TWI569562B - 控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法 - Google Patents

控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法 Download PDF

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Description

控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法
本發明是有關於一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法，尤指一種當交流/直流電源轉換器的一次側的功率開關的控制信號的頻率突然改變時，仍可確保電源轉換器的一次側與二次側不會同時開啟的方法。
一般而言，切換式交流/直流電源轉換器的轉換效率較非切換式交流/直流電源轉換器的轉換效率高，但該切換式交流/直流電源轉換器的一次側與和該交流/直流電源轉換器的二次側不可同時開啟以防止該切換式交流/直流電源轉換器炸機。當該切換式交流/直流電源轉換器的一次側的功率開關的控制信號的頻率沒有突然改變時，該切換式交流/直流電源轉換器的一次側與和該交流/直流電源轉換器的二次側是不會同時開啟。然而如果當該切換式交流/直流電源轉換器的一次側的功率開關的控制信號的頻率突然改變時，則該交流/直流電源轉換器的一次側和該交流/直流電源轉換器的二次側可能同時開啟，導致該切換式交流/直流電源轉換器炸機。因此，如何在該交流/直流電源轉換器運作時確保該交流/直流電源轉換器的一次側和該交流/直流電源轉換器的二次側不會同時開啟已成為同步整流器的設計者的一項重要課題。
本發明的一實施例提供一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法。該方法包含給定對應該電源轉換器的一次側的前次第一開啟時間與目前第一開啟時間；分別根據該前次第一開啟時間與該目前第一開啟時間，產生一第一電壓與一第二電壓；根據該第一電壓、該第二電壓和對應該二次側的前次理想第二開啟時間的理想電壓，產生一目前第一目標電壓；根據對應該二次側的目前理想第二開啟時間的第一斜坡電壓與該目前第一目標電壓，決定該二次側的目前第二開啟時間，其中該目前第二開啟時間和該目前理想第二開啟時間的差為該二次側的目前空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該目前空檔時間不等於該二次側的前次空檔時間。
本發明的另一實施例提供一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法。該方法包含給定該電源轉換器的二次側的前次理想開啟時間與目前理想開啟時間；分別根據該前次理想開啟時間與該目前理想開啟時間，產生一第一電壓與一第二電壓；根據該第一電壓和該第二電壓，產生一下一目標電壓；根據對應該二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和該下一目標電壓，決定該二次側的下一開啟時間，其中該下一開啟時間和該下一理想開啟時間的差為該二次側的下一空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該下一空檔時間不等於該二次側的目前空檔時間。
本發明的另一實施例提供一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法。該方法包含根據有關於該二次側的目前輸出電壓的一偵測電壓、一參考電壓和對應該二次側的目前理想開啟時間的理想電壓，產生一下一目標電壓；根據對應該二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和該下一目標電壓，決定該二次側的下一開啟時間，其中該下一開啟時間和該下一理想開啟時間的差為該二次側的下一空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該下一空檔時間不等於該二次側的目前空檔時間。
本發明提供一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法。該方法是當一同步信號的前次第一開啟時間與目前第一開啟時間之間的差大於一第一預定值、一理想開啟信號的前次理想第二開啟時間與目前理想第二開啟時間之間的差大於一第二預定值以及有關於該電源轉換器的二次側的輸出電壓的偵測電壓與一參考電壓之間的差大於一第三預定值時，縮短該電源轉換器的二次側的同步開關的閘極控制信號的開啟時間，以確保該電源轉換器的一次側與二次側不會同時開啟。另外，當耦接於該電源轉換器的二次側的負載較大時，本發明亦可通過開啟一補償開關補償電源轉換器的二次側的輸出電流，以因應該電源轉換器的二次側的較大的負載。
請參照第1圖，第1圖是本發明的第一實施例說明一種控制電源轉換器100的二次側SEC空檔時間(dead time)的同步整流器200的示意圖，其中電源轉換器100的一次側PRI僅一次側繞組102和一功率開關104顯示在第1圖中，且電源轉換器100是一交流/直流電源轉換器。如第1圖所示，同步整流器200包含一反相器201，一時間電壓轉換單元202，一取樣單元204，一調整值產生單元206，一目標電壓產生單元208，及一閘極驅動單元210，其中電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VCC通過同步整流器200的接腳212驅動同步整流器200。如第1圖所示，當功率開關104開啟時，電源轉換器100的二次側SEC的二次側繞組106會根據流經電源轉換器100的一次側PRI的電流IPRI，產生一同步信號SYN。如第1圖所示，時間電壓轉換單元202可通過同步整流器200的接腳214接收同步信號SYN，其中同步信號SYN包含對應電源轉換器100的一次側PRI的前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1(如第2圖所示)。