TWI876451B

TWI876451B - 控制裝置

Info

Publication number: TWI876451B
Application number: TW112128991A
Authority: TW
Inventors: 陳科宏; 林書永; 吳盈鋒; 柯昱州; 鄭國林; 蘇可名
Original assignee: 晶炫半導體股份有限公司
Priority date: 2023-08-02
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2025-03-11
Also published as: US12456914B2; US20250047189A1; TW202508194A

Abstract

一種控制裝置，其耦接一次側開關之控制端。控制裝置包含第一電容器、驅動控制器、固定電流源、控制洩放電流源、電流鏡、取樣與持有電路與比較電路。固定電流源產生一固定電流。控制洩放電流源耦接固定電流源與第一電容器，電流鏡耦接第一電容器及一次側開關。電流鏡產生一複製電流，並藉此於第一電容器上建立複製電壓。在驅動控制器導通一次側開關時，取樣與持有電路驅動控制洩放電流源從固定電流與複製電流取樣並持有一控制電流。比較電路耦合節點電壓與複製電壓。在節點電壓大於複製電壓時，比較電路驅動此驅動控制器關斷一次側開關。

Description

控制裝置

本發明係關於一種電子裝置，且特別關於一種一次側開關之控制裝置。

單片式氮化鎵方案由於其低導通電阻與低寄生電容的緣故，廣泛地應用在高功率密度應用中。然而，某些製程缺陷，例如扭結(kink)效應或自發熱現象，將會造成高電壓氮化鎵裝置之汲極電流對節點電壓之曲線出現下降的趨勢，以導致效率下降與功率裝置損害。電流崩潰則會增加導通電阻，進而造成氮化鎵裝置出現自發熱現象，且當氮化鎵裝置進入飽和區域時，汲極電流會大幅下降。此外，熱電子經過氮化鎵緩衝層時，扭結效應會陷於類施體缺陷中的熱電子所引起，扭結效應又會在三極管區引起負斜率，進而造成從三極管區至飽和區的模糊轉移。因此，假使偵測飽和區不準確，從扭結效應至自發熱現象的突然改變將限制電流驅動能力。所以，在反馳式電源轉換器中，當一次側之氮化鎵裝置仍然導通時，部分的電感電流將漏至二次側，以造成嚴重的直通效應。

第1圖為先前技術之反馳式電源轉換器之電路示意圖，第2圖為先前技術之一次側電流與節點電壓之曲線圖，第3圖為第1圖之電壓與電流之波形圖。請參閱第1圖、第2圖與第3圖，在連續導通模式(CCM)中，一次側閘極控制電壓V _GPRI在時間點T ₀時正常導通一次側開關10，在時間點T ₁時關斷一次側開關10，二次側閘極控制電壓V _GSEC在死區時段結束後，關斷同步開關11。變壓器12接收一輸入電壓V _IN，以產生一輸出電壓V _OUT。一次側開關10以氮化鎵電晶體實現，並由一次側控制器13控制。變壓器12之二次側透過兩個比較器14耦接同步控制器15，由同步控制器15控制同步開關11，比較器14耦合基準電壓V _REF。在第2圖中，呈現一次側開關10之一次側電流I _PRI與節點電壓V _D之曲線，由上往下之曲線分別對應不同狀態，其包括正常狀態、電流崩潰、扭結效應與自發熱。在第3圖中，虛線代表正常狀態的波形，實線代表扭結效應與自發熱現象的波形，剖面線代表能量損失。不幸地，當扭結效應及缺陷效應發生時，節點電壓V _D會從電壓V _D1提升到電壓V _D2，進而降低一次側開關10之驅動能力。當一次側開關10之節點電壓V _D在時間點超過電壓V _D2時，自發熱現象發生，此將嚴重地降低驅動電流能力與一次側電流I _PRI，進而產生不想要的緩衝電流I _SN。舉例來說，一次側開關10之節點電壓V _D在時間點等於作為電流反轉點之電壓V _D3。因此，二次側之順偏電壓V _forward將低於接地電壓，並導通同步開關11，以引起漏電流I _SEC。當一次側閘極控制電壓V _GPRI為高準位電壓，以導通一次側開關10時，漏電流I _SEC將造成直通(shoot-through)問題，並降低整體效率。雖然電流崩潰可以採用控制好的自舉(bootstrapping)技術來降低，但此技術卻無法處理扭結效應與自發熱問題。

因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種控制裝置，以解決習知所產生的問題。

本發明提供一種控制裝置，其避免一次側開關之直通(shoot-through)現象。

在本發明之一實施例中，一種控制裝置耦接一一次側開關之控制端，一次側開關串聯耦接一第一變壓器之一次側。控制裝置包含一第一電容器、一驅動控制器、一固定電流源、一控制洩放電流源、一電流鏡、一取樣與持有電路與一比較電路。驅動控制器耦接一次側開關之控制端，固定電流源耦接第一電容器，其中固定電流源用以產生一固定電流。控制洩放電流源耦接固定電流源與第一電容器，電流鏡耦接第一電容器及一次側開關與第一變壓器之一次側之間的節點。電流鏡用以根據一次側開關與第一變壓器之一次側之間的節點之節點電壓產生一複製電流，複製電流用以向第一電容器充電，以於第一電容器上建立一複製電壓。取樣與持有電路耦接驅動控制器、控制洩放電流源與電流鏡。在驅動控制器導通一次側開關時，取樣與持有電路驅動控制洩放電流源從固定電流與複製電流取樣並持有一控制電流。比較電路耦接驅動控制器、取樣與持有電路、節點與第一電容器，並耦合節點電壓與複製電壓。在節點電壓大於複製電壓時，比較電路驅動上述驅動控制器關斷一次側開關。

在本發明之一實施例中，取樣與持有電路包含一延遲器、一SR正反器、一N通道金氧半場效電晶體與一第二電容器。延遲器耦接驅動控制器，SR正反器之S輸入端耦接驅動控制器，R輸入端耦接延遲器。N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接SR正反器之Q輸出端，N通道金氧半場效電晶體耦接於電流鏡與控制洩放電流源之間。第二電容器之一端耦接N通道金氧半場效電晶體與控制洩放電流源，另一端耦合一參考電壓。

在本發明之一實施例中，比較電路包含一偏移電壓源、一比較器與一及閘。偏移電壓源之負端耦接第一電容器與電流鏡，比較器之負輸入端耦接偏移電壓源之正端，正輸入端耦接一次側開關與第一變壓器之一次側之間的節點。及閘之輸入端耦接比較器之輸出端與SR正反器之輸出端，輸出端耦接驅動控制器。

