專利名稱：具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，特別涉及一種使用于全橋式或半橋式電源供應(yīng)器的具死區(qū)時間調(diào)整的同步整流電路。
背景技術(shù)：
按目前已知的直流電源供應(yīng)裝置，如交換式電源供應(yīng)器中(AC To DCSwlitching Power Supply)中，為縮小變壓器的體積，大多使用高頻的脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制直流輸出電壓，如圖1所示，為公知半橋式電源供應(yīng)裝置的電路示意圖。變壓器T1將電路區(qū)分成為一次側(cè)的初級電路101與二次側(cè)的次級電路102，并該一次側(cè)的初級電路101可以通過一脈寬調(diào)變控制器1010連接到該二次側(cè)的次級電路102，通過次級電路102電壓反饋以調(diào)整該一次側(cè)101的Q1、Q2二個電子開關(guān)的責(zé)任周期(duty cycle)來達到穩(wěn)定的電壓輸出。
請配合圖1，參考圖2，為公知半橋式電源供應(yīng)裝置的電路波形示意圖。脈寬調(diào)變控制器1010通過隔離變壓器Tr輸出控制信號S1-S2，控制信號S1-S2用以分別控制Q1、Q2二個電子開關(guān)之切換動作。利用該二個電子開關(guān)Q1、Q2的切換動作，將儲存于電容器C10、C11的電能通過一交連電容CBL分別傳送至變壓器T1的一側(cè)端，用以形成一交流電源AC。該交流電源AC用以提供能量給變壓器T1，并利用變壓器T1將交流電源電壓轉(zhuǎn)換到二次側(cè)。變壓器T1的二次側(cè)通過一整流單元1020連接到一儲能電感L1至輸出負載，于Q1、Q2皆開閉時利用儲能電感L1釋放能量提供負載所需的電力，同時利用電容器C1作為直流濾波功能。
請參考圖2，于時間t0-t1，隔離變壓器Tr輸出的控制信號S1-S2為正電位，此時，整流二極管整流D1停止導(dǎo)通二整流二極管D2維持導(dǎo)通儲能電感器L1開始進行儲存能量。于時間t1-t2，隔離變壓器Tr輸出的控制信號S1-S2位零電位，此時，儲能電感器L1開始進行釋放能量，整流二極管D2仍繼續(xù)導(dǎo)通，此時整流二極管D1亦導(dǎo)通，儲能電感器L1釋放能量的路徑經(jīng)由D1，D2回到儲能電感器L1。于時間t2-t3，隔離變壓器Tr輸出的控制信號S1-S2位負電位，整流二極管D2則停止導(dǎo)通，而整流二極管D1仍繼續(xù)導(dǎo)通，儲能電感器L1又開始進行儲存能量。于時間t3-t4，隔離變壓器Tr輸出的控制信號S1-S2為零電位，此時，整流二極管D1仍繼續(xù)導(dǎo)通，此時整流二極管D2亦導(dǎo)通，儲能電感器L1又開始進行釋放能量，儲能電感器L1釋放能量的路徑經(jīng)由D1，D2回到儲能電感器L1。如此，在時間t3-t4時又回覆到時間t0-t1時的波形，依序如上述說明。
上述說明中，如圖1所示，公知的半橋式電源供應(yīng)器，其中初極側(cè)電子開關(guān)Q1、Q2為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有小信號控制其ON/OFF作用的開關(guān)元件。而次極側(cè)接整流二極管D1、D2將交流電壓波形轉(zhuǎn)換為直流電壓波形，整流二極管D1、D2于導(dǎo)通時會產(chǎn)生0.4V-1.5V不等的電壓降(此為二極管的特性)，因此當(dāng)輸出電流大時會產(chǎn)生很大的功率損失而發(fā)生效率低的缺陷，并因消耗功率過大需要大面積的散熱片等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，解決現(xiàn)有技術(shù)的當(dāng)輸出電流大時會產(chǎn)生很大的功率損失而產(chǎn)生的效率低的問題。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，連接于一變壓器二次側(cè)的同步繞組、至少一功率開關(guān)及一儲能電感器，其特點在于，包括一脈沖產(chǎn)生單元，連接于該變壓器二次側(cè)端與該儲能電感器一端，根據(jù)該變壓器二次側(cè)端輸出的信號，用以輸出一脈沖信號；一死區(qū)時間控制單元，連接于該脈沖產(chǎn)生單元，接收該脈沖信號，通過該脈沖信號觸發(fā)一電子開關(guān)，同時搭配一RC單元、一比較單元用以輸出一死區(qū)時間信號；一功率開關(guān)驅(qū)動切換單元，連接于該死區(qū)時間控制單元，該變壓器的二次側(cè)的同步繞組及所述功率開關(guān)的控制端，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器的二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動所述功率開關(guān)。