另外，如第1圖所示，反相器201是用以反相同步信號SYN以產生對應電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的理想開啟信號SRWIDTH，其中如第2圖所示，理想開啟信號SRWIDTH包含一前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1，且理想開啟信號SRWIDTH是和電源轉換器100的二次側SEC的放電時間有關，其中前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1是有關於電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的理想開啟時間。時間電壓轉換單元202可分別根據前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1，產生一第一電壓V1(對應前次第一開啟時間PWMON0)與一第二電壓V2(對應目前第一開啟時間PWMON1)，根據前次理想第二開啟時間ISWON0，產生對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0，以及根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1。如第1圖所示，當取樣單元204所取樣的第一電壓V1和第二電壓V2之間的差大於一第一預定值時，調整值產生單元206可根據第一電壓V1和第二電壓V2的差，產生一目前第一調整值AV1，其中目前第一調整值AV1是一定值或一可調整值。亦即當第一電壓V1和第二電壓V2之間的差不大於第一預定值時，調整值產生單元206並不會產生目前第一調整值AV1，而是輸出一前次調整值產生單元206所輸出的第一調整值。目標電壓產生單元208耦接於調整值產生單元206和取樣單元204，用以根據對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0和目前第一調整值AV1，產生一目前第一目標電壓TV1，亦即目標電壓產生單元208利用對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0減去目前第一調整值AV1，以產生目前第一目標電壓TV1。另外，當第一電壓V1和第二電壓V2之間的差不大於第一預定值時，調整值產生單元206輸出前次所輸出的第一調整值。此時，目標電壓產生單元208是根據對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0和調整值產生單元206前次所輸出的第一調整值，產生目前第一目標電壓TV1。如第1圖所示，閘極驅動單元210耦接於時間電壓轉換單元202和目標電壓產生單元208，用以根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1與目前第一目標電壓TV1，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的目前第二開啟時間SRGATE1，其中閘極控制信號GCS是通過同步整流器200的接腳216傳送至電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的閘極，且同步開關108可根據閘極控制信號GCS開啟與關閉。另外，如第1圖所示，同步整流器200的接腳218電連接至一地端GND。
如第2圖所示，目前第二開啟時間SRGATE1和目前理想第二開啟時間ISWON1的差為電源轉換器100的二次側SEC的目前空檔時間DT1。另外，如第2圖所示，當第一電壓V1大於第二電壓V2(亦即前次第一開啟時間PWMON0大於目前第一開啟時間PWMON1且第一電壓V1和第二電壓V2之間的差大於第一預定值)時，同步整流器200會使目前第二開啟時間SRGATE1小於電源轉換器100的二次側SEC的前次第二開啟時間SRGATE0，亦即目前空檔時間DT1會大於電源轉換器100的二次側SEC的前次空檔時間DT0，其中目前第二開啟時間SRGATE1和前次第二開啟時間SRGATE0的關係可由式(1)決定：
SRGATE1 = SRGATE0 – P * ΔPWMON      (1)
如式(1)所示，ΔPWMON 前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1的差，P為一預定比例，其中P大於1，且P和一次側線圈102與二次側線圈106的匝數比有關。
另外，雖然第2圖是以前次第一開啟時間PWMON0大於目前第一開啟時間PWMON1為例，但本發明並不受限於前次第一開啟時間PWMON0大於目前第一開啟時間PWMON1。亦即當前次第一開啟時間PWMON0小於目前第一開啟時間PWMON1，導致第二電壓V2和第一電壓V1之間的差大於第一預定值時，同步整流器200亦會根據上述同步整流器200的操作原理使目前第二開啟時間SRGATE1小於電源轉換器100的二次側SEC的前次第二開啟時間SRGATE0，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟。
另外，如第2圖所示，當電源轉換器100是處於一連續電流模式(continuous current mode, CCM)時，前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1是等於電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的開啟時間。當電源轉換器100是處於一不連續電流模式(discrete current mode, DCM)和一準諧振模式(quasi resonant mode)時，前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1大於電源轉換器100的一次側PRI的功率開關104的開啟時間。例如，如第3圖所示，前次第一開啟時間PWMON0大於功率開關104的開啟時間TON0，以及目前第一開啟時間PWMON1大於功率開關104的開啟時間TON1。
