專利名稱：同步整流控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種同步整流控制電路，通過在次級側整流電路 中連接一同步整流控制電路的設計，能提高能量轉換效率，同時避免 反向的兩電流開關同時開啟，而導致跨越導通產生短路現象并燒毀電 流開關，適用于電源供應器或類似結構。
背景技術：
現今科技的發達，在有關電源的部份運用也越來越廣泛，越來越 多的產品都會使用到電源供應器，尤其是在個人計算機、工業用計算機、交換機、收款機、印表設備......等等中需求AC/DC轉換電源，而通過開關式結構來啟閉電源。目前在交換式電源供應器中，為縮小變壓器的體積，大多使用高 頻的脈波寬度調變(PWM)控制直流輸出，如圖1所示，為現有順向式 (Forward)電路的示意圖，變壓器T ,將電路區分成一次側的初級電路與 二次側的次級電路，且通過一次側的初級電路中的脈波寬度調變控制 器(PWM)連接到二次側的次級電路，通過次級電路電壓回授以調整該 一次側的二個切換開關S,、 S2的責任周期來達到穩定的電壓輸出。同時通過該二個切換開關Sp S2的切換動作，將儲存于電容器 的電能通過一交連電容分別傳送至變壓器T,的一次側端，用以形成一 交流電源(圖未示)。該交流電源AC用以提供能量給變壓器T,，并通過 變壓器T ,將交流電源轉換到二次側。變壓器的二次側通過一整流單元 連接到一儲能電感L。至輸出負載，于切換開關S" S2皆關閉時通過 儲能電感Lo釋放能量提供負責所需的電力，同時利用電容器C,作為 直流濾波功能。而次級側接整流二極管D" D2將交流電壓波形轉換成直流電壓波形，整流二極管D卜D2于導通時會產生0.4V 1.5V不等的 電壓降，因此當輸出電流大時會產生很大的功率損失而發生效率低的 缺陷。然而，其上述架構操作時，會產生很大的功率損失而發生效率低， 為其最主要的缺陷。本設計人有鑒于上述缺陷，期能提供一種利用在次級側整流電路 中連接一同步整流控制電路的設計，達到降低導通損的效能，以提供 消費大眾使用。''發明內容本實用新型的主要目的在于克服現有技術的不足與缺陷，提出一 種同步整流控制電路，通過次級側整流電路中連接一同步整流控制電 路的設計，以調整死區(deadtime)時間提高能量轉換效率。本實用新型的次一目的在于，提出一種同步整流控制電路，經由 次級側整流電路中連接一同步整流控制電路的設計，能達到同時避免 反向的二整流開關同時開啟，而導致跨越導通產生過大電流來燒毀電 流開關。為達上述目的，本實用新型提供一種同步整流控制電路，連接于 次級側整流電路中，包括 一驅動電路，該驅動電路中設有一微分電 路、 一第一比較器及電容，其中以微分電路輸出訊號給第一比較器， 并以電容進行充放電，以產生一個周期； 一死區擷取電路，該死區擷 取電路設有第二比較器、第三比較器，該第二比較器的正輸入端連接 驅動電路中的第一比較器的輸出端，而第二比較器輸出端連接至第三 比較器的正輸入端，該第三比較器的負輸入端連接第一比較器的輸出 端，以供擷取死區訊號；以及一零電壓檢測電路，該零電壓檢測電路 設有一第四比較器、 一圖騰柱電路，該第四比較器的負輸入端連接驅動電路的輸入端，以供檢測驅動電路的輸入端的電位，而第四比較器 的輸出端與圖騰柱電路連接，以供輸出訊號；由此，于次級側整流電 路中避免產生短路。本實用新型具有以下有益技術效果1、 本實用新型通過次級側整流電路中連接一同步整流控制電路的設計，以調整死區(deadtime)時間提高能量轉換效率。2、 本實用新型經由次級側整流電路中連接一同步整流控制 電路的設計，能達到同時避免反向的二整流開關同時開啟，而導致跨 越導通產生過大電流來燒毀電流開關。 ''本實用新型的其它特點及具體實施例可于以下配合附圖的詳細說 明中，進一步了解。