在本發明之一實施例中，控制裝置更包含一最大切換頻率控制器，第一變壓器之二次側耦接一同步整流器，同步整流器耦接一二次側控制器，二次側控制器耦接一第二變壓器之一次側，第二變壓器之二次側用以產生一要求電壓。最大切換頻率控制器耦接驅動控制器、第二變壓器之二次側與一次側開關之控制端，並用以耦合要求電壓，以藉此驅動上述驅動控制器限制切換一次側開關之最大頻率。

在本發明之一實施例中，最大切換頻率控制器包含一第一反向器、一第一SR正反器、一第二SR正反器、一及閘、一時脈產生器、一第二反向器、一第二及閘與一第三SR正反器。第一SR正反器之S輸入端耦接第二變壓器之二次側，並耦合要求電壓，第一SR正反器之R輸入端耦接一次側開關之控制端。第二SR正反器之S輸入端耦接比較電路，R輸入端耦接第一反向器之輸出端。及閘之輸入端耦接第一SR正反器之Q輸出端與第二SR正反器之輸出端，輸出端耦接驅動控制器。時脈產生器耦合一供應電壓與一參考電壓，並耦接第一反向器之輸入端。第二反向器之輸入端耦接時脈產生器與第一反向器之輸入端。第三SR正反器之S輸入端耦接一次側開關之控制端，R輸入端耦接第二反向器之輸出端，輸出端耦接時脈產生器。

在本發明之一實施例中，時脈產生器包含一第一N通道金氧半場效電晶體、一第一控制電容器、一第二N通道金氧半場效電晶體、一第一空乏型N通道金氧半場效電晶體、一第二空乏型金氧半場效電晶體與一第三N通道金氧半場效電晶體。第一N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接第三SR正反器之輸出端，源極耦合參考電壓。第一控制電容器之一端耦合參考電壓，另一端耦接第一N通道金氧半場效電晶體之汲極。第二N通道金氧半場效電晶體之源極耦接第一控制電容器與第一N通道金氧半場效電晶體之汲極。第一空乏型N通道金氧半場效電晶體之源極透過一第一電阻器耦接第二N通道金氧半場效電晶體之汲極與閘極及第一空乏型N通道金氧半場效電晶體之閘極，汲極耦合供應電壓。第二空乏型金氧半場效電晶體之汲極耦合供應電壓，源極透過一第二電阻器耦接第一反向器與第二反向器之輸入端及第二空乏型金氧半場效電晶體之閘極。第三N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接第二N通道金氧半場效電晶體之閘極，汲極耦接第二電阻器、第二空乏型金氧半場效電晶體之閘極與第一反向器與第二反向器之輸入端，源極透過一第三電阻器耦合參考電壓。

在本發明之一實施例中，最大頻率等於(RC) ^-1，C為第一控制電容器之電容值，R為第三電阻器之電阻值。

在本發明之一實施例中，控制裝置更包含一電壓相依控制器，第一變壓器更包含一輔助側，第一變壓器之一次側耦接一分壓電路，並耦合一輸入電壓。分壓電路用以根據輸入電壓產生一相依電壓，輔助側用以產生一輔助電壓，電壓相依控制器耦接驅動控制器、輔助側與分壓電路，並耦合相依電壓與輔助電壓。電壓相依控制器用以根據相依電壓與輔助電壓產生一重置電壓，並將此傳送給驅動控制器。

在本發明之一實施例中，電壓相依控制器包含一責任週期相依電流轉換器、一第三反向器、一第四N通道金氧半場效電晶體、一第二控制電容器、一比較器與一脈衝產生器。責任週期相依電流轉換器耦接分壓電路與輔助側，並耦合輔助電壓與相依電壓。責任週期相依電流轉換器用以根據輔助電壓與相依電壓產生一轉換電壓。第三反向器之輸入端耦接一次側開關之控制端。第四N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接第三反向器之輸出端，源極耦合參考電壓，汲極耦接責任週期相依電流轉換器，並耦合轉換電壓。第二控制電容器之一端耦合參考電壓，另一端耦接第四N通道金氧半場效電晶體之汲極，並耦合轉換電壓。比較器之負輸入端耦接輔助側，並耦合輔助電壓，比較器之正輸入端耦接責任週期相依電流轉換器，並耦合轉換電壓。脈衝產生器耦接比較器之輸出端與驅動控制器，並用以產生重置電壓。

在本發明之一實施例中，驅動控制器包含一或閘、一第四SR正反器與一驅動器。或閘之輸入端耦接脈衝產生器與比較電路，並耦合重置電壓。第四SR正反器之S輸入端耦接及閘，R輸入端耦接或閘之輸出端，Q輸出端耦接取樣與持有電路。驅動器耦接第三反向器之輸入端、第四SR正反器之Q輸出端、一次側開關之控制端、第一SR正反器之R輸入端與第三SR正反器之S輸入端。

在本發明之一實施例中，驅動器包含一第四反向器、一預驅動器、一第五N通道金氧半場效電晶體、一第六N通道金氧半場效電晶體、一第七N通道金氧半場效電晶體、一第八N通道金氧半場效電晶體、一二極體、一第一驅動電容器、一第二驅動電容器與一第九N通道金氧半場效電晶體。第四反向器之輸入端耦接第四SR正反器之Q輸出端，預驅動器耦接第四反向器之輸出端。第五N通道金氧半場效電晶體與第六N通道金氧半場效電晶體彼此串聯耦接，並耦合於供應電壓與參考電壓之間，一次側開關之控制端耦接第五N通道金氧半場效電晶體與第六N通道金氧半場效電晶體之間。第七N通道金氧半場效電晶體與第八N通道金氧半場效電晶體彼此串聯耦接，並耦接於第五N通道金氧半場效電晶體之閘極與供應電壓之間，第八N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接預驅動器。二極體之陽極耦合供應電壓，陰極耦接第七N通道金氧半場效電晶體之閘極。第一驅動電容器之一端耦接第七N通道金氧半場效電晶體之閘極，另一端耦接第四反向器之輸出端。第二驅動電容器之一端耦接於第七N通道金氧半場效電晶體與第八N通道金氧半場效電晶體之間，另一端耦接一次側開關之控制端。第九N通道金氧半場效電晶體耦接於第五N通道金氧半場效電晶體之閘極與參考電壓之間，第九N通道金氧半場效電晶體與第六N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接第四反向器之輸出端。