請參照第4圖，第4圖是本發明的第二實施例說明當同步整流器200利用對應電源轉換器100的二次側SEC的理想開啟信號SRWIDTH控制電源轉換器100的二次側SEC的空檔時間時，理想開啟信號SRWIDTH、對應電源轉換器100的二次側SEC的下一理想開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2和下一第二目標電壓TV2決定電源轉換器100的二次側SEC的下一開啟時間SRGATE2的示意圖。如第4圖所示，理想開啟信號SRWIDTH包含一前次理想第二開啟時間ISWON0、一目前理想第二開啟時間ISWON1與一下一理想第二開啟時間ISWON2，其中前次理想第二開啟時間ISWON0、目前理想第二開啟時間ISWON1和下一理想第二開啟時間ISWON2是有關於電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的理想開啟時間。當時間電壓轉換單元202接收理想開啟信號SRWIDTH後，時間電壓轉換單元202可分別根據前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1，產生一第三電壓V3(對應前次理想第二開啟時間ISWON0)與一第四電壓V4(對應目前理想第二開啟時間ISWON1)，以及根據對應電源轉換器100的二次側SEC的下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2。如第4圖所示，當取樣單元204所取樣的第三電壓V3和第四電壓V4之間的差大於一第二預定值時，調整值產生單元206可根據第三電壓V3和第四電壓V4的差，產生一下一第二調整值AV2，其中下一第二調整值AV2是一定值或一可調整值。另外，當第三電壓V3和第四電壓V4之間的差之間的差不大於第二預定值時，調整值產生單元206並不會產生下一第二調整值AV2，而是輸出一前次調整值產生單元206所輸出的第二調整值。目標電壓產生單元208可根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4和下一第二調整值AV2，產生下一第二目標電壓TV2，亦即目標電壓產生單元208利用對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4減去下一第二調整值AV2，以產生下一第二目標電壓TV2。另外，當第三電壓V3和第四電壓V4之間的差之間的差不大於第二預定值時，調整值產生單元206輸出前次所輸出的第二調整值。此時，目標電壓產生單元208是根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4和調整值產生單元206前次所輸出的第二調整值，產生下一第二目標電壓TV2。如第4圖所示，閘極驅動單元210可根據對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一第二目標電壓TV2，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2，其中同步開關108可根據閘極控制信號GCS開啟與關閉。另外，如第4圖所示，下一第二開啟時間SRGATE2和下一理想第二開啟時間ISWON2的差為電源轉換器100的二次側SEC的下一空檔時間DT2。
如第4圖所示，當第三電壓V3大於第四電壓V4(亦即前次理想第二開啟時間ISWON0大於目前理想第二開啟時間ISWON1且第三電壓V3和第四電壓V4之間的差大於第二預定值時，同步整流器200會使下一第二開啟時間SRGATE2小於電源轉換器100的二次側SEC的目前第二開啟時間SRGATE1，亦即下一空檔時間DT2會大於電源轉換器100的二次側SEC的目前空檔時間DT1。
另外，雖然第4圖是以前次理想第二開啟時間ISWON0大於目前理想第二開啟時間ISWON1為例，但本發明並不受限於前次理想第二開啟時間ISWON0大於目前理想第二開啟時間ISWON1。亦即當前次理想第二開啟時間ISWON0小於目前理想第二開啟時間ISWON1，導致第三電壓V3和第四電壓V4之間的差大於第二預定值時，同步整流器200亦會根據上述同步整流器200的操作原理使下一第二開啟時間SRGATE2小於目前第二開啟時間SRGATE1，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟。
請參照第5圖，第5圖是本發明的第三實施例說明一種控制電源轉換器100的二次側SEC空檔時間的同步整流器500的示意圖。如第5圖所示，時間電壓轉換單元202可根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的理想電壓IV1，以及根據下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2。如第5圖所示，調整值產生單元206可通過同步整流器500的接腳220接收有關於電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VCC的一偵測電壓DV，以及根據偵測電壓DV和一參考電壓VREF，產生一目前調整值AV，其中目前調整值AV是一定值或一可調整值。亦即當偵測電壓DV發生變化(例如偵測電壓DV增加或減少)，導致偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差大於一第三預定值時，調整值產生單元206可根據偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差，產生目前調整值AV。另外，當偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差不大於第三預定值時，調整值產生單元206並不會產生目前調整值AV，而是輸出一前次調整值產生單元206所輸出的調整值。另外，偵測電壓DV是等於耦接於電源轉換器100的二次側SEC的輸出端OUT的一節點FBNODE的電壓或等於耦接於電源轉換器100的二次側SEC的光耦合器222的一節點CNODE的電壓。如第5圖所示，在調整值產生單元206產生目前調整值AV之後，目標電壓產生單元208可根據對應電源轉換器100的二次側SEC的目前理想開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和目前調整值AV，產生一下一目標電壓TV。另外，當偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差不大於第三預定值時，調整值產生單元206輸出前次所輸出的調整值。此時，目標電壓產生單元208是根據對應電源轉換器100的二次側SEC的目前理想開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和調整值產生單元206前次所輸出的調整值，產生下一目標電壓TV。如第5圖所示，在目標電壓產生單元208產生下一目標電壓TV後，閘極驅動單元210可根據對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一目標電壓TV，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2，其中同步信號SYN、理想開啟信號SRWIDTH、閘極控制信號GCS、目標電壓TV和第二斜坡電壓RV2的波形可參照第4圖，在此不再贅述。
