TWI389432B - 可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統 - Google Patents

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Description

可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統
本發明係有關於一種返馳式整流系統，尤指一種可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統。
近來由於電子產品的進步一日千里，產品日趨輕薄短小，功能也隨之日益多元化，且同時要求耗電不能隨之提升。因此，在電源管理IC的設計上變的更為複雜，更有效率，在單位面積內要求更高的功率密度比，而高頻率的切換式電源供應器正符合所需。
返馳式整流器(flyback converter)為應用最廣泛的切換式電源電路之一，雖然返馳式轉換器電路本身不需做電器隔離，但實際上為了功率提高以及安全上的考量，必須考慮隔離輸出端與輸入端。返馳式整流器是一具有隔離特性的降昇型整流器(buck-boost converter)。返馳式整流器的磁性元件功能不是變壓器，而是利用耦合電感來達到能量轉換的目的。另外，返馳式整流器具有成本低，電路設計成熟，和架構簡單等特點，所以常使用在輔助電源的設計以供應整個系統的電源需求。
請參照第1圖，第1圖係顯示傳統之返馳式整流系統10的示意圖。返馳式整流系統10包含一電能供應模組101，和一電能接收模組102。電能供應模組101包含一穩壓裝置1011，返馳式整流系統10之一次側1012，及一一次側開關1013。穩壓裝置1011係用以穩定輸入電源供應模組101之電壓，返馳式整流系統10之一次側1012係耦接於穩壓裝置1011，一次側開關1013係耦接於穩壓裝置1011及返馳式整流系統10之一次側1012之間，用以控制返馳式整流系統10之一次側1012之磁通量的方向。電能接收模組102包含返馳式整流系統10之二次側1021，一二次側開關1022，一控制器1023，一負載電容CL ，一負載電阻RL ，一濾波電容Cdc ，一二次側開關1022用以開啟時間調整電阻RMDT，及一濾波電阻Rdc 。返馳式整流系統10之二次側1021係用以感應返馳式整流系統10之一次側1012傳來之電能，二次側開關1022係耦接於返馳式整流系統10之二次側1021。控制器1023係根據二次側開關1022的汲極端電壓VD ，判斷是否開啟和關閉二次側開關1022。
當一次側開關1013開啟時，返馳式整流系統10之一次側1012漸漸會有電流流過，並將能量儲存在一次側1012，由於線圈磁通量變化的關係，一次側1012和二次側1021極性係相反的，第1圖中的A，B點是高電位，因此二次側開關1022的寄生二極體被逆向偏壓，沒有能量轉移至電能接收模組102；反之，當一次側開關1013關閉時，由於線圈磁通量消失導致B點變成低電位，此時二次側開關1022的寄生二極體被導通，能量轉移至電能接收模組102，負載 電容CL 被充電，負載電阻RL 有電流流過。
請參照第2圖，第2圖係顯示當電能接收模組102處於輕負載(discontinuous current mode,DCM)時，二次側開關1022的汲極端電壓VD ，二次側開關1022的閘極端驅動電壓，以及開啟持續時間和關閉持續時間波形圖。當線圈磁通量消失導致B點變成低電位並低於開關開啟閥值VTH2 ，二次側開關1022被開啟，閘極端驅動電壓從低電位變成高電位。因為是輕負載，所以流經二次側開關1022的電流不大，因此當線圈磁通量方向再度改變時，流經二次側開關1022的電流會降至零，B點電位上升超過開關關閉閥值VTH1 時，二次側開關1022關閉，閘極端驅動電壓從高電位變成低電位。
請參照第3圖，第3圖係顯示當電能接收模組102處於重負載(continuous current mode,CCM)時，二次側開關1022的汲極端電壓VD ，二次側開關1022的閘極端驅動電壓，以及開啟持續時間波形圖。當線圈磁通量消失導致B點變成低電位並低於開關開啟閥值VTH2 ，此時二次側開關1022的寄生二極體導通，二次側開關1022被開啟，閘極端驅動電壓從低電位變成高電位。因為是重負載，所以流經二次側開關1022的電流比DCM模式下大，所以當線圈磁通量方向再度改變時，流經二次側開關1022的電流不會降至零，在二次側開關1022的源極和汲極間仍有跨壓存在，故需設定開關關閉閥值VTH1 為比DCM模式下的開關關閉閥值VTH1 更負的值，以避免B點電位無法上升超過開關關閉閥值VTH1 ，使得二次側開關1022無 法關閉，讓一次側開關1013和二次側開關1022同時在開啟狀態，導致電路燒毀。
總結來說，傳統之返馳式整流系統10有以下兩項缺點。第一，若返馳式整流系統10設計操作在DCM模式，但因突然負載變重而讓返馳式整流系統10從DCM進入CCM模式，此時B點電位無法上升超過開關關閉閥值VTH1 (因為VTH1 (DCM)是大於VTH1 (CCM))，使得二次側開關1022無法關閉，讓一次側開關1013和二次側開關1022同時在開啟狀態，導致電路燒毀。第二，如果為了避免電路燒毀的安全考量，以最重負載的情況去設定開關關閉閥值VTH1 ，但在輕負載時二次側開關1022會太早關閉使返馳式整流系統10效率無法達到最好。