在本發明之一實施例中，控制裝置更包含一空乏型N通道金氧半場效電晶體，其一端耦接比較電路與電流鏡，空乏型N通道金氧半場效電晶體耦接於一次側開關與第一變壓器之一次側之間的節點與比較電路之間，空乏型N通道金氧半場效電晶體呈導通狀態。

基於上述，控制裝置採用取樣與持有電路紀錄第一電容器上的複製電壓的上升斜率，以據此關斷一次側開關，進而避免一次側開關之直通現象。

茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。

除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。

於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。

第4圖為本發明之一實施例之控制裝置之電路示意圖，第5圖為本發明之一實施例之負電流斜率偵測器與驅動控制器之電路示意圖，第6圖為對應第5圖之電壓與電流之波形圖。請參閱第4圖、第5圖與第6圖，以下介紹控制裝置之一實施例。控制裝置耦接一一次側開關16之控制端，一次側開關16串聯耦接一第一變壓器17之一次側。一次側開關16可為，但不限於增強型基於氮化鎵(GaN-based)N通道金氧半場效電晶體，基於氮化鎵金氧半場效電晶體表示其基極為氮化鎵材質。控制裝置包含一負電流斜率偵測器18與一驅動控制器19。負電流斜率偵測器18包含一第一電容器20、一固定電流源21、一控制洩放電流源22、一電流鏡23、一取樣與持有電路24與一比較電路25。固定電流源21包含，但不限於空乏型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。控制洩放電流源22包含，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。電流鏡23包含，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體與空乏型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。驅動控制器19耦接一次側開關16之控制端，固定電流源21耦接第一電容器20，控制洩放電流源22耦接固定電流源21與第一電容器20，電流鏡23耦接第一電容器20及一次側開關16與第一變壓器17之一次側之間的節點。取樣與持有電路24耦接驅動控制器19、控制洩放電流源22與電流鏡23。比較電路25耦接驅動控制器19、取樣與持有電路24、一次側開關16與第一變壓器17之一次側之間的節點與第一電容器20。為了增加控制裝置之效率，控制裝置更可包含一場效電晶體26與一空乏型N通道金氧半場效電晶體27，場效電晶體26可為，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。空乏型N通道金氧半場效電晶體27可為，但不限於空乏型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。場效電晶體26耦接電流鏡23、第一電容器20與一參考電壓，其中參考電壓以接地電壓為例，但本發明不限於此。空乏型N通道金氧半場效電晶體27之一端耦接比較電路25與電流鏡23，使空乏型N通道金氧半場效電晶體27、比較電路25與電流鏡23之共同節點具有節點電壓V _D’，空乏型N通道金氧半場效電晶體27耦接於一次側開關16與第一變壓器17之一次側之間的節點與比較電路25之間。電流鏡可耦接一電流源28。

以下介紹負電流斜率偵測器18與一驅動控制器19之運作過程。固定電流源21耦合一供應電壓V _DD，以產生一固定電流I _DC。空乏型N通道金氧半場效電晶體27耦合供應電壓V _DD，使空乏型N通道金氧半場效電晶體27呈導通狀態。因此，一次側開關16與第一變壓器17之一次側之間的節點之節點電壓V _D等於節點電壓V _D’。第一變壓器17之一次側耦合一輸入電壓V _IN，在一次側開關16導通時，第一變壓器17之一次側通過一次側電流I _PRI。驅動控制器19耦合一重置電壓V _RST與一致能電壓V _{AOT_EN}，並從比較電路25接收一偵測電壓V _DET。驅動控制器19利用重置電壓V _RST、致能電壓V _{AOT_EN}與偵測電壓V _DET，產生一一次側閘極控制電壓V _GPRI與一適應性導通時間(adaptive on-time)電壓V _AOT。驅動控制器19利用一次側閘極控制電壓V _GPRI導通或關斷一次側開關16，並傳送適應性導通時間電壓V _AOT給取樣與持有電路24。此外，場效電晶體26之控制端透過一反向器INV耦接驅動控制器19，並耦合反向之一次側閘極控制電壓V _{GPRI_b}，使場效電晶體26關斷或導通。

當適應性導通時間電壓V _AOT為低準位電壓時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為低準位電壓，一次側開關16關斷，節點電壓V _D’為高準位電壓。

當適應性導通時間電壓V _AOT為高準位電壓時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為高準位電壓，一次側開關16導通，一次側電流I _PRI漸增，節點電壓V _D’從低準位電壓漸增。

接著，電流鏡23耦合供應電壓V _DD，並根據節點之節點電壓V _D產生一複製電流I _copy，複製電流I _copy向第一電容器20充電，以於第一電容器20上建立一複製電壓V _copy。在驅動控制器19導通一次側開關16時，取樣與持有電路24驅動控制洩放電流源22從固定電流I _DC與複製電流I _copy取樣並持有一控制電流I _ctrl，以紀錄複製電壓V _copy之上升斜率。複製電壓V _copy之上升斜率等於一次側開關16在線性區的節點電壓V _D之上升斜率，亦等於複製電流I _copy除以第一電容器20之電容值。比較電路25耦合節點電壓V _D與複製電壓V _copy。若一次側開關16發生直通(shoot-through)現象時，節點電壓V _D大於複製電壓V _copy。因此，在節點電壓V _D大於複製電壓V _copy時，偵測電壓V _DET為正脈衝電壓，使複製電壓V _copy、一次側電流I _PRI、一次側閘極控制電壓V _GPRI與適應性導通時間電壓V _AOT驟降，節點電壓V _D’驟升，比較電路25驅動上述驅動控制器19關斷一次側開關16，以避免一次側開關16發生直通現象。

為了凸顯控制裝置能有效避免一次側開關16發生直通現象，第6圖中的實線波形代表使用本發明之控制裝置所對應之波形，虛線波形代表沒使用本發明之控制裝置所對應之波形。

在本發明之某些實施例中，取樣與持有電路24可包含一延遲器29、一SR正反器30、一N通道金氧半場效電晶體31與一第二電容器32，其中延遲器29可以兩個串聯耦接之反向器實現，但本發明不限於此。N通道金氧半場效電晶體31可為，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。延遲器29耦接驅動控制器19。SR正反器30之S輸入端耦接驅動控制器19，R輸入端耦接延遲器29。N通道金氧半場效電晶體31之閘極耦接SR正反器30之Q輸出端，N通道金氧半場效電晶體31耦接於電流鏡23與控制洩放電流源22之間。第二電容器32之一端耦接N通道金氧半場效電晶體31與控制洩放電流源22，另一端耦合參考電壓。延遲器29耦合適應性導通時間電壓V _AOT，並產生延遲之適應性導通時間電壓V _{AOT_d}。SR正反器30之S輸入端與R輸入端分別耦合適應性導通時間電壓V _AOT與延遲之適應性導通時間電壓V _{AOT_d}，以於Q輸出端產生一取樣電壓V _SAMPLE。取樣電壓V _SAMPLE導通或關斷N通道金氧半場效電晶體31。在適應性導通時間電壓V _AOT為高準位電壓時，取樣電壓V _SAMPLE會維持高準位電壓一段時間，以紀錄複製電壓V _copy之穩定的上升斜率。

