TWM283432U - Synchronous rectification controller - Google Patents

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M283432 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 —變壓j作:種同步整流控制電路，尤指可控制 效率之：二：電流開關的休止時間、提高能量轉換 文半之種整流控制電路。 【先前技術】 _ 件 電轉換成各種不同電：：：:須有整流器來把交流市 揮功能。依其電路結構Γ使這些電子器材發 搞4 十 、不同，正〜态可分為線性式和切 換式兩種，簡單的線性式 容濾波器所組成，其優變壓器、二極體和電 雇故、π土r彳炎^疋電路簡單、穩定度高、暫態響 ^勤作°罪又㈤連波小、電磁干擾小。然而因其使用低 =乍之石夕鋼片變壓器’故體積大且重量重，轉換效率低 上广ΓΓ)以及不可做直流輸入都是線性式整流器的 如。為克服線性式整流器的這些缺點，故有切換式整流 為之發展’其優點是轉換效率高、空載時耗電小、重量輕、 做直流，入等等’故目前電源供應器的市場乃以利用切 矣式整流器的產品為主流。為因應各種不同的輸出功率， 切換式整流器更發展出下列幾種常用的整流電路之電路拓 樸cr〇P〇1〇gy)，分別是返驰式⑷咖⑴、順向式 (Forward)、全橋式（FullBHdge)、半橋式（HaifBHdge) 和推挽式（Push-Pull)等。 M283432 如第一圖所示，係習知的半橋式電路之示意圖，半橋 式電2包括一主變壓器、τι、連接前級電路提供的直流電源 之迅源螭B+、一波寬調變控制器pwmc、一隔離驅動變壓 為T2、直流阻隔電容CBL、兩個輸入濾波電容ci〇、Cl 1、

日黾双知黾阻此、兩個電流開關⑽、以以及設於該主變 壓杰T1二次侧之兩個輸出整流二極體D1、D2、一儲能電感 L1、一輸出濾波電容C1，與將輸出端OUTPUT訊號回饋至該 波寬調變控制器pwMC之一回授控制電路 Feedback-Control。上述半橋式電路中，該兩個電流開關 Q3 Q4係為N通道場效電晶體，且該波寬調變控制器pwi 產生高低脈波電壓準位控制訊號透過一隔離驅動變壓器丁2 可分別開啟/關閉該兩個電流開關Q3、Q4。所有圖示中的圓 點表示於控制訊號的正半週期中，對應各繞組感應電壓之 極性。於正半週期時，來自隔離驅動變壓器T2的控制訊號 使電流開關Q3保持開啟狀態，並使電流開關Q4保持關閉 狀怨，於負半週期時，來自隔離驅動變壓器T2的控制訊號 使電流開關Q4保持開啟狀態，並使電流開關⑽保持關閉 狀態。在半橋式電路運作中报重要的是，兩個電流開關q3、 Q4不可同時開啟，以避免導致跨越導通產生過大電流燒毀 電流開關，為確保此原則，波寬調變控制器PWMC會在正半 週期與負半週期之間的一麵勒口士 , 短暫呀間内，以控制訊號關閉兩 個電流開關Q3、Q4同時關閉、丄饥士 a 才關閉，這段時間一般稱為飛輪時間 (Fly Wheeling Time)，飛於B士叫七以人， 了门 I輪才間内的輸出能量由儲能電烕 L1經整流二極體Dl、D2迴啟裡4 / 以 β路釋放供應。由此可知，整

