相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年2月2日提交的美國臨時申請no.62/290,165的權(quán)益，該申請全文以引用方式并入本文。

本發(fā)明整體涉及電子電路，更具體地但非排他性地涉及同步整流器。

背景技術(shù)：

整流器二極管用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器，例如反激轉(zhuǎn)換器。一般來講，反激轉(zhuǎn)換器是升降壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電感器被分立，形成變壓器。在反激轉(zhuǎn)換器中，初級側(cè)開關(guān)閉合時會使變壓器的初級繞組連通到輸入電壓源。閉合初級側(cè)開關(guān)會增加初級電流和磁通量，在變壓器中存儲能量，并且會在變壓器的次級繞組上感生出電流。感生出的電流具有極性，會使二極管整流器反向偏置，阻止輸出電容器充電。當初級側(cè)開關(guān)斷開時，初級電流和磁通量下降并且次級繞組上電流的極性會發(fā)生變化，從而正向偏置二極管整流器并允許輸出電容器充電，產(chǎn)生dc輸出電壓。

許多反激轉(zhuǎn)換器采用二極管整流器來產(chǎn)生dc輸出電壓。二極管整流器的導電損耗對總功率損耗具有顯著影響，尤其是對于低壓、大電流變換器應用。二極管整流器的導通損耗是正向壓降和正向?qū)щ婋娏鞯某朔e。使用作為同步整流器運行的金屬氧化物半導體場效應二極管(mosfet)來替換二極管整流器，可降低等效正向壓降，從而可減少導通損耗。然而，與二極管整流器不同，同步整流器的導通必須由附加電路(例如同步整流器驅(qū)動器)主動控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個實施方案中，開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括同步整流器和控制同步整流器導通的同步整流器驅(qū)動器。同步整流器驅(qū)動器響應于關(guān)斷觸發(fā)而關(guān)斷同步整流器。同步整流器驅(qū)動器防止關(guān)斷觸發(fā)在基于同步整流器的導通時間自適應設(shè)置的關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間關(guān)斷同步整流器。

本發(fā)明的這些及其他特征對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說在閱讀本公開的包括附圖和權(quán)利要求書的整個內(nèi)容后將是顯而易見的。

附圖說明

圖1示出了可利用本發(fā)明實施方案的反激轉(zhuǎn)換器的示意圖。

圖2和圖3分別示出當使用固定關(guān)斷觸發(fā)消隱時間時，重負載條件下以及輕負載條件下同步整流器信號的波形。

圖4和圖5分別示出根據(jù)本發(fā)明實施方案在重負載條件下以及輕負載條件下同步整流器信號的波形。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的開關(guān)轉(zhuǎn)換器的示意圖。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的同步整流器驅(qū)動器的示意圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的反激轉(zhuǎn)換器的信號的波形。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的關(guān)斷觸發(fā)消隱電路的示意圖。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的反激式變換器的示意圖。

在不同附圖中使用相同的參考標記表示相同或類似的部件。

具體實施方式

為了讓讀者能夠全面了解本發(fā)明的實施方案，本公開提供了許多具體細節(jié)，如電路、部件和方法的實施例等。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到，本發(fā)明可在沒有這些具體細節(jié)中的一個或多個的情況下實施。在其他情況下，未示出或描述熟知的細節(jié)以免使本發(fā)明的方面模糊不清。

圖1示出了可利用本發(fā)明實施方案的反激轉(zhuǎn)換器的示意圖。在圖1的實施例中，反激轉(zhuǎn)換器包括初級側(cè)開關(guān)qpr、同步整流器qsr、變壓器t1和輸出電容器cout。在一個實施方案中，初級側(cè)開關(guān)qpr和同步整流器qsr中的每個包括mosfet。

當初級側(cè)開關(guān)qpr被接通時，變壓器t1的初級繞組連接至輸入電壓源極vin，從而使得電流ids流過該初級側(cè)開關(guān)qpr和該初級繞組。當初級側(cè)開關(guān)qpr被關(guān)斷時，存儲于初級側(cè)繞組中的能量被釋放到變壓器t1的次級繞組。次級繞組中的感應電流接通同步整流器qsr的體二極管并且電流isr流經(jīng)次級繞組以將輸出電容器cout充電。在體二極管開始導通時同步整流器qsr接通，從而通過提供與其體二極管并聯(lián)的低阻抗電流路徑來使得同步整流器qsr上的正向壓降最小化。為了防止電流反相，同步整流器qsr在同步整流器電流isr達到零之前關(guān)斷。

