專利名稱：間歇性控制的同步整流裝置及其控制方法
技術領域：
本發明是為一種同步整流裝置及其控制方法。
(2)背景技術在目前的電源供應器(Power Supply)產品中，常常使用到一種包括以變壓器作為驅動同步整流晶體管的同步整流(Synchronous Rectifier)裝置，以使交流輸入信號進行一較有效率的整流濾波動作。然而，習知的同步整流裝置是應用二極管作為同步整流的用。另外，當該二極管同步整流裝置應用于一低電壓的電源供應器時，則因為該二極管的順向導通電壓降會產生超過50％電力損失，造成低電壓電源供應器應用上的困難，因此高效率、低電壓的電源供應器一般皆是以金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFETs)取代二極管(diodes)，以減少二極管的順向導通的電力損失，以提高同步整流裝置的效率。
請參閱圖1，圖1是習知金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)同步整流裝置的電路示意圖。如圖1所示，該金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)同步整流裝置10包括一變壓器11、二金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)12與13、一濾波電感14以及一濾波電容15。該變壓器11包括一個一次側線圈111、二個二次側線圈112與113以及二個輔助繞組114與115，利用該輔助繞組114與115致使MOSFET 12與13順向導通，并經由該濾波電感14以及該濾波電容15濾波產生一輸出電壓。
然而習知做法存在以下缺失雖然該同步整流裝置10運用MOSFET取代二極管，可減少二極管的順向導通的電力損失，提高同步整流裝置的效率，但就另一方面而言，當同步整流裝置操作在一輕載模式時，若與一重載模式的操作方式完全相同，則會造成過多MOSFET的導通損失，降低了同步整流裝置的效率。
(3)發明內容本發明的主要目的在于提供一種同步整流裝置及其控制方法，主要應用一間歇性控制方法致使該同步整流裝置于一輕載模式操作下，間歇性導通與截止其晶體管開關，以減少其功率損失。
根據本發明一方面提供一種同步整流裝置，它包括一變壓器，包括一一次側線圈、一二次側線圈、第一輔助線圈與第二輔助線圈，該一次側線圈電連接一電源；一第一開關元件與一第二開關元件是電連接該二次側線圈，其控制端是分別電連接該輔助線圈，利用該輔助線圈致使該第一開關元件以及該第二開關元件交互導通，形成一同步整流電路；一第三開關元件，是串聯連接于該第一開關元件與該第一輔助線圈之間；一第四開關元件，是串聯連接于該第二開關元件與該第二輔助線圈之間；一檢測電路，是電連接該同步整流裝置的一輸出端，用以檢測一負載狀態；以及一控制電路，是電連接該檢測電路，根據該負載狀態為一重載時，該控制電路致使該第三開關元件與該第四開關元件導通，當該負載狀態為一輕載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件截止。
根據上述的構想，其中該第一開關元件的集電極端是電連接該變壓器的一第一端，與其發射極端是電連接該第二開關元件的發射極端，與該其集電極端是電連接該變壓器的一第二端。
根據上述的構想，其中該第一輔助繞組是電連接該第三開關元件的一端，其另一端電連接該第一開關元件的發射極端。
根據上述的構想，其中該第二輔助繞組是電連接該第四開關元件的一端，其另一端電連接該第二開關元件的發射極端。
根據上述的構想，其中該變壓器是具有一中間抽頭，該中間抽頭是電連接該濾波電感的一端，該濾波電感的另一端是電連接該濾波電容的一端，該濾波電容的另一端是電連接該第一開關元件的發射極端，且該濾波電容的兩端是為該同步整流裝置的一輸出端。
根據上述的構想，其中該第一開關元件是包括一體二極管(body diode)。
根據上述的構想，其中該第二開關元件是包括一體二極管(body diode)。
根據上述的構想，其中該第一開關元件還包括一肖特基二極管(Schottkydiode)，并聯連接該第一開關元件。
根據上述的構想，其中該第二開關元件還包括一肖特基二極管(Schottkydiode)，并聯連接該第二開關元件。
根據上述的構想，其中該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件以及該第四開關元件是為一金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)。
根據上述的構想，其中該同步整流裝置還包括一直流/直流控制IC與一開關電路，當該負載狀態為一輕載時，且該第三開關元件與該第四開關元件關閉，利用該直流/直流控制IC與該開關電路對該變壓器一次側線圈進行間歇性(burst mode)導通與截止控制。
