TW202127786A - 同步整流的開關電源電路、副邊控制電路及其方法 - Google Patents

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Abstract

公開了一種同步整流的開關電源電路及其控制方法，通過檢測瞬態事件或同步整流開關兩端汲源極檢測電壓的電壓振盪，來決定開啟延時。其電路包括耦接至儲能元件副邊的同步整流開關和副邊控制電路。副邊控制電路包括開啟控制電路、模式判斷電路和閘極驅動器。開啟控制電路將同步整流開關的汲源極檢測電壓與開啟閾值相比較，產生開啟控制信號。模式判斷電路輸出決定開啟延時的模式信號。當模式信號為低電位準時，表示快開模式，閘極驅動器在開啟控制信號有效的第一延時後充電同步整流開關的閘極電壓；當模式信號為高電位準時，表示慢開模式，閘極驅動器在開啟控制信號有效的第二延時後充電同步整流開關的閘極電壓，其中第二延時大於第一延時。

Description

同步整流的開關電源電路、副邊控制電路及其方法
本發明主要涉及一種電子電路，尤其但不排他地涉及用於同步整流的開關電源電路及其控制方法。
副邊同步整流方案通常指在變壓器的原邊接收輸入電壓，而在變壓器的副邊採用可控的開關電晶體代替二極體以將輸入電壓轉化為所需輸出電壓。因其具有較高的轉換效率而被廣泛應用。 在副邊同步整流方案中，通常根據同步整流開關的汲源極電壓來控制同步整流開關的導通與關斷。同時，為避免因振盪導致的同步整流開關的誤開通，現有技術中通常會同時檢測同步整流開關的汲源極電壓的斜率。然而，隨著開關電源的開關頻率的增大，同步整流開關的汲源極電壓在振盪時的斜率和正常開通時的斜率越來越接近，採用現有的斜率檢測方法已經不能夠準確地控制同步整流開關的導通。
針對現有技術中的一個或多個問題，本發明的目的是提供一種用於同步整流的開關電源電路及其控制方法，其能採用簡單電路的方式來消除副邊同步整流開關的誤開通，同時獲得更好的效率。 在本發明的一個態樣，提供一種同步整流開關的副邊控制電路，包括：開啟控制電路，將同步整流開關的汲源極檢測電壓與開啟閾值相比較，產生開啟控制信號；模式判斷電路，輸出決定開啟延時的模式信號，該模式信號具有第一電位準和第二電位準；閘極驅動器，用於控制同步整流開關的開啟與關斷，其中當模式信號具有第一電位準時，所述閘極驅動器在開啟控制信號有效的第一延時後充電同步整流開關的閘極電壓，當模式信號具有第二電位準時，所述閘極驅動器在開啟控制信號有效的第二延時後充電同步整流開關的閘極電壓，其中第二延時大於第一延時。 在本發明的又一個態樣，提供一種同步整流的開關電源電路，包括具有原邊和副邊的儲能元件，耦接至儲能元件副邊的同步整流開關以及如前所述的副邊控制電路。 在本發明的再一個態樣，提供一種開關電源電路中同步整流開關的控制方法，該該開關電源電路包括耦接至儲能元件副邊的同步整流開關，該控制方法包括：將同步整流開關的汲源極檢測電壓與開啟閾值相比較，產生開啟控制信號；當汲源極檢測電壓大於檢測閾值的時長小於窗時長時，一模式信號從第一電位準切換至第二電位準；當同步整流開關導通時長的變化比超過一預設值時，該模式信號從第一電位準切換至第二電位準；當模式信號具有第一電位準時，在開啟控制信號有效的第一延時後充電同步整流開關的閘極電壓；以及當模式信號具有第二電位準時，在開啟控制信號有效的第二延時後充電同步整流開關的閘極電壓，其中第一延時小於第二延時。
