专利名称：同步整流器的利记博彩app
技术领域：
本发明一般地涉及电源领域，尤其涉及在开关电源中使用同步整流。
背景技术：
如图I所示，典型的开关电源(SMPS)包括初级侧部件150和次级侧部件。初级侧(又称作“热侧”)部件包括开关控制器106、开关金属氧化物半导体(MOSFET) 108、MOSFET散热器110、电流感测电阻器112、涌流抑制电容器114、具有初级 绕组120和次级绕组118的变压器116、整流ニ极管102、滤波电容器104以及光隔离器126。次级或“冷侧”部件包括次级变压器绕组122和124、整流ニ极管128、136和各自的散热器130、138，以及滤波电容器132和134。整个开关电源由未稳压电压源100供电。控制器106向MOSFET 108提供驱动信号VD，以在变压器116的初级绕组120中产生电流。变压器116的次级绕组118提供电压源，当分别被ニ极管102和电容器104整流并滤波吋，向控制器106提供电源电压VDD。反馈信号Vfb由经过整流并滤波的次级电源+12V产生，并通过光隔离器126反馈到控制器106，从而建立起反馈回路，以控制MOSFET 108的导通和截止。通过在控制器106中对反馈信号Vfb和參考值进行比较，并且响应于反馈信号与參考电平之间的差而进行MOSFET 108的导通周期的变化，可实现对SMPS中操作电平的调节。电阻器112感测在MOSFET 108中流动的作为电流模式控制器106的电流反馈信号的初级电流。使用电流模式控制，防止了在过载条件下过量电流从开关电源中流出。通过ニ极管128和136分别对来自变压器116的次级绕组122和124的信号进行整流，并且经电容器132和134分别滤波后得到了调节后的输出电压+6. 5V和+12V。对跨过绕组122和124的所获得的信号的整流可通过在地与电源输出之间与各自的绕组串联的ニ极管来完成。在所述的典型SMPS中，其中一个ニ极管，128，被设置为其阴极连接其特定电源的正输出，从而使得ニ极管128的阳极和阴极都远离地。在示例性的+12V供电中，ニ极管136被设置为其阳极接地。在这种示例性开关电源中所述的这种整流器中，通常，低效的主要原因是跨过整流ニ极管的电压降。在更高的电源中，由于跨过整流ニ极管的电压降造成的低效可能很严重，因此需要散热器和可能的积极措施，例如强制空气冷却。为了提高整流器的效率，晶体管(通常是M0SFET)可用作低电压降开关，以代替ニ极管。这种技术被称作同步整流。同步整流要求对同步整流器的驱动进行控制，以在被整流的信号的适当部分使MOSFET导通或截止。通常使用集成电路控制器来控制MOSFET的导通。这些集成电路，例如ST微电子STS-R3或者Anachip AP436，价格有些贵，并且需要附加的4到8个外部部件。这些IC通常包括时钟产生电路以及其它复杂的方法来确定同步整流器MOSFET的导通/截止控制。本发明包括更简单的控制电路，可使用分立的部件低成本地实现开关电源中的同步整流。
发明内容
下面提出与本发明最初要求的范围相当的一些方案；但是本发明可包含在下面没有提出的多种方案。所公开的实施例涉及ー种设备，该设备包括第一器件，其可以是晶体管，被配置为当该第一器件导通时，将第一信号连接到參考电平；第二器件，其可以是微分器或者高通滤波器，并响应可与第一信号异相的第二信号，所述第二器件被配置为在所述第二信号的周期的一部分内控制所述第一器件的导通；以及检测器，其可以是ニ极管峰值检测器，并响应所述第二信号的幅度，所述检测器被配置为改变所述第一器件的导通持续时间。在这种设备中，检测器可响应于所述第二信号的幅度的増加，減少所述第一器件的导通持续时间。另ー实施例包括用于当该连接元件导通时将第一信号连接到參考电平的元件；用于在第二信号的周期的一部分持续时间内将所述连接元件置于导通状态的元件；以及用于响应所述第二信号的幅度改变所述连接元件的导通持续时间的元件。 再一实施例是ー种方法，该方法包括以下步骤通过器件的导通，使第一信号连接到參考电平；对第二信号进行微分；响应于所述微分后的第二信号，控制所述器件的导通；并且响应于所述第二信号的幅度，改变所述器件的导通持续时间。这种方法的变型可包括响应所述第二信号的幅度的増加，減少所述器件的导通持续时间。
下面结合附图详细描述本发明的实施例，各附图中相似的元件采用相同的附图标记图I是典型的开关电源的方框图；图2是本发明实施例的示意图；图3是主开关MOSFET (108)的漏极电压的代表性波形；以及图4示出本发明实施例中同步整流器MOSFET的漏极电压和栅极电压的代表性波形。
