專利名稱：用于共振轉換器的同步整流器控制技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種DC/DC轉換器系·統(tǒng)，且更特定來說，涉及用于共振轉換器的同步整流器控制技術。
背景技術：
發(fā)明內容


根據(jù)依照所主張標的物的實施例的以下詳細描述，將明了所述標的物的特征及優(yōu)點，應參考附圖來考慮所述描述，附圖中圖I圖解說明依照本發(fā)明的各種實施例的共振轉換器系統(tǒng)；圖2圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的同步整流器控制電路；圖3圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的各種信號的時序圖；圖4A圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的取樣與保持電路；圖4B圖解說明結合圖4A的取樣與保持電路的操作的各種信號的時序圖。圖5A圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的延遲控制電路；圖5B圖解說明結合圖5A的延遲控制電路的操作的各種信號的時序圖。圖6A圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的延遲選擇器電路；且圖6B圖解說明結合圖6A的延遲選擇器電路的操作的各種信號的時序圖。雖然將參考說明性實施例來繼續(xù)進行以下詳細描述，但所屬領域的技術人員將明了所述實施例的許多替代方案、修改形式及變化形式。
具體實施例方式一般來說，本發(fā)明提供用于共振轉換器的控制技術。在一種控制技術中，所述共振轉換器的整流器部分的開關經控制以仿真二極管，例如，每一開關經控制以在所述開關的體二極管開始導通時導通，且每一開關經控制以在穿過所述開關的電流接近零交叉時關斷。以此方式，每一開關的正向偏置可經控制使得跨越所述開關的壓降比常規(guī)二極管正向壓降小得多，同時仍通過防止穿過同步整流器開關的負電流來實現(xiàn)對電路的保護。此控制技術可基于同步整流器開關的先前導通時間而預測門驅動信號且反復地給所述門驅動信號加上延遲或從所述門驅動信號減去延遲，使得所述門驅動信號的下降沿大致匹配穿過所述開關的電流的零交叉點?？稍谀孀兤骷壍那袚Q頻率處于或低于共振頻率f0時使用此預測技術來補償由電路組件引入的組件公差及/或誤差的變化。當逆變器級的切換頻率高于共振頻率fO時，同步整流器開關在逆變器級中的開關關斷之后繼續(xù)導通，且同步導通時間主要由逆變器級的切換頻率確定。此可能在僅基于先前切換循環(huán)的同步導通時間控制同步整流器時產生穿過整流器開關的負電流，且因此，在另一控制技術中，基于用于控制逆變器級開關的導通狀態(tài)的時鐘信號來控制整流器部分的開關以補償經截短的共振周期，例如，每一整流器開關經控制使得所述整流器開關的導通狀態(tài)小于或等于穿過所述整流器開關的電流的經截短零交叉點?？赏瑫r采用這些控制技術中的每一者來實現(xiàn)貫穿所有操作頻率的電流保護。圖I圖解說明依照本發(fā)明的各種實施例的共振轉換器系統(tǒng)100。圖I的轉換器系統(tǒng)100包含一次側級102，其包含逆變器電路；及二次側級104，其包含同步整流器電路，且系統(tǒng)100 —般作為接收輸入DC電壓(VIN)且產生輸出DC電壓(VOUT)的DC/DC共振轉換器電路操作。在一個實施例中，一次側102的逆變器電路包含布置成半橋式配置的兩個開關Ql及Q2。開關Ql及Q2的導通狀態(tài)由門控制電路106控制，門控制電路106包含為所述開關中的每一者設定接通/關斷頻率的可控振蕩器(OSC)。開關控制電路106還可包含延遲機構(例如，如所展示的DELAY)以防止每一開關同時導通。包含變壓器108、共振電容器Cr及共振電感器Lr的共振槽電路操作以從由開關Ql及Q2產生的方波產生正弦波形。系統(tǒng)100的共振頻率(fO) —般由共振電容器Cr及共振電感器Lr控制。一般來說，DC/DC轉換器系統(tǒng)100的增益可由開關Ql及Q2的切換頻率(fs)與共振頻率(fO)的比較控制。在一些實施例中，系統(tǒng)100的增益在fs < fO時較大且在fs > fO時較小。