专利名称：同步整流电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率转换器，特别关于一种切换功率转换器的同步整流器。
背景技术：
图1表示柔性切换功率转换器的电路示意图。此功率电路包括变压器10, 其为了功率转换器的安全性来提供电路的线输入电压VIN至输出电压V。之 间的隔离。开关20与30组合成半桥电路以切换变压器10。变压器10的一 次侧线圈NP的漏电感与电容器41及42形成一个谐振槽。漏电感的电感值Z 与电容器41及42的等效电容值C决定了此谐振槽的谐振频率/o。 fo = ~~^= (1)
变压器10将能量由其一次侧线圈Np转移至二次侧线圈NS1与NS2。整流 器61及62与电容器65对变压器10执行整流与滤波，以在功率转换器的输 出端产生DC电压V0。
虽然柔性切换功率转换器可达到较高效能与较低的电磁干扰 (electric-magnetic interference, EMI)性能，^f旦是整流器61与62的正向电 压仍导致明显的功率损失。本发明的目的在于提供一种切换功率转换器的同 步整流电路，以达到较高的效能。
发明内容
本发明提供一种同步整流电路，适用于切换功率转换器。同步整流电路 包括功率晶体管、二极管、控制器、以及锁相电路。功率晶体管与二极管耦 接于变压器与切换功率转换器的输出端，用以执行整流。控制器根据导通信 号与关闭信号来产生驱动信号，以控制功率晶体管。锁相电路依据导通信号 来产生关闭信号。 一旦二极管被前向偏压时，导通信号被致能。导通信号用 来致能驱动信号以导通功率晶体管，且关闭信号则用来禁止驱动信号以关闭功率晶体管。
本发明又提供一种同步整流电路，适用于切换功率转换器。同步整流电 路包括第一与第二晶体管、第一与第二二极管、以及仲裁电路。第一晶体管 与第一二极管耦接变压器与切换功率转换器的输出端，用以执行整流。第二
晶体管与第二二极管，耦接变压器与切换功率转换器的输出端，用以执行整 流。当第一二极管或第一晶体管导通时，仲裁电路产生锁定信号，以避免第 二晶体管导通。当第二二极管或第二晶体管导通时，锁定信号避免第一晶体 管导通。
图l表示柔性切换功率转换器的电路示意图2表示根据本发明实施例的整合同步整流器，其适用于切换功率转换
图3表示根据本发明实施例的整合同步整流电路的示意图； 图4表示根据本发明实施例的同步整流电路的控制电路； 图5表示根据本发明实施例的侦测电路的示意图； 图6表示根据本发明实施例的延迟电路的示意图； 图7表示脉沖产生电路； 图8表示根据本发明实施例的锁定电路； 图9表示根据本发明实施例的锁相电路； 图IO表示根据本发明实施例的相位侦测器；以及 图11表示根据本发明实施例的同步整流电路的主要波形图。主要组件符号说明
10~变压器； 15~变压器； 20、 30~开关； 41、 42~电容器；
50、 51、 52 ~同步整流电路； 61、 62~整流器；65~电容器； 90 仲裁电路； 100-控制电路；
118~与门； 119~或非门； 125~与门； 130-比较器；
150~正反器； 160-与门；165 输出緩冲器； 170-延迟电^各(DLY);
175~侦测电路(MOT);
176~反向器； 177 —与门；
180、 185~延迟电路(DLY);
187~或门； 190 脉冲产生电路；
191-脉冲产生电路；193~反向器；
195 ~与门； 200 ~功率晶体管；
250 ~ 二极管 272-晶体管 275 ~电容器
271 ~反向器； 273 ~电流源； 279 ~与门；
290~锁定电路(LOCK);
291 -或门； 295 —或门； 297-晶体管 311~反向器； 321 ~反向器； 340-电流源 350、 351 ~电容器; 360 緩冲放大器; 380 -比较器; 395 ~开关； 471~反向器； 473 ~电流源 478~反向器
