TWI771126B - 突波抑制電路、功率轉換器，及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種突波抑制電路，包括：一寬帶隙電晶體、一第一電晶體、一箝位電路，以及一電容器。寬帶隙電晶體為空乏型。第一電晶體係串聯耦接至寬帶隙電晶體。箝位電路可提供一電位差，並耦接至寬帶隙電晶體和第一電晶體之間之一共同節點。電容器可提供一供應電位給箝位電路。當第一電晶體為關閉狀態時，電容器將能回收共同節點處之突波能量。

Description

突波抑制電路、功率轉換器，及其控制方法
本發明係關於一種突波抑制電路，特別係關於一種可節省能源之突波抑制電路。
隨著半導體製程之進步，寬帶隙(Wide Bandgap)之功率裝置有越來越普及地應用方式。然而，在先前一些電路設計中，寬帶隙之功率裝置與其搭配之電晶體卻有容易產生突波(Spike)之缺點，其將導致額外之功率消耗，同時造成整體系統之穩定度降低。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。
在較佳實施例中，本發明提出一種突波抑制電路，包括：一寬帶隙電晶體，其中該寬帶隙電晶體為空乏型；一第一電晶體，串聯耦接至該寬帶隙電晶體；一箝位電路，提供一電位差，並耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及一電容器，提供一供應電位給該箝位電路；其中當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一控制電路，根據該供應電位來產生一選擇電位，使得該突波抑制電路操作於一初始模式或一穩定模式。
在一些實施例中，該供應電位加上該電位差係大於該寬帶隙電晶體之一臨界電位之一絕對值。
在一些實施例中，該寬帶隙電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該寬帶隙電晶體之該控制端係耦接至一控制節點，該寬帶隙電晶體之該第一端係耦接至該共同節點，而該寬帶隙電晶體之該第二端係耦接至一外部節點。
在一些實施例中，該第一電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該第一電晶體之該控制端係用於接收一脈衝寬度調變電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一連接節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該共同節點。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該連接節點，而該第一電阻器之該第二端係耦接至一接地電位。
在一些實施例中，該電容器具有一第一端和一第二端，該電容器之該第一端係耦接至一供應節點以輸出該供應電位，而該電容器之該第二端係耦接至一接地電位。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一低壓差穩壓器，耦接至該供應節點，其中該低壓差穩壓器係用於穩定該供應電位。
在一些實施例中，該箝位電路包括：一第一齊納二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一齊納二極體之該陽極係耦接至該供應節點，而該第一齊納二極體之該陰極係耦接至一內部節點；以及一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至該共同節點，而該第一二極體之該陰極係耦接至該內部節點。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一第二齊納二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二齊納二極體之該陽極係耦接至一接地電位，而該第二齊納二極體之該陰極係耦接至該控制節點。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該選擇電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一接地電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該控制節點；以及一大電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該大電阻器之該第一端係耦接至該控制節點，而該大電阻器之該第二端係耦接至該共同節點。
在一些實施例中，該控制電路具有磁滯特性，當該供應電位上升至一啟動閾值時，該選擇電位即變為高邏輯位準，而當該供應電位下降至一關閉閾值時，該選擇電位即變為低邏輯位準。
在一些實施例中，該控制電路包括：一分壓電路，包括串聯耦接之一第二電阻器和一第三電阻器，其中該分壓電路係根據該供應電位來產生一分壓電位；一磁滯比較器，比較該分壓電位與一第一閾值或一第二閾值，以產生一比較電位；以及一反相器，將該比較電位反相，以產生該選擇電位。
在一些實施例中，該寬帶隙電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該寬帶隙電晶體之該控制端係耦接至一接地電位，該寬帶隙電晶體之該第一端係耦接至該共同節點，而該寬帶隙電晶體之該第二端係耦接至一外部節點。
