TWI343169B - Method and apparatus to provide synchronous rectifying circuit for offline power converters - Google Patents

Method and apparatus to provide synchronous rectifying circuit for offline power converters Download PDF

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Description

Cl55 24640twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種用於功率轉換器的控制電路，且特 別是有關於一種用於功率轉換器的同步整流控制電路。 【先前技術】 離線功率轉換器包含功率變壓器，基於安規考量，功 率變壓器提供交流輸入到功率轉換器輸出之間的隔離。在 最近研發過程中’在變壓器的二次側中應用同步整流器是 為了實現功率轉換器的高效率轉換，例如Yang的標題為 "Control circuit associated with saturable inductor operated as synchronous rectifier forward power converter” 的第 7，173,835號美國專利。然而，此現有技術的缺點在於由可 飽和電感态（saturable inductor)和/或電流感測裝置造成 的額外功率消耗。可飽和電感器和電流感測裝置需要在連 續模式和不連續模式操作兩者中用來幫助同步整流器的動 作。 【發明内容】 本發明提供一種同步整流電路，其可實現較高效率。 此外，對於連續模式和不連續模式操作兩者都不需要電流 感測裝置和可飽和電感器。 w 本發明針對一種用以改進功率轉換器效率的同步整流 電路丄其包含脈齡缝生器依據開關信號的上升緣和; 降，來產生脈衝錢。該開關信細㈣換變壓器和穩壓 調節功率轉換11。隔轉置（例如脈衝變壓ϋ或電容 1343169
Cl55 24640twf.doc/n 耗：到脈戒產生器，以將脈衝信號從變壓器的-次側 .傳送到變壓㈣二次側。同步整流器具有功率開關和控制 '乾路。該功率開_合到變壓ϋ的二次側，用於整流操作。 'Ί開關運作如同同步整流器。該控制電路接收脈衝信號 . Μ導補*止功率開關。脈衝信號是觸發健。脈衝信號的 脈衝寬度短於開關信號的脈衝寬度。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 • 舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 ^ 1繪示輯本發明實施例的具㈣步整流器的功率 轉換1¾功率轉換裔包含具有一次側和二次側的變壓器 10。該交壓斋10的一次側具有兩個功率開關2〇和％，用 以=換t：壓器10。該變壓器1Q的二次側包含第―端子v+ 和Ϊ二端子V_。根據變壓器10的切換，跨於第二端子V-和第-端子v+上會產生切換電壓。第一同步整流器51具 有連接到該第二端子v—的整流端子DET。第一同步整流器 51，接地端子GND連接到功率轉換器的接地。第二同步 f流器52從第一端子v+連接到功率轉換器的接地。電感 器60從第一端子V+連接到功率轉換器的輸出V〇。第一同 - 步整流器51和第二同步整流器52的第一輸入端子81>、第 • '^輸入端子SN連接到隔離裝置70的二次側，以接收用於 f通或戴止同步整流H 51和52的脈衝信號。舉例來說， 隔離裝置70可以是脈衝變壓器75或電容器。 脈衝信號產生器1〇〇具有輸入信號端子SIN，其接收 7
