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(duì)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(xì) 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(shí)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(huì)引起顯著的功率損 耗。因此，本發(fā)明針對(duì)用于諧振切換功率轉(zhuǎn)換器的同步整流器以實(shí)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(dòng)信號(hào)和截止信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制功 率晶體管；因果電路根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生截止信號(hào)。 一旦二極管被正向偏壓 即啟動(dòng)信號(hào)被致能。啟動(dòng)信號(hào)連接至致能驅(qū)動(dòng)信號(hào)以開啟功率晶體管，而截 止信號(hào)則連接至禁能驅(qū)動(dòng)信號(hào)以關(guān)閉功率晶體管。截止信號(hào)在啟動(dòng)信號(hào)被禁 能之前被致能。在本發(fā)明的一實(shí)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(dòng)信號(hào)的致能而產(chǎn)生內(nèi)鎖信號(hào)。 一旦內(nèi)鎖信號(hào)禁能就使驅(qū) 動(dòng)信號(hào)致能。在本發(fā)明的 一 實(shí)施例中，控制器包括最大導(dǎo)通時(shí)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(hào)。其中，此最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的整合式同步整流器的控制器的最大導(dǎo)通時(shí)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(hào)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(shí)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(shí)鐘輸入端；h-電流；IN-信號(hào)；Np-—次側(cè)繞組；OUT-輸出；RS-截止信號(hào)；Sf最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào);Sr取樣信號(hào)；K-陰極端；EN-啟動(dòng)信號(hào)；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(hào)；Sf信號(hào)(D觸發(fā)器150的輸出)； S廠清除信號(hào)；Vf連線輸入電壓； V。-輸出電壓;VL-內(nèi)鎖信號(hào)； VTH-閾值；Vc、 Vei、 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
具體實(shí)施方式
圖2為本發(fā)明一實(shí)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(gè)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(huì)產(chǎn)生內(nèi)鎖信號(hào)以防止整合式同 步整流器51及52同時(shí)開啟。 一旦切換電流(switching current) 151低于電 流閾值(current threshold)時(shí)，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(shí)，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(shí)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。控制器100產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)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?？?制器100產(chǎn)生一信號(hào)用以致能驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(hào)以禁能驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ve，根據(jù)啟 動(dòng)信號(hào)(EN)的周期(period)而關(guān)閉功率晶體管200,此啟動(dòng)信號(hào)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(hào)入以顯示功率晶體管200的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。截 止信號(hào)在啟動(dòng)信號(hào)禁能之前被致能。圖4為本發(fā)明一較佳實(shí)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(fù)輸入端連接陰極端K。比較器130的輸出端產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)EN。 啟動(dòng)信號(hào)EN和內(nèi)鎖信號(hào)人通過與門(AND) 118連接到D觸發(fā)器150的時(shí)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(hào)SJ和啟動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)Vc連接到晶體管162以產(chǎn)生內(nèi)鎖信號(hào)Vu內(nèi)鎖信號(hào)叭根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào) Vc的致能而產(chǎn)生。僅當(dāng)內(nèi)鎖信號(hào)、禁能時(shí)才可初始化驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ve并使其致能。 驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ve的最大導(dǎo)通時(shí)間由最大導(dǎo)通時(shí)間電路(MOT) 175所限制。驅(qū) 動(dòng)信號(hào)Ve連接到最大導(dǎo)通時(shí)間電路175的輸入。最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)Sm根據(jù)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)Ve致能后的一段延遲時(shí)間而產(chǎn)生。最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)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(dòng) 信號(hào)Ve的最大導(dǎo)通時(shí)間是由最大導(dǎo)通時(shí)間電路175的延遲時(shí)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(dòng)信號(hào)^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(hào)SJ 。 消隱電路170的輸入連接到驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vu消隱電路170提供消隱時(shí)間以實(shí)現(xiàn) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)VG的最小導(dǎo)通時(shí)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(hào)RS。截止信號(hào)RS根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)EN而產(chǎn)生。截止信號(hào)RS 用于關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器信號(hào)Vc。