在一些實施例中，該突波抑制電路更包括：一切換器，具有一第一端和一第二端，並根據該選擇電位來進行控制，其中該切換器之該第一端係耦接至該供應節點，而該切換器之該第二端係耦接至該內部節點；其中在該初始模式中，該切換器會導通，而在該穩定模式中，該切換器會斷開。
在另一較佳實施例中，本發明提出一種功率轉換器，包括：一變壓器，根據一輸入電位來產生一輸出電位；以及一突波抑制電路，耦接至該變壓器，並包括：一寬帶隙電晶體，其中該寬帶隙電晶體為空乏型；一第一電晶體，串聯耦接至該寬帶隙電晶體；一箝位電路，提供一電位差，並耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及一電容器，提供一供應電位給該箝位電路；其中當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
在一些實施例中，該功率轉換器為一返馳式轉換器，並支援通用序列匯流排供電。
在一些實施例中，該變壓器包括：一主線圈，具有一第一端和一第二端，其中該主線圈之該第一端係用於接收該輸入電位，而該主線圈之該第二端係耦接至該寬帶隙電晶體；一副線圈，具有一第一端和一第二端，其中該副線圈之該第一端係耦接至一輸出節點，而該副線圈之該第二端係耦接至一接地電位；以及一輔助線圈，具有一第一端和一第二端，其中該輔助線圈之該第一端係耦接至一回授節點，而該輔助線圈之該第二端係耦接至該接地電位。
在一些實施例中，該功率轉換器，更包括：一低壓差穩壓器，用於穩定該供應電位；一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至該回授節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該低壓差穩壓器；以及一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該輸出節點，而該第三二極體之該陰極係用於輸出該輸出電位。
在另一較佳實施例中，本發明提出一種突波抑制之控制方法，包括下列步驟：將一寬帶隙電晶體串聯耦接至一第一電晶體，其中寬帶隙電晶體為空乏型；藉由一箝位電路，提供一電位差，其中該箝位電路係耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及藉由一電容器，提供一供應電位給該箝位電路；其中在當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波抑制電路100之示意圖。例如，突波抑制電路100可應用於一功率轉換器(Power Converter)，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，突波抑制電路100包括一寬帶隙電晶體(Wide Bandgap Transistor)MG、一第一電晶體M1、一電容器C1，以及一箝位電路(Clamping Circuit)110。
第一電晶體M1係串聯耦接至寬帶隙電晶體MG。在一些實施例中，寬帶隙電晶體MG為空乏型(Depletion-type)，而第一電晶體M1為增強型(Enhancement-type)。箝位電路110可提供一電位差VD。箝位電路110係耦接至寬帶隙電晶體MG和第一電晶體M1之間之一共同節點NM。電容器C1可提供一供應電位VCC給箝位電路110。必須注意的是，當第一電晶體M1為關閉狀態時，電容器C1將能回收共同節點NM處之突波能量(Spike Energy)。在此設計下，突波抑制電路100不僅能抑制非理想之突波現象，還能將突波能量儲存於電容器C1當中，此可大幅改善相關裝置之功率消耗及穩定度。
以下實施例將介紹突波抑制電路100之詳細結構及應用方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之功率轉換器200之示意圖。功率轉換器200至少包括一突波抑制電路201和一變壓器(Transformer)240。然而，突波抑制電路201亦可獨立使用，而不限應用於功率轉換器200當中。在第2圖之實施例中，突波抑制電路201包括：一寬帶隙電晶體MG、一第一電晶體M1、一第二電晶體M2、一電容器C1、一箝位電路210、一控制電路220、一低壓差穩壓器(Low-Dropout Regulator，LDO)230、一第一電阻器R1，以及一大電阻器RL。寬帶隙電晶體MG可為空乏型。例如，寬帶隙電晶體MG可為一碳化矽(SiC)電晶體或一氮化鎵(GaN)電晶體。第一電晶體M1和第二電晶體M2可皆為增強型。例如，第一電晶體M1和第二電晶體M2可各自為一N型金氧半場效電晶體(N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS)。
寬帶隙電晶體MG具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中寬帶隙電晶體MG之控制端係耦接至一控制節點NC，寬帶隙電晶體MG之第一端係耦接至一共同節點NM，而寬帶隙電晶體MG之第二端係耦接至一外部節點NE。外部節點NE可耦接至突波抑制電路201以外之元件，例如：變壓器240。第一電晶體M1具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第一電晶體M1之控制端係用於接收一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)電位VP，第一電晶體M1之第一端係耦接至一連接節點NT，而第一電晶體M1之第二端係耦接至共同節點NM。第一電阻器R1具有一第一端和一第二端，其中第一電阻器R1之第一端係耦接至連接節點NT，而第一電阻器R1之第二端係耦接至一接地電位VSS。
