具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路及方法

2023-10-19 23:01:02 1

專利名稱：具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於同步整流的死區調整電路及方法，尤其涉及一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路及方法。
背景技術：
隨著地球暖化及石油能源的消耗，發展替代能源及綠色能源已是勢在必行，但以目前來看，距離替代能源及綠色能源完全取代石油的階段還尚有努力空間，因此，如能提高電源轉換效率便能有效的降低能量的耗損，而提高轉換效率的方法之一便是使用同步整流電路。而在同步整流電路中，其主要技術在於控制一次側電路與二次側電路的電路開關時間，而通常同步整流電路中的技術重點便在於控制二次側電路中的電晶體關閉時間，稱之為死區時間(DeadTime)的控制，如美國第6038150號專利案的，，TRANSISTORIZEDRECTIFIER FOR A MULTIPLE OUTPUT CONVERTER」，其是揭露了一種應用在電源轉換器的無二極體二次側子電路(SecondarySubcircuit)，參照圖1，其主要技術在於利用多個電晶體2開關取代二極體電路，並且通過一個二次側後校準電路3 (Secondary Side postregulation,SSPR)從同步信號起始點利用模擬比較的方式一步一步的逼近一脈波寬度調變電路4中的開關信號，由此調整二次側子電路1的死區時間以製造出同步整流信號，但同步信號的時間周期將使二次側後校準電路3用於記憶前次周期的電容面積過大，進而提高了電路的使用面積及組件成本，且由於是一步一步的逼近，因此需要較多的時間以達到其預定的死區時間。另外，如美國第6418039號專利案，該案揭露了一種控制同步整流器的關閉時間的裝置及方法，參照圖2，其主要是利用一數字關閉控制器5(digital Turn-Off Controller)來控制同步整流器中的二次側電晶體6的關閉時間，更進一步的說明，該數字關閉控制器5通過一固定頻率的時鐘脈衝信號來判斷關閉該二次側電晶體6的時間，通過全數字的方式來達成同步整流器二次側電晶體6的開關控制，但是，時鐘脈衝信號的頻率控制著二次側電晶體6的關閉延遲時間，若時鐘脈衝信號的頻率太低，容易存在關閉延遲時間過長的問題，造成與一次側電路開關時間的匹配誤差，但若提高時鐘脈衝信號的頻率， 則必須使用較高頻的電路組件及高頻比較器組件，間接提高了電路成本。

發明內容
本發明的主要目的在於解決傳統模擬電路中必須使用大面積的電容來逼近一次側電路中的開關信號，由此調整二次側電路的死區時間以製造出同步整流信號。本發明的另一目的在於解決已知技術中的模擬電路因使用過多的時間完成死區的逼近而造成功率的損耗以及效率的浪費。本發明的再一目的在於解決全數字關閉控制器必須使用高頻的時鐘脈衝信號以避免關閉延遲時間過長，造成與一次側電路開關時間的匹配誤差。
為達上述目的，本發明提供一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路， 以下簡稱為死區調整電路，其應用於一同步整流電路中，該同步整流電路主要包含一個一次側子電路(PrimarySubcircuit)及一個二次側子電路(Secondary Subcircuit)，而該死區調整電路應用於該二次側子電路，控制該同步整流電路中的一死區時間，該死區調整電路包括一粗調節單元、一細調節單元及一分別與該粗調節單元及該細調節單元連接的信號合成單元。該粗調節單元設置於該同步整流電路中，用以對同步信號進行粗調節後輸出一粗調節信號；該細調節單元與該粗調節單元連接，用以將該粗調節信號進行細微調節後輸出一細調節信號；而該信號合成單元用以輸出一控制信號，該控制信號用以控制該二次側子電路中的至少一電晶體的開關，完成該死區時間的控制。由上述說明可知，相較於已知技術，本發明具有下列特點一、利用該粗調節單元完成初步且較大的死區時間控制，並得到該粗調節信號，再將該粗調節信號傳遞至該細調節單元，再進行細微的死區時間調整，以達成最佳化的死區時間。二、利用粗調節單元大幅縮小組件中的電容面積，並有效節省電路組件的成本。三、利用粗調節單元縮短了逼近死區所需要的時間，再利用細調節單元進行死區時間微調，精準的得到最佳化的死區時間，提高同步整流的效率及降低同步整流電路的成本。