根據本發明另一方面提供一種間歇性(burst mode)控制方法，應用于一同步整流裝置，該同步整流裝置包括一變壓器，是包括一一次側線圈，一二次側線圈，第一輔助線圈與第二輔助線圈，該一次側線圈電連接一電源，一第一開關元件與一第二開關元件是電連接該二次側線圈，其控制端是分別電連接該輔助線圈，利用該輔助線圈致使該第一開關元件以及該第二開關元件交互導通，形成一同步整流電路，一第三開關元件，是串聯連接于該第一開關元件與該第一輔助線圈之間，一第四開關元件，是串聯連接于該第二開關元件與該第二輔助線圈之間；該控制方法包括下列步驟檢測該同步整流裝置的一輸出端的一負載狀態；以及根據該負載狀態為一重載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件導通，當該負載狀態為一輕載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件截止。
根據上述的構想，其中該第一開關元件的集電極端是電連接該變壓器的一第一端，與其發射極端是電連接該第二開關元件的發射極端，與該其集電極端是電連接該變壓器的一第二端。
根據上述的構想，其中該第一輔助繞組是電連接該第三開關元件的一端，其另一端電連接該第一開關元件的發射極端。
根據上述的構想，其中該第二輔助繞組是電連接該第四開關元件的一端，其另一端電連接該第二開關元件的發射極端。
根據上述的構想，其中該變壓器具有一中間抽頭，該中間抽頭是電連接該濾波電感的一端，該濾波電感的另一端是電連接該濾波電容的一端，該濾波電容的另一端是電連接該第一開關元件的發射極端，且該濾波電容的兩端是為該同步整流裝置的一輸出端。
根據上述的構想，其中該第一開關元件是包括一體二極管(body diode)。
根據上述的構想，其中該第二開關元件是包括一體二極管(body diode)。
根據上述的構想，其中該第一開關元件還包括一肖特基二極管(Schottkydiode)，并聯連接該第一開關元件。
根據上述的構想，其中該第二開關元件還包括一肖特基二極管(Schottkydiode)，并聯連接該第二開關元件。
根據上述的構想，其中該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件以及該第四開關元件是為一金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)。
根據上述的構想，其中該同步整流裝置還包括一直流/直流控制IC與一開關電路，當該負載狀態是為一輕載時，且該第三開關元件與該第四開關元件關閉，利用該直流/直流控制IC與該開關電路對該變壓器一次側線圈進行間歇性(burst mode)導通與截止控制。
本發明是應用一間歇性控制方法致使該同步整流裝置于一輕載模式操作下，強迫關閉其晶體管開關，因此可以減少其功率損失。
為進一步說明本發明的目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發明進行詳細的描述。
(4)
圖1是習知MOSFET同步整流裝置的電路示意圖；圖2是本發明第一較佳實施例的同步整流裝置的電路方塊示意圖；圖3是本發明第二較佳實施例的同步整流裝置的電路方塊示意4是本發明較佳實施例的同步整流裝置的電路示意圖；以及圖5是本發明較佳實施例的遲滯比較器的遲滯特性曲線示意圖。
(5)具體實施方式
請參閱圖2，它是本發明第一較佳實施例的同步整流裝置的電路方塊示意圖。如圖2所示，一種同步整流裝置20包括一變壓器21、一第一開關元件22、一第二開關元件23、一第三開關元件24、一第四開關元件25、一檢測電路26、一控制電路27、一濾波電感28以及一濾波電容29。該變壓器21，包括一一次側線圈211、一二次側線圈212與213、第一輔助線圈214以及第二輔助線圈215，該一次側線圈211電連接一電源。而該電源的提供可為一直流電壓，經由一切換開關的導通與截止所提供，或可由一交流電源直接提供。在本發明中的該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件以及該第四開關元件皆可為一金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)。
另外，該第一開關元件22與該第二開關元件23是電連接該二次側線圈212與213，其控制端G是分別電連接該輔助線圈214與215，利用該輔助線圈214與215致使該第一開關元件22以及該第二開關元件23交互導通，形成一同步整流電路。
其中，該第三開關元件24是串聯連接于該第一開關元件22與該第一輔助線圈214之間。該第四開關元件25，是串聯連接于該第二開關元件23與該第二輔助線圈215之間。該檢測電路26，是電連接該同步整流裝置20的一輸出端，用以檢測一負載狀態。以及，該控制電路27，是電連接該檢測電路26，根據該負載狀態是為一重載時，該控制電路27致使該第三開關元件24與該第四開關元件25導通，使該同步整流裝置20操作在正常工作模式的中；當該負載狀態是為一輕載時，致使該同步整流裝置20操作在間歇性模式(burstmode)中，使該第三開關元件24與該第四開關元件25間歇性導通與截止。
