TWI436571B - 控制電路以及同步整流電路 - Google Patents

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TWI436571B TW100124406A TW100124406A TWI436571B TW I436571 B TWI436571 B TW I436571B TW 100124406 A TW100124406 A TW 100124406A TW 100124406 A TW100124406 A TW 100124406A TW I436571 B TWI436571 B TW I436571B
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Chien Chun Huang
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Description

控制電路以及同步整流電路
本發明係有關於一種功率轉換器，特別是有關於一種功率轉換器之同步整流電路。
現今的同步整流控制器被廣泛地使用以全然地取代整流器，藉此降低功率消耗取代。習知同步整流控制器係設置於功率轉換器之二次側的低端(low-side)。因此，同步整流控制器之接地端耦接功率轉換器之二次側的另一接地端。然而，習知同步整流電路之缺點是，由於功率轉換器之二次側的接地切換操作所導致之切換損失以及電磁波干擾(electro-magnetic Interference，EMI)問題。
本發明提供一種控制電路，適用於切換功率轉換器。此控制電路配置於切換功率轉換器之二次側與切換功率轉換器之輸出端之間以控制切換裝置。控制電路包括線性預測電路、重置電路、充電/放電電路、以及脈寬調變電路。線性預測電路接收來自二次側之線性預測信號以產生充電信號。重置電路接收重置信號以產生放電信號。充電/放電電路接收充電信號以及放電信號以產生斜坡信號。脈寬調變電路接收線性預測信號以致能切換信號，以及接收斜坡信號以重置切換信號。
本發明另提供一種同步整流電路，適用於功率轉換器。此同步整流電路包括功率切換裝置、二極體、以及控制電路。功率切換裝置耦接於切換功率轉換器之二次側與切換功率轉換器之輸出端之間，以進行整流。二極體與功率切換裝置並聯。控制電路配置於切換功率轉換器之二次側與切換功率轉換器之輸出端之間。控制電路接收線性預測信號以及斜坡信號以導通/關閉功率切換裝置。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係表示根據本發明實施例之切換功率轉換器。變壓器T1 耦接於切換功率轉換器之未經調整輸入電壓VIN 以及輸出電壓VO 之間。如第1圖所示，變壓器T1 包括主線圈NP 、以及兩次線圈NS1 與NS2 。功率開關Q1 耦接在變壓器T1 輸出端之主線圈NP ，以調整由未經調整輸入電壓VIN 至輸出電壓VO 的能量轉移。功率開關Q1 接收切換信號VG ，以控制功率開關Q1 之切換。電阻器25耦接於功率開關Q1 與變壓器T1 之一次側的接地端之間。同步整流電路30耦接於變壓器T1 之次線圈NS1 之高端(high-side)與輸出電壓VO 之間。
同步整流電路30包括切換控制器100，其作為切換功率轉換器之控制電路。切換控制器100產生一脈寬調變(pulse width modulation，PWM)信號VG2 ，其作為控制功率電晶體Q2 之切換信號，其中，功率電晶體Q2 作為切換功率轉換器之功率切換裝置。二極體40與功率電晶體Q2 並聯，其中，二極體40為一寄生二極體。切換控制器100包括電壓端VDD、線性預測端LPC、重置端RES、接地端GND、以及控制端GATE。功率端VDD耦接次線圈NS1 以透過二極體45與電容器C6 接收經整流電壓源。電阻器R1 與R2 串聯於電容器C6 與變壓器T1 之二次側的接地端之間，且線性預測信號VLPC 產生於電阻器R1 與R2 之間的共通接點。電阻器R3 與R4 彼此串聯，並一起並聯於功率電晶體Q2 。重置信號VRES 產生於電阻器R3 與R4 之間的共通接點。線性預測端LPC接收線性預測信號VLPC 以進行充電，且重置端RES接收重置信號VSET 以進行重置。控制端GATE產生PWM信號VG2 ，以控制功率電晶體Q2 。
第2A及2B圖係表示根據本發明實施例之切換控制器100。切換控制器100包括線性預測電路101、重置電路103、PWM電路107、以及充電/放電電路。線性預測電路101包括取樣-維持電路102以及電壓-電流轉換器(V/I)106。重置電路103包括取樣-維持電路104以及電壓-電流轉換器(V/I)105。充電/放電電路包括電容器C3 以及開關SW4 。PWM電路107包括SR正反器112、反向器113、以及比較器108與110。