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該脈沖信號，由變壓器二次側(cè)端輸出的信號進行前緣觸發(fā)取得。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該死區(qū)時間控制單元，包括一電子開關(guān)，利用一控制端連接于該脈沖產(chǎn)生單元，接收該脈沖信號，用以執(zhí)行兩輸出端的導(dǎo)通或截止動作；一RC單元，連接于該儲能電感器的另一端與一參考端，是利用一電阻器串接一電容器組成，同時，該電容器并接到該電子開關(guān)的兩輸出端；一比較單元，具有兩輸入端及一輸出端，其中一輸入端連接于該電容器一端，另一端連接到一參考電壓，并且該輸出端通過一驅(qū)動單元連接到該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該比較單元利用負輸入端連接到該電容器一端，利用正輸入端連接到該參考電壓。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元，包括一第一驅(qū)動單元，連接于該死區(qū)時間控制單元，功率開關(guān)及該變壓器二次側(cè)的同步繞組，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動該功率開關(guān)；一第二驅(qū)動單元，連接于該死區(qū)時間控制單元、功率開關(guān)及該變壓器二次側(cè)的同步繞組，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動該功率開關(guān)。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該第一驅(qū)動單元，包括一第一切換開關(guān)，通過一控制端連接于該死區(qū)時間控制單元，并通過一輸出端連接到該功率開關(guān)的控制端；一第一整流二極管，一端連接到該變壓器二次側(cè)的同步繞組，另一端連接于該第一切換開關(guān)的另一輸出端。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該第二驅(qū)動單元，包括一第二切換開關(guān)，通過一控制端連接于該死區(qū)時間控制單元，并通過一輸出端連接到該功率開關(guān)的控制端；一第二整流二極管，一端連接到該變壓器二次側(cè)的同步繞組，另一端連接于該第二切換開關(guān)的另一輸出端。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該第一驅(qū)動單元還包括一第一二極管，連接于該死區(qū)時間控制單元與該功率開關(guān)的控制端。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，該第二驅(qū)動單元還包括一第二二極管，連接于該死區(qū)時間控制單元與該功率開關(guān)的控制端。
上述的橋式同步整流電路，其特點在于，所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明的具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，是將公知橋式電源供應(yīng)器使用的整流二極管D1、D2位置改以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管代替，用來降低電路工作時的消耗功率。同時，通過死區(qū)時間調(diào)整控制電路，用來固定電子開關(guān)Q1、Q2同時截止時的死區(qū)時間(Dead Time)。
本發(fā)明具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，可以利用調(diào)整RC單元的R、C值，用以調(diào)整電路功率開關(guān)動作的死區(qū)時間，并固定死區(qū)時間。同時，死區(qū)時間不會受到脈沖寬度調(diào)變控制直流輸出電壓之責(zé)任周期不穩(wěn)定所影響。
下面結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的具體實施例。


圖1為公知半橋式電源供應(yīng)裝置的電路示意圖；圖2為公知半橋式電源供應(yīng)裝置的電路波形示意圖；圖3為本發(fā)明具死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路方框示意圖；及圖4為本發(fā)明波形示意圖。