電容器C1具有一第一端和一第二端，其中電容器C1之第一端係耦接至一供應節點NS以輸出一供應電位VCC，而電容器C1之第二端係耦接至接地電位VSS。低壓差穩壓器230係耦接至供應節點NS，其中低壓差穩壓器230係用於穩定供應電位VCC。箝位電路210可提供一電位差VD，並包括串聯耦接之一第一齊納二極體(Zener Diode)DZ1和一第一二極體D1。第一齊納二極體DZ1具有一陽極和一陰極，其中第一齊納二極體DZ1之陽極係耦接至供應節點NS，而第一齊納二極體DZ1之陰極係耦接至一內部節點NN。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至共同節點NM，而第一二極體D1之陰極係耦接至內部節點NN。在一些實施例中，供應電位VCC加上電位差VD係大於寬帶隙電晶體MG之一臨界電位VTH之一絕對值，其可如下列方程式(1)所述：
Figure 02_image001
………………………………(1) 其中「VCC」代表供應電位VCC，「VD」代表電位差VD，而「VTH」代表寬帶隙電晶體MG之臨界電位VTH(因為是空乏型，故臨界電位VTH可為負值)。
大致而言，控制電路220可根據供應電位VCC來產生一選擇電位VS，使得突波抑制電路201可操作於一初始模式(Initial Mode)或一穩定模式(Stable Mode)。在初始模式中，寬帶隙電晶體MG可為導通狀態，而第一電晶體M1可為關閉狀態。在穩定模式中，寬帶隙電晶體MG和第一電晶體M1皆可選擇性地導通或是關閉。
第二電晶體M2具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中第二電晶體M2之控制端係用於接收一選擇電位VS，第二電晶體M2之第一端係耦接至接地電位VSS，而第二電晶體M2之第二端係耦接至控制節點NC。大電阻器RL具有一第一端和一第二端，其中大電阻器RL之第一端係耦接至控制節點NC，而大電阻器RL之第二端係耦接至共同節點NM。例如，大電阻器RL之電阻值可大於或等於100kΩ。在一些實施例中，突波抑制電路201更包括一第二齊納二極體DZ2。第二齊納二極體DZ2具有一陽極和一陰極，其中第二齊納二極體DZ2之陽極係耦接至接地電位VSS，而第二齊納二極體DZ2之陰極係耦接至控制節點NC。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制電路220之信號波形圖。在第3圖之實施例中，控制電路220具有磁滯特性(Hysteresis)，並可根據供應電位VCC來產生選擇電位VS。例如，當供應電位VCC上升至一啟動閾值VT1時，選擇電位VS即變為高邏輯位準(亦即，邏輯「1」)，而當供應電位VCC下降至一關閉閾值VT2時，選擇電位VS即變為低邏輯位準(亦即，邏輯「0」)，其中啟動閾值VT1可高於關閉閾值VT2。
在一些實施例中，控制電路220包括一分壓電路222(Voltage Divider)、一磁滯比較器(Hysteresis Comparator)224，以及一反相器(Inverter)226。分壓電路222包括串聯耦接於供應節點NS和接地電位VSS之間之一第二電阻器R2和一第三電阻器R3。分壓電路222可根據供應電位VCC來產生一分壓電位VCX。磁滯比較器224可比較分壓電位VCX與一第一閾值VX1或一第二閾值VX2，以產生一比較電位VR，其中第一閾值VX1可對應於啟動閾值VT1，而第二閾值VX2可對應於關閉閾值VT2。反相器226可將比較電位VR反相，以產生選擇電位VS，其中選擇電位VS和比較電位VR具有互補(Complementary)之邏輯位準。在一些實施例中，當選擇電位VS為低邏輯位準時，其代表突波抑制電路201可操作於前述之初始模式，而當選擇電位VS為高邏輯位準時，其代表突波抑制電路201可操作於前述之穩定模式。
大致而言，功率轉換器200為一返馳式轉換器(Flyback Converter)，並可支援通用序列匯流排供電(Universal Serial Bus Power Delivery，USB PD)之功能。變壓器240可根據一輸入電位VIN來產生一輸出電位VOUT。例如，輸入電位VIN可為來自於一橋式整流器(Bridge Rectifier)(未顯示)之一交流電位，而輸出電位VOUT可為一直流電位，但亦不僅限於此。變壓器240包括一主線圈(Main Coil)241、一副線圈(Secondary Coil)242，以及一輔助線圈(Auxiliary Coil)243，其中主線圈241和輔助線圈243皆可位於變壓器240之同一側(例如：一次側)，而副線圈242則可位於變壓器240之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側互相隔離開)。主線圈241具有一第一端和一第二端，其中主線圈241之第一端係用於接收輸入電位VIN，而主線圈241之第二端係耦接至外部節點NE(亦即，寬帶隙電晶體BG之第二端)。副線圈242具有一第一端和一第二端，其中副線圈242之第一端係耦接至一輸出節點NO，而副線圈242之第二端係耦接至接地電位VSS。輔助線圈243具有一第一端和一第二端，其中輔助線圈243之第一端係耦接至一回授節點NF，而輔助線圈243之第二端係耦接至接地電位VSS。
