相關(guān)專利申請案

本申請案主張thomasquigley在2014年11月20日申請的共同擁有的名為“起動ac/dc轉(zhuǎn)換器(start-upac/dcconverter)”的第62/082,317號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，所述案出于所有目的以引用的方式并入本文中。

本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換器，且特定地說，涉及用于dc/dc及ac/dc功率轉(zhuǎn)換器的起動控制器方法及設備。

背景技術(shù)：

功率轉(zhuǎn)換器(例如dc/dc及ac/dc)通常具有用于合適平穩(wěn)的起動(軟起動)且形成正確操作電壓偏壓的獨特電路。此獨特電路可能需要自定義集成電路及/或?qū)僭O計，這可增大此類功率轉(zhuǎn)換器的成本及交貨日程。圖3說明現(xiàn)有技術(shù)反激式轉(zhuǎn)換器的示意圖。展示變壓器t1具有初級側(cè)偏壓繞組302。這用于經(jīng)由初級側(cè)控制器裝置301的vdd端口加偏壓于初級側(cè)控制器裝置301。vdd處的電壓經(jīng)由變壓器耦合被交叉調(diào)節(jié)為輸出電壓vo。因此，有可能通過控制器301監(jiān)測其vdd端口處的電壓來調(diào)節(jié)vo的電壓。通常，對于大多數(shù)應用，使用到控制器301的變壓耦合來調(diào)節(jié)vo是不夠精確的，因此需要從反激式轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)到其初級側(cè)的額外反饋路徑。電壓參考304(u3)是提供精準參考(比較vo與所述精準參考)、電壓誤差放大器(及其用于穩(wěn)定的補償組件)及用于驅(qū)動光學隔離耦合器(光耦合器)303的驅(qū)動器的裝置?？刂破?01還含有精準參考及電壓放大器，但當包含額外反饋路徑時不使用這些電路。光耦合器303以線性方式驅(qū)動。因此光耦合器303的電流轉(zhuǎn)移比率(ctr)是成問題的。ctr將增益增加到額外反饋路徑。此增益在不同裝置中可為不同的，且裝置的ctr可隨著其老化而改變。

控制器301定位于反激式轉(zhuǎn)換器300的初級側(cè)上。反激式轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)是負載(應用)的耦合之處。應用裝置(未展示)通常含有具有可編程能力的微處理器?？刂破?01不具有經(jīng)編程可提供更精密的反激式轉(zhuǎn)換器控制技術(shù)的優(yōu)點。功率mosfet開關(guān)q1是外部裝置，電阻器r6是按比例調(diào)整電壓(其類似于通過mosfet開關(guān)q1的電流)的外部電阻器且由控制器301用于電流感測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，需要低成本解決方案以在初級側(cè)使用常規(guī)低成本集成電路(ic)解決方案來起動功率轉(zhuǎn)換器，所述低成本解決方案不復制次級側(cè)控制器的資源，且最小化初級側(cè)電子裝置上的離散組件。

根據(jù)實施例，一種用于起動功率轉(zhuǎn)換器的方法可包括以下步驟：將第一dc電壓施加到起動控制器；利用所述起動控制器接通及關(guān)斷功率開關(guān)，其中所述第一dc電壓及功率開關(guān)可耦合到變壓器的初級繞組，從而可在所述變壓器的次級繞組上產(chǎn)生ac電壓；利用第二整流器整流來自變壓器的次級繞組的ac電壓以提供第二dc電壓來供電給次級側(cè)控制器及負載；及當所述第二dc電壓可為所需電壓值時，將功率開關(guān)的控制從起動控制器傳遞到次級側(cè)控制器。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，可最初直接從第一dc電壓供電給起動控制器，且接著從變壓器的三級繞組供電給起動控制器。根據(jù)所述方法的進一步實施例，利用起動控制器接通及關(guān)斷功率開關(guān)的步驟可包括以下步驟：接通功率開關(guān)直到可達到通過變壓器的初級繞組的最大電流；及隨后在固定時間周期內(nèi)關(guān)斷所述功率開關(guān)。根據(jù)所述方法的進一步實施例，可由耦合到起動控制器的電容器的電容值確定所述固定時間周期。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，使負載從第二dc電壓解耦直到被請求將所述負載耦合到所述第二dc電壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，在所述次級側(cè)控制器開始控制所述功率開關(guān)之后，所述負載可耦合到所述第二dc電壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，可通過跨第二dc電壓耦合電壓分路提供防止第二dc電壓的過電壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，所述電壓分路可為具有比第二dc電壓的所需值更高的擊穿電壓的齊納(zener)二極管。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，將功率開關(guān)的控制從起動控制器傳遞到次級側(cè)控制器的步驟可包括以下步驟：當?shù)诙c電壓可為所需電壓值時，將pwm信號從次級側(cè)控制器發(fā)送到起動控制器；利用所述起動控制器檢測來自次級側(cè)控制器的pwm信號；及利用來自次級側(cè)控制器的所檢測的pwm信號接通及關(guān)斷功率開關(guān)。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，在所述起動控制器檢測來自所述次級側(cè)控制器的所述pwm信號之后，可由所述次級側(cè)控制器調(diào)節(jié)第二dc電壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，控制功率開關(guān)的步驟進一步包括以下步驟：利用起動控制器以低頻率接通及關(guān)斷功率開關(guān)以節(jié)約電力；及利用次級側(cè)控制器以較高頻率接通及關(guān)斷功率開關(guān)。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，將pwm信號從所述次級側(cè)控制器發(fā)送到所述起動控制器的步驟進一步包括通過電壓隔離電路發(fā)送pwm信號的步驟。根據(jù)所述方法的進一步實施例，所述電壓隔離電路可為光耦合器。根據(jù)所述方法的進一步實施例，所述電壓隔離電路可為脈沖變壓器。根據(jù)所述方法的進一步實施例，ac/dc功率轉(zhuǎn)換器可包括ac/dc反激式功率轉(zhuǎn)換器。根據(jù)所述方法的進一步實施例，ac/dc功率轉(zhuǎn)換器可包括ac/dc正激式功率轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，起動控制器可保護功率開關(guān)驅(qū)動器以防欠電壓及過電壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，可提供利用所述起動控制器來限制最大允許變壓器初級繞組電流的步驟。根據(jù)所述方法的進一步實施例，可提供利用電流感測比較器來防止反激式功率轉(zhuǎn)換器進入持續(xù)導電模式太深的步驟，從而可保護所述反激式功率轉(zhuǎn)換器以防過電流故障。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，其可包括以下步驟：將偏壓電壓從所述變壓器的初級側(cè)三級繞組提供到所述起動控制器，其中所述偏壓電壓可耦合到第二dc電壓且提供其電壓反饋；當所述次級側(cè)控制器無法適當操作時，檢測來自偏壓電壓的過電壓狀況；及當可檢測到過電壓狀況時，鎖斷所述起動控制器。

