TWI448064B - 智能驅動電路、同步整流管驅動電路以及返馳式轉換器驅動方法 - Google Patents

智能驅動電路、同步整流管驅動電路以及返馳式轉換器驅動方法 Download PDF

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Description

智能驅動電路、同步整流管驅動電路以及返馳式轉換器驅動方法
本發明係有關返馳式轉換器，更具體的說是有關採用同步整流技術的返馳式轉換器。
大部分的筆記型電源轉接器採用返馳式轉換器結構，如圖1所示。為了提高效率，大多數的筆記型電源轉接器生產商均使用同步整流器(SR)來取代一般的整流二極體，換句話說，即在圖1所示的返馳式轉換器中，用同步整流場效應電晶體(FET)來代替變壓器T的次級繞組T1側的二極體D。然而，用SR代替整流二極體的主要缺點是成本較高，這與需要跨越隔離裝置(諸如，變壓器)而傳送相關控制信號有關。
在一些現有技術系統中，控制信號可以由同步整流器上的電壓信號而被導生出來，而不再跨越隔離裝置來傳送控制信號。這樣做的一個問題是：相比動態電壓變化範圍(幾十伏)，同步整流器上的電壓信號(幾毫伏)非常小。為了避免誤觸發，常常會犧牲其帶寬，這將導致關斷時間延長，效率降低。
在一些解決方案中，常使用跨導放大器來延遲同步整流的開通，這可以解決誤觸發的問題。但是，在連續導通模式(CCM)下，採用跨導放大器來延遲同步整流器的開通的方法是無效的，同時，跨導放大器還將會帶來關斷減 緩的問題，這將導致更多的開關損耗。
因此，急需一個快速關斷同步整流器進而減小開關損耗的解決方案，並且，此方案可以用在任何類型的返馳式轉換器上(諸如，連續導通模式(CCM)、非連續導通模式(DCM)、准諧振模式的返馳式轉換器)。
針對現有返馳式轉換器同步整流驅動技術中的一個或多個問題，本發明提供一種返馳式轉換器同步整流的智慧驅動方法和裝置。
本發明提出一種用以驅動同步整流器的驅動電路，包括跨導放大器和比較器。跨導放大器第一輸入端連接第一直流偏電壓，第二輸入端連接同步整流器的汲極，輸出端連接同步整流器的閘極；比較器第一輸入端連接第二直流偏電壓，第二輸入端連接同步整流器的汲極，輸出端透過一個開關連接同步整流器的閘極。
根據本發明的實施例，所述同步整流器的導通係根據同步整流器的寄生二極體的導通狀態來予以決定；而當同步整流器被導通後，所述寄生二極體被關斷。
根據本發明的實施例，如果所述同步整流器的汲極信號緩慢上升，則跨導放大器將輸出低位準來關斷同步整流器；如果所述同步整流器的汲極信號急速上升，則比較器將輸出高位準，並透過所述開關來關斷同步整流器。
根據本發明的實施例，所述第一直流偏電壓與第二直 流偏電壓之間具有電壓差。
根據本發明的實施例，如果所述比較器輸出為高位準，則所述開關被導通；如果所述比較器輸出為低位準，則所述開關被關斷。
本發明還提出一種智慧驅動器，包括跨導放大器和比較器。跨導放大器用以放大同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號，同時用放大信號來控制同步整流器；比較器用以比較同步整流器的汲極信號與第二直流偏電壓之間的大小，並輸出一個比較信號，同時用比較信號來控制同步整流器。
本發明還提出一種返馳式轉換器的驅動方法，該驅動方法包括放大返馳式轉換器中之同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號，同時用該放大信號來控制所述同步整流器；以及比較所述同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓並輸出一個比較信號，同時用該比較信號來控制所述同步整流器。
根據本發明的實施例，所述驅動方法更具體地包括：提供同步整流器的汲極信號至跨導放大器的第一輸入端和提供第一直流偏電壓至跨導放大器的第二輸入端，透過跨導放大器放大返馳式轉換器中之同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號；將跨導放大器輸出的所述放大信號傳送至同步整流器的閘極，以控制所述同步整流器；提供同步整流器的汲極信號至比較器的第一輸入端和提供第二直流偏電壓至放大器的第二 輸入端，透過比較器來比較所述同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓並輸出一個比較信號；將比較器輸出的所述比較信號透過一個開關傳送至同步整流器的閘極，以控制所述同步整流器。