圖1是已知技術一的電路示意圖。圖2是已知技術二的電路示意圖。圖3是本發明一較佳實施例的同步整流電路的結構示意圖。圖4是本發明一較佳實施例的方塊配置示意圖。圖5-1是本發明一較佳實施例的數字調節電路示意圖。圖5-2是本發明一較佳實施例的數字調節電路時鐘脈衝信號示意圖。圖6-1是本發明一較佳實施例的模擬調節電路示意圖一。圖6-2是本發明一較佳實施例的模擬調節電路示意圖二。圖6-3是本發明一較佳實施例的模擬調節電路示意圖三。圖6-4是本發明一較佳實施例的模擬調節電路示意圖四。圖6-5是本發明一較佳實施例的模擬調節電路時鐘脈衝示意圖。圖7-1是本發明一較佳實施例的細調節單元及信號合成單元的電路示意圖。圖7-2是本發明一較佳實施例的細調節單元及信號合成單元的時鐘脈衝示意圖。圖8是本發明一較佳實施例的流程步驟示意圖。
具體實施例方式有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合

如下參照圖3及圖4所示，圖3是本發明一較佳實施例的同步整流電路結構示意圖，圖 4是本發明一較佳實施例的方塊配置示意圖，如圖所示本發明為一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路，以下簡稱為死區調整電路10，其應用於一同步整流電路中，該同步整流電路主要包含一個一次側子電路20及一個二次側子電路30，而該死區調整電路 10應用於該二次側子電路30，用以控制該同步整流電路中的一死區時間，參照圖4，該死區調整電路10包括一粗調節單元11、一細調節單元12及一分別與該粗調節單元11及該細調節單元12連接的信號合成單元13。該粗調節單元11設置於該同步整流電路中，用以對一同步信號SYNC進行粗調節後輸出一粗調節信號rough ；該細調節單元12與該粗調節單元 11連接，用以將該粗調節信號rough進行細微調節後輸出一細調節信號fine ；而該信號合成單元13用以輸出一控制信號CS，該控制信號CS用以控制該二次側子電路30中的至少一電晶體31的開關時間，完成該死區時間的控制。參照圖5-1及圖5-2，圖5-1是本發明一較佳實施例的數字調節電路示意圖，而圖 5-2是本發明一較佳實施例的數字調節電路時鐘脈衝信號示意圖。本發明的粗調節單元 11可通過一數字調節電路進行粗調節，如圖所示該數字調節電路通過兩個時鐘脈衝信號 clkl、clk2進行粗調節記數，這兩個時鐘脈衝信號clkl、clk2會對該同步信號SYNC進行記數比較，而得到該粗調節信號rough，因為粗調節單元11是為了初步的死區時間控制，因此不需要高頻率的時鐘脈衝信號，僅需要一較低頻率的時鐘脈衝信號即可達成初步的死區時間控制。而本發明的粗調節單元11也可通過一模擬調節電路達成粗調節的功能，如圖6-1 至圖6-5所示，其中，圖中各個接點各具有其對應的接點名稱，相同的接點名稱代表各個電路圖中的接點相接，該模擬調節電路包含一第一調節單元111、一第二調節單元112及一連接該第一調節單元111及該第二調節單元112的比較單元113，該模擬調節電路通過該比較單元113對該第一調節單元111及該第二調節單元112進行信號比較而得一粗調節信號 rough，而圖6-5為本發明一較佳實施例的模擬調節電路各接點信號的時鐘脈衝示意圖，由圖6-5搭配圖6-1至圖6-4，可以很清楚的了解各個電路單元的操作狀態，並得到一粗調節信號rough ο此外，參照圖7-1及圖7-2，其是本發明一較佳實施例的細調節單元12及信號合成單元13的電路及時鐘脈衝示意圖，其中，圖中各個接點各具有其對應的接點名稱，相同的接點名稱代表各個電路圖中的接點相接，並且，各個接點的時鐘脈衝狀態如圖7-2所示，由圖中可知，通過一制動信號Fenable的控制對一電容Cl充放電產生一鋸齒波電壓Vsaw，該制動信號Fenable為該粗調節信號rough (示於圖6_5)與該同步信號SYNC比較後取得，而後通過該鋸齒波電壓Vsaw變化與一參考電壓Vref做比較得到一細調節信號fine，該細調節信號fine會經過一斜率控制器121重新調整一輸入電壓VI、V2的大小以調整該鋸齒波電壓Vsaw的波形斜率，該鋸齒波電壓Vsaw的波形斜率不同便會影響到該細調節信號fine 的責任周期(Duty Cycle)，該信號合成單元13分析該細調節信號fine與該同步信號SYNC 後，得到一控制信號CS，該控制信號CS用以控制該二次側子電路30的電晶體31 (示於圖 3)的開關時間，由此縮小死區時間，以增加效率，需特別說明的是，通過該控制信號CS控制該電晶體31關閉後，可得一死區時間時鐘脈衝Dt，該死區時間時鐘脈衝Dt越小，代表與該一次側子電路20的開關同步率越高，也代表能源的耗損率越低，由圖7-2中可知，該死區時間時鐘脈衝Dt責任周期會隨著細調節信號fine的調整而漸漸縮小，本發明設定一死區時間最小值Dtm，當該死區時間時鐘脈衝Dt的責任周期小於該死區時間最小值Dtm的責任周期時，該斜率控制器121就會調整該輸入電壓VI、V2,以重新調整該鋸齒波電壓Vsaw，避免細調節信號fine調整過當，反而超過了設定的時間周期。