下面將詳細描述本發明的交流/直流轉換裝置及轉換方法的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實施本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。 在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。 圖1a是同步整流的返馳式轉換器100的示意圖。下面以返馳式轉換器的同步整流開關為例來說明本發明要解決的問題。圖1b是在斷續電流模式下時同步整流開關的工作波形圖，其中同步整流開關SR的汲源極電壓VDS與副邊控制信號CTRL分別如圖1b所示。如圖1b所示，在t0時刻，原邊開關P1被關斷，變壓器T原邊繞組中儲存的能量轉移至副邊，在副邊繞組產生的電流流過副邊同步整流開關SR的體二極體，使體二極體正嚮導通，同步整流開關的汲源極電壓VDS迅速減小至負值。當同步整流開關的汲源極電壓VDS減小至開啟閾值Vth_on時，副邊控制信號CTRL迅速變高，控制同步整流開關SR導通。在t1時刻，當同步整流開關的汲源極電壓VDS增大至關斷閾值Vth_off時，副邊控制信號CTRL迅速變低，控制同步整流開關SR關斷。然而，在實際應用中，汲源極電壓VDS通常會振盪。例如，在t2時刻，汲源極電壓VDS振盪至開啟閾值Vth_on之下，此時副邊控制信號CTRL又跳變為高電位準，同步整流開關SR被誤觸發。同步整流開關SR的誤觸發不僅會增加功率損耗和高壓峰值，同時也會在原邊開關電晶體P1在最小導通時間內導通時引起直通問題。 至少為了解決同步整流開關SR被誤觸發的問題，圖2示出了根據本發明一實施例的開關電源電路200的電路原理圖。如圖2所示，開關電源電路200包括儲能元件T1、耦接至儲能元件T1原邊的原邊開關S1、控制原邊開關S1的原邊控制晶片IC1、耦接至儲能元件T1副邊的同步整流開關SR以及控制同步整流開關SR的副邊控制晶片IC2。副邊控制電路集成于副邊控制晶片IC2，包括：開啟控制電路201、關斷控制電路202、模式判斷電路203以及閘極驅動器204。 開啟控制電路201具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收同步整流開關SR的汲源極檢測電壓VDS，第二輸入端接收開啟閾值Vth_on，開啟控制電路201將同步整流開關SR的汲源極檢測電壓VDS與開啟閾值Vth_on相比較，產生開啟控制信號SR_on。在一個實施例中，當汲源極檢測電壓VDS減小至開啟閾值Vth_on時，開啟控制電路201輸出具有高電位準的開啟控制信號SR_on，開啟控制信號SR_on有效。 關斷控制電路202具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS，第二輸入端接收關斷閾值Vth_off，關斷控制電路202將同步整流開關SR的汲源極檢測電壓VDS與關斷閾值Vth_off相比較，產生關斷控制信號SR_off。在一個實施例中，當汲源極檢測電壓VDS增大至關斷閾值Vth_off時，關斷控制電路202輸出具有高電位準的關斷控制信號SR_off，關斷控制信號SR_off有效。 模式判斷電路203用於根據開關電源電路200的運行來決定開啟延時。開啟延時是指在同步整流開關電晶體導通之前，同步整流開關體二極體的導通時長。模式判斷電路203用於產生模式信號MS，當模式信號MS為低電位準，為快開模式，開啟延時被選為短延時，同步整流開關體二極體的導通時間短，導通損耗很小，總體效率高。當模式信號MS高低電位準，為慢開模式，開啟延時被選為長延時，可以避免直通問題。在一個實施例中，慢開模式下的延時不大於開關電源電路200開關週期的5%。 當以下任一情形發生時，模式信號MS為低電位準：1）任何瞬態的變化，例如，同步整流開關的導通時長變化比超過一預設值；2）同步整流開關兩端的汲源極檢測電壓發生電壓振盪，例如當同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS大於檢測閾值VDET-TH 的時長TS小於窗時長TW。一方面，模式判斷電路203用於檢測瞬態事件。瞬態事件可能是由開關電源電路200的輸入電壓或負載電流變化引起的。回應於檢測到的瞬態事件，副邊控制信號VG在瞬態事件中通常會改變其導通時長。如果沒有瞬態事件發生，副邊控制信號VG的導通時長保持不變。