圖1為現有順向式(Forward)電路的示意圖；圖2為本實用新型的同步整流控制電路的示意圖；圖3為本實用新型的同步整流控制電路的應用實施示意圖；圖4為本實用新型的同步整流控制電路的波形示意圖。圖中符號說明1同步整流控制電路10驅動電路11微分電路12第一比較器13電^6"14電容15電阻20死區(dead time)擷取電路21第二比較器22第三比較器23二極管24電^6-25電阻30零電壓檢測電路31第四比較器32圖騰柱(Totem Pole)電路33電容34電阻35開關變壓器切換開關s2切換開關S R,第一整流開關S R2第二整流開關儲能電感c2濾波電容D3寄生二極管D4寄生二極管變壓器Si切換開關S2切換幵關儲能電感電容器二極管D2二極管具體實施方式
請參考圖2，為本實用新型的同步整流控制電路的電路圖，該同步 整流控制電路1連接于次級側整流電路中，包括有一驅動電路10、 一 死區(dead time)擷取電路20及一零電壓檢測電路30;該驅動電路10中設有一微分電路11、 一第一比較器12及電容13，其中以微分電路 ll輸出訊號給第一比較器12，并以電容13進行充放電，以產生一個 周期；死區(dead time)擷取電路20設有第二比較器21、第三比較器22， 該第二比較器21的正輸入端連接驅動電路10中的第一比較器12的輸 出端，而第二比較器21輸出端連接至第三比較器22的正輸入端，該 第三比較器22的負輸入端連接第一比較器12的輸出端，以供擷取死 區(deadtime)訊號；該零電壓檢測電路30設有一第四比較器31、 一圖 騰柱(Totem Pole)電路32，該第四比較器31的負輸入端連接驅動電路 10的輸入端，以供檢測驅動電路10的輸入端的電位，而第四比較器 31的輸出端與圖騰柱(TotemPole)電路32連接，以供輸出訊號；由此， 于次級側整流電路中避免產生短路。請參考圖2、 3，本實用新型的同步整流控制電路的電路圖及運用 實施例，其中該次級側整流電路運作于順向式(fonvord)電源轉換器中， 而順向式(forword)電源轉換器中包括有一變壓器T^ 二個切換開關S p S2、 二整流開關(指第一整流開關S R,與第二整流開關S R)、一儲能電感IM及一濾波電容C2，而切換開關S。 S2用于控制在變壓器T,的初級側端與輸入電壓源之間的傳導，用作同步整流器的第一整 流開關S Ri與第二整流開關S R2連接到變壓器Ti的次級側端，第一 整流開關S Ri親接在次級側端的一第一端與第一接地端之間。第二整 流開關S R2從次級側端的一第二端連接到接地端，另該第一整流開關 S R,與第二整流開關S R2可為任何的電力開關，或為金屬氧化層半 導體元件(Metal-Oxide- Semiconductor)、接合面場效晶體管(JFET)、 金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)等其中任一。該儲能電感L i耦接在次級側端的第二端與電源轉換器的輸出端之間。該輸出濾波電 容C2連接于電源轉換器輸出端與接地端之間。而切換開關S。 32導 通后，能量經由變壓器T,和儲能電感Lt從輸入端電壓源向電源轉換 器的輸出端傳導，第一整流開關S R,在其寄生二極管D3導通后導通； 另切換開關S" S2截止后，儲存在儲能電感L,中的能量經由第二整 流開關S R2的寄生二極管D4向輸出端連續放電，第二整流開關S R2在其寄生二極管04導通后導通。其中該順向式(forword)電源轉換器通 常具有二種不同的工作模式，即非連續工作模式和連續工作模式，在 連續工作模式中，能量仍保持在儲能電感L,中，而下一個工作周期在儲能電感lM釋放的電流達到零之前就開始了，因此在第二工作周期間，第二整流開關S R2被導通用作同步整流器，所以在下一周期開始后可 能會發生交叉傳導，其中將經由第二整流開關S R2和寄生二極管D4 使得次級側端發生短路。在交叉傳導期間，將產生電磁干擾(EMI)，并 且將嚴重減少第一整流開關S R,及第二整流開關S R2的使用壽命。 相反地，在非連續工作模式中，在下一周期開始之前，儲存在儲能電感L,中的戶;f有能量已完成被釋放完畢。因此沒有感應電壓保持在儲能電感lM中而阻擋輸出電容器的能量放電回到變壓器。