由於調整值產生單元206可在偵測電壓DV發生變化(例如偵測電壓DV增加或減少)，導致偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差大於第三預定值時，產生目前調整值AV，所以同步整流器500可使下一第二開啟時間SRGATE2小於目前第二開啟時間SRGATE1(亦即下一空檔時間DT2會大於目前空檔時間DT1)，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟。
請參照第6圖，第6圖是本發明的第四實施例說明一種應用在電源轉換器600的二次側SEC的同步整流器利用電源轉換器600包含的補償開關610補償電源轉換器600的二次側SEC的輸出電流IOUT的示意圖。如第6圖所示，電源轉換器600和電源轉換器100的差別在於電源轉換器600另包含補償開關610，其中應用在電源轉換器600的二次側SEC的同步整流器可以是如第1圖所示的同步整流器200或如第5圖所示的同步整流器500。如第6圖所示，當耦接於電源轉換器600的二次側SEC的負載較大時，應用在電源轉換器600的二次側SEC的同步整流器可利用電源轉換器600的二次側SEC的同步開關108的閘極控制信號GCS或對應電源轉換器600的二次側SEC的同步開關108的理想開啟信號SRWIDTH，開啟補償開關610以補償電源轉換器600的二次側SEC的輸出電流IOUT。如第6圖所示，當補償開關610根據電源轉換器600的二次側SEC的同步開關108的閘極控制信號GCS或對應電源轉換器600的二次側SEC的同步開關108的理想開啟信號SRWIDTH開啟時，節點FBNODE的電壓下降，導致電源轉換器600的二次側SEC的輸出電壓VCC下降。因為電源轉換器600的二次側SEC的輸出電壓VCC下降，所以電源轉換器600的一次側PRI會轉換更多能量至電源轉換器600的二次側SEC的負載。另外，在本發明的另一實施例中，當耦接於電源轉換器600的二次側SEC的負載較大時，應用在電源轉換器600的二次側SEC的同步整流器可利用電源轉換器600的一次側PRI的功率開關104的控制信號PWM，開啟補償開關610以補償電源轉換器600的二次側SEC的輸出電流IOUT。
請參照第1、2、7圖，第7圖是本發明的第五實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。第7圖的方法是利用第1圖的電源轉換器100和同步整流器200說明，詳細步驟如下：
步驟700：  開始；
步驟702：  時間電壓轉換單元202可分別根據給定的前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1，產生第一電壓V1與第二電壓V2；
步驟704：  第一電壓V1與第二電壓V2之間的差是否大於第一預定值；如果是，進行步驟706；如果否，進行步驟710；
步驟706：  調整值產生單元206根據第一電壓V1和第二電壓V2的差，產生目前第一調整值AV1；
步驟708：  目標電壓產生單元208根據對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0和目前第一調整值AV1，產生目前第一目標電壓TV1，進行步驟716；
步驟710：  調整值產生單元206輸出前次調整值產生單元206所輸出的第一調整值；
步驟712：  目標電壓產生單元208根據對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0和調整值產生單元206前次所輸出的第一調整值，產生目前第一目標電壓TV1，進行步驟716；
步驟714：  時間電壓轉換單元202根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1，進行步驟716；
步驟716：  閘極驅動單元210根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1與目前第一目標電壓TV1，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的目前第二開啟時間SRGATE1，跳回步驟702和步驟714。
如第1圖所示，時間電壓轉換單元202可通過同步整流器200的接腳214接收同步信號SYN，其中同步信號SYN包含對應電源轉換器100的一次側PRI的前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1(如第2圖所示)。另外，如第1圖所示，反相器201是用以反相同步信號SYN以產生對應電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的理想開啟信號SRWIDTH，其中如第2圖所示，理想開啟信號SRWIDTH包含一前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1，且理想開啟信號SRWIDTH是和電源轉換器100的一次側PRI的放電時間有關，其中前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1是有關於電源轉換器100的二次側SEC的同步開關108的理想開啟時間。