293 -正反器； 296 ~电流源； 300 ~锁相电路；
脉沖产生电路； 脉沖产生电路; 343 ~开关；
开关； 电阻； 反向器；
315 325
341
342 370 390 396 472~晶体管 475 -电容器
电流源；
479 ~与门； 500 ~相位侦测器(PHASE ); 510、 520~反向器； 530 脉沖产生电路； 535 ~与门； 600~电流源； A ~同步整流电^^的阳才及端；
EN ~导通信号； I~脉冲产生电路的输入信号；
IB ~电;克； Is、 IS1、 IS2 ~ 士刀才奐电:^;
IN-输入信号； K~同步整流电路的阴极端；L ~锁定信号； NP ~ —次侧线圈；
NS1、 Ns2 二次侧线圏； 0 脉冲产生电路的输出信号；
OUT-输出信号； Sj 取样信号； S3 重新启动信号； S! 禁止信号; Sm-重置信号； Sw-正反器150的输出信号； Vcc~电压； VG、 VG1、 VG2
Vw 导线输入电压；V。 输出电压； VTH ~门限电压。
Rs 关闭信号； S2-清除信号； SB 遮没信号； Sh-維持信号; Sp-保护信号;
驱动信号:
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实 施例，并配合附图，作详细i兑明如下。
图2表示具有整合同步整流器(同步整流电路)的切换功率转换器。功 率转换器包括变压器15,其具有一次侧线圈Np与二次侧线圈N^及Ns2。变 压器15的一次侧线圈Np具有两个开关20及30,用来切换变压器15的一次 侧线圈Np。同步整流电路51的阴极端K耦接二次侧线圏NS1，且其阳极端 A耦接功率转换器的输出接地端。另一个具有阴极端K与阳极端A的同步整 流电路52也由二次侧线圈NS2耦接至功率转换器的输出接地端。
同步整流电路51包括第一功率晶体管、第一二极管、以及第一控制电路。 另一同步整流电路52包括第二功率晶体管、第二二极管、以及第二控制电路。 同步整流电路51及52产生锁定信号L (lock signal),以避免同步整流电路51 及52同时导通。当第一二极管或第一功率晶体管导通时，锁定信号L避免第 二功率晶体管导通。此外，当第二二极管或第二功率晶体管导通时，锁定信 号L避免第一功率晶体管导通。
图3表示同步整流电路50的示意图，其表示同步整流电路51或52的 电路。同步整流电路50包括功率晶体管200、 二极管250、以及控制电路100。 控制电路100产生驱动信号VG,以控制功率晶体管200。 二极管250与功率晶体管200并联。在此实施例中，二极管250为一二才及管或是功率晶体管200 的寄生组件。功率晶体管200耦接于阴极端K与阳极端A之间。阴极端K耦 接变压器10的二次侧线圈，而其阳极端A耦接功率转换器的输出接地端。 一旦二极管250被前向偏压(forward bias)时，控制电路100将产生导通信 号，以致能驱动信号vg并导通功率晶体管200。根据导通信号的期间控制电 路100将产生关闭信号以禁止驱动信号VG并关闭功率晶体管200。锁定端L 输出锁定信号L，以表示出功率晶体管200的导通/关闭状态。
图4表示控制电路100的一较佳实施例，其包括锁相电路(phase-lock, PL) 300、仲裁电路90、以及控制器。此控制器由正反器150、比较器130、 延迟电路(DLY) 170、或非门(NOR) 119、与门(AND) 125、 118与160、 以及输出缓沖器165所组成。
比较器130具有门限电压vth，此门限电压vth耦接至比较器的正输入 端。比较器130的负输入端耦接至阴极端K。比较器130的输出端产生导通 信号EN。透过与门118，导通信号EN与锁定信号L耦接至正反器150的时 钟输入端CK。因此，驱动信号Vcj只有当锁定信号L被禁止时(高电平)， 才被致能。正反器150的重置输入端R受到或非门119的输出端(信号)所 控制。正反器150的输出端(信号SW)与导通信号en耦接至与门160。正 反器150如同拴锁电路般操作。与门160的输出端耦接至输出緩冲器165。 驱动信号vg产生于输出緩冲器165的输出端，用以控制功率晶体管200。