更進一步的說明，參照圖8，圖8為本發明一較佳實施例的流程步驟示意圖，通過步驟S1-S5共五個步驟做更進一步的解說，並請同時參照圖3至圖7-2 Sl 進行粗調節，將一同步信號SYNC進行粗調節，通過一粗調節單元11對輸入的同步信號SYNC進行粗調節，並且得到一粗調節信號rough，其中，使用一數字粗調節的方式對該同步信號SYNC進行粗調節，該數字粗調節的方式是指利用時鐘脈衝信號clkl、clk2的頻率來對該同步信號SYNC進行記數比較，而除了使用該數字粗調節的方式之外，也可使用模擬粗調節的方式對該同步信號SYNC進行粗調節；S2 進行細調節，將該粗調節信號rough輸入至一細調節單元12，通過該細調節單元12對該粗調節信號rough進行細微調整後輸出一細調節信號fine，其中，配合參閱圖 7-1及圖7-2，該粗調節信號rough會轉換成一反細調節制動信號Fenable，該細調節單元 12便通過該反細調節制動信號Fenable作為時鐘脈衝信號clkl、clk2進行細調節，並且，在本實施例中，使用一斜率調整的鋸齒波比較方法進行細調節，該鋸齒波比較方法為通過一鋸齒波電壓Vsaw變化與一參考電壓Vref做比較，進而取得一微調後的細調節信號fine ；S3 反饋微調，將該細調節信號fine經過一斜率分析，得到一微調信號後重新傳回給該細調節單元12進行微調，以得到一較佳的細調節信號fine ；S4 信號合成，分別將該粗調節信號rough及該細調節信號fine經由一信號合成單元13進行信號合成為一控制信號CS ；S5 控制死區時間，通過該控制信號CS控制該同步整流電路中的電晶體31開關， 由此調整死區時間時鐘脈衝Dt。綜上所述，由於本發明利用該粗調節單元11完成初步且較大的死區時間控制，並得到該粗調節信號rough，再將該粗調節信號rough傳遞至該細調節單元12，再進行細微的死區時間調整，以達成最佳化的死區時間，相較於已知技術的模擬逼近電路，本發明利用粗調節單元11大幅縮小組件中的電容面積，並有效地節省電路組件的成本，且縮短了逼近死區所需要的時間，再利用細調節單元12進行死區時間微調，精準的得到最佳化的死區時間，提高同步整流的效率及降低同步整流電路的成本。以上已對本發明進行了詳細說明，然而以上所述內容，僅為本發明的一較佳實施例而已，不能限定本發明實施的範圍。即凡根據本發明權利要求所作的均等變化與修飾等， 都應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
權利要求
1.一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其應用於一同步整流電路中，控制所述同步整流電路中的死區時間，所述具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)的特徵在於包括一粗調節單元(11)，其設置於所述同步整流電路中，用以對一同步信號(SYNC)進行粗調節後輸出一粗調節信號(rough)；一細調節單元(12)，其與所述粗調節單元(11)連接，用以將所述粗調節信號(rough) 進行細微調節後輸出一細調節信號(fine)；及一分別與所述粗調節單元(11)及所述細調節單元(12)連接的信號合成單元(13)，其用以輸出一控制信號(CS)。
2.根據權利要求1所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述粗調節單元(U)通過一數字調節電路進行粗調節後輸出所述粗調節信號 (rough)ο
3.根據權利要求2所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述數字調節電路通過一時鐘脈衝信號(clkl、clk2)進行粗調節記數，而獲得所述粗調節信號(rough)。