本發明還提出一種智慧驅動器，其包括：第一裝置，用以透過放大同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值來控制同步整流器；第二裝置，用以透過比較同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓來控制同步整流器。其中，第一裝置在同步整流器的汲極信號為負值時將同步整流器導通，並在同步整流器的汲極信號緩慢上升時將同步整流器關斷；第二裝置在同步整流器的汲極信號急速上升時將同步整流器管關斷。
本發明還提出又一種返馳式轉換器的驅動方法，包括：當同步整流器的汲極信號為負值時，導通同步整流器；當所述汲極信號增大時，關斷同步整流器。
和現有技術相比，本發明可快速關斷同步整流器進而減小開關損耗，並且可以用在任何一種操作模式的返馳式轉換器上。
本發明將在下文中結合附圖而進行全面描述。雖然本發明結合實施例進行闡述，但應理解為這並非意指將本發明限定於這些實施例中，相反地，本發明意在涵蓋由所附加之申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的 各種替換、修改和等同變換。此外，在下面對本發明的詳細描述中，為了更好的理解本發明，闡述了大量的細節。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在其他的一些實施例中，為了便於凸顯本發明的主旨，對於大家熟知的方案、流程、元件裝置以及電路未作詳細的描述。
參考圖2，電路100中，使用跨導放大器U0來開通同步整流器M1，使用比較器U1來關斷同步整流器M1。如圖2所示，電路100包括跨導放大器U0，其同相端接收第一直流偏電壓V1，反相端接收信號VD，其中，信號VD是同步整流器M1的汲極信號；以及比較器U1，其同相端接收汲極信號VD，反相端接收第二直流偏電壓V2。
跨導放大器U0的輸出端係直接連接到同步整流器M1的閘極，比較器U1的輸出端透過一個內部開關S1而被連接到同步整流器M1的閘極。當比較器U1的輸出為高位準時，內部開關S1導通，同步整流器M1的閘極電壓為低位準。當比較器U1輸出為低位準時，內部開關S1關斷，同步整流器M1的閘極電壓係由跨導放大器U0的輸出來予以決定。二極體D1為同步整流器M1的寄生體二極體，用以在該體二極體D1導通期間，將汲極信號VD電壓鉗位在一個負值，例如，-0.7V。
在操作過程中，如果返馳式轉換器操作在連續導通模式下，當返馳式轉換器之初級繞組T0側的主電晶體被關斷時，二極體D1立刻導通，使得汲極信號VD變為負值， 例如，-0.7V。因此，跨導放大器U0的輸出，亦即，VG信號，將逐漸增大，當VG升高到同步整流器M1的開通閥值時，同步整流器M1導通，二極體D1關斷。
當返馳式轉換器中變壓器之初級繞組T0側的主電晶體被導通時，次級繞組T1的感應電壓使汲極信號VD快速跳變高位準，使得跨導放大器U0的輸出信號(亦即，VG信號)為低位準。此時汲極信號VD的值大於第二直流偏電壓V2，比較器U1輸出高位準信號，將內部開關S1導通，並將VG信號拉低，同步整流器M1被快速關斷。
如果返馳式轉換器係操作在非連續導通模式或准諧振模式下，當返馳式轉換器中變壓器之初級繞組T0側的主電晶體關斷時，電路100的操作原理和連續導通模式下的操作原理一致。但是，當返馳式轉換器中變壓器之初級繞組T0側的主電晶體被導通時，因操作於非連續導通模式或准諧振模式，汲極信號VD並非快速跳變而是緩慢上升後直到大於第一直流偏電壓V1為止，此時，跨導放大器U0將使信號VG變為低位準，比較器U1不再控制VG，在這種情況下，依然會關斷同步整流器M1。
透過設置一個死區，以避免跨導放大器U0和比較器U1互相抵制，該死區為第一直流偏電壓V1與第二直流偏電壓V2之間的電壓差。當汲極信號VD跌到低於第一直流偏電壓V1，跨導放大器U0透過調節VG而使得汲極信號VD值保持在第一直流偏電壓V1。如果汲極信號VD變化太快，則跨導放大器U0不能使汲極信號VD保持在第一直流 偏電壓V1，汲極信號VD將上升，並在某個時刻到達第二直流偏電壓V2。在這種情況下，比較器U1將導通內部開關S1，迅速拉低VG，進而關斷同步整流器M1，從而不再有電流流過，防止了同步整流器M1被擊穿。