同步整流控制電路1可區分為驅動電路10、死區(dead time)擷取 電路20及零電壓檢測電路30，該驅動電路IO設有一微分電路11、 一 第一比較器12及電容13，其中以微分電路11輸出訊號給第一比較器 12，并以電容13進行充放電，以產生一個周期，而該微分電路11為 一電容14串接一電阻15，以形成一高通濾波器，通過自電容14端輸 入訊號，從電容14與電阻15接點端輸出訊號，且電容14只讓高頻訊 號通過而輸出，將低頻信號或直流阻擋，另該電容14端與第一整流開 關S R,的漏極(Dmin)端連接，并接收從第一整流開關S R,的漏極 Prain)端所輸入的訊號，且以微分電路11來做放電用，通過輸入的訊 號為正時瞬間重置(Reset)電容13，以重新開始一個周期(Cycle)計算； 而該死區(deadtime)擷取電路20設有第二比較器21、第三比較器22， 該第二比較器21的正輸入端連接驅動電路IO中的第一比較器12的輸 出端，以供將輸入的訊號做峰值檢測(Peak Detector),而第二比較器21 輸出端連接至第三比較器22的正輸入端，其中該第二比較器21的輸 出端與第三比較器22的正輸入端中串連有二極管23且并聯電容24及 電阻25，且第二比較器21有輸入一電源(Vcc)，以提供參考電壓來檢 側，該第三比較器22的負輸入端連接第一比較器12的輸出端，以擷 取峰值檢測(PeakDetector)的98%的電壓，而超過98%的電壓時關閉同步整流，以形成有2n/。壓差的死區(dead time)訊號；另該零電壓檢測電 路30設有一第四比較器31、 一圖騰柱(TotemPole)電路32，該第四比 較器31的負輸入端連接驅動電路IO的輸入端，而第四比較器31的正 輸入端接地，以供與負輸入端做電壓差的比較，而第四比較器3I的輸 出端與圖騰柱(TotemPole)電路32連接，且第四比較器31的負輸入端 與驅動電路10的輸入端中并聯一電容33及一電阻34，而并連一端連 接一開關35，以控制訊號，該開關35為P型MOS開關，以供檢測驅 動電路10的輸入端(漏極drain)的電位在電流輸入時電壓必需降至0V 以下，而第四比較器31輸出才能驅動圖騰柱(Totem Pole)電路32使之 打開(ON)，且經圖騰柱(Totem Pole)電路32將訊號傳遞到同步整流的第 二整流開關S R2的柵極(gate)使之導通，反之，如驅動電路的輸入端(漏 極drain)的電位在電流輸入時電壓為0V以上時，使圖騰柱(Totem Pole) 電路32關閉(OFF)，以保護第二整流開關S R2于正確的周期內導通或 關閉，避免造成擊穿短路問題發生。請參考圖4，本實用新型的同步整流控制電路的動作波形圖，同時 配合圖2及3的電路圖，本實用新型利用變壓器T二次側產生順向同 步控制電壓訊號，輸入同步整流控制電路1的驅動電路10中，當變壓 器T,初級側端的開關導通時，其輸出高電位使順向同步整流的次級側 端的第一電流開關S R,成為導通狀態，且變壓器Ti次級側端順向同 步整流的第二電流開關S R2呈關閉狀態，而當變壓器T,初級側端的 開關轉為關閉時，變壓器T1次級側端的同步控制電壓訊號變低電位 時，使得順向同步整流的第一電流開關S R,轉為關閉，同時飛輪(Fly Wheding)同步整流的第二電流開關S R2輸入第一整流開關S R,的柵 極(gate)訊號，故當第一整流開關S Ri的柵極(gate)訊號轉為低電位時， 第二整流開關S R2的柵極(gate)訊號立即轉變為高電位，驅動飛輪(Fly Wheeling)同步整流的第二電流開關S R2成為導通狀態。飛輪(FIy Wheeling)同步整流的第二電流開關S R2的導通周期必須在第一電流 開關S !^下一次導通之前結束，否則第一、第二電流SR,、 SR2幵 關會同時導通造成嚴重的短路問題，在以本實用新型的同步整流控制電路1中的死區(deadtime)擷取電路20來做峰值檢測(Peak Detector), 以擷取峰值檢測(PeakDetector)的98%的電壓，而超過98°/。