Cl55 24640twf.doc/n 開= 並依據該開關信號&的上升（前）緣和下降 f生脈衝信號。該開關信號SlN是用以切換變ί =和碰調節功補換器。該脈_號（其為 疋由脈衝信號產生器100的第—輸出端子&和第二=) ^子xN所產生，且同步整流器51和52的導 ^ 由脈衝信號的極性所決定。為了在變壓器Η)切換之 „號’脈衝信號產生器1〇〇依據開關信號、進 子S〇UT處產生驅動信號w。_信號^ k驅動緩衝$ 25、35和功率開關2Q、3()來切換變壓器 10。在開關信號sIN的致能與驅動信號Squt的致能之 有一時間延遲。 〃 山脈衝信號產生器100的第一輸出端子Xp和第二輸出 =子Xn耦合到隔離裝置70,將脈衝信號從變壓器1〇的一 人側，送到二次側。脈衝信號的脈衝寬度短於開關信號Sin 的脈衝寬度。·齡號是包含高頻成分賴發信號。因 ^，僅需要使用小型脈衝變壓器或小型電容器即可達成隔 ，裝置70，這將在pCB上利用較小空間且降低功率轉換 °σ的成本。脈衝信號產生器100進一步包含輸入電壓端子 RIN，其接收代表變壓器1〇的輸入電壓VIN的輸入電壓信 唬Rm。輸入電壓端子RIN經由分壓器而耦合到輸入電壓 VlN ’該分壓器由（例如）電阻器85和86組成。脈衝信號 產生器100的編程端子R〇通過電阻器8〇接收編程信號 °當功率轉換器操作在不連續模式下時，脈衝信號產生 裔100可根據輸入電壓信號rin、編程信號R〇和開關信號 1343169
Cl55 24640twf.doc/n 經連接以對電容器275進行放電。閘驅動信號Vg通過反 相器271控制電晶體272。閘驅動信號VG進一步連接到及 閘279。及閘279的另一輸入經由反相器278而耦合到電 容器275。一旦致能閘驅動信號vG，及閘279的輸出便將 在消隱時間之後產生最大導通時間信號Sm，以禁能閘驅動 信號VG。該消隱時間由電流源273的電流量和電容器275 的電容值所決定。 圖5是根據本發明實施例的脈衝信號產生器1〇〇的方 塊示思圖。驅動信號SOUT是依據開關信號sIN而產生。開 關h號Sin連接到延遲電路11〇的輸入。延遲電路η。的 輸出通過反相器105連接到及閘150的輸入。及閘15〇的 另一輸入耦合到開關信號SIN。及閘150的輸出產生驅動 信號S0UT，用以切換變壓器1〇。因此’在開關信號SiN的 致能與驅動信號S0UT的致能之間會形成時間延遲τ〇。脈 衝信號產生器100進一步包含輸入電壓端子RIN，其接收 代表變壓H 10的輸入電壓VIN的輸入電壓信餘別。編程 端子RO接收表示功率轉換器的輸出電壓資訊的編程信號 R〇。編程信號R0、輸入電壓信號Rw和驅動信?虎s_搞 合到線性預測電路(linear_predict circuit)5〇{^該線性預 電路500將根據輪入電壓信號Rw、編程信號R〇和開關^ 號SIN的脈衝寬度而產生不連續模式信號^，以截止功^ 開關400不連續模式仏號％和開關信號&兩者都耗人 ^號產生電路，以在第—輸出端子&和第二輸出： 子XN上產生脈衝信號。 1343169
Cl55 24640twf.doc/n 的實施例。 . 圖2是根據本發明的同步整流器的示意圖。 圖3是根據本發明的同步整流器的控制電路的實施 . 例。 圖4是根據本發明的最大導通時間（maximum on time， MOT)電路。 圖5是根據本發明的脈衝信號產生器的方框示意圖。 圖6繪示延遲電路的電路示意圖。 ® 圖7是根據本發明的信號產生電路的實施例。 圖8是根據本發明的線性預測電路的實施例。 圖9A和9B繪示根據本發明的同步整流電路的主要波 形。 圖10繪示根據本發明的具有同步整流器的功率轉換 器的電路示意圖的另一實施例，其中電容器操作為隔離裝 置。 【主要元件符號說明】 • 10 :變壓器 20、30 :功率開關 40、45、450 :二極體 . 50:同步整流器 51 :第一同步整流器 ' 52:第二同步整流器 60 :電感器 65、71、72、115、275、550 :電容器 16
Cl55 24640twf.doc/n 510、530 :運算放大器 560、565 :開關 580 :比較器 RO :編程端子 R〇 :編程信號 RIN :輸入電壓端子 Rin .輸入電壓信號 RST :電源重置信號 SP :第一輸入端子 SN :第二輸入端子 SOUT :輸出端子 S〇UT .驅動信號 Sin :開關信號 SIN :輸入信號端子 SD不連續模式信號 Snn :信號
Sm .最大導通時間信號 Sp-S>j .脈衝信號 vIN :輸入電壓 V-:第二端子 V+ :第一端子 Vcc :電源端子 VG :閘驅動信號 V〇 :輸出電壓