當然，在其它實施例中，逆變器電路可包含(舉例來說)全橋式逆變器拓撲、推挽式逆變器拓撲、C類逆變器拓撲等?！ざ蝹燃?04的同步整流器電路包含整流器開關SRl及SR2，整流器開關SRl及SR2電耦合到變壓器108的二次側且經配置以作為變壓器108的二次側處的正弦信號的全波整流器操作。SR開關可包含沿源極到漏極方向(如所展示)偏置的體二極管的MOSFET裝置。開關SR2的導通狀態(tài)可由同步整流器(SR)控制電路110控制，且開關SRl的導通狀態(tài)可由SR控制電路112控制。一般來說，SR控制電路110及112經配置以分別產生門控制信號來控制SR2及SRl的導通，以便使體二極管導通時間最小化且以便減小或消除跨越SR開關的負電流，如下文所描述。圖2圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的同步整流器控制電路110。應理解，開始，由于控制電路Iio及112 —般經配置以產生互補門控制信號，因此電路110的操作類似于112的操作，只不過電路112是基于如圖I中所展示的反相時鐘信號(SR_CLK2)計時的。因此，控制電路110的以下描述同樣適用于電路112，只不過由電路110產生的門控制信號與電路112的門控制信號異相大約180度。到SR控制電路110的輸入包含SR開關的漏極電壓(VDS_SR)及來自振蕩器的時鐘信號(OSC)。SR控制電路110包含零交叉近似電路208，零交叉近似電路208經配置以產生指示SR開關的導通狀態(tài)的SR導通信號209。當SR開關正導通時，跨越開關的壓降接近零伏，且當SR開關斷開時，跨越SR開關的壓降為高的(通常大于跨越SR開關的體二極管的壓降)。SR控制電路110還包含經配置以對導通時間(由信號209指示)進行取樣的取樣與保持電路210。為了防止流過SR開關的電流零交叉，所述取樣與保持電路還經配置以產生比例SR導通信號211 (SR_CND_P)。將信號211產生為信號209的分數(shù)，舉例來說，信號211可為由信號209指示的導通時間的90%。SR控制電路110還包含延遲控制電路212，延遲控制電路212經配置以給信號211的下降沿加上或減去預定延遲時間以產生預測門控制信號213(VPRD)。延遲控制電路212利用時鐘信號及高檢測信號(由電路208產生且一般指示SR開關的漏極電壓何時為高的)?；赟R開關在先前導通循環(huán)中的導通時間而產生預測門控制信號213。因此，如果SR開關在當前開關循環(huán)中的導通時間太長(使得穿過開關的電流與零交叉)，那么延遲控制電路212可減小信號213的延遲時間使得SR開關在下一循環(huán)中的導通時間縮短。相反地，如果SR開關在當前開關循環(huán)中的導通時間太短(使得在穿過開關的電流與零交叉之前存在其中SR開關斷開的空載時間)，那么延遲控制電路212可給信號213加上更多延遲使得SR開關在下一循環(huán)中的導通時間更長。取樣與保持電路210及延遲控制電路212可確保穿過SR開關的電流不與零交叉，但準許所述電流完成其由fO確定的共振循環(huán)。因此，當逆變器級102中的切換在fO處或在低于fO處發(fā)生時，延遲控制電路212可經配置以給SR導通信號209加上(或減去)延遲以實現(xiàn)SR開關在穿過開關的電流的零交叉點處或附近的切換。當逆變器級中的切換在·高于fO處發(fā)生時，逆變器開關(Ql或Q2)將在對應SR開關之前關斷(此意味著共振槽中的共振周期被縮減或截短)。因此，在一些實施例中，SR控制電路110還可包含容許切換窗(ASW)電路214，容許切換窗(ASW)電路214經配置以基于逆變器級開關的關斷(由時鐘信號OSC設定)與SR導通時間的末端之間的時間差而產生ASW信號215。因此，ASff電路214經配置以接收來自一次級102的時鐘信號(OSC)及SR導通信號209并確定時鐘信號的末端與SR導通信號209的末端之間的時間差。產生包含加到所述時鐘信號的延遲時間的ASW信號215，使得ASW信號215近似SR導通信號209的末端。類似于預測門驅動信號213，可使用反復技術產生ASW信號215，例如，ASW信號215可基于SR開關在先前導通循環(huán)中的導通時間。SR控制電路110還可包含經配置以對ASW信號215與預測門驅動信號213進行“與”運算以產生SR門驅動信號217的“與”門電路216。