在一個實施例中，瞬態事件可通過檢測同步整流開關逐周的導通時長變化比是否超過預設值來判定。在另一個實施例中，瞬態事件可以通過將開關電源電路200的輸出電壓Vout的下降與參考電壓相比較來判定。在再一個實施例中，瞬態事件基於流過同步整流開關的峰值電流的大小來判定。另一方面。模式判斷電路203具有斜率檢測功能，通過檢測斷續電流模式下同步整流開關兩端汲源極檢測電壓的電壓振盪來進行模式的判斷，以決定合適的開啟延時。 如圖2所示，模式判斷電路203具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS，第二輸入端接收同步整流開關的副邊控制信號VG，模式判斷電路203在輸出端輸出決定開啟延時的模式信號MS。 閘極驅動器204具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收模式信號MS，第二輸入端接收開啟控制信號SR_on，第三輸入端接收關斷控制信號SR_off，其中閘極驅動器204基於模式信號MS和開啟控制信號SR_on控制副邊同步整流開關SR的開啟，基於關斷控制信號SR_off控制同步整流開關SR的關斷。具體而言，當模式信號MS為低電位準時，表示快開模式，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第一延時Td1後充電同步整流開關SR的閘極電壓，直到閘極電壓達到最大值Vmax；當模式信號MS為高電位準時，表示慢開模式，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第二延時Td2後充電同步整流開關SR的閘極電壓，直到閘極電壓達到最大值Vmax。其中第二延時Td2大於第一延時Td1。此外，當關斷控制信號SR_off有效時，閘極驅動器204導通耦接在同步整流開關電晶體SR的閘極與接地之間的放電開關電晶體來產生一個放電路徑，以減小同步整流開關電晶體SR的閘極電壓，同步整流開關電晶體SR隨之被關斷。 在圖2所示的實施例中，副邊控制晶片IC2包括引腳P0~P3。引腳P0和P1分別耦接至副邊同步整流開關SR的汲端和源端，以提供同步整流開關SR的汲源極檢測電壓VDS。引腳P2連接模式判斷電路203的第三輸入端和一分立的片外電阻R1。電阻R1上的電壓信號VTW 為窗時長調節信號，該電壓信號VTW 可通過改變片外電阻R1的阻值來進行調整，以控制窗時長TW。引腳P3輸出副邊控制信號VG至同步整流開關SR的控制端，以控制同步整流開關SR的通斷。在一個實施例中，同步整流開關SR集成于副邊控制晶片IC2中。 需要指出的是，儘管本發明的一個實施例以返馳式轉換器的同步整流開關為例來說明，其他結構的同步整流也同樣適用于本發明，例如LLC轉換器的同步整流。 圖3是根據本發明一實施例的圖2所示的同步整流開關的開啟方法300的流程圖。如前所述，模式信號MS指示檢測結果是否為慢開模式，其中當檢測結果為快開模式，模式信號MS具有第一電位準。當檢測結果為慢開模式，模式信號MS具有第二電位準。如圖3所示，當模式信號MS為低電位準時，表示快開模式，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第一延時Td1後充電同步整流開關SR的閘極電壓，閘極電壓快速增大至最大值Vmax，以快速開啟同步整流開關SR。在其中一個實施例中，第一延時Td1為50ns。當模式信號MS為高電位準時，表示慢開模式，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第二延時Td2後充電同步整流開關SR的閘極電壓，以開啟同步整流開關SR。在其中一個實施例中，第二延時Td2為150ns。 根據本發明，在檢測到汲源極檢測電壓VDS的振盪可能會引起誤觸發，即為慢開模式時，模式信號MS具有從低電位準切換至高電位準。