Claims (1)

1343169 Cl55 24640lwf.doc/n 十、申請專利範圍： L 一種用於功率轉換器的同步整流電路，包括： —脈衝信號產生H ’域—_信號的上升緣和 緣產生一脈衝信號； …了隔離裝置，輕合到該脈衝信號產生器，用於將該脈 衝乜號從一變壓器的 次側傳送到該變壓哭的一一 > 側；以及 °° 一火
同步整"11器’具有—功率開關、—二極體和一控制 電路；其中該功率開_合到該變壓器的該二次側以^於 整流，其中該控制電路用以接收該脈衝信號以導通或截止 該功率開關； 一其中該開關錢用於切換該功率轉換器的該變壓器， 該-，體並職合觸功相關，且根據祕衝信號的極 性決定是否導通該功率開關。 2.如申請專利範圍第1項所述之同步整流電路，其中 -旦該二極體被導通，該功率_便由嫌衝信號導通。
一3‘如申請專利範圍帛1項所述之同步整流電路，其中 該隔離裝置包括一脈衝變壓器或一電容器。 /、 4·如申請專利範圍帛！項所述之同步整流電路，其中 該脈衝信號為-觸發信號，該脈衝信號的脈衝寬度短於該 開關信號的脈衝寬度。 5.如申明專利範圍第1項所述之同步整流電路，其中 該脈衝信號產生ϋ依據該開關信號更產生—驅動信號了該 驅動信號⑽該變壓H，且在· _號賴能與該驅動 20 1343169 Cl55 24640twf.doc/n 信號的致能之間形成一時間延遲。 • 6·如申凊專利範圍第1項所述之同步整流電路，其中 該脈衝信號產生器包括：
一輸入電壓端子，接收代表該變壓器的一輸入電壓的 一輸入電壓信號；以及 一編程端，接收一編程信號； 其中該脈衝信號產生器根據該輸入電壓信號、該編程
k號和關翻脈衝m產钱脈衝信纽戴止該 功率開關。 7·如申請專利範㈣丨項所述之同步整流電路， 該脈衝信號產生器包括： ^ 一輸入信號端子，接收該開關信號； 一第一輸出端子；以及 一第二輸出端子； 。，中該Ρ輸出端子和該第二輪出端子產生該脈衝信 號Ί紐衝錢為差動信號，且
性來決定娜驗料錢止=说的極 ^申請專利_第丨項所収同步整流=， 該同步整流器包括： &八甲 -整流端子’耗合到該變壓器的該二次側， 一 f也端子，耦合到該功率轉換器的輸出： 一第一輸入端子；以及 一第^一輸入端子； 其中該功相關連接在該整流端子與該接地端子之 21 1343169 Cl55 24640twf.doc/n 間’且其中該第-輸人端子和該第二輸人端 脈衝信號以導通/截止該功率開關。 ^接收忒
9. 如申請專利範㈣丨項所述之同步整 該控制電路包括-㈣電路，合龍第其中 第二輸入端子，以接㈣脈衝錢子和該 路’且其”栓鎖電路用㈣通/截止該解開關錄鎖電 10. -種祕功铸難的同步整流器
1衝信號產生H，依據—關錢的=產 生一脈衝信號； 傻緣座 變壓器的一隔離 一隔離裝置，傳送該脈衝信號通過一 屏障；以及 =同步整流器，具有—功率開關和—控制電路； 該功率開義合賴變壓H㈣於整流操作，且^ 制電路用以接收紐衝信號轉通/截止該功率開關；〜 其中該開關信號用於切換該功率轉換器的該變壓器，
且該脈衝信號設置或重置該控制電路的—栓鎖電路，用 控制該功率開關。 、 11. 如申請專利範圍第1G項所述之同步整流器裝置， 更包括一二極體，並聯耦合到該功率開關，其中一旦該二 極體被導通，該功率開關便由該脈衝信號導通。一°/一 12. 如申請專利範圍第1〇項所述之同步整流器裝置， 其中該隔離裝置包括一電容器或一脈衝變壓器。 13. 如申請專利範圍第1〇項所述之同步整流器裝置， 其中該脈衝信號為-觸發信號，城_信號的脈衝寬度 22 1343169 C155 24640twf.doc/n 短於該開關信號的脈衝寬度。 14. 如申請專利範圍第1〇項 其中該脈衝信號產生器包括：、叮处之同步整流器裝置， 一輸入電壓端子，接收代表 一輸入電壓信號；以及 1 °°的一輸入電壓的 一編程端子，接收一編程信蜆，
其中根據該輸入電壓信號、該 的脈衝寬度而產生該脈衝信號以 广55虎和該開關信號 15. 如申請專利範圍第1〇項止該功率開關。 其中該脈衝信號產生器包括： 处之同步整流器裝置， 一輸入信號端子，接收該開關信號； 一第一輸出端子；以及 一第二輸出端子； 衝信ί中在該第—輸出端子和該第二輪一子處產生該脈
16.如申請專利範圍第1〇 其中該同步整流器包括： 項所述之同步整流器裝置 一整流端子，耦合到該變壓器的該二次側； 一接地端子，耦合到該功率轉換器的輪出； 一第一輸入信號端子；以及 一第二輸入信號端子； 其中該功率開關連接在該整流端子與該接地端子之 間，且該第一輸入信號端子和該第二輸入信號端子接收該 脈衝信號以導通/戴止該功率開關。 23 1343169 項所述之同步整流器裝置， 句受限於一最大導通時間電 其中該功率開關的最大導通時間&
17·如申請專利範圍第1〇 B 相關彳§#°用於開關該功率轉換器的該變壓器， 且該功率開_合到該變㈣的該二次側關於整流。 、19·如申sf專利圍第項所述之提供同步整流電路 =方去，其中該栓鎖器僅能在該二極體被導通時導通該功 ;開關其中該二極體並聯搞合到該功率開關。 “ 20.如申請專利範圍第18項所述之用於提供同步整流 電路的方法’其中該隔離裝置包括-脈衝變壓ϋ或-電容 21. 如申請專利範圍第18項所述之用於提供同步整流 電路的方法’其中該脈衝信號的脈衝寬度短於該開關信號 的脈衝寬度。 電路的方法’更包括： 接收代表該變壓器的一輸入電壓的一輸入電壓信號； 22. 如申請專利範圍第18項所述之用於提供同步整流 24 1343169 Cl55 24640twf.doc/n 以及 接收一編程信號； 其中根據該輸入電壓信號、該編程信號和該開關信號 的脈衝寬度而產生該脈衝信號以截止該功率開關。 23.如申請專利範圍第18項所述之用於提供同步整流 電路的方法，其中該功率開關的最大導通時間受限於最大 導通時間電路。 25
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