M283432 出整流迴路不管是正負半週或飛輪時間都必須流經整流二 極體D1或D2，整流二極體的壓降約在0. 4〜1. 0V之間，因 此在大電流輸出時產生很大的能量損失。習知的全橋式電 路以類似上述半橋式電路的方式運作，主要差別在於其一 次侧使用四個電流開關，故輸出功率可比半橋式電路大一 倍，然其於變壓器二次侧之設置係與半橋式電路完全相同。 【新型内容】 * 針對上述習用的整流電路能量轉換效率低的問題，本 創作之主要目的在於提供改進的一種同步整流控制電路， 以提高能量轉換效率，其利用整流電路中變壓器的二次側 產生之訊號，可控制整流電路中的低阻抗及低耗電的電流 ‘ 開關，如接合面場效電晶體（JFET)、金屬氧化物半導體場 • 效電晶體（MOSFET)等，以取代習知高耗電的二極體整流方 式，並適當調整及延長電流開關開啟的時間，同時避免正 φ 反兩相的電流開關同時開啟而導致跨越導通產生過大電流 燒毀電流開關，故能提高整流電路之能量轉換效率。此外， 本創作之一種同步整流控制電路可設一保護電路提供一低 壓鎖止電路中斷輸出功能，以於發生電源開啟或關閉瞬間 ' 電源電壓不足時，中斷所有輸出將整流電路之電流開關強 k * 制關閉，防止整流控制電路未達穩定工作電壓而輸出不穩 -定使電流開關動作異常。 為達成上述目的與功效，本創作之一種同步整流控制 電路，包括：一輸入單元，從一第一輸入端與一第二輸入 M283432 端分別輸入一第一輸入訊號與一第二輸入訊號，並產生一 第觸七α孔號與—第二觸發訊號；一延遲單元，根據該第 -㈣訊號與該第二觸發訊號，分別產生—第—延遲訊號 與-第二延遲訊號；一開關訊號單元，產生可分別控制至 少:電流開關之至少一開關訊號，其中，每一該開關訊號 ^週期3休止期，該休止期由該第一觸發訊號或該第 二觸發訊號之一個瞬時脈波送達該開關訊號單元時起始， 且於該第-延遲訊號或該第二延遲訊號之下—個瞬時脈波 送達開關訊號單元時終止’每一開關訊號於休止期内關閉 其控制的電流開關；一電源供應單元，提供該開關訊號單 元之操作電源，並輸出至少一參考電壓。 【實施方式】 第一圖係本創作之一種整流控制電路應用於半橋式電 路之-第-應用實_的示意圖’其中，該半橋式電路於 主文壓态τι之一次側HB1設置與第一圖所示之半橋式電路 -次側完全相同，主變壓器T1之二次側中係以一第一電流 開關Q1與-第二電流開關Q2取代第一圖中的兩個整流二 極體D2、D卜其餘亦與第一圖所示之半橋式電路二次側完 全相同m半橋式電路之主變壓器τι二次側產生 輸入本創作之—種同步整流㈣電路之輸人訊號。係經二 極體D3、D4後’分別藉串連接地之分壓電阻R3、以與w、 R2產生:第一輸入訊號VIN1與一第二輸入訊號刪。 如第二圖所示’上述本創作之一種同步整流控制電路 10 M283432 包括·一輸入單元1，其更包括設有一第一輸入端之一第一 限壓比較器2、設有一第二輸入端之一第二限壓比較器3、 一第一觸發器4與一第二觸發器5,該輸入單元丨從該第一 輸入端與該第二輸入端分別輸入該第一輸入訊號VIN1與該 第二輸入訊號VIN2，該第一限壓比較器2與該第二限壓比 較器3分別將該第一輸入訊號^則與該第二輸入訊號乂謂2