本發明的一實施例提供一種可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統，該系統包含一電能供應模組，和一電能接收模組。該電能供應模組包含一穩壓裝置，一返馳式整流系統之一次側，及一一次側開關。該穩壓裝置，用以穩定輸入該電源供應模組之電壓，該返馳式整流系統之一次側，耦接於該穩壓裝置，該一次側開關，耦接於該穩壓裝置及該返馳式整流系統之一次側之間，用以控制該返馳式整流系統之一次側之磁通量的方向。該電能接收模組包含該返馳式整流系統之二次側，一二次側開關，及一控制器。該返馳式整流系統之二次側用以感應該返馳式整流系統之一次側傳來之電能，該二次側開關耦接於該返馳式整流系統之二次側。該控制器包含一開關開啟模組，一開關關閉模組，及一正反器。該開關開啟模組，用以開啟該二次側開關，該開關關閉模組，用以關閉該二次側開關，該正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉。該開關關閉模組包含一第一開關關閉子模組，一第二開關關閉子模組，及一或閘。該第一開關關閉子模組，用以根據耦接於該電能接收模組之一負載之阻抗的大小控制該二次側開關之關閉，該二開關關閉子模組，用以根據該二次側開關之週期控制該二次側開關之關閉，該或閘，耦接於該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組，用以根據該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組之輸出訊號控制該第二次側開關之關閉。
本發明的另一實施例提供一種可避免返馳式整流系統兩側開關同時開啟之控制器，該控制器包含一開關開啟模組，一開關關閉模組，及一正反器。該開關開啟模組，用以開啟一二次側開關，該開關關閉模組，用以關閉一二次側開關，該正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉。該開關關閉模組包含一第一開關關閉子模組，一第二開關關閉子模組，及一或閘。該第一開關關閉子模組，用以根據耦接於一電能接收模組之一負載之阻抗的大小控制該二次側開關之關閉，該第二開關關閉子模組，用以根據該二次側開關之週期控制該二次側開關之關閉，該或閘，耦接於該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組，用以根據該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組之輸出訊號控制該二次側開關之關閉。
本發明的另一實施例提供一種可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統，該系統包含一電能供應模組，和一電能接收模組。該電能供應模組包含一穩壓裝置，一返馳式整流系統之一次側，及一一次側開關。該穩壓裝置，用以穩定輸入該電源供應模組之電壓，該返馳式整流系統之一次側，耦接於該穩壓裝置，及該一次側開關耦接於該穩壓裝置及該返馳式整流系統之一次側之間，用以控制該返馳式整流系統之一次側之磁通量的方向。該電能接收模組包含該返馳式整流系統之二次側，一二次側開關，及一控制器。該返馳式整流系統之二次側，用以感應該返馳式整流系統之一次側傳來之電能，該二次側開關，耦接於該返馳式整流系統之二次側，該控制器包含一開關開啟模組，一開關關閉模組，一正反器，及一致能開關模組。該開關開啟模組，用以開啟該二次側開關，該開關關閉模組，用以根據耦接於該電能接收模組之一負載之阻抗的大小控制該二次側開關之關閉，該正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉，該致能開關模組，用以根據該負載之阻抗的大小控制該二次側開關是否致能。
本發明的另一實施例提供一種可避免返馳式整流系統兩側開關同時開啟之控制器，該控制器包含一開關開啟模組，一開關關閉模組，一正反器，及一致能開關模組。該開關開啟模組，用以開啟一二次側開關，該開關關閉模組，用以根據耦接於該電能接收模組之一負載之阻抗的大小控制該二次側開關之關閉，該正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉，該致能開關模組，用以根據該負載之阻抗的大小控制該二次側開關是否致能。