其中，附圖標記說明如下公知101初級電路1010 脈寬調(diào)變控制器102次級電路1020 整流單元Q1、Q2 電子開關(guān)Tr 隔離變壓器T1 變壓器S1-S2 控制信號本發(fā)明10 同步整流電路TW 變壓器二次測的同步繞組Q1、Q2 功率開關(guān)L1 儲能電感器103 脈沖產(chǎn)生單元104 死區(qū)時間控制單元
1040RC單元1042比較單元1044驅(qū)動單元106 功率開關(guān)驅(qū)動切換單元1062第一驅(qū)動單元1064第二驅(qū)動單元T1 變壓器VREF參考電壓具體實施方式
請參考圖3，為本發(fā)明具死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路方框示意圖。本發(fā)明的一種具死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路10，連接于一變壓器二次側(cè)的同步繞組TW、二功率開關(guān)Q1、Q2的控制端及一儲能電感器L1，包括有一脈沖產(chǎn)生單元102、一死區(qū)時間控制單元104及一功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106。
本發(fā)明利用脈沖產(chǎn)生單元102連接于該變壓器T1二次側(cè)端與該儲能電感器L1一端，根據(jù)該變壓器T1二次側(cè)端輸出的信號進行前緣觸發(fā)，用以輸出一脈沖信號。該脈沖信號被傳送到連接于該脈沖產(chǎn)生單元102的該死區(qū)時間控制單元104。該脈沖信號用來觸發(fā)死區(qū)時間控制單元104中的一電子開關(guān)Q4、同時搭配一RC單元1040、一比較單元1042用以輸出一死區(qū)時間信號到連接于該死區(qū)時間控制單元104的該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106。該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106連接于該死區(qū)時間控制單元104、該變壓器的二次側(cè)的同步繞組TW及功率開關(guān)Q1、Q2的控制端，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組TW取得相位不同于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動該功率開關(guān)Q1、Q2。
再參考圖3，死區(qū)時間控制單元104中的電子開關(guān)Q4，利用一控制端連接于該脈沖產(chǎn)生單元102，接受該脈沖信號，用以執(zhí)行二輸出端的導(dǎo)通(ON)或截止(OFF)動作。同時，死區(qū)時間控制單元104中的RC單元1040，連接于該儲能電感器L1的另一端與一參考端G，利用一電阻器RT串接一電容器CT組成，同時，該電容器CT并接到該電子開關(guān)Q4的二輸出端。并，死區(qū)時間控制單元104中的比較單元1042，具有二輸入端及一輸出端，其中一負輸入端連接于該電容器CT一端，另一正輸入端連接到一參考電壓VREF，并該輸出端通過一驅(qū)動單元1044連接到該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106。
再參考圖3，其中該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106，由一第一驅(qū)動單元1062與一第二驅(qū)動單元1064分別利用一第一切換開關(guān)Q5與一第二切換開關(guān)Q6的控制端連接于該死區(qū)時間控制單元104，并通過第一切換開關(guān)Q5與第二切換開關(guān)Q6的輸出端分別連接到該功率開關(guān)Q1、Q2的控制端，以及通過連接于該第一切換開關(guān)Q5、該第二切換開關(guān)Q6的一第一整流二極管D3與第二整流二極管D4連接到該變壓器二次側(cè)的同步繞組TW。
上述說明中，該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106還有一第一二極管D5、一第二二極管D6連接于該死區(qū)時間控制單元104與第一切換開關(guān)Q5、該第二切換開關(guān)Q6的控制端。再有，功率開關(guān)Q1、Q2為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，用來降低電路工作時的消耗功率。以今日科技水準金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET的導(dǎo)通阻抗可以輕易做到10毫歐姆左右的導(dǎo)通電阻值RDS，如FDP3632金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為例，可將消耗功率降低甚多以克服使用二極管功率消耗甚多的困擾。假設(shè)輸出電壓為12Vdc且功率開關(guān)Q1、Q2以FDP3632金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(導(dǎo)通電阻值RDS＝9毫歐姆、導(dǎo)通電壓值VDS＝100V)取代，輸出功率為120W(12V/10A)則功率開關(guān)Q1、Q2的壓降為10A×9毫歐姆＝90mVdc。功率開關(guān)Q1、Q25的消耗功率為90mV×10A＝900Mw＝0.9W。比較圖1所示，公知電路中整流二極管D1、D2的消耗功率為0.4×10A＝4W兩者相差甚多，輸出功率越大越明顯。