圖2和圖3分別示出當使用固定關(guān)斷觸發(fā)消隱時間時，重負載條件下以及輕負載條件下同步整流器信號的波形。圖2和圖3示出同步整流器的漏極至源極電壓vds.sr(參見101)、流經(jīng)同步整流器的同步整流器電流isr(參見102)以及同步整流器的柵極至源極電壓vgs.sr(參見103)的波形。圖2和圖3還示出了同步整流器的關(guān)斷閾值vth.off(參見104)以及接通閾值vth.on(參見105)。當同步整流器的漏極至源極電壓vds.sr降至低于接通閾值vth.on時(這是由同步整流器的體二極管的導通引起)，同步整流器qsr會接通。注意同步整流器的導通時間以體二極管導通開始，不一定是在通向同步整流器的柵極驅(qū)動信號生效時。

在一個實施方案中，關(guān)斷同步整流器的關(guān)斷觸發(fā)為其漏極至源極電壓vds.sr變得大于關(guān)斷閾值vth.off。更具體地講，在同步整流器電流isr達到零時，同步整流器的漏極至源極電壓vds.sr上升到關(guān)斷閾值vth.off以上，由此關(guān)斷同步整流器。在同步整流器關(guān)斷之后，同步整流器電流isr流經(jīng)體二極管，并且體二極管在同步整流器電流isr達到零時被反向偏置。

如圖2所示，同步整流器的漏極至源極電壓vds.sr(參見101)在同步整流器接通之后嚴重振蕩。由于該開關(guān)噪聲，在同步整流器接通后有一段時期，漏極至源極電壓vds.sr可超出關(guān)斷閾值vth.off，由此使得同步整流器在其導通時間期間過早關(guān)斷。為了防止這種情況發(fā)生，提供了關(guān)斷觸發(fā)消隱時間(參見106)，在該時間無論其漏極至源極電壓vds.sr的電平相對于關(guān)斷閾值vth.off如何，都不會關(guān)斷同步整流器。也就是說，在關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間，關(guān)斷觸發(fā)被消隱，即被禁用。關(guān)斷觸發(fā)消隱時間表示同步整流器的最小導通時間，即接通時間。在圖2的示例中，關(guān)斷觸發(fā)消隱時間(參見106)短于同步整流器的導通時間(參見107)。在典型的sr驅(qū)動器集成電路(ic)中，需要專用的針腳來編程關(guān)斷觸發(fā)消隱時間。

圖3示出輕負載條件下圖2的波形。一般來講，選擇最佳關(guān)斷觸發(fā)消隱時間相對較難。過長的關(guān)斷觸發(fā)消隱時間可導致同步整流器電流在輕負載條件下反向，以致在同步整流器導通時間相對于關(guān)斷觸發(fā)消隱時間較短時降低效率。在另一方面，過短的關(guān)斷觸發(fā)消隱時間無法在重負載條件下有效地消隱漏極至源極電壓vds.sr上的開關(guān)噪聲。

一般來講，在重負載條件下感應的開關(guān)噪聲更多，在輕負載條件下感應的開關(guān)噪聲更少。在一個實施方案中，為獲得有效的關(guān)斷觸發(fā)消隱時間并避免和固定關(guān)斷觸發(fā)消隱時間相關(guān)的問題，同步整流器的關(guān)斷觸發(fā)消隱時間被調(diào)整以適應負載條件。關(guān)斷觸發(fā)消隱時間可在柵極驅(qū)動信號接通同步整流器時被引入。在關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間，用于關(guān)斷同步整流器的關(guān)斷觸發(fā)被消隱，以防止關(guān)斷觸發(fā)過早地將同步整流器關(guān)斷。