線性預測電路101接收線性預測信號VLPC ，以透過取樣-維持操作來對電容器C3 充電。線性預測電路101包括取樣-維持電路102以及電壓-電流轉換器(V/I)106。線性預測電路101之取樣-維持電路102接收線性預測信號VLPC ，以在線性預測信號VLPC 之上升緣取樣，且接著在線性預測信號VLPC 之下降緣維持取樣信號VSL (顯示於第3圖)以產生維持信號VHL (顯示於第3圖)。電壓-電流轉換器(V/I)106根據維持信號VHL 來產生充電電流(也稱為充電信號)I3 。
重置電路103包括取樣-維持電路104以及電壓-電流轉換器(V/I)105。重置電路103接收重置信號VRES 以產生放電信號來透過充電/放電電路對PWM電路107進行重置。取樣-維持電路104接收重置信號VRES ，以在重置信號VRES 之上升緣取樣，且接著在重置信號VRES 之下降緣維持取樣結果(顯示於第5圖之取樣信號VSR )以產生維持信號VHR (顯示於第5圖)。電壓-電流轉換器(V/I)105根據維持信號VHR 來產生放電電流(也稱為放電信號)IDIS ，以透過充電/放電電路對PWM電路107進行重置。
放電/充電電路包括串聯之電容器C3 以及開關SW4 ，以接收充電電流I3 且透過開關SW4 來接收放電電流IDIS 。電容器C3 接收充電電流I3 以進行充電，且當如第2B圖所示開關SW4 導通時，放電電流IDIS 透過開關SW4 而產生自電壓-電流轉換器(V/I)105。因此，根據充電電流I3 以及放電電流IDIS 而在電容器C3 與開關SW4 之間的共通接點上產生斜坡信號VCT 。
SR正反器112、反向器113、以及比較器108與110組成PWM電路107，以根據線性預測信號VLPC 以及斜坡信號VCT 而在SR正反器112之輸出端Q上產生PWM信號VG2 。SR正反器112之設定端S係由比較器108之輸出所控制。比較器108接收線性預測信號VLPC 以及第一臨界值VTH1 以進行比較操作。SR正反器112之重置端R受控於比較器110之輸出。比較器110接收斜坡信號VCT 以及第二臨界值VTH2 以進行比較操作。比較器108根據其比較結果產生致能信號EN 。反向器113接收致能信號EN 且產生反向致能信號ENB。
第3圖係表示根據本發明實施例之取樣-維持電路102。緩衝器201、開關202、電容器C1 形成取樣電路，而另一開關203與電容器C2 形成維持電路。線性預測信號VLPC 分別透過脈衝產生電路204以及205產生第一信號S1 以及第二信號S2 ，用以控制開關202以及203。第一信號S1 透過脈衝產生電路204以根據線性預測信號VLPC 之上升緣而被致能。第二信號S2 透過脈衝產生電路205以根據線性預測信號VLPC 之下降緣而被致能。取樣信號VSL 透過開關202以根據線性預測信號VLPC 之上升緣而產生。維持信號VHL 根據線性預測信號VLPC 之下降緣而產生於電容器C2 。維持信號VHL 係相關於線性預測信號VLPC 之高位準。
第4圖係表示根據本發明實施例之電壓-電流轉換器(V/I)106，其中，操作放大器210、電晶體211、以及電阻器212形成電壓轉電流電路，以根據維持信號VHL 來產生電流I212 。電晶體213、214、215、216、以及217形成電流鏡，以根據電流I212 產生電流I214 、I215 、以及I3 。充電電流I3 與電流I212 成比例。充電電流I3 耦接電容器C3 以進行充電。
第5圖係表示根據本發明實施例之取樣-維持電路104。緩衝器301、開關302、電容器C4 形成取樣電路，而另一開關303與電容器C5 形成維持電路。重置信號VRES 用來產生第一信號S3 以及第二信號S4 ，以分別透過脈衝產生電路304以及305來控制開關302以及303。第一信號S3 透過脈衝產生電路304以根據重置信號VRES 之上升緣而被致能。第二信號S4 透過脈衝產生電路305以根據重置信號VRES 之下降緣而被致能。取樣信號VSR 透過開關302以根據重置信號VRES 之上升緣而產生。維持信號VHR 因此根據重置信號VRES 之下降緣而產生於電容器C5 。維持信號VHR 係有關於重置信號VRES 之高位準。
第6圖係表示根據本發明實施例之電壓-電流轉換器(V/I)105，其中，操作放大器310、電晶體311、以及電阻器312形成電壓轉電流電路，以根據維持信號VHR 來產生電流I311 。電晶體313與314形成一電流鏡，以根據電流I311 產生電流I314 。電晶體315與316形成另一電流鏡，以根據電流I314 以及來自取電壓-電流轉換器106之I214 來產生放電IDIS ，因此放電電流IDIS 可表示為IDIS =I314 -I214 。
根據上述說明且參閱第4至6圖，電流I314 係鏡射於電流I311 ，且電流I311 係代表重置信號VRES 。電流I214 係鏡射於電流I212 ，且電流I212 係代表線性預測信號VLPC 。因此，放電電流IDIS 表示重置置信號VRES 與線性預測信號VLPC 之間的差。