在本發明之某些實施例中，比較電路25可包含一偏移電壓源33、一比較器34與一及閘35。偏移電壓源33之負端耦接第一電容器20與電流鏡23，比較器34之負輸入端耦接偏移電壓源33之正端，正輸入端耦接一次側開關16與第一變壓器17之一次側之間的節點。及閘35之輸入端耦接比較器34之輸出端與SR正反器30之輸出端，及閘35之輸出端耦接驅動控制器19，並產生偵測電壓V _DET。

第一變壓器17之二次側可耦接一同步整流器36，同步整流器36耦接一二次側控制器37，二次側控制器37耦接一第二變壓器38之一次側。當偵測電壓V _DET為高準位電壓持續太長時間時，一次側開關16也會關斷很長時間，此將導致第一變壓器17之二次側沒有獲得足夠能量。因此，第二變壓器38之二次側產生一要求電壓V _ASK，以縮短一次側開關16的關斷時間t _off，以增加一次側開關16的切換頻率，與降低效率。要求電壓V _ASK包含多個週期性出現之正脈衝電壓。在本發明之某些實施例中，控制裝置更可包含一最大切換頻率控制器39，其耦接驅動控制器19、第二變壓器38之二次側與一次側開關16之控制端，並用以耦合要求電壓V _ASK，以藉此驅動上述驅動控制器19限制切換一次側開關16之最大頻率F _{req_max}，以降低一次側開關16之切換功率損失。同步整流器36以一場效電晶體實現。二次側控制器37產生一二次側閘極控制電壓V _GSEC，以導通或關斷同步整流器36。當同步整流器36被導通時，有漏電流I _SEC通過同步整流器36與第一變壓器17之二次側，並於同步整流器36與第一變壓器17之二次側之間產生一順偏電壓V _forward，且第一變壓器17之二次側產生一輸出電壓V _OUT。

第7圖為本發明之一實施例之最大切換頻率控制器之電路示意圖。請參閱第4圖、第5圖與第7圖。最大切換頻率控制器39可包含一第一反向器40、一第一SR正反器41、一第二SR正反器42、一及閘43、一時脈產生器44、一第二反向器45與一第三SR正反器47。第一SR正反器41之S輸入端耦接第二變壓器38之二次側，並耦合要求電壓V _ASK，第一SR正反器41之R輸入端耦接一次側開關16之控制端，並耦合一次側閘極控制電壓V _GPRI。第二SR正反器42之S輸入端耦接比較電路25，並耦合偵測電壓V _DET，第二SR正反器42之R輸入端耦接第一反向器40之輸出端。及閘43之輸入端耦接第一SR正反器41之Q輸出端與第二SR正反器42之輸出端，輸出端耦接驅動控制器19，並產生致能電壓V _{AOT_EN}。時脈產生器44耦合供應電壓V _DD與參考電壓，並耦接第一反向器40之輸入端。第二反向器45之輸入端耦接時脈產生器44與第一反向器40之輸入端。第三SR正反器47之S輸入端耦接一次側開關16之控制端，並耦合一次側閘極控制電壓V _GPRI。第三SR正反器47之R輸入端耦接第二反向器45之輸出端，輸出端耦接時脈產生器44。

第8圖為對應第7圖之電壓與電流在偵測直通現象之波形圖。請參閱第4圖、第7圖與第8圖。當偵測電壓V _DET之正脈衝電壓出現時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為低準位電壓，節點電壓V _D為高準位電壓。之後，在要求電壓V _ASK之正脈衝電壓出現時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為高準位電壓，節點電壓V _D驟降。偵測電壓V _DET與要求電壓V _ASK之兩相鄰之正脈衝電壓的時段為一次側開關16之最小關斷時間t _{off_min}。

第9圖為對應第7圖之電壓與電流在限制頻率時之波形圖。請參閱第4圖、第7圖與第9圖。時脈產生器44可包含一第一N通道金氧半場效電晶體48、一第一控制電容器49、一第二N通道金氧半場效電晶體50、一第一空乏型N通道金氧半場效電晶體51、一第二空乏型金氧半場效電晶體52、一第三N通道金氧半場效電晶體53、一第一電阻器54、一第二電阻器55與一第三電阻器56。第一N通道金氧半場效電晶體48、第二N通道金氧半場效電晶體50與第三N通道金氧半場效電晶體53包含，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。第一空乏型N通道金氧半場效電晶體51與第二空乏型金氧半場效電晶體52包含，但不限於空乏型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。第一N通道金氧半場效電晶體48之閘極耦接第三SR正反器47之輸出端，源極耦合參考電壓。第一控制電容器49之一端耦合參考電壓，另一端耦接第一N通道金氧半場效電晶體48之汲極。第二N通道金氧半場效電晶體50之源極耦接第一控制電容器49與第一N通道金氧半場效電晶體48之汲極。第一空乏型N通道金氧半場效電晶體51之源極透過第一電阻器54耦接第二N通道金氧半場效電晶體50之汲極與閘極及第一空乏型N通道金氧半場效電晶體51之閘極，汲極耦合供應電壓V _DD。第二空乏型金氧半場效電晶體52之汲極耦合供應電壓V _DD，源極透過第二電阻器55耦接第一反向器40與第二反向器45之輸入端及第二空乏型金氧半場效電晶體52之閘極。第三N通道金氧半場效電晶體53之閘極耦接第二N通道金氧半場效電晶體50之閘極，汲極耦接第二電阻器55、第二空乏型金氧半場效電晶體52之閘極與第一反向器40與第二反向器45之輸入端，源極透過第三電阻器56耦合參考電壓。有一源電流I _source通過第一空乏型N通道金氧半場效電晶體51與第一電阻器54，另一源電流I _source通過第二空乏型金氧半場效電晶體52與第二電阻器55。源電流I _source向第一控制電容器49充電，以產生一上升(ramp-up)電壓V _slope。