圖4和圖5分別示出根據(jù)本發(fā)明實施方案在重負載條件下以及輕負載條件下同步整流器信號的波形。在圖4和圖5的示例中，關(guān)斷觸發(fā)消隱時間(圖4和圖5，參見106)自適應地設(shè)置為等于上一開關(guān)周期中的同步整流器導通時間的一部分。更具體地講，在一個實施方案中，圖4和圖5的波形分別地和圖2和3的波形相同，不同之處在于，關(guān)斷觸發(fā)消隱時間自適應地設(shè)置為上一開關(guān)周期中同步整流器導通時間的50％。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。在圖6的實施例中，開關(guān)轉(zhuǎn)換器是反激轉(zhuǎn)換器300，該反激轉(zhuǎn)換器與圖1的反激轉(zhuǎn)換器相同，并添加了同步整流器(sr)驅(qū)動器200。圖6的反激轉(zhuǎn)換器300的其他部件如參考圖1所述。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的sr驅(qū)動器200的示意圖。在圖7的示例中，sr驅(qū)動器200實施為集成電路，該集成電路具有用于連接至同步整流器qsr的漏極的drain引腳、用于連接至同步整流器qsr的源極的source引腳、用于連接至接地參考的gnd引腳、用于連接至同步整流器qsr的柵極的gate引腳、用于接收電源電壓的vdd引腳以及用于接收輸入電壓源的vin引腳。在圖7的示例中，sr驅(qū)動器200包括綠色電路205，用于在同步整流器導通時間(這可通過sr_cond信號檢測)短于預定閾值時，通過關(guān)閉通向同步整流器qsr的柵極驅(qū)動信號來最小化待機功耗。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的反激轉(zhuǎn)換器300的信號的波形。參考圖6和圖7，圖8示出了以下信號的波形：通過設(shè)置/重置鎖存器203輸出的sr_cond信號(參見161)、由放大器206輸出的arm信號(參見162)、接通觸發(fā)消隱電路201輸出的turn_on_allow信號(參見163)(例如1μs的固定消隱時間)、與門210輸出的turn_on_trg信號(參見164)、關(guān)斷觸發(fā)消隱電路204輸出的turn_off_allow信號(參見165)、與門212輸出的turn_off_trg信號(參見166)以及同步整流器qsr的gate針腳上的柵極驅(qū)動信號(參見167)。在圖8的示例中，將關(guān)斷觸發(fā)消隱時間(由turn_off_allow信號指示)自適應地選擇為在上一開關(guān)周期檢測到的同步整流器qsr導通時間的50％。有利地，因為關(guān)斷觸發(fā)消隱時間是自適應地選擇，sr驅(qū)動器200的集成電路封裝不需要專用的針腳用于編程關(guān)斷觸發(fā)消隱時間。

圖8進一步示出了以下項的波形：流經(jīng)初級側(cè)開關(guān)qpr的電流ids(參見151)、從drain針腳到source針腳的電壓(參見152)、流經(jīng)同步整流器qsr的同步整流器電流isr(參見153)、相對于通向同步整流器qsr的柵極驅(qū)動信號(參見155)的通向初級側(cè)開關(guān)qpr的柵極驅(qū)動信號(參見154)、以及同步整流器的漏極至源極電壓vsr.ds(參見156)。要注意由于在同步整流器qsr漏極上的雜散電感，從sr驅(qū)動器200的drain針腳到source針腳的電壓并非完全等于同步整流器的漏極至源極電壓vsr.ds。

在一個實施方案中，在柵極驅(qū)動信號(圖8，參見167)生效以接通同步整流器qsr之后，引入關(guān)斷觸發(fā)消隱時間(圖8，參見165)。這使得關(guān)斷觸發(fā)消隱時間延長自適應設(shè)置的時間段，防止同步整流器qsr被同步整流器qsr接通后出現(xiàn)的開關(guān)噪聲關(guān)斷。

