始進行〇v =時’ Vout增加直料到設定值，以此結果， :減勝X2接近零，工作週期時間仍保持以 電源供Igs_X7保持常數值以使I-L1保持為負直到順# 定值完全關閉為止。# V〇Ut達到過電壓保護言 順向電源轉換器開始關閉。導通/截止端（〇n/〇f 19 1312914 ΤΓΤ:)被推高以使該保持端（H〇id terminai)在下 ^被，向高位準4此同時，X2的該電流迴授端（CRS m)被趨向負值；別被導通而奶被截止，x9以 2式被該保持端（H()ld tenninal)預先截止且逆向電 ^由一^側向一次側遊走。在隨後週期中，軟啟動端（ss 二二i在下一週期被推向低能階以便截at X8。因 、.，二一：間週期已被關閉，且在本週期被關閉， 圯向電k將不會導致χ8與χ9損壞。 /· J為本發明較佳實施例之順向轉換器操作 ϊ ΐ ιΓΓϋ；?/, ^ ^ ^ ^ ^^ - t ® 〇 ^ 1. x ^ * ，暫態負载將於重载狀態趨向輕載狀 中，V〇ut將升高。請參閲圖所示， ΪΓ ST圖中ATE測試中0VA測試之特徵相似， 然而j逆向電流問題已實質上被解決。 第12圖係為本發明順向電源轉換器之反應時間波 形不思圖。根據本發明，總反應時間為丁“ = l + a , 其中Td為設定時間，Tr為控制電路的恢復時間。 另一方面，Vp = vout + △厂，當ΛΓ/—/01ίΛ

2Q 根據伏特_秒平衡（v〇it-SecBalancethe〇ry)定理， 輸出抗流圈（choke ) L1的能量可被表示為

(Vin-Kut)DT = Vout^~D)T 其中D為·^HL，且卜祕楚斗，、，x vin且上述專式以Y變數定義，其中 7= vin τ 20 1312914 距 恢復時間 Yav 為 vou \YdVout '_ Ku,

Tr為電壓由V 之平均時間間距 變化到V 4 v out 且可被表示為 之時間 間 V+V P out ~2~

T

Vp2+vPKut+V _ U1«£ 〇j

3K 2—五；且 其中且 Li

Tr =~Τ€〇(νρ-ν〇στ) 其中Id為 L1之deha電流；、為平均迴圈電流 (cycle current),且l為控制電路的恢復時間。 本發明借圖表盘^ Az >4-' H -ra 可視為本發明之限制。述展現之實施例僅為代表不 -施的已經被完整而有效地的達成。其具體 理的目的且其變化不屮p、+、κ日,知月功月匕與結構原 f Μ Γ 4原則°因此，本發明包含所 =下歹！榷利要求項的精神與範圍内之 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知具同步萃批击丨丨壶·妨 器電路示意圖。 乂整-控制電路之順向電源轉換 第2A圖係為習知同步整流 序列波形示意圖。 器在無載運作時的截止時間 fT^B 圖’係為自動測試設備（Aut()matie Test Equipment TE )測試過程中之過電壓保護測試（〇爾她啼 刚ectl〇n, OVP)過電壓保護測試之主要波形示意圖。 2C圖係為動態測試中負載變化之主要波形示意圖。 f 3 W係、為本案較佳實施例之一具有同步I流控制電 路之順向電源轉換器電路示意圖。 21 1312914 第4圖係為本案較佳實施例之該脈衝寬度調變控制器 電路示意圖。 第5 ®係為本案較佳實施例之脈波寬度調變訊號與脈 衝訊號示意圖。 第6圖係為本案較佳實施例之SR-CCM控制電路示音 圖。 ^ ^ 7圖係為本案較佳實施例之SR開關控制電路示意圖。 ，8圖係為本案較佳實施例之SR驅動電路示意圖。 第9圖係為本案較佳實施例之順向電源轉換器無載截 f條件下之主要波形示意圖。 第1 0圖係為本案較佳實施例之順向電源轉換器ate ，δ式條件時〇vp測試條件下之主要波形示意圖。 第11圖係為本案較佳實施例之順向電源轉換器之動態 ，5式時暫態負載變化測試條件下之主要波形示意圖。 第12圖係為本案較佳實施例之順向電源轉換器之反應 時間波形示意圖。 【主要元件符號說明】 10脈衝寬度調變控制器（PWMcontroller) 2〇 延遲控制器（delaycontroller) 30同步整流連續導通模式控制器（SRCCMcontroller) 4〇同步整流開關控制器（SR_on_offcontroller) 50同步整流驅動裝置（SRdriver) X7主要金氧半導體場效電晶體 Χ8、Χ9同步整流器之金氧半導體場