當偵測電壓V _DET之正脈衝電壓出現時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為低準位電壓，節點電壓V _D為高準位電壓。之後，在要求電壓V _ASK之正脈衝電壓出現時，上升電壓V _slope仍小於I _source×R，此即表示一次側開關16在此時導通將導致切換頻率太高。R為第三電阻器56之電阻值。當上升電壓V _slope大於I _source×R，且第二SR正反器42之輸出端輸出高準位電壓時，致能電壓V _{AOT_EN}為高準位電壓，使一次側開關16導通。因此，當致能電壓V _{AOT_EN}為高準位電壓時，一次側閘極控制電壓V _GPRI為高準位電壓，節點電壓V _D驟降。偵測電壓V _DET與要求電壓V _ASK之兩相鄰之正脈衝電壓的時段被定義為一次側開關16之最小關斷時間t _{off_min}。致能電壓V _{AOT_EN}同樣包含多個週期性出現之正脈衝電壓。偵測電壓V _DET與致能電壓V _{AOT_EN}之兩相鄰之正脈衝電壓的時段被定義為一次側開關16之最小致能時間t _{AOT_EN_min}。即使要求電壓V _ASK設定第一SR正反器41之Q輸出端輸出高準位電壓，以定義出最小關斷時間t _{off_min}時，最小致能時間t _{AOT_EN_min}仍然大於最小關斷時間t _{off_min}。一次側開關16實際上是關斷持續最小致能時間t _{AOT_EN_min}。也就是說，最大切換頻率控制器39驅動上述驅動控制器19以最大頻率F _{req_max}切換一次側開關16，以降低一次側開關16之切換功率損失。舉例來說，最大頻率F _{req_max}等於(RC) ^-1，其中C為第一控制電容器49之電容值。值得一提的是，第二反向器45之輸入端的電壓從低準位電壓轉移為高準位電壓時，會有一類突波(glitch-like)送至第三SR正反器47之R輸入端，使第三SR正反器47之輸出端產生高準位電壓，以對第一控制電容器49放電。

第10圖為本發明之一實施例之驅動控制器與最大切換頻率控制器之電路示意圖，第11圖為對應第10圖之電壓與電流之波形圖。請參閱第10圖與第11圖。在本發明之某些實施例中，控制裝置更可包含一電壓相依控制器57。第一變壓器17更包含一輔助側，第一變壓器17之一次側耦接一分壓電路58，分壓電路58用以根據輸入電壓V _IN產生一相依電壓V _INS，輔助側用以產生一輔助電壓V _AUXS。電壓相依控制器57耦接驅動控制器19、輔助側與分壓電路58，並耦合一次側閘極控制電壓V _GPRI、相依電壓V _INS與輔助電壓V _AUXS。電壓相依控制器57用以根據相依電壓V _INS與輔助電壓V _AUXS產生重置電壓V _RST，並將此傳送給驅動控制器19。

電壓相依控制器57可包含一責任週期相依電流轉換器59、一第三反向器60、一第四N通道金氧半場效電晶體61、一第二控制電容器62、一比較器63與一脈衝產生器64。第四N通道金氧半場效電晶體61包含，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。責任週期相依電流轉換器59耦接分壓電路58與輔助側，並耦合輔助電壓V _AUXS與相依電壓V _INS，責任週期相依電流轉換器59根據輔助電壓V _AUXS與相依電壓V _INS產生一轉換電壓V _RISE。第三反向器60之輸入端耦接一次側開關16之控制端。第四N通道金氧半場效電晶體61之閘極耦接第三反向器60之輸出端，源極耦合參考電壓，汲極耦接責任週期相依電流轉換器59，並耦合轉換電壓V _RISE。第二控制電容器62之一端耦合參考電壓，另一端耦接第四N通道金氧半場效電晶體61之汲極，並耦合轉換電壓V _RISE。比較器63之負輸入端耦接輔助側，並耦合輔助電壓V _AUXS，比較器63之正輸入端耦接責任週期相依電流轉換器59，並耦合轉換電壓V _RISE。脈衝產生器64耦接比較器63之輸出端與驅動控制器19，並用以產生重置電壓V _RST。

驅動控制器19可包含一或閘65、一第四SR正反器66與一驅動器67。或閘65之輸入端耦接脈衝產生器64與第5圖中的比較電路25之及閘35，並耦合重置電壓V _RST。第四SR正反器66之S輸入端耦接第7圖中的及閘43，並耦合致能電壓V _{AOT_EN}，第四SR正反器66之R輸入端耦接或閘65之輸出端，Q輸出端耦接第5圖中的取樣與持有電路24之延遲器29，並輸出適應性導通時間電壓V _AOT。驅動器67耦接第三反向器60之輸入端、第四SR正反器66之Q輸出端、一次側開關16之控制端、第5圖中的反向器INV之輸入端與第7圖中的第一SR正反器41之R輸入端與第三SR正反器47之S輸入端。

在時間點t ₀後，二次側閘極控制電壓V _GSEC為低準位電壓，且要求電壓V _ASK為正脈衝電壓，使適應性導通時間電壓V _AOT與一次側閘極控制電壓V _GPRI漸增，順偏電壓V _forward驟減，基體電流I _body驟增。基體電流I _body為通過第4圖中作為同步整流器36之場效電晶體之基極的電流。在時間點t ₁，一次側閘極控制電壓V _GPRI等於一次側開關16之臨界電壓V _th。當一次側閘極控制電壓V _GPRI大於一次側開關16之臨界電壓V _th時，順偏電壓V _forward漸增，基體電流I _body驟減。因為基體電流I _body只有出現在時間點t ₀與t ₁之間，所以功率損失很小。