具体实施例方式图2所示的分立控制电路的实施例满足对低成本、同步整流器控制器的需要。图
2示出在电子设备中应用的代表性开关电源。初级侧电路150是ー种典型的开关电源，为本领域技术人员所熟知，并与前述的电源相似。开关变压器116具有多个次级绕组122和124，以获得不同的电源电压。ニ极管128在该系统中用作常规的整流器。对于+6.5V供电使用该高端整流器有双重目的对来自绕组122的信号S3进行整流以产生+6. 5V的供电，并且因此，在ニ极管128阳极的AC信号S3可用于获得驱动同步整流器MOSFET 214的开关控制信号。通过控制MOSFET的导通时间使导通与脉冲波形的期望部分一致，可将MOSFET晶体管用作整流器(同步整流)。由于MOSFET的电压降甚至比肖特基ニ极管都要低很多，所以能够提高电源的效率。大多数情况下，当采用同步整流时，可去除通常用于冷却ニ极管的大散热器。在图2所示的示例性实施例中，MOSFET 214被设置为其源极连接次级侧的接地电势。这种配置使得向MOSFET 214产生驱动信号变简単。根据信号S3获得用于同步整流器214的栅极驱动的控制电压。脉冲信号S3的极性与出现在MOSFET 214漏极的信号S2的极性相反。通过对绕组122和124的相位调整来确定这种相位反转，相位反转后使得信号S3的极性为信号S2处于最大负电平时导通MOSFET的栅极所需的相位。当信号S2处于最大负电平时MOSFET 214的漏极到源极的导通将信号S2箝位于接地电势，从而将信号S2整流得到+12V的输出。控制器106被设计为使得信号S2和S3可具有可变的占空因数(dutycycle);并且信号S3的正部分以更高的线电压在持续时间内増加。結果，必须采取措施缩短MOSFET 214栅极的脉冲的持续时间，以向MOSFET提供合适的导通时间，从而保证MOSFET214仅当信号S2处于负电平时导通。电容器202和电阻器204构成高通滤波器，该高通滤波器对信号S3的波形进行微分，以产生MOSFET 214栅极的驱动波形。对波形的微分有助于缩短MOSFET 214的导通时间，使得MOSFET 214当其漏极电压为负时或者之后导通，而当其漏极电压升高时或者之前截止。低功率(与诸如ニ极管128的传统整流器ニ极管相比)ニ极管136在信号S2的负偏移期间导通，在此期间，由于对MOSFET 214的栅极驱动时间间隔可能短于信号S2的负偏移的持续时间，所以MOSFET可能不导通。以上对于ニ极管136所述的功能也可以通过MOSFET 214的内部寄生ニ极管执行。ニ极管206和电容器208对信号S3进行整流，以获得与未稳压电压源100的值成比例(并与AC线输入电压成比例)的负偏 压。负偏压增加时，MOSFET 214栅极的平均电压被降低，从而减少MOSFET的导通时间。由电阻器210和204构成的分压器对由ニ极管206和电容器208获得的负偏压进行调整，以建立加在栅极驱动的负偏压的期望范围。MOSFET 214栅极的这个负偏压防止了高线电压时的过导通(以及损耗增加)。电阻器200对于ニ极管206形成的负供电提供电流限制。电阻器212減少MOSFET 214栅极的驱动电压的上升时间，从而最小化由于快速开关暂态而引起的辐射噪声。图3中绘出的波形示出开关MOSFET 110漏极的信号S1，此电压是变压器116的绕组120的初级电压。图4上方的描记线示出在次级绕组124中感应得到的信号电压S2，此电压也是同步整流器MOSFET 214漏极的电压。图4下方的描记线示出对MOSFET 214的栅极驱动。MOSFET 214的导通阈值为大约2. 5V至3. 0V,如图4中R1和R2所示。将栅极驱动信号通过导通阈值时的点投影到图4上方区域中漏极电压波形上表明在信号S2负偏移的时间间隔内MOSFET 214导通良好。从图4的栅极驱动波形还可以看出，通过检测器206增加施加到MOSFET 214栅极的负偏压(如同在较高线电压时发生的情況)将会減少栅极驱动电压高于导通阈值R1或R2的时间周期。虽然參照优选实施例描述了本发明，但是显然，在不脱离本发明的精神和范围内可以对各个实施例作出各种变型。
权利要求
1.一种同步整流装置，该装置包括 变压器； 输入电源电压的源； 第一开关晶体管，用于将所述输入电源电压周期性地耦合到所述变压器，以在所述变压器的第一绕组中产生交流电源电压； 第二开关晶体管，该第二开关晶体管形成一同步整流器，该同步整流器耦合到所述第ー绕组以用于对所述交流电源电压进行整流以产生耦合到负载的经整流输出，所述第二开关晶体管在所述交流电源电压的周期的一部分期间导通；以及 检测器，所述检测器在所述周期的一部分期间，当所述第一开关晶体管将所述输入电源电压耦合到所述变压器吋，对所述输入电源电压进行响应，以用于产生耦合到所述第二开关晶体管的第一控制信号，所述检测器被配置为检测所述输入电源电压的大小，并根据所述大小，以改变所述第二开关晶体管的导通持续时间的方式来改变所述周期期间所述第ニ开关晶体管的导通结束的时刻。
