本发明公开了一种配置于一具有一同步整流开关、一控制器与一负载之电路的补偿装置与其方法。其中该同步整流开关包括一第一端、串联电连接于该第一端之一第一电感、一第二端与串联电连接于该第二端之一第二电感,该控制器耦合于该第一与该第二电感,且该装置包含一电压源,具一正极端与一负极端,其中该正极端耦合于该控制器,且该负极端耦合于该第二电感,用以提供一补偿电压以消除或降低该第一与该第二电感对于该第一端与该第二端间的一电压值的影响。
1.一种同步整流电路,其特征在于,包含:一变压器;一输出级;一负载;一同步整流开关,具一第一端与一第二端,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间;一第一电感包含一第一与一第二端,其中该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端;一第二电感包含一第一与一第二端,其中该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端;一控制器,耦合于该第一与该第二电感,且接收与比较一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之感测电压信号、一门坎电压信号与一补偿电压信号,以获得一控制信号用于控制该同步整流开关,其中该感测电压信号反映了该同步整流开关之该第一端和该第二端之间的一电压;以及一补偿装置,用以提供该补偿电压信号,以消除或降低该第一与该第二电感对于该感测电压信号之一影响,该补偿装置包括:一第一电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之一端,用于采样该负载之输出电流;一第二电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该第一电阻之该第二端;一第三电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之另一端;以及一运算放大器,具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端,其中该第一输入端耦合于该第二电阻之该第一端,该第二输入端耦合于该第三电阻之该第二端,该输出端耦合于该控制器与该第二电阻之该第二端,用以提供该补偿电压信号。
2.一种同步整流电路,其特征在于,包含:一变压器;一输出级;一同步整流开关,具一第一端与一第二端,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间;一第一电感包含一第一与一第二端,其中该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端;一第二电感包含一第一与一第二端,其中该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端;一控制器,耦合于该第一与该第二电感,且接收与比较一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之感测电压信号、一门坎电压信号与一补偿电压信号,以获得一控制信号用于控制该同步整流开关,其中该感测电压信号反映了该同步整流开关之该第一端和该第二端之间的一电压;以及一补偿装置,用以提供该补偿电压信号,以消除或降低该第一与该第二电感对于该感测电压信号之一影响,其中该补偿装置是一补偿电压源或一电压补偿装置。
3.如权利要求2所述的同步整流电路,其特征在于,该第一与该第二电感为一第一与一第二寄生电感或者一第一与一第二外加电感,且该感测电压信号之中包含有该第一与该第二电感之该影响在内。
4.如权利要求3所述的同步整流电路,其特征在于,当该第一与该第二电感为一第一与一第二外加电感时,该第一或该第二外加电感之一电感值可以为零。
5.如权利要求2所述的同步整流电路,其特征在于,该控制器更包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压信号之门坎电压源,该比较器之该第一输入端接收一第一合成信号,其中该第一合成信号由该第一电感之该第一端之一电压信号与该补偿电压信号加总所得,该比较器之该第二输入端接收一第二合成信号,其中该第二合成信号由该第二电感之该第二端之一电压信号与该门坎电压信号加总所得,且该输出端用于产生该控制信号。
6.如权利要求2所述的同步整流电路,其特征在于,该控制器更包括一具一第一与一第二输入端和一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压信号之门坎电压源,该比较器之该第一输入端接收该第一电感之该第一端之一电压信号,该比较器之该第二输入端接收一第三合成信号,其中该第三合成信号由该第二电感之该第二端之一电压信号与该门坎电压信号以及该补偿电压信号加总所得,且该输出端用于产生该控制信号。