下面就電路連接關系作一更清楚描述該第一開關元件22的集電極端D是電連接該變壓器21的一第一端，與其發射極端S是電連接該第二開關元件23的發射極端S，與該其集電極端D是電連接該變壓器21的一第二端。該第一輔助繞組214是電連接該第三開關元件24的一端，其另一端電連接該第一開關元件22的發射極端S。該第二輔助繞組215是電連接該第四開關元件25的一端，其另一端電連接該第二開關元件23的發射極端S。該變壓器21具有一中間抽頭，該中間抽頭是電連接該濾波電感28的一端，該濾波電感28的另一端是電連接該濾波電容29的一端，該濾波電容29的另一端是電連接該第一開關元件22的發射極端S，且該濾波電容29的兩端是為該同步整流裝置20的一輸出端。
另外，如圖2所示，在該同步整流裝置20中，該第一開關元件22以及該第二開關元件23是分別包括一體二極管(body diode)。
而其該同步整流裝置20的工作原理如下當該檢測電路26藉由檢測該同步整流裝置20的輸出電流，由輸出電流的大小可知其負載狀態，因而產生一負載狀態信號致動該控制電路27。當該負載狀態為一重載狀態時，則該控制電路27致使該第三開關元件24與該第四開關元件25導通，操作在同步整流裝置正常工作模式中；當該負載狀態為一輕載狀態時，則該控制電路27致使該第三開關元件24與該第四開關元件25截止，強迫關閉其晶體管開關，以減少其功率損失。
請參閱圖3，是本發明第二較佳實施例的同步整流裝置的電路方塊示意圖。如圖3所示，其與圖2的差異在于，在該同步整流裝置30中還包括二肖特基二極管(Schottky diode)31與32，該肖特基二極管(Schottky diode)31與32是分別并聯連接該第一開關元件33與該第二開關元件34。
請參閱圖4，是本發明較佳實施例的同步整流裝置的電路示意圖。該同步整流裝置40輕載時的工作原理敘述如下藉由一阻抗41，因其阻抗41壓降的大小，產生一第一電壓信號，該電壓信號經由一比較器42轉換產生一第二電壓信號，該第二電壓信號經由該比較器的輸出端輸出至一遲滯比較器(hysteretic comparator)43。當該第二電壓信號大于一第一預設值VH，則該遲滯比較器43輸出一低電壓信號，致使該第三開關元件44與該第四開關元件45導通；當該第二電壓信號VCOMP小于一第二預定值VL，則該遲滯比較器43輸出端產生一高電壓信號致使該第三開關元件44與該第四開關元件45截止。
另外，該同步整流裝置還包括一直流/直流控制IC 46與一開關電路47，當該負載狀態是為一輕載時，且該第三開關元件44與該第四開關元件45截止，利用該直流/直流控制IC 46與該開關電路48對該變壓器一次側線圈進行間歇性(burst mode)導通與截止控制。其中，一電壓信號VCOMP是與該同步整流裝置40的輸出電壓與電流相關，該直流/直流控制IC 46輸出至一遲滯比較器(hysteretic comparator)47。當一電壓信號VCOMP大于一第一預設值VH，則該遲滯比較器47輸出一低電壓信號，致使該開關電路48導通，進入間歇性模式(burst mode)控制該同步整流裝置；當該電壓信號VCOMP小于一第二預定值VL，則該遲滯比較器47輸出端產生一高電壓信號致使該開關電路48截止。
而其間歇性模式(burst mode)控制原理敘述如下在輕載模式操作時，該第三開關元件44與該第四開關元件45截止，則該電壓信號VCOMP會逐漸增加至該第一預設值VH，則致使一開關電路48導通，則進入間歇性模式(burstmode)控制該同步整流裝置進行同步整流；另外，當該開關電路48導通時，該第二電壓信號VCOMP會逐漸降低至該第二預設值VL，則致使該開關電路48截止。由此可知該同步整流裝置40在一輕載模式操作時，可以一間歇性模式(burst mode)控制該同步整流裝置，達到減少其功率損失的效果。
請參照圖5，是本發明較佳實施例的遲滯比較器的遲滯特性曲線示意圖。其中，Vhc是代表該遲滯比較器43的輸出電壓。
綜合上述，本發明可提供一種間歇性控制的同步整流裝置及其控制方法。由于本發明所提的同步整流裝置及其控制方法可使該同步整流裝置于一輕載模式操作下，間歇性導通與截止其晶體管開關，以減少其功率損失，因此得以解決習知同步整流裝置技術缺失，進而達成本發明的研發目的。
當然，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種同步整流裝置，其特征在于，包括一變壓器，包括一一次側線圈、一二次側線圈、第一輔助線圈與第二輔助線圈，該一次側線圈電連接一電源；一第一開關元件與一第二開關元件電連接該二次側線圈，其控制端分別電連接該輔助線圈，利用該輔助線圈致使該第一開關元件以及該第二開關元件交互導通，形成一同步整流電路；一第三開關元件，串聯連接于該第一開關元件與該第一輔助線圈之間；一第四開關元件，串聯連接于該第二開關元件與該第二輔助線圈之間；一檢測電路，電連接該同步整流裝置的一輸出端，用以檢測一負載狀態；以及一控制電路，電連接該檢測電路，根據該負載狀態為重載時，該控制電路致使該第三開關元件與該第四開關元件導通，當該負載狀態為輕載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件截止。