參考圖7，sr驅(qū)動器200從drain和source針腳檢測同步整流器qsr的漏極至源極電壓。放大器211將同步整流器的漏極至源極電壓vds.sr和接通閾值vth.on比較以檢測體二極管導通的開始。當放大器211檢測到同步整流器qsr的體二極管開始導通時，放大器211通過與門210為觸發(fā)器202輸入時鐘脈沖信號使柵極驅(qū)動信號在gate針腳處生效，并由此接通同步整流器qsr。這有利地通過經(jīng)由同步整流器qsr的溝道而非體二極管進行導電來使得功率損耗最小化。放大器206將同步整流器qsr的漏極至源極電壓vds.sr和高閾值vth.hgh比較以檢測體二極管導通的結(jié)束。當放大器206檢測到體二極管導通的結(jié)束時，放大器206重置設(shè)置/重置鎖存器203以使sr_cond信號失效。

仍然參考圖7，sr_cond信號通過設(shè)置/重置鎖存器203輸出。sr_cond信號由關(guān)斷觸發(fā)消隱電路204接收以生成關(guān)斷觸發(fā)消隱信號，該信號禁用與門212以防止重置通向同步整流器qsr的柵極驅(qū)動信號。更具體地講，在圖7的示例中，關(guān)斷觸發(fā)為當通過drain針腳和source針腳檢測到的同步整流器qsr的漏極至源極電壓vds.sr超出關(guān)斷閾值vth.off時。當同步整流器qsr的漏極至源極電壓vds.sr上升到關(guān)斷閾值vth.off以上時，放大器209會生成清除觸發(fā)器202的輸出信號，以在gate針腳處使柵極驅(qū)動信號失效，并由此關(guān)斷同步整流器qsr。關(guān)斷觸發(fā)消隱電路204輸出關(guān)斷觸發(fā)消隱信號而選通(即啟用/禁用)與門212，以防止關(guān)斷觸發(fā)在關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間關(guān)斷同步整流器qsr。在一個實施方案中，關(guān)斷觸發(fā)消隱電路204在同步整流器導通時間期間通過將定時電容器充電來生成關(guān)斷觸發(fā)消隱信號。定時電容器的峰值被采樣和保持。采樣的信號的一半可與定時電容器電壓比較以生成關(guān)斷觸發(fā)消隱信號。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的關(guān)斷觸發(fā)消隱電路204的示意圖。在圖9的實施例中，sr_cond信號被延遲電路u2(例如，30ns延遲)和延遲電路u3(例如，20ns延遲)延遲，確保合適的采樣和保持。定時電容器c4由電流源i2根據(jù)sr_cond信號充電。定時電容器c4的峰值電壓與各個開關(guān)周期的同步整流器導通時間成比例。定時電容器c4的電壓峰值被采樣并存儲在電容器c2中。然后，在下一個開關(guān)周期中，電容器c2的電壓的一半，與定時電容器c4的電壓進行比較，生成turn_off_allow信號。turn_off_allow信號上升沿從sr_cond信號上升沿延遲了前一個開關(guān)周期的同步整流器導通時間的一半。turn_off_allow信號，即關(guān)斷觸發(fā)消隱信號由柵極u5輸出。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的反激轉(zhuǎn)換器300a的示意圖。反激轉(zhuǎn)換器300a是圖6的反激轉(zhuǎn)換器300的具體實施方案。反激轉(zhuǎn)換器300a包括之前所述的組件，即變壓器t1、初級側(cè)開關(guān)qpr、同步整流器qsr以及sr驅(qū)動器200。反激轉(zhuǎn)換器300a接收、篩選和整流ac輸入，以在變壓器t1的初級繞組兩端生成輸入電壓。在圖10的示例中，反激轉(zhuǎn)換器300a包括控制器ic301，用于通過例如在變壓器t1的初級側(cè)上進行脈沖寬度調(diào)制(pwm)來控制初級側(cè)開關(guān)qpr的開關(guān)操作。sr驅(qū)動器200控制次級側(cè)上同步整流器qsr的導通。

在一個實施方案中，sr驅(qū)動器200的集成電路封裝包括多個針腳。sr驅(qū)動器200的集成電路封裝包括連接至同步整流器qsr的漏極的drain針腳、連接至同步整流器qsr源極的source針腳以及連接至同步整流器qsr的柵極的gate針腳。在圖10的示例中，drain針腳通過外部電阻器rext連接至同步整流器qsr的漏極。借助自適應關(guān)斷觸發(fā)消隱，sr驅(qū)動器200的集成電路封裝沒有專用的針腳用于編程關(guān)斷觸發(fā)消隱時間。

