同步整流装置的制作方法

本发明涉及一种同步整流装置，且特别是指用于电源供应器的同步整流装置。

背景技术

在市面上，电源供应器能输出高电压与定电流。因为此电源供应器的需求功率小，所以输出电流亦小，且变压器的二次侧的同步整流器采用二极管实现。当灯具的应用范围愈广，则功率要求也愈高。若在二次侧仍旧使用二极管来实现同步整流器，将会造成损失过大、效率差、散热不易、输出电容的寿命下降且电源供应器的保固日期变短。

如图1所示，其说明负载10与电源供应器中二极管12、变压器14的二次侧与输出电容16的连接关系，其中每一二极管12作为一同步整流器。然而，因为二极管12的导通损失极大，且产生过多热量，故如图2所示，将两个并联的二极管12组成为一同步整流器，以试图分散热量。当二极管12导通后，二极管12的导通电压并非与导通电流呈正比关系。且导通电流愈大，导通电压仅有小幅度变化。因此，图2中的二极管12仅能分散热，但电源供应器的输出效率依然无法有效提升。此外，会有电流分配不均的问题。为了减少导通损失，连接一同步整流电路18于二次侧，如图3所示。同步整流电路18包含一n通道金氧半场效晶体管20、一第一电阻22、一第二电阻24、一二极管26、一齐纳(zener)二极管28、一电容30与一集成电路(ic)32，其中以n通道金氧半场效晶体管20直接连接二次侧。当电源供应器输出上百伏特的电压时，跨在第一电阻22上的高电压会造成极大的损失。若增加第一电阻22的电阻值，则会使集成电路32难以侦测到n通道金氧半场效晶体管20的汲极电压。

因此，本发明针对上述问题提出一种同步整流装置，以解决现有技术存在的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种同步整流装置，其利用具有分压电容的压控开关器侦测二次侧电压，以大幅提升输出效率、降低损失、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

为了达到上述目的，本发明提供一种同步整流装置，其连接一电源供应器的一变压器的二次侧与一输出电容，同步整流装置包含一整流开关、一压控开关器与一整流控制器。整流开关连接于二次侧与输出电容之间。压控开关器具有一分压电容，压控开关器连接二次侧，以接收二次侧产生的二次侧电压。整流控制器连接压控开关器与整流开关。在二次侧电压上升至低于第一电压值的切换电压值时，整流控制器控制整流开关为非导通，而在整流开关为非导通后，压控开关器为非导通，分压电容接收二次侧电压，且二次侧电压继续上升至第一电压值为止。

在本发明的一实施例中，在二次侧电压下降至小于切换电压值的第二电压值时，压控开关器呈现导通状态，且整流控制器通过压控开关器侦测第二电压值，以导通整流开关。

在本发明的一实施例中，压控开关器为一n通道金氧半场效晶体管，其汲极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，n通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值。n通道金氧半场效晶体管的源极连接整流控制器，且n通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容作为分压电容。在整流开关为非导通后，n通道金氧半场效晶体管为非导通。在二次侧电压为第二电压值时，n通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，压控开关器还包含一辅助电容、一n通道金氧半场效晶体管与一二极管。n通道金氧半场效晶体管的汲极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，n通道金氧半场效晶体管的闸极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值，n通道金氧半场效晶体管的源极连接整流控制器，且辅助电容连接于汲极与源极之间，n通道金氧半场效晶体管的寄生源汲电容与辅助电容形成分压电容。在整流开关为非导通后，n通道金氧半场效晶体管为非导通。二极管的阳极连接源极，二极管的阴极连接汲极，在二次侧电压为第二电压值时，n通道金氧半场效晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，压控开关器还包含一npn双载子接面晶体管与一二极管。npn双载子接面晶体管的射极连接整流开关与二次侧，以接收二次侧电压，npn双载子接面晶体管的基极连接一直流电压源，以接收直流电压源的直流电压值。直流电压值小于或等于第一电压值，直流电压值大于第二电压值，分压电容连接于npn双载子接面晶体管的射极与集极间，集极连接整流控制器。在整流开关为非导通后，npn双载子接面晶体管为非导通。二极管的阳极连接射极，二极管的阴极连接集极。在二次侧电压为第二电压值时，npn双载子接面晶体管呈现导通状态，且整流控制器侦测第二电压值。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一瞬时电压抑制器(tvs)，其一端连接整流控制器与压控开关器，另一端接地，瞬时电压抑制器稳定整流控制器所侦测的电压。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一齐纳(zener)二极管，其一端连接整流控制器与压控开关器，另一端接地，瞬时电压抑制器稳定整流控制器所侦测的电压。