4.根據權利要求1所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述粗調節單元(11)通過一模擬調節電路進行粗調節。
5.根據權利要求4所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述模擬調節電路包含一第一調節單元(111)、一第二調節單元(112)及一連接所述第一調節單元(111)及所述第二調節單元(112)的比較單元(113)，所述模擬調節電路通過所述比較單元(113)對所述第一調節單元(111)及所述第二調節單元(112)進行信號比較而獲得所述粗調節信號(rough)。
6.根據權利要求1所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述細調節單元(12)通過一斜率調整的鋸齒波比較電路對一參考電壓(Vref)進行信號比較，而獲得所述細調節信號(fine)。
7.根據權利要求6所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路(10)，其特徵在於，所述細調節單元(12)具有一斜率調整器，所述斜率調整器用以對所述細調節信號 (fine)分析產生一微調信號後反饋，以進行微調。
8.一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法，其應用於一同步整流電路中， 控制所述同步整流電路中的一死區時間，所述具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法的特徵在於包含以下步驟將一同步信號(SYNC)進行粗調節，通過一粗調節單元(11)對輸入的同步信號(SYNC) 進行粗調節，並且得到一粗調節信號(rough)；將所述粗調節信號(rough)輸入至一細調節單元(12)，通過所述細調節單元(12)對所述粗調節信號(rough)進行細微調整後輸出一細調節信號(fine)；將所述細調節信號(fine)經過一斜率分析器，得到一微調信號後重新傳回給所述細調節單元(12)進行微調，以得到一調整後的細調節信號(fine)；分別將所述粗調節信號(rough)及所述細調節信號(fine)經由一信號合成單元(13) 進行信號分析，而得一控制信號(CS)；及通過所述控制信號(CS)控制所述同步整流電路中的電晶體(31)開關，由此調整所述死區時間。
9.根據權利要求8所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法，其特徵在於，使用一數字粗調節的方式對所述同步信號(SYNC)進行粗調節，所述數字粗調節的方式是指利用一時鐘脈衝信號(clkl、clk2)的頻率來對所述同步信號(SYNC)進行記數比較。
10.根據權利要求8所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法，其特徵在於，使用一模擬粗調節的方式對所述同步信號(SYNC)進行粗調節。
11.根據權利要求8所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法，其特徵在於，使用一斜率調整的鋸齒波比較方法進行細調節，所述鋸齒波比較方法為通過一鋸齒波比較電路與一參考電壓(Vref)做比較，進而取得所述細調節信號(fine)。
12.根據權利要求11所述的具有粗調節功能及細調節功能的死區調整方法，其特徵在於，所述細調節信號(fine)通過一斜率調整機制重新校準所述細調節信號(fine)的責任周期。
全文摘要
本發明涉及一種具有粗調節功能及細調節功能的死區調整電路及方法，其應用於一同步整流電路中，利用一粗調節單元及一細調節單元來最佳化同步整流電路中的死區時間，首先，利用粗調節功能完成初步且較大的死區時間控制，並得到一粗調節信號，在將該控制信號傳遞至細調節功能通過模擬逼近的方式做細微的死區時間調整，以達成最佳化的死區時間，本發明通過粗調節功能完成較長的死區時間控制，再經由細調節功能對死區時間進行微調至最佳化，不僅可精準地控制死區時間以降低轉換效率上的損耗，也節省了電路組件的成本。
文檔編號H02M3/335GK102195483SQ201010129039
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者李德章 申請人:矽創電子股份有限公司