CN1770613A - 具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器。该电源转换器包含一感测装置、一侦测电路以及一同步整流控制电路。该感测装置系用以感测该电源转换器之特性。该侦测电路系利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器。该同步整流控制电路系电连接该侦测电路，该同步整流控制电路系用以调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关之截止。

Description

具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器

技术领域

本发明系关于一电路控制器，尤指一种可以解决逆向电流问题之具同步整流器顺向电源转换器。

背景技术

传统的顺向切换式电源供应器，因其结构单纯与高电流输出的特性，目前被广泛的使用。为了进一步改善二极管的导通损失与提升整体效能，同步整流器(synchronous rectifier，SR)之应用被视为用以取代二极管功能之最佳选择。虽然同步整流器技术可以解决大部分的高导通损失问题，然而同步整流器技术仍存有其它问题，例如逆向电流。逆向电流可能会发生在不同的情况下，例如无载截止(cutting offduring no load)、在自动测试设备(Automatic Test Equipment，ATE)测试过程中之过电压保护测试(Over Voltage Protection)或动态测试之截止(cutting off during a dynamic test)。逆向电流问题主要是由于二极管与金氧半导体场效晶体管(MOSFET)间不同的组件特性。当使用同步整流器时，逆向电流必需被谨慎地处理，否则电路中的逆向电流将导致金氧半导体场效晶体管被完全烧毁破坏。

切换式电源供应器因其结构单纯，低输出电压涟波与高电流输出的特性，目前被广泛的使用。一般而言，其主要关键问题为功率效能。一个传统的顺向电源转换器通常利用不同种类的二极管将电能由输入端转换输出至输出端。然而使用二极管将造成高导通损失的问题。

为了解决高导通损失的问题，文献中已揭露利用金氧半导体场效晶体管同步整流器控制电路以取代传统二极管的技术。虽然大部分的高导通损失问题可以被解决，却有其它问题随着这个新技术的使用而产生。二极管与金氧半导体场效晶体管间存在不同的组件特性。例如二极管中由阳极到阴极的单向电流特性相对于金氧半导体场效晶体管中汲极到源极或源极到汲极的双向电流特性。无论如何，不管电源转换器如何工作，二极管可以隔绝由输出端进入电源转换器的逆向电流。而应用金氧半导体场效晶体管作为同步整流器之电源转换器达不到相同的效果。当使用同步整流器时，逆向电流之问题必需被谨慎处理，否则电路中的逆向电流将导致金氧半导体场效晶体管被完全烧毁。逆向电流可能会发生在不同的情况下，例如无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试或动态测试截止。

请参阅第1图，如第1图所示习知具同步整流控制电路之顺向电源转换器电路示意图。如第2A～2C图所示，在下列条件下同步整流电路的主要波形图分别为：无载截止、自动测试设备测试过程中之过电压保护测试或动态测试之截止。

请参阅第2A图，系为习知同步整流器在无载运作时的截止时间序列波形示意图。在无载操作时，其平均输出电流应为零，但电感电流必需保持连续，因此导致逆向电流的发生。当此电路操作在导通工作周期(on-duty cycle)时，逆向电流流经L1、T1、Q2和G。因此，该逆向电流由二次侧被转移到一次侧且一次侧电流路径系通过一次侧接地端与Q1到Vin。另一方面，电流将对L1进行充电。随后当电路进入非导通工作周期(off-duty cycle)时，L1中的因为电流所储存之电能将对输出端进行放电。因为L1中的电流必需连续，该电流将持续降为负值形成该逆向电流。此逆向能量经由C1，L1，Q3到G而储能。该能量将被储存在L1中直到下一个导通工作周期。

当电源转换器在无载期间被截止(cut off)时，脉冲宽度调变(PWM)将没有驱动讯号驱动Q1和Q2，Q1和Q2截止(turn off)且Q3导通(turn on)。由于同步整流控制器中的V_cc仍然存在，Q3持续导通直到该同步整流控制器中的V_cc降低至零。另一方面来说，因为输出端无负载存在，L1和C1发生共振直到逆向电流在C1的等效电阻esr与Q3的等效电阻Rds中消失为止。当V0降至零时，L1将因饱和可视为短路。该逆向电流可能造成Q3的损坏。