根據(jù)所述方法的進一步實施例，在變壓器的初級側(cè)三級繞組的輸出與所述起動控制器的偏壓輸入之間提供線性調(diào)節(jié)器。根據(jù)所述方法的進一步實施例，對所述變壓器的次級側(cè)復位繞組進行箝位以提供變壓器復位。根據(jù)所述方法的進一步實施例，從有源箝位電路提供用于所述次級側(cè)控制器的初始偏壓，直到可建立來自輸出濾波器電感器的三級繞組的偏壓。根據(jù)所述方法的進一步實施例，將ac功率施加到第一整流器，以提供第一dc電壓。

根據(jù)另一實施例，一種功率轉(zhuǎn)換器可包括：起動控制器，其耦合到第一dc電壓；變壓器，其具有初級及次級繞組，其中所述變壓器初級繞組可耦合到第一dc電壓；電流測量電路，其用于測量通過所述變壓器的初級繞組的電流，且將所測量的初級繞組電流提供到所述起動控制器；功率開關(guān)，其耦合到所述變壓器初級，且耦合到所述起動控制器，且由所述起動控制器控制；次級側(cè)整流器，其耦合到所述變壓器次級繞組以提供第二dc電壓；次級側(cè)控制器，其耦合到所述起動控制器及所述次級側(cè)整流器；其中當所述起動控制器接收第一dc電壓時，其開始控制所述功率開關(guān)的接通及關(guān)斷，從而使電流流動通過所述變壓器初級，跨變壓器次級繞組形成ac電壓，來自所述次級側(cè)整流器的dc電壓加電給所述次級側(cè)控制器，且當所述第二dc電壓達到所需電壓電平時，所述次級側(cè)控制器從所述起動控制器取得對所述功率開關(guān)的控制。

根據(jù)進一步實施例，所述功率轉(zhuǎn)換器可包括反激式功率轉(zhuǎn)換器。根據(jù)進一步實施例，所述功率轉(zhuǎn)換器可包括正激式功率轉(zhuǎn)換器。根據(jù)進一步實施例，切換后調(diào)節(jié)器可耦合于所述次級側(cè)整流器與負載之間，其中可由所述次級側(cè)控制器控制所述切換后調(diào)節(jié)器。根據(jù)進一步實施例，所述功率開關(guān)可為功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)。

根據(jù)進一步實施例，所述次級側(cè)控制器可通過隔離電路耦合到所述起動控制器且控制所述起動控制器。根據(jù)進一步實施例，所述隔離電路可為光耦合器。根據(jù)進一步實施例，所述隔離電路可為脈沖變壓器。

根據(jù)進一步實施例，可提供固定關(guān)斷時間電路，用于在起動控制器已關(guān)斷功率開關(guān)之后的特定時間周期內(nèi)保持所述功率開關(guān)關(guān)斷。根據(jù)進一步實施例，可由經(jīng)耦合到所述固定關(guān)斷時間電路的電容器的電容值確定所述特定時間周期。根據(jù)進一步實施例，ac/dc整流器及濾波器適用于耦合到ac電源，且用于提供第一dc電壓。根據(jù)進一步實施例，一種微控制器集成電路可包括所述功率轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)另一實施例，一種起動控制器可包括：高壓調(diào)節(jié)器，其具有輸入及輸出；內(nèi)部偏壓電壓電路，其耦合到所述高壓調(diào)節(jié)器輸出；欠電壓及過電壓鎖斷電路，其耦合到所述高壓調(diào)節(jié)器輸出；電流調(diào)節(jié)器；邏輯電路，其用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制(pwm)控制信號；固定關(guān)斷時間電路，其耦合到所述邏輯電路；功率驅(qū)動器，其耦合到所述邏輯電路且提供pwm控制信號以用于控制外部功率開關(guān)；外部柵極命令檢測電路，其耦合到所述邏輯電路且適用于接收外部pwm控制信號，其中當可檢測到所述外部pwm控制信號時，所述外部柵極命令檢測電路使得對所述外部功率開關(guān)的控制從所述邏輯電路變更為所述外部pwm控制信號；及第一電壓比較器及第二電壓比較器，其具有耦合到內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器的輸出及耦合到電流感測輸入的輸入。

