專利名稱：諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步整流器，且特別是有關(guān)于一種用于諧振切換功率轉(zhuǎn) 換器的同步整流器。
圖1為現(xiàn)有諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的電路圖。為安全起見，諧振切換功率
轉(zhuǎn)換器包括變壓器IO用于給線性輸入電壓(line input voltage) V^與諧振 切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。間提供隔絕。開關(guān)20及30形成半橋式電路， 用以切換諧振回路和變壓器10。電感器5以及電容器40形成諧振回路。電 感器5可以是電感性元件或是變壓器10的一次側(cè)繞組Np的漏電感(leakage inductance)。電感器5的感應(yīng)系數(shù)L和電容器40的電容C決定了諧振回3各 的諧振頻率f。。
變壓器IO將能量從變壓器10的一次側(cè)繞組Np轉(zhuǎn)移到二次側(cè)繞組Ns,、Ns2。 為了使功率轉(zhuǎn)換器輸出端產(chǎn)生輸出電壓Vo(DC電壓)，整流器61、 62和電容 器65對變壓器10執(zhí)行整流和濾波功能。有關(guān)于諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的詳細 技術(shù)可在名為 "Resonant Power Converters" (Marian K. Kazimierczuk和 Dariusz Czarkowski， 1995， John Wiley & Sons, Inc)的教科書中找到。
雖然功率轉(zhuǎn)換器的諧振切換可實現(xiàn)高效率和低電磁干擾(EMI)的性能， 但整流器61和62的正向電壓(forward voltage)仍然會引起顯著的功率損 耗。因此，本發(fā)明針對用于諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器以實現(xiàn)更高的 效率。
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用以提高效率的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器。同 步整流器包括連接到變壓器以及諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出且用于整流的功率晶體管和二極管；控制器根據(jù)啟動信號和截止信號產(chǎn)生驅(qū)動信號來控制功 率晶體管；因果電路根據(jù)啟動信號而產(chǎn)生截止信號。 一旦二極管被正向偏壓 即啟動信號被致能。啟動信號連接至致能驅(qū)動信號以開啟功率晶體管，而截 止信號則連接至禁能驅(qū)動信號以關(guān)閉功率晶體管。截止信號在啟動信號被禁 能之前被致能。在本發(fā)明的一實施例中，控制器包括內(nèi)鎖電路(inner-lock circuit)。 此內(nèi)鎖電路根據(jù)驅(qū)動信號的致能而產(chǎn)生內(nèi)鎖信號。 一旦內(nèi)鎖信號禁能就使驅(qū) 動信號致能。在本發(fā)明的 一 實施例中，控制器包括最大導(dǎo)通時間電路 (maximum-on—time circuit) 。 ot匕最大導(dǎo)通日于間電路用^乂產(chǎn)生——最大導(dǎo)通日于 間信號。其中，此最大導(dǎo)通時間信號用以關(guān)閉功率晶體管，從而限制功率晶 體管的最大導(dǎo)通時間。


圖1為現(xiàn)有的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖2為本發(fā)明一實施例的具有整合式同步整流器(同步整流電路)的諧 振切換功率轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3為本發(fā)明的整合式同步整流器的電路圖；圖4為本發(fā)明一較佳實施例的整合式同步整流器的控制器的電路圖； 圖5為本發(fā)明一實施例的整合式同步整流器的控制器的最大導(dǎo)通時間電 路(以及消隱電^各)的電^各圖；圖6為本發(fā)明的控制器的因果電路的電路圖；圖7為本發(fā)明的整合式同步整流器的控制器的脈沖產(chǎn)生電路的電路圖 圖8為本發(fā)明的同步整流器的主要波形； 附圖中主要組件符號說明5-電感器；61、 62-整流器；119-或非門；150-D觸發(fā)器；170-消隱電路；250-二極管；315、 325-脈沖產(chǎn)生電3各； 