在一些實施例中，功率轉換器200更包括一第二二極體D2和一第三二極體D3。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至回授節點NF，而第二二極體D2之陰極係耦接至低壓差穩壓器230。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至輸出節點NO，而第三二極體D3之陰極用於輸出前述之輸出電位VOUT。
功率轉換器200及其突波抑制電路201之操作原理可如下列所述。在初始模式中，脈衝寬度調變電位VP和選擇電位VS皆維持於低邏輯位準，使得第一電晶體M1和第二電晶體M2皆為關閉狀態。此時，空乏型之寬帶隙電晶體BG為導通狀態，而寬帶隙電晶體BG之導通電流可通過箝位電路210來拉升供應節點NS處之供應電位VCC。當供應電位VCC上升至啟動閾值VT1時(亦即，分壓電位VCX上升至第一閾值VX1)，選擇電位VS即由低邏輯位準上升至高邏輯位準，以由初始模式切換至穩定模式。
在穩定模式中，第二電晶體M2可由高邏輯位準之選擇電位VS所導通，其可將控制節點NC處之電位幾乎下拉至接地電位VSS。另外，脈衝寬度調變電位VP可提供具有高邏輯區間和低邏輯區間之一驅動時脈，以交替地導通與關閉第一電晶體M1。當第一電晶體M1為關閉狀態時，因為供應電位VCC加上電位差VD大於寬帶隙電晶體MG之臨界電位VTH之絕對值，故寬帶隙電晶體MG亦可被完全關閉。必須注意的是，此時共同節點NM處之突波能量可經由箝位電路210傳送至供應節點NS，並可由電容器C1所回收及儲存。在此設計下，突波能量不但不會對功率轉換器200之穩定度造成負面影響，其還可形成突波抑制電路201之供應電位VCC以節省能源。相反地，當第一電晶體M1為導通狀態時，共同節點NM處之電位會被往下拉，而寬帶隙電晶體MG亦會隨之導通。再者，假如供應電位VCC突然下降至關閉閾值VT2(亦即，分壓電位VCX下降至第二閾值VX2)，則選擇電位VS將由高邏輯位準下降至低邏輯位準，以由穩定模式切換回初始模式。
在其他元件方面，箝位電路210可提供幾乎固定之電位差VD，並可限制能量之傳遞方向(例如，能量僅可由共同節點NM處傳向供應節點NS)。低壓差穩壓器230可接收來自輔助線圈243之回授能量，並可作為另一輔助電源，以幫助電容器C1來穩定供應節點NS處之供應電位VCC。第二齊納二極體DZ2可限制控制節點NC處之最大可能電位，以保護寬帶隙電晶體MG不會意外損壞。大電阻器RL可用於降低寬帶隙電晶體MG之控制端和第一端之間之功率損耗。
在一些實施例中，功率轉換器200及其突波抑制電路201之元件參數可如下列所述。接地電位VSS可設定為0V。啟動閾值VT1可設定為16V。關閉閾值VT2可設定為8V。第二電阻器R2之電阻值可為第三電阻器R3之電阻值之9倍。第一閾值VX1可設定為1.6V。第二閾值VX2可設定為0.8V。電位差VD可設定為6V。寬帶隙電晶體MG之臨界電位VTH可設定為-15V。在穩定模式中，供應電位VCC可約為12V。必須理解的是，以上參數範圍僅為舉例，實際上其皆可根據不同需要進行自由調整。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之功率轉換器400之示意圖，其可包括一突波抑制電路401。第4圖和第3圖相似。在第4圖之實施例中，突波抑制電路401更包括一切換器(Switch Element)450，但不包括前述之第二電晶體M2、大電阻器RL，以及第二齊納二極體DZ2。寬帶隙電晶體BG具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中寬帶隙電晶體BG之控制端係耦接至接地電位VSS，寬帶隙電晶體BG之第一端係耦接至共同節點NM，而寬帶隙電晶體BG之第二端係耦接至外部節點NE。切換器450具有一第一端和一第二端，其中切換器450之第一端係耦接至供應節點NS，而切換器450之第二端係耦接至內部節點NN。切換器450可根據比較電位VR或選擇電位VS之反向值(Inverse)來選擇性地導通或斷開。例如，在初始模式中，由於選擇電位VS為低邏輯位準且比較電位VR為高邏輯位準，故切換器450會導通，以提供相對較小之電位差VD；而在穩定模式中，由於選擇電位VS為高邏輯位準且比較電位VR為低邏輯位準，故切換器450會斷開，以提供相對較大之電位差VD。在此設計下，藉由選擇性地旁通(Bypass)第一齊納二極體DZ1，箝位電路210可於初始模式和穩定模式中提供不同之電位差VD，因此前述之第二電晶體M2和大電阻器RL等設計皆可予以省略。第4圖之功率轉換器400和突波抑制電路401之其餘特徵皆與第2圖之功率轉換器200和突波抑制電路201類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波抑制之控制方法之流程圖。前述之控制方法包括下列步驟。在步驟S510，將一寬帶隙電晶體串聯耦接至一第一電晶體，其中寬帶隙電晶體為空乏型。在步驟S520，藉由一箝位電路，提供一電位差，其中箝位電路係耦接至寬帶隙電晶體和第一電晶體之間之一共同節點。在步驟S530，藉由一電容器，提供一供應電位給箝位電路，其中當第一電晶體為關閉狀態時，電容器將能回收共同節點處之突波能量。必須理解的是，以上步驟無須依次序執行，而第1-4圖之實施例之每一特徵均可套用至第5圖之控制方法當中。