請參照第4圖。第4圖係顯示可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統40的示意圖。返馳式整流系統40包含一電能供應模組401，和一電能接收模組402。電能供應模組401包含一穩壓裝置4011，返馳式整流系統40之一次側4012，及一一次側開關4013。穩壓裝置4011係用以穩定輸入電源供應模組401之電壓，返馳式整流系統40之一次側4012係耦接於穩壓裝置4011，用以儲存輸入之電能，一次側開關4013係耦接於穩壓裝置4011及返馳式整流系統40之一次側4012之間，用以控制返馳式整流系統40之一次側4012之磁通量的方向。電能接收模組402包含返馳式整流系統40之二次側4021，一二次側開關4022，一控制器4023，一負載電容CL ，一負載電阻RL ，一濾波電容Cdc ，及一濾波電阻Rdc 。返馳式整流系統40之二次側4021係用以感應返馳式整流系統40之一次側4012傳來之電能，二次側開關4022係耦接於返馳式整流系統40之二次側4021，用以開啟或關閉電能接收模組402。控制器4023係根據二次側開關4022的汲極端電壓，判斷是否開啟二次側開關4022，控制器4023另根據二次側開關4022的汲極端電壓，負載電阻RL ，及二次側開關4022之週期，控制二次側開關4022之關閉，控制器4023另根據負載電阻RL 的大小，控制二次側開關4022是否致能。而濾波電容Cdc ，及濾波電阻Rdc ，則是濾掉電能接收模組402的輸出端電壓Vo 的雜訊，並將濾掉雜訊後的電壓作為控制器4023的供應電壓。
當一次側開關4013開啟時，返馳式整流系統40之一次側4012漸漸會有電流流過，並將能量儲存在一次側4012，由於線圈磁通量變化的關係，一次側4012和二次側4021極性係相反的，第4圖中的A，B點是高電位，因此二次側開關4022的寄生二極體被逆向偏壓，所以沒有能量轉移至電能接收模組402；反之，當一次側開關4013關閉時，由於線圈磁通量消失導致B點變成低電位，此時二次側開關4022的寄生二極體被導通，能量轉移至電能接收模組402，負載電容CL 被充電，負載電阻RL 有電流流過。
請參照第5圖和第4圖。第5圖係顯示可避免返馳式整流系統40兩側開關同時開啟之控制器4023的示意圖。控制器4023包含一開關開啟模組501，一開關關閉模組502，一正反器503，及一致能開關模組504。開關開啟模組501係用以開啟二次側開關4022，開關關閉模組502係用以關閉二次側開關4022。開關關閉模組502包含一第一開關關閉子模組5021，一第二開關關閉子模組5022，和一或閘5023。第一開關關閉子模組5021係用以根據耦接於電能接收模組402之負載電阻RL 的大小控制二次側開關4022之關閉，第二開關關閉子模組5022係用以根據二次側開關4022之週期控制二次側開關4022之關閉，或閘5023係耦接於第一開關關閉子模組5021及第二開關關閉子模組5022，用以根據第一開關關閉子模組5021及第二開關關閉子模組5022之輸出訊號，輸出一個訊號至正反器503的重置輸入端。正反器503係耦接於開關開啟模組501及或閘5023，用以根據開關開啟模組501及開關關閉模組502之輸出訊號輸出一個控制訊號控制二次側開關4022之開啟及關閉。正反器503可為一SR正反器，致能開關模組504係用以根據負載電阻RL 的大小控制二次側開關4022是否致能。
開關開啟模組501包含一第二比較器5011，一開關開啟持續器5012，一第二及閘5013，及一開啟持續時間調整器5014。第二比較器5011的正輸入端係耦接於電壓源VTH2 (開關開啟閥值)，第二比較器5011的負輸入端係耦接於二次側開關4022的汲極，開關開啟持續器5012的重設輸入端係耦接正反器503的正輸出端，第二及閘5013的第一輸入端係耦接第二比較器5011的輸出端，第二及閘5013的輸出端係耦接正反器503的訊號輸入端，開啟持續時間調整器5014的第一端係耦接於該開關開啟持續器5012，開啟持續時間調整器5012的第二端係耦接於地。
第一開關關閉子模組5021包含一第一比較器50211，一開關關閉持續器50212，及一第一及閘50213。第一比較器50211的正輸入端係耦接於二次側開關4022的汲極，第一比較器50211的負輸入端係耦接於電壓源VTH1 (開關關閉閥值)，開關關閉持續器50212的輸出端係耦接於第二及閘5013的第二輸入端，開關關閉持續器50212的重設輸入端係耦接於正反器503的反輸出端，第一及閘50213的第一輸入端係耦接於第一比較器50211的輸出端，第一及閘50213的第二輸入端係耦接於開關開啟持續器5012的輸出端，第一及閘50213的輸出端係耦接於或閘5023之第一輸入端。
第二開關關閉子模組5022包含一時間記錄器50221，一第四比較器50222，及一週期閥值調整器50223。時間記錄器50221係用以記錄二次側開關4022的週期之時間長度，並輸出兩連續週期之時間長度，第四比較器50222係耦接該時間記錄器50221及或閘5023的第二輸入端，用以接收及比較兩連續週期之時間長度訊號，並根據兩連續週期之時間長度訊號的差值與週期閥值的差異輸出邏輯訊號至或閘5023的第二輸入端，週期閥值調整器50223係用以調整週期閥值，週期閥值調整器50223的第一端係耦接於第四比較器50222，週期閥值調整器50223的第二端係耦接於地。
致能開關模組504包含一第三比較器5041，及一負載偵測器5042。第三比較器5041的正輸入端係耦接於二次側開關4022的汲 極，第三比較器5041的負輸入端係耦接於電壓源VTH3 ，第三比較器5041的輸出端係耦接於開關關閉持續器50212的設定輸入端和時間記錄器50221的輸入端，負載偵測器5042的輸入端係耦接第三比較器5041的輸出端，負載偵測器5042係用以於負載電阻RL 很小時，輸出非致能訊號以將開關開啟模組501、開關關閉模組502及正反器503非致能。