針對上面的發明技術，可能會有很多改進和變換例。因此必須明白，在本發明之申請專利範圍內可以使用其他具體方法來實施本發明的功能。當然，先前的描述只是本發明的一個最佳實施例，在不背離其發明實質和申請專利範圍的範疇，其他改進例同樣可以實現這樣的功能。
100‧‧‧電路
M1‧‧‧同步整流器
U1‧‧‧比較器
U0‧‧‧跨導放大器
D1‧‧‧二極體
S1‧‧‧內部開關
T0‧‧‧初級繞組
T1‧‧‧次級繞組
附圖作為說明書的一部分，對本發明實施例進行說明，並與實施例一起對本發明的原理進行解釋。
圖1所示為一個返馳式轉換器方塊圖。
圖2所示電路100是本發明的一個具體實施例，包括開通一個同步整流器的跨導放大器和關斷一個同步整流器的比較器。
100‧‧‧電路
M1‧‧‧同步整流器
U1‧‧‧比較器
U0‧‧‧跨導放大器
D1‧‧‧二極體
S1‧‧‧內部開關
V1‧‧‧第一直流偏電壓
V2‧‧‧第二直流偏電壓
VG‧‧‧信號
VD‧‧‧汲極信號

Claims (27)

  1. 一種用以驅動同步整流器的驅動電路，包括：跨導放大器，其第一輸入端耦接第一直流偏電壓，第二輸入端耦接同步整流器的汲極，輸出端耦接該同步整流器的閘極；以及比較器，其第一輸入端耦接第二直流偏電壓，第二輸入端耦接同步整流器的汲極，輸出端透過一個開關而耦接該同步整流器的閘極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中，該同步整流器的導通係根據該同步整流器的寄生二極體的導通狀態來予以決定；而當該同步整流器導通後，該寄生二極體被關斷。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中，如果該同步整流器的汲極信號緩慢上升，則該跨導放大器將輸出低位準以關斷該同步整流器；以及如果該同步整流器的汲極信號急速上升，則該比較器將輸出高位準，並透過該開關來關斷該同步整流器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中，該第一直流偏電壓和該第二直流偏電壓之間具有電壓差。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中，如果該比較器輸出為高位準，則該開關被導通；如果該比較器輸出為低位準，則該開關被關斷。
  6. 一種智慧驅動器，包括：跨導放大器，用以放大同步整流器的汲極信號和第一 直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號，同時用該放大信號來控制該同步整流器；以及比較器，用以比較該同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓並輸出一個比較信號，同時用該比較信號來控制該同步整流器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的智慧驅動器，其中，該比較器透過一個開關來控制該同步整流器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的智慧驅動器，其中，該同步整流器包含一個寄生二極體，當該寄生二極體導通時，該同步整流器的汲極信號為負值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的智慧驅動器，其中，該同步整流器的導通係根據該寄生二極體的導通狀態來予以決定；以及在該同步整流器被導通之後，該寄生二極體被關斷。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的智慧驅動器，其中，如果該同步整流器的汲極信號緩慢上升，則該放大信號關斷該同步整流器；以及如果該同步整流器的汲極信號急速上升，則該比較信號透過該開關而關斷該同步整流器。
  11. 如申請專利範圍第6項所述的智慧驅動器，其中，該第一直流偏電壓和該第二直流偏電壓之間具有電壓差。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的智慧驅動器，其中，如果該比較信號為高位準，則該開關被導通；如果該比較信號為低位準，則該開關被關斷。
