本發(fā)明涉及一種可降低振蕩效應(yīng)(Ringing effect)的電源轉(zhuǎn)換器及其中的開關(guān)控制模塊，其中一氮化鎵晶體管開關(guān)經(jīng)由對(duì)應(yīng)一次側(cè)接地的一節(jié)點(diǎn)，再耦接至一感測(cè)電阻，以降低線路中的寄生電感對(duì)快速開關(guān)元件的影響。

背景技術(shù)：

參照?qǐng)D1，其中顯示一現(xiàn)有技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器10，包含：一變壓器11，具有一一次側(cè)繞組111以接收一整流后的電壓Vp與一二次側(cè)繞組112以產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo；一開關(guān)M0，耦接于一次側(cè)繞組111，以控制通過(guò)一次側(cè)繞組111的電流Ip；以及一開關(guān)控制單元12，具有一開關(guān)控制接腳Gate、一電流感測(cè)接腳CS、以及一接地接腳GND。電流感測(cè)接腳CS耦接于開關(guān)M0，也經(jīng)由一電阻R、一節(jié)點(diǎn)N1以耦接于一次側(cè)的地Gp，電流感測(cè)接腳CS根據(jù)電阻R上的跨壓，來(lái)感測(cè)通過(guò)一次側(cè)繞組111的電流Ip。開關(guān)控制單元12也通過(guò)接地接腳GND，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N1而耦接于一次側(cè)的地Gp。

當(dāng)開關(guān)M以高頻于導(dǎo)通與不導(dǎo)通狀態(tài)間切換時(shí)，電流感測(cè)接腳CS耦接至一次側(cè)的地Gp的線路，和接地接腳GND耦接至一次側(cè)的地Gp的線路，都會(huì)有明顯的寄生電感效應(yīng)，造成開關(guān)M0的控制訊號(hào)(即開關(guān)控制接腳Gate輸出的電壓訊號(hào))出現(xiàn)振蕩效應(yīng)(Ringing effect)，此振蕩效應(yīng)可能造成開關(guān)M0失去控制，而電流Ip也會(huì)隨之失控。在失控狀態(tài)下，除了不能有效進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換之外，還可能損害電路。

本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器及其中的開關(guān)控制模塊，以解決前述的振蕩效應(yīng)所造成的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種電源轉(zhuǎn)換器及其中的開關(guān)控制模塊，以解決前述的振蕩效應(yīng)所造成的問(wèn)題。

為達(dá)上述目的，就其中一個(gè)觀點(diǎn)言，本發(fā)明提供了一種電源轉(zhuǎn)換器，包含：一變壓器，具有一一次側(cè)繞組以接收一整流后的電壓與一二次側(cè)繞組以產(chǎn)生一直流輸出電壓；一氮化鎵晶體管開關(guān)，耦接于一次側(cè)繞組，以控制通過(guò)一次側(cè)繞組的電流；一感測(cè)電阻，耦接至氮化鎵晶體管開關(guān)，以感測(cè)流過(guò)氮化鎵晶體管開關(guān)的電流而產(chǎn)生一電流感測(cè)訊號(hào)；以及一開關(guān)控制單元，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)而控制氮化鎵晶體管開關(guān)；其中，感測(cè)電阻以及氮化鎵晶體管開關(guān)耦接于一節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)電位為變壓器的一次側(cè)的地。

一實(shí)施例中，電流感測(cè)訊號(hào)為一負(fù)電壓差，且開關(guān)控制單元包含一反相器以及一脈沖寬度調(diào)變器，反相器用以轉(zhuǎn)換負(fù)電壓差為正電壓差，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送至脈沖寬度調(diào)變器，以產(chǎn)生一控制訊號(hào)控制氮化鎵晶體管開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。

一實(shí)施例中，開關(guān)控制單元包含一電流感測(cè)接腳與一接地接腳，接地接腳經(jīng)由節(jié)點(diǎn)耦接于變壓器的一次側(cè)的地，感測(cè)電阻耦接于接地接腳和電流感測(cè)接腳之間。

