专利名称：具有同步整流器的回扫变换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种回扫变换器，将其应用于诸如笔记本式个人电脑这样的便携式计算机的电源，并且，更具体地涉及一种具有同步整流器的回扫变换器，其以临界传导模式进行操作以在输出电压的过零点处接通/切断总开关并适合于利用输出电压将驱动电压提供给同步开关，导致无需变压器的次级辅助线圈以及无需肖特基二极管并联连接于同步开关，从而简化电路设计。
背景技术：
最近，电子和耗电设备已经具有日益增加数量的用户所需要的功能，已经越来越数字化以执行这种多功能，并且迫切地需要小型、高效电源以提供适合于用户各种需求的服务。
在现有的电源中，回扫电源得到了最广泛的应用，这是由于其具有较少数目的部件，从而实现更低成本的生产和小型化。
然而，最近，电子和耗电设备需要较低电压、较大电流的电源，因此用于现有回扫变换器的二极管整流系统不再能满足用户所需要的小型、细薄、以及高效的条件。此外，由于损耗的发生与输出电流成比例，因此若输出电流较大则二极管整流系统可遭受过度的损耗。
在这种连接中，为了取代二极管整流系统，已经建议采用同步整流系统，其使用具有较小传导损失的半导体开关，如MOS(金属氧化物半导体)晶体管。
图1是示出一般回扫变换器的基本原理的电路图，而图2是图1中主信号的时序图。
在图1和图2中，将交流(AC)输入电压Vin通过整流器11进行整流，然后提供给变压器TF。这时，回扫开关电路12切换总开关MS，因此将总开关MS重复地进行接通/切断，如图2所示。
总开关MS的漏极-源极电压Vds1随总开关MS的开/关操作而变化，如图2所示。
也就是说，如果接通总开关MS，原电流I1则通过总开关MS在变压器TF的原线圈L1中流动，如图2所示，同时，通过同步开关电路14切断同步开关SS。当切断总开关MS时，通过同步开关电路14接通同步开关SS，因此在变压器TF的原线圈L1中的能量被感应到变压器TF的次级主线圈L21，从而引起副电流I2流动，如图2所示。
在这里，Vds1是穿过总开关MS施加的电压，而Vds2是穿过同步开关SS施加的电压。
同步开关SS的漏极-源极电压Vds2随同步开关SS的开/关操作而变化，如图2所示。在此，同步开关电路14提供有来自与其次级主线圈L21连接的变压器TF的次级辅助线圈L22的驱动电压。
通过该过程，经由输出电容Co提供作为输出电压Vout的在变压器TF的次级主线圈中的电压。
由如上所述可知，将用于同步开关SS的同步开关电路14与回扫开关电路12同步地接通/切断，因此同步开关SS，其是MOS晶体管，起整流器的作用。
可将这种回扫变换器根据技术细节分成各种类型，如用于总开关和同步开关的驱动方法以及用于同步开关的驱动电路的设计，而在下文将参照图3和图4描述以上各种类型的回扫变换器的一个实施例。
图3是传统的回扫变换器的电路图。
参照图3，传统的回扫变换器包括电压源；回扫开关电路20，用于接收来自电压源的电压并向开关S1输出高频脉冲；变压器T1，包括与回扫开关电路20连接的原线圈，用于从那里接收高频脉冲；以及两个副线圈，分别作为主电源和副电源；同步整流器30，与电流传感器40和用于输出激励脉冲的副电源；以及同步开关M1，并联连接于输出二极管D2，用于接收来自同步整流器30的激励脉冲。输出二极管D2的一端连接于主电源而另一端连接于负载50，将其依次并联连接于输出电容器。电流传感器40串联连接于负载50以检测负载电流。电流传感器40还起将检测的负载电流传输到同步整流器30的作用。在这里，V1表示电源，21表示反馈电路，而25表示栅极控制电路。
图3的回扫变换器的详情披露于美国专利第6,353,544号。
图4a和图4b是在图3的回扫变换器的各个操作模式中电流的波形图。
参照图3至图4b，在传统的回扫变换器中，开关S1是以固定频率进行操作，因此它适合于图4a的不连续传导模式(DCM)和图4b的连续传导模式(CCM)。
图5是在图3的回扫变换器中反向复原电流的波形图。