當模式信號MS具有高電位準時，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效後的第二延時後才充電同步整流開關SR的閘極電壓，以避免誤觸發。 在進一步的實施例中，當模式信號MS為低電位準時，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第一延時Td1後以第一開啟電流IG1充電同步整流開關SR的閘極電壓，以快速開啟同步整流開關SR。在其中一個實施例中，第一開啟電流IG1為2A。當模式信號MS為高電位準時，閘極驅動器204在開啟控制信號SR_on有效的第二延時Td2後以第二開啟電流IG2充電同步整流開關SR的閘極電壓，以緩慢開啟同步整流開關SR。在其中一個實施例中，第二開啟電流IG2為0.25A。 圖4是根據本發明一實施例的圖2所示模式判斷電路203的電路原理圖。如圖4所示，模式判斷電路203包括第一檢測判斷電路405、第二檢測判斷電路406、閘電路407、邏輯電路408以及定時電路409。第一檢測判斷電路405具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收汲源極檢測電壓VDS，第二輸入端接收窗時長調節信號VTW ，第一檢測判斷電路405將汲源極檢測電壓VDS大於檢測閾值VDET-TH 的時長TS與窗時長TW相比較，根據比較結果在輸出端提供第一模式信號MS1。在一個實施例中，當檢測到同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS大於檢測閾值VDET-TH 的時長TS小於窗時長TW時，第一檢測判斷電路405產生具有高電位準的第一模式信號MS1，表示慢開模式。在圖4所示的實施例中，第一檢測判斷電路405包括窗時長設定電路411、第一比較電路412和第一判斷電路413。其中窗時長設定電路411耦接以接收窗時長調節信號VTW ，以設定振盪檢測的窗時長TW。第一比較電路412具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS，第二輸入端接收檢測閾值VDET-TH 。第一判斷電路413具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至窗時長設定電路411以接收窗時長TW，第二輸入端耦接至第一比較電路412的輸出端，第一判斷電路413用於記錄汲源極檢測電壓VDS大於檢測閾值VDET-TH 的時長TS，並將該時長TS與窗時長TW相比較，根據比較結果輸出第一模式信號MS1。 第二檢測判斷電路406具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收副邊控制信號VG，第二輸入端接收一預設值K1，該預設值為預設的導通時長變化比。在一個實施例中，預設值K1=5%。第二檢測判斷電路406逐周檢測副邊控制信號VG的導通時長，以得到導通時長變化比，並將該變化比與預設值K1相比較，根據比較結果在輸出端提供第二模式信號MS2。在一個實施例中，其中當檢測到同步整流開關導通時長的變化比超過預設值K1時，第二檢測判斷電路406產生具有高電位準的第二模式信號MS2，表示慢開模式。 或閘電路407具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收第一模式信號MS1，第二輸入端接收第二模式信號MS2。邏輯電路408包括觸發器FF1，其中觸發器FF1具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端耦接至或閘電路407的輸出端，輸出端提供模式信號MS，同時該輸出端經定時電路409耦接至觸發器FF1的重設端。在一個實施例中，當第一模式信號MS1或第二模式信號MS2具有高電位準時，觸發器FF1的設定端被設定，觸發器FF1輸出具有高電位準的模式信號MS。