请参阅第2B图，系为自动测试设备(Automatic Test Equipment，ATE)测试过程中之过电压保护测试(Over Voltage Protection，OVP)过电压保护测试之主要波形示意图。在此状况中，当电源转换器持续操作在轻载时，一直流电压供应于该电源转换器之输出端。因此，当该电源转换器操作在轻载时，其平均电流将十分接近零。如果该直流电压达到OVP设定点时，该电源转换器将被其内部保护电路所关闭。当该电源转换器开始进行OVP测试时，输出电压变得非常高，并对系统可靠度造成冲击，主要金氧半导体场效晶体管G1与顺向金氧半导体场效晶体管G2的导通工作周期变小，而飞轮金氧半导体场效晶体管G3导通工作周期变大。在上述期间中，L1被减低以产生大逆向电流。此情形与无载时的截止状态十分相似。L1由直流电源获得够大的电流以维持电流稳定。因为直流电源不能提供如此大的电流供L1维持电流稳定，其将被内部过电流保护机制所关闭。该OVP测试项目不能被有效验证且Q3也有被逆向电流损毁的可能。

参考第2C图，系为动态测试中负载瞬间变化之主要波形示意图。当输出负载由一重载变为一轻载时，其输出电压将由低至高变化。基于稳定性之要求，该主要金氧半导体场效晶体管G1与该顺向金氧半导体场效晶体管G2的导通工作周期应该变小，而该飞轮金氧半导体场效晶体管G3导通工作周期变大。当输出负载为轻载时，其平均电流为零。该电源转换器在此特别条件下将被关闭，OVP测试情形中也会发生相同问题，且金氧半导体场效晶体管之同步整流器也有被逆向电流损毁的可能。

发明内容

本发明之主要目的系提供一具有同步整流器之顺向电源转换器，其中该电源转换器之逆向电流问题已实质地获得解决以保护整个电路。

本发明之另一目的系提供一具有同步整流器之顺向电源转换器，其中主要可能产生逆向电流问题之三种操作情况，包含：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试或动态负载测试，该电源转换器之逆向电流问题已实质地获得消除。

本发明之另一目的系提供一具有同步整流器之顺向电源转换器，其中主要可能产生逆向电流问题之三种操作情况，该电源转换器之逆向电流问题已实质地获得消除，且该电源转换器之反应时间实质上不受影响。

本发明之另一目的系提供一可靠的具有同步整流器之顺向电源转换器且能有效的解决目前同步整流器电路的逆向电流问题。

因此，为了完成上述目标，本发明提供一具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器，包含：

a、一传感器，系用以感测该电源转换器之一特性。

一侦测电路，系利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器。

一同步整流控制电路，系电连接该侦测电路，该同步整流控制电路系用以调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

b、如a步所述之控制电路中该同步整流器控制电路包含：

一脉冲宽度调变控制器，用以产生一驱动讯号，用以驱动该电源转换器之一主开关以及该同步控制器。

一同步整流开关控制器，电连接该脉冲宽度调变控制器连接，调变控制该工作周期之截止时序；以及一同步整流驱动装置，电连接该脉冲宽度调变控制器以及该同步整流开关控制器，用以驱动该飞轮开关以及该顺向开关。

c、如b步所述之控制电路中的同步整流器控制电路更包含一延迟控制器，该延迟控制器系用以延迟一脉冲讯号，在一特定期间将该脉冲讯号传送至该主开关。

d、如b  步所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控

制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

e、如c步所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

f、如b步所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波；一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路；一软启动端用以连接该同步整流开关控制器；一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号；一参考电压端；以及一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

g、如e步所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波；一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路；一软启动端用以连接该同步整流开关控制器；一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号；一参考电压端；以及一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

h、如d步所述之控制电路，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

i、如g步所述之控制电路，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

j、如d步所述之控制电路，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

k、如j步所述之控制电路，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

l、如d步所述之控制电路，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

m、如k步所述之控制电路，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

n、如b步所述之控制电路，其中该逆向电流期间系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

o、如m步所述之控制电路，其中该逆向电流系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器电其不同结构还可包含：

p、一同步整流器，系用以将一交流电转换产生一直流电；以及一控制电路，包含：

一传感器，系用以感测该电源转换器之一特性；

一侦测电路，系利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器；

一同步整流控制电路，系电连接该侦测电路，该同步整流控制电路系用以调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

q、如p步所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路包含：

一脉冲宽度调变控制器，用以产生一驱动讯号，用以驱动该电源转换器之一主开关以及该同步控制器；

一同步整流开关控制器，电连接该脉冲宽度调变控制器连接，调变控制该工作周期之截止时序；以及

一同步整流驱动装置，电连接该脉冲宽度调变控制器以及该同步整流开关控制器，用以驱动该飞轮开关以及该顺向开关。

r、如q步所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路更包含一延迟控制器，该延迟控制器系用以延迟一脉冲讯号，在一特定期间将该脉冲讯号传送至该主开关。