在步驟702和步驟714中，時間電壓轉換單元202可分別根據前次第一開啟時間PWMON0與目前第一開啟時間PWMON1，產生第一電壓V1(對應前次第一開啟時間PWMON0)與第二電壓V2(對應目前第一開啟時間PWMON1)，根據前次理想第二開啟時間ISWON0，產生對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0，以及根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1。在步驟706中，當取樣單元204所取樣的第一電壓V1大於第二電壓V2(亦即前次第一開啟時間PWMON0大於目前第一開啟時間PWMON1且第一電壓V1和第二電壓V2之間的差大於第一預定值時，調整值產生單元206可根據第一電壓V1和第二電壓V2的差，產生目前第一調整值AV1，其中目前第一調整值AV1是一定值或一可調整值。亦即當第一電壓V1和第二電壓V2之間的差不大於第一預定值時，調整值產生單元206並不會產生目前第一調整值AV1。在步驟708中，目標電壓產生單元208可利用對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0減去目前第一調整值AV1，以產生目前第一目標電壓TV1。另外，在步驟710中，當第一電壓V1和第二電壓V2之間的差不大於第一預定值時，調整值產生單元206並不會產生目前第一調整值AV1，而是輸出前次調整值產生單元206所輸出的第一調整值。在步驟712中，當第一電壓V1和第二電壓V2之間的差不大於第一預定值時，目標電壓產生單元208是根據對應前次理想第二開啟時間ISWON0的理想電壓IV0和調整值產生單元206前次所輸出的第一調整值，產生目前第一目標電壓TV1。在步驟716中，如第1、2圖所示，閘極驅動單元210可根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第一斜坡電壓RV1與目前第一目標電壓TV1，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的目前第二開啟時間SRGATE1，其中同步開關108可根據閘極控制信號GCS開啟與關閉。
如第2圖所示，目前第二開啟時間SRGATE1和目前理想第二開啟時間ISWON1的差為電源轉換器100的二次側SEC的目前空檔時間DT1。另外，如第2圖所示，當第一電壓V1大於第二電壓V2(亦即前次第一開啟時間PWMON0大於目前第一開啟時間PWMON1且第一電壓V1和第二電壓V2之間的差大於第一預定值)時，同步整流器200會使目前第二開啟時間SRGATE1小於電源轉換器100的二次側SEC的前次第二開啟時間SRGATE0(亦即目前空檔時間DT1會大於電源轉換器100的二次側SEC的前次空檔時間DT0)，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟
請參照第1、4、8圖，第8圖是本發明的第六實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。第8圖的方法是利用第1圖的電源轉換器100和同步整流器200說明，詳細步驟如下：
步驟800：  開始；
步驟802：  時間電壓轉換單元202可分別根據給定的前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1，產生第三電壓V3與第四電壓V4；
步驟804：  第三電壓V3與第四電壓V4之間的差是否大於第二預定值；如果是，進行步驟806；如果否，進行步驟810；
步驟806：  調整值產生單元206根據第三電壓V3與第四電壓V4的差，產生下一第二調整值AV2；
步驟808：  目標電壓產生單元208根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4和下一第二調整值AV2，產生下一第二目標電壓TV2，進行步驟816；
步驟810：  調整值產生單元206輸出前次調整值產生單元206所輸出的第二調整值；
步驟812：  目標電壓產生單元208根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4和調整值產生單元206前次所輸出的第二調整值，產生下一第二目標電壓TV2，進行步驟816；
步驟814：  時間電壓轉換單元202根據下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2，進行步驟816；
步驟816：  閘極驅動單元210根據下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一第二目標電壓TV2，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2，跳回步驟802和步驟814。
在步驟802和步驟814中，如第4圖所示，當時間電壓轉換單元202接收理想開啟信號SRWIDTH後，時間電壓轉換單元202可分別根據前次理想第二開啟時間ISWON0與目前理想第二開啟時間ISWON1，產生第三電壓V3(對應前次理想第二開啟時間ISWON0)與第四電壓V4(對應目前理想第二開啟時間ISWON1)，以及根據對應電源轉換器100的二次側SEC的下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2。在步驟806中，當取樣單元204所取樣的第三電壓V3和第四電壓V4之間的差大於第二預定值時，調整值產生單元206可根據第三電壓V3和第四電壓V4的差，產生下一第二調整值AV2，其中下一第二調整值AV2是一定值或一可調整值。在步驟808中，目標電壓產生單元208可利用對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4減去下一第二調整值AV2，以產生下一第二目標電壓TV2。另外，在步驟810中，當第三電壓V3和第四電壓V4之間的差之間的差不大於第二預定值時，調整值產生單元206並不會產生下一第二調整值AV2，而是輸出前次調整值產生單元206所輸出的第二調整值。在步驟812中，當第三電壓V3和第四電壓V4之間的差之間的差不大於第二預定值時，目標電壓產生單元208是根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的第四電壓V4和調整值產生單元206前次所輸出的第二調整值，產生下一第二目標電壓TV2。在步驟816中，如第1、4圖所示，閘極驅動單元210可根據對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一第二目標電壓TV2，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2，其中同步開關108可根據閘極控制信號GCS開啟與關閉。