7.如权利要求6所述的同步整流电路,为一反驰转换器,其特征在于,该补偿装置为该补偿电压源,且该补偿电压信号之一电压值为一常数。
8.如权利要求6所述的同步整流电路,为一具有一负载之谐振转换器,其特征在于,该补偿装置为该电压补偿装置,且该电压补偿信号为一反映该谐振转换器之负载的信号。
9.如权利要求8所述的同步整流电路,其特征在于,该谐振转换器为一LLC谐振转换器,该LLC谐振转换器之一工作频率为fs、该第一电感之一电感值为L1、该第二电感之一电感值为L2、该电路之一输出电流为Io,在一特定时刻t时,提供该补偿电压信号为Vcomp=(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2π*fs*t),且透过该控制器控制该同步整流开关的开通与关断。
10.如权利要求9所述的同步整流电路,其特征在于,该控制器控制该同步整流开关于该特定时刻t=1/(2fs)时关断。
11.如权利要求8所述的同步整流电路,其特征在于,该电压补偿装置包括:一第一电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之一端,用于采样该负载之输出电流;一第二电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该第一电阻之该第二端;一第三电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之另一端;以及一运算放大器,具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端,其中该第一输入端耦合于该第二电阻之该第一端,该第二输入端耦合于该第三电阻之该第二端,且该输出端耦合于该控制器与该第二电阻之该第二端,用以提供该补偿电压信号。
12.一种用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该同步整流开关包括一第一端和一第二端,该电路更包含一变压器、一输出级、一负载、一具有一第一与一第二端之一第一电感、一具有一第一与一第二端之一第二电感、一耦合于该第一与该第二电感之控制器和一补偿装置,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端,该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端,该控制器获得一控制信号用于控制该同步整流开关,该补偿装置包括各具有一第一与一第二端之一第一电阻、一第二电阻与一第三电阻和具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端之一运算放大器,该第一电阻之该第一端耦合于该负载之一端,用于采样该负载之输出电流,该第二电阻之该第一端耦合于该第一电阻之该第二端,该第三电阻之该第一端耦合于该负载之另一端,该第一输入端耦合于该第二电阻之该第一端,该第二输入端耦合于该第三电阻之该第二端,该输出端耦合于该控制器与该第二电阻之该第二端,该输出端用以提供一补偿电压值,且该补偿电压值反映该负载,该方法包含下列之步骤:(a)使该控制器接收一门坎电压值VTH、该补偿电压值Vcomp与一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之一感测电压值VDS,其中该感测电压值VDS反映了该同步整流开关之该第一端和该第二端之间的一电压值;以及(b)使该控制器比较该感测电压值VDS、该门坎电压值VTH与该补偿电压值Vcomp,以获得该控制信号,俾据以在一特定时刻导通或关断该同步整流开关,其中该补偿电压值Vcomp是用以减轻或者消除该感测电压值VDS受到该第一与该第二电感之一影响。
13.一种用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该同步整流开关包括一第一端和一第二端,该电路更包含一变压器、一输出级、一具有一第一与一第二端之一第一电感、一具有一第一与一第二端之一第二电感、一耦合于该第一与该第二电感之控制器和一补偿装置,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端,该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端,该控制器获得一控制信号用于控制该同步整流开关,该补偿装置是一补偿电压源或一电压补偿装置,该补偿装置用以提供一补偿电压值Vcomp,该方法包含下列之步骤:(a)使该控制器接收一门坎电压值VTH、该补偿电压值Vcomp与一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之一感测电压值VDS,其中该感测电压值反映了该同步整流开关之该第一端和该第二端之间的一电压值;以及(b)使该控制器比较该感测电压值VDS、该门坎电压值VTH与该补偿电压值Vcomp,以获得该控制信号,俾据以在一特定时刻导通或关断该同步整流开关,其中该补偿电压值Vcomp是用以减轻或者消除该感测电压值VDS受到该第一与该第二电感之一影响。