根據(jù)進一步實施例，消隱電路可耦合在電流感測輸入與第一及第二電壓比較器輸入之間。根據(jù)進一步實施例，可由電容器的電容值確定固定關(guān)斷時間電路時間周期。

附圖說明

可通過參考結(jié)合附圖的下列描述獲取對本發(fā)明的更完整的理解，附圖中：

圖1說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的包括初級側(cè)起動技術(shù)的反激式功率轉(zhuǎn)換器的示意框圖；

圖2說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的起動控制器的示意框圖；

圖3說明現(xiàn)有技術(shù)反激式轉(zhuǎn)換器的示意圖；及

圖4說明根據(jù)本發(fā)明的另一特定實例實施例的包括初級側(cè)起動技術(shù)的正激式功率轉(zhuǎn)換器的示意框圖。

雖然本發(fā)明接受各種修改及替代形式，但已經(jīng)在圖式中展示且在本文中詳細描述本發(fā)明的特定實例實施例。然而應了解，本文中特定實例實施例的描述不意欲將本發(fā)明限制于本文中所揭示的特定形式。

具體實施方式

電源供應器(尤其是dc/dc及ac/dc功率轉(zhuǎn)換器)通常具有起動它們的獨特電路。根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，一種功率轉(zhuǎn)換器可包括起動控制器及次級側(cè)控制器，其中當電力(電壓)首先施加到功率轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)時，所述起動控制器用于將電力發(fā)送到所述次級側(cè)控制器。此提供使用初級側(cè)上的常規(guī)裝置起動功率轉(zhuǎn)換器的低成本集成電路(ic)解決方案，所述解決方案不復制次級側(cè)控制器的資源，且最小化初級側(cè)上的離散組件。

起動控制器經(jīng)特別設計用于起動功率轉(zhuǎn)換器，其中所述起動控制器定位于所述功率轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)上，且次級側(cè)控制器定位于功率轉(zhuǎn)換器(變壓器)的電隔離次級側(cè)上。起動控制器可具有兩種操作模式：1)起動控制器操作為開環(huán)電流調(diào)節(jié)器；及2)所述起動控制器從次級側(cè)控制器接收外部pwm命令以控制功率開關(guān)。在開環(huán)電流調(diào)節(jié)器模式中，最初直接從dc源電壓(例如，電池或整流ac線)供電給起動控制器。在將dc或整流ac線電壓耦合到變壓器的功率開關(guān)的接通期間，允許變壓器的初級繞組中的電流上升到由起動控制器監(jiān)測的最大電流電平。由外部電容器設置功率開關(guān)的關(guān)斷時間，使得功率轉(zhuǎn)換器僅輸出額定功率容量的小分率。額定輸出功率的此小分率為功率轉(zhuǎn)換器的輸出電容器充電且給次級側(cè)控制器加電。在此時間期間可斷接功率轉(zhuǎn)換器上的負載。

當功率轉(zhuǎn)換器的輸出充電到充足電壓電平時，次級側(cè)控制器將啟動，且從起動控制器取得對功率開關(guān)的控制。當功率轉(zhuǎn)換器加電時，起動控制器可從變壓器的初級側(cè)三級繞組接收偏壓。由于輸出功率僅是功率轉(zhuǎn)換器的額定功率的小分率，其中如果次級側(cè)控制器無法操作，那么可通過簡單電壓分路技術(shù)(例如功率齊納二極管)輕易保護所述輸出電壓以防過電壓。

當起動控制器從次級側(cè)控制器接收外部pwm命令(信號)時，在檢測到來自次級側(cè)控制器的外部pwm命令時，所述起動控制器切換到外部pwm命令模式。其中由次級側(cè)控制器確定功率開關(guān)的接通及關(guān)斷時間，使得功率轉(zhuǎn)換器可將其額定功率或調(diào)節(jié)輸出電壓所需的功率遞送到負載。在常態(tài)操作中，次級側(cè)控制器調(diào)節(jié)從功率轉(zhuǎn)換器到負載的輸出電壓。次級側(cè)控制器可將負載連接到功率轉(zhuǎn)換器(經(jīng)由開關(guān)或經(jīng)由切換后調(diào)節(jié)器)。