s、如q步所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

t、如q步所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波，一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路，一软启动端用以连接该同步整流开关控制器，一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号，一参考电压端系为一参考电压端，一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

u、如q步所述之电源转换器，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

v、如q步所述之电源转换器，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

w、如q步所述之电源转换器，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

x、如q步所述之电源转换器，其中该逆向电流系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

一系应用在一具有同步整流器之电源转换器控制方法，包含下述步骤：

(a)感测该电源转换器之一特性；

(b)利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器；以及

(c)调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

附图说明

第1图系为习知具同步整流控制电路之顺向电源转换器电路示意图；

第2A图系为习知同步整流器在无载运作时的截止时间序列波形示意图；

第2B图，系为自动测试设备测试过程中之过电压保护测试过电压保护测试之主要波形示意图；

第2C图系为动态测试中负载变化之主要波形示意图；

第3图系为本案较佳实施例之一具有同步整流控制电路之顺向电源转换器电路示意图；

第4图系为本案较佳实施例之该脉冲宽度调变控制器电路示意图；

第5图系为本案较佳实施例之脉波宽度调变讯号与脉冲讯号示意图；

第6图系为本案较佳实施例之SR-CCM控制电路示意图；

第7图系为本案较佳实施例之SR开关控制电路示意图；

第8图系为本案较佳实施例之SR驱动电路示意图；

第9图系为本案较佳实施例之顺向电源转换器无载截止条件下之主要波形示意图；

第10图系为本案较佳实施例之顺向电源转换器ATE测试条件时OVP测试条件下之主要波形示意图；

第11图系为本案较佳实施例之顺向电源转换器之动态测试时瞬时负载变化测试条件下之主要波形示意图。

主要组件符号说明

10脉冲宽度调变控制器，20延迟控制器，30同步整流连续导通模式控制器，40同步整流开关控制器，50同步整流驱动装置，X7主要金氧半导体场效晶体管，X8、X9同步整流器之金氧半导体场效晶体管，R1、R2、R4、R6、R12、R13、R14、R15、R307电阻，C1、C2、C4、C7、C8电容，T2变压器，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q100、Q101、Q102、Q103、Q301、Q304、Q306、Q307、Q308、Q309晶体管，D2、D101、D102、D301、D302、D303二极管。

为使本发明上述之目的，特征以及优点更为明显易懂，将由下述之详细说明、图式以及申请专利范围做一更清楚说明。

实施方式

请参阅第3图，系为本案较佳实施例之一具有同步整流控制电路之顺向电源转换器电路示意图。如第3图所示，该顺向电源转换器包含一同步整流控制电路，该同步整流控制电路包含一脉冲宽度调变控制器10，一延迟控制器20，一同步整流连续导通模式控制器30，一同步整流开关控制器40以及一同步整流驱动装置50。

该脉冲宽度调变控制器10用以产生驱动讯号，该驱动讯号用以驱动一主要金氧半导体场效晶体管X7以及一同步整流器。该延迟控制器20用以延迟该驱动讯号以避免该主要金氧半导体场效晶体管X7和该同步整流器之金氧半导体场效晶体管X8、X9间之工作状态重叠。该同步整流连续导通模式控制器30藉由延长导通工作周期之方式来控制L1之逆向电流。该同步整流开关控制器40系用以控制同步整流控制电路之截止时序。

如第3图所示，该同步整流器控制电路包含一转换装置，该装置系用以转换该驱动讯号为一脉冲讯号。该转换装置包含二脉冲讯号产生电路，其中一组脉冲讯号产生电路包含一电阻R15与一电容C8以及另一组脉冲讯号产生电路包含一电阻R6与一电容C4用以转换该驱动讯号为该脉冲讯号。依据第5图中所描绘之较佳实施例，当该驱动讯号由低位准往高位准增加时，产生一正脉冲讯号，随后当驱动讯号由高位准往低位准减少时，产生一负脉冲讯号。另一方面而言，一变压器T2用以将该脉冲讯号由一次侧转换至二次侧。