14.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该第一与该第二电感为一第一与一第二寄生电感或者一第一与一第二外加电感。
15.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该控制器包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压值VTH之门坎电压源,该补偿装置为具一第一端与一第二端之该补偿电压源,该第一输入端耦合于该第一电感之该第一端,该第二输入端耦合于该门坎电压源之该正极端,该补偿电压源之该第二端耦合于该门坎电压源之该负极端,该补偿电压源之该第一端耦合于该第二电感之该第二端,该输出端用于产生该控制信号,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)比较VDS,Vcomp及VTH,以产生该控制信号。
16.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该控制器包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压值VTH之门坎电压源,该补偿装置为具一第一端与一第二端之该补偿电压源,该第一输入端耦合于该补偿电压源之该第二端,该补偿电压源之该第一端耦合于该第一电感之该第一端,该第二输入端耦合于该门坎电压源之该正极端,该门坎电压源之该负极端耦合于该第二电感之该第二端,该输出端用于产生该控制信号,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)比较VDS,Vcomp及VTH,以产生该控制信号。
17.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该步骤(b)更包括下列之步骤:(b1)提供该同步整流开关之一导通电阻Rdson与流经该同步整流开关之一导通电流iDS;以及(b2)当VTH的绝对值大于等于iDS*Rdson的绝对值时,关断该同步整流开关。
18.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该电路为一谐振转换器,该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,且该步骤(b)更包括下列之步骤:(b1)提供该转换器之一工作频率fs、该第一电感之一电感值L1、该第二电感之一电感值L2、该转换器之一输出电流Io与一时刻t;以及(b2)提供该补偿电压值Vcomp=-(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)于该第一电感之该第一端或该补偿电压值Vcomp=(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)于该第二电感之该第二端。
19.如权利要求18所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该谐振转换器更包括一负载,且该补偿电压值Vcomp反映该负载。
20.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该控制器为一数字信号处理器DSP。
21.如权利要求13所述的用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其特征在于,该电路为一反驰转换器,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)提供该补偿电压值Vcomp于该第二电感之该第二端,其中该补偿电压值Vcomp为一常数。技术领域
本发明涉及一种用于同步整流开关的补偿装置,尤指一种用于同步整流开关的电压补偿装置。
背景技术