在图3的传统的回扫变换器中，在CCM中，其是回扫变换器的主要操作模式，在大量的副电流I2流动的同时，在开关S1被接通时同步开关M1被切断。在这种情况下，由于同步开关M1的PN结特性，反向复原电流(RRC)可立即产生。为了防止产生这类RRC，输出电极D2，其是肖特基二极管，并联连接于同步开关M1。也就是说，通过具有短暂反向复原时间的肖特基二极管可防止RRC的产生。
然而，上述传统的回扫变换器在下述方面是不利的同步开关驱动电路是复杂的，这是因为就将驱动电压提供给同步开关而言次级辅助线圈是必要的并且回扫变换器是以DCM和CCM进行操作。此外，为了防止产生RRC，肖特基二极管必须并联连接于同步关开，这引起印刷电路板(PCB)的可利用面积减少，并且进而增加生产成本。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而作出，并且本发明的目的是提供一种具有同步整流器的回扫变换器，其以临界传导模式进行操作以在输出电压的过零点处接通/切断总开关并适合于利用输出电压将驱动电压提供给同步开关，导致无需变压器的次级辅助线圈以及无需肖特基二极管并联连接于同步开关，从而简化电路设计。
根据本发明，通过提供一种具有同步整流器的回扫变换器就可以实现上述和其它目的，该具有同步整流器的回扫变换器包括回扫开关控制器，用于根据反馈电压以临界传导模式切换总开关，以将输入电压转换成高频脉冲；变压器，具有用于接收高频脉冲的原线圈和副线圈；同步开关，包括具有源极和漏极的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其连接于第一输出线和第二输出线中的任何一个，而第一输出线和第二输出线分别连接于副线圈的两端；反馈控制器，用于检测第一输出线和第二输出线之间的输出电压，并且将所检测到的电压作为反馈电压输出到回扫开关控制器；电流检测器，具有用于电流检测的原线圈和副线圈，电流检测器根据其原电流检测线圈和副电流检测线圈之间的匝数比检测在第一输出线和第二输出线的任何一个中流动的负载电流；电流/电压变换器，用于将通过电流检测器检测的负载电流转换成电压并输出转换电压；第一开关，通过第一电阻器与第一输出线连接，并且与第二输出线连接，用于响应来自电流/电压变换器的输出电压，进行开/关切换操作；第二开关，通过第二电阻器与第一输出线连接，并且与第二输出线连接，用于响应第一开关的开/关切换操作，以第一开关的开/关切换操作的反向方式，进行关/开切换操作；恒压电源，通过第二电阻器与第一输出线连接，并且与第二输出线连接，用于将第一输出线上的电压转换成预定恒定电压并提供转换恒定电压；接通开关，用于响应于来自恒压电源的恒定电压，切换第一输出线和同步开关的栅极之间的连接；以及切断开关，用于与第二开关的切换操作结合，切换同步开关的栅极和源极之间的连接。
从以下详述以及附图可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征、以及其它优点，其中图1是示出一般回扫变换器的基本原理的电路图；图2是图1中主信号的时序图；
图3是传统回扫变换器的电路图；图4a和图4b是在图3的回扫变换器的各个操作模式中电流的波形图；图5是在图3的回扫变换器中反向复原电流的波形图；图6是示出根据本发明的回扫变换器的构造电路图；图7是在根据本发明的回扫变换器中主信号的时序图；图8是在根据本发明的回扫变换器中电流的波形图；以及图9是示出在根据本发明的回扫变换器中同步开关的操作的时序图。
具体实施例方式
现参照附图详细描述本发明的优选具体实施例。在附图中，相同或类似元件用相同的附图标记来表示，即使它们描述在不同的附图中。
图6是示出根据本发明的回扫变换器的构造电路图。