370-電阻器； 40、 65、 275、 350、 351、 475-電容器; 50、 51、 52-整合式同步整流器； 118、 125、 160、 279、 479—與門；162、 200、 272、 472-晶體管；163、 273、 340、 473、 500-電流源； 271、 311、 321、 390、 471、 478-反相器;10、 15-變壓器； 100-控制器； 130、 380-比較器； 165-輸出緩沖器； 175-最大導(dǎo)通時間電路； 300-因果電路； 360-放大器；20、 30、 341、 342、 343-開關(guān)；A-陽極端；CK-時鐘輸入端；h-電流；IN-信號；Np-—次側(cè)繞組；OUT-輸出；RS-截止信號；Sf最大導(dǎo)通時間信號;Sr取樣信號；K-陰極端；EN-啟動信號；Is、 Isi、 Is「切換電流；L-內(nèi)鎖端；NS1、 Ns廠二次側(cè)繞組；R-復(fù)位端；Sf消隱信號；Sf信號(D觸發(fā)器150的輸出)； S廠清除信號；Vf連線輸入電壓； V。-輸出電壓;VL-內(nèi)鎖信號； VTH-閾值；Vc、 Vei、 驅(qū)動信號。
具體實施方式
圖2為本發(fā)明一實施例的具有整合式同步整流器(同步整流電路)的諧 振切換功率轉(zhuǎn)換器的電^^圖。諧振切換功率轉(zhuǎn)換器包括具有一次側(cè)繞組Np和 二次側(cè)繞組Ns" &2的變壓器15。變壓器15的一次側(cè)繞組Np具有兩個用于切 換變壓器15的一次側(cè)繞組Np的開關(guān)20及30。整合式同步整流器51具有連 接到二次側(cè)繞組NS1的陰極端K。整合式同步整流器51的陽極端A連接到諧振 切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出地(output ground)。具有陰極端K與陽極端A的整 合式同步整流器52也從二次側(cè)繞組Ns2連接到諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出地。整合式同步整流器51及52的內(nèi)鎖端L會產(chǎn)生內(nèi)鎖信號以防止整合式同 步整流器51及52同時開啟。 一旦切換電流(switching current) 151低于電 流閾值(current threshold)時，就使整合式同步整流器51禁能。 一旦切 換電流Is2低于電流閾值時，也使整合式同步整流器52禁能。圖3為本發(fā)明 的整合式同步整流器50的電路圖。如圖2所示，描述了整合式同步整流器 51或整合式同步整流器52的電路的實施例。整合式同步整流器50包括功率 晶體管200、 二極管250和控制器100?？刂破?00產(chǎn)生驅(qū)動信號Vg以控制功 率晶體管200。 二極管250并聯(lián)連接到功率晶體管200。此處，二極體250是 肖特基二極管(Schottky diode)或功率晶體管200的寄生器件(parasitic device)。功率晶體管200連接在陰極端K和陽極端A之間。陰極端K連接 至變壓器15的二次側(cè)繞組。陽極端A連接至諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出。控 制器100產(chǎn)生一信號用以致能驅(qū)動信號VG,且一旦二極管250被正向偏壓即 開啟功率晶體管200?？刂破?00產(chǎn)生另一信號以禁能驅(qū)動信號Ve，根據(jù)啟 動信號(EN)的周期(period)而關(guān)閉功率晶體管200,此啟動信號的周期由隨后介紹的陰極端K的電壓位準(zhǔn)與閾值的比較結(jié)果所獲得。內(nèi)鎖端L輸出內(nèi)鎖信號入以顯示功率晶體管200的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。截 止信號在啟動信號禁能之前被致能。圖4為本發(fā)明一較佳實施例的整合式同 步整流器50的控制器100的電路圖。閾值Vth連接到比校器130的正輸入端。 比較器130的負輸入端連接陰極端K。比較器130的輸出端產(chǎn)生啟動信號EN。 啟動信號EN和內(nèi)鎖信號人通過與門(AND) 118連接到D觸發(fā)器150的時鐘 輸入端("ck" )。 D觸發(fā)器150的復(fù)位端("R，，)由或非門(NOR) 119的輸出 所控制。D觸發(fā)器150的輸出(信號SJ和啟動信號EN連接到與門(AND) 160。 D觸發(fā)器150的操作方式如同閂鎖電路(latch circuit)。與門160 的輸出連接到輸出緩沖器165。在輸出緩沖器165的輸出處產(chǎn)生驅(qū)動信號Vc 以控制圖3中的功率晶體管200。