第12圖為本發明之一實施例之最大切換頻率控制器之電路示意圖，第13圖為對應第12圖之電壓與電流之波形圖。請參閱第12圖與第13圖，最大切換頻率控制器57包含，但不限於空乏型與增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。分壓電路58包含兩個電阻器68與69，輔助電壓V _AUXS產生於電阻器70與71之間。共同閘極運算放大器72控制場效電晶體73之閘極，以推導節點電壓Vc，使節點電壓Vk1與Vk2相同，進而依序定義場效電晶體74之尾電流。因為具有節點電壓Vk1與Vk2之兩節點之間呈現虛短路，所以場效電晶體75與76之電流幾乎是相等的。此外，場效電晶體75與76之電流將被設定分別為(Vk3-Vk1)/Rk與{V _DD-[R4×V _AUX/(R3+R4)]}/Rk，其中Vk3為場效電晶體76之源極電壓，V _AUX為輔助側所產生之電壓，V _AUXS為V _AUX的分壓，R3為電阻器71之電阻值，R4為電阻器70之電阻值，Rk為電阻器77之電阻值。電流源78之電流為2V _DD/Rk。場效電晶體79之閘極耦接第10圖中的驅動控制器19之驅動器67，並耦合一次側閘極控制電壓V _GPRI。場效電晶體80之電流等於2[V _DD-R2/(R1+R2)V _IN]/Rk，其中R1為電阻器68之電阻值，R2為電阻器69之電阻值。場效電晶體74之電流等於2[V _DD-R4/(R3+R4)V _AUX]/Rk。因為電流鏡比例為2：1，所以場效電晶體81與82之電流分別為場效電晶體80與74之電流的一半。因此，轉換電壓V _RISE等於[2V _DD/Rk-(I1-I2)]/C1，其等效於[R2/(R1+R2)V _IN+R4/(R3+R4)V _AUX]/(Rk×C1)，其中I1為場效電晶體82之電流，I2為場效電晶體81之電流，C1為第二控制電容器62之電容值。最後，當轉換電壓V _RISE超過輔助電壓V _AUXS時，重置電壓V _RST會設定為高準位電壓，以改變適應性導通時間電壓V _AOT從高準位電壓轉移至低準位電壓，並關閉第10圖中的驅動控制器19。導通時間可被設定為[nV _OUT/(nV _OUT+V _IN)]/Fsw，此導通時間等效為反馳式轉換器(flyback converter)之責任週期，其中n為正整數，Fsw為一次側開關之切換頻率，此切換頻率在任何電壓波動(fluctuations)中皆為固定。

第14圖為本發明之一實施例之驅動器之電路示意圖，第15圖為對應第14圖之電壓與電流之波形圖。請參閱第14圖與第15圖，驅動器67可包含一第四反向器83、一預驅動器84、一第五N通道金氧半場效電晶體85、一第六N通道金氧半場效電晶體86、一第七N通道金氧半場效電晶體87、一第八N通道金氧半場效電晶體88、一二極體89、一第一驅動電容器90、一第二驅動電容器91與一第九N通道金氧半場效電晶體92。第五N通道金氧半場效電晶體85、第六N通道金氧半場效電晶體86、第七N通道金氧半場效電晶體87、第八N通道金氧半場效電晶體88與第九N通道金氧半場效電晶體92可為，但不限於增強型基於氮化鎵N通道金氧半場效電晶體。第四反向器83之輸入端耦接第10圖中第四SR正反器66之Q輸出端，預驅動器84耦接第四反向器83之輸出端。第五N通道金氧半場效電晶體85與第六N通道金氧半場效電晶體86彼此串聯耦接，並耦合於供應電壓V _DD與參考電壓之間，第10圖中的一次側開關16之控制端、第12圖中的場效電晶體79之閘極、第10圖中的第三反向器60之輸入端、第5圖中的反向器INV之輸入端與第7圖中的第一SR正反器41之R輸入端與第三SR正反器47之S輸入端耦接第五N通道金氧半場效電晶體85與第六N通道金氧半場效電晶體86之間的節點。第七N通道金氧半場效電晶體87與第八N通道金氧半場效電晶體88彼此串聯耦接，並耦接於第五N通道金氧半場效電晶體85之閘極與供應電壓V _DD之間，第八N通道金氧半場效電晶體88之閘極耦接預驅動器84。二極體89之陽極耦合供應電壓V _DD，陰極耦接第七N通道金氧半場效電晶體87之閘極。第一驅動電容器90之一端耦接第七N通道金氧半場效電晶體87之閘極，另一端耦接第四反向器83之輸出端。第二驅動電容器91之一端耦接於第七N通道金氧半場效電晶體87與第八N通道金氧半場效電晶體88之間，另一端耦接第10圖中的一次側開關16之控制端。第九N通道金氧半場效電晶體92耦接於第五N通道金氧半場效電晶體85之閘極與參考電壓之間，第九N通道金氧半場效電晶體92與第六N通道金氧半場效電晶體86之閘極耦接第四反向器83之輸出端。

第四反向器83之輸入端耦合適應性導通時間電壓V _AOT，並輸出反向之適應性導通時間電壓V _{AOT_b}。預驅動器84耦合反向之適應性導通時間電壓V _{AOT_b}，並輸出一預驅動電壓V _PRE。第五N通道金氧半場效電晶體85與第六N通道金氧半場效電晶體86之間的節點輸出一次側閘極控制電壓V _GPRI。當反向之適應性導通時間電壓V _{AOT_b}為低準位電壓時，第一驅動電容器90儲存V _DD-V _D。當反向之適應性導通時間電壓V _{AOT_b}從低準位電壓轉移至高準位電壓時，節點電壓V _C1會提升到2V _DD-V _D，並完全導通第七N通道金氧半場效電晶體87，將具有節點電壓V _C2之節點充電至V _DD。當反向之適應性導通時間電壓V _{AOT_b}從高準位電壓轉移至低準位電壓時，預驅動器84提升預驅動電壓V _PRE至3V _DD-2V _D，並導通第八N通道金氧半場效電晶體88。因此，第五N通道金氧半場效電晶體85之閘源電壓V _GS維持在V _DD，以增加充電能力，同時不被節點電壓V _D影響。