一實(shí)施例中，該開關(guān)控制單元還包含一設(shè)定接腳，且該電源轉(zhuǎn)換器還包含一設(shè)定電阻，該設(shè)定接腳經(jīng)由該設(shè)定電阻耦接于該變壓器的一次側(cè)的地。其中，較佳地，該開關(guān)控制單元包含：一反相器，用以轉(zhuǎn)換該負(fù)電壓差為正電壓差；一電流源，用以提供一電流流過(guò)該設(shè)定電阻，而產(chǎn)生一設(shè)定電壓；一比較或運(yùn)算電路，用以根據(jù)該正電壓差和該設(shè)定電壓進(jìn)行比較或運(yùn)算；以及一脈沖寬度調(diào)變器，根據(jù)該比較或運(yùn)算電路的輸出，產(chǎn)生一控制訊號(hào)控制該氮化鎵晶體管開關(guān)。

為達(dá)上述目的，根據(jù)另一觀點(diǎn)，本發(fā)明又提供了一種電源轉(zhuǎn)換器，用以接收一整流后的電壓，而產(chǎn)生一直流輸出電壓。此電源轉(zhuǎn)換器包含：一變壓器，具有一一次側(cè)繞組以接收一整流后的電壓與一二次側(cè)繞組以產(chǎn)生一直流輸出電壓；一氮化鎵晶體管開關(guān)，耦接于一次側(cè)繞組，以控制通過(guò)一次側(cè)繞組的電流；以及一開關(guān)控制模塊，用以控制氮化鎵晶體管開關(guān)。開關(guān)控制模塊包含：一感測(cè)電阻，耦接至氮化鎵晶體管開關(guān)，以感測(cè)流過(guò)氮化鎵晶體管開關(guān)的電流而產(chǎn)生一電流感測(cè)訊號(hào)；以及一切換訊號(hào)產(chǎn)生器，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)而控制氮化鎵晶體管開關(guān)。感測(cè)電阻以及氮化鎵晶體管開關(guān)耦接于一節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)電位為變壓器的一次側(cè)的地。

一實(shí)施例中，電流感測(cè)訊號(hào)為一負(fù)電壓差，且切換訊號(hào)產(chǎn)生器包含一反相器以及一脈沖寬度調(diào)變器，反相器用以轉(zhuǎn)換負(fù)電壓差為正電壓差，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送至脈沖寬度調(diào)變器，以產(chǎn)生一控制訊號(hào)控制氮化鎵晶體管開關(guān)。

一實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)為開關(guān)控制模塊的一接地節(jié)點(diǎn)，接地節(jié)點(diǎn)耦接于變壓器的一次側(cè)的地，開關(guān)控制模塊又包含一電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)，感測(cè)電阻耦接于接地節(jié)點(diǎn)和電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)之間。

一實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊可還包含一電流感測(cè)接腳，用以將該電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)與一外部設(shè)定電阻耦接，該外部設(shè)定電阻用以調(diào)整該電流感測(cè)訊號(hào)。

為達(dá)上述目的，根據(jù)另一觀點(diǎn)，本發(fā)明又提供了一種開關(guān)控制模塊，用于一種電源轉(zhuǎn)換器，電源轉(zhuǎn)換器以一變壓器的一次側(cè)繞組接收一整流后的電壓，而在變壓器的二次側(cè)繞組產(chǎn)生一直流輸出電壓。此開關(guān)控制模塊包含：一氮化鎵晶體管開關(guān)，用以控制通過(guò)變壓器的一次側(cè)繞組的電流；一感測(cè)電阻，耦接至氮化鎵晶體管開關(guān)，以感測(cè)流 過(guò)氮化鎵晶體管開關(guān)的電流而產(chǎn)生一電流感測(cè)訊號(hào)；以及一切換訊號(hào)產(chǎn)生器，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)而控制氮化鎵晶體管開關(guān)；其中，感測(cè)電阻以及氮化鎵晶體管開關(guān)耦接于一節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的電位為變壓器的一次側(cè)的地。

以下通過(guò)具體實(shí)施例詳加說(shuō)明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。

附圖說(shuō)明

圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖3A、3B顯示根據(jù)本發(fā)明兩實(shí)施例的切換訊號(hào)產(chǎn)生器示意圖；