  13. 一種返馳式轉換器的驅動方法，包括：放大該返馳式轉換器中之同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號，同時用該放大信號來控制該同步整流器；以及比較該同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓並輸出一個比較信號，同時用該比較信號來控制該同步整流器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中，提供該同步整流器的汲極信號至跨導放大器的第一輸入端和提供該第一直流偏電壓至該跨導放大器的第二輸入端，透過該跨導放大器來放大該返馳式轉換器中之該同步整流器的汲極信號和該第一直流偏電壓之間的差值，並輸出一個放大信號；將該跨導放大器輸出的該放大信號傳送至該同步整流器的閘極，以控制該同步整流器；提供該同步整流器的汲極信號至該比較器的第一輸入端和提供該第二直流偏電壓至該放大器的第二輸入端，透過該比較器來比較該同步整流器的汲極信號和該第二直流偏電壓並輸出一個比較信號；將該比較器所輸出的該比較信號透過一個開關而傳送 至該同步整流器的閘極，以控制該同步整流器。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，進一步包括：將該同步整流器的源極耦合到一個低參考位準。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，該同步整流器包括一個寄生二極體，當該寄生二極體被導通時，該同步整流器的汲極信號為負值。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中，該同步整流器的導通係由該寄生二極體的導通狀態來予以決定；以及當該同步整流器被導通之後，該寄生二極體被關斷。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，進一步包括：如果該同步整流器的汲極信號緩慢上升，則由該跨導放大器的輸出來關斷該同步整流器；以及如果該同步整流器的汲極信號急速上升，則由該比較器的輸出來關斷該同步整流器。
  19. 一種智慧驅動器，包括第一裝置，用以透過放大同步整流器的汲極信號與第一直流偏電壓之間的差值來控制該同步整流器；第二裝置，用以透過比較該同步整流器的汲極信號和第二直流偏電壓來控制該同步整流器；其中，該第一裝置在該同步整流器的汲極信號為負值時將該同步整流器導通，並在該同步整流器的汲極信號緩 慢上升時將該同步整流器關斷；該第二裝置在該同步整流器的汲極信號急速上升時將該同步整流器關斷。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的智慧驅動器，其中，該第二裝置透過一個開關來關斷該同步整流器。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的智慧驅動器，其中，該第一直流偏電壓與該第二直流偏電壓之間具有電壓差。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的智慧驅動器，其中，該同步整流器包含一個寄生二極體，當該寄生二極體被導通時，該同步整流器的汲極信號為負值；當該同步整流器被導通時，該寄生二極體被關斷。
  23. 一種返馳式轉換器的驅動方法，包括：當同步整流器的汲極信號為負值時，導通該同步整流器；以及當該汲極信號增大時，關斷該同步整流器。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中，當該汲極信號增加緩慢時，透過跨導放大器來關斷該同步整流器；以及當該汲極信號急速增加時，透過比較器來關斷該同步整流器。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中，該比較器透過一個電晶體來關斷該同步整流器。
  26. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中，進 一步包括：藉由該跨導放大器來比較該汲極信號和第一直流偏電壓；以及藉由該比較器來比較該汲極信號和第二直流偏電壓；其中該第一直流偏電壓與該第二直流偏電壓之間有壓差。
  27. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中，該同步整流器包含一個寄生二極體，當該寄生二極體被導通時，該汲極信號為負值；當該同步整流器被導通時，該寄生二極體被關斷。
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