晶體管162和電流源163形成內(nèi)鎖電路。 驅(qū)動信號Vc連接到晶體管162以產(chǎn)生內(nèi)鎖信號Vu內(nèi)鎖信號叭根據(jù)驅(qū)動信號 Vc的致能而產(chǎn)生。僅當(dāng)內(nèi)鎖信號、禁能時才可初始化驅(qū)動信號Ve并使其致能。 驅(qū)動信號Ve的最大導(dǎo)通時間由最大導(dǎo)通時間電路(MOT) 175所限制。驅(qū) 動信號Ve連接到最大導(dǎo)通時間電路175的輸入。最大導(dǎo)通時間信號Sm根據(jù)驅(qū) 動信號Ve致能后的一段延遲時間而產(chǎn)生。最大導(dǎo)通時間信號SM通過或非門119連接到D觸發(fā)器150的復(fù)位端("R"),用于清零D觸發(fā)器150。因此，驅(qū)動 信號Ve的最大導(dǎo)通時間是由最大導(dǎo)通時間電路175的延遲時間所限制的。一 旦陰極端K的電壓低于閾值電壓VTH，便產(chǎn)生驅(qū)動信號^以開啟功率晶體管200 (二極管250被開啟)?；蚍情T119的另一輸入端連接到與門125的輸出端。與門125的第一輸 入端連接至消隱電路(blanking circuit, BLK ) 170的輸出(消隱信號SJ 。 消隱電路170的輸入連接到驅(qū)動信號Vu消隱電路170提供消隱時間以實現(xiàn) 驅(qū)動信號VG的最小導(dǎo)通時間。因果電路(PL) 300產(chǎn)生連接到與門125的第 二輸入端的截止信號RS。截止信號RS根據(jù)啟動信號EN而產(chǎn)生。截止信號RS 用于關(guān)閉驅(qū)動器信號Vc。當(dāng)二極管250導(dǎo)通且被正向偏壓時，陰極端K的電壓低于閾值電壓VTH。因此，只有在二極管250開啟后，功率晶體管200才會 被開啟，如此便達到了功率晶體管200的柔性切換作用。再者，當(dāng)二極體250 反向偏壓(reversely biased)時，驅(qū)動信號V。禁能，并使功率晶體管200 關(guān)閉。此外，根據(jù)因果電路300的操作，截止信號RS用以關(guān)閉功率晶體管 200。圖5為本發(fā)明一實施例的整合式同步整流器50的控制器100的最大導(dǎo)通 時間電路175 (以及消隱電路170)的電路圖。連接電流源273使電容器275 充電。連接晶體管272使電容器275放電。通過反相器271連接驅(qū)動信號Vc 以控制晶體管272。驅(qū)動信號V。進一步連接到與門279的輸入端。與門279 的另一輸入端連接電容器275。 一旦驅(qū)動信號Vc致能，與門279的輸出端OUT 產(chǎn)生最大導(dǎo)通時間信號SM (消隱信號SB),用以在延遲(消隱)時間之后禁 能驅(qū)動信號Ve。延遲(消隱)時間由電流源273的電流和電容器275的電容 值所決定。圖6為本發(fā)明的控制器100的因果電路300的電路圖。電容器350借由 啟動信號EN,且通過開關(guān)341和電流源340被充電。因此，在電容器350處 產(chǎn)生斜坡信號(ramp signal)。啟動信號EN用于通過脈沖產(chǎn)生電路315、 325和反相器311、 321而產(chǎn)生取樣信號(sample signal )Sl和清除信號(clear signal) S2。取樣信號SI用于通過開關(guān)342對電容器350的信號進行取樣并 送至電容器351。取樣后，清除信號S2用于通過開關(guān)343對電容器350進行 清除。電容器351的信號的位準(zhǔn)與啟動信號EN的致能周期有關(guān)。電容器351 的信號通過緩沖放大器360和電阻器370連接到比較器380的正輸入端。電 流源500進一步連接電阻器370用以在電阻器370處產(chǎn)生電壓降。比較器380 的另一輸入端(負輸入端)連接到斜坡信號。比較器380的輸出端連接到反 相器390。反相器390產(chǎn)生截止信號RS以禁能驅(qū)動信號Vg。調(diào)整電流源500 的電流Ib用于產(chǎn)生截止信號RS。截止信號RS在啟動信號EN禁能之前被致能。 保持信號的位準(zhǔn)與啟動信號EN的周期有關(guān)。根據(jù)斜坡信號與保持信號的比較結(jié)果，比較器380將產(chǎn)生截止信號RS。因此，因果電路300會產(chǎn)生截止信號 RS以禁能驅(qū)動信號Ve，并根據(jù)啟動信號EN的周期而關(guān)閉功率晶體管200。圖7為圖6中脈沖產(chǎn)生電3各315或325的脈沖產(chǎn)生電路的實施例。連接 電流源473使電容器475充電。連接晶體管472使電容器475放電。信號IN 通過反相器471控制晶體管472。信號IN進一步連接到與門479的一輸入端。 