第7圖係表示高端同步整流電路之主要信號波形圖。實際操作時，參閱第2A至6圖，當切換信號VG 被致能時，二極體45與40關閉(逆向偏壓)。線性預測信號VLPC 之電壓為高位準，其可表示為，且PWM信號VG2 根據線性預測信號VLPC 之高位準而同時處於禁能狀態。功率電晶體Q2 關閉。當切換信號VG 禁能時，二極體45與40導通(正向偏壓)。PWM信號VG2 根據線性預測信號VLPC 之低位準而處於致能狀態。斜坡信號VCT 根據重置置信號VRES 與線性預測信號VLPC 之間的差而放電。一旦斜坡信號VCT 之電壓低於第二臨界值VTH2 時，PWM信號VG2 被禁能。
綜上所述，切換控制器可配置於切換功率轉換器之二次側的高端。因此，切換控制器之接地端不再需要耦接切換功率轉換器之二次側的低端接地，而是耦接高端線圈之相對低電壓。因此，可解決因為功率轉換器之二次側的接地切換操作所導致之切換損失以及電磁波干擾(electro-magnetic Interference，EMI)問題。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
第1圖：
25．．．電阻器
30．．．同步整流電路
40、45．．．二極體
100．．．切換控制器
C6 ．．．電容器
GATE．．．控制端
GND．．．接地端
NP ．．．主線圈
NS1 、NS2 ．．．次線圈
Q1 ．．．功率開關
Q2 ．．．功率電晶體(功率切換裝置)
R1 、R2 、R3 、R4 ．．．電阻器
RES．．．重置端
LPC．．．線性預測端
T1 ．．．變壓器
VIN ．．．未經調整輸入電壓
VG ．．．切換信號
VG2 ．．．脈寬調變信號(切換信號)
VLPC ．．．線性預測信號
VO ．．．輸出電壓
VRES ．．．重置信號
VDD．．．電壓端
第2A、2B圖：
100．．．切換控制器
101．．．線性預測電路
102．．．取樣-維持電路
103．．．重置電路
104．．．取樣-維持電路
105、106．．．電壓-電流轉換器(V/I)
107．．．PWM電路
112．．．SR正反器
113．．．反向器
108、110．．．比較器
C3 ．．．電容器
EN ．．．致能信號
ENB．．．反向致能信號
GATE．．．控制端
GND．．．接地端
I3 ．．．充電電流
IDIS ．．．放電電流
LPC．．．線性預測端
RES．．．重置端
SW4 ．．．開關
VCT ．．．斜坡信號
VG2 ．．．脈寬調變信號(切換信號)
VLPC ．．．線性預測信號
VRES ．．．重置信號
VTH1 ．．．第一臨界值
VTH2 ．．．第二臨界值
第3圖：
102．．．取樣-維持電路
201．．．緩衝器
202、203．．．開關
204、205．．．脈衝產生電路
C1 、C2 ．．．電容器
S1 ．．．第一信號
S2 ．．．第二信號
VHL ．．．維持信號
VLPC ．．．線性預測信號
VSL ．．．取樣信號
第4圖
106．．．電壓-電流轉換器(V/I)
210．．．操作放大器
211．．．電晶體
212‧‧‧電阻器
213、214、215、216、217‧‧‧電晶體
I3 ‧‧‧充電電流
I212 、I214 、I215 ‧‧‧電流
VHL ‧‧‧維持信號
第5圖
104‧‧‧取樣-維持電路
301‧‧‧緩衝器
302、303‧‧‧開關
304、305‧‧‧脈衝產生電路
C4 、C5 ‧‧‧電容器
S3 ‧‧‧第一信號
S4 ‧‧‧第二信號
VHR ‧‧‧維持信號
VRES ‧‧‧重置信號
VSR ‧‧‧取樣信號
第6圖
105‧‧‧電壓-電流轉換器(V/I)
310‧‧‧操作放大器
311‧‧‧電晶體
312‧‧‧電阻器
313、314、315、316‧‧‧電晶體
I214 、I311 、I314 ‧‧‧電流
IDS ‧‧‧放電電流
VHR ‧‧‧維持信號
第7圖：
VCT ‧‧‧斜坡信號
VG ‧‧‧切換信號
VG2 ‧‧‧脈寬調變信號(切換信號)
VLPC ‧‧‧線性預測信號
VRES ‧‧‧重置信號
第1圖表示根據本發明實施例之切換功率轉換器；
第2A及2B圖表示根據本發明實施例，在第1圖中切換功率轉換器之切換控制器；
第3圖表示表示根據本發明實施例，在第2A及2B圖中線性預測電路之取樣-維持電路；
第4圖表示表示根據本發明實施例，在第2A及2B圖中線性預測電路之電壓-電流轉換器；
第5圖表示表示根據本發明實施例，在第2A及2B圖中重置電路之取樣-維持電路；
第6圖表示表示根據本發明實施例，在第2A及2B圖中重置電路之電壓-電流轉換器；以及
第7圖表示在第1圖中切換功率轉換器之高端同步整流電路之主要信號波形圖。
25．．．電阻器
30．．．同步整流電路
40、45．．．二極體
100．．．切換控制器