請參照第2圖和第4圖，在DCM模式下，當一次側開關4013關閉時，線圈磁通量消失導致電能接收模組402中的B點變成低電位並低於開關開啟閥值VTH2 ，二次側開關4022被開啟。因為是輕負載，所以流經二次側開關4022的電流不大，因此當線圈磁通量方向再度改變時，流經二次側開關4022的電流會降至零，B點電位上升超過開關關閉閥值VTH1 時，二次側開關4022關閉。因為在DCM模式下，流經二次側開關4022的電流不大，二次側開關4022的汲極端電壓並不會很低，所以，當一次側開關4013重新開啟時，B點電位開始上升，不會發生B點電位無法超過開關關閉閥值VTH1 ，使得一次側開關4013和二次側開關4022同時在開啟狀態，導致電路燒毀的狀況。
因為之前提及在DCM模式下一次側開關4013和二次側開關4022不會同時在開啟狀態，因此在這裡不再贅述DCM模式下控制器4023的動作。請參照第5圖在CCM模式下，當一次側開關4013關閉時，線圈磁通量消失導致電能接收模組402中的B點變成低電 位(也就是第5圖VD 變成低電位)並低於開關開啟閥值VTH2 ，此時第二比較器5011輸出高邏輯電位訊號給第二及閘5013，開關關閉持續器50212也輸出高邏輯電位訊號給第二及閘5013，因此，第二及閘5013是輸出高邏輯電位訊號給正反器503的訊號輸入端。因為VD 是低電位，所以第一比較器50211輸出低邏輯電位訊號給第一及閘50213，此時開關開啟持續器5012會輸出持續一段時間的低邏輯電位訊號給第一及閘50213，以確保第一及閘50213輸出低邏輯電位訊號，也就是保證讓第一開關關閉子模組5021不會干擾二次側開關4022開啟。因為VD 是低電位，第三比較器5041輸出低邏輯電位訊號，所以致能開關模組504和第二開關關閉子模組沒有動作。
請參照第5圖在CCM模式下，當一次側開關4013重新開啟時，線圈磁通量發生變化導致電能接收模組402中的B點變成高電位(也就是第5圖VD 變成高電位)，因此開關開啟模組501輸出低邏輯電位訊號給正反器503的訊號輸入端(開關開啟持續器5012這時也會輸出持續一段時間的低邏輯電位訊號給第二及閘5013，以確保正反器503的訊號輸入端是接收低邏輯電位訊號)。因為VD 是高電位，理論上第一比較器50211應該輸出高邏輯電位訊號給第一及閘50213，但因為在CCM模式下，流經二次側開關4022的電流比較大且不會降至零，使得VD 不會電位高於VTH1 (開關關閉閥值)，因此無法經由第一開關關閉子模組5021關閉二次側開關4022。因為VD 是高電位，當其超過VTH3 ，第三比較器5041輸出高邏輯電位訊號，讓開關關閉持續器50212設定並輸出低邏輯電位訊號給第二及閘5013，觸發時間記錄器50221開始記錄其時間，一直記錄到下次VD 再度超過VTH3 ，這段時間即為二次側開關4022的時間週期Tperiod ，而第四比較器50222比較連續兩次週期，當連續兩次週期差小於週期閥值Tblanking 時，送出高邏輯電位訊號給或閘5023，而或閘5023送出高邏輯電位訊號至正反器503的重置輸入端，致使SYNC為低邏輯電位，關閉二次側開關4022(請參照第6圖)。而本發明就是依據第一開關關閉子模組5021和第二開關關閉子模組雙重保險，確保一次側開關4013和二次側開關4022不會同時開啟。
請參照第5圖，開啟持續時間調整器5014中的開啟持續時間調整電阻Rhold ，可調整開啟持續時間，週期閥值調整器50223中的週期閥值調整電阻Rblank ，可調整週期閥值。
除了DCM和CCM模式之外，返馳式整流系統40還有可能處於另一非常輕載模式(skip cycle mode,SCM)。即當負載很輕時，此時一次側開關4013將不會每個週期都開啟，而是略過幾次週期不開啟。因此，本發明的實施例新增致能開關模組504，其中包含負載偵測器5042可以在返馳式整流系統40進入SCM模式後，將開關開啟模組501、開關關閉模組502及正反器503非致能，只留下致能開關模組504，以便返馳式整流系統40脫離SCM模式後，重新致能開關開啟模組501、開關關閉模組502及正反器503。請參照第5圖和第7圖，當一次側開關403開啟後，VD 電位超過VTH3 ，此時第三比較器5041輸出高邏輯電位訊號，另當一次側開關403關閉後，VD 電位低於VTH3 ，此時第三比較器5041輸出低邏輯電位訊號。而當第三比較器5041輸出高邏輯電位訊號時，對負載偵測器5042中的電容CSCM 充電，當第三比較器5041輸出低邏輯電位訊號時，對負載偵測器5042中的電容CSCM 放電。由於在SCM模式下，因為一次側開關4013將不會每個週期都打開啟，而是略過幾次週期不開啟，所以充電時間大幅減少，故電容CSCM 的電壓會降至非常低，離開SCM模式，電容CSCM 的電壓會持續地上升。在本發明的實施例中，以此電容CSCM 的電壓作為判斷返馳式整流系統40是否進入SCM模式的依據(判斷基準會加入磁滯效果)，當電容CSCM 的電壓大於VHSCM 時，返馳式整流系統40離開SCM模式，當電容CSCM 的電壓小於VLSCM 時，返馳式整流系統40進入SCM模式。在這裡，VHSCM 和VLSCM 由實驗決定。