参照图6，根据本发明的回扫变换器包括回扫开关控制器100，用于在反馈电压的基础上以临界传导模式切换总开关MS以将电压Vs转换成高频脉冲；变压器TF，具有用于接收高频脉冲的原线圈L1和副线圈L2；反馈控制器200，用于检测第一输出线OL1和第二输出线OL2之间的输出电压，其中第一输出线和第二输出线分别连接到副线圈L2的两端，以及将检测电压作为反馈电压输出到回扫开关控制器100；同步开关SS，由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成，具有与第二输出线OL2连接的源极和漏极；以及电流检测器CT，具有用于电流检测的原线圈L31和副线圈L32。电流检测器CT根据其原电流检测线圈L31和副电流检测线圈L32之间的匝数比检测在第二输出线OL2中流动的负载电流。回扫变换器进一步包括电流/电压变换器300，用于将通过电流检测器CT检测的负载电流转换成电压并输出转换电压；第一开关400，通过电阻器R3连接到第一输出线OL1以及连接到第二输出线OL2，用于响应来自电流/电压变换器300的输出电压进行开/关切换操作；以及第二开关500，通过电阻器R4连接到第一输出线OL1以及连接到第二输出线OL2，用于响应第一开关400的开/关切换操作进行第一开关400的开/关切换操作的反向操作，即关/开切换操作。回扫变换器进一步包括恒压电源600，通过电阻器R4连接到第一输出线OL1以及连接到第二输出线OL2，用于将第一输出线OL1上的电压转换成预定恒定电压并提供转换恒定电压；接通开关700，用于根据来自恒压电源600的恒定电压切换第一输出线OL1和同步开关SS的栅极之间的连接；以及切断开关800，用于与第二开关500的切换操作结合，切换同步开关SS的栅极和源极之间的连接。
优选地，设定电流检测器CT的原电流检测线圈L31和副电流检测线圈L32之间的匝数比以在接通总开关MS之前的预定时间TD接通切断开关800。
电流/电压变换器300包括二极管D1，具有连接于电流检测器CT的副线圈L32的正电压端的阳极；以及电阻器R1，用于连接在二极管D1的阴极和电流检测器CT的副线圈L32的负电压端之间的电压检测。
第一开关400由NPN型的第一晶体管Q1组成，具有通过电阻器R3连接于第一输出线OL1的集电极、连接于第二输出线OL2的发射极、以及通过电阻器R2连接于电流/电压变换器300的输出端的基极。
第二开关500由NPN型的第二晶体管Q2组成，具有通过电阻器R4连接于第一输出线OL1的集电极、连接于第二输出线OL2的发射极、以及连接于第一开关400的第一晶体管Q1的集电极的基极。
恒压电源600由齐纳二极管ZD组成，具有通过电阻器R4连接于第一输出线OL1的阴极以及连接于第二输出线OL2的阳极。
接通开关700由NPN型的第三晶体管Q3组成，具有连接于第一输出线OL1的集电极、连接于同步开关SS的栅极的发射极、以及连接于恒压电源600的齐纳二极管ZD的阴极的基极。
切断开关800由PNP型的第四晶体管Q4组成，具有连接于同步开关SS的栅极的发射极、连接于同步开关SS的源极的集电极、以及连接于恒压电源600的齐纳二极管ZD的阴极的基极。
在这里，未描述的附图标号Co表示输出电容器。
图7是在根据本发明的回扫变换器中主信号的时序图。
在图7中，TMS表示总开关MS的开/关定时，I1表示变压器TF的原电流，I2表示变压器TF的副电流，VR1表示由电压检测电阻器R1检测的电压，TQ4表示切断开关800的第四晶体管Q4的开/关定时，VGS表示同步开关SS的栅极-源极电压，而TSS表示同步开关SS的开/关定时。
图8是在根据本发明的回扫变换器中电流的波形图。
在图8中，I1表示变压器TF的原电流而I2表示变压器TF的副电流。如从该图可以看到的，同步整流器驱动电路是以临界传导模式进行操作，其中原电流I1在零点处开始流动并且副电流I2的流动终止于另一个零点。
图9是示出在根据本发明的回扫变换器中同步开关SS的操作的时序图。
在图9中，I2表示变压器TF的副电流，VR1表示由电压检测电阻器R1检测的电压，TQ4表示切断开关800的第四晶体管Q4的开/关定时，而VGS表示同步开关SS的栅极-源极电压。
其次，将参照附图详细描述根据本发明的具有上述构造的回扫变换器的操作。
参照图6至图9，在根据本发明的回扫变换器中，回扫开关控制器100在反馈电压的基础上以临界传导模式切换总开关MS以将电压Vs转换成高频脉冲。该高频脉冲被从变压器TF的原线圈L1感应到其副线圈L2。
此时，反馈控制器200检测在第一输出线OL1和第二输出线OL2之间的输出电压，其分别连接于副线圈L2的两端，并且将检测电压作为反馈电压输出到回扫开关控制器100。