同步整流电路可用于改善开关电源供应装置的效率,特别是在低电压较大输出电流的应用方面。因此,同步整流电路的应用日益广泛,且其缺点之改善也越来越受到重视。例如,图1所示即为一现有技术的具有一同步整流开关且不具有寄生电感的反驰式转换器之电路示意图。其中,该反驰式转换器接收一输入电压Vin,且包含一输入电容Ci、一转换电路级,一变压器Tr,一同步整流电路,一输出电路级以及一负载RL。该转换电路级包括一电阻Rs、一电容Cs与一晶体管Q0。该同步整流电路包括一同步整流开关Q1,其具有一第一端D、一第二端S与一控制端G(例如一MOSFET,其中D为其汲极,S为其源极,G为其闸极),电阻Rdc、Rg与RMOT、一电容Cdc和一控制器U1(例如一IC:IR1166S)。该输出电路级包含一输出电容Co。通常,端点D与S之间的一电压VDS被认为等于iDS*Rdson,其意谓VDS是与iDS成线性地比例,其中Rdson是Q1导通时之电阻值。亦即:VDS=Rdson*(iDS)xa0xa0xa0xa0(1)图2所示为图1中的同步整流开关Q1之相对应的波形。VTH1为一门坎电压,且VG为Q1之闸极电压。当VDS≥VTH1时,Q1被关断。然而,事实上,当考虑一现有技术的具有一同步整流开关之汲极以及源极串联有电感时,例如一同步整流开关之汲极以及源极具有寄生电感之反驰式转换器(如图3所示,除一第一与一第二寄生电感L1与L2外,其余组件与图1中相同)时,其经采样检测而得到之:VDS=iDS*Rdson+(L1+L2)*d(iDS)/dtxa0xa0xa0xa0(2)图4所示为图3中同步整流开关Q1之相对应的波形。其中VDS1是在考虑寄生电感的情况下,所采样得到的Q1的DS电压;VG1是在考虑寄生电感的情况下,Q1的驱动电压;VDS2是在不考虑寄生电感的情况下,所采样得到的Q1的DS电压;而VG2是在不考虑寄生电感的情况下,Q1的驱动信号。因此在考虑与不考虑寄生电感的两种状况下,其间确实存有明显之差距。当然也不排除在具体应用时会在同步整流开关的汲极以及源极串联有外加电感,也即此时图3中L1与L2为第一外加电感和第二外加电感,如果仍旧采样端点D与S之间的电压VDS,则第一外加电感和第二外加电感对电压VDS的影响与图3中的第一与第二寄生电感L1与L2对电压VDS的影响相同。另外,外加电感L1或L2可以为零。图5所示为一现有技术的具有同步整流开关之谐振转换器的电路图,其中,该谐振转换器接收一输入电压Vi,且包含切换开关Q1与Q2,一转换电路级,一变压器Tr,一同步整流电路,一输出电路级以及一负载RL。该转换电路级包括一电容Cs、一谐振电感Ls(其谐振电压为Vr,其谐振电流为ir),与一激磁电感Lm,而其激磁电流为im。该同步整流电路包括二个同步整流开关S1(包含一体二极管D1与一电容C1,流经S1之电流为is1)与S2(包含一体二极管D2与一电容C2,流经S2之电流为is2)。该输出电路级包含一输出电容Co,起着输出滤波的作用。当然在实际应用时,输出电路级可以更包含在输出电容Co以及负载之间连接的一级甚至多级由电感,电容等组成的滤波电路。图6为如图5所示的该谐振转换器的相关波形图,其中,Vgp为变压器Tr的一次侧开关(Q1与Q2)之闸极电压,而Vgs为变压器Tr的二次侧开关(同步整流开关S1与S2)之闸极电压。如图6所示,在一谐振转换器中,其流经变压器Tr二次侧之同步整流开关(例如S1与S2)的电流,是类近于正弦波的。因此,(L1+L2)*d(iDS)/dt是依据不同的负载条件而变动的。职是之故,发明人鉴于习知技术的缺失,乃思及改良发明的意念,终能发明出本案之「用于同步整流控制之补偿装置及其方法」。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于一同步整流开关之电压补偿装置以及其方法。藉由提供一补偿电压以消除或降低该同步整流开关因其源极与汲极的串联电感例如寄生电感而对其源极与汲极间之一电压值所产生的影响。本发明的又一主要目的在于提供一种同步整流电路,包含:一同步整流开关,具一第一端与一第二端,一第一电感包含一第一与一第二端,其中该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端,一第二电感包含一第一与一第二端,其中该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端,一控制器,耦合于该第一与该第二电感,且接收与比较一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之感测电压信号、一门坎电压信号与一补偿电压信号,以获得一控制信号用于控制该同步整流开关,其中该感测电压信号反映了该同步整流开关的该第一端和该第二端之间的一电压,以及一补偿装置,提供该补偿电压信号至该第一电感的第一端或该第二电感的第二端,所述补偿装置在一特定时刻t时,产生的补偿电压信号Vcomp的绝对值可表示为:|V_comp|=|(L1+L2)*2πf_s*I_o*cos(2πf_s*t)|该同步整流电路的工作频率为fs、该第一电感之一电感值为L1、该第二电感之一电感值为L2、该电路之一输出电流为Io;以消除或降低该第一与该第二电感对于该感测电压信号的一影响。根据上述之构想,该第一与该第二电感为一第一与一第二寄生电感或者一第一与一第二外加电感,且该感测电压信号之中包含有该第一与该第二电感之该影响在内。