C6 ．．．電容器
GATE．．．控制端
GND．．．接地端
NP ．．．主線圈
NS1 、NS2 ．．．次線圈
Q1 ．．．功率開關
Q2 ．．．功率電晶體(功率切換裝置)
R1 、R2 、R3 、R4 ．．．電阻器
RES．．．重置端
LPC．．．線性預測端
T1 ．．．變壓器
VIN ．．．未經調整輸入電壓
VG ．．．切換信號
VG2 ．．．脈寬調變信號(切換信號)
VLPC ．．．線性預測信號
VO ．．．輸出電壓
VRES ．．．重置信號
VDD．．．電壓端

Claims (8)

  1. 一種控制電路，適用於一切換功率轉換器，該控制電路配置於該切換功率轉換器之一二次側與該切換功率轉換器之一輸出端之間以控制一切換裝置，該控制電路包括：一線性預測電路，接收來自該二次側之一線性預測信號以產生一充電信號；一重置電路，接收一重置信號以產生一放電信號；一充電/放電電路，接收該充電信號以及該放電信號以產生一斜坡信號；以及一脈寬調變電路，接收該線性預測信號以致能一切換信號，以及接收該斜坡信號以重置該切換信號；其中，該線性預測電路包括：一取樣-維持電路，接收該線性預測信號，且根據該線性預測信號產生一維持信號；以及一電壓-電流轉換器，接收該維持信號，且根據該維持電路產生該充電信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，該重置電路包括：一取樣-維持電路，接收該重置信號，且根據該重置信號產生一維持信號；以及一電壓-電流轉換器，接收該維持信號，且根據該維持電路產生該放電信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，該充電/放電電路包括：一電容器，接收該放電信號，且由該放電信號進行充 電；以及一開關，與該電容器串聯，且接收該放電信號；其中，該斜坡信號根據該充電信號與該放電信號而產生於該電容器與該開關之間的共通接點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中，該脈寬調變電路包括：一SR正反器，根據該線性預測信號以及該斜坡信號產生該切換信號；一第一比較器，接收該線性預測信號以及一第一臨界值以進行比較；以及一第二比較器，接收該斜坡信號以及一第二臨界值以進行比較；其中，該SR正反器之設定端由該第一比較器之輸出所控制，且該SR正反器之重置端由該第二比較器之輸出所控制。
  5. 一種同步整流電路，適用於一功率轉換器，包括：一功率切換裝置，耦接於該切換功率轉換器之一二次側與該切換功率轉換器之一輸出端之間，以進行整流；一二極體，與該功率切換裝置並聯；以及一控制電路，配置於該切換功率轉換器之該二次側與該切換功率轉換器之該輸出端之間，其中，該控制電路接收一線性預測信號以及一斜坡信號以導通/關閉該功率切換裝置；其中，該控制電路包括：一線性預測電路，接收來自該二次側之該線性預 測信號以產生一充電信號；一重置電路，接收一重置信號以產生一放電信號；一充電/放電電路，接收該充電信號以及該放電信號以產生該斜坡信號；以及一脈寬調變電路，接收該線性預測信號以致能一切換信號，以及接收該斜坡信號以重置該切換信號；其中，該線性預測電路包括：一取樣-維持電路，接收該線性預測信號，且根據該線性預測信號產生一維持信號；以及一電壓-電流轉換器，接收該維持信號電路，且根據該維持電路產生該充電信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之同步整流電路，其中，該重置電路包括：一取樣-維持電路，接收該重置信號，且根據該重置信號產生一維持信號；以及一電壓-電流轉換器，接收該維持信號，且根據該維持電路產生該放電信號。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之同步整流電路，其中，該充電/放電電路包括：一電容器，接收該放電信號，且由該放電信號進行充電；以及一開關，與該電容器串聯，且接收該放電信號；其中，該斜坡信號根據該充電信號與該放電信號而產生於該電容器與該開關之間的共通接點。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之同步整流電路，其中， 該脈寬調變電路包括：一SR正反器，根據該線性預測信號以及該斜坡信號產生該切換信號；一第一比較器，接收該線性預測信號以及一第一臨界值以進行比較；以及一第二比較器，接收該斜坡信號以及一第二臨界值以進行比較；其中，該SR正反器之設定端由該第一比較器之輸出所控制，且該SR正反器之重置端由該第二比較器之輸出所控制。
TW100124406A 2010-08-04 2011-07-11 控制電路以及同步整流電路 TWI436571B (zh)

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