其次，当该同步整流开关控制器40之保持端之讯号为高位准时，晶体管Q 2被用来消除该驱动讯号中之该负脉冲讯号。当该保持端之讯号为高位准时，电阻R12、二极管D2、电容C2、晶体管Q1、电阻R14以及电阻R13用以改变一电流侦测讯号为负。当该电源转换器操作在正常状态下，该保持端之讯号为低位准且晶体管Q1截止，且二极管D2之阳极端之电压为0.7V时。因此该同步整流连续导通模式控制器30之电流回授端不受任何影响。当该电源转换器关机时，该保持端d之讯号为高位准且Q1导通。因电容C2电压不能瞬间改变，二极管D2之阳极端之电压为-0.7V。因此，该电流回授端在一周期改变为负，且一导通/截止端为一控制讯号。当该电源转换器正常操作时，该导通/截止端为低位准；且当该电源转换器开始激活时，该导通/截止端为高位准。

请参阅第3图与第4图，该脉冲宽度调变控制器10之较佳实施系采用ML4800脉冲宽度调变IC，其中一锯齿波产生端为一锯齿波产生器且由一电阻R4和一电容C7决定该工作周期之频率。一回授端系用以接受来自同步整流连续导通模式控制器30中之一回授输出端之回授讯号以决定一输出端之工作周期。由于工作周期有其限制，该脉冲宽度调变控制器之最大工作周期一般操作在50％。该脉冲宽度调变控制器10之一软启动端系用来连接由该同步整流开关控制器40之一软启动端，决定是否软激活。该脉冲宽度调变控制器10之一电流回授端系用来接收来自一电阻R3之该主要金氧半导体场效晶体管X7之电流讯号。因为其中内含一最大位准为一伏特之比较器，该电流回授端之最大转换位准为一伏特。一参考电压端其电压值为一定值7.5伏特。一输出端系用来传送控制该主要金氧半导体场效晶体管X7和该顺向金氧半导体场效晶体管X8以及该飞轮金氧半导体场效晶体管X9之主要驱动讯号。

该延迟控制电路20包含一延迟装置，该延迟装置系用来在一特定期间延迟送入X7之脉冲讯号。根据本案之较佳实施例，该延迟装置包含一延迟电路，该延迟电路包含一电阻R1、一电阻R2、电容C1以及一晶体管Q3。上述组件被连接以延迟该驱动讯号，利用该转换装置产生之脉冲讯号送入X7。

晶体管Q4与晶体管Q5被结合成为一图腾柱输出级。该电路之目的系使X7接收脉冲的时间晚于同步整流器，使得X7导通前先使X8导通以及X9截止。当脉冲宽度调变讯号被传送来时，电容C1被充电且晶体管Q3导通，因此脉波仍不会传达X7。晶体管Q3被关闭直到电容C1饱和，因此脉波开始传送至X7，且产生200ns的延迟时间。

请参阅第6图，系为本案较佳实施例中同步整流连续导通模式控制器30之电路示意图。该同步整流连续导通模式控制器30包含一周期调控装置用以调控工作周期于一特定期间，使得X7因此有足够的时间被充能。

该周期调控装置包含一同步整流连续导通模式控制器电路，具有六个电子端分别为一回授端、一地端、一工作周期输出端、一电流回授端、一回授端以及一正极电源端。根据本案之较佳实施例，该正极电源端与该地端被连接至该电源。该回授端系用来接收一回授讯号，该回授讯号系根据该输出电压之大小。该回授端系用来接收由该脉冲宽度调变控制器10之回授端所产生之讯号。该电流回授端系用来侦测该主金氧半导体场效晶体管X7之电流讯号，该电流讯号系来自该电流侦测电阻R3。该工作周期输出端系用来与该脉冲宽度调变控制器10之输出端连接，接收来自输出端之脉冲讯号。

请参阅第3图与第6图，该电阻R3系用来侦测当X7导通时之电流波形。该电流波形之极性系与一输出电流IL1一致。因此，该电流回授端被用来侦测输出讯号并控制该回授端(FBO terminal)。当此电流工作于正常状态下，该回授端(FBO terminal)随FBO讯号变动。当电流工作于错误状态时，该回授端(FBO terminal)将被推高。二极管D101之阳极波形与”工作”端相同。

当顺向电源转换器操作于正常状态时，该电流回授端(CRSterminal)之讯号为正。当该工作周期输出端(Duty terminal)在高位准(on)时，晶体管Q100截止。二极管D101之阳极在高位准(on)；晶体管Q102导通，晶体管Q101亦藉由正极电源端(VCC terminal)、晶体管Q102与G端导通。此外，晶体管Q102之集极端在低位准；当晶体管Q102之集极端在低位准时，晶体管Q103视为一电流源，且该回授端(FBO terminal)之讯号跟随FBI端之讯号变动。