圖3圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的各種信號的時序圖300。此時序圖大體分解成兩個部分左側320為第η個導通循環(huán)，且右側322為第(η+1)個導通循環(huán)。電流波形302描繪穿過SR開關的電流，其標示為ISD_SR。電壓波形304描繪跨越SR開關的漏極到源極壓降，其標示為VDS_SR。在電壓波形304的第一部分中，所述開關閉合且因此跨越所述開關的壓降為高的。當電流開始流過SR開關時，所述開關的體二極管開始導通，且跨越所述開關的壓降快速減小。此時，為了使體二極管導通的時間周期最小化，控制SR開關以閉合開關且開始經由所述開關的導通為有利的?？係R導通時間波形306緊密匹配電流波形302及電壓波形304的零交叉點。在第η個循環(huán)320中測量SR導通時間306，且將比例SR導通波形308產生為SR導通時間306的實質分數(shù)并應用于下一導通循環(huán)322 (如箭頭所指示)。在此實例中，預測門驅動波形310經產生以給比例SR導通波形308的下降沿加上延遲以使比例SR導通信號波形308與實際SR導通時間306之間的空載時間最小化。當然，如果加上太多延遲，那么在下一導通循環(huán)中可從比例SR導通信號308減去延遲，使得預測門驅動波形310大致匹配SR導通時間306。此過程可反復地繼續(xù)。還描繪ASW波形312及門驅動信號波形314。圖4Α圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的取樣與保持電路210。繼續(xù)參考圖2，此實施例的取樣與保持電路210經配置以接收SR導通信號209并通過給取樣電容器CSRT充電來對SR導通信號209進行取樣。將比例SR導通211產生為SR導通信號209的選定分數(shù)。圖4B圖解說明結合圖4A的取樣與保持電路的操作的各種信號的時序圖450。分別將SR導通信號波形及比例SR導通信號波形描繪為306及308。波形452描繪取樣電容器CSRT的電壓斜升(VCRST)且還描繪用于產生比例SR導通信號的90%閾值。圖5A圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的延遲控制電路212。繼續(xù)參考圖2，延遲控制電路212經配置以產生預測門驅動信號213以基于SR導通ON時間給比例SR導通信號211的末端(下降沿)加上(或減去)選定延遲時間周期，如高檢測信號所指示。此實施例的延遲控制電路212包含經配置以對比例SR導通信號211的末端賦予可選擇延遲時間的4位加權計數(shù)器。圖5B圖解說明結合圖5A的延遲控制電路的操作的各種信號的時序圖。第一組時序圖560圖解說明在空載時間(TD)大于經編程或預定空載時間(TPD)且因此加上延遲時的事例。舉例來說，波形308描繪比例SR導通信號，且波形310描繪包含加上的延遲以使空載時間最小化的預測門驅動信號。第二組時序圖562圖解說明在空載時間(TD)小于經編程或預定空載時間(TPD)且因此減去延遲時的事例。舉例來說，波形308·描繪比例SR導通信號，且波形310描繪包含較小延遲(在第η+1個循環(huán)中，與第η個循環(huán)相比)以最小化從而確保SR切換不在穿過SR開關的電流的零交叉點過后發(fā)生的預測門驅動信號。圖6Α圖解說明依照本發(fā)明的一個實施例的ASW電路214。在此實施例中，ASff電路214包含經配置以在逆變器級202中的開關在高于共振槽電路的共振頻率下操作時控制門控制信號217的計時的延遲選擇器電路212。繼續(xù)參考圖2，ASW電路214經配置以通過以下操作產生ASW信號215:測量逆變器級開關的關斷(由時鐘信號OSC設定)與SR導通時間的末端之間的時間差且在存在任何差的條件下給時鐘信號的末端(下降沿)加上可選擇延遲時間單位以產生ASW信號215。在此實例中，延遲選擇器電路包含多個可選擇延遲電路，其中的每一者可給時鐘信號的下降沿加上預定延遲量。可加上延遲時間，因此可通過啟用較多延遲電路產生額外延遲且可通過啟用較少延遲電路產生較少延遲。每一延遲電路可經配置以產生相同延遲時間或不同(例如，經加權)延遲時間。圖6B圖解說明結合圖6A的延遲選擇器電路的操作的各種信號的時序圖650。電流波形302圖解說明逆變器級開關的計時(由時鐘波形652指示)在共振周期之前結束，SP，fs > fO。