上限芩考電壓VR1和「取爹可.要壓VM作比較，於 超過該上限參考電壓VR1時產生高電位及低於該下限參考 电^ VR2日T產生低電位之輸出訊號，且該第—觸發器4與 该弟一觸發器5分別利用來自該第一限壓比較器2與該第 m較器3輸出訊號’產生後緣觸發之—第一觸發訊 號與-第二觸發訊號，該上限參考電壓聰可為2 5伏 =電Γ'Γ限參考電壓VR2可為"伏特或其他 第4心二觸發器5可產生後緣觸發訊 delay，係更包括具一休止 I遲早兀 制電路6、-第—移相哭71旧:心DTS之一休止時間控 哭7盥該第，、弟—移相器8，該第一移相 时’…亥弟—移相器8分別 訊號’並分別輸出一第一延遲訊號心弟-觸發 該休止時間控制電路 S 罐，且 二:二:號該第二延遲訊號= 制端-經，—至電源電 M283432 止時間分別為i〇〇ns/200ns/3〇〇ns; 一開關訊號單元9，可 f生分別控制兩個電流開關之兩個開關訊號，該開關訊號 早兀更包括-第一開關部10與一第二開關部u，該第一開 ，邛10 β又有一第一正反器12與一第一閘極驅動器，該 弟二開關：11設有一第二正反器14與一第二閘極驅動器 |5且°玄第一正反器12輸入第一觸發訊號與第一延遲訊 唬亚經δ亥第-閘極驅動器13輸出該兩個開關訊號之一第 ，關。fl#u ’更且該第二正反器14輸人該第二觸發訊號與 :;弟：延遲訊號，並經該第二閘極驅動器15輸出該兩個開 弟二開關訊號，其中，每—該兩個開關訊號之 一休止期，具體而言’該第-開關訊號之該休止 狀一以弟觸發訊號中一個瞬時脈波送達第一開關部卫0之 反Γ2輸入端R時起始’並於第一延遲訊號產生 :―個叫脈波送達第二開_ u 端S時终止，争日兮昝0日a 久口口 14輸入 ’『Λ 開關訊號之該休止期由該第二 =虎中—個瞬時脈波送達第二開關部U之第-正反 W輸入端R時起如，甘於楚 心乐一正反 於弟〜延遲訊號產 波运達弟—開關部10之第一正反器12輸入端 ^ 以使母一開關訊號於休 、、止 此資力“,击+ ㈣關閉其控制的電流開關’， 該半橋式電路巾之 開關Q1與該第二電流開關Q2, 止期為可變的，蓋由上述休止;"母—«訊號之{ 時間控制電路6改變休正時間來^仏卿配合該休』 μ，係提供該開關訊號單 =成，—電源供應單元 h虎早兀之麵作電源vcc，並提供參考電 12 M283432

艮電壓VR1以及下限電壓VR2。 則作之一種整流控制電路中， Π ’其根據該第一觸發訊號與 如第二圖所示，上述本創作之一 更包括一異常頻率保護電路，其 該第二觸發訊號將控制開關Q5強制將計時電容口放電了 此計時電容α之電壓與上阪參考電壓VR1(_般可為 伏特）比致使比Isca 20輸出高或低電位，計時電容CT之 電壓於正常工作頻率時低於上限電壓vri，而於低載電流非 連續模式工作時異常頻率發生之輸㈣斷（職灯_E)模 式，將使計時電容CT之電壓友认u咖&成、. '

， w…唧mm早元之輸出，具體而言， 該電源供應單元的低壓鎖止保護電路18係更包括輸出至該 異常頻率㈣電路Π之-低壓鎖止訊號·，且該異常頻 • …〜唧訊鈮早元之輸出，具體而古， 率保護電路17根據該低壓I貞止訊號輸出該致能訊號 • EN;更具體而言，上述本創作之一種同步整流控制電路中，