仲裁电路90包括锁定电路(LOCK) 290以及侦测电路(MOT) 175。锁 定电路290产生锁定信号L。侦测电路175产生重置信号sm，以在非正常状 态下关闭驱动信号Vg与功率晶体管200。重置信号SM透过或非门119来耦 接至正反器150的重置输入端R,以清除(或称为重置)正反器150。
一旦阴极端K的电压低于门限电压VTH时，驱动信号vg将导通功率晶 体管200。或非门119的另一输入端耦接与门125的输出端。与门125的第 一输入端接收延迟电路170的输出信号(遮没信号SB )。延迟电路170的输 入端耦接驱动信号VG。延迟电路170提供遮没时间以完成驱动信号Vc的最 小导通时间。锁相电路300产生关闭信号Rs至与门125的第二输入端。关闭 信号Rs是根据导通信号EN而反应产生的。当二极管250导通且被正向偏压 时，关闭信号Rs用来关闭驱动信号VG。阴极端K的电压将低于门限电压 VTH。因此，功率晶体管200只有在二极管250导通之后才会导通，这样完成了功率晶体管200的柔性切换。此外，当二^ L管25(M皮反相偏压时，驱动 信号Vg将被禁止且功率晶体管200将关闭。依照锁相电路300的运作，关闭 信号Rs用来关闭功率晶体管200。
图5表示侦测电路175的电路示意图，其包括最大期间电路、禁止电路、 以及保护电路。在此实施例中，最大期间电路由延迟电路(DLY)180所形成。 保护电路由与门177与延迟电路(DLY) 185所形成。在此实施例中，禁止电 路则由脉沖产生电路191所组成。导通信号EN被传送至延迟电路180的输入 端。延迟电路180产生最大期间信号，其耦接或门187的一输入端。导通信 号EN更透过反向器176而耦接至与门177的一输入端。与门177的另 一输入 端接收驱动信号VG。与门177的输出端耦接延迟电路185。延迟电路185产 生保护信号Sp至或门187的另一输入端。或门187的输出端则用来触发脉沖 产生电路190。脉冲产生电路190的输出端耦接与门195的一输入端。导通 信号EN更透过反向器176而耦接至脉沖产生电路191的输入端。脉冲产生电 路191产生禁止信号SI9其透过反向器193传送至与门195的另一输入端。 因此，最大期间信号用来关闭功率晶体管200，以限制功率晶体管200的导 通时间。在功率晶体管200关闭后，禁止信号Sz则用来限制功率晶体管200 的导通。禁止信号是单击信号。单击信号的脉冲宽度是受控于脉冲产生器191。 保护信号Sp也用来关闭功率晶体管200,以在非正常状态期间来限制功率放 大器200的电流。
图6表示图5中延迟电路180与185的电路示意图。电流源273用来对 电容器275充电。晶体管272则是使电容器275放电。输入信号IN透过反向 器271来控制晶体管272。输入信号IN更耦接至与门279的一输入端。与门 279的另一输入端耦接电容器275。 一旦输入信号被致能，输出信号OUT则 在一个延迟时间之后由与门279的输出端产生。此延迟时间是由电流源273 的电流与电容器275的电容值来决定。
图7表示图5中脉冲产生电路190与191。电流源473用来对电容器475 充电。晶体管472则是使电容器475放电。信号I透过反向器471来控制晶 体管472。信号I更耦接至与门479的一输入端。与门479的另 一输入端透过 反向器478而耦接电容器475。输出脉冲信号的脉沖宽度是由电流源473的 电流与电容器475的电容值来决定。