根據上述實施例，控制裝置採用取樣與持有電路紀錄第一電容器上的複製電壓的上升斜率，以據此關斷一次側開關，進而避免一次側開關之直通現象。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:一次側開關 11:同步開關 12:變壓器 13:一次側控制器 14:比較器 15:同步控制器 16:一次側開關 17:第一變壓器 18:負電流斜率偵測器 19:驅動控制器 20:第一電容器 21:固定電流源 22:控制洩放電流源 23:電流鏡 24:取樣與持有電路 25:比較電路 26:場效電晶體 27:空乏型N通道金氧半場效電晶體 28:電流源 29:延遲器 30:SR正反器 31:N通道金氧半場效電晶體 32:第二電容器 33:偏移電壓源 34:比較器 35:及閘 36:同步整流器 37:二次側控制器 38:第二變壓器 39:最大切換頻率控制器 40:第一反向器 41:第一SR正反器 42:第二SR正反器 43:及閘 44:時脈產生器 45:第二反向器 47:第三SR正反器 48:第一N通道金氧半場效電晶體 49:第一控制電容器 50:第二N通道金氧半場效電晶體 51:第一空乏型N通道金氧半場效電晶體 52:第二空乏型金氧半場效電晶體 53:第三N通道金氧半場效電晶體 54:第一電阻器 55:第二電阻器 56:第三電阻器 57:電壓相依控制器 58:分壓電路 59:責任週期相依電流轉換器 60:第三反向器 61:第四N通道金氧半場效電晶體 62:第二控制電容器 63:比較器 64:脈衝產生器 65:或閘 66:第四SR正反器 67:驅動器 68:電阻器 69:電阻器 70:電阻器 71:電阻器 72:共同閘極運算放大器 73:場效電晶體 74:場效電晶體 75:場效電晶體 76:場效電晶體 77:電阻器 78:電流源 79:場效電晶體 80:場效電晶體 81:場效電晶體 82:場效電晶體 83:第四反向器 84:預驅動器 85:第五N通道金氧半場效電晶體 86:第六N通道金氧半場效電晶體 87:第七N通道金氧半場效電晶體 88:第八N通道金氧半場效電晶體 89:二極體 90:第一驅動電容器 91:第二驅動電容器 92:第九N通道金氧半場效電晶體 V _GPRI:一次側閘極控制電壓 T ₀、T ₁、:時間點 V _GSEC:二次側閘極控制電壓 V _IN:輸入電壓 V _OUT:輸出電壓 V _REF:基準電壓 I _PRI:一次側電流 V _D:節點電壓 V _D1、V _D2、V _D3:電壓 V _forward:順偏電壓 I _SEC:漏電流 V _D’:節點電壓 V _DD:供應電壓 I _DC:固定電流 V _RST:重置電壓 V _{AOT_EN}:致能電壓 V _DET:偵測電壓 V _AOT:適應性導通時間電壓 INV:反向器 V _{GPRI_b}:反向之一次側閘極控制電壓 I _copy:複製電流 V _copy:複製電壓 I _ctrl:控制電流 V _{AOT_d}:延遲之適應性導通時間電壓 V _SAMPLE:取樣電壓 V _ASK:要求電壓 t _{off_min}:最小關斷時間 I _source:源電流 V _slope:上升電壓 t _{AOT_EN_min}:最小致能時間 V _INS:相依電壓 V _AUXS:輔助電壓 V _RISE:轉換電壓 t ₀、t ₁:時間點 I _body:基體電流 V _th:臨界電壓 Vc、Vk1、Vk2:節點電壓 Vk3:源極電壓 V _AUX:電壓 V _{AOT_b}:反向之適應性導通時間電壓 V _PRE:預驅動電壓 V _C1、V _C2:節點電壓 V _GS:閘源電壓

第1圖為先前技術之反馳式電源轉換器之電路示意圖。第2圖為先前技術之一次側電流與節點電壓之曲線圖。第3圖為對應第1圖之電壓與電流之波形圖。第4圖為本發明之一實施例之控制裝置之電路示意圖。第5圖為本發明之一實施例之負電流斜率偵測器與驅動控制器之電路示意圖。第6圖為對應第5圖之電壓與電流之波形圖。第7圖為本發明之一實施例之最大切換頻率控制器之電路示意圖。第8圖為對應第7圖之電壓與電流在偵測直通現象之波形圖。第9圖為對應第7圖之電壓與電流在限制頻率時之波形圖。第10圖為本發明之一實施例之驅動控制器與最大切換頻率控制器之電路示意圖。第11圖為對應第10圖之電壓與電流之波形圖。第12圖為本發明之一實施例之最大切換頻率控制器之電路示意圖。第13圖為對應第12圖之電壓與電流之波形圖。第14圖為本發明之一實施例之驅動器之電路示意圖。第15圖為對應第14圖之電壓與電流之波形圖。