經(jīng)由隔離電路(例如，光耦合器或脈沖變壓器)將來自次級側(cè)控制器的pwm命令發(fā)送到起動控制器。如果使用線性控制，那么隔離電路不需要線性地操作，由此緩解由光耦合器的電流轉(zhuǎn)移比率(ctr)問題所引起的問題。次級側(cè)控制器可利用位于功率轉(zhuǎn)換器供電的負載(應用)中的微控制器資源，使得可采用精密功率轉(zhuǎn)換器控制技術(shù)。

如果起動控制器停止接收外部pwm命令，那么其將恢復到開環(huán)電流調(diào)節(jié)器模式。在任一模式中，起動控制器保護功率開關(guān)驅(qū)動器以防欠電壓及過電壓。起動控制器限制最大允許變壓器初級電流。起動控制器可用于起動反激式功率轉(zhuǎn)換器或正激式功率轉(zhuǎn)換器。當用于反激式功率轉(zhuǎn)換器應用中時，起動控制器具有一些額外特征，例如(但不限制于)防止反激式功率轉(zhuǎn)換器進入持續(xù)導電操作模式太深的額外電流感測比較器，由此保護反激式功率轉(zhuǎn)換器的輸出以防過電流故障狀況。

用于加偏壓于起動控制器的來自變壓器的初級側(cè)三級繞組的電壓可被耦合到反激式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。因此，所述三級繞組上的電壓可用作為輸出電壓反饋機制，如果次級側(cè)控制器無法適當操作，那么起動控制器的過電壓鎖斷(ovlo)電路將所述機制用作為額外級過電壓保護。

當用于正激式轉(zhuǎn)換器應用中時，正激式轉(zhuǎn)換器設計可需要：在變壓器的初級側(cè)三級繞組的輸出與起動控制器的偏壓輸入之間需要線性調(diào)節(jié)器。這是由于三級繞組耦合到整流ac電壓而非轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的事實。正激式轉(zhuǎn)換器的變壓器的復位繞組定位于功率轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)上，且經(jīng)有源箝位以提供變壓器復位。此外，所述有源箝位可經(jīng)設計以提供用于次級側(cè)控制器的初始偏壓，直到從正激式轉(zhuǎn)換器的輸出濾波器電感器的三級繞組建立用于次級側(cè)控制器的主偏壓源。

現(xiàn)在參考圖式，其示意地說明實例實施例的細節(jié)。將由相同編號表示圖式中的相同元件，且由具有不同小寫字母后綴的相同編號表示類似元件。

現(xiàn)在參考圖1，其描繪根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的包括初級側(cè)起動技術(shù)的反激式功率轉(zhuǎn)換器的示意框圖。反激式功率轉(zhuǎn)換器(通常由數(shù)字100表示)可包括耦合到ac線電源102的初級側(cè)功率整流器及濾波器104、起動控制器106、電容器107、變壓器122、mosfet開關(guān)116、電流感測電阻器124、偏壓電壓整流器114、功率整流器135、齊納二極管130、次級側(cè)控制器118、切換后調(diào)節(jié)器120及隔離電路108。反激式功率轉(zhuǎn)換器100在起動后將經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓提供到應用負載128。ac線電源102可在從大約47hz到大約63hz的頻率的從大約85到265伏特交流電(ac)的通用范圍中。應考慮，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本文所揭示的實施例可適用于其它電壓及頻率?？墒褂胐c源而非使用耦合到ac源的初級側(cè)功率整流器及濾波器104。

當將ac線功率102施加到初級側(cè)功率整流器及濾波器104時，產(chǎn)生dc電壓v_link。此dc電壓v_link耦合到變壓器122的初級及起動控制器106的vin輸入。當電壓v_link達到用于其合適操作的充足電壓時，起動控制器106變?yōu)樵谧饔弥?。一旦啟動，起動控制?06開始從其柵極節(jié)點(輸出接腳)驅(qū)動mosfet開關(guān)116。起動控制器106基于對通過mosfet開關(guān)116的峰值電流的調(diào)節(jié)以開環(huán)方式控制mosfet開關(guān)116的切換?？缗cmosfet開關(guān)116及變壓器122的初級串聯(lián)的電阻器124形成電壓，所述電壓與通過其峰值電流成比例。此電壓耦合到起動控制器106的c/s(電流感測)輸入，起動控制器106感測所述電壓且調(diào)整mosfet開關(guān)116的接通時間以將峰值電流限制于特定設計值。起動控制器106中的內(nèi)部線性調(diào)節(jié)器(見圖2，調(diào)節(jié)器230)(其輸入是dc電壓v_link)調(diào)節(jié)可由起動轉(zhuǎn)換器106的內(nèi)部電路使用的電壓vdd。vdd是起動控制器106的柵極節(jié)點處的峰值電壓。最初，內(nèi)部線性調(diào)節(jié)器供應用于操作起動控制器106的vdd，但一旦從變壓器122的初級側(cè)三級繞組通過功率二極管114提供dc電壓，此內(nèi)部線性調(diào)節(jié)器即停止將電流供應到起動控制器106的內(nèi)部電路。此允許減少起動控制器106中的內(nèi)部熱耗散。