在本發明的另一實施例中，返馳式整流系統40可不包含致能開關模組504，在此狀況下，雖然無法藉由致能開關模組504達成省電功能，但返馳式整流系統40仍可因具有第二開關關閉子模組5022而運作良好，不會再有返馳式整流系統40兩側開關同時開啟的問題。
在本發明的另一實施例中，返馳式整流系統40可不包含第二開關關閉子模組5022，在此狀況下，雖然無法藉由第二開關關閉子模組5022達成完全避免返馳式整流系統40兩側開關同時開啟的問題，但是在返馳式整流系統40處於極輕負載時，可透過致能開關模組504不致能開關開啟模組和開關關閉模組達到省電目的。
總結來說，相較於傳統設計需根據負載調整VTH1 的大小，本發明可以設定VTH1 為比較接近零的負值，即使返馳式整流系統進入CCM模式，流經二次側開關的電流變大讓第一開關關閉子模組無法關閉二次側開關，仍能藉由第二開關關閉子模組偵測二次側開關的週期，以強迫二次側開關在一次側開關開啟前關閉，確保返馳式整流系統之安全性。另外，本發明更提出致能開關模組，當負載很輕時，可將開關開啟模組、開關關閉模組及正反器非致能，以達省電目的。
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。
10、40．．．返馳式整流系統
1023、4023．．．控制器
101、401．．．電能供應模組
1011、4011．．．穩壓裝置
1012、4012．．．一次側
1013、4013．．．一次側開關
102、402．．．電能接收模組
1021、4021．．．二次側
1022、4022．．．二次側開關
501．．．開關開啟模組
5011．．．第二比較器
5012．．．開關開啟持續器
5013．．．第二及閘
502．．．開關關閉模組
5021‧‧‧第一開關關閉子模組
50211‧‧‧第一比較器
50212‧‧‧開關關閉持續器
50213‧‧‧第一及閘
5022‧‧‧第二開關關閉子模組
50221‧‧‧時間記錄器
50222‧‧‧第四比較器
50223‧‧‧週期閥值調整器
5023‧‧‧或閘
503‧‧‧正反器
504‧‧‧致能開關模組
5041‧‧‧第三比較器
5042‧‧‧負載偵測器
Cdc ‧‧‧濾波電容
CL ‧‧‧負載電容
CSCM ‧‧‧電容
Rdc ‧‧‧濾波電阻
RL ‧‧‧負載電阻
Rhold ‧‧‧開啟持續時間調整電阻
Rblank ‧‧‧週期閥值調整電阻
RMOT‧‧‧開啟時間調整電阻
SYNC‧‧‧閘極控制電壓
SCM‧‧‧非常輕載模式
Tperiod ‧‧‧二次側開關週期
Tblanking ‧‧‧週期閥值
VD ‧‧‧二次側開關汲極電壓
Vin ‧‧‧輸入電壓
VTH1 ‧‧‧開關關閉閥值
VTH2 ‧‧‧開關開啟閥值
VTH3 ‧‧‧電壓源
VHSCM ‧‧‧預定高電壓
VLSCM ‧‧‧預定低電壓
第1圖係顯示傳統之返馳式整流系統的示意圖。
第2圖係顯示當第1圖返馳式整流系統的電能接收模組處於輕負載時，二次側開關的汲極端電壓，二次側開關的閘極端驅動電壓，以及開啟持續時間和關閉持續時間波形圖。
第3圖係顯示當第1圖返馳式整流系統的電能接收模組處於重負載時，二次側開關的汲極端電壓，二次側開關的閘極端驅動電壓，以及開啟持續時間波形圖。
第4圖係為本發明提出之返馳式整流系統的示意圖。
第5圖係為第4圖返馳式整流系統的控制器之示意圖。
第6圖係為第4圖返馳式整流系統在CCM模式下，二次側開關的電流、閘極驅動電壓、汲極電壓和第四比較器輸出訊號的波形圖。
第7圖係為第4圖返馳式整流系統在SCM模式下，二次側開關的汲極電壓、第三比較器輸出訊號和電容電壓的波形圖。
4023‧‧‧控制器
501‧‧‧開關開啟模組
5011‧‧‧第二比較器
5012‧‧‧開關開啟持續器
5013‧‧‧第二及閘
502‧‧‧開關關閉模組
5021‧‧‧第一開關關閉子模組
50211‧‧‧第一比較器
50212‧‧‧開關關閉持續器
50213‧‧‧第一及閘
5022‧‧‧第二開關關閉子模組
50221‧‧‧時間記錄器
50222‧‧‧第四比較器
50223‧‧‧週期閥值調整器
5023‧‧‧或閘
503‧‧‧正反器
504‧‧‧致能開關模組
5041‧‧‧第三比較器
5042‧‧‧負載偵測器
CSCM ‧‧‧電容
Rhold ‧‧‧開啟持續時間調整電阻
Rblank ‧‧‧週期閥值調整電阻
SYNC‧‧‧閘極控制電壓
VTH1 ‧‧‧開關關閉閥值
VTH2 ‧‧‧開關開啟閥值
VTH3 ‧‧‧電壓源

Claims (50)