請參考圖4，為本發(fā)明波形示意圖。同時配合圖3，本發(fā)明利用儲能電感L1的輸入端取得以電壓波形S4，并將電壓波形S4送到脈沖產(chǎn)生單元102，脈沖產(chǎn)生單元102執(zhí)行前緣觸發(fā)該電壓波形S4，以輸出一脈沖信號S5。該脈沖信號S5被傳送到死區(qū)時間控制單元104中的電子開關(guān)Q4，控制電子開關(guān)Q4導(dǎo)通(ON)，以將充電中的RC電路1040進行瞬間放電，用以輸出以一鋸齒信號S6。RC電路1040瞬間放電后又開始進行充電動作，并一樣RC電路1040需等到下一個脈沖信號S5出現(xiàn)才能進行瞬間放電，以產(chǎn)生鋸齒信號S6。
再參考圖4，配合圖3，在死區(qū)時間控制單元104中，鋸齒信號S6與參考電VREF利用比較單元1042進行比較運算，用以輸出一死區(qū)時間信號S7到功率開關(guān)驅(qū)動切換單元106中第一切換開關(guān)Q5與第二切換開關(guān)Q6的控制端，并于該變壓器二次測的同步繞組TW取得和二次測繞阻不同相位切換輔助電源，以驅(qū)動功率開關(guān)Q1、Q2。
如圖4所示，變壓器二次測輸出電壓波形S1為一交變信號，并在變壓器二次測的同步繞組TW取得不同相位切換輔助電源，第一切換開Q5與第二切換開關(guān)Q6通過一第一整流二極管D3與一第二整流二極管D4分別取得一第一整流波形S2與一第二整流波形S3，同時配合死區(qū)時間信號S7進而驅(qū)動功率開關(guān)Q1、Q2。
再參考圖4，上述說明中，當(dāng)?shù)谝徽鞫O管D3與第二整流二極管D4有方波時，分別使得第一切換開關(guān)Q5與第二切換開關(guān)Q6導(dǎo)通(ON)。第一整流二極管D3有方波時，使得第一切換開關(guān)Q5導(dǎo)通(ON)，Q5導(dǎo)通(ON)后對功率開關(guān)Q1柵極(GATE)充電使得功率開關(guān)Q1導(dǎo)通。第一整流二極管D3方波消失后，功率開關(guān)Q1仍繼續(xù)導(dǎo)通因為功率開關(guān)Q1柵極(GATE)尚未放電，此時稱柵極自體維持時間，直到死區(qū)時間信號S7為低電位時，功率開關(guān)Q1方關(guān)閉。第二整流二極管D4有方波時，功率開關(guān)Q2導(dǎo)通，其動作時序與開關(guān)Q1相同，必須等死區(qū)時間信號S7為低電位時功率開關(guān)Q2方關(guān)閉。
再參考圖4，其中本發(fā)明具死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，可以利用調(diào)整RC單元的R、C值來調(diào)整鋸齒信號S6的斜率。鋸齒信號S6比較參考電壓VBEF，用以整流電路的功率開關(guān)Q1、Q2切換動作時的死區(qū)時間。如圖4所示功率開關(guān)Q1的柵極信號S8與功率開關(guān)Q2的柵極信號S9相差一死區(qū)時間，并為固定的死區(qū)時間。同時，死區(qū)時間不會受到脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制直流輸出電壓的責(zé)任周期(duty cycle)不穩(wěn)定所影響。
綜上所述，本發(fā)明將公知橋式電源供應(yīng)器使用的整流二極管D1、D2位置改以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管代替，用以降低電路工作時的消耗功率。同時通過死區(qū)時間調(diào)整控制電路，用來固定功率開關(guān)Q1、Q2同時截止時的死區(qū)時間。