在進一步的實施例中，當模式信號MS高電位準的時間超過定時電路409 的預設時長時，觸發器FF1的重設端被重設，觸發器FF1輸出具有低電位準的模式信號MS，即模式信號MS從高電位準切換至低電位準。 圖5是根據本發明一實施例的模式判斷電路203的工作流程圖。如圖5所示，該工作流程包括步驟501~509。 一方面，在步驟501，模式信號MS保持低電位準，表示快開模式。 在步驟502，記錄同步整流開關SR的當前導通時長為TN 。 在步驟503，將同步整流開關SR的當前導通時長TN 與上一個導通時長TN-1 相比較。 在步驟504，將同步整流開關的導通時長變化比|TN -TN-1 | /TN-1 與導通時長變化比的預設值K1相比較，如果檢測到|TN -TN-1 |/TN-1 ＞K1，則進入步驟508，否則返回步驟501。在一個實施例中，預設值K1為5%。也就是說，當檢測到TN ＞105%TN-1 ，或者TN ＜95%TN-1 時，進入步驟508。 在步驟508，模式信號MS由低電位準跳變為高電位準，表示慢開模式。 另一方面，在步驟505，將同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS與檢測閾值VDET-TH 相比較。 在步驟506，記錄汲源極檢測電壓VDS大於檢測閾值VDET-TH 的時長為TS。 在步驟507，將時長TS與窗時長TW相比較，如果TS＜TW，則進入步驟508，否則返回步驟501。 在步驟508，模式信號MS為高電位準，表示慢開模式。 在步驟509，等待模式信號MS的高電位準持續時間達到預設時長時，模式信號由高電位準跳變為低電位準，進入步驟501。 注意，在上文描述的流程圖中，框中所標注的功能也可以按照不同於圖5中所示的順序發生。例如，兩個接連地表示的方框實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這取決於所涉及的具體功能。 圖6是根據本發明一實施例的閘極驅動器204A的電路原理圖。如圖6所示，閘極驅動器204A包括電流源IS0、選擇延時電路241A、邏輯電路242A和放電開關電晶體244A。電流源IS0具有供電端和輸出端，其中供電端耦接至供電電壓VDD，電流源IS0在輸出端提供開啟電流IG。邏輯電路242A包括觸發器FF2，觸發器FF2具有設定端、重設端、輸出端和反向輸出端，其中設定端接收開啟控制信號SR_on，重設端接收關斷控制信號SR_off。選擇延時電路241A具有輸入端、選擇控制端、致能端和輸出端，其中輸入端耦接至電流源IS0的輸出端，選擇控制端接收模式信號MS，致能端耦接至觸發器FF2的輸出端，輸出端耦接至同步整流開關SR的閘極以提供開啟電流充電同步整流開關的的閘極電壓。當模式信號MS為低電位準時，選擇延時電路241A在開啟控制信號SR_on有效的第一延時Td1後充電同步整流開關的閘極電壓，以快速開啟同步整流開關SR；當模式信號MS為高電位準，選擇延時電路241A在開啟控制信號SR_on有效的第二延時Td2後充電同步整流開關的閘極電壓，以緩慢開啟同步整流開關SR。放電開關電晶體244A耦接在同步整流開關的閘極與接地之間，控制端耦接至觸發器FF2的反向輸出端。當關斷控制信號SR_off有效時，放電開關電晶體244A被導通以提供放電路徑，閘極電壓減小，以關斷同步整流開關SR。 圖7是根據本發明又一實施例的閘極驅動器204B的電路原理圖。在圖7所示的實施例中，閘極驅動器204B包括信號延時電路241B、邏輯電路242B、電流源IS1和IS2、選擇電路243B、放電開關電晶體244B。其中信號延時電路241B具有輸入端、控制端和輸出端，其中輸入端接收開啟控制信號SR_on，控制端接收模式信號MS，基於模式信號MS，信號延時電路241B對開啟控制信號SR_on進行相應的延時，在輸出端提供開啟控制延時信號SR_on1。