当该工作周期输出端(Duty terminal)在低位准(off)时，Q100截止。D102之阳极在低位准(off)，Q102截止，Q102之集极端在高位准(on)，Q103截止，该回授端(FBO terminal)在此条件下等同于正极电压(VCC)。

另一方面来说，当顺向电源转换器在逆电流条件下被关闭时，该电流回授端(CRS terminal)之讯号极性随着输出电流而改变。当该工作周期输出端(Duty terminal)在高位准(on)时而该电流回授端(CRS terminal)为负时，晶体管Q100导通。二极管D101的阳极因此拉成低位准(off)；晶体管Q102截止；101截止；晶体管Q102之集极端位于高位准(on)；晶体管Q103截止，且于此条件下该回授端(FBO terminal)之输出讯号与一正极电压VCC相同。当该电流回授端(CRS terminal)之讯号趋向零时，该回授端(FBO terminal)之讯号再次随着该回授端(FB terminal)之讯号改变。当该电流回授端(CRS terminal)为负，SR-CCM控制器回到正常工作状态。当该工作周期输出端(Duty terminal)在低位准(off)，其结果与正常工作条件下相同。

请参阅第7图，该图显示了同步整流开关控制器40之电路示意图。该同步整流开关控制器40包含一导通截止调控装置用以控制该同步整流控制电路之导通与截止(亦即工作周期(duty-cycle))。该导通截止调控装置包含一同步整流开关控制器电路，如第7图中所示。该同步整流开关控制器电路具有六个端子，分别为一正极电源端(VCC terminal)、一地端(G terminal)、一导通/截止端(ON/OFF X-3terminal)、一同步整流端(SYN-1 terminal)、一软启动端(SS terminal)以及一保持端(Hold terminal)。该正极电源端(VCC terminal)与该地端(G terminal)用以连接电源供应器。ON/OFF X-3端用来传送讯号控制该同步整流控制电路所需要之导通或截止。同步整流端(SYN-1 terminal)连接至该脉冲宽度调变控制器10之输出端(Outterminal)，用以传递脉冲讯号。软启动端(SS terminal)连接至该脉冲宽度调变控制器10之软启动端(SS terminal)，用以传送软激活(soft start)讯号，其中该软启动讯号系用于截止该顺向金氧半导体场效晶体管X7。该保持端(Hold terminal)系用于传送讯号以截止该飞轮金氧半导体场效晶体管X9。

同步整流开关控制器40之运作原理详述如下：正常状态下，当同步整流端(SYN-1 terminal)在高位准时且导通/截止端(ON/OFFterminal)在低位准时，X5下方侧导通。ON/OFF-X3在低位准时，晶体管Q201截止，晶体管Q202导通；X201A正端输入等于 $\mathrm{VCCx}\frac{R205}{R205+R206};$ X201B正端输入等于 $\mathrm{VCCx}\frac{R204}{R204+R207};$ X201A输出端位于高位准；晶体管Q203导通，电阻R212和晶体管Q203被用以延迟X201A的输出讯号；X201B之负输入端在低位准；该保持端(Hold terminal)在低位准，X201B输出为高位准；晶体管Q204截止，且该软启动端(SS terminal)为高位准。由以上结果，脉冲宽度调变控制器10保持于工作状态。

当同步整流端(SYN-1 terminal)的讯号在低位准时，且导通/截止端(ON/OFF terminal)在高位准，X54之下侧导通。导通/截止端(ON/OFF X3 terminal)在低位准，晶体管Q201导通，晶体管Q202截止，X201之正输入端讯号等于正极电压(VCC)，X201A之输出为高位准，晶体管Q203导通，X201B之负端为低位准，该保持端(Holdterminal)为低位准，X201B输出端为高位准；晶体管Q204截止，且软启动端(SS terminal)位于高位准。因此，脉冲宽度调变控制器10保持于工作状态。