當(dāng)二極管250導(dǎo)通且被正向偏壓時(shí)，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(huì) 被開啟，如此便達(dá)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(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(hào)RS用以關(guān)閉功率晶體管 200。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的整合式同步整流器50的控制器100的最大導(dǎo)通 時(shí)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(dòng)信號(hào)Vc 以控制晶體管272。驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。進(jìn)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(dòng)信號(hào)Vc致能，與門279的輸出端OUT 產(chǎn)生最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)SM (消隱信號(hào)SB),用以在延遲(消隱)時(shí)間之后禁 能驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ve。延遲(消隱)時(shí)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(dòng)信號(hào)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(hào)(ramp signal)。啟動(dòng)信號(hào)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(hào)(sample signal )Sl和清除信號(hào)(clear signal) S2。取樣信號(hào)SI用于通過開關(guān)342對(duì)電容器350的信號(hào)進(jìn)行取樣并 送至電容器351。取樣后，清除信號(hào)S2用于通過開關(guān)343對(duì)電容器350進(jìn)行 清除。電容器351的信號(hào)的位準(zhǔn)與啟動(dòng)信號(hào)EN的致能周期有關(guān)。電容器351 的信號(hào)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(jìn)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(fù)輸入端)連接到斜坡信號(hào)。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(hào)RS以禁能驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg。調(diào)整電流源500 的電流Ib用于產(chǎn)生截止信號(hào)RS。截止信號(hào)RS在啟動(dòng)信號(hào)EN禁能之前被致能。 保持信號(hào)的位準(zhǔn)與啟動(dòng)信號(hào)EN的周期有關(guān)。根據(jù)斜坡信號(hào)與保持信號(hào)的比較結(jié)果，比較器380將產(chǎn)生截止信號(hào)RS。因此，因果電路300會(huì)產(chǎn)生截止信號(hào) RS以禁能驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ve，并根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)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(shí)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(hào)IN 通過反相器471控制晶體管472。信號(hào)IN進(jìn)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(hào) 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(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)VG。顯而易見，對(duì)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(duì)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(duì)本發(fā)明的修改和變 更落在申請(qǐng)專利范圍或它們的等同項(xiàng)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(dòng)信號(hào)和一截止信號(hào)產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制該功率晶體管；以及一因果電路，根據(jù)該啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生該截止信號(hào)，其中該二極管被正向偏壓時(shí)該啟動(dòng)信號(hào)被致能，該啟動(dòng)信號(hào)用以致能該驅(qū)動(dòng)信號(hào)以導(dǎo)通該功率晶體管，而該截止信號(hào)用以禁能該驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(hào)在該啟動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)致能時(shí)產(chǎn)生一斜坡信號(hào)； 一取樣電路，根據(jù)該斜坡信號(hào)的位準(zhǔn)產(chǎn)生一保持信號(hào)；以及 一比較器，根據(jù)該斜坡信號(hào)與該保持信號(hào)的比較結(jié)果產(chǎn)生該截止信號(hào)， 其中該保持信號(hào)的位準(zhǔn)與該啟動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)以控制該功率晶體管，其中該驅(qū)動(dòng)信 號(hào)根據(jù)該啟動(dòng)信號(hào)的致能而致能，且該驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)該截止信號(hào)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(dòng)信號(hào)的致能而產(chǎn)生一內(nèi)鎖信號(hào)，其中該內(nèi)鎖信 號(hào)禁能時(shí)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)間電路，用以產(chǎn)生一最大導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)，其中該最大導(dǎo)通 時(shí)間信號(hào)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(shí)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(shí)間電路，用以產(chǎn)生一消隱信號(hào)，其中當(dāng)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)被產(chǎn)生 時(shí)，將該消隱信號(hào)連接至一閂鎖電路以產(chǎn)生具有最小導(dǎo)通時(shí)間的該驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
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(dòng)信號(hào)和截止信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制功率晶體管；因果電路根據(jù)啟動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生截止信號(hào)；一旦二極管被正向偏壓即啟動(dòng)信號(hào)被致能。啟動(dòng)信號(hào)連接至致能驅(qū)動(dòng)信號(hào)以開啟功率晶體管，而截止信號(hào)則連接至禁能驅(qū)動(dòng)信號(hào)以關(guān)閉功率晶體管。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101552566SQ20091013534
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)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(dá) 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司