在本发明的一实施例中，直流电压源由电源供应器的辅助电源提供。

在本发明的一实施例中，整流开关为n通道金氧半场效晶体管或p通道金氧半场效晶体管。

在本发明的一实施例中，同步整流装置还包含一第一电阻与一第二电阻。第一电阻连接于整流控制器与整流开关之间，第二电阻连接于整流控制器与压控开关器之间，整流控制器通过第二电阻侦测第二电压值。

附图说明

图1为现有技术中的变压器、两个二极管、输出电容与负载的电路示意图；

图2为现有技术中的变压器、四个二极管、输出电容与负载的电路示意图；

图3为现有技术中的变压器与同步整流电路的电路示意图；

图4为本发明提供的同步整流装置的第一实施例的电路示意图；

图5为本发明提供的同步整流装置的第二实施例的电路示意图；

图6为本发明提供的同步整流装置的第三实施例的电路示意图。

附图标记说明：10-负载；12-二极管；14-变压器；16-输出电容；18-同步整流电路；20-n通道金氧半场效晶体管；22-第一电阻；24-第二电阻；26-二极管；28-齐纳二极管；30-电容；32-集成电路；34-同步整流装置；36-变压器；38-输出电容；40-负载；42-整流开关；44-压控开关器；45-分压电容；46-整流控制器；48-瞬时电压抑制器；50-第一电阻；52-第二电阻；54-n通道金氧半场效晶体管；56-直流电压源；58-寄生源汲电容；60-寄生基汲二极管；62-辅助电容；64-二极管；66-npn双载子接面晶体管。

具体实施方式

本发明的实施例将通过下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的组件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域技术人员可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。

以下请图4。以下介绍本发明提供的同步整流装置34的第一实施例，同步整流装置34连接一电源供应器的一变压器36的二次侧与一输出电容38，输出电容38与一负载40并联，且输出电容38的一端连接二次侧，另一端接地。电源供应器为顺向式(forward)、反驰式(flyback)或者谐振式电源供应器，但不以此为限。电源供应器具有一主电源与一辅助电源，辅助电源的电压小于主电源的电压。同步整流装置34包含一整流开关42、一压控开关器44、一整流控制器46、一瞬时电压抑制器(tvs)48、一第一电阻50与一第二电阻52，其中瞬时电压抑制器48例如为齐纳(zener)二极管或二极管串行(diode-string)，整流开关42为n通道金氧半场效晶体管或p通道金氧半场效晶体管。在此第一实施例中，瞬时电压抑制器48以齐纳二极管为例，整流开关42以n通道金氧半场效晶体管为例。整流开关42连接于二次侧与输出电容38之间。压控开关器44具有一分压电容45，压控开关器44连接二次侧，以接收二次侧产生的二次侧电压vs。整流控制器46连接压控开关器44与整流开关42。在二次侧电压vs上升至低于第一电压值的切换电压值时，整流控制器46控制整流开关42为非导通，而在整流开关42为非导通后，压控开关器44为非导通，分压电容45接收二次侧电压vs，二次侧电压vs继续上升至第一电压值为止。分压电容45的容值可以依照需求调整，原则上要能够承受第一电压值。此第一电压值为二次侧电压vs的最大值。在二次侧电压vs下降至小于切换电压值的第二电压值时，压控开关器44呈现导通状态，且整流控制器46通过压控开关器44侦测第二电压值，以导通整流开关42。此瞬时电压抑制器48的一端连接整流控制器46与压控开关器44，另一端接地，瞬时电压抑制器48稳定整流控制器46所侦测的电压。因此第一电压值会大于瞬时电压抑制器48的箝位电压。第一电阻50连接于整流控制器46与整流开关42之间，第二电阻52连接于整流控制器46与压控开关器44之间，整流控制器46通过第二电阻52侦测第二电压值。