另一方面，当顺向电源转换器在逆电流条件下被关闭时，当同步整流端(SYN-1 terminal)位于高位准且导通/截止端(ON/OFFterminal)位于高位准时，X5的下侧关闭，导通/截止端(ON/OFF X3terminal)位于高位准；Q201截止，Q202导通，X201A之正输入端等同于 $\mathrm{VCCx}\frac{R202}{R205+R206};$ X201B之正输入端等同于 $\mathrm{VCCx}\frac{R204}{R204+R207};$ X201A之输出端为低位准；二极管D201被导通；X201A之正输入端拴锁在0.7伏特；晶体管Q203截止；X201B之负输入端为高位准；二极管D202导通；X201B之正输入端拴锁在0.7伏特；该保持端(Holdterminal)位于高位准；X201B之输出为低位准；晶体管Q204导通，且软启动端(SS terminal)为高位准。因此该飞轮金氧半导体场效晶体管在脉冲宽度调变控制器10停止工作前被强迫截止。

当同步整流端(SYN-1 terminal)位于低位准且导通/截止端(ON/OFF terminal)为高位准，X5之下侧关闭，导通/截止端(ON/OFFX3 terminal)位于高位准；晶体管Q201导通，晶体管Q202截止，X201A之正输入端为0.7伏特；X201B之正输入端为0.7伏特；X201A输出为低位准，晶体管Q203截止；X201B负输入端为高位准；该保持端(Hold terminal)为高位准，X201B输出为低位准；Q204导通，软启动端(SS terminal)为低位准。因此该脉冲宽度调变控制器10停止工作。

请参阅第8图，该图显示了本案较佳实施例之同步整流驱动装置50。该同步整流驱动装置50包含一用于增强驱动讯号之装置，该装置包含一同步整流器驱动电路(SR driver circuit)，如第8图所示。该同步整流器驱动电路具有六端子，分别为一同步整流端(SYN-2terminal)、一地端(G terminal)、一正极电源端(VCC terminal)、一电压回授端(ZS terminal)、一驱动讯号输出端(FF-out terminal)以及一驱动讯号输出端(FW-out terminal)。正极电源端(VCCterminal)与地端(G terminal)安排来与电源供应器连接。同步整流端(SYN-2 terminal)系用以接收来自该脉冲宽度调变控制器10经由T2产生该飞轮金氧半导体场效晶体管与该前向金氧半导体场效晶体管之驱动讯号以达到同步整流之功能。驱动讯号输出端(FF-outterminal)系用以驱动该金氧半导体场效晶体管X8。驱动讯号输出端(FW-out terminal)系用以驱动该飞轮金氧半导体场效晶体管。电压回授端(ZS terminal)系用以侦测该飞轮金氧半导体场效晶体管之汲极电压，产生一讯号用以决定X8导通或截止。

当同步整流端(SYN-2 terminal)为正时，二极管D302导通，晶体管Q304导通，于是晶体管Q301与晶体管Q302被强迫截止，二极管D301导通并透过VC2，电阻R302，二极管D301，晶体管Q304到达该地端(G terminal)，且二极管D301的阳极保持在0.6伏特以维持晶体管Q304导通。由此，驱动讯号输出端(FF-out terminal)在此时序中为低位准。

在此同时，二极管D303导通；晶体管Q308导通，晶体管Q309截止并可视为开路；透过VC2、电阻R307、晶体管Q309的集极被推高；晶体管Q307与晶体管Q306被推高，且集极被用来在此序列使晶体管Q308维持导通。由此，驱动讯号输出端(FF-out terminal)在此时序中为高位准。

电压回授端(ZS terminal)系用以侦测X9之汲极电压。当同步整流端(SYN-2 terminal)为正，电压回授端(ZS terminal)位于高位准。当同步整流端(SYN-2 terminal)为负，电压回授端(ZS terminal)位于低位准。如果电压回授端(ZS terminal)为高位准，电压回授端(ZS terminal)对晶体管Q309的集极没有影响。如果电压回授端(ZSterminal)位于低位准，晶体管Q309的集极被拉至低位准。

当同步整流端(SYN-2 terminal)为负，二极管D302截止；晶体管Q305导通；晶体管Q304截止，晶体管Q301与晶体管Q302透过VC2，电阻R301让晶体管Q304集极被拉高；二极管D301截止，晶体管Q303透过VC2、电阻R301、电阻R303与电阻R305被导通，且二极管D301的阳极位于低位准以使晶体管Q304维持截止。因此驱动讯号输出端(FF-out terminal)在此时序中为高位准。

在此同时，二极管D303截止，电压回授端(ZS terminal)降为零，透过VC2、电阻R307、电阻D304、电阻R308到电压回授端(ZS terminal)，晶体管Q3098之集极被拉低；晶体管Q308截止，晶体管Q309的基极透过VC2与电阻R312被导通，且晶体管Q307与晶体管Q306被拉低。因此，驱动讯号输出端(FW-out terminal)在此时序中为低位准。