Under Vo 11age Lock Out) 18，其輸出該低壓鎖止訊號υν〇， 且低壓鎖止訊號_於操作電源、vcc輸出低於例如7伏特 •之一預没電壓時為咼電位，故可於操作電源VCC輸出低於 '該預設電墨時，使低壓鎖止訊號UV0經設於保護電路17之 一反或問19，使高電位之致能訊號EN轉為低電位，並因此 關閉閘極驅動器13、15之輸出，強制關閉由第一開關部1〇 與第二開關部11控制之該第一電流開關Q1與該第一電流 13 M283432 開關Q2之輸出。 上述本創作之一種同步整流控制電路中，該異常頻率 保護電路17，可避免異常發生在極輕載或無載的情況下產 生的不規律動作頻率（Burst Mode)發生能量倒灌異常現 象；其中，該電源供應單元16更包括一能量間隙穩壓器BG (Band Gap)，除了輸出該參考電壓VREF之外，更輪出一叶 時充電電壓vc，以提供設於保護電路17的計時電容充 電之一穩流源CS ;該穩流源CS提供如4〇微安培之穩定電 流使該計時電容CT充電，計時電容CT之非接地^端二丁 = 一控制開關Q5導通時放電，當動作週期間斷（BURST M〇DE) 發生時，若計時電容CT充電使超過非接地端ctt之電壓超 過一預設值，此預設值係由上限參考電壓VR1 (例如2· 5伏 特）決定，係於非接地端CTT之電壓超過該上限參考電壓 VR1 ’由比較态20經該反或閘19輸出低電位的致能訊號 EN，強制關閉由第一開關部1 〇與第二開關部11控制之該 • 第一電流開關則與該第一電流開關Q2之輸出，直至來自 該輸入單元1之該第一觸發訊號或第二觸發訊號之下一個 脈波產生’並經一或閘21使控制開關q5導通並使計時電 容CT放電’且非接地端ctt電壓降低至低於上限參考電壓 ▲ VR1，比較為20輸出低電位，經反或閘19使致能訊號重新 、 恢復冋私位’取消強制關閉輪出；視計時電容CT之電容值 而定’正常頻率之計時電容CT電容值可為1·2χ 10Ε-5/fosc ’其中，f〇sc表示該正常頻率，且於正常頻率 運作下，非接地端CTT鋸齒波電壓低於上限參考電壓VR1， 14 M283432 故致能訊號為高電位，該保護電路17不強制關閉第一帝流 開關Q1與第二電流開關Q2之輸出。 弟一圖=上述本創作之—種整流控制電路於運作時動 作波形的u圖。如第三圖所示，參考第二圖，上述應用 本創作之-種整流控制電路的半橋式電路中，根據變壓器 T1二次側之錢· TW，產生該第—輸人訊號刪與該 第二輸入訊號驗’其中，感應電壓]波形中，電流開關 Q3開啟期間綱與電流開關Q4開啟期間Q侧之間，隔有 一段飛輪時1Fw; f—輪人« ™ι與該第二輸入訊號 VIN2經輸入早兀1產生第一觸發訊號⑼臟則與第二觸發 訊號TRIGGER2，再經料單元祖Αγ產生第—延遲訊號與 第二延遲訊號（未顯示），將第-觸發訊號㈣G謝、第二 觸發5fl#u TRIGG體、第—輯訊號TRIGGERll與第二延遲 訊號™·22輸人開關訊號單元9,以產生第-開關訊號 Q1 GATE與第一開關訊號Q2_gate，其中，每一開關訊號 Q1 GATE ' Q2 GATE之、週期含休止期，具體而言，該第 開關Λ唬Q1 GATE之休止期DT由該第一觸發訊號 TRIGGER1中一個瞬睹 τ脈波送達第一開關部10之第一正反 為12輸入端R日守起始，第一觸發訊號加g顏同時觸發 第二移相器8之延遲W計時開始，並 束後第二延 遲訊號職_2產走1時脈波送達第二開關之第 二f反器14輸出端S時終止，更且該第二開關訊號.gate 之^休止期由4第—_發訊號抑刪旧中〆個瞬時脈波送 達第一開關部11之率二正反器14輸入端R時起始，第二 15 M283432 觸發訊號TRIGGER2同時觸發第一移相器7之延遲電略’日士 開始，並於計時結束後第一延遲訊號TRIGGER11產生_ A : 瞬時 脈波送達第一開關部10之第一正反器12輸出端3時终止， 以使每一開關訊號於休止期内關閉其控制的電流開關 '奶、 Q2 ’正常運作時’即致此訊號為南電位時，經儲能電戊匕 :入之電壓波形與電流波形如VL、IL所示，且正常以 '、下，保護電路Π中計時電容CT之非接地端CTT電壓 开v如CTW所示，應注意者為，由於存在此休止期dt， 保避免電流開關Q1、Q2之同時開啟，且可藉延遲單元时匕 =整的休止期DT比飛輪時間FW短，故可增加開啟電^ 奇Q1、Q2之有效運作時間，增加能量轉換效率。 机汗 第四®係本創作之—種同步整流控制電路應用 ::路之一第二應用實施例的示意圖。如第四圖所示，： 橋式ϋ作之—翻步㈣㈣1路可料同方以置於半 式％路之主變壓器T1的二次側，其二 應用蘇从， -、乐一圖之苐一 作為，可設置複數個二次繞組，例如設置兩個 變之功嫩PC與訊號繞1 且％，分別提供 :原與弟一、弟二輸入訊號VIN1、V][N2。 第五圖係本創作之一種整流控 三應用實施例的示意圖。上=:半橋式電 ，流開關Q1、Q2,例如，如第 開關^ 聿一開關訊號單元輪出的第一、 Q 胃讯諕，經一開關變饜器π Q2之電壓。 生足以推動電流開關 M283432 — 應注意第二、第四與第五圖中，上述應用本創作之一 種同步整流控制電路的各種半橋式電路中，亦可僅以一電 流開關Q1或Q2，取代第一圖中之整流二極體D1或D2，依 然可保持其整流作用，然而使用兩個電流開關Q1與Q2可 達高能量轉換效率之較佳功效。可藉延遲單元DELAY調整 的休止期DT比飛輪時間FW短，故可增加開啟電流開關Q1、 Q2之有效運作時間，提高能量轉換效率；再者，電流開關 可為低阻抗的接合面場效電晶體（JFET)或金屬氧化物半導 * 體場效電晶體（MOSFET)，第一與第二開關訊號係輸出至此 些電流開關之閘極，以控制電流開關導通。更再者，上述 各實施例為本創作之一種同步整流控制電路之應用於半橋 式電路的一些較佳例子，然而如前所述，本創作之一種同 步整流控制電路並不限於半橋式電路之應用。 _ 如上所述，本創作完全符合專利三要件：新穎性、進 步性和產業上的利用性。本創作在上文中已以較佳實施例 φ 揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描 繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是， 舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創 作之範疇内。因此，本創作之保護範圍當以下文之申請專 - 利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第一圖係習知的半橋式電路之示意圖。 第二圖係本創作之一種同步整流控制電路應用於半橋式電 17 M283432 路之一第一應用實施例的示意圖。 第三圖係本創作之一種同步整流控制電路於運作時動作波 形的示意圖。 第四圖係本創作之一種同步整流控制電路應用於半橋式電 路之一第二應用實施例的示意圖。 第五圖係本創作之一種同步整流控制電路應用於半橋式電 路之一第三應用實施例的示意圖。 【主要元件符號說明】 B+ 電源端 BG 能量間隙穩壓器 CBL 直流阻隔電容 CS 穩流源 CT 計時電容 CTT 計時電容CT之非接地端 CTW 計時電容CT非接地端CTT之電壓波形 C1 輸出濾波電容 CIO 、 C11 輸入濾波電容 DELAY 延遲單元 DT 休止期 DTS 休止時間控制端 DELAY 延遲單元 D卜D2 輸出整流二極體 D3、D4 二極體 18 M283432 ΕΝ 致能訊號 FEEDBACK-CONTROL回授控制電路 FW 飛輪時間

