專利名稱：以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步整流電源轉(zhuǎn)換器，尤指電源轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)串接一電流變壓器，該電流變壓器可控制二次側(cè)的同步整流開關(guān)的導(dǎo)通/截止，而可避免交越(cross-over)現(xiàn)象發(fā)生。
背景技術(shù)：
近年來訴求高效率、低能源消耗及等需求的電子產(chǎn)品越來越多，如何提供這些產(chǎn)品一穩(wěn)定的電源供應(yīng)裝置并維持最低能源消耗等，便成為一考量重點。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升，半導(dǎo)體元件(如MOSFET)應(yīng)用于同步整流電源裝置也更加普遍。就目前市面上產(chǎn)品來看，有許多同步整流驅(qū)動IC可作為現(xiàn)成元件，以直接應(yīng)用于供電裝置，但因為價格昂貴，且控制方式復(fù)雜，較難獲得市場的認(rèn)同。
請參考圖8所示，為美國公告第6,442,048號專利案所揭示的一種現(xiàn)有同步整流電源裝置，其令一變壓器51的二次側(cè)具有一比較器52，該比較器52的輸出端控制一同步整流器53的導(dǎo)通/截止，該變壓器51的二次側(cè)同時亦額外耦接一組感應(yīng)線圈54，該感應(yīng)線圈54通過一開關(guān)55連接到該比較器52。
于前述電路中，主要是利用該組感應(yīng)線圈54得知變壓器51的電流變化，再根據(jù)感應(yīng)得到的信號控制前述比較器52直接控制同步整流器53的導(dǎo)通/截止，惟此種作法的缺點在于當(dāng)電路是操作于連續(xù)電流模式時，在電流換相的瞬間，因同步整流器53無法提前反應(yīng)，故極容易有交越損失的狀況產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種以電流變壓器(Current transformer)控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，當(dāng)工作于連續(xù)電流模式下時可確保無交越損失問題。
為完成前述目的，本發(fā)明提供一種以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，包括有一馳返變壓器，其一次側(cè)連接有一開關(guān)晶體管，二次側(cè)連接一電流變壓器的一次側(cè)；一開關(guān)驅(qū)動單元，根據(jù)前述電流變壓器的二次側(cè)所感應(yīng)到的信號，加以控制一同步整流開關(guān)的導(dǎo)通/截止，又該同步整流開關(guān)的一端連接前述電流變壓器的一次側(cè)，而另端連接至接地。
當(dāng)前述馳返變壓器的二次側(cè)具有電流時，該電流變壓器的二次側(cè)感應(yīng)出一正相電壓，令前述開關(guān)驅(qū)動單元控制同步整流開關(guān)導(dǎo)通；反之，馳返變壓器的二次側(cè)無電流時，令該同步整流開關(guān)截止。
又，前述電流變壓器具有另組一次側(cè)線圈，連接于該開關(guān)晶體管的驅(qū)動電路，當(dāng)工作于連續(xù)電流模式下，該一次側(cè)線圈可感應(yīng)出控制該開關(guān)晶體管的截止訊號，令前述同步整流開關(guān)提早截止。


圖1為本發(fā)明的電路圖；圖2為本發(fā)明驅(qū)動信號時序圖；圖3為本發(fā)明當(dāng)輸出電流(ISEC)較小時的驅(qū)動信號時序圖；圖4為本發(fā)明當(dāng)馳返變壓器工作于非連續(xù)電流時的電路動作圖；圖5為本發(fā)明工作在連續(xù)電流模式下的電路方塊圖；圖6為本發(fā)明工作在連續(xù)電流模式下的驅(qū)動信號時序圖；圖7為本發(fā)明工作在連續(xù)電流模式下的電路動作圖；圖8為一現(xiàn)有電源轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖中符號說明10馳返變壓器 20開關(guān)驅(qū)動單元30電流變壓器 40驅(qū)動電路51變壓器 52比較器53同步整流開關(guān)54感應(yīng)線圈55開關(guān)D3二極管Q1第一晶體管 Q2第二晶體管Q3第三晶體管 Q4NPN晶體管Q5PNP晶體管 Q6開關(guān)晶體管Q7同步整流開關(guān)具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。
請參閱圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方塊圖，包含有一馳返變壓器10，其一次側(cè)連接有一開關(guān)晶體管Q6，其二次側(cè)的一端連接一開關(guān)驅(qū)動單元20，該開關(guān)驅(qū)動單元20控制一同步整流開關(guān)Q7，本實施例中同步整流開關(guān)Q7為一MOSFET；一電流變壓器(Current transformer，CT)30，其一次側(cè)的兩端分別連接于前述馳返變壓器10二次側(cè)的一端及該同步整流開關(guān)Q7，該電流變壓器30的二次側(cè)的兩端分別連接兩晶體管Q1、Q2的基極端，兩晶體管Q1、Q2的射極互相連接。
