TW201907647A - 電源轉換裝置及其同步整流電路 - Google Patents
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Abstract
一種電源轉換裝置及其同步整流電路。電源轉換裝置包括變壓器及同步整流電路。變壓器的一次側繞阻接收輸入電壓。變壓器的二次側繞阻提供輸出電壓至輸出端。同步整流電路包括同步整流電晶體及同步整流控制器。同步整流電晶體耦接在二次側繞阻與輸出端之間,且受控於控制信號。同步整流控制器耦接同步整流電晶體以接收第一檢測信號,並依據第一檢測信號產生控制信號。當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常時,同步整流控制器產生控制信號以將同步整流電晶體維持在導通狀態,以對同步整流電路進行異常保護。
Description
本發明是有關於一種電源裝置,且特別是有關於一種具有二次側異常保護機制的電源轉換裝置及其同步整流電路。
電源轉換裝置為現代電子裝置中不可或缺的元件。在以脈寬調變(pulse width modulation,PWM)控制為基礎的電源轉換裝置中,電源轉換裝置的二次側通常具有整流二極體。由於整流二極體於導通狀態下的功率消耗較大,因此可採用導通電阻較低的同步整流電晶體來取代整流二極體。在這樣的架構下,尚需要一同步整流控制器來控制二次側的同步整流電晶體的啟閉。
當電源轉換裝置的二次側發生異常時,例如同步整流電晶體的溫度過高時,但不限於此,一般的做法是藉由同步整流控制器來關斷同步整流電晶體,以避免同步整流電晶體的溫度持續上升。然而,由於同步整流電晶體的汲極端與其本體(body)端之間具有寄生二極體,在二次側發生過溫度且同步整流電晶體被關斷的情況下,當電源轉換裝置的的一次側所儲存的能量轉移至二次側時,同步整流電晶體中的寄生二極體會被導通,致使二次側的電流將會流過同步整流電晶體的寄生二極體。基於寄生二極體於導通狀態下的功率消耗相較於同步整流電晶體於導通狀態下的功率消耗大的多,如此一來,反而造而同步整流電晶體的溫度急劇上升而無法達到異常保護的效果。
有鑑於此,本發明提供一種電源轉換裝置及其同步整流電路,當同步整流電路發生異常狀態時,可將同步整流電路中的同步整流電晶體維持在導通狀態,以對同步整流電路進行異常保護。
本發明的電源轉換裝置包括變壓器及同步整流電路。變壓器具有一次側繞阻及二次側繞阻,其中一次側繞阻用以接收輸入電壓,且二次側繞阻用以提供輸出電壓至輸出端。另外,本發明的同步整流電路包括同步整流電晶體以及同步整流控制器。同步整流電晶體耦接在二次側繞阻與輸出端之間,且受控於控制信號。同步整流控制器耦接同步整流電晶體以接收第一檢測信號,並依據第一檢測信號產生控制信號以控制同步整流電晶體的啟閉。當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,同步整流控制器產生控制信號以將同步整流電晶體維持在導通狀態,以對同步整流電路進行異常保護。
在本發明的一實施例中,當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,反應於同步整流電晶體被維持在導通狀態,導致變壓器發生短路而使電源轉換裝置啟動短路保護機制,從而對同步整流電路進行異常保護。
在本發明的一實施例中,上述的電源轉換裝置更包括功率開關以及脈寬調變信號產生器。功率開關耦接一次側繞阻,且受控於脈寬調變信號。脈寬調變信號產生器耦接功率開關,且根據輸出端的狀態而產生並調整脈寬調變信號。脈寬調變信號產生器更用以檢測一次側繞阻的電流以取得第二檢測信號。當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,反應於同步整流電晶體被維持在導通狀態,脈寬調變信號產生器根據第二檢測信號而檢測出變壓器發生短路,致使脈寬調變信號產生器產生脈寬調變信號以關斷功率開關,從而對同步整流電路進行異常保護。
在本發明的一實施例中,當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,同步整流控制器未輸出異常指示信號至脈寬調變信號產生器。
在本發明的一實施例中,上述的異常狀態為過溫度異常狀態。
在本發明的一實施例中,上述的同步整流控制器包括異常檢測電路以及控制電路。異常檢測電路用以接收外部檢測信號,且根據外部檢測信號判斷同步整流電路是否發生異常並據以產生判斷結果。控制電路耦接異常檢測電路以接收判斷結果。當判斷結果為同步整流電路發生異常時,控制電路產生控制信號以將同步整流電晶體設定並維持在導通狀態。