2.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述检测器响应于所述输入电源电压大小的増加，減少所述第二开关晶体管的所述导通持续时间。
3.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述第二开关晶体管耦合在所述第一绕组与參考电平之间。
4.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述第二开关晶体管包括金属氧化物半导体。
5.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述变压器产生第二控制信号，该第二控制信号包含定时信息，所述第二控制信号从所述变压器经由ー微分器件耦合到所述第二开关晶体管，并且其中，所述第二控制信号根据所述输入电源电压大小改变所述第二开关晶体管的导通时间。
6.如权利要求5所述的同步整流装置，其中，所述微分器件包括高通滤波器。
7.如权利要求6所述的同步整流装置，其中，所述高通滤波器包括电容器和电阻器。
8.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述第二开关晶体管响应于在所述变压器的绕组中产生的信号来控制所述周期期间所述第二开关晶体管开始导通的时刻。
9.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，在所述第二开关晶体管两端产生的电压所具有的相位与所述交流电源电压的相位相反。
10.如权利要求I所述的同步整流装置，其中，所述检测器对在所述变压器的绕组中产生的信号的峰值进行响应。
11.如权利要求10所述的同步整流装置，其中，所述检测器包括ニ极管。
12.—种同步整流装置，包括 变压器； 输入电源电压的源； 第一开关晶体管，用于将所述输入电源电压的源周期性地耦合到所述变压器，以在所述变压器的第一绕组中产生周期性电源电压； 第二开关晶体管，该第二开关晶体管耦合到所述第一绕组以形成一同步整流器，该同步整流器用于对所述周期性电源电压进行整流以产生耦合到负载的经整流输出；脉冲发生器，该脉冲发生器对在所述变压器的绕组中产生的信号进行响应，以用于生成第一开关控制信号和经过了时移的第二开关控制信号，所述第一开关控制信号和第二开关控制信号都耦合到所述第二开关晶体管，以分别周期性地控制所述第二开关晶体管中导通开始的时刻和导通结束的时刻以用于提供同步整流；以及 检测器，用于检测在耦合到所述第二开关晶体管的所述变压器的绕组中产生的信号，以用于根据所述检测到的信号改变所述第二开关晶体管的导通时间。
13.如权利要求12所述的同步整流装置，其中，所述检测器被配置为检测所述输入电源电压的大小，井根据所述输入电源电压大小中相应的改变，来改变所述第二开关晶体管的导通持续时间。
14.如权利要求13所述的同步整流装置，其中，所述检测器被耦合以接收在用于在所述脉冲发生器中生成所述第一开关控制信号和所述经过了时移的第二开关控制信号的所述变压器相同绕组中产生的相同信号。
15.如权利要求12所述的同步整流装置，其中，所述脉冲发生器包括微分器。
16.如权利要求12所述的同步整流装置，其中，所述第一开关控制信号和所述经过了时移的第二开关控制信号形成施加到所述第二开关晶体管的控制端的组合控制信号的分别在相反方向上变化的跳变沿。
17.一种同步整流电源装置，包括 变压器； 输入电源电压的源； 第一开关晶体管，用于将所述输入电源电压的源周期性地耦合到所述变压器，以在所述变压器的第一绕组中产生周期性电源电压； 第二开关晶体管，该第二开关晶体管耦合到所述第一绕组以形成一同步整流器，用于对所述周期性电源电压进行整流以产生耦合到负载的经整流输出； 微分器，该微分器对在所述变压器的绕组中产生的信号进行响应，以用于生成ー开关控制信号，该开关控制信号耦合到所述第二开关晶体管的控制端以控制所述第二开关晶体管中的开关操作，以用于提供同步整流；以及 峰值整流器，用于对在所述变压器的绕组中产生的信号进行峰值整流，以生成第二控制信号，该第二控制信号耦合到所述第二开关晶体管的所述控制端，以用于根据该第二控制信号改变所述第二开关晶体管的导通时间。