本發明提出一種新穎之突波抑制電路、功率轉換器，及其控制方法。與傳統設計相比，本發明至少具有降低突波干擾、回收突波能量、增加系統穩定度，以及節省能源等優勢，故其很適合應用於各種各式之電子裝置當中。
值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之突波抑制電路、功率轉換器，及其控制方法並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之突波抑制電路、功率轉換器，及其控制方法當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。
本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,201,401:突波抑制電路 200,400:功率轉換器 110,210:箝位電路 220:控制電路 222:分壓電路 224:磁滯比較器 226:反相器 230:低壓差穩壓器 240:變壓器 241:主線圈 242:副線圈 243:輔助線圈 450:切換器 C1:電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 DZ1:第一齊納二極體 DZ2:第二齊納二極體 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 MG:寬帶隙電晶體 NC:控制節點 NE:外部節點 NF:回授節點 NM:共同節點 NN:內部節點 NO:輸出節點 NS:供應節點 NT:連接節點 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 RL:大電阻器 S510,S520,S530:步驟 VCC:供應電位 VCX:分壓電位 VD:電位差 VIN:輸入電位 VOUT:輸出電位 VP:脈衝寬度調變電位 VR:比較電位 VS:選擇電位 VSS:接地電位 VT1:啟動閾值 VT2:關閉閾值 VTH:臨界電位 VX1:第一閾值 VX2:第二閾值
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波抑制電路之示意圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之功率轉換器之示意圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制電路之信號波形圖。 第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之功率轉換器之示意圖。 第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波抑制之控制方法之流程圖。
100:突波抑制電路
110:箝位電路
C1:電容器
M1:第一電晶體
MG:寬帶隙電晶體
NM:共同節點
VCC:供應電位
VD:電位差
VSS:接地電位

Claims (20)

  1. 一種突波抑制電路，包括： 一寬帶隙電晶體，其中該寬帶隙電晶體為空乏型； 一第一電晶體，串聯耦接至該寬帶隙電晶體； 一箝位電路，提供一電位差，並耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及 一電容器，提供一供應電位給該箝位電路；以及 其中當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
  2. 如請求項1所述之突波抑制電路，更包括： 一控制電路，根據該供應電位來產生一選擇電位，使得該突波抑制電路操作於一初始模式或一穩定模式。
  3. 如請求項1所述之突波抑制電路，其中該供應電位加上該電位差係大於該寬帶隙電晶體之一臨界電位之一絕對值。
  4. 如請求項2所述之突波抑制電路，其中該寬帶隙電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該寬帶隙電晶體之該控制端係耦接至一控制節點，該寬帶隙電晶體之該第一端係耦接至該共同節點，而該寬帶隙電晶體之該第二端係耦接至一外部節點。
  5. 如請求項1所述之突波抑制電路，其中該第一電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該第一電晶體之該控制端係用於接收一脈衝寬度調變電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一連接節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該共同節點。
  6. 如請求項5所述之突波抑制電路，更包括： 一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該連接節點，而該第一電阻器之該第二端係耦接至一接地電位。