具體地，若模式信號MS具有低電位準，開啟控制延時信號SR_on1滯後開啟控制信號SR_on第一延時Td1，若模式信號MS具有高電位準，開啟控制延時信號SR_on1滯後開啟控制信號SR_on第二延時Td2。 邏輯電路242B包括觸發器FF3，觸發器FF3具有設定端、重設端、輸出端和反向輸出端，其中設定端耦接至信號延時電路241B的輸出端以接收開啟控制延時信號SR_on1，重設端接收關斷控制信號SR_off。 電流源IS1和IS2分別具有供電端和輸出端，其中供電端耦接至供電電壓VDD，輸出端分別提供第一開啟電流IG1和第二開啟電流IG2。選擇電路243B具有第一輸入端、第二輸入端、選擇控制端、致能端和輸出端，其中第一輸入端耦接至電流源IS1的輸出端，第二輸入端耦接至電流源IS2的輸出端，選擇控制端耦接至模式信號MS，致能端耦接至觸發器FF3的輸出端，基於模式信號MS，選擇電路243B在開啟控制延時信號SR_on1有效時選擇將第一開啟電流IG1或第二開啟電流IG2提供至同步整流開關SR的閘極。當模式信號MS具有低電位準，選擇電路243B提供第一開啟電流IG1至同步整流開關SR的閘極，以充電同步整流開關的閘極電壓；當模式信號MS具有高電位準，選擇電路243B提供第二開啟電流IG2至同步整流開關SR的閘極，以充電同步整流開關的閘極電壓。放電開關電晶體244B耦接在同步整流開關的閘極與接地之間，控制端耦接至觸發器FF3的反向輸出端。當關斷控制信號SR_off有效時，放電開關電晶體244B被導通以提供放電路徑，閘極電壓減小，以關斷同步整流開關SR。 圖8是根據本發明一實施例的開關電源電路的工作波形圖。如圖8所示，在時刻t11，模式信號MS為低電位準，汲源極檢測電壓VDS減小至開啟閾值Vth_on，開啟控制信號SR_on有效，閘極驅動器在第一延時Td1後以第一開啟電流IG1充電同步整流開關的閘極電壓，閘極電壓迅速增大到最大值Vmax，同步整流開關SR被快速導通。在一個實施例中，第一延時Td1為50ns，第一開啟電流IG1為2A。 在時刻t12，檢測到同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS增大至關斷閾值Vth_off，關斷控制信號有效，放電開關電晶體243A被導通，閘極電壓減小，同步整流開關SR被關斷。 在時刻t13，檢測到同步整流開關的汲源極檢測電壓VDS超過檢測閾值VDET-TH 的時長TS小於窗時長TW，模式信號MS從低電位準跳變為高電位準。 在時刻t14，開啟信號SR_on再次有效，此時模式信號MS為高電位準，閘極驅動器在第二延時Td2後以第二開啟電流IG2充電同步整流開關SR的閘極電壓，閘極電壓以較慢的斜率增大至最大值Vmax。在一個實施例中，第二延時Td2為150ns，第二開啟電流IG2為250mA。 圖9是根據本發明又一實施例的開關電源電路的工作波形圖。如圖9所示，在時刻t21，開啟控制信號SR_on有效，模式信號MS為低電位準，閘極驅動器在第一延時Td1後以第一開啟電流IG1充電同步整流開關SR的閘極電壓，開啟同步整流開關SR。在一個實施例中，第一延時Td1為50ns，第一開啟電流IG1為2A。 在時刻t22，汲源極檢測電壓VDS大於關斷閾值Vth_off，同步整流開關SR被關斷，同時當前同步整流開關的導通時長被記錄TN ，若檢測到TN ＞105%TN-1 ，或者TN ＜95%TN-1 ，模式信號MS從低電位準跳變為高電位準。 在時刻t23，開啟信號SR_on有效，模式信號MS為高電位準，閘極驅動器在第二延時Td2後以第二開啟電流IG2充電同步整流開關SR的閘極電壓，以控制同步整流開關的開啟。在一個實施例中，第二延時Td2為150ns，第二開啟電流IG2為250mA。 在說明書中，相關術語例如第一和第二等可以只是用於將一個實體或動作與另一個實體或動作區分開，而不必或不意味著在這些實體或動作之間的任意實體這種關係或者順序。