Rl、R2、R4、R6、R12、R13、R14、R15 電阻 R307電阻

Cl、C2、C4、C7、C8 電容 T2變壓器 Q卜Q2、Q3、Q4、Q5電晶體 22 1312914 Q100、Q101、Q102、Q103 電晶體 Q301、Q304、Q306、Q307、Q308、Q309 電晶體 D2、D101、D102 二極體 D301、D302、D303 二極體

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Claims (1)

1. V 1312914 申請專利範圍： 換器，1 · i i重控制電路係應甩於一具有同步整流器之電源轉 一感測器，係用以感測該電源轉換器之—特性； 一偵測電路，係利用該特性以產生一控制訊號’； 一同步整流控制電路，係電連接該偵測電路"，’該 整流控制電路係用以調節控制該電源轉換器之—工χ ^ 期，該工作週期與該控制訊號之間係為—函 在逆電流週期間，利用該工作週期使該同步整流哭之 整之順向開關早截α ;又該同；整流控 控同步整流開關控 '、、產生一驅動訊號，用以驅動該電源轉換器之一幸 ㈤關以及該同步整流器，另該同步整流開關控制界 脈衝寬度調變控制胃’以調變控制該工；週：之截 制巧以及节ηΓ裝 接该脈衝寬度調變控 開關控制器’用以驅動該同步H 之爪輪開關以及順向開關。 敬盔 二’如申請專利範圍帛〗項所述之 具有同步整流夕Φ、Ε 节叫你應用於~ 路更包含-延；；轉換器，其中該同步整流器控制電 ^ ^ ^違才工制益，該延遲控制器係用以Μ、两 ―錢’在一特定期間將該脈衝訊號傳送至該主門關脈衝 3.如申請專利範圍第丨項所述之控制電主::。 路Πί整流器之電源轉換器，其中該同步整 同步整流連續導通模式控制 =制電 續V通模式控制器係調押工 ^同步整流連 器操作在一連續導通模式。° , 件該電源轉換 如申請專利範圍第2項所述之控制 具有同步整流5|夕+、Ε 路係應用於〜 換器，其中該同步整流器控制 24 1312914 ίΐ、ΐί 一同步整流連續導通模式控制器，該同步整流連 器操作在-連續導通模式。 ；之大小使得該電源轉換 =·如中請專利範圍帛！項所述之控制電路係應用於— /、有同步整流器之電源轉換器，1 办…' 、 器係為- ML4800 m衝寬度調變積體電路？ 3 :變f制 產生端以產生一預定工作週期頻率 波 用以連接該同步整流開關控制器 軟啟動端 來自該主開關之一電流訊號；一參考| =端用以接收 端以傳送控制該主開關和該順向二=及-輪出 動訊號。 其Π開關以及该飛輪開關之驅 具有項所述之控制電路係應用於- ::夺ML4800脈衝寬度調變積體電路，包C #生鸲以產生一預定工作週期頻率之鋸齒波·:鋸㈤波 同步整流連續導通模式控制器電路 ' 二：=端係 以連接該同步整流開關控制器；一電汽 軟啟動端用 自該主開關之一電流訊號壓=以接收來 ，控制該主開關和該順向開關飛輸出端 訊唬。 机輸開關之驅動 呈^如申請專利範圍第3項所述之控制電 “勺二步整流器之電源轉換器，*中該同步整：：用於— 導通戴止調控裝置用以調控 ：開關控制 截止時序。 T週期之導通與 呈右^如申請專利範圍第6項所述之控制電路 :勺二步整流器之電源轉換器，•中該同步整：：用於— 導通截止調控裝置用以調控該卫 I如申請專利範圍第3項所述之控制電路係應用於— 25 1312914 具有同步整流器之電源轉換器，其中該同步 包含一增強驅動訊號裝置用以增強該驅動訊說。-° 1 申:青，利範圍第8項所述之控制電路係應用於^ 具有同步正机态之電源轉換器，其中該同步整沪:驻 包含一增強驅動訊號裝置用以增強該驅動訊號。L " 11_如申請專利範圍第3項所述之控制電路〆 具有同步整流器之電源轉換器，更包含—轉穿^ 4 動訊號轉換成為一脈衝訊號。 、羞置將该笨 一且有圍第10項所述之控制電路係應用於 動訊號轉換成為一脈衝訊號。 、置將°亥‘’ 呈右整申^圍第1項所述之控制電路係應用於〆 八有同V整机益之電源轉換器，其中該逆 生於下列三種狀況下之—者：無載截止、“二 測試過程k過電壓料料以及動態载巾貞载變化。 