圖4顯示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器以及其中開關(guān)控制模塊的示意圖；

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器以及其中開關(guān)控制模塊的示意圖；

圖6顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器以及其中開關(guān)控制模塊的示意圖。

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語(yǔ)，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關(guān)系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。

參照?qǐng)D2，其中顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器20，其包含：一變壓器21，具有一一次側(cè)繞組211以接收一整流后的電壓Vp與一二次側(cè)繞組212以產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo；一氮化鎵晶體管開關(guān) M，耦接于一次側(cè)繞組221，以控制通過(guò)一次側(cè)繞組221的電流Ip；一感測(cè)電阻Rs，耦接至氮化鎵晶體管開關(guān)M，以感測(cè)流過(guò)氮化鎵晶體管開關(guān)M的電流Ip而產(chǎn)生一電流感測(cè)訊號(hào)Ss；以及一開關(guān)控制單元22a，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)Ss而控制氮化鎵晶體管開關(guān)M；其中，感測(cè)電阻Rs以及氮化鎵晶體管開關(guān)M耦接于一節(jié)點(diǎn)N2，節(jié)點(diǎn)N2的電位為變壓器21的一次側(cè)的地Gp。氮化鎵晶體管開關(guān)為一種可以進(jìn)行高頻切換的開關(guān)，其切換速度高于硅晶體管開關(guān)。

根據(jù)圖2，氮化鎵晶體管開關(guān)M經(jīng)由對(duì)應(yīng)一次側(cè)的地Gp的節(jié)點(diǎn)N2，以耦接一感測(cè)電阻Rs。經(jīng)由感測(cè)電阻Rs所感測(cè)的電流感測(cè)訊號(hào)Ss，為電流Ip經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)N2(電位對(duì)應(yīng)一次側(cè)的地Gp)，再經(jīng)過(guò)感測(cè)電阻Rs所產(chǎn)生的電壓差，對(duì)開關(guān)控制單元22a而言是一個(gè)負(fù)電壓差。由于氮化鎵晶體管開關(guān)M先連接至一次側(cè)的地Gp、在連接至感測(cè)電阻Rs，因此降低了寄生電感效應(yīng)，故可減低現(xiàn)有技術(shù)中振蕩效應(yīng)所造成的的困擾。

一實(shí)施例中，電源轉(zhuǎn)換器20可為一馳返式電源轉(zhuǎn)換器(Flyback power convertor)，其中的變壓器21為一隔離式變壓?jiǎn)卧?/p>

開關(guān)控制單元22a，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)Ss而控制氮化鎵晶體管開關(guān)M。參照?qǐng)D2，一實(shí)施例中，開關(guān)控制單元22a可包含一切換訊號(hào)產(chǎn)生器22a1，用以產(chǎn)生控制訊號(hào)Sc控制氮化鎵晶體管開關(guān)M。參照?qǐng)D3A所顯示切換訊號(hào)產(chǎn)生器的一實(shí)施例，其中切換訊號(hào)產(chǎn)生器22a1可包含一反相器Inv以及一脈沖寬度調(diào)變器PWM。反相器Inv用于轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)一次側(cè)的地Gp與感測(cè)電阻Rs的負(fù)電壓差，以產(chǎn)生一正電壓差。而脈沖寬度調(diào)變器PWM為根據(jù)前述感測(cè)電流Ip所得的正電壓差，以產(chǎn)生一控制訊號(hào)Sc，控制氮化鎵晶體管開關(guān)M的導(dǎo)通狀態(tài)。

參照?qǐng)D3B所顯示切換訊號(hào)產(chǎn)生器的另一實(shí)施例，與圖3A相比較，圖3B的切換訊號(hào)產(chǎn)生器22a1增加一放大電路Buff。當(dāng)脈沖寬度調(diào) 變器PWM的輸出訊號(hào)需要調(diào)整位準(zhǔn)，以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)控制氮化鎵晶體管開關(guān)M時(shí)，可加入此放大電路。