驅(qū)動mosfet開關(guān)116接通及關(guān)斷將引起變壓器122通過整流器135將電容器126充電到電壓v_bulk。關(guān)斷切換后調(diào)節(jié)器120，因此沒有從其而來的輸出電壓v_out。因此，應用負載128與變壓器122的輸出隔離。隨著電壓v_bulk增加，次級側(cè)控制器118變?yōu)樽饔弥?。當次級?cè)控制器118的v/s輸入處的電壓v_bulk達到所需值時，次級側(cè)控制器118將通過將脈寬調(diào)制(pwm)命令經(jīng)由隔離電路108發(fā)送到起動控制器106的pwm輸入而開始控制來自起動控制器106的柵極輸出?，F(xiàn)在，次級側(cè)控制器118控制mosfet開關(guān)116。

變壓器122還經(jīng)由二極管114提供偏壓電壓v-bias。v-bias可通過變壓器耦合而交叉調(diào)節(jié)到起動控制器106。變壓器122的繞組匝數(shù)比率使得v-bias高于起動控制器106的內(nèi)部線性電壓調(diào)節(jié)器230(圖2)的輸出電壓設置點，由此有效地關(guān)斷此內(nèi)部線性電壓調(diào)節(jié)器230且減少其內(nèi)部熱耗散。一旦v_bulk已經(jīng)上升到其設計電壓，次級側(cè)控制器118將控制切換后調(diào)節(jié)器120，將v_out提供到應用負載128，由此功率加載反激式轉(zhuǎn)換器100。

現(xiàn)在參考圖2，其描繪根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的起動控制器的示意框圖。起動控制器106可包括高壓調(diào)節(jié)器230、內(nèi)部偏壓電壓電路232、第一電壓比較器234、第二電壓比較器238、固定消隱時間電路240、內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236、外部柵極命令檢測電路242、信號緩沖器244、由邏輯電路236控制的開關(guān)246、mosfet驅(qū)動器248、固定關(guān)斷時間定時器250以及欠電壓及過電壓鎖斷電路252。

vin輸入耦合到從橋式整流器及濾波器104(圖1)提供的電壓且用作為取決于ac線電壓102的到高壓調(diào)節(jié)器230的輸入電壓。高壓調(diào)節(jié)器230可為提供用于供電給mosfet驅(qū)動器248的較欠電壓vdd及其它內(nèi)部偏壓電壓(偏壓電路232)的線性調(diào)節(jié)器。還可從外部源提供vdd(例如，來自變壓器122(圖1)的v-bias)，使得可關(guān)斷內(nèi)部高壓調(diào)節(jié)器230，由此節(jié)省起動控制器106內(nèi)的內(nèi)部功率耗散。可由過電壓及欠電壓鎖斷電路252監(jiān)測電壓vdd以保護起動控制器106內(nèi)的電路以防超出設計規(guī)格電壓。可由內(nèi)部偏壓電壓電路232提供內(nèi)部偏壓及電壓參考，內(nèi)部偏壓電壓電路232可從高壓調(diào)節(jié)器230或用于vdd的外部源(例如變壓器122)接收其輸入操作電壓。

到柵極驅(qū)動器248的柵極驅(qū)動命令可使用可由邏輯電路236控制的開關(guān)246在兩個源之間切換。第一源可為內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236，且第二源可為來自耦合到pwm輸入且由信號緩沖器244內(nèi)部緩沖的外部源。

可由跨電阻器124(其耦合到起動控制器106的電流感測(c/s)輸入)形成的模擬電壓監(jiān)測流動通過mosfet開關(guān)116的電流。所述mosfet電流與變壓器的主要電流相同。當柵極驅(qū)動器248開始驅(qū)動mosfet開關(guān)時，邏輯電路236起動固定消隱時間電路240，接著固定消隱時間電路240瞬間在電流感測(c/s)節(jié)點處消隱信號，以防到達內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236，使得此處的內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器可忽略通過mosfet開關(guān)116的初始接通電流尖波。第一比較器234及第二比較器238監(jiān)測電流感測(c/s)輸入處的電壓。第一比較器234在已完成固定消隱時間電路240的消隱時間周期之后的短暫時間間隔內(nèi)監(jiān)測c/s節(jié)點處的電壓。如果c/s節(jié)點處的電壓在此短暫時間間隔期間超過第一電壓參考(vref1)，那么終止柵極驅(qū)動。第二比較器238設置在電流感測(c/s)輸入處允許的最大電壓(通過mosfet開關(guān)116的電流)。如果電流感測(c/s)輸入處的電壓大于第二電壓參考(vref2)，那么也終止柵極驅(qū)動。當終止所述柵極驅(qū)動時，其在由固定關(guān)斷時間電路250確定的時間周期內(nèi)維持關(guān)斷?？捎稍谄饎涌刂破?06的toff節(jié)點處的電容器107的電容值外部選擇此關(guān)斷時間周期。