压控开关器44为一n通道金氧半场效晶体管54，其汲极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压vs，n通道金氧半场效晶体管54的闸极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值vcc。直流电压值vcc小于或等于第一电压值，直流电压值vcc大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值vcc时，同步整流装置34不工作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压vs在不同电压值，可导通n通道金氧半场效晶体管54。n通道金氧半场效晶体管54的源极与基极互相连接，源极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48，且n通道金氧半场效晶体管54的寄生源汲电容58作为分压电容45。在整流开关42为非导通后，n通道金氧半场效晶体管54为非导通。在二次侧电压vs为第二电压值时，n通道金氧半场效晶体管54呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第一实施例的工作过程。当二次侧电压vs下降至第二电压值时，寄生源汲电容58与节点d放电以产生电流通过寄生基汲二极管60。因为直流电压值vcc大于第二电压值，所以n通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。当没有电流通过寄生基汲二极管60时，节点d的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压vs上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值vcc的压差，所以n通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压vs继续上升至第一电压值时，因为直流电压值vcc小于或等于第一电压值，所以n通道金氧半场效晶体管54为非导通，同时二次侧电压vs对寄生源汲电容58充电，并使节点d的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过寄生源汲电容58接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于n通道金氧半场效晶体管54的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过寄生源汲电容58接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压vs损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。即使省略瞬时电压抑制器48、第一电阻50与第二电阻52的至少其中一个，亦可达到上述目的。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第二实施例，如图5所示。第二实施例与第一实施例差别在于压控开关器44。压控开关器44还包含一辅助电容62、一n通道金氧半场效晶体管54与一二极管64。n通道金氧半场效晶体管54的汲极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压vs，n通道金氧半场效晶体管54的闸极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值vcc。直流电压值vcc小于或等于第一电压值，直流电压值vcc大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值vcc时，同步整流装置不工作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压vs在不同电压值，可导通n通道金氧半场效晶体管54。n通道金氧半场效晶体管54的源极与基极互相连接，源极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48，且辅助电容62连接于汲极与源极之间，n通道金氧半场效晶体管54的寄生源汲电容58与辅助电容62形成分压电容45。在整流开关42为非导通后，n通道金氧半场效晶体管54为非导通。二极管64的阳极连接源极，二极管64的阴极连接汲极。在二次侧电压vs为第二电压值时，n通道金氧半场效晶体管54呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第二实施例的工作过程。当二次侧电压vs下降至第二电压值时，辅助电容62、寄生源汲电容58与节点d放电以产生电流通过寄生基汲二极管60与二极管64。因为直流电压值vcc大于第二电压值，所以n通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。当没有电流通过寄生基汲二极管60与二极管64时，节点d的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压vs上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值vcc的压差，所以n通道金氧半场效晶体管54呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压vs继续上升至第一电压值时，因为直流电压值vcc小于或等于第一电压值，所以n通道金氧半场效晶体管54为非导通，同时二次侧电压vs对寄生源汲电容58与辅助电容62充电，并使节点d的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过寄生源汲电容58与辅助电容62接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于n通道金氧半场效晶体管54的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过寄生源汲电容58与辅助电容62接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压vs损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第三实施例，如图6所示。第三实施例与第二实施例差别在于压控开关器44。压控开关器44更包含一npn双载子接面晶体管66与一二极管64。npn双载子接面晶体管66的射极连接整流开关42与二次侧，以接收二次侧电压vs，npn双载子接面晶体管66的基极连接一直流电压源56，以接收直流电压源56的直流电压值vcc。直流电压值vcc小于或等于第一电压值，直流电压值vcc大于第二电压值。直流电压源56是由电源供应器的辅助电源提供，当此辅助电源并未提供直流电压值vcc时，同步整流装置不运作。此外，用户可根据需求改变辅助电源的电压值，如此，二次侧电压vs在不同电压值，可导通npn双载子接面晶体管66。分压电容45连接于npn双载子接面晶体管66的射极与集极间，集极通过第二电阻52连接整流控制器46与瞬时电压抑制器48。在整流开关42为非导通后，npn双载子接面晶体管66为非导通。二极管64的阳极连接射极，二极管64的阴极连接集极。在二次侧电压vs为第二电压值时，npn双载子接面晶体管66呈现导通状态，且整流控制器46侦测第二电压值。

以下介绍本发明提供的同步整流装置的第三实施例的工作过程。当二次侧电压vs下降至第二电压值时，分压电容45与节点d放电以产生电流通过二极管64。因为直流电压值vcc大于第二电压值，所以npn双载子接面晶体管66呈导通状态。当没有电流通过二极管64时，节点d的电压等于第二电压值。换言之，整流控制器46直接接收第二电压值，以导通整流开关42。当二次侧电压vs上升至切换电压值时，因为切换电压值与直流电压值vcc的压差，所以npn双载子接面晶体管66呈导通状态。此时，整流控制器46依据切换电压值控制整流开关42为非导通。当二次侧电压vs继续上升至第一电压值时，因为直流电压值vcc小于或等于第一电压值，所以npn双载子接面晶体管66为非导通，同时二次侧电压vs对分压电容45充电，并使节点d的电压等于瞬时电压抑制器48的箝位电压。因此，整流控制器46能通过分压电容45接收第一电压值，以据此关闭整流开关42。由于npn双载子接面晶体管66的导通电阻比二极管的导通电阻低，故能降低损失。此外，整流控制器46能通过分压电容45接收第一电压值，故能避免整流控制器46被二次侧电压vs损坏，进而大幅提升输出效率、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

此外，压控开关器44亦可由p通道金氧半场效晶体管与pnp双载子接面晶体管所组成，压控开关器44的操作与上述实施例类似，于此不再赘述。

综上所述，本发明利用具有分压电容的压控开关器侦测二次侧电压，以据此切换同步开关，进而大幅提升输出效率、降低损失、增加电容可靠度与产品保固年限，并达到精准同步整流。

以上所述者，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的保护范围内。