一實(shí)施例中，開關(guān)控制單元22a(圖2)包含一電流感測(cè)接腳CS、一接地接腳GND、以及一開關(guān)控制接腳Gate。接地接腳GND經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N2耦接于變壓器21的一次側(cè)的地Gp。感測(cè)電阻Rs耦接于接地接腳GND和電流感測(cè)接腳CS之間，感測(cè)電阻Rs亦耦接于節(jié)點(diǎn)N2和電流感測(cè)接腳CS之間。開關(guān)控制接腳Gate耦接于氮化鎵晶體管開關(guān)M，以傳送控制訊號(hào)Sc至氮化鎵晶體管開關(guān)M的柵極。

圖4顯示根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明所提供的另一種電源轉(zhuǎn)換器30，用以接收一整流后的電壓Vp，而產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo。電源轉(zhuǎn)換器30包含：一變壓器21，具有一一次側(cè)繞組211以接收一整流后的電壓Vp與一二次側(cè)繞組212以產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo；一氮化鎵晶體管開關(guān)M，耦接于一次側(cè)繞組211，以控制通過(guò)一次側(cè)繞組211的電流Ip；以及一開關(guān)控制模塊22b，用以控制氮化鎵晶體管開關(guān)M。根據(jù)圖4，開關(guān)控制模塊22b包含：一感測(cè)電阻Rs，耦接至氮化鎵晶體管開關(guān)M，以感測(cè)流過(guò)氮化鎵晶體管開關(guān)M的電流Ip，而產(chǎn)生一電流感測(cè)訊號(hào)Ss；以及一切換訊號(hào)產(chǎn)生器22a1，根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)Ss而控制氮化鎵晶體管開關(guān)M。其中，感測(cè)電阻Rs以及氮化鎵晶體管開關(guān)M皆分別耦接于一節(jié)點(diǎn)N3，節(jié)點(diǎn)N3電位為變壓器的一次側(cè)的地Gp。

本實(shí)施例與前一實(shí)施例的差異是：本實(shí)施例將前一實(shí)施例中的切換訊號(hào)產(chǎn)生器22a1和感測(cè)電阻Rs整合在一個(gè)開關(guān)控制模塊22b之內(nèi)。

一實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊22b包含一電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)Ncs與一接地節(jié)點(diǎn)N3，接地節(jié)點(diǎn)N3耦接變壓器的一次側(cè)的地。感測(cè)電阻Rs耦接于接地節(jié)點(diǎn)N3與電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)Ncs間。開關(guān)控制模塊22b通過(guò)電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)Ncs以感測(cè)通過(guò)感測(cè)電阻Rs的一負(fù)電壓差，此負(fù)電壓差為電流感測(cè)訊號(hào)Ss，并根據(jù)電流感測(cè)訊號(hào)Ss以產(chǎn)生一控制訊號(hào)Sc控制氮化鎵晶體 管開關(guān)M。產(chǎn)生控制訊號(hào)Sc的相關(guān)細(xì)節(jié)，請(qǐng)參照?qǐng)D3A、3B實(shí)施例的說(shuō)明，于此不贅述。

圖5顯示根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明所提供的另一種電源轉(zhuǎn)換器40，用以接收一整流后的電壓Vp，而產(chǎn)生一直流輸出電壓Vo。類似于電源轉(zhuǎn)換器30，電源轉(zhuǎn)換器40包含：一變壓器21、一氮化鎵晶體管開關(guān)M、以及一開關(guān)控制模塊22c。本實(shí)施例與前一實(shí)施例的差異是：電源轉(zhuǎn)換器40的實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊22c包含氮化鎵晶體管開關(guān)M于其內(nèi)，而電源轉(zhuǎn)換器30的開關(guān)控制模塊22b不包含氮化鎵晶體管開關(guān)M。

圖4、5的實(shí)施例，通過(guò)整合成模塊，可減少氮化鎵晶體管開關(guān)M的控制回路走線長(zhǎng)度，因此可進(jìn)一步降低寄生電感效應(yīng)。如果未整合成模塊，亦即氮化鎵晶體管開關(guān)與開關(guān)控制單元分開各自封裝后再安裝在電路板上，則控制回路會(huì)有一部分走線在電路板上，而電路板的走線會(huì)遠(yuǎn)較模塊內(nèi)的走線為長(zhǎng)，較易導(dǎo)致寄生電感效應(yīng)。