GND 接地端 HB1 主變壓器T1之一次侧 L1 儲能電感 OUTPUT 輸出端 PC 功率繞組 P丽C 波寬調變控制器 Q1 第一電流開關 Q2 第二電流開關 Q 卜 GATE 第一開關訊號 Q2-GATE 第二開關訊號 Q3、Q4 一次側電流開關 Q30N 電流開關Q3開啟期間 Q40N 電流開關Q4開啟期間 Q5 控制開關 RS 電流檢知電阻 R1、R2 分壓電阻 R3、R4 分壓電阻 R5 電阻 SC 訊號繞組 TW 變壓器T1二次侧之感應電壓 TRIGGERl 第一觸發訊號 19 (S M283432

TRIGGER2 ΤΙ Τ2 Τ3 UVO VC VCC VIN1 VIN2 VREF VR1 VR2 VL、IL

2 3 4 5 6 9 10 11 第二觸發訊號 主變壓器 隔離驅動變壓器 驅動變壓器 低壓鎖止訊號 計時充電電壓源 電源電壓 第一輸入訊號 第二輸入訊號 參考電壓 上限參考電壓 下限參考電壓 儲能電感L1之輸入電壓波形、電流波形 輸入單元 第一限壓比較器 第二限壓比較器 第一觸發器 第二觸發器 休止時間控制電路 第一移相器 第二移相器 開關訊號單元 第一開關部 第二開關部 20 第一正反器 第一閘極驅動器（GATE DRIVER) 第二正反器 第二閘極驅動器 電源供應單元 異常頻率保護電路 低壓鎖止保護電路 反或閘 比較器 或閘 21 (§：

Claims (1)

1. M283432 九、申請專利範圍： 1 · 一種同步整流控制電路，包括： 一輸入單元，從一第一輸入端與一第二輸入端分別輸入 一弟一輸入訊號與一第二輸入訊號，並產生一第一觸發 訊號與一第二觸發訊號； 一延遲單元，根據該第一觸發訊號與該第二觸發訊號， 分別產生一第一延遲訊號與一第二延遲訊號； 一開關訊號單元，產生可分別控制電流開關之至少一開 關訊號，其中，每一該開關訊號之一週期含一休止期， ，休止期由該第一觸發訊號或該第二觸發訊號之一個瞬 時脈波送達該開關訊號單元時起始，且於該第一延遲訊 ，或=第二延遲訊號之下―個瞬時脈波送達該開關訊號 早叫終止’每-開關訊號於休止期内關其控 流開關； ％ 二電源供應單元，提供該開_號單元之操作電源 輪出至少一參考電壓。 w 請專利範圍第！項所述之同步整流控制電路 2元更包括設有該第-輸人端之—第—輪 -有該第二輸入端之一第二限壓比較器 一:二 與一第二觸發器，且該第一觸 毛為 刹m + 态與该弟二觸發器分a丨 來自該第一限壓比較器與 號，產生$楚, 弟—限壓比較器的訊 a u與該第二觸發訊號。 二請，第1項所述之同步整流控制電 …括一第-移相器與-第二移相器，係分2 22 M283432 =:::=:發訊號’並分，該 4.如申請專職圍第3項所述之同步整流㈣電路 ^單元更設有具—休止時間控制端之—休止時間控= 5·如申請專利範圍第1項所述之同步整流控制電路，其中 侧IW元更包括至少一開關部，每一開關部設有 =正反器與-閘極轉器，該正反器輸人該第—觸 號與該第二延遲訊號或輸入該第二觸發訊號與該第I延 觀號，且經該閘極驅動器輸出該至少一開關訊號之其 ，.如申請專利範圍帛1項所述之同步整流控制電路，其更 包括一保護電路，係根據該第一觸發訊號與該第二觸發 汛號輸出一致能訊號，可藉以中斷該開關訊號單元之輪 出’並強制關閉所有電流開關。 j • 7·如申請專利範圍第6項所述之同步整流控制電路，其中， 該電源供應單元輸出一低壓鎖止訊號，且該保護電路根 據该低壓鎖止訊號輸出該致能訊號。 8·如申請專利範圍第1至第7項中任一項所述之同步整流 • 控制電路，其中，該開關訊號單元更包括一第一開關部 與一第二開關部，該第一開關部設有一第一正反器與— 第一閘極驅動器，該第二開關部設有一第二正反器與— 第二閘極驅動器，且該第一正反器輸入該第一觸發訊號 與該第二延遲訊號，並經該第一閘極驅動器輸出該至少

   23 M283432 一開關訊號之一第一開關訊號，更且該第二正反器輸入 該第二觸發訊號與該第一延遲訊號，並經該第二閘極驅 動器輸出該至少一開關訊號之一第二開關訊號。

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