數位順序例如“第一”、“第二”、“第三”等僅僅指的是多個中的不同個體，並不意味著任何順序或序列，除非申請專利範圍語言有具體限定。在任何一個請求項中的文本的順序並不意問這處理步驟必須以根據這種順序的臨時或邏輯順序進行，除非申請專利範圍語言有具體規定。在不脫離本發明範圍的情況下，這些處理步驟可以按照任意順序互換，只要這種互換不會是的申請專利範圍語言矛盾並且不會出現邏輯上荒謬。 上述的一些特定實施例僅僅以示例性的方式對本發明進行說明，這些實施例不是完全詳盡的，並不用於限定本發明的範圍。對於公開的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。本發明所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。
100:返馳式轉換器 200:開關電源電路 201:開啟控制電路 202:關斷控制電路 203:模式判斷電路 204,204A,204B:閘極驅動器 241A:選擇延時電路 241B:信號延時電路 242A:邏輯電路 242B:邏輯電路 243A:放電開關電晶體 243B:選擇電路 244A:放電開關電晶體 244B:放電開關電晶體 300:開啟方法 405:第一檢測判斷電路 406:第二檢測判斷電路 407:閘電路 408:邏輯電路 409:定時電路 411:視窗時長設定電路 412:第一比較電路 413:第一判斷電路 501~509:步驟
為了更好地理解本發明，將根據以下附圖對本發明進行詳細描述： [圖1a]是同步整流的返馳式轉換器100的示意圖； [圖1b]是在斷續電流模式下時同步整流開關的工作波形圖； [圖2]是根據本發明一實施例的開關電源電路200的電路原理圖； [圖3]是根據本發明一實施例的圖2所示的同步整流開關的開啟方法300的流程圖； [圖4]是根據本發明一實施例的圖2所示模式判斷電路203的電路原理圖； [圖5]是根據本發明一實施例的圖4所示模式判斷電路203的工作流程圖； [圖6]是根據本發明一實施例的閘極驅動器204A的電路原理圖； [圖7]是根據本發明又一實施例的閘極驅動器204B的電路原理圖； [圖8]是根據本發明一實施例的開關電源電路的工作波形圖； [圖9]是根據本發明又一實施例的開關電源電路的工作波形圖。
200:開關電源電路
201:開啟控制電路
202:關斷控制電路
203:模式判斷電路
204:閘極驅動器
IC1:原邊控制晶片
IC2:副邊控制晶片
MS:模式信號
P0~P3:引腳
R1:電阻
S1:原邊開關
SR:同步整流開關
SR_off:關斷控制信號
SR_on:開啟控制信號
T1:儲能元件
VDS:汲源極檢測電壓
VG:副邊控制信號
Vout:輸出電壓
VTW:電壓信號

Claims (13)

  1. 一種同步整流開關的副邊控制電路，包括： 開啟控制電路，將同步整流開關的汲源極檢測電壓與開啟閾值相比較，產生開啟控制信號； 模式判斷電路，產生決定開啟延時的模式信號，其中模式信號具有第一電位準和第二電位準；以及 閘極驅動器，用於控制同步整流開關的開啟與關斷，其中當模式信號具有第一電位準時，所述閘極驅動器在開啟控制信號有效的第一延時後充電同步整流開關的閘極電壓，當模式信號具有第二電位準時，所述閘極驅動器在開啟控制信號有效的第二延時後充電同步整流開關的閘極電壓，其中第二延時大於第一延時。
  2. 如請求項1所述的副邊控制電路，其中當模式判斷電路檢測到同步整流開關的汲源極檢測電壓大於一檢測閾值的時長小於窗時長時，模式信號從第一電位準切換至第二電位準。
  3. 如請求項1所述的副邊控制電路，其中當模式判斷電路檢測到同步整流開關導通時長的變化比超過一預設值時，模式信號從第一電位準切換至第二電位準。
  4. 如請求項1所述的副邊控制電路，進一步包括： 關斷控制電路，將同步整流開關的汲源極檢測電壓與關斷閾值相比較，產生關斷控制信號，以控制同步整流開關的關斷。