電流波形302的在信號的尾端(在波形652的末端與波形306的末端之間)處所展示的部分指示大體線性電流波形。波形654圖解說明由延遲電路中的一者產生的第一延遲時間周期。類似地，波形656及658圖解說明分別由第二、第三電路產生的延遲時間周期。注意，加上波形658的延遲時間周期將致使ASW信號312在當前波形之后結束。因此，在此實例中，為了防止穿過SR開關的電流的零交叉，可給時鐘信號652加上延遲時間周期654及656以產生ASW信號312。根據(jù)一個方面，本發(fā)明以一種共振轉換器系統(tǒng)為特征。所述共振轉換器系統(tǒng)包含第一級、變壓器及第二級。所述第一級包含經配置以從DC輸入信號產生AC信號的逆變器電路及共振槽電路。所述變壓器經配置以對所述AC信號進行變壓。所述第二級包含同步整流器(SR)電路，所述同步整流器(SR)電路包含各自具有一體二極管的多個SR開關。所述SR控制電路經配置以產生門控制信號以控制所述SR開關的導通狀態(tài)，以便使體二極管導通時間最小化且減小或消除跨越所述SR開關的負電流。根據(jù)另一方面，本發(fā)明以一種方法為特征，所述方法包含將DC輸入信號逆變成具有第一電壓的AC經逆變信號；將所述AC經逆變信號變壓成具有第二電壓的AC經變壓信號；及將第二 AC經變壓信號整流成DC輸出電壓信號，其中所述整流包含控制各自具有一體二極管的多個同步整流器(SR)開關的導通狀態(tài)，以便使體二極管導通時間最小化且減小或消除跨越所述SR開關的負電流。根據(jù)又一方面，本發(fā)明以一種控制共振轉換器的方法為特征。所述方法包含控制所述共振轉換器的整流器部分的多個同步整流器(SR)開關的導通狀態(tài)，所述SR開關中的每一者具有一體二極管，其中每一開關經控制以在與所述開關相關聯(lián)的所述體二極管開始導通時導通，且每一開關經控制以在穿過所述開關的電流接近零交叉時關斷。術語“開關”可體現(xiàn)為MOSFET開關(例如，個別NMOS及PMOS元件)、BJT開關及/或此項技術中已知的其它切換電路。另外，如在本文中的任何實施例中所使用，術語“電·路(circuitry或circuit) ”可以單個形式或以任何組合形式包括(舉例來說)硬連線電路、可編程電路、狀態(tài)機電路及/或包含在較大系統(tǒng)中的電路(舉例來說，可包含在集成電路中的元件)。本文中已采用的術語及表達用作描述而非限制術語，且在使用此些術語及表達時，并非旨在排除所示及所述特征(或其若干部分)的任何等效物，而是應認識到，在權利要求書的范圍內可做出各種修改形式。因此，權利要求書打算涵蓋所有此些等效物。本文中已描述各種特征、方面及實施例。所述特征、方面及實施例易于彼此組合且易于做出變化形式及修改形式，如所屬領域的技術人員將理解。因此，本發(fā)明應視為囊括此些組合、變化形式及修改形式。
權利要求
1.一種共振轉換器系統(tǒng)，其包括 第一級，其包括經配置以從DC輸入信號產生AC信號的逆變器電路及共振槽電路； 變壓器，其經配置以對所述AC信號進行變壓；及 第二級，其包括同步整流器SR電路，所述同步整流器SR電路包含多個SR開關，且每一開關包含一體二極管；及SR控制電路，其經配置以產生門控制信號以控制所述SR開關的導通狀態(tài)，以便使體二極管導通時間最小化且減小或消除跨越所述SR開關的負電流。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述SR控制電路包括零交叉近似電路，所述零交叉近似電路經配置以產生指示所述SR開關的所述導通狀態(tài)的SR導通信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其進一步包括取樣與保持電路，所述取樣與保持電路經配置以對所述SR導通信號的導通時間進行取樣且進一步經配置以產生與所述SR導通信號成比例的比例SR導通信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其進一步包括延遲控制電路，所述延遲控制電路經配置以給所述比例SR導通信號的下降沿加上或減去預定延遲時間且進一步經配置以產生預測門控制信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其進一步包括容許切換窗ASW電路，所述容許切換窗ASff電路經配置以基于所述第一級中的開關的關斷與所述SR導通信號的末端之間的時間差產生ASW信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其進一步包括“與”門，所述“與”門經配置以對所述ASff信號與所述預測門控制信號進行“與”運算以產生SR門驅動信號來控制所述SR開關的所述導通狀態(tài)。