基於上述,在本發明實施例所提出的電源轉換裝置及其同步整流電路中,當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,同步整流控制器便將同步整流電晶體設定並維持在導通狀態,以使變壓器短路而讓脈寬調變信號產生器關斷功率開關,從而達到對同步整流電路進行異常保護的目的。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明的內容可以被更容易明瞭,以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟,係代表相同或類似部件。
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源轉換裝置100的電路示意圖。請參照圖1,電源轉換裝置100可包括一次側電源控制電路110、變壓器T以及同步整流電路120。變壓器T包括一次側繞阻Np及二次側繞阻Ns,其中一次側繞阻Np的第一端(例如同名端(common-polarity terminal),即打點處)用以接收輸入電壓VIN,而二次側繞阻Ns的第一端(例如異名端(opposite-polarity terminal),即未打點處)則用以提供輸出電壓VOUT至輸出端,以對耦接在輸出端的負載(未繪示)供電,但本發明並不限於此。
同步整流電路120可包括同步整流電晶體Msr以及同步整流控制器122。同步整流電晶體Msr的汲極端耦接二次側繞阻Ns的第二端(例如同名端),同步整流電晶體Msr的源極端與本體端耦接第二接地端GND2,其中,同步整流電晶體Msr的汲極端與本體端之間具有寄生的整流二極體Dr。同步整流控制器122可接收輸出電壓VOUT以做為同步整流控制器122運作所需的電源,但本發明不限於此。同步整流控制器122耦接同步整流電晶體Msr,且接收同步整流電晶體Msr的汲極端的信號以做為第一檢測信號VD。同步整流控制器122可根據第一檢測信號VD產生控制信號VG以控制同步整流電晶體Msr的啟閉。特別是,當同步整流控制器122檢測出同步整流電路120發生異常狀態時,同步整流控制器122可產生控制信號VG以將同步整流電晶體Msr維持在導通狀態,以對同步整流電路120進行異常保護。稍後會再詳細說明。
另一方面,一次側電源控制電路110可包括功率開關Mp、電流感測電路111以及脈寬調變信號產生器112,但本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中,電流感測電路111也可整合於脈寬調變信號產生器112中。功率開關Mp的第一端耦接一次側繞阻Np的第二端(例如異名端)。功率開關Mp的控制端接收脈寬調變信號Spwm。功率開關Mp的第二端耦接電流感測電路111的第一端以及脈寬調變信號產生器112。電流感測電路111的第二端耦接第一接地端GND1。脈寬調變信號產生器112耦接功率開關Mp的控制端,用以根據耦接在輸出端的負載的狀態(或是電源供應需求)而產生並調整脈寬調變信號Spwm。此外,脈寬調變信號產生器112可透過電流感測電路111而檢測出流經一次側繞阻Np的電流,以做為第二檢測信號CS。在本發明的一實施例中,電流感測電路111可採用電阻器來實現,而脈寬調變信號產生器112可採用現行的脈寬調變信號產生電路來實現。
在本發明的一實施例中,當同步整流控制器122檢測出同步整流電路120發生該異常狀態時,反應於同步整流電晶體Msr被維持在導通狀態,導致變壓器T發生短路而使電源轉換裝置100啟動短路保護機制,從而達到對同步整流電路120進行異常保護的目的。
更進一步來說,當同步整流控制器122檢測出該同步整流電路120發生異常狀態時(例如同步整流電路120發生過溫度的異常狀態時,但本發明不限於此),同步整流控制器122可將同步整流電晶體Msr設定並維持在導通狀態(此時寄生的整流二極體Dr可視為被短路)。如此一來,當功率開關Mp反應於脈寬調變信號Spwm而被導通時,基於同步整流電晶體Msr也是導通狀態,導致變壓器T發生短路。此時,一次側繞阻Np的電流將會急劇上升使得第二檢測信號CS的電壓值大於一臨界值。因此,脈寬調變信號產生器112可根據第二檢測信號CS的電壓值而判斷變壓器T短路(亦即寄生的整流二極體Dr被短路),故脈寬調變信號產生器112可執行二次側整流二極體短路保護(secondary rectifier short protection,簡稱SRSP)運作,以透過脈寬調變信號Spwm來關斷功率開關Mp,以將電源轉換裝置100關機(shut down),如此一來,便可達到對同步整流電路120進行異常保護的目的。