第9图系为本案较佳实施例之顺向转换器之主要波形示意图，其中顺向电源转换器在无载情况下被截止。电流I-L1均为正向或逆向电流。然而，既然目前条件限制在无载下，只要平均电流为零，即不会发生问题。当转换器开始关闭，导通/截止端(ON/OFF terminal)被拉向高位准以致该保持端(Hold terminal)将于下时序被拉向高位准。在此同时X2的该电流回授端(CRS terminal)趋向负值且X8被导通且X9截止。X9以此方式被该保持端(Hold terminal)预先截止且逆向电流由二次侧向一次侧游走。软启动端(SS terminal)在下一时序被推向低位准以便截止X8。因X9在上一时序已被关闭，且X8在本周期被关闭，逆向电源无流动路径。由此可得出本发明的一特征：逆向电流将不会导致X8与X9损坏。

第10图系为本发明较佳实施例之顺向转换器之主要波形示意图。其中，该顺向电源转换器系接受ATE测试中之OVA测试。在该顺向电源转换器开始进行OVP测试时，Vout增加直到达到设定值，以此结果，FB1-X2将减小。当FB1-X2接近零，工作周期时间仍保持常数值，且Vgs-X7保持第数值以使I-L1保持为负直到顺向电源供应器完全关闭为止。当Vout达到过电压保护设定值，顺向电源转换器开始关闭。导通/截止端(ON/OFF terminal)被推高以使该保持端(Holdterminal)在下周期被推向高位准。在此同时，X2的该电流同授端(CRSterminal)被趋向负值；XS被导通而X9被截止，X9以此方式被该保持端(Hold terminal)预先截止且逆向电流由二次侧向一次侧游走。在随后周期中，软启动端(SS terminal)在下一周期被推向低能阶以便截止X8。因X9在上一时间周期已被关闭，且X8在本周期被关闭，逆向电流将不会导致X8与X9损坏。

第11图系为本发明较佳实施例之顺向转换器操作在动态测试瞬时负载变化时之主要波形示意图。根据本案之较佳实施例，瞬时负载将于重载状态趋向轻载状态。在此过程中，Vout将升高。请参阅第11图所示，其特征与第10图中ATE测试中OVA测试之特征相似，然而，逆向电流问题已实质上被解决。

本发明顺向电源转换器之反应时间波形。根据本发明，总反应时间为T_tr＝T_d+T_r，其中T_d为设定时间，T_r为控制电路的恢复时间。

另一方面，V_p＝V_out+ΔV，当 $\mathrm{\ΔV}=\frac{I_{\mathrm{out}}{T}_d}{2C_o}$

根据伏特-秒平衡(Volt-Sec Balance theory)定理，输出抗流圈(choke)L1的能量可被表示为(V_in-V_out)DT＝V_out(1-D)T

其中D为

且上述等式以Y变量定义，其中 $Y\≡\frac{V_{\mathrm{out}}(1-V_{\mathrm{out}})}{V_{\mathrm{in}}}T$

恢复时间T_r为电压由V_p  变化到V_out之时间间距。Y_av为V_ou之平均时间间距且可被表示为：

$Y_{\mathrm{av}}=\frac{\underset{V_{\mathrm{out}}}{\overset{V_p}{\∫}}\mathrm{Yd}{V}_{\mathrm{out}}}{V_p-V_{\mathrm{out}}}$

$=T(\frac{V_p+V_{\mathrm{out}}}{2}-\frac{{V_p}^2+V_p{V}_{\mathrm{out}}+{V_{\mathrm{out}}}^2}{{3V}_{\mathrm{in}}})$

其中 $I_d=\frac{Y_{\mathrm{av}}}{L_l}$ 且 $I_r=\frac{I_d}{2}=\frac{Y_{\mathrm{av}}}{2L_l}$ 且 $T_r=\frac{1}{I_r}{C}_o(V_P-V_{\mathrm{OUT}})$

其中I_d为L1之delta电流；I_r为平均循环电流(recycle current)，且T_r为控制电路的恢复时间。

本发明借图表与文字叙述展现之实施例仅为代表不可视为本发明之限制。

本发明的目的已经被完整而有效地的达成。其具体实施方法已被显示并描述以说明本发明功能与结构原理的目的且其变化不出上述原则。因此，本发明包含所有下列权利要求项的精神与范围内之变化。