  1. 一種可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統，包含：一電能供應模組，包含：一穩壓裝置，用以穩定輸入該電源供應模組之電壓；一返馳式整流系統之一次側，耦接於該穩壓裝置；及一一次側開關，耦接於該穩壓裝置及該返馳式整流系統之一次側之間，用以控制該返馳式整流系統之一次側之磁通量的方向；一電能接收模組，包含：該返馳式整流系統之二次側，用以感應該返馳式整流系統之一次側傳來之電能；一二次側開關，耦接於該返馳式整流系統之二次側；及一控制器，包含：一開關開啟模組，用以開啟該二次側開關；一開關關閉模組，用以關閉該二次側開關，該開關關閉模組包含：一第一開關關閉子模組，用以根據耦接於該電能接收模組之一負載電阻的大小控制該二次側開關之關閉；一第二開關關閉子模組，用以根據該二次側開關之週期控制該二次側開關之關閉；及一或閘，耦接於該第一開關關閉子模組及該第二開 關關閉子模組，用以根據該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組之輸出訊號控制該第二次側開關之關閉；及一正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉。
  2. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該控制器另包含一致能開關模組，用以根據該負載電阻的大小控制該二次側開關是否致能。
  3. 如請求項2所述之返馳式整流系統，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一正輸入端耦接於該二次側開關的該汲極，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接於該第三比較器的一輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  4. 如請求項3所述之返馳式整流系統，其中該負載偵測器包含一電容。
  5. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該開關開啟模組包含：一第二比較器，該第二比較器的一負輸入端耦接於該二次側開關的一汲極，該第二比較器的一正輸入端耦接於一第二電壓源；一開關開啟持續器，該開關開啟持續器的一重設輸入端耦接該正反器的一正輸出端；一第二及閘，該第二及閘的一第一輸入端耦接該第二比較器的一輸出端，該第二及閘的一輸出端耦接該正反器的一訊號輸入端；及一開啟持續時間調整器，該開啟持續時間調整器的一第一端耦接於該開關開啟持續器，該開啟持續時間調整器的一第二端耦接於地。
  6. 如請求項5所述之返馳式整流系統，其中該開啟持續時間調整器包含一電阻。
  7. 如請求項5所述之返馳式整流系統，其中該第一開關關閉子模組包含：一第一比較器，該第一比較器的一正輸入端耦接於該二次側開關的該汲極，該第一比較器的一負輸入端耦接於一第一電壓源；一開關關閉持續器，該開關關閉持續器的一輸出端耦接於該第二及閘的一第二輸入端，該開關關閉持續器的一重設輸入端 耦接於該正反器的一反輸出端；及一第一及閘，該第一及閘的一第一輸入端耦接於該第一比較器的一輸出端，該第一及閘的一第二輸入端耦接於該開關開啟持續器的一輸出端，該第一及閘的一輸出端耦接於該或閘之一第一輸入端。
  8. 如請求項7所述之返馳式整流系統，其中該第二開關關閉子模組包含：一時間記錄器，用以記錄該二次側開關的週期之時間長度，並輸出兩連續週期之時間長度；一第四比較器，耦接該時間記錄器及該或閘的一第二輸入端，用以接收及比較該兩連續週期之時間長度訊號，並根據該兩連續週期之時間長度訊號的差值與一週期閥值的差異輸出一邏輯訊號至該或閘的該第二輸入端；及一週期閥值調整器，用以調整該週期閥值，該週期閥值調整器的一第一端耦接於該第四比較器，該週期閥值調整器的一第二端耦接於地。
  9. 如請求項8所述之返馳式整流系統，其中該週期閥值調整器包含一電阻。
  10. 如請求項8所述之返馳式整流系統，其中該控制器另包含一致能開關模組，用以根據該負載電阻的大小控制該二次側開關是 否致能。
  11. 如請求項10所述之返馳式整流系統，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一正輸入端耦接於該二次側開關的該汲極，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源，該第三比較器的一輸出端耦接於該開關關閉持續器的一設定輸入端和該時間記錄器的一輸入端；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接該第三比較器的該輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  12. 如請求項11所述之返馳式整流系統，其中該負載偵測器包含一電容。
  13. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該或閘的一輸出端耦接該正反器的一重置輸入端。
  14. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該二次側開關係為一N型金氧半電晶體。
  15. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該正反器係為一SR正 反器。
  16. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該穩壓裝置包含一電容。