7.一種方法，其包括 將DC輸入信號逆變成具有第一電壓的AC經逆變信號； 將所述AC經逆變信號變壓成具有第二電壓的AC經變壓信號；及 將第二 AC經變壓信號整流成DC輸出電壓信號，其中所述整流包含控制各自具有一體二極管的多個同步整流器SR開關的導通狀態(tài)，以便使體二極管導通時間最小化且減小或消除跨越所述SR開關的負電流。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其進一步包括產生多個SR導通信號，每一SR導通信號指示所述多個SR開關中的相應一者的導通狀態(tài)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其進一步包括產生與所述SR導通信號成比例的比例SR導通信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其進一步包括給所述比例SR導通信號的下降沿加上或減去預定延遲時間以產生預測門控制信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其進一步包括至少部分地基于時鐘信號OSC的末端與所述SR導通信號的末端之間的時間差而產生ASW信號。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中使用逆變器電路及共振槽電路將所述DC輸入信號逆變成所述AC經逆變信號，所述方法進一步包括產生SR門驅動信號以控制所述SR開關的所述導通狀態(tài)，其中當所述逆變器電路的切換頻率(fs)處于或低于共振頻率(f0)時所述SR門驅動信號是基于所述預測門控制信號，且其中當fs高于f0時所述SR門驅動信號是基于所述ASW信號。
13.—種控制共振轉換器的方法，所述方法包括 控制所述共振轉換器的整流器部分的多個同步整流器SR開關的導通狀態(tài)，所述SR開關中的每一者具有一體二極管，其中每一開關經控制以在與所述開關相關聯(lián)的所述體二極管開始導通時導通，且每一開關經控制以在穿過所述開關的電流接近零交叉時關斷。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其進一步包括 反復地給表示所述SR開關的經預測導通時間的信號加上延遲或從所述信號減去延遲以產生預測門驅動信號，其中所述預測門驅動信號中的每一者的下降沿大致匹配穿過相關聯(lián)SR開關的電流的零交叉點。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中當所述共振轉換器的逆變器級的切換頻率(fs)處于或低于共振頻率(fO)時，使用所述預測門驅動信號來控制所述SR開關的所述導通狀態(tài)。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其進一步包括當fs高于fO時基于時鐘信號而控制所述SR開關的所述導通狀態(tài)。
全文摘要
一種共振轉換器系統(tǒng)包含第一級，其具有經配置以從DC輸入信號產生AC信號的逆變器電路及共振槽電路；變壓器，其經配置以對所述AC信號進行變壓；及第二級。所述第二級以同步整流器SR電路為特征，所述同步整流器SR電路包含各自具有一體二極管的多個SR開關及SR控制電路。SR控制電路經配置以產生門控制信號以控制所述SR開關的導通狀態(tài)，以便使體二極管導通時間最小化且減小或消除跨越所述SR開關的負電流。方法包含控制SR開關的所述導通狀態(tài)以在與所述開關相關聯(lián)的所述體二極管開始導通時導通并控制所述SR開關以在穿過所述開關的電流接近零交叉時關斷。
文檔編號H02H7/122GK102893478SQ201280000448
公開日2013年1月23日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者崔恒碩 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 飛兆半導體公司