當外部信號施加到脈寬調(diào)制(pwm)輸入節(jié)點時，其可由外部柵極命令檢測電路242檢測。當如此檢測到外部pwm信號時，邏輯電路236內(nèi)的邏輯使得開關(guān)246耦合此外部pwm信號從而驅(qū)動mosfet驅(qū)動器248，由此從起動控制器106外部的pwm源控制功率mosfet開關(guān)116。pwm信號頻率可為(例如但不限制于)從大約20khz到大約65khz。如果pwm輸入節(jié)點處的pwm信號在大于特定數(shù)個切換時段(例如，20khz的5個切換時段(250微秒))內(nèi)停止切換(例如，維持在高或低狀態(tài))，那么邏輯電路236內(nèi)的邏輯使得開關(guān)246切換回邏輯電路236的pwm輸出，從而接著從邏輯電路236的pwm輸出驅(qū)動mosfet驅(qū)動器248。接地節(jié)點(gnd)是用于起動控制器106中的電路的電路接地或共同點。此接地節(jié)點可提供返回點，用于到外部mosfet開關(guān)116的pwm驅(qū)動電流及用于在vin及vdd節(jié)點處的電壓的偏壓返回電流兩者。

返回參考圖1，起動控制器106并非可經(jīng)由變壓器耦合線性地調(diào)節(jié)反激式功率轉(zhuǎn)換器的輸出的初級側(cè)電源供應控制器。起動控制器106不復制次級側(cè)控制器118的精準參考及電壓誤差放大器。起動控制器106基本上具有兩種操作模式：在第一模式中，在反激式功率轉(zhuǎn)換器100的起動期間，起動控制器106充當開環(huán)電流調(diào)節(jié)器，其驅(qū)動mosfet開關(guān)116直到次級側(cè)控制器118控制(命令)驅(qū)動mosfet開關(guān)116的pwm信號。在第二模式中，一旦次級側(cè)控制器118完全進入操作，其開始通過隔離電路108將pwm信號命令發(fā)送到起動控制器106。一旦由起動控制器106接收來自次級側(cè)控制器118(經(jīng)由隔離電路108)的外部pwm信號命令，則其內(nèi)部柵極驅(qū)動器248可耦合到外部pwm信號，從而次級側(cè)控制器118現(xiàn)在控制mosfet開關(guān)116。

次級側(cè)控制器118可為模擬控制器或數(shù)字控制器(或模擬/數(shù)字混合)?？捎纱渭墏?cè)控制器118使用十分精密的控制方法，只要此類控制方法的輸出提供pwm信號(其為典型的)。次級側(cè)控制器118可與應用負載128(經(jīng)由切換后調(diào)節(jié)器120加載反激式功率轉(zhuǎn)換器100)通信以用于額外控制精密性。

由于來自次級側(cè)控制器118的pwm信號命令(pwm脈沖)驅(qū)動隔離電路108(例如，光耦合器、脈沖變壓器)接通或關(guān)斷，且不需要任何電路線性，根據(jù)本發(fā)明的教示，光耦合器ctr顧慮不成問題。包括起動控制器106的開環(huán)電流調(diào)節(jié)器經(jīng)設計以在高度斷續(xù)操作模式中操作反激式功率轉(zhuǎn)換器100，所述高度斷續(xù)操作模式將少量起動功率提供到變壓器122的次級繞組，從而為輸出電容器126充電且將操作電壓供應到次級側(cè)控制器118。

通常由起動控制器106的c/s節(jié)點處的pwm信號從0伏斜升到第二比較器238的vref2電壓所需的時間量確定接通時間(驅(qū)動外部mosfet開關(guān)116接通的時間)。可由固定關(guān)斷時間定時器250確定關(guān)斷時間(驅(qū)動外部mosfet開關(guān)116關(guān)斷的時間)?？捎神詈系狡饎涌刂破?06的toff節(jié)點的電容器107的值確定固定關(guān)斷時間定時器250的持續(xù)時間。例如，額定20瓦特功率的反激式轉(zhuǎn)換器可經(jīng)制造以使用開環(huán)電流調(diào)節(jié)器技術(shù)及由耦合到toff節(jié)點的電容器107設置的足夠長的關(guān)斷時間遞送大約一(1)瓦特輸出功率。

當外部pwm信號施加到起動控制器106的pwm節(jié)點且由外部柵極命令檢測電路242檢測時，開關(guān)246將從內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236到柵極驅(qū)動器248的輸入變更為外部源(從pwm節(jié)點經(jīng)由信號緩沖器244)。此允許次級側(cè)控制器118以合適頻率及pwm工作循環(huán)驅(qū)動反激式轉(zhuǎn)換器112以實現(xiàn)額定輸出功率及輸出電壓調(diào)節(jié)。在此模式中，起動控制器106僅僅是初級側(cè)加偏壓的柵極驅(qū)動器。然而，起動控制器106仍然提供由第一電壓比較器234及第二電壓比較器238給予的電流保護。如果第一電壓比較器234或第二電壓比較器238跳脫(改變輸出狀態(tài))，那么開關(guān)246接著將變更回其從內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236獲得其命令的位置，其中由固定關(guān)斷時間定時器250設置關(guān)斷時間。其中開關(guān)246直到由固定關(guān)斷時間定時器250設置的時間周期結(jié)束時才可改變位置返回到經(jīng)由信號緩沖器244接收命令。當來自次級側(cè)控制器118經(jīng)由隔離電路108的外部pwm信號停止(維持在高狀態(tài)或低狀態(tài))(不再由外部柵極命令檢測電路242檢測)超過250μs的時間周期時，開關(guān)246將變回其從內(nèi)部電流調(diào)節(jié)器及邏輯電路236獲得其命令的位置。