  7. 如請求項2所述之突波抑制電路，其中該電容器具有一第一端和一第二端，該電容器之該第一端係耦接至一供應節點以輸出該供應電位，而該電容器之該第二端係耦接至一接地電位。
  8. 如請求項7所述之突波抑制電路，更包括： 一低壓差穩壓器，耦接至該供應節點，其中該低壓差穩壓器係用於穩定該供應電位。
  9. 如請求項7所述之突波抑制電路，其中該箝位電路包括： 一第一齊納二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一齊納二極體之該陽極係耦接至該供應節點，而該第一齊納二極體之該陰極係耦接至一內部節點；以及 一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至該共同節點，而該第一二極體之該陰極係耦接至該內部節點。
  10. 如請求項4所述之突波抑制電路，更包括： 一第二齊納二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二齊納二極體之該陽極係耦接至一接地電位，而該第二齊納二極體之該陰極係耦接至該控制節點。
  11. 如請求項4所述之突波抑制電路，更包括： 一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該選擇電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一接地電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該控制節點；以及 一大電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該大電阻器之該第一端係耦接至該控制節點，而該大電阻器之該第二端係耦接至該共同節點。
  12. 如請求項2所述之突波抑制電路，其中該控制電路具有磁滯特性，當該供應電位上升至一啟動閾值時，該選擇電位即變為高邏輯位準，而當該供應電位下降至一關閉閾值時，該選擇電位即變為低邏輯位準。
  13. 如請求項2所述之突波抑制電路，其中該控制電路包括： 一分壓電路，包括串聯耦接之一第二電阻器和一第三電阻器，其中該分壓電路係根據該供應電位來產生一分壓電位； 一磁滯比較器，比較該分壓電位與一第一閾值或一第二閾值，以產生一比較電位；以及 一反相器，將該比較電位反相，以產生該選擇電位。
  14. 如請求項1所述之突波抑制電路，其中該寬帶隙電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該寬帶隙電晶體之該控制端係耦接至一接地電位，該寬帶隙電晶體之該第一端係耦接至該共同節點，而該寬帶隙電晶體之該第二端係耦接至一外部節點。
  15. 如請求項8所述之突波抑制電路，更包括： 一切換器，具有一第一端和一第二端，並根據該選擇電位來進行控制，其中該切換器之該第一端係耦接至該供應節點，而該切換器之該第二端係耦接至該內部節點； 其中在該初始模式中，該切換器會導通，而在該穩定模式中，該切換器會斷開。
  16. 一種功率轉換器，包括： 一變壓器，根據一輸入電位來產生一輸出電位；以及 一突波抑制電路，耦接至該變壓器，並包括： 一寬帶隙電晶體，其中該寬帶隙電晶體為空乏型； 一第一電晶體，串聯耦接至該寬帶隙電晶體； 一箝位電路，提供一電位差，並耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及 一電容器，提供一供應電位給該箝位電路； 其中當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
  17. 如請求項16所述之功率轉換器，其中該功率轉換器為一返馳式轉換器，並支援通用序列匯流排供電。
  18. 如請求項16所述之功率轉換器，其中該變壓器包括： 一主線圈，具有一第一端和一第二端，其中該主線圈之該第一端係用於接收該輸入電位，而該主線圈之該第二端係耦接至該寬帶隙電晶體； 一副線圈，具有一第一端和一第二端，其中該副線圈之該第一端係耦接至一輸出節點，而該副線圈之該第二端係耦接至一接地電位；以及 一輔助線圈，具有一第一端和一第二端，其中該輔助線圈之該第一端係耦接至一回授節點，而該輔助線圈之該第二端係耦接至該接地電位。
  19. 如請求項18所述之功率轉換器，更包括： 一低壓差穩壓器，用於穩定該供應電位； 一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至該回授節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該低壓差穩壓器；以及 一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該輸出節點，而該第三二極體之該陰極係用於輸出該輸出電位。
  20. 一種突波抑制之控制方法，包括下列步驟： 將一寬帶隙電晶體串聯耦接至一第一電晶體，其中寬帶隙電晶體為空乏型； 藉由一箝位電路，提供一電位差，其中該箝位電路係耦接至該寬帶隙電晶體和該第一電晶體之間之一共同節點；以及 藉由一電容器，提供一供應電位給該箝位電路； 其中當該第一電晶體為關閉狀態時，該電容器將能回收該共同節點處之突波能量。
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