  17. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該一次側開關係為一N型金氧半電晶體。
  18. 如請求項1所述之返馳式整流系統，其中該電能接收模組另包含一濾波器，耦接於該控制器、該二次側開關及該返馳式整流系統之二次側，用以過濾該電能接收模組之輸出電壓的雜訊。
  19. 一種可避免返馳式整流系統兩側開關同時開啟之控制器，包含：一開關開啟模組，用以開啟一二次側開關；一開關關閉模組，用以關閉該二次側開關，該開關關閉模組包含：一第一開關關閉子模組，用以根據耦接於一電能接收模組之一負載電阻的大小控制該二次側開關之關閉；一第二開關關閉子模組，用以根據該二次側開關之週期控制該二次側開關之關閉；及一或閘，耦接於該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組，用以根據該第一開關關閉子模組及該第二開關關閉子模組之輸出訊號控制該第二次側開關之關 閉；及一正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉。
  20. 如請求項19所述之控制器，另包含一致能開關模組，用以根據該負載電阻的大小控制該二次側開關是否致能。
  21. 如請求項20所述之控制器，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接於該第三比較器的一輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  22. 如請求項21所述之控制器，其中該負載偵測器包含一電容。
  23. 如請求項19所述之控制器，其中該開關開啟模組包含：一第二比較器，該第二比較器的一正輸入端耦接於一第二電壓源；一開關開啟持續器，該開關開啟持續器的一重設輸入端耦接該正反器的一正輸出端； 一第二及閘，該第二及閘的一第一輸入端耦接該第二比較器的一輸出端，該第二及閘的一輸出端耦接該正反器的一訊號輸入端；及一開啟持續時間調整器，該開啟持續時間調整器的一第一端耦接於該開關開啟持續器，該開啟持續時間調整器的一第二端耦接於地。
  24. 如請求項23所述之控制器，其中該開啟持續時間調整器包含一電阻。
  25. 如請求項23所述之控制器，其中該第一開關關閉子模組包含：一第一比較器，該第一比較器的一負輸入端耦接於一第一電壓源；一開關關閉持續器，該開關關閉持續器的一輸出端耦接於該第二及閘的一第二輸入端，該開關關閉持續器的一重設輸入端耦接於該正反器的一反輸出端；及一第一及閘，該第一及閘的一第一輸入端耦接於該第一比較器的一輸出端，該第一及閘的一第二輸入端耦接於該開關開啟持續器的一輸出端，該第一及閘的一輸出端耦接於該或閘之一第一輸入端。
  26. 如請求項25所述之控制器，其中該第二開關關閉子模組包含：一時間記錄器，用以記錄該二次側開關的週期之時間長度，並 輸出兩連續週期之時間長度；一第四比較器，耦接該時間記錄器及該或閘的一第二輸入端，用以接收及比較該兩連續週期之時間長度訊號，並根據該兩連續週期之時間長度訊號的差值與一週期閥值的差異輸出一邏輯訊號至該或閘的該第二輸入端；及一週期閥值調整器，用以調整該週期閥值，該週期閥值調整器的一第一端耦接於該第四比較器，該週期閥值調整器的一第二端耦接於地。
  27. 如請求項26所述之控制器，其中該週期閥值調整器包含一電阻。
  28. 如請求項26所述之控制器，另包含一致能開關模組，用以根據該負載電阻的大小控制該二次側開關是否致能。
  29. 如請求項28所述之控制器，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源，該第三比較器的一輸出端耦接於該開關關閉持續器的一設定輸入端和該時間記錄器的一輸入端；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接該第三比較器的該輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  30. 如請求項29所述之控制器，其中該負載偵測器包含一電容。
  31. 如請求項19所述之控制器，其中該或閘的一輸出端耦接該正反器的一重置輸入端。
  32. 如請求項19所述之控制器，其中該正反器係為一SR正反器。
  33. 一種可避免兩側開關同時開啟之返馳式整流系統，包含：一電能供應模組，包含：一穩壓裝置，用以穩定輸入該電源供應模組之電壓；一返馳式整流系統之一次側，耦接於該穩壓裝置；及一一次側開關，耦接於該穩壓裝置及該返馳式整流系統之一次側之間，用以控制該返馳式整流系統之一次側之磁通量的方向；一電能接收模組，包含：該返馳式整流系統之二次側，用以感應該返馳式整流系統之一次側傳來之電能；一二次側開關，耦接於該返馳式整流系統之二次側；及一控制器，包含：一開關開啟模組，用以開啟該二次側開關；一開關關閉模組，用以根據耦接於該電能接收模組之一負載電阻的大小控制該二次側開關之關閉；一正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據 該開關開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉；及一致能開關模組，用以根據該負載之阻抗的大小控制該二次側開關是否致能。