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；凡是依本發(fā)明所作的等效變化與修改，都被本發(fā)明的專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，連接于一變壓器二次側(cè)的同步繞組、至少一功率開關(guān)及一儲能電感器，其特征在于，包括一脈沖產(chǎn)生單元，連接于該變壓器二次側(cè)端與該儲能電感器一端，根據(jù)該變壓器二次側(cè)端輸出的信號，用以輸出一脈沖信號；一死區(qū)時間控制單元，連接于該脈沖產(chǎn)生單元，接收該脈沖信號，通過該脈沖信號觸發(fā)一電子開關(guān)，同時搭配一RC單元、一比較單元用以輸出一死區(qū)時間信號；及一功率開關(guān)驅(qū)動切換單元，連接于該死區(qū)時間控制單元，該變壓器的二次側(cè)的同步繞組及所述功率開關(guān)的控制端，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器的二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動所述功率開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該脈沖信號，由變壓器二次側(cè)端輸出的信號進行前緣觸發(fā)取得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該死區(qū)時間控制單元，包括一電子開關(guān)，利用一控制端連接于該脈沖產(chǎn)生單元，接收該脈沖信號，用以執(zhí)行兩輸出端的導(dǎo)通或截止動作；一RC單元，連接于該儲能電感器的另一端與一參考端，是利用一電阻器串接一電容器組成，同時，該電容器并接到該電子開關(guān)的兩輸出端；及一比較單元，具有兩輸入端及一輸出端，其中一輸入端連接于該電容器一端，另一端連接到一參考電壓，并且該輸出端通過一驅(qū)動單元連接到該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該比較單元利用負輸入端連接到該電容器一端，利用正輸入端連接到該參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該功率開關(guān)驅(qū)動切換單元，包括一第一驅(qū)動單元，連接于該死區(qū)時間控制單元，功率開關(guān)及該變壓器二次側(cè)的同步繞組，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動該功率開關(guān)；及一第二驅(qū)動單元，連接于該死區(qū)時間控制單元、功率開關(guān)及該變壓器二次側(cè)的同步繞組，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組取得相位異于二次側(cè)繞組的切換輔助電源，用以驅(qū)動該功率開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該第一驅(qū)動單元，包括一第一切換開關(guān)，通過一控制端連接于該死區(qū)時間控制單元，并通過一輸出端連接到該功率開關(guān)的控制端；及一第一整流二極管，一端連接到該變壓器二次側(cè)的同步繞組，另一端連接于該第一切換開關(guān)的另一輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該第二驅(qū)動單元，包括一第二切換開關(guān)，通過一控制端連接于該死區(qū)時間控制單元，并通過一輸出端連接到該功率開關(guān)的控制端；及一第二整流二極管，一端連接到該變壓器二次側(cè)的同步繞組，另一端連接于該第二切換開關(guān)的另一輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該第一驅(qū)動單元還包括一第一二極管，連接于該死區(qū)時間控制單元與該功率開關(guān)的控制端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橋式同步整流電路，其特征在于，該第二驅(qū)動單元還包括一第二二極管，連接于該死區(qū)時間控制單元與該功率開關(guān)的控制端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橋式同步整流電路，其特征在于，所述功率開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有有死區(qū)時間調(diào)整的橋式同步整流電路，使用于全橋式或半橋式電源供應(yīng)器，包括有一脈沖產(chǎn)生單元輸出一脈沖信號；一死區(qū)時間控制單元，連接于該脈沖產(chǎn)生單元，接收該脈沖信號，利用該脈沖信號觸發(fā)一電子開關(guān)，同時搭配一RC單元、一比較單元用以輸出一死區(qū)時間信號；一功率開關(guān)驅(qū)動切換單元，連接于該死區(qū)時間控制單元、該變壓器的二次側(cè)的同步繞組及至少一功率開關(guān)的控制端，接收該死區(qū)時間信號，并于該變壓器二次側(cè)的同步繞組取得不同相位切換輔助電源，用以驅(qū)動該些功率開關(guān)。
文檔編號H02M7/219GK1731664SQ200410070508
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者徐達經(jīng) 申請人:尼克森微電子股份有限公司