欠電壓及過電壓鎖斷電路252保證柵極節(jié)點處的峰值電壓在反激式轉(zhuǎn)換器112的外部功率mosfet開關(guān)116的合適范圍內(nèi)。欠電壓鎖斷(uvlo)電路保證可得到足夠電壓以恰當增強mosfet116的柵極。過電壓鎖斷(ovlo)電路保證電壓不超過功率mosfet116的典型額定柵極電壓。ovlo電路252還提供另一重要功能：其必須防止次級側(cè)控制器118起動及調(diào)節(jié)的失效。如果次級側(cè)控制器118不接受命令，那么起動控制器106將繼續(xù)為輸出電容器126充電直到其達到過電壓閾值。輸出電容器126上的此電壓經(jīng)由變壓器122繞組耦合而被反射回起動控制器106的vdd節(jié)點且將使起動控制器106中的ovlo電路跳脫。當電路252的ovlo部分的高壓限制超過mosfet驅(qū)動器248時，將禁止輸出。ovlo電路252可具有(例如但不限制于)兩(2)伏磁滯帶。因此，暫停mosfet開關(guān)116的閘控直到起動控制器106的vdd節(jié)點處的電壓衰減到低于ovlo電路252磁滯帶的下限。為了一層額外過電壓保護(萬一次級側(cè)控制器118失效)，功率齊納二極管130(或有源分路調(diào)節(jié)器的一些其它形式)可跨變壓器122的輸出(例如，跨電容器126)放置。由于可通過結(jié)合起動控制器106的toff節(jié)點上的電容器107選擇長的關(guān)斷時間，而將反激式功率轉(zhuǎn)換器100的輸出功率設置為低，其中可通過使用分路的跨變壓器122的dc輸出的功率齊納二極管130而合理地保護經(jīng)由整流器135的變壓器122的輸出以防過電壓。

現(xiàn)在參考圖4，其描繪根據(jù)本發(fā)明的另一特定實例實施例的包括初級側(cè)起動技術(shù)的正激式功率轉(zhuǎn)換器的示意框圖。正激式功率轉(zhuǎn)換器(通常由數(shù)字400表示)可包括耦合到ac線電源402的初級側(cè)功率整流器及濾波器404、起動控制器106、電容器107、調(diào)節(jié)器430、mosfet開關(guān)416、用于電流感測的電阻器424、偏壓電壓整流器414、變壓器422、次級側(cè)控制器418、功率整流器435及436、有源箝位電路440、電流感測變壓器445、電感器450、二極管455、箝位齊納二極管465、開關(guān)460、隔離電路408及應用負載428?？墒褂胐c源，而非使用耦合到ac源的初級側(cè)功率整流器及濾波器404。

變壓器422可包括四個(4)繞組：1)耦合到v_link的初級繞組；2)耦合到功率整流器435及436的次級繞組；3)耦合到有源箝位電路440的復位繞組；及4)耦合到整流器414的三級繞組。ac線402可在從大約47hz到大約63hz的頻率的從大約85到265伏交流電流(ac)的通用范圍中?？稍O想且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本文所揭示的實施例可適用于其它電壓及頻率。當將ac線電源102施加到初級側(cè)功率整流器及濾波器404時，產(chǎn)生dc電壓v_link。此dc電壓v_link耦合到變壓器422的初級繞組及起動控制器106的vin輸入。在施加ac線電源402后，最初通過v_link(經(jīng)由其vin節(jié)點)加偏壓于起動控制器106。當電壓v_link達到用于其合適操作的充足電壓時，起動控制器106變?yōu)樵谧饔弥小Ｒ坏┤绱思悠珘?，起動控制?06閘控mosfet開關(guān)416接通及關(guān)斷。起動控制器106通過監(jiān)測跨耦合到其c/s節(jié)點的電流感測電阻器424形成的電壓而提供通過變壓器422的初級繞組的電流的開環(huán)調(diào)節(jié)。

當mosfet開關(guān)416經(jīng)閘控接通時，變壓器422繞組的點側(cè)(定相(phasing))是允許電流流動通過初級繞組、次級繞組及三級繞組的正極。電流流動通過整流器414且通過電壓調(diào)節(jié)器430，以將偏壓提供到起動控制器106的vdd端口。電流還流動通過整流器435、電流感測變壓器445、電感器450的主要繞組，且為電容器426充電。此時，應用負載428被隔離，因為開關(guān)460是斷開的。當mosfet416開關(guān)經(jīng)閘控關(guān)斷時，電流流動通過復位繞組到有源箝位電路440。有源箝位電路440通過其pnp晶體管的柵極上的齊納二極管對復位繞組電壓進行箝位。pnp晶體管的集極上的齊納二極管箝制電壓vccs。vccs是用于次級側(cè)控制器418的偏壓電壓。來自變壓器422的復位的磁化能量可用于幫助加偏壓于次級側(cè)控制器418。當mosfet開關(guān)416經(jīng)閘控關(guān)斷時，電流流動通過耦合到二極管455的電感器450的三級繞組。這還允許能量流動以提供電壓vccs。一旦正激式功率轉(zhuǎn)換器400進入操作，經(jīng)由二極管455流動到電壓vccs的電流將是次級側(cè)控制器418的操作功率的主要源。