根据上述之构想,当该第一与该第二电感为一第一与一第二外加电感时,该第一或该第二外加电感之一电感值可以为零。根据上述之构想,该控制器更包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压信号之门坎电压源,该比较器之该第一输入端接收一第一合成信号,其中该第一合成信号由该第一电感之该第一端之一电压信号与该补偿电压信号加总所得,该比较器之该第二输入端接收一第二合成信号,其中该第二合成信号由该第二电感之该第二端之一电压信号与该门坎电压信号加总所得,且该输出端用于产生该控制信号。根据上述之构想,该控制器更包括一具一第一与一第二输入端和一输出端之比较器及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压信号之门坎电压源,该比较器之该第一输入端接收该第一电感之该第一端之一电压信号,该比较器之该第二输入端接收一第三合成信号,其中该第三合成信号由该第二电感之该第二端之一电压信号与该门坎电压信号以及该补偿电压信号加总所得,且该输出端用于产生该控制信号。根据上述之构想,该电路为具有一变压器与一输出级之一反驰转换器,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,且该补偿电压信号之一电压值为一常数。根据上述之构想,该电路为一具有一变压器、一输出级与一负载之谐振转换器,其中该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,且该电压补偿信号为一反映该谐振转换器之负载的信号。根据上述之构想,该谐振转换器为一LLC谐振转换器,该同步整流电路的工作频率fs为该LLC谐振转换器的工作频率,该控制器控制该同步整流开关的开通与关断。根据上述之构想,该控制器控制该同步整流开关于该特定时刻t=1/(2fs)时关断。根据上述之构想,该补偿装置包括:一第一电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之一端,用于采样该负载之输出电流,一第二电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该第一电阻之该第二端,一第三电阻,具一第一端与一第二端,其中该第一端耦合于该负载之该另一端,以及一运算放大器,具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端,其中该第一输入端耦合于该第二电阻之该第一端,该第二输入端耦合于该第三电阻之该第二端,且该输出端耦合于该控制器与该第二电阻之该第二端,用以提供该补偿电压信号。本发明的另一主要目的在于提供一种用于一具有一同步整流开关之电路的补偿方法,其中该同步整流开关包括一第一端和一第二端,该电路更包含一具有一第一与一第二端之一第一电感以及一具有一第一与一第二端之一第二电感,其中该第一电感之该第二端连接于该同步整流开关之该第一端,该第二电感之该第一端连接于该同步整流开关之该第二端,该方法包含下列之步骤:(a)提供一门坎电压值VTH、一补偿电压值Vcomp与一经测量所得之该第一电感之该第一端与该第二电感之该第二端之间之一感测电压值VDS,其中该感测电压值反映了该同步整流开关之该第一端和该第二端之间的一电压值;以及(b)比较该感测电压值VDS、该门坎电压值VTH与该补偿电压值Vcomp,以获得一控制信号,俾据以在一特定时刻导通或关断该同步整流开关,其中该补偿电压值Vcomp是用以减轻或者消除该感测电压值受到该第一与该第二电感之一影响。根据上述之构想,该第一与该第二电感为一第一与一第二寄生电感或者一第一与一第二外加电感。根据上述之构想,该电路更包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器、一具一第一端与一第二端,且用于提供该补偿电压值Vcomp之补偿电压源及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压值VTH之门坎电压源,该第一输入端耦合于该第一电感之该第一端,该第二输入端耦合于该门坎电压源之该正极端,该补偿电压源之该第二端耦合于该门坎电压源之该负极端,该补偿电压源之该第一端耦合于该第二电感之该第二端,该输出端用于产生该控制信号,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)比较VDS,Vcomp及VTH,以产生该控制信号。