的電壓時關 閉同步整流，以形成有2。/。壓差的死區(dead time)訊號，以使飛輪(Fly Wheding)同步整流的第二電流開關S R2于周期內導通或關閉，避免短 路問題發生。由以上可知，以本實用新型的結構，具有如下的優點1、 本實用新型以保護第二整流開關于正確的周期內導通或關閉， 避免造成擊穿短路問題發生。2、 本實用新型以調整死區(deadtime)時間提高能量轉換效率。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例，當不能用以限定本實 用新型可實施的范圍，凡本領域技術人員所明顯可作變化與修飾，皆 應視為不悖離本實用新型的實質內容。
權利要求1.一種同步整流控制電路，連接于次級側整流電路中，其特征在于，包括一驅動電路，該驅動電路中設有一微分電路、一第一比較器及電容，其中以微分電路輸出訊號給第一比較器，并以電容進行充放電，以產生一個周期；一死區擷取電路，該死區擷取電路設有第二比較器、第三比較器，該第二比較器的正輸入端連接驅動電路中的第一比較器的輸出端，而第二比較器輸出端連接至第三比較器的正輸入端，該第三比較器的負輸入端連接第一比較器的輸出端，以供擷取死區訊號；以及一零電壓檢測電路，該零電壓檢測電路設有一第四比較器、一圖騰柱電路，該第四比較器的負輸入端連接驅動電路的輸入端，以供檢測驅動電路的輸入端的電位，而第四比較器的輸出端與圖騰柱電路連接，以供輸出訊號；由此，于次級側整流電路中避免產生短路。
2. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該次級 側整流電路包括有一變壓器、二整流開關、 一儲能電感及一濾波電容， 而變壓器的一側串接二整流開關，該二整流開關為反向連接，且串接 一儲能電感及一濾波電容，以供電壓穩定輸出。
3. 如權利要求2所述的同步整流控制電路，其特征在于，該整流 開關為金屬氧化層半導體元件、接合面場效晶體管、金屬氧化物半導 體場效晶體管其中任一。
4. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該死區 擷取電路的第二比較器的輸出端與第三比較器的正輸入端中串連有二 極管且并聯電容及電阻，以供傳遞訊號。
5. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該死區擷取電路的第二比較器有輸入一電源，以提供參考電壓來檢測。
6. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該零電 壓檢測電路的第四比較器的負輸入端與驅動電路的輸入端中并聯一電 容及一電阻，而并連一端連接一開關，以控制訊號。
7. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該死區 擷取電路的第三比較器的輸出端連接至零電壓檢測電路中的圖騰柱電 路。
8. 如權利要求l所述的同步整流控制電路，其特征在于，該驅動 電路中的微分電路為一電容串接一電阻，以形成一高通濾波器。
專利摘要一種同步整流控制電路，連接于次級側整流電路中，包括有一驅動電路、一死區擷取電路及一零電壓檢測電路；該驅動電路中設有一微分電路、一第一比較器及電容，以微分電路輸出訊號給第一比較器，并以電容進行充放電，以產生一個周期；死區擷取電路設有第二比較器、第三比較器，該第二比較器的正輸入端連接驅動電路中的第一比較器的輸出端，而第二比較器輸出端連接至第三比較器的正輸入端，該第三比較器的負輸入端連接第一比較器的輸出端，以供擷取死區訊號；該零電壓檢測電路設有一第四比較器、一圖騰柱電路，該第四比較器的負輸入端連接驅動電路的輸入端，以供檢測驅動電路的輸入端的電位，第四比較器的輸出端與圖騰柱電路連接，以供輸出訊號。
文檔編號H02M3/335GK201171187SQ20082000605
公開日2008年12月24日 申請日期2008年2月2日 優先權日2008年2月2日
發明者黃明和 申請人:高效電子股份有限公司