通過反相器478將與門479的另一輸入端連接至電容器475。輸出脈沖信號 的脈寬由電流源473的電流和電容器475的電容值所決定。圖8為本發(fā)明的同步整流器的主要波形。變壓器15的切換電流Is包括 Is!和Is"驅(qū)動信號L和Ve2分別是整合式同步整流器51和整合式同步整流器 52的驅(qū)動信號VG。顯而易見，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可 對本發(fā)明結(jié)構(gòu)做各種修改和變更。鑒于上述情況，只要對本發(fā)明的修改和變 更落在申請專利范圍或它們的等同項以內(nèi)則視為本發(fā)明涵蓋了這些修改和變 更。
權(quán)利要求
1、一種諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在于，包括一功率晶體管和一二極管，連接至一變壓器和該諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的一輸出，用以整流；一控制器，根據(jù)一啟動信號和一截止信號產(chǎn)生一驅(qū)動信號以控制該功率晶體管；以及一因果電路，根據(jù)該啟動信號產(chǎn)生該截止信號，其中該二極管被正向偏壓時該啟動信號被致能，該啟動信號用以致能該驅(qū)動信號以導(dǎo)通該功率晶體管，而該截止信號用以禁能該驅(qū)動信號以關(guān)閉該功率晶體管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該截止信號在該啟動信號禁能之前致能。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該因果電路包括一充電電路，在該啟動信號致能時產(chǎn)生一斜坡信號； 一取樣電路，根據(jù)該斜坡信號的位準(zhǔn)產(chǎn)生一保持信號；以及 一比較器，根據(jù)該斜坡信號與該保持信號的比較結(jié)果產(chǎn)生該截止信號， 其中該保持信號的位準(zhǔn)與該啟動信號的周期有關(guān)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該控制器包括一閂鎖電路，用以產(chǎn)生該驅(qū)動信號以控制該功率晶體管，其中該驅(qū)動信 號根據(jù)該啟動信號的致能而致能，且該驅(qū)動信號根據(jù)該截止信號的致能而禁 能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該控制器包括一內(nèi)鎖電路，根據(jù)該驅(qū)動信號的致能而產(chǎn)生一內(nèi)鎖信號，其中該內(nèi)鎖信 號禁能時該驅(qū)動信號致能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該控制器包括一最大導(dǎo)通時間電路，用以產(chǎn)生一最大導(dǎo)通時間信號，其中該最大導(dǎo)通 時間信號用以關(guān)閉該功率晶體管，從而限制該功率晶體管的最大導(dǎo)通時間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器，其特征在 于，該控制器包括一最小導(dǎo)通時間電路，用以產(chǎn)生一消隱信號，其中當(dāng)該驅(qū)動信號被產(chǎn)生 時，將該消隱信號連接至一閂鎖電路以產(chǎn)生具有最小導(dǎo)通時間的該驅(qū)動信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用以提高效率的諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器。該同步整流器包括連接到變壓器以及諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出且用于整流的功率晶體管和二極管；控制器根據(jù)啟動信號和截止信號產(chǎn)生驅(qū)動信號來控制功率晶體管；因果電路根據(jù)啟動信號而產(chǎn)生截止信號；一旦二極管被正向偏壓即啟動信號被致能。啟動信號連接至致能驅(qū)動信號以開啟功率晶體管，而截止信號則連接至禁能驅(qū)動信號以關(guān)閉功率晶體管。
文檔編號H02M7/217GK101552566SQ20091013534
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者楊大勇, 林天麒, 王周升, 蘇英杰, 許智達 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司