因此本公開除了隨附的權(quán)利要求外，還包括至少以下額外的權(quán)利要求：

1.一種開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，包括：

變壓器；

連接至變壓器的次級繞組的同步整流器；以及

集成電路(ic)封裝中的同步整流器(sr)驅(qū)動器，所述ic封裝包括連接至所述同步整流器的漏極的drain針腳、連接至所述同步整流器的源極的source針腳以及連接至所述同步整流器的柵極的gate針腳，所述sr驅(qū)動器被配置為響應于關(guān)斷觸發(fā)而關(guān)斷所述同步整流器，以防止所述關(guān)斷觸發(fā)在關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間關(guān)斷所述同步整流器，并自適應地基于所述同步整流器的導通時間設(shè)置所述關(guān)斷觸發(fā)消隱時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，其中所述同步整流器驅(qū)動器被配置為將關(guān)斷觸發(fā)消隱時間設(shè)置為所述同步整流器的所述導通時間的50％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，其中所述開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括反激轉(zhuǎn)換器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，還包括初級側(cè)開關(guān)，所述初級側(cè)開關(guān)連接至變壓器的初級繞組。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，其中所述關(guān)斷觸發(fā)是放大器的輸出信號，所述輸出信號指示所述同步整流器的漏極至源極電壓超出關(guān)斷閾值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，其中所述同步整流器驅(qū)動器包括關(guān)斷觸發(fā)消隱電路，所述關(guān)斷觸發(fā)消隱電路生成關(guān)斷觸發(fā)消隱信號，所述關(guān)斷觸發(fā)消隱信號在所述關(guān)斷觸發(fā)消隱時間期間將所述放大器的所述輸出信號消隱。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路，其中所述放大器的所述輸出信號為通向與門的輸入，并且所述關(guān)斷觸發(fā)消隱信號為通向所述與門的另一個輸入。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其中所述關(guān)斷觸發(fā)消隱電路包括：

第一電容器，所述第一電容器在第一開關(guān)周期中在所述同步整流器的所述導通時間期間被充電；

第二電容器，所述第二電容器在所述第一開關(guān)周期中存儲在所述第一電容器中存儲的電荷的峰值；以及

比較器電路，所述比較器電路在所述第一開關(guān)周期之后的第二開關(guān)周期中，將存儲在所述第二電容器中的電荷的一半與存儲在所述第一電容器中的電荷進行比較。

9.一種控制同步整流器的方法，所述方法包括：

在第一開關(guān)周期中接通同步整流器；

在所述第一開關(guān)周期中關(guān)斷所述同步整流器；

在所述第一開關(guān)周期之后的第二開關(guān)周期中接通所述同步整流器；以及

在所述第二開關(guān)周期中，防止所述同步整流器在消隱時間被關(guān)斷，所述消隱時間自適應地基于所述同步整流器在所述第一開關(guān)周期中的導通時間而設(shè)置。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述消隱時間自適應地設(shè)定為所述同步整流器在所述第一開關(guān)周期中的所述導通時間的50％。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

在所述第一開關(guān)周期中在所述同步整流器的導通期間將第一電容器充電；

在所述第一開關(guān)周期中在第二電容器中存儲所述第一電容器的峰值電荷；以及

將所述第一開關(guān)周期中存儲在所述第二電容器中的電荷與在所述第二開關(guān)周期中存儲在所述第一電容器中的電荷進行比較，以設(shè)置所述消隱時間。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述第一開關(guān)周期中，當所述同步整流器的所述漏極至源極電壓增大至關(guān)斷閾值以上時，所述同步整流器被關(guān)斷。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括：

在所述第二開關(guān)周期中，在所述消隱時間到期后，關(guān)斷所述同步整流器。

已經(jīng)公開帶自適應關(guān)斷觸發(fā)消隱的開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路和方法。雖然已經(jīng)提供了本發(fā)明的具體實施方案，但是應當理解，這些實施方案只是出于舉例說明的目的而非進行限制。許多另外的實施方案對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說在閱讀本公開內(nèi)容后將是顯而易見的。