[发明专利]谐振转换装置及其同步整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振转换装置，特别是指一种具同步整流功能的谐振转换 装置及其同步整流电路。

背景技术

谐振转换装置是应用在电源产品上，而为了提高谐振转换装置的效率，通 常会搭配输出端同步整流电路来设计。并且，针对同步整流电路的驱动效果之 好坏是会直接影响谐振转换装置的功率转换效率，甚至影响在轻载或空载时的 稳定性。

而目前较常看见的谐振转换装置，大多是采用二极管来做为同步整流电 路，如图1所示，为习知技术半桥LLC谐振转换装置的电路示意图。谐振转 换装置包括：一半桥转换电路91、一谐振电路(Resonant Circuit)92、一同步整 流电路93及一输出电路94。其中，半桥转换电路91是由第一开关晶体管Q1 及第二开关晶体管Q2所组成的半桥架构，并且连接于一电压源Vin及谐振电 路92之间，而第一开关晶体管Q1及第二开关晶体管Q2是依据一开关信号 (HVG及LVG)来进行交互运作。谐振电路92是进一步包含一变压器Tr，并且 为一LLC架构的谐振电路，其中变压器Tr的二次侧线圈是具有一第一绕组及 一第二绕组；而LLC架构是由一谐振电感Lr、一激磁电感(由变压器Tr的一 次侧线圈提供)及一谐振电容Cr所组成。同步整流电路93则是包含一第一整 流二极管SD1及一第二整流二极管SD2，以分别对应连接于第一绕组及第二 绕组，并连接输出电路94。如此一来，便可藉由一次侧第一开关晶体管Q1及 第二开关晶体管Q2的交互运作，而将能量由一次侧传送至二次侧。

但是由于同步整流电路使用二极管的设计会导致较高的导通损失 (Conduction Loss)，因此目前更已发展出采用整流晶体管搭配闸极驱动芯片的 设计来取代整流二极管。请参考图2，为习知技术同步整流电路中整流晶体管 与驱动芯片的电路连接示意图。其中，以实际上的同步整流电路93’来讲，第 一整流晶体管SR1及第二整流晶体管SR2是用来取代原本第一整流二极管 SD1及第二整流二极管SD2，并且分别再搭配连接一驱动芯片IC，以接受驱 动芯片IC的驱动。而在图2中仅以一个驱动芯片IC来代表说明驱动芯片IC 与第一整流晶体管SR1(或第二整流晶体管SR2)之间的架构关系。其中，第一 整流晶体管SR1及第二整流晶体管SR2是为金属氧化半导体场效应晶体管 (MOSFET)。驱动芯片IC透过检测第一整流晶体管SR1(或第二整流晶体管SR2) 的漏源电压(Vds)来间接进行检测电流，以依据所检测的电压信号来产生或关 断驱动信号SR1_D(或SR2_D)，而控制第一整流晶体管SR1(或第二整流晶体 管SR2)导通或截止。

然而，由于金属氧化半导体场效应晶体管的封装电感及电路板上电路走线 的引线寄生电感(Lσ1及Lσ2)会影响驱动芯片IC检测电流的结果，于是驱动 芯片IC所产生的驱动信号SR1_D(或SR2_D)便可能因而产生提前关断的现象， 让谐振转换装置的同步整流效果不彰，进而影响谐振转换装置的转换效率。

请再参考图3，为习知技术半桥LLC谐振转换装置的运作波形图。透过图 3可以进一步清楚了解半桥LLC谐振转换装置在搭配整流晶体管及驱动芯片 时的运作状态。其中，由于半桥LLC谐振转换装置的前半周期与后半周期之 间是具有对称性，因此以下就仅以前半周期来举例说明。

假设半桥LLC谐振转换装置上的组件都为理想状况，而依据时间点来区 分不同的状态的分析如下：

状态(t0～t1)：时间t0为一个谐振周期重新开始的时间。而在此状态下的第 一开关晶体管Q1及第二开关晶体管Q2皆截止，并且谐振电流(iLr)先流经第 一开关晶体管Q1的结电容(图未示)，直至第一开关晶体管Q1的漏源电压(Vds) 为零，谐振电流(iLr)再流经第一开关晶体管Q1的本体二极管(图未示)。其中， 谐振电流(iLr)是以近似正弦波的形式慢慢增加，而激磁电感上的电流(iLm)则以 线性形式上升。而另一方面，由于变压器Tr二次侧的电压信号开始反转，第 二整流晶体管SR2开始导通，，因而在此狀态下，激磁电感的电压被输出电压 Vout所箝制，所以只有谐振电感Lr与谐振电容Cr产生谐振，并且谐振电流(iLr) 会大于激磁电感上的电流(iLm)，而成为流经第二整流晶体管SR2的电流 (iSR2)。最后，当时间为t1时，开关信号HVG会控制第一开关晶体管Q1在 零电压条件下导通。