16:一次側開關

17:第一變壓器

18:負電流斜率偵測器

19:驅動控制器

20:第一電容器

21:固定電流源

22:控制洩放電流源

23:電流鏡

24:取樣與持有電路

25:比較電路

26:場效電晶體

27:空乏型N通道金氧半場效電晶體

28:電流源

29:延遲器

30:SR正反器

31:N通道金氧半場效電晶體

32:第二電容器

33:偏移電壓源

34:比較器

35:及閘

V_GPRI:一次側閘極控制電壓

V_IN:輸入電壓

I_PRI:一次側電流

V_D:節點電壓

V_D’:節點電壓

V_DD:供應電壓

I_DC:固定電流

V_RST:重置電壓

V_{AOT_EN}:致能電壓

V_DET:偵測電壓

V_AOT:適應性導通時間電壓

INV:反向器

V_{GPRI_b}:反向之一次側閘極控制電壓

I_copy:複製電流

V_copy:複製電壓

I_ctrl:控制電流

V_{AOT_d}:延遲之適應性導通時間電壓

V_SAMPLE:取樣電壓

Claims

一種控制裝置，耦接一一次側開關之控制端，該一次側開關串聯耦接一第一變壓器之一次側，該控制裝置包含：一第一電容器；一驅動控制器，耦接該一次側開關之該控制端；一固定電流源，耦接該第一電容器，其中該固定電流源用以產生一固定電流；一控制洩放電流源，耦接該固定電流源與該第一電容器；一電流鏡，耦接該第一電容器及該一次側開關與該一次側之間的節點，其中該電流鏡用以根據該節點之節點電壓產生一複製電流，該複製電流用以向該第一電容器充電，以於該第一電容器上建立一複製電壓；一取樣與持有電路，耦接該驅動控制器、該控制洩放電流源與該電流鏡，其中在該驅動控制器導通該一次側開關時，該取樣與持有電路驅動該控制洩放電流源從該固定電流與該複製電流取樣並持有一控制電流；以及一比較電路，耦接該驅動控制器、該取樣與持有電路、該節點與該第一電容器，並耦合該節點電壓與該複製電壓，在該節點電壓大於該複製電壓時，該比較電路驅動該驅動控制器關斷該一次側開關。
如請求項1所述之控制裝置，其中該取樣與持有電路包含：一延遲器，耦接該驅動控制器；一SR正反器，其S輸入端耦接該驅動控制器，R輸入端耦接該延遲器；一N通道金氧半場效電晶體，其閘極耦接該SR正反器之Q輸出端，該N通道金氧半場效電晶體耦接於該電流鏡與該控制洩放電流源之間；以及一第二電容器，其一端耦接該N通道金氧半場效電晶體與該控制洩放電流源，另一端耦合一參考電壓。
如請求項2所述之控制裝置，其中該比較電路包含：一偏移電壓源，其負端耦接該第一電容器與該電流鏡；一比較器，其負輸入端耦接該偏移電壓源之正端，正輸入端耦接該節點；一及閘，其輸入端耦接該比較器之輸出端與該SR正反器之輸出端，該及閘之輸出端耦接該驅動控制器。
如請求項1所述之控制裝置，更包含一最大切換頻率控制器，該第一變壓器之二次側耦接一同步整流器，該同步整流器耦接一二次側控制器，該二次側控制器耦接一第二變壓器之一次側，該第二變壓器之二次側用以產生一要求電壓，該最大切換頻率控制器耦接該驅動控制器、該第二變壓器之該二次側與該一次側開關之該控制端，並用以耦合該要求電壓，以藉此驅動該驅動控制器限制切換該一次側開關之最大頻率。
如請求項4所述之控制裝置，其中該最大切換頻率控制器包含：一第一反向器；一第一SR正反器，其S輸入端耦接該第二變壓器之該二次側，並耦合該要求電壓，該第一SR正反器之R輸入端耦接該一次側開關之該控制端；一第二SR正反器，其S輸入端耦接該比較電路，R輸入端耦接該第一反向器之輸出端；一及閘，其輸入端耦接該第一SR正反器之Q輸出端與該第二SR正反器之輸出端，輸出端耦接該驅動控制器；一時脈產生器，耦合一供應電壓與一參考電壓，並耦接該第一反向器之輸入端；一第二反向器，其輸入端耦接該時脈產生器與該第一反向器之該輸入端；以及一第三SR正反器，其S輸入端耦接該一次側開關之該控制端，R輸入端耦接該第二反向器之輸出端，輸出端耦接該時脈產生器。
如請求項5所述之控制裝置，其中該時脈產生器包含：一第一N通道金氧半場效電晶體，其閘極耦接該第三SR正反器之輸出端，源極耦合該參考電壓；一第一控制電容器，其一端耦合該參考電壓，另一端耦接該第一N通道金氧半場效電晶體之汲極；一第二N通道金氧半場效電晶體，其源極耦接該第一控制電容器與該第一N通道金氧半場效電晶體之該汲極；一第一空乏型N通道金氧半場效電晶體，其源極透過一第一電阻器耦接該第二N通道金氧半場效電晶體之汲極與閘極及該第一空乏型N通道金氧半場效電晶體之閘極，汲極耦合該供應電壓；一第二空乏型金氧半場效電晶體，其汲極耦合該供應電壓，源極透過一第二電阻器耦接該第一反向器與該第二反向器之該輸入端及該第二空乏型金氧半場效電晶體之閘極；以及一第三N通道金氧半場效電晶體，其閘極耦接該第二N通道金氧半場效電晶體之該閘極，汲極耦接該第二電阻器、該第二空乏型金氧半場效電晶體之該閘極與該第一反向器與該第二反向器之該輸入端，源極透過一第三電阻器耦合該參考電壓。
如請求項6所述之控制裝置，其中該最大頻率等於(RC) ^-1，C為該第一控制電容器之電容值，R為該第三電阻器之電阻值。
如請求項6所述之控制裝置，更包含一電壓相依控制器，該第一變壓器更包含一輔助側，該第一變壓器之該一次側耦接一分壓電路，並耦合一輸入電壓，該分壓電路用以根據該輸入電壓產生一相依電壓，該輔助側用以產生一輔助電壓，該電壓相依控制器耦接該驅動控制器、該輔助側與該分壓電路，並耦合該相依電壓與該輔助電壓，該電壓相依控制器用以根據該相依電壓與該輔助電壓產生一重置電壓，並將該重置電壓傳送給該驅動控制器。
如請求項8所述之控制裝置，其中該電壓相依控制器包含：一責任週期相依電流轉換器，其耦接該分壓電路與該輔助側，並耦合該輔助電壓與該相依電壓，該責任週期相依電流轉換器用以根據該輔助電壓與該相依電壓產生一轉換電壓；一第三反向器，其輸入端耦接該一次側開關之該控制端；一第四N通道金氧半場效電晶體，其閘極耦接該第三反向器之輸出端，源極耦合該參考電壓，汲極耦接該責任週期相依電流轉換器，並耦合該轉換電壓；一第二控制電容器，其一端耦合該參考電壓，另一端耦接該第四N通道金氧半場效電晶體之該汲極，並耦合該轉換電壓；一比較器，其負輸入端耦接該輔助側，並耦合該輔助電壓，該比較器之正輸入端耦接該責任週期相依電流轉換器，並耦合該轉換電壓；以及一脈衝產生器，其耦接該比較器之輸出端與該驅動控制器，並用以產生該重置電壓。
如請求項9所述之控制裝置，其中該驅動控制器包含：一或閘，其輸入端耦接該脈衝產生器與該比較電路，並耦合該重置電壓；一第四SR正反器，其S輸入端耦接該及閘，R輸入端耦接該或閘之輸出端，Q輸出端耦接該取樣與持有電路；以及一驅動器，耦接該第三反向器之該輸入端、該第四SR正反器之該Q輸出端、該一次側開關之該控制端、該第一SR正反器之該R輸入端與該第三SR正反器之該S輸入端。
如請求項10所述之控制裝置，其中該驅動器包含：一第四反向器，其輸入端耦接該第四SR正反器之該Q輸出端；一預驅動器，耦接該第四反向器之輸出端；一第五N通道金氧半場效電晶體與一第六N通道金氧半場效電晶體，彼此串聯耦接，並耦合於該供應電壓與該參考電壓之間，該一次側開關之該控制端耦接該第五N通道金氧半場效電晶體與該第六N通道金氧半場效電晶體之間；一第七N通道金氧半場效電晶體與一第八N通道金氧半場效電晶體，彼此串聯耦接，並耦接於該第五N通道金氧半場效電晶體之閘極與該供應電壓之間，該第八N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接該預驅動器；一二極體，其陽極耦合該供應電壓，陰極耦接該第七N通道金氧半場效電晶體之閘極；一第一驅動電容器，其一端耦接該第七N通道金氧半場效電晶體之該閘極，另一端耦接該第四反向器之該輸出端；一第二驅動電容器，其一端耦接於該第七N通道金氧半場效電晶體與該第八N通道金氧半場效電晶體之間，另一端耦接該一次側開關之該控制端；以及一第九N通道金氧半場效電晶體，其耦接於該第五N通道金氧半場效電晶體之該閘極與該參考電壓之間，該第九N通道金氧半場效電晶體與該第六N通道金氧半場效電晶體之閘極耦接該第四反向器之該輸出端。
如請求項1所述之控制裝置，更包含一空乏型N通道金氧半場效電晶體，其一端耦接該比較電路與該電流鏡，該空乏型N通道金氧半場效電晶體耦接於該節點與該比較電路之間，該空乏型N通道金氧半場效電晶體耦合供應電壓，並呈導通狀態。