18.一种开关模式电源装置，该装置包括 变压器； 输入电源电压的源； 第一开关晶体管，用于将所述输入电源电压周期性地耦合到所述变压器，以在所述变压器的第一次级绕组中产生周期性电源电压； 第二开关晶体管(214)，该第二开关晶体管形成一同步整流器，该同步整流器耦合到所述第一次级绕组以用于对所述周期性电源电压进行整流以产生耦合到负载的经整流输出，当所述第二开关晶体管(214)导通时，将由所述变压器的所述第一次级绕组提供的第一信号(S2)连接到參考电平； 响应由所述变压器的第二次级绕组提供的第二信号(S3)的微分器件(202，204)，所述微分器件(202，204)用于生成一开关控制信号，该开关控制信号耦合到所述第二开关晶体管的控制端以控制所述第二开关晶体管中的开关操作，以用于提供同步整流；以及 检测器(206)，所述检测器配置为检测所述输入电源电压的大小，并响应于所述大小的増加，以减少所述第二开关晶体管的导通持续时间的方式来改变所述周期期间所述第二开关晶体管的导通结束的时刻。
19.如权利要求18所述的开关模式电源装置，其中，所述第二开关晶体管(214)为金属氧化物半导体。
20.如权利要求18所述的开关模式电源装置，其中，所述微分器件包括高通滤波器(202,204)。
21.如权利要求20所述的开关模式电源装置，其中，所述高通滤波器包括电容器和电阻器(202,204)。
22.如权利要求18所述的开关模式电源装置，其中，所述第一信号(S2)具有与所述第ニ信号(S3)相反的相位。
23.如权利要求18所述的开关模式电源装置，其中，所述检测器(206，208)响应所述第ニ信号(S3)的负峰值。
24.如权利要求23所述的开关模式电源装置，其中，所述检测器包括ニ极管。
25.ー种用于控制同步整流器的导通的装置，该装置包括 提供第一信号(S2)的第一源(124)和提供第二信号(S3)的第二源(122),所述第一信号(S2)与所述第二信号(S3)的相位相反； 晶体管(214)，具有第一主电流导通端子和第二主电流导通端子以及导通控制端子，所述第一主电流导通端子连接所述第一信号(S2)，并且所述第二主电流导通端子连接參考电平； 电容器(202)，所述电容器(202)的第一端子连接所述第二信号，并且所述电容器(202)的第二端子连接所述导通控制端子； 电阻器(204)，所述电阻器(204)的第一端子连接所述导通控制端子，并且所述电阻器(204)的第二端子连接所述參考电平；以及 ニ极管(206)，所述ニ极管(206)的阴极连接所述第二信号(S3)，并且所述ニ极管(206)的阳极连接所述导通控制端子， 其中，所述第一源(124)和第二源(122)是开关变压器(116)的次级绕组。
26.如权利要求25所述的装置，其中，所述晶体管是金属氧化物半导体。
27.ー种用于同步整流的装置，该装置包括 晶体管(214)，该晶体管形成一同步整流器，该同步整流器耦合到一开关变压器的第一次级绕组，以用于对在所述第一次级绕组中产生的周期性电源电压进行整流以产生耦合到负载的经整流输出；脉冲生成器(202，204)，该脉冲生成器对在所述开关变压器的第二次级绕组中产生的信号进行响应，以用于生成第一开关控制信号和经过时移的第二开关控制信号，这两个信号都耦合到所述晶体管，以分别周期性地控制所述晶体管中导通开始和导通结束的时刻，以用于提供同步整流；以及 检测器(206)，用于检测在所述开关变压器的第二次级绕组中产生的信号的幅度峰值，并响应于所述幅度峰值的增加，減少所述晶体管的导通持续时间。
28.如权利要求27所述的装置，其中，所述检测器(206)包括ニ极管。
29.如权利要求27所述的装置，其中，所述设置元件(202，204)是微分器。
30.如权利要求29所述的装置，其中，所述微分器包括高通滤波器。
全文摘要
本发明涉及同步整流器，所公开的实施例涉及一种减少电源功耗的设备和方法。提供一种设备，该设备包括元件(214)，用于当该连接元件导通时，将第一信号(S2)连接到参考电平(接地电势)；元件(202，204)，用于在第二信号(S3)的周期的一部分持续时间内将所述连接元件置于导通状态；以及元件(206)，用于响应所述第二信号的幅度，改变所述连接元件的导通持续时间。
文档编号H02M3/335GK102868303SQ20121029300
公开日2013年1月9日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者威廉·文森特·菲茨杰拉德 申请人:汤姆逊许可证公司