  34. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一正輸入端耦接於該二次側開關的一汲極，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接於該第三比較器的一輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  35. 如請求項34所述之返馳式整流系統，其中該負載偵測器包含一電容。
  36. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該開關開啟模組包含：一第二比較器，該第二比較器的一負輸入端耦接於該二次側開關的一汲極，該第二比較器的一正輸入端耦接於一第二電壓源； 一開關開啟持續器，該開關開啟持續器的一重設輸入端耦接該正反器的一正輸出端；一第二及閘，該第二及閘的一第一輸入端耦接該第二比較器的一輸出端，該第二及閘的一輸出端耦接該正反器的一訊號輸入端；及一開啟持續時間調整器，該開啟持續時間調整器的一第一端耦接於該開關開啟持續器，該開啟持續時間調整器的一第二端耦接於地。
  37. 如請求項36所述之返馳式整流系統，其中該開啟持續時間調整器包含一電阻。
  38. 如請求項37所述之返馳式整流系統，其中該開關關閉模組包含：一第一比較器，該第一比較器的一正輸入端耦接於該二次側開關的該汲極，該第一比較器的一負輸入端耦接於一第一電壓源；一開關關閉持續器，該開關關閉持續器的一輸出端耦接於該第二及閘的一第二輸入端，該開關關閉持續器的一重設輸入端耦接於該正反器的一反輸出端；及一第一及閘，該第一及閘的一第一輸入端耦接於該第一比較器的一輸出端，該第一及閘的一第二輸入端耦接於該開關開啟持續器的一輸出端，該第一及閘的一輸出端耦接於該正反器 之一重置輸入端。
  39. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該二次側開關係為一N型金氧半電晶體。
  40. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該正反器係為一SR正反器。
  41. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該穩壓裝置包含一電容。
  42. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該一次側開關係為一N型金氧半電晶體。
  43. 如請求項33所述之返馳式整流系統，其中該電能接收模組另包含一濾波器，耦接於該控制器、該二次側開關及該返馳式整流系統之二次側，用以過濾該電能接收模組之輸出電壓的雜訊。
  44. 一種可避免返馳式整流系統兩側開關同時開啟之控制器，包含：一開關開啟模組，用以開啟一二次側開關；一開關關閉模組，用以根據耦接於一電能接收模組之一負載電阻的大小控制該二次側開關之關閉；一正反器，耦接於該開關開啟模組及該或閘，用以根據該開關 開啟模組及該開關關閉模組之輸出訊號控制該二次側開關之開啟及關閉；及一致能開關模組，用以根據該負載之阻抗的大小控制該二次側開關是否致能。
  45. 如請求項44所述之控制器，其中該致能開關模組包含：一第三比較器，該第三比較器的一負輸入端耦接於一第三電壓源；及一負載偵測器，該負載偵測器的一輸入端耦接於該第三比較器的一輸出端，該負載偵測器用以於該負載電阻很小時，輸出一非致能訊號以將該開關開啟模組、該開關關閉模組及該正反器非致能。
  46. 如請求項45所述之控制器，其中該負載偵測器包含一電容。
  47. 如請求項44所述之控制器，其中該開關開啟模組包含：一第二比較器，該第二比較器的一正輸入端耦接於一第二電壓源；一開關開啟持續器，該開關開啟持續器的一重設輸入端耦接該正反器的一正輸出端；一第二及閘，該第二及閘的一第一輸入端耦接該第二比較器的一輸出端，該第二及閘的一輸出端耦接該正反器的一訊號輸入端；及 一開啟持續時間調整器，該開啟持續時間調整器的一第一端耦接於該開關開啟持續器，該開啟持續時間調整器的一第二端耦接於地。
  48. 如請求項47所述之控制器，其中該開啟持續時間調整器包含一電阻。
  49. 如請求項48所述之控制器，其中該開關關閉模組包含：一第一比較器，該第一比較器的一負輸入端耦接於一第一電壓源；一開關關閉持續器，該開關關閉持續器的一輸出端耦接於該第二及閘的一第二輸入端，該開關關閉持續器的一重設輸入端耦接於該正反器的一反輸出端；及一第一及閘，該第一及閘的一第一輸入端耦接於該第一比較器的一輸出端，該第一及閘的一第二輸入端耦接於該開關開啟持續器的一輸出端，該第一及閘的一輸出端耦接於該正反器之一重置輸入端。
  50. 如請求項44所述之控制器，其中該正反器係為一SR正反器。
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