參照?qǐng)D5，因制作成模塊之故，感測(cè)電阻Rs成為內(nèi)部零件而非外部零件，因此，無(wú)法通過(guò)安裝不同阻值的感測(cè)電阻Rs，來(lái)調(diào)整電流感測(cè)訊號(hào)Ss(例如但不限于，調(diào)整電流感測(cè)訊號(hào)Ss和流過(guò)該氮化鎵晶體管開關(guān)的電流Ip間的轉(zhuǎn)換比例、或是其他用途)。根據(jù)本發(fā)明，可為電流感測(cè)節(jié)點(diǎn)Ncs設(shè)置一個(gè)對(duì)外接腳P1，而將此接腳P1經(jīng)由一設(shè)定電阻Rset再連接至一次側(cè)的地，就可以使設(shè)定電阻Rset和感測(cè)電阻Rs構(gòu)成并聯(lián)，亦即，可以通過(guò)安裝不同阻值的設(shè)定電阻Rset，而調(diào)整電流感測(cè)訊號(hào)Ss和電流Ip間的轉(zhuǎn)換比例。此安排也可以適用于圖4的實(shí)施例。需說(shuō)明的是：設(shè)置設(shè)定電阻Rset僅為一種可能而非必須的實(shí)施型態(tài)，并不絕對(duì)必須設(shè)置設(shè)定電阻Rset。

參照?qǐng)D6，在本實(shí)施例中，開關(guān)控制模塊22d未將感測(cè)電阻Rs包含在內(nèi)，但可能由于種種原因(例如但不限于因?yàn)榛芈费a(bǔ)償或內(nèi)部參數(shù)已 定等原因)，使用者并不能或不便更動(dòng)感測(cè)電阻Rs的數(shù)值，但又希望能在電流感測(cè)訊號(hào)Ss輸入電路后做一些數(shù)值調(diào)整，則可依照本實(shí)施例的方式，設(shè)置設(shè)定電阻Rset，耦接于設(shè)定接腳SET。開關(guān)控制模塊22d中，電流源223對(duì)外流出電流，通過(guò)設(shè)定電阻Rset產(chǎn)生壓降，此壓降可經(jīng)過(guò)比較或運(yùn)算電路224(視電路設(shè)計(jì)而定，此電路224可是數(shù)字比較電路或模擬運(yùn)算電路)，而與電流感測(cè)訊號(hào)Ss的相關(guān)訊號(hào)進(jìn)行比較或運(yùn)算，如此，就可通過(guò)調(diào)整設(shè)定電阻Rset的數(shù)值，來(lái)調(diào)整電流感測(cè)訊號(hào)Ss輸入電路后的數(shù)值。

本實(shí)施例中，另也舉例示出了脈沖寬度調(diào)變器PWM的其中一種實(shí)施型態(tài)，但需說(shuō)明的是：所示僅為一種可能的實(shí)施型態(tài)，脈沖寬度調(diào)變器PWM有各種實(shí)施方式，例如，除了圖示的定頻并根據(jù)電流峰值來(lái)決定功率開關(guān)工作周期的方式之外，亦可為固定工作周期的變頻方式、或依其他方式來(lái)決定頻率與工作周期，本發(fā)明并不受限于其中任何一種方式。

以上已針對(duì)較佳實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來(lái)限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。在本發(fā)明的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化。各實(shí)施例中圖標(biāo)直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件，僅需對(duì)應(yīng)修改相關(guān)電路或是訊號(hào)的意義即可。又例如，在本發(fā)明所公開的基本電路結(jié)構(gòu)之外，可以(但非必須)外加其他電路，舉例而言，圖6實(shí)施例中舉例示出了可以(但非必須)外加設(shè)置回授補(bǔ)償電路，這是舉例顯示本發(fā)明可以有各種變化，回授補(bǔ)償電路僅是其中之一。凡此種種，皆可根據(jù)本發(fā)明的教示類推而得，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)涵蓋上述及其他所有等效變化。前述的各個(gè)實(shí)施例，并不限于單獨(dú)應(yīng)用，亦可以組合應(yīng)用，例如但不限于將兩實(shí)施例并用，或是以其中一個(gè)實(shí)施例的局部電路代換另一實(shí)施例的對(duì)應(yīng)電路。