如第4圖所示，下一第二開啟時間SRGATE2和下一理想第二開啟時間ISWON2的差為電源轉換器100的二次側SEC的下一空檔時間DT2。另外，如第4圖所示，當第三電壓V3大於第四電壓V4(亦即前次理想第二開啟時間ISWON0大於目前理想第二開啟時間ISWON1且第三電壓V3和第四電壓V4之間的差大於第二預定值)時，同步整流器200會使下一第二開啟時間SRGATE2小於電源轉換器100的二次側SEC的目前第二開啟時間SRGATE1，亦即下一空檔時間DT2會大於電源轉換器100的二次側SEC的目前空檔時間DT1，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟。
請參照第5、9圖，第9圖是本發明的第七實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。第9圖的方法是利用第5圖的電源轉換器100和同步整流器500說明，詳細步驟如下：
步驟900：  開始；
步驟902：  時間電壓轉換單元202根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的理想電壓IV1；
步驟904：  有關於電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VCC的偵測電壓DV與參考電壓VREF之間的差是否大於第三預定值；如果是，進行步驟906；如果否，進行步驟910；
步驟906：  調整值產生單元206根據偵測電壓DV與參考電壓VREF的差，產生目前調整值AV；
步驟908：  目標電壓產生單元208根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和目前調整值AV，產生下一目標電壓TV，進行步驟916；
步驟910：  調整值產生單元206輸出前次調整值產生單元206所輸出的調整值；
步驟912：  目標電壓產生單元208根據對應目前理想第二開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和調整值產生單元206前次所輸出的調整值，產生下一目標電壓TV，進行步驟916；
步驟914：  時間電壓轉換單元202根據下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2，進行步驟916；
步驟916：  閘極驅動單元210根據下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一目標電壓TV，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2，跳回步驟902。
在步驟902和步驟914中，如第5圖所示，時間電壓轉換單元202可根據目前理想第二開啟時間ISWON1，產生對應目前理想第二開啟時間ISWON1的理想電壓IV1，以及根據下一理想第二開啟時間ISWON2，產生對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2。在步驟906中，如第5圖所示，調整值產生單元206可通過同步整流器500的接腳220接收有關於電源轉換器100的二次側SEC的輸出電壓VCC的偵測電壓DV，以及根據偵測電壓DV和參考電壓VREF，產生目前調整值AV，其中目前調整值AV是一定值或一可調整值。亦即當偵測電壓DV發生變化(例如偵測電壓DV增加或減少)，導致偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差大於第三預定值時，調整值產生單元206可根據偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差，產生目前調整值AV。另外，偵測電壓DV是等於耦接於電源轉換器100的二次側SEC的輸出端OUT的節點FBNODE的電壓或等於耦接於電源轉換器100的二次側SEC的光耦合器222的節點CNODE的電壓。在步驟908中，如第5圖所示，在調整值產生單元206產生目前調整值AV之後，目標電壓產生單元208可根據對應電源轉換器100的二次側SEC的目前理想開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和目前調整值AV，產生下一目標電壓TV。另外，在步驟910中，當偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差不大於第三預定值時，調整值產生單元206並不會產生目前調整值AV，而是輸出前次調整值產生單元206所輸出的調整值。在步驟912中，當偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差不大於第三預定值時，目標電壓產生單元208是根據對應電源轉換器100的二次側SEC的目前理想開啟時間ISWON1的理想電壓IV1和調整值產生單元206前次所輸出的調整值，產生下一目標電壓TV。在步驟916中，如第5圖所示，在目標電壓產生單元208產生下一目標電壓TV後，閘極驅動單元210可根據對應下一理想第二開啟時間ISWON2的第二斜坡電壓RV2與下一目標電壓TV，決定電源轉換器100的二次側SEC的閘極控制信號GCS的下一第二開啟時間SRGATE2。
由於調整值產生單元206可在偵測電壓DV發生變化(例如偵測電壓DV增加或減少)，導致偵測電壓DV和參考電壓VREF之間的差大於第三預定值時，產生目前調整值AV，所以同步整流器500可使下一第二開啟時間SRGATE2小於目前第二開啟時間SRGATE1(亦即下一空檔時間DT2會大於目前空檔時間DT1)，以確保電源轉換器100的一次側PRI與二次側SEC不會同時開啟。