图8表示锁定电路2卯的示意图。正反器293由来自另一同步整流电路50的驱动信号V(j所导通。或门291的输出端用来重置正反器293。正反器 293的输出端耦接至或门295的一输入端。或门295的另一输入端接收驱动 信号Vg。或门295的输出端驱动晶体管297。晶体管297产生锁定信号L。 电流源296提供电平拉高给锁定信号L。根据驱动信号Vg的致能，产生锁定 信号L(低电平)。当驱动信号V(3与导通信号EN皆被禁止时，锁定信号L将 被禁止(被拉高电平)。驱动信号vg只有当锁定信号L被禁止时(被拉高电 平)才会被初始化。
图9表示锁相电路300的示意图。导通信号en透过开关341与电流源 340来致能电容器350的充电，并因此于电容器350产生斜坡信号SR。导通 信号EN更被耦合来透过反向器311与脉冲产生电路315来产生取样信号S， 且接者透过反向器321与脉冲产生电路325来产生清除信号S2。取样信号Si 是透过开关342来对自电容器350至电容器351的信号进行取样，以于电容 器351处产生维持信号SH。在取样之后.，清除信号S2则透过开关343来清 除电容器350。电容器351的清除信号SH的电平与导通信号EN的致能期间 相关联。电容器351的清除信号sh透过缓冲放大器360与电阻370而耦接至 比较器380的一输入端。 一电流源600更耦4妻至电阻370,以在电阻370产 生电压降。比较器380的另一输入端耦接以接受斜坡信号sr。比较器380的 输出端耦接反向器390。反向器390产生关闭信号Rs用以禁止驱动信号VG (见 图4)。电流源600的电流IB ;故调整来产生关闭信号Rs。此外，电流源396 透过开关395来使电容器351放电以拉低维持信号SH的电平。当侦测到一错 误相位信号时，相位侦测器(PHASE) 500产生重新启动信号S3以致能开关 395,以进行上述放电操作。相位侦测器500侦测在驱动信号Vcj的禁止与导 通信号EN的禁止间的足够时间限度(enough timing margin)。在驱动信号VG 关闭之后，导通信号en需要维持致能。这表示，当功率晶体管200关闭时， 二极管250需要维持导通一段期间(50~ 100nsec)，以确保同步整流电路正 确地操作。因此，当二极管250没有在功率晶体管200关闭后维持导通一段 期间时，产生重新启动信号S3来降低维持信号SH电平。
图IO表示相位侦测器500的电路示意图。驱动信号vg透过反向器510 来致能脉沖产生电路530。脉冲产生电3各530的输出端耦接与门535的一输 入端。与门535的另 一输入端透过反向器520接收导通信号EN。与门535的 输出端产生重新启动信号S3。图11表示同步整流电路的主要波形图。变压器10的切换电流Is包括Is,
与IS2。驱动信号VG1与V(32分别为同步整流电路51与52的驱动信号VG。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任 何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可 做些许其的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界 定者为准。
权利要求
1.一种同步整流电路，适用于一切换功率转换器，包括一功率晶体管与一二极管，耦接于一变压器与该切换功率转换器的输出端，用以执行整流；一控制器，用以根据一导通信号与一关闭信号来产生一驱动信号，以控制该功率晶体管；以及一锁相电路，用以依据该导通信号来产生该关闭信号；其中，一旦该二极管被前向偏压时，该导通信号被致能；以及其中，该导通信号用来致能该驱动信号以导通该功率晶体管，且该关闭信号则用来禁止该驱动信号以关闭该功率晶体管。
2. 如权利要求1所述的同步整流电路，更包括 一锁定电路，用以根据该驱动信号被致能来产生一锁定信号；其中，该锁定信号根据该导通信号被禁止而被禁止，且该驱动信号只在 该锁定信号被禁止时被致能。
3. 如权利要求1所述的同步整流电路，其中，在该导通信号被禁止之前， 该关闭信号^^皮致能。