呈^如牛H利乾圍帛12項所述之控制電路係應用於 於下刻1 m广原轉換益’其中該逆向電流係發生 者：無載截止、在自動測試設備測 試過程中之過電壓保護測試以及動態測試中負載變化 15.-種電源轉換器，包含： ^ 一同步整流器，係用以此 ,.„ 用乂將—父流電轉換產生一直流電. 从及 5 一控制電路，包含： U:敗係用以感測該電源轉換器之-特性； -係利用該特性以產生一控制訊號； 同步整流控制電路係電連接該镇測電路，該 工作週期，該工作週：：：控制該電源轉換器之〜 關係，因而在逆電流控制訊號之間係為一函數 %期間’利用該工作週期使該同 26 •1312914 ί整開關較該同步整流器之順向開關早戴 ΐ,電路係包含-脈衝寬度調變控 開關控制器以及-同步整流驅動裝 田中该脈衝寬度調變控制器係用以產生一驅 二用=該電源轉換器之一主開關以及該同步整 調變控制器:係電連接該脈衝寬度 該同步整流驅動= = 週期之截止時序，而 α ^ ^ Η ^ ^置係電連接該脈衝寬度調變控制器 以^同步整流開關控制器’用以驅動該同步整流^ 之队輪開關以及順向開關。 ° ，門牛1广二t利範圍第15項所述之電源轉換器，其中 為同步整控制電路更包含〒 器係用以延遲-脈衝Μ , 遲控制為§亥延遲控制 送至該主開關。… 特定期間將該脈衝訊號傳 17·如申請專利範圍帛15項所述之 該同步整流器控制電路更白人一n止& 轉換盗其中 制哭，兮同牛黎冷、*瑞更一同步整流連續導通模式控 口口 v 机連 '戈導通模式控制器係調控工作週期> 大小使得該電_ 在-連續導通Λ 18. 如申請專利範圍帛17項所述 該脈衝寬度調變控制哭係盔 轉挟益其中 電路，包含…m M 脈衝寬度調變積體 鋸齒波，-迴授端係連接今同牛敕、=工作週期頻率之 ^ A , 疋按。系冋步整流連續導通模式摊制 t路於一 端用以連接該同步整流開關控制哭，4 流儀用以接收來自該主開關之一電流訊號制二： 壓端’-輸出端以傳送控制該主開關和該； 飛輪開關之驅動訊號。 只Π间關以及5亥 19. 如申請專利範圍帛15項所述之電源轉換哭， 該同步整流開關控制器包含一導通；； 該工作週期之導通與截止時 I置用以s周控 27 1312914 20_如申請專利範圍第1 5項所述之電溽轉換器，其中 該同步整流驅動裝置包含一增強驅動訊號裝置用以增強今 驅動訊號。 2 1.如申請專利範圍第1 5項所述之電源轉換器，更包 含一轉換裝置將該驅動訊號轉換成為一脈衝訊號。 22_如申請專利範圍第1 5項所述之電源轉換器，其中 該逆向電流係發生於下列三種狀況下之一者：無载截止、 在自動測試設備測試過程中之過電壓保護測試以及動態測 試中負載變化。 …、 23.—種應用在一具有同步整流器之電源轉換器的控制 方法，包含下述步驟： U)感測該電源轉換器之一特性； 利用該特性以產生一控制訊號用以控制該電源轉換 二郎控制該”—卞題期，該工作 用、忒拴制訊號之係為一函數關係，因而在逆電流週期夭， =f工作週期使得該同步整流器之飛輪開關早於該同^ 机益之順向開關。 ^疋 28 1312914

   • _He浓 1312914

   〆;

   第4圖

   脈波寬度調變訊號之輸出 同步整流驅動器 SYN-2端之輸出 第5圖 1312914 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（3 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 10脈衝寬度調變控制器（PWM controller) 20 延遲控制器（delay controller ) 30同步整流連續導通模式控制器（SR CCM controller) 40 同步整流開關控制器（SR-on-off controller) 50同步整流驅動裝置（SR driver ) X7主要金氧半導體場效電晶體 X8、X9同步整流器之金氧半導體場效電晶體 Rl 、 R2 、 R4 、 R6 、 R12 、 R13 、 R14 、 R15 電阻 D2二極體 T2變壓器 Cl、C2、C4、C7、C8 電容 Ql、Q2、Q3、Q4、Q5 電晶體 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 4