如图7所示，在本发明的回扫变换器中，当总开关MS响应切换信号SW被接通时，原电流I1在变压器TF的原线圈L1中流动，并且当总开关MS响应切换信号SW被切断时，副电流I2在变压器TF的副线圈L2中流动。
回扫变换器的这种操作是以临界传导模式进行。也就是说，在应用于本发明的回扫变换器的临界传导模式中，借助于回扫开关控制器100和反馈控制器200，原电流I1在零点开始流动并且副电流I2的流动终止于另一个零点，如图8所示。
同时，同步开关SS可以连接于变压器TF的第一输出线OL1或第二输出线OL2的任何一个。在本发明的一个具体实施例中，如图6所示，同步开关SS是用连接于第二输出线OL2的MOS晶体管来实现。
再次参照图6，如果副电流I2流动，则电流检测器CT根据其原电流检测线圈L31和副电流检测线圈L32之间的匝数比检测第一输出线OL1和第二输出线OL2的第二输出线OL2中流动的负载电流，并且将检测负载电流提供到电流/电压变换器300。
电流/电压变换器300将通过电流检测器CT检测的负载电流转换成电压并输出转换电压。具体而言，在电流/电压变换器300中，二极管D1整流在电流检测器CT的副线圈L32中的电流，并且电阻器R1检测对应于整流电流的电压。
然后，第一开关400响应来自电流/电压变换器300的输出电压通过电阻器R3接通/切断第一输出线OL1和第二输出线OL2之间的连接。第二开关500根据其开/关切换操作以第一开关400的开/关切换操作的反向方式切断/接通在第一输出线OL1和第二输出线OL2之间并通过电阻器R4的连接。
例如，当电流检测器CT检测副电流I2时，电流/电压变换器300输出预定电压，例如，高于或等于第一开关400的接通电压的电压。
此时，将第一开关400的第一晶体管Q1接通，因而其集电极的电压电平变成基级，从而引起第二开关500的第二晶体管Q2，其基极连接于第一晶体管Q1的集电极，被切断。
其后，恒压电源600将在第一输出线OL1上的电压转换成预定恒定电压并提供转换恒定电压，从而引起接通开关700被接通，导致第一输出线OL1和同步开关SS的栅极之间的连接。因此，在第一输出线OL1上的电压被提供给同步开关SS的栅极，以便接通同步开关SS。
如此，当副电流I2开始流动时，同步开关SS被接通，于是副电流I2流过同步开关SS，其由具有很少损耗的MOSFET组成。
在另一方面，当电流检测器CT检测不到副电流I2时，电流/电压变换器300输出预定电压，例如，低于第一开关400的接通电压的电压，即接近于零的电压。
此时，第一开关400的第一晶体管Q1被切断，而来自电流/电压变换器300的输出电压通过电阻器R3被供给到第二开关500的第二晶体管Q2，以便接通第二晶体管Q2。
如果将第二开关500的第二晶体管Q2接通，恒压电源600的恒压电源接线端VT则连接于第二输出线OL2，因而其电压电平基本上变成基级。因此，接通开关700被切断而切断开关800被接通。从而，当切断开关800被接通时，同步开关SS的栅极和源极则通过第二晶体管Q2和第四晶体管Q4相互连接，从而使同步开关SS被切断。
如此，如果没有副电流I2流动，同步开关SS则被切断。
如上所述，当副电流I2流动时，同步开关SS则被接通，因而副电流I2流过同步开关SS。反之，当没有副电流I2流动时，同步开关SS被切断，以便它起到同步整流器的作用。
同时，优选地，设定电流检测器CT的原电流检测线圈L31和副电流检测线圈L32之间的匝数比以在接通总开关MS之前的预定时间TD接通切断开关800。因此，在原电流检测线圈L31和副电流检测线圈L32之间的匝数比的基础上，电流检测器CT在接通总开关MS之前的预定时间TD接通切断开关800，如图9所示。
在这种情况下，副电流I2流过同步关开SS的体二极管(未示出)。因此，虽然通过体二极管有损失，但是可以防止产生反向复原电流。
也就是说，可以防止反向复原电流，当突然切断到MOSFET的电流时，其可由于同步开关M1的MOSFET的PN结特性而产生。