Claims (25)

1.具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器，包含：

一传感器，系用以感测该电源转换器之一特性；

一侦测电路，系利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器；

一同步整流控制电路，系电连接该侦测电路，该同步整流控制电路系用以调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

2.如权利要求1所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路包含：

一脉冲宽度调变控制器，用以产生一驱动讯号，用以驱动该电源转换器之一主开关以及该同步控制器；

一同步整流开关控制器，电连接该脉冲宽度调变控制器连接，调变控制该工作周期之截止时序；以及

一同步整流驱动装置，电连接该脉冲宽度调变控制器以及该同步整流开关控制器，用以驱动该飞轮开关以及该顺向开关。

3.如权利要求2所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路更包含一延迟控制器，该延迟控制器系用以延迟一脉冲讯号，在一特定期间将该脉冲讯号传送至该主开关。

4.如权利要求2所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

5.如权利要求3所述之控制电路，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

6.如权利要求2所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波；一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路；一软启动端用以连接该同步整流开关控制器；一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号；一参考电压端；以及一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

7.如权利要求5所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波；一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路；一软启动端用以连接该同步整流开关控制器；一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号；一参考电压端；以及一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

8.如权利要求4所述之控制电路，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

9.如权利要求7所述之控制电路，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

10.如权利要求4所述之控制电路，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

11.如权利要求10所述之控制电路，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

12.如权利要求4所述之控制电路，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

13.如权利要求11所述之控制电路，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

14.如权利要求2所述之控制电路，其中该逆向电流期间系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

15.如权利要求13所述之控制电路，其中该逆向电流系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

16.具有逆向电流控制之同步整流顺向型电源转换器，包含：一同步整流器，系用以将一交流电转换产生一直流电；以及一控制电路，包含：

一传感器，系用以感测该电源转换器之一特性；

一侦测电路，系利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器；

一同步整流控制电路，系电连接该侦测电路，该同步整流控制电路系用以调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

17.如权利要求16所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路包含：

一脉冲宽度调变控制器，用以产生一驱动讯号，用以驱动该电源转换器之一主开关以及该同步控制器；

一同步整流开关控制器，电连接该脉冲宽度调变控制器连接，调变控制该工作周期之截止时序；以及

一同步整流驱动装置，电连接该脉冲宽度调变控制器以及该同步整流开关控制器，用以驱动该飞轮开关以及该顺向开关。

18.如权利要求17所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路更包含一延迟控制器，该延迟控制器系用以延迟一脉冲讯号，在一特定期间将该脉冲讯号传送至该主开关。

19.如权利要求17所述之电源转换器，其中该同步整流器控制电路更包含一同步整流连续导通模式控制器，该同步整流连续导通模式控制器系调控工作周期之大小使得该电源转换器操作在一连续导通模式。

20.如权利要求17所述之控制电路，其中该脉冲宽度调变控制器系为一ML4800脉冲宽度调变集成电路，包含一锯齿波产生端以产生一预定工作周期频率之锯齿波，一回授端系连接该同步整流连续导通模式控制器电路，一软启动端用以连接该同步整流开关控制器，一电流回授端用以接收来自该主开关之一电流讯号，一参考电压端系为一参考电压端，一输出端以传送控制该主要金氧半导体场效晶体管和该顺向金氧半导体场效晶体管以及该飞轮金氧半导体场效晶体管之驱动讯号。

21.如权利要求4所述之电源转换器，其中该同步整流开关控制器包含一导通截止调控装置用以调控该工作周期之导通与截止时序。

22.如权利要求17所述之电源转换器，其中该同步整流驱动装置包含一增强驱动讯号装置用以增强该驱动讯号。

23.如权利要求17所述之电源转换器，更包含一转换装置将该驱动讯号转换成为一脉冲讯号。

24.如权利要求17所述之电源转换器，其中该逆向电流系发生于下列三种状况下之一者：无载截止、在自动测试设备测试过程中之过电压保护测试以及动态测试中负载变化。

25.一控制方法系应用在一具有同步整流器之电源转换器，包含下述步骤：

(a)感测该电源转换器之一特性；

(b)利用该特性以产生一控制讯号用以控制该电源转换器；以及

(c)调节控制该电源转换器之一工作周期，该工作周期与该控制讯号之系为一函数关系，因而在逆电流周期间利用该工作周期使得该同步整流器之飞轮开关早于该同步整流器之顺向开关。

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