前述開關(guān)驅(qū)動單元20由一NPN晶體管Q4及一PNP晶體管Q5的基極端互相連接組成，兩晶體管Q4、Q5的射極之間復(fù)串接有一二極管D3。
前述第一晶體管Q1的集極復(fù)連接至一第三晶體管Q3的基極，而第二晶體管Q2的集極連接至第三晶體管Q3的集極，該第三晶體管Q3的射極復(fù)連接于開關(guān)驅(qū)動單元20當(dāng)中NPN晶體管Q4的集極。
以上所述為本發(fā)明電路的詳細(xì)構(gòu)造，而該電路動作則如下所述請參閱圖2所示，為前述連接馳返變壓器10的開關(guān)晶體管Q6的閘極波形、該電流變壓器30二次側(cè)的電壓波形、及前述同步整流開關(guān)Q7閘極等各點的波形圖，而電路動作可依馳返變壓器10二次側(cè)電流型態(tài)區(qū)分為非連續(xù)電流工作模式及連續(xù)電流工作模式兩種，分別說明如下當(dāng)本發(fā)明工作于非連續(xù)電流工作模式時，可分別以下列時段區(qū)分說明一時段T0～T0+T0+當(dāng)中的上標(biāo)正號“+”表示時間自T0此點起算而經(jīng)過一短暫時間之后，反之上標(biāo)若為負(fù)號“-”表示時間于T0此點之前一短暫時間，以下各時段的記載標(biāo)號亦是如此。當(dāng)馳返變壓器10的二次側(cè)具有輸出電流(ISEC)時，該輸出電流(ISEC)亦通過電流變壓器30的一次側(cè)，故電流變壓器30于其二次側(cè)會感應(yīng)出一電壓，該電壓值可由下式表示V=Isec×1N×R1+Q1Vbe+R3×Ia+VD1]]>其中上式的N為該電流變壓器30其一次側(cè)與二次側(cè)的線圈匝數(shù)比。
前述第一晶體管Q1的基極可獲得一驅(qū)動電流(Ia)而成為導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝痪w管Q1導(dǎo)通時，第三晶體管Q3亦同時導(dǎo)通，令開關(guān)驅(qū)動單元20中的NPN晶體管Q4轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，另一PNP晶體管Q5即成截止，同步整流開關(guān)Q7的閘極獲得高電壓后，便轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。此時，儲存在馳返變壓器10空隙(GAPE)間的能量轉(zhuǎn)移至二次側(cè)線圈上，再供應(yīng)予后端的負(fù)載(圖中未示)。
二時段T0+～T1-該同步整流開關(guān)Q7閘極恒保持在穩(wěn)定的高電位。其中在變壓器10線圈上的電流呈遞減的方式。
又請參閱圖3所示，當(dāng)輸出端Vo處于無載狀態(tài)下，輸出電流(ISEC)幾乎為零，此時可經(jīng)由調(diào)整連接在該第一晶體管Q1上兩電阻R2、R3的比值，令第一晶體管Q1不致導(dǎo)通，如此前述同步整流開關(guān)Q7即無法導(dǎo)通，以減少能源消耗。
三.時段T1-～T1+請參閱圖2所示，當(dāng)輸出電流(ISEC)為零時，將令第一晶體管Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，根據(jù)法拉第定律，在第一晶體管Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止的瞬間，磁通量不變，但在截止時該電流變壓器30二次側(cè)產(chǎn)生的負(fù)電壓將令第二晶體管Q2轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，于開關(guān)驅(qū)動單元20當(dāng)中PNP晶體管Q5的基極端為低電壓，進而令同步整流開關(guān)Q7由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止。
四.時段T1～T2請參閱圖2、4所示，因輸出電流(ISEC)持續(xù)為零，故第二晶體管Q2與開關(guān)驅(qū)動單元20當(dāng)中的PNP晶體管Q5為導(dǎo)通，此時同步整流開關(guān)Q7的閘極波形仍保持在低電位。
又，請參閱圖5所示，當(dāng)本發(fā)明工作于連續(xù)電流模式下時，電路的基本結(jié)構(gòu)與前述實施例相同，差異點在于電流變壓器30額外提供一組一次側(cè)的線圈，此組一次側(cè)線圈連接到該開關(guān)晶體管Q6的驅(qū)動電路40。
請參考圖6、7所示，前述開關(guān)晶體管Q6的閘極連接有一驅(qū)動電路40，驅(qū)動電路40包括有電阻R14、電容C6、C7等元件。
在時間t0～t1之間，開關(guān)晶體管Q6的閘極驅(qū)動信號由低電位轉(zhuǎn)為高電位，經(jīng)過電阻R14及電容C6兩者的時間延遲，開關(guān)晶體管Q6的閘極在時間點t1才成為高電壓準(zhǔn)位。