綜上所述，本發明所提供的控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法是當同步信號的前次第一開啟時間與目前第一開啟時間之間的差大於第一預定值、理想開啟信號的前次理想第二開啟時間與目前理想第二開啟時間之間的差大於第二預定值以及有關於電源轉換器的二次側的輸出電壓的偵測電壓與參考電壓之間的差大於第三預定值時，縮短電源轉換器的二次側的同步開關的閘極控制信號的開啟時間，以確保電源轉換器的一次側與二次側不會同時開啟。另外，當耦接於電源轉換器的二次側的負載較大時，本發明亦可通過開啟補償開關補償電源轉換器的二次側的輸出電流，以因應電源轉換器的二次側的較大的負載。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、600‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧一次側繞組
104‧‧‧功率開關
106‧‧‧二次側繞組
108‧‧‧同步開關
200、500‧‧‧同步整流器
201‧‧‧反相器
202‧‧‧時間電壓轉換單元
204‧‧‧取樣單元
206‧‧‧調整值產生單元
208‧‧‧目標電壓產生單元
210‧‧‧閘極驅動單元
212、214、216、218、220‧‧‧接腳
222‧‧‧光耦合器
610‧‧‧補償開關
AV1‧‧‧目前第一調整值
AV2‧‧‧下一第二調整值
AV‧‧‧目前調整值
CNODE、FBNODE‧‧‧節點
DT0‧‧‧前次空檔時間
DT1‧‧‧目前空檔時間
DT2‧‧‧下一空檔時間
DV‧‧‧偵測電壓
GND‧‧‧地端
GCS‧‧‧閘極控制信號
IPRI‧‧‧電流
IV0、IV1‧‧‧理想電壓
ISWON0‧‧‧前次理想第二開啟時間
ISWON1‧‧‧目前理想第二開啟時間
ISWON2‧‧‧下一理想第二開啟時間
IOUT‧‧‧輸出電流
OUT‧‧‧輸出端
PWM‧‧‧控制信號
PWMON0‧‧‧前次第一開啟時間
PWMON1‧‧‧目前第一開啟時間
PRI‧‧‧一次側
RV1‧‧‧第一斜坡電壓
RV2‧‧‧第二斜坡電壓
SRGATE0‧‧‧前次第二開啟時間
SRGATE1‧‧‧目前第二開啟時間
SEC‧‧‧二次側
SYN‧‧‧同步信號
SRWIDTH‧‧‧理想開啟信號
TV1‧‧‧目前第一目標電壓
TV2‧‧‧下一第二目標電壓
TV‧‧‧下一目標電壓
TON0、TON1‧‧‧開啟時間
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
V3‧‧‧第三電壓
V4‧‧‧第四電壓
VCC‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
700-716、800-816、900-916‧‧‧步驟
第1圖是本發明的第一實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的同步整流器的示意圖。 第2圖是說明同步信號、理想開啟信號、第一斜坡電壓、第一目標電壓與閘極控制信號的示意圖。 第3圖是說明當電源轉換器是處於不連續電流模式和準諧振模式時，同步信號、理想開啟信號與功率開關的開啟時間的示意圖。 第4圖是本發明的第二實施例說明當同步整流器利用對應電源轉換器的二次側的理想開啟信號控制電源轉換器的二次側的空檔時間時，理想開啟信號、對應電源轉換器的二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和下一第二目標電壓決定電源轉換器的二次側的下一開啟時間的示意圖。 第5圖是本發明的第三實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的同步整流器的示意圖。 第6圖是本發明的第四實施例說明一種應用在電源轉換器的二次側的同步整流器利用電源轉換器包含的補償開關補償電源轉換器的二次側的輸出電流的示意圖。 第7圖是本發明的第五實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。 第8圖是本發明的第六實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。 第9圖是本發明的第七實施例說明一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法的流程圖。
700-716‧‧‧步驟

Claims (22)

  1. 一種控制電源轉換器的二次側空檔時間(dead time)的方法，該方法包含：給定對應該電源轉換器的一次側的前次第一開啟時間與目前第一開啟時間；分別根據該前次第一開啟時間與該目前第一開啟時間，產生一第一電壓與一第二電壓；提供一理想電壓，其中該理想電壓是對應於該電源轉換器二次側的一同步開關的一前次理想開啟時間；根據該理想電壓與一第一調整值，產生一目前第一目標電壓；及根據對應該二次側的目前理想第二開啟時間的第一斜坡電壓與該目前第一目標電壓，決定該二次側的目前第二開啟時間，其中該目前第二開啟時間和該目前理想第二開啟時間的差為該二次側的目前空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該目前空檔時間不等於該二次側的前次空檔時間。
  2. 如請求項1所述的方法，其中當該第二電壓和該第一電壓之間的差大於一第一預定值時，該目前空檔時間大於該前次空檔時間，且該目前第二開啟時間和該二次側的前次第二開啟時間的差等於該前次第一開啟時間與該目前第一開啟時間的差與一預定比例的積，其中該預定比例大於1，且該預定比例和該一次側線圈與該二次側線圈的匝數比有關。
  3. 如請求項1所述的方法，其中當該電源轉換器是處於一連續電流模式(continuous current mode,CCM)時，該前次第一開啟時間與該目前第一開啟時 間是等於該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間，以及當該電源轉換器是處於一不連續電流模式(discrete current mode,DCM)和準諧振模式(quasi resonant mode)時，該前次第一開啟時間與該目前第一開啟時間大於該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間。