當vccs達到充足電壓時，次級側(cè)控制器418可經(jīng)由隔離電路408將閘控命令發(fā)送到起動控制器106?，F(xiàn)在由次級側(cè)控制器418控制mosfet開關(guān)416的閘控。次級側(cè)控制器418接著可調(diào)節(jié)電壓v_out、關(guān)斷開關(guān)460且將功率施加到應用負載428。

當使用起動控制器106起動反激式功率轉(zhuǎn)換器100或正激式功率轉(zhuǎn)換器400時存在一些關(guān)鍵差異。例如，變壓器422的三級繞組上的電壓不耦合到正激式轉(zhuǎn)換器400的輸出電壓。而是，變壓器422的三級繞組上的電壓耦合到v_link。因此，沒有經(jīng)由變壓器耦合的第二電壓信息。這是需要電壓調(diào)節(jié)器430來調(diào)節(jié)起動控制器106的vdd端口上的電壓的原因。另外，因為缺少經(jīng)由變壓器422三級繞組的電壓信息，所以假使次級側(cè)控制器418失效，過電壓保護策略是不同的。在起動期間，運用耦合到起動控制器106的toff節(jié)點(端口)的電容器107(見圖2)的所選擇值，遞送到輸出的功率被設置為低。有源箝位電路440的pnp晶體管的集極上的齊納二極管對vccs上的電壓進行箝位且保護次級側(cè)控制器418以防過電壓?？捎升R納二極管465保護跨正激式轉(zhuǎn)換器400的輸出的組件。這兩個齊納二極管充當保護分路調(diào)節(jié)器。在正激式功率轉(zhuǎn)換器400設計中，無需圖2中展示的比較器234。比較器234的目的是使得反激式功率轉(zhuǎn)換器100免于進入連續(xù)導電操作模式。然而，正激式功率轉(zhuǎn)換器400的電感器450的主要繞組通常保持在連續(xù)導電模式中。

功率齊納二極管130/465可與電容器126/426并聯(lián)放置，其中齊納二極管130/465的陰極耦合到電容器126/426的正極側(cè)，且齊納二極管130/465的陽極可耦合到電容器126/426的負極側(cè)。在此配置中，齊納二極管130/465經(jīng)分路橫跨反激式功率轉(zhuǎn)換器100或正激式功率轉(zhuǎn)換器400的輸出。齊納二極管130/465擊穿電壓高于電容器126/426上的標準電壓輸出。如果發(fā)生次級側(cè)控制器118失效且導致過電壓，那么輸出電壓降將上升直到齊納二極管130/465折轉(zhuǎn)(breakover)且對所述過電壓進行箝位。齊納二極管130/465將分別耗散反激式功率轉(zhuǎn)換器100或正激式功率轉(zhuǎn)換器400的輸出功率，此由起動控制器106的toff接腳處的電容器107的電容值確定。齊納二極管130/465應至少針對所述功率耗散進行額定。可設想且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可由執(zhí)行此分路箝位功能的有源電路替代齊納二極管130/465的功能。如果需要更精確的擊穿電壓時通?？蛇M行此替代。

基本上，起動控制器106的目的是通過具有開環(huán)電流調(diào)節(jié)器來起動功率轉(zhuǎn)換器100/400，所述開環(huán)電流調(diào)節(jié)器具有短的接通時間(mosfet開關(guān)116/416經(jīng)閘控接通)及十分長的關(guān)斷時間(由圖2中放置于起動控制器106的t-off節(jié)點上的電容器值確定所述關(guān)斷時間)。依此方式，具有從大約20瓦特到60瓦特范圍的額定功率的功率轉(zhuǎn)換器100/400可具有大約一(1)瓦特的起動功率。所以，依開環(huán)方式，一(1)瓦特的功率可遞送到次級以為轉(zhuǎn)換器的輸出電容器126/426充電且起動次級側(cè)控制器118/418。通常，次級側(cè)控制器118/418將及時起動以防止輸出電容器126/426過度充電(過電壓)。然而，如果次級側(cè)控制器118/418無法起動，那么開環(huán)起動控制器106接著將繼續(xù)為輸出電容器126/426充電(其開環(huán)意謂其不獲得電壓反饋)。所以，有必要將跨輸出電容器126/426的電壓箝位到標準額定輸出電壓的大約125％的電壓以用于保護。這可簡單地使用具有合適擊穿電壓的齊納二極管130/465完成。此齊納二極管130/465需要被額定以處置起動功率。例如，額定為兩(2)瓦特的齊納二極管將易于處置(1)瓦特起動功率。具有失效次級側(cè)控制器118/418的功率轉(zhuǎn)換器100/400將維持在此齊納箝位狀態(tài)中，直到移除ac線電源102/402。對于正激式轉(zhuǎn)換器400，如果次級側(cè)控制器418無法起動，那么這是防止過電壓的唯一方式。對于反激式轉(zhuǎn)換器100，假使次級側(cè)控制器118失效，還可采用起動控制器106的ovlo鎖斷電路252來防止過電壓。在此情況中，齊納130箝位提供一層額外保護。