然而在時間點t0同時，驅(qū)動信號的正緣經(jīng)由電容C7耦合到電流變壓器30的一次側(cè)線圈，并于電流變壓器30的二次側(cè)線圈上感應(yīng)出一負(fù)脈沖信號(如圖所示)，此負(fù)脈沖信號將使得同步整流開關(guān)Q7成為截止?fàn)顟B(tài)。
如此一來，因同步整流開關(guān)Q7的截止動作是提早于時間點t1之前，故可避免馳返變壓器10一次側(cè)電流與電流變壓器30二次側(cè)電流產(chǎn)生交越現(xiàn)象。
在時間t1～t2之間，因前述負(fù)脈沖信號的產(chǎn)生，使第一晶體管Q1由導(dǎo)通成為截止，反之第二晶體管Q2的基極端因獲得一高電位信號，故成為導(dǎo)通狀態(tài)，進而令該PNP晶體管Q5導(dǎo)通而使同步整流開關(guān)Q7在此時段內(nèi)皆保持關(guān)閉。
在時間t2～t3之間，輸出電流(ISEC)再度恢復(fù)，故電流變壓器30一次側(cè)有電流流經(jīng)，并于二次側(cè)產(chǎn)生一感應(yīng)電勢，其值為V=Isec×1N×R1+Q1Vbe+R3×Ia+VD1,]]>而第一、第三晶體管Q1、Q3及開關(guān)驅(qū)動單元20中的NPN晶體管Q4亦成為導(dǎo)通，使同步整流開關(guān)Q7亦再度導(dǎo)通，故儲存在馳返變壓器10空隙間的能量釋放到二次側(cè)上，二次側(cè)上的電流成為遞減狀態(tài)。
在前述實施例說明中，舉凡NPN晶體管及PNP晶體管，皆可由NMOS晶體管與PMOS晶體管加以取代，仍具有相同作用。
綜上所述，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于非連續(xù)電流的工作模式時，可利用電流變壓器偵測到馳返變壓器其二次側(cè)的電流轉(zhuǎn)換，并立即同步的控制該同步整流開關(guān)導(dǎo)通/截止，再者，當(dāng)輸出電流微弱時，亦令同步整流開關(guān)截止，使裝置整體的功率消耗降至最低；另一方面，當(dāng)操作于連續(xù)電流的工作模式時，該同步整流開關(guān)可于電流換相之前先提早截止，以此克服交越損失。
權(quán)利要求
1.一種以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括有一馳返變壓器，其一次側(cè)連接有一開關(guān)晶體管，二次側(cè)連接一電流變壓器的一次側(cè)；一開關(guān)驅(qū)動單元，根據(jù)前述電流變壓器的二次側(cè)所感應(yīng)到的信號，加以控制一同步整流開關(guān)的導(dǎo)通/截止，又該同步整流開關(guān)的一端連接前述電流變壓器的一次側(cè)，而另端連接至接地；當(dāng)前述馳返變壓器的二次側(cè)具有電流時，該電流變壓器的二次側(cè)感應(yīng)出一正相電壓，令前述開關(guān)驅(qū)動單元控制同步整流開關(guān)導(dǎo)通；反的馳返變壓器的二次側(cè)無電流時，令該同步整流開關(guān)截止。
2.如權(quán)利要求1所述的以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，前述電流變壓器具有另組一次側(cè)線圈，連接于一控制前述開關(guān)晶體管的驅(qū)動電路，當(dāng)工作于連續(xù)電流模式下，該一次側(cè)線圈可感應(yīng)出控制該開關(guān)晶體管的截止訊號，令前述同步整流開關(guān)提早截止。
3.如權(quán)利要求1或2所述的以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，前述開關(guān)驅(qū)動單元包含有一NPN晶體管及一PNP晶體管，兩晶體管的基極端互相連接組成，兩晶體管的射極之間復(fù)串接有一二極管，其中該PNP晶體管的射極端連接前述同步整流開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該電流變壓器二次側(cè)的兩端分別連接一第一晶體管及一第二晶體管的基極端，又該第一、第二晶體管的射極互相連接；前述第一晶體管的集極復(fù)連接至一第三晶體管的基極，而第二晶體管的集極連接至第三晶體管的集極，該第三晶體管的射極復(fù)連接于開關(guān)驅(qū)動單元當(dāng)中NPN晶體管的集極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以電流變壓器控制的同步整流電源轉(zhuǎn)換器，其于一馳返變壓器的二次側(cè)連接一電流變壓器(Current transformer)的一次側(cè)，該電流變壓器的二次側(cè)控制一開關(guān)驅(qū)動單元，又前述電流變壓器的一次側(cè)連接有一同步整流開關(guān)；當(dāng)馳返變壓器的二次側(cè)電流換相之際，可由電流變壓器偵測感應(yīng)得知，進而控制前述開關(guān)驅(qū)動單元令該同步整流開關(guān)作導(dǎo)通/截止切換；又當(dāng)工作于連續(xù)電流模式下時，該電流變壓器可控制該同步整流開關(guān)提早截止，以解決交越損失問題。
文檔編號H02M3/24GK1567690SQ0314895
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者張順德, 楊青峰 申請人:康舒科技股份有限公司