根据上述之构想,该电路更包括一具一第一与一第二输入端与一输出端之比较器、一具一第一端与一第二端,且用于提供该补偿电压值Vcomp之补偿电压源及一具一正极端与一负极端,且用于提供该门坎电压值VTH之门坎电压源,该第一输入端耦合于该补偿电压源之该第二端,该补偿电压源之该第一端耦合于该第一电感之该第一端,该第二输入端耦合于该门坎电压源之该正极端,该门坎电压源之该负极端耦合于该第二电感之该第二端,该输出端用于产生该控制信号,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)比较VDS,Vcomp及VTH,以产生该控制信号。根据上述之构想,该步骤(b)更包括下列之步骤:(b1)提供该同步整流开关之一导通电阻Rdson与流经该同步整流开关之一导通电流iDS;以及(b2)当VTH的绝对值大于等于iDS*Rdson的绝对值时,关断该同步整流开关。根据上述之构想,该电路为具有一变压器与一输出级之一谐振转换器,该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,且该步骤(b)更包括下列之步骤:(b1)提供该转换器之一工作频率fs、该第一电感之一电感值L1、该第二电感之一电感值L2、该转换器之一输出电流Io与一时刻t;以及(b2)提供该补偿电压值Vcomp=-(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)于该第一电感之该第一端或该补偿电压值Vcomp=(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)于该第二电感之该第二端。根据上述之构想,该电路更包括一控制器,且该控制器耦合于该第一与该第二电感。根据上述之构想,该控制器为一数字信号处理器DSP。根据上述之构想,该电路为具有一变压器与一输出级之一反驰转换器,该同步整流开关耦合于该变压器与该输出级之间,且该步骤(b)更包括一步骤(b1)提供该补偿电压值Vcomp于该第二电感之该第二端,其中该补偿电压值Vcomp为一常数。为了让本发明之上述目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下:
附图说明
图1:是现有技术的具有一同步整流开关且不具有寄生电感的反驰式转换器的电路示意图;图2:是如图1中的同步整流开关Q1之相对应的波形;图3:是现有技术的具有一同步整流开关且具有寄生电感的反驰式转换器的电路示意图;图4:是如图3中的同步整流开关Q1的相对应的波形;图5:是现有技术的具有同步整流开关的谐振转换器的电路图;图6:是如图5所示的该谐振转换器的相关波形图;图7:是一依据本发明的基本原理的第一等效电路图;图8:是一依据本发明的基本原理的第二等效电路图;图9:是现有技术的具有同步整流开关与寄生电感的谐振转换器的电路图;图10:是如图9所示的该谐振转换器的相关波形图;图11:是当如图9所示的该谐振转换器中之Q1导通时,在D与S之间的部分电路图;图12:是一依据本发明构想的第一较佳实施例的具有寄生电感与电压补偿电路的谐振转换器的部分电路示意图;图13:是一依据本发明构想的第二较佳实施例的具有寄生电感与电压补偿功能的谐振转换器的部分电路示意图;以及图14:是一依据本发明构想的第三较佳实施例的具有寄生电感与电压补偿电路的返驰转换器的电路示意图。
具体实施方式
请参阅图7,其为本发明的一基本原理的第一等效电路图,其为一比较器,在VDS(=VD-VS)与一门坎值VTH比较之前,先在VS端加上一与iDS(即-iSD)有关之补偿电压Vcomp,以减低或消除寄生电感的影响。请再参阅图8,其为本发明的一基本原理的第二等效电路图,其亦为一比较器,在VDS(=VD-VS)与一门坎值VTH比较之前,先在VD端加上一与iDS有关之补偿电压Vcomp,以减低或消除寄生电感的影响。其中图7与图8中Vcomp的大小以及正负(即Vcomp大于零或者小于零)取决于所需减低或消除寄生电感的影响。在图9中,其所示为一现有技术的具有同步整流开关与串联电感例如寄生电感之谐振转换器(例如一LLC串联谐振转换器)的电路图,其中,该谐振转换器与图5所示的谐振转换器之不同处仅在于Tr一次侧的切换开关改为S1与S2,其闸极电压分别为Vgs1与Vgs2,图5中的激磁电感Lm被Tr之一次侧线圈np所取代,Tr二次侧之线圈显示为ns1与ns2,二次侧之整流开关为Q1与Q2,其闸极电压分别为VgQ1与VgQ2。以下以整流开关Q1为例说明如何减小寄生电感对Q1关断的影响。寄生电感L1与L2分别串联电连接于Q1之汲极与源极,且分别耦合于一控制器(U1,例如IC:IR1166S)于耦合端点D及S,其谐振电流ir、输出电流io与自S流经D之电流iDS均有显示。图10为如图9所示的该谐振转换器的相关波形图,其中VDS领先iDS(即-iSD)某一角度(其为一相角)。因此,当VDS等于VTH1时,iDS还小于VTH1/Rdson(iDS的绝对值大于VTH1/Rdson的绝对值),而此时Q1经被关断了,也就是说Q1被提前关断了而iDS还未到零,这样会加大电路的损耗。