總而言之,當同步整流控制器122檢測出該同步整流電路120發生異常狀態時,同步整流控制器122便將同步整流電晶體Msr設定並維持在導通狀態,以讓變壓器T短路而使脈寬調變信號產生器112關斷功率開關Mp。因此,同步整流控制器122無須使用額外的接腳以輸出異常指示信號至脈寬調變信號產生器112(例如透過光耦合器之類的隔離電路),便可將功率開關Mp關斷以讓電源轉換裝置100關機,而達到對同步整流電路120進行異常保護的目的。如此一來,還可降低同步整流控制器122的接腳的數量以及所需隔離電路的數量,以降低整體硬體電路的成本。
在本發明的一實施例中,同步整流控制器122可採用微控制器(micro-controller)來實現,但本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中,同步整流控制器122也可採用特殊應用積體電路(ASIC)或可編程邏輯裝置(PLD)如複雜可編程邏輯裝置(CPLD)或場可編程閘陣列(FPGA)之類的硬體電路來實現。
在本發明的一實施例中,同步整流控制器122可內建溫度感測電路(未繪示),其中溫度感測電路可感測同步整流控制器122的溫度以產生溫度感測結果。同步整流控制器122可根據上述溫度感測結果來判斷同步整流電路120是否發生過溫度的異常狀態。當同步整流控制器122判斷其本身發生過溫度的異常狀態時,同步整流控制器122可產生控制信號VG以將同步整流電晶體Msr設定並維持在導通狀態。
以下請合併參照圖1及圖2,圖2是依照本發明一實施例所繪示的同步整流控制器122的電路方塊示意圖。同步整流控制器122包括異常檢測電路1221以及控制電路1222。異常檢測電路1221可接收由外部的檢測輔助電路(未繪示)所提供的外部檢測信號EDS,且可根據外部檢測信號EDS(但不限於此)判斷同步整流電路120是否發生異常並據以產生判斷結果RS,其中外部檢測信號EDS可為輸出電壓VOUT、電源轉換裝置100的輸出電流以及同步整流電路120的溫度至少其中之一的檢測結果,但本發明不限於此。控制電路1222耦接異常檢測電路1221以接收判斷結果RS。當判斷結果RS表示同步整流電路120(示於圖1)發生異常時,控制電路1222可產生控制信號VG以將同步整流電晶體Msr(示於圖1)設定並維持在導通狀態。
在本發明的一實施例中,異常檢測電路1221可為現行的異常檢測電路,例如可為過溫度檢測電路、過電壓檢測電路、過電流檢測電路或輸出短路檢測電路等等,但本發明並不以此為限。在本發明的一實施例中,控制電路1222可採用微控制器(micro-controller)來實現,但本發明並不以此為限。
綜上所述,在本發明實施例所提出的電源轉換裝置及其同步整流電路中,當同步整流控制器檢測出同步整流電路發生異常狀態時,同步整流控制器便將同步整流電晶體設定並維持在導通狀態,以使變壓器短路而讓脈寬調變信號產生器關斷功率開關,從而達到對同步整流電路進行異常保護的目的。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電源轉換裝置
110‧‧‧一次側電源控制電路
111‧‧‧電流感測電路
112‧‧‧脈寬調變信號產生器
120‧‧‧同步整流電路
122‧‧‧同步整流控制器
1221‧‧‧異常檢測電路
1222‧‧‧控制電路
Cs‧‧‧第二檢測信號
Dr‧‧‧寄生的整流二極體
EDS‧‧‧外部檢測信號
GND1‧‧‧第一接地端
GND2‧‧‧第二接地端
Mp‧‧‧功率開關
Msr‧‧‧同步整流電晶體
Ns‧‧‧二次側繞阻
Np‧‧‧一次側繞阻
RS‧‧‧判斷結果
Spwm‧‧‧脈寬調變信號
T‧‧‧變壓器
VD‧‧‧第一檢測信號
VG‧‧‧控制信號
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分,繪示了本發明的示例實施例,所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。 圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源轉換裝置的電路示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的同步整流控制器的電路方塊示意圖。