4. 如权利要求1所述的同步整流电路，其中，该锁相电路包括 一充电电路，当该导通信号被致能时，用以产生一斜坡信号； 一取样电路，用以依据该斜坡信号的电平来产生一维持信号；以及 一比较器，用以根据比较该斜坡信号与该维持信号以产生该关闭信号； 其中，该维持信号的电平与该导通信号的期间相关联。
5. 如权利要求1所述的同步整流电路，其中，该控制器包括 一拴锁电路，用以产生该驱动信号，以控制该功率晶体管；其中，该驱动信号根据该导通信号被致能而^^皮致能，且该驱动信号根据 该关闭信号被致能而被禁止。
6. 如权利要求1所述的同步整流电路，更包括 一最大期间电路，用以产生一最大期间信号；其中，该最大期间信号用来关闭该功率晶体管，以限制该功率晶体管的 最大期间。
7. 如权利要求1所述的同步整流电路，更包括一禁止电i 各，用以产生一禁止信号；其中，该禁止信号为一单击信号，用以在该功率晶体管关闭之后，禁止 该功率晶体管的导通。
8. —种同步整流电路，适用于一切换功率转换器，包括 一第一晶体管与一第一二极管，耦接一变压器与该切换功率转换器的输出端，用以执行整流；一第二晶体管与一第二二极管，耦接该变压器与该切换功率转换器的输 出端，用以执行整流；以及一仲裁电路，当该第一二极管或该第一晶体管导通时，用以产生一锁定 信号，以避免该第二晶体管导通； 其中，当该第二二极管或该第二晶体管导通时，该锁定信号避免该第一 晶体管导通。
9. 如权利要求8所述的同步整流电路，更包括 一最大期间电路，用以产生一最大期间信号；其中，该最大期间信号用来关闭该第一晶体管，以限制该第一晶体管的 导通时间。
10. 如权利要求8所述的同步整流电路，更包括 一禁止电路，用以产生一禁止信号；其中，该禁止信号为一单击信号，用以在该第一晶体管关闭之后，禁止 该第一晶体管的导通。
11. 如权利要求8所述的同步整流电路，更包括一控制器，用以才艮据一导通信号与一关闭信号来产生一驱动信号，以控制该第一晶体管；以及一锁相电路，用以依据该导通信号来产生该关闭信号；其中， 一旦该第一二极管被前向偏压时，该导通信号被致能；以及其中，该导通信号用来致能该驱动信号以导通该第一晶体管，且该关闭信号则用来禁止该驱动信号以关闭该第 一 晶体管。
12. 如权利要求11所述的同步整流电路，其中，在该导通信号被禁止之 前，该关闭信号被致能。
13. 如权利要求11所述的同步整流电路，其中，该控制器包括 一拴锁电路，用以产生该驱动信号，以控制该第一晶体管；其中，该驱动信号根据该导通信号被致能而被致能，且该驱动信号根据 该关闭信号被致能而被禁止。
14. 如权利要求11所述的同步整流电路，其中，该锁相电路包括 一充电电路，当该导通信号被致能时，用以产生一斜坡信号； 一取样电路，用以依据该斜坡信号的电平来产生一维持信号；以及 一比较器，用以根据该斜坡信号与该维持信号间的比较而产生该关闭信弓一 ,其中，该维持信号的电平与该导通信号的期间相关联。
15. 如权利要求14所述的同步整流电路，其中，该锁相电路更包括 一相位侦测器，用以产生一重新启动信号，以降低该维持信号的电平； 其中，当该第一二极管没有在该第 一晶体管关闭后维持导通一段期间，产生该重新启动信号。
全文摘要
一种同步整流电路，适用于切换功率转换器，其包括功率晶体管、二极管、控制器、以及锁相电路。功率晶体管与二极管耦接于变压器与切换功率转换器的输出端，用以执行整流。控制器根据导通信号与关闭信号来产生驱动信号，以控制功率晶体管。锁相电路依据导通信号来产生关闭信号。一旦二极管被前向偏压时，导通信号被致能。导通信号用来致能驱动信号以导通功率晶体管，且关闭信号则用来禁止驱动信号以关闭功率晶体管。
文档编号H02M3/335GK101527511SQ200910135409
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年1月5日
发明者杨大勇, 王周升, 竺培圣 申请人:崇贸科技股份有限公司