图11为当如图9中所示的Q1导通时,在D与S之间的L1、Rdson与L2的电路图,其中iDS(t)为在某一时间点t时的iDS值,且其正方向为由D端流向S端。其中,iDS(t)=(π/2)Io*sin(2πfs*t)xa0xa0xa0xa0(3)VL=(L1+L2)(diDS(t)/dt)=(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)xa0xa0xa0xa0(4)VDS=Rdson*iDS(t)+VLxa0xa0xa0xa0(5)当t=1/(2fs)时,VL=-(L1+L2)*π2Io*fsxa0xa0xa0xa0(6)此时,根据图7所示的方法来设定补偿电压Vcomp=-VL=(L1+L2)*π2Io*fsxa0xa0xa0xa0(7)而根据图8所示的方法来设定补偿电压Vcomp=VL=-(L1+L2)*π2Io*fsxa0xa0xa0xa0(8)在以上之公式中,fs为该谐振转换器之工作频率,Rdson*iDS(t)为Q1通态电阻Rdson上之电压降,而VL=VL1+VL2,其中VL1为L1上之电压降,而VL2为L2上之电压降。如图12所示,其为依据本发明构想的第一较佳实施例之具有寄生电感与电压补偿电路的谐振转换器的部分电路示意图,其仅显示变压器Tr之二次侧以后的电路,其变压器Tr的一次侧的电路与图9变压器Tr的一次侧电路相同,而其与图9变压器Tr的二次侧以后的电路的不同处仅在于控制器U1的第6个接脚由耦合于端点S改为耦合于一电压补偿电路,以接收一补偿电压Vcomp。该电压补偿电路包括电阻R101、R142、R143与R170以及一运算放大器(例如:IC136)。由于补偿的方法类似图7中所示的方法,根据上述的公式(7):Vcomp=-VL=(L1+L2)*π2Io*fs=Io*R101*(R143+R142)/R142xa0xa0xa0xa0(9)R143=(R142/R101)((L1+L2)*π2fs-R101)xa0xa0xa0xa0(10)Io可藉由R101、R142、R143与该运算放大器IC136来采样检测并据以补偿VL。因为VL与输出电流Io存在一定的比例关系,为了要在一特定时刻t=1/2fs时关断Q1,亦即是说,其时iDS几乎等于0,R101为负载,其值为已知,故可利用公式(7)以选择R142与R143。如此一来,寄生电感L1与L2的影响就减低了。当然,Io亦可使用其它方法来检测,例如可使用在变压器Tr的一次侧的一个电流变压器(CT)来检测该输出电流Io。如图13所示,其为依据本发明构想的第二较佳实施例的具有寄生电感与电压补偿功能的谐振转换器之部分电路示意图,其仅显示变压器Tr的二次侧以后的电路,而其与图9变压器Tr的二次侧以后的电路的不同处仅在于控制器U1被一数字控制单元(例如一数字信号处理器:DSP)所取代。而该电路的各个时刻的工作特性可于被演绎后,提前存储于该数字控制单元。因此,在寄生电感之上的电压,可依据相关公式而被补偿。例如,在一LLC串联谐振转换器中,依据前述的公式:VL=(L1+L2)(diDS(t)/dt)=(L1+L2)*π2Io*fs*cos(2πfs*t)xa0xa0xa0xa0(4)当Io被检测后,VL在每一时间点都可以被预先计算出来并存储于该数字控制单元。于是,在各个时间点VDS都可以根据上面的公式作补偿,因此VSDr=-VDS-VLxa0xa0xa0xa0(11)这样,去除了寄生电感的影响后,当VSDr大于一特定之门坎值时,同步整流开关即在合适的时间点被关断。如图14所示,其为依据本发明构想的第三较佳实施例的具有寄生电感与电压补偿电路之返驰转换器的电路示意图。其与图3的不同,仅在于图14具有一电压补偿电路(其为一电压信号Vcomp,其正极端接至控制器U1的第6接脚,其负极端接至第二寄生电感L2,相当于一如图7所示之直流电压源)。对于返驰转换器而言,当其工作在PWM的模式下,iDS(t)在一次侧开关Q0关断后,其斜率几乎不发生变化,也就是说diDS(t)/dt几乎维持不变,因此当该反驰转换器被一集成电路控制器(例如IR1166S)所控制时,一恒定的补偿电压Vcomp可被加在第6接脚之VS端点。当然,为了减低寄生电感的影响,一门坎值亦可被调整以预先补偿寄生电感的电压。例如,前述图8所示,即为本发明此一基本原理的等效电路图。前述的所有较佳实施例,均聚焦于同步整流开关之关断,但是本发明所提供的方法亦可使用于同步整流开关的导通,或是使用于当同步整流开关导通时的每一时间点。综上所述,本发明提供一种用于一同步整流开关的电压补偿装置以及其方法,藉由提供一补偿电压以消除或降低该同步整流开关因其源极与汲极的串联电感例如寄生电感而对其源极与汲极间的一电压值所产生之影响,故其确实具有进步性与新颖性。是以,纵使本案已由上述的实施例所详细叙述而可由熟悉本技艺之人士任施匠思而为诸般修饰,然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。