  5. 如請求項4所述的副邊控制電路，其中所述閘極驅動器包括： 電流源，具有供電端和輸出端，其中供電端耦接至供電電壓； 邏輯電路，具有設定端、重設端、輸出端和反向輸出端，其中設定端接收開啟控制信號，重設端接收關斷控制信號； 選擇延時電路，具有輸入端、致能端、控制端和輸出端，其中輸入端耦接至電流源的輸出端，致能端耦接至邏輯電路的輸出端，控制端接收模式信號，輸出端耦接至同步整流開關的閘極，基於模式信號，選擇延時電路選擇在開啟控制信號有效的第一延時或第二延時後，充電同步整流開關的閘極電壓；以及 放電開關電晶體，耦接在同步整流開關的閘極與接地之間，放電開關電晶體的控制端耦接至邏輯電路的反向輸出端。
  6. 如請求項1所述的副邊控制電路，其中當模式信號第二電位準的持續時間超過預設時長時，模式信號從第二電位準切換至第一電位準。
  7. 如請求項1所述的副邊控制電路，其中當模式信號具有第一電位準時，閘極驅動器以第一開啟電流充電同步整流開關的閘極電壓，當模式信號具有第二電位準時，閘極驅動器以第二開啟電流充電同步整流開關的閘極電壓，其中第一開啟電流大於第二開啟電流。
  8. 如請求項7所述的副邊控制電路，其中所述閘極驅動器包括： 信號延時電路，具有輸入端、控制端和輸出端，其中輸入端接收開啟控制信號，控制端接收模式信號，基於模式信號，信號延時電路對開啟控制信號進行相應的延時，在輸出端提供開啟控制延時信號； 邏輯電路，具有設定端、重設端、輸出端和反向輸出端，其中設定端耦接至信號延時電路的輸出端，重設端耦接以接收關斷控制信號； 第一和第二電流源，分別具有供電端和輸出端，其中供電端均耦接至供電電壓，輸出端分別提供第一開啟電流和第二開啟電流； 選擇電路，具有第一輸入端、第二輸入端、致能端、控制端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一電流源的輸出端，第二輸入端耦接至第二電流源的輸出端，致能端耦接至邏輯電路的輸出端，控制端接收模式信號，輸出端耦接至同步整流開關的閘極，其中基於模式信號，選擇電路在開啟控制延時信號有效時選擇以第一開啟電流或第二開啟電流充電同步整流開關的閘極電壓；以及 放電開關電晶體，耦接在同步整流開關的閘極與接地之間，放電開關電晶體的控制端耦接至邏輯電路的反向輸出端。
  9. 一種同步整流的開關電源電路，包括： 儲能元件，具有原邊和副邊； 同步整流開關，耦接至該儲能元件的副邊；以及 如請求項1~8中任一項所述的副邊控制電路。
  10. 一種開關電源電路中同步整流開關的控制方法，該開關電源電路包括耦接至儲能元件副邊的同步整流開關，該方法包括： 將同步整流開關的汲源極檢測電壓與開啟閾值相比較，產生開啟控制信號； 當汲源極檢測電壓大於檢測閾值的時長小於窗時長時，一模式信號從第一電位準切換至第二電位準； 當同步整流開關導通時長的變化比超過一預設值時，該模式信號從第一電位準切換至第二電位準； 當模式信號具有第一電位準時，在開啟控制信號有效的第一延時後充電同步整流開關的閘極電壓；以及 當模式信號具有第二電位準時，在開啟控制信號有效的第二延時後充電同步整流開關的閘極電壓，其中第一延時小於第二延時。
  11. 如請求項10所述的方法，進一步包括：當模式信號第二電位準的持續時間達到預設時長時，該模式信號從第二電位準切換至第一電位準。
  12. 如請求項10所述的方法，其中當模式信號具有第一電位準時，以第一開啟電流充電同步整流開關的閘極電壓，當模式信號具有第二電位準時，以第二開啟電流充電同步整流開關的閘極電壓，其中第一開啟電流大於第二開啟電流。
  13. 如請求項10所述的方法，進一步包括：將同步整流開關的汲源極檢測電壓與關斷閾值相比較，產生關斷控制信號，以控制同步整流開關的關斷。
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