Claims (10)
- 一種電源轉換裝置,包括: 一變壓器,具有一一次側繞阻及一二次側繞阻,其中該一次側繞阻用以接收一輸入電壓,且該二次側繞阻用以提供一輸出電壓至一輸出端;以及 一同步整流電路,包括: 一同步整流電晶體,耦接在該二次側繞阻與該輸出端之間,且受控於一控制信號;以及 一同步整流控制器,耦接該同步整流電晶體以接收一第一檢測信號,並依據該第一檢測信號產生該控制信號以控制該同步整流電晶體的啟閉, 當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生一異常狀態時,該同步整流控制器產生該控制信號以將該同步整流電晶體維持在導通狀態,以對該同步整流電路進行異常保護。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置,其中: 當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生該異常狀態時,反應於該同步整流電晶體被維持在該導通狀態,導致該變壓器發生短路而使該電源轉換裝置啟動短路保護機制,從而對該同步整流電路進行異常保護。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置,更包括: 一功率開關,耦接該一次側繞阻,且受控於一脈寬調變信號;以及 一脈寬調變信號產生器,耦接該功率開關,且根據該輸出端的狀態而產生並調整該脈寬調變信號, 其中該脈寬調變信號產生器更用以檢測該一次側繞阻的電流以取得一第二檢測信號,當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生該異常狀態時,反應於該同步整流電晶體被維持在該導通狀態,該脈寬調變信號產生器根據該第二檢測信號而檢測出該變壓器發生短路,致使該脈寬調變信號產生器產生該脈寬調變信號以關斷該功率開關,從而對該同步整流電路進行異常保護。
- 如申請專利範圍第3項所述的電源轉換裝置,其中當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生該異常狀態時,該同步整流控制器未輸出一異常指示信號至該脈寬調變信號產生器。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置,其中該異常狀態為一過溫度異常狀態。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源轉換裝置,其中該同步整流控制器包括: 一異常檢測電路,用以接收一外部檢測信號,且根據該外部檢測信號判斷該同步整流電路是否發生異常並據以產生一判斷結果;以及 一控制電路,耦接該異常檢測電路以接收該判斷結果,當該判斷結果為該同步整流電路發生異常時,該控制電路產生該控制信號以將該同步整流電晶體設定並維持在該導通狀態。
- 一種同步整流電路,用於一電源轉換裝置,該同步整流電路包括: 一同步整流電晶體,耦接在該電源轉換裝置的一變壓器的一二次側繞阻與該電源轉換裝置的一輸出端之間,且受控於一控制信號;以及 一同步整流控制器,耦接該同步整流電晶體以接收一第一檢測信號,並依據該第一檢測信號產生該控制信號以控制該同步整流電晶體的啟閉, 當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生一異常狀態時,該同步整流控制器產生該控制信號以將該同步整流電晶體維持在導通狀態,以對該同步整流電路進行異常保護。
- 如申請專利範圍第7項所述的同步整流電路,其中: 當該同步整流控制器檢測出該同步整流電路發生該異常狀態時,反應於該同步整流電晶體被維持在該導通狀態,導致該變壓器發生短路而使該電源轉換裝置啟動短路保護機制,從而對該同步整流電路進行異常保護。
- 如申請專利範圍第7項所述的同步整流電路,其中該異常狀態為一過溫度異常狀態。
- 如申請專利範圍第7項所述的同步整流電路,其中該同步整流控制器包括: 一異常檢測電路,用以接收一外部檢測信號,且根據該外部檢測信號判斷該同步整流電路是否發生異常並據以產生一判斷結果;以及 一控制電路,耦接該異常檢測電路以接收該判斷結果,當該判斷結果為該同步整流電路發生異常時,該控制電路產生該控制信號以將該同步整流電晶體設定並維持在該導通狀態。
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