如上所述可以明显看到，本发明提供了一种具有同步整流器的回扫变换器，将其应用于诸如笔记本式个人电脑这样的便携式计算机的电源。该回扫变换器以临界传导模式进行操作以在输出电压的过零点接通/切断总开关。该回扫变换器还适合于利用输出电压将驱动电压提供给同步开关。因而，无需变压器的次级辅助线圈以及无需肖特基二极管并联连接于同步开关，从而简化电路设计。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有同步整流器的回扫变换器，包括回扫开关控制器，用于根据反馈电压以临界传导模式切换总开关，以将输入电压转换成高频脉冲；变压器，具有用于接收所述高频脉冲的原线圈和副线圈；同步开关，包含MOSFET，所述MOSFET具有与第一输出线和第二输出线中任何一个连接的源极和漏极，所述第一输出线和所述第二输出线分别与所述副线圈的两端连接；反馈控制器，用于检测所述第一输出线和所述第二输出线之间的输出电压，并且将所检测到的电压作为所述反馈电压输出到所述回扫开关控制器；电流检测器，具有用于电流检测的原线圈和副线圈，所述电流检测器根据其原电流检测线圈和副电流检测线圈之间的匝数比检测在所述第一输出线和所述第二输出线中任何一个中流动的负载电流；电流/电压变换器，用于将由所述电流检测器检测的所述负载电流转换成电压并输出转换电压；第一开关，通过第一电阻器与所述第一输出线连接，并且与所述第二输出线连接，用于响应来自所述电流/电压变换器的输出电压，进行开/关切换操作；第二开关，通过第二电阻器与所述第一输出线连接，并且与所述第二输出线连接，用于响应所述第一输出线的所述开/关切换操作，以反向方式进行关/开切换操作；恒压电源，通过所述第二电阻器与所述第一输出线连接，并且与所述第二输出线连接，用于将所述第一输出线上的电压转换成预定恒定电压并提供转换恒定电压；接通开关，用于响应于来自所述恒压电源的所述恒定电压，切换所述第一输出线和所述同步开关的栅极之间的连接；以及切断开关，用于与所述第二开关的所述切换操作结合，切换所述同步开关的所述栅极和源极之间的连接。
2.根据权利要求1所述的回扫变换器，其中，设定所述电流检测器的所述原电流检测线圈和所述副电流检测线圈之间的所述匝数比，以在接通所述总开关之前的预定时间接通所述切断开关。
3.根据权利要求1所述的回扫变换器，其中，所述电流/电压变换器包括二极管，具有与所述电流检测器的所述副线圈的正电压端连接的阳极；以及电阻器，用于电压检测，将所述电阻器连接在所述二极管的阴极和所述电流检测器的所述副线圈的负电压端之间。
4.根据权利要求3所述的回扫变换器，其中，所述第一开关包括NPN型的第一晶体管，其具有通过所述第一电阻器与所述第一输出线连接的集电极、与所述第二输出线连接的发射极、以及通过第三电阻器与所述电流/电压变换器的输出端连接的基极。
5.根据权利要求4所述的回扫变换器，其中，所述第二开关包括所述NPN型的第二晶体管，其具有通过所述第二电阻器与所述第一输出线连接的集电极、与所述第二输出线连接的发射极、以及与所述第一开关的所述第一晶体管的所述集电极连接的基极。
6.根据权利要求5所述的回扫变换器，其中，所述恒压电源包括齐纳二极管，其具有通过所述第二电阻器与所述第一输出线连接的阴极以及与所述第二输出线连接的阳极。
7.根据权利要求6所述的回扫变换器，其中，所述接通开关包括所述NPN型的第三晶体管，其具有与所述第一输出线连接的集电极、与所述同步开关的所述栅极连接的发射极、以及与所述恒压电源的所述齐纳二极管的所述阴极连接的基极。
8.根据权利要求7所述的回扫变换器，其中，所述切断开关包括PNP型的第四晶体管，其具有与所述同步开关的所述栅极连接的发射极、与所述同步开关的所述源极连接的集电极、以及与所述恒压电源的所述齐纳二极管的所述阴极连接的基极。
全文摘要
本发明披露了一种具有同步整流器的回扫变换器，将该回扫变换器应用于诸如笔记本式个人电脑这样的便携式计算机的电源。该回扫变换器以临界传导模式进行操作以在输出电压的过零点接通/断开总开关。该回扫变换器还适合于利用输出电压将驱动电压提供给同步开关。因此，无需变压器的次级辅助线圈以及无需与同步开关并联连接的肖特基二极管，从而简化电路设计。
文档编号H02M3/00GK1764053SQ200510002098
公开日2006年4月26日 申请日期2005年1月17日 优先权日2004年10月22日
发明者张赞圭, 安泰荣, 金容柱, 金圣哲, 朴台煜 申请人:三星电机株式会社