  4. 如請求項1所述的方法，其中對應該電源轉換器的二次側的理想開啟信號包含該前次理想第二開啟時間與該目前理想第二開啟時間，且與對應該電源轉換器的一次側的同步信號反相，其中該同步信號對應該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該第一調整值是由一調整值產生單元所產生，當該第二電壓和該第一電壓之間的差大於一第一預定值時，該調整值產生單元產生一目前第一調整值，及根據該理想電壓和該目前第一調整值，產生該目前第一目標電壓。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該第一調整值是由一調整值產生單元所產生，當該第二電壓和該第一電壓之間的差不大於一第一預定值時，該調整值產生單元輸出一前次所輸出的第一調整值，及根據該理想電壓和該前次所輸出的第一調整值，產生該目前第一目標電壓。
  7. 如請求項1所述的方法，其中根據對應該二次側的目前理想第二開啟時間的第一斜坡電壓與該目前第一目標電壓，決定該二次側的目前第二開啟時間包含：根據該目前理想第二開啟時間，產生該第一斜坡電壓；及 根據該目前第一目標電壓和該第一斜坡電壓，決定該目前第二開啟時間。
  8. 如請求項1所述的方法，另包含：分別根據該二次側的前次理想第二開啟時間與該目前理想第二開啟時間，產生一第三電壓與一第四電壓；當該第四電壓和該第三電壓之間的差大於一第二預定值時，產生一下一第二調整值；根據對應該第四電壓和該下一第二調整值，產生一下一第二目標電壓；根據對應該二次側的下一理想第二開啟時間，產生一第二斜坡電壓；及根據該下一第二目標電壓和該第二斜坡電壓，決定該二次側的下一第二開啟時間。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該前次理想第二開啟時間、該目前理想第二開啟時間和該下一理想第二開啟時間是有關於該電源轉換器的二次側的同步開關的理想開啟時間，以及該二次側的下一第二開啟時間和該二次側的目前第二開啟時間是有關於該電源轉換器的二次側的同步開關的開啟時間。
  10. 一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法，該方法包含：給定該電源轉換器的二次側的前次理想開啟時間與目前理想開啟時間；分別根據該前次理想開啟時間與該目前理想開啟時間，產生一第一電壓與一第二電壓；提供一理想電壓，其中該第一理想電壓是對應於該電源轉換器二次側的一同步開關的一目前理想開啟時間； 根據該理想電壓與一調整值，產生一下一目標電壓；及根據對應該二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和該下一目標電壓，決定該二次側的下一開啟時間，其中該下一開啟時間和該下一理想開啟時間的差為該二次側的下一空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該下一空檔時間不等於該二次側的目前空檔時間。
  11. 如請求項10所述的方法，其中該前次理想開啟時間、該目前理想開啟時間和該下一理想開啟時間是有關於該電源轉換器的二次側的同步開關的理想開啟時間，以及該二次側的下一開啟時間和該二次側的目前開啟時間是有關於該電源轉換器的二次側的同步開關的開啟時間。
  12. 如請求項10所述的方法，其中對應該電源轉換器的二次側的理想開啟信號包含該前次理想開啟時間、該目前理想第二開啟時間和該下一理想開啟時間，且與對應該電源轉換器的一次側的同步信號反相，其中該同步信號對應該電源轉換器的一次側的功率開關的開啟時間。
  13. 如請求項10所述的方法，其中該調整值是由一調整值產生單元所產生，當該第二電壓和該第一電壓之間的差大於一預定值時，該調整值產生單元產生該調整值，及根據該第二電壓和該調整值，產生該下一目標電壓。
  14. 如請求項10所述的方法，其中該調整值是由一調整值產生單元所產生，當該第二電壓和該第一電壓之間的差不大於一預定值時，該調整值產生單元輸出一前次所輸出的調整值，及根據該第二電壓和該前次所輸出的 調整值，產生該下一目標電壓。
  15. 如請求項10所述的方法，其中根據對應該二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和該目標電壓，決定該二次側的下一開啟時間包含：根據該下一理想開啟時間，產生該斜坡電壓；及根據該目標電壓和該斜坡電壓，決定該下一開啟時間。
  16. 一種控制電源轉換器的二次側空檔時間的方法，該方法包含：提供一理想電壓，其中該理想電壓是對應於該電源轉換器二次側的一同步開關的一目前理想開啟時間；根據該理想電壓與一調整值，產生一下一目標電壓；及根據對應該二次側的下一理想開啟時間的斜坡電壓和該下一目標電壓，決定該二次側的下一開啟時間，其中該下一開啟時間和該下一理想開啟時間的差為該二次側的下一空檔時間；其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該下一空檔時間不等於該二次側的目前空檔時間。
  17. 如請求項10或16所述的方法，其中當該第一電壓和該第二電壓不同時，該下一空檔時間小於該目前空檔時間，且該下一開啟時間和該二次側的目前開啟時間的差等於該二次側的前次開啟時間與該目前開啟時間的差與一預定比例的積，其中該預定比例大於1，且該預定比例和該一次側線圈與該二次側線圈的匝數比有關。
  18. 如請求項16所述的方法，其中該調整值是由一調整值產生單元所產 生，當該偵測電壓和該參考電壓之間的差大於一第三預定值時，該調整值產生單元產生該調整值，及根據該理想電壓和該調整值，產生該下一目標電壓。
  19. 如請求項16所述的方法，其中該調整值是由一調整值產生單元所產生，當該偵測電壓和該參考電壓之間的差不大於一第三預定值時，該調整值產生單元輸出一前次所輸出的調整值，及根據對應該目前理想開啟時間的理想電壓和該前次所輸出的調整值，產生該下一目標電壓。
  20. 如請求項16所述的方法，其中該偵測電壓是耦接於該二次側的輸出端的一節點的電壓。
  21. 如請求項16所述的方法，其中該偵測電壓是耦接於該二次側的光耦合器的一節點的電壓。
  22. 如請求項1、10或16所述的方法，另包含：根據該二次側的同步開關的閘極控制信號、對應該二次側的同步開關的理想開啟信號或該一次側的功率開關的控制信號，開啟該電源轉換器的一補償開關以補償該二次側的輸出電流。
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