2.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第一開關元件的集電極端是電連接該變壓器的一第一端，與其發射極端是電連接該第二開關元件的發射極端，與該其集電極端是電連接該變壓器的一第二端。
3.如權利要求2所述的同步整流裝置，其特征在于，該第一輔助繞組是電連接該第三開關元件的一端，其另一端電連接該第一開關元件的發射極端。
4.如權利要求3所述的同步整流裝置，其特征在于，該第二輔助繞組是電連接該第四開關元件的一端，其另一端電連接該第二開關元件的發射極端。
5.如權利要求4所述的同步整流裝置，其特征在于，該變壓器是具有一中間抽頭，該中間抽頭是電連接該濾波電感的一端，該濾波電感的另一端是電連接該濾波電容的一端，該濾波電容的另一端是電連接該第一開關元件的發射極端，且該濾波電容的兩端是為該同步整流裝置的一輸出端。
6.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第一開關元件是包括一體二極管。
7.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第二開關元件是包括一體二極管。
8.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第一開關元件還包括一肖特基二極管，并聯連接該第一開關元件。
9.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第二開關元件還包括一肖特基二極管，并聯連接該第二開關元件。
10.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件以及該第四開關元件是為一金屬氧化半導體場效晶體管。
11.如權利要求1所述的同步整流裝置，其特征在于，該同步整流裝置還包括一直流/直流控制IC與一開關電路，當該負載狀態是為一輕載時，該第三開關元件與該第四開關元件關閉，利用該直流/直流控制IC與該開關電路對該變壓器一次側線圈進行間歇性導通與截止控制。
12.一種間歇性控制方法，應用于一同步整流裝置，該同步整流裝置包括一變壓器，包含一一次側線圈、一二次側線圈、第一輔助線圈與第二輔助線圈；該一次側線圈電連接一電源，一第一開關元件與一第二開關元件電連接該二次側線圈，其控制端分別電連接該輔助線圈，利用該輔助線圈致使該第一開關元件以及該第二開關元件交互導通，形成一同步整流電路；一第三開關元件，串聯連接于該第一開關元件與該第一輔助線圈之間，一第四開關元件，串聯連接于該第二開關元件與該第二輔助線圈之間；其特征在于，該控制方法包括下列步驟檢測該同步整流裝置的一輸出端的一負載狀態；以及根據該負載狀態為一重載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件導通，當該負載狀態為一輕載時，致使該第三開關元件與該第四開關元件截止。
13.如權利要求12所述的間歇性控制方法，其特征在于該第一開關元件的集電極端是電連接該變壓器的一第一端，與其發射極端是電連接該第二開關元件的發射極端，與該其集電極端是電連接該變壓器的一第二端；該第一輔助繞組是電連接該第三開關元件的一端，其另一端電連接該第一開關元件的發射極端；該第二輔助繞組是電連接該第四開關元件的一端，其另一端電連接該第二開關元件的發射極端；以及該變壓器具有一中間抽頭，該中間抽頭是電連接該濾波電感的一端，該濾波電感的另一端是電連接該濾波電容的一端，該濾波電容的另一端是電連接該第一開關元件的發射極端，且該濾波電容的兩端是為該同步整流裝置的一輸出端。
14.如權利要求12所述的間歇性控制方法，其特征在于，該同步整流裝置還包括一直流/直流控制IC與一開關電路，當該負載狀態是為一輕載時，且該第三開關元件與該第四開關元件關閉，利用該直流/直流控制IC與該開關電路對該變壓器一次側線圈進行間歇性導通與截止控制。
全文摘要
本發明有關一種間歇性控制的同步整流裝置及其控制方法。同步整流裝置包括一變壓器，包含一次側線圈、二次側線圈、第一輔助線圈與第二輔助線圈，一次側線圈電連接電源；一第一開關元件與一第二開關元件電連接二次側線圈，其控制端分別電連接等輔助線圈，以使第一開關元件以及第二開關元件交互導通，形成一同步整流電路；一第三開關元件，串接于第一開關元件與第一輔助線圈之間；一第四開關元件，串接于第二開關元件與第二輔助線圈之間；一檢測電路，電連接同步整流裝置的輸出端；以及一控制電路，電連接檢測電路，當負載狀態為重載時，控制電路使第三開關元件與第四開關元件導通，當負載狀態為輕載時，使第三開關元件與第四開關元件截止。
文檔編號H02M7/217GK1476157SQ02130220
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月15日 優先權日2002年8月15日
發明者黃耀堅, 甘鴻堅, 陳怡 , 章進法 申請人:臺達電子工業股份有限公司