有源緩沖器的最小占空比控制的制作方法
【專利說明】有源緩沖器的最小占空比控制
[0001 ]優(yōu)先權(quán)請求
[0002]本申請根據(jù)35U.S.C.§lll(a)是于2014年9月23日提交的國際專利申請序號PCT/CN2014/087177的繼續(xù)并要求其優(yōu)先權(quán)利益，在此通過弓I用將其整體并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]同步整流器向從功率轉(zhuǎn)換器要求改進的功率密度和效率的應(yīng)用提供了很好的解決方案。半導(dǎo)體開關(guān)(諸如，金屬氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT))可以使用小導(dǎo)通電阻產(chǎn)生，使得當他們更換整流二極管時可以實現(xiàn)顯著的效率改進和降低熱耗散。
[0004]然而，同步整流器也帶來了一個問題較大的電壓尖峰和跨同步整流器的漏極和源極高頻ringing。電壓尖峰可以通過同步整流器的體二極管的的較差反向恢復(fù)特性而引起。在一些應(yīng)用中，由于電壓尖峰，嚴重的電壓應(yīng)力可被施加在同步整流器。一種方法可包括使用額定電壓是高到足以承受最壞情況的電壓尖峰的整流器，以防止同步整流器的破裂。然而，對于高的電壓尖峰的問題的該方法類型通常包括使用具有比標稱額定整流器高得多的傳導(dǎo)電阻整流器，從而增加導(dǎo)電損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請?zhí)峁┝擞糜诳刂仆秸鞴β兽D(zhuǎn)換器的各方面的方法和裝置。在示例中，裝置可以最小占空比控制電路，經(jīng)配置用于接收與同步整流功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的一個或多個開關(guān)的第一控制信號，比較第一控制信號的占空比和最小占空比閾值，并且對于所述同步整流功率轉(zhuǎn)換器的有源緩沖器開關(guān)提供具有至少最小占空比的第二控制信號。
[0006]此概述旨在提供本專利申請的主題的概述。它并非意在提供本發(fā)明的排他性或窮盡性說明。詳細描述被包括以提供關(guān)于本專利申請的進一步的信息。
【附圖說明】
[0007]在附圖中，附圖不一定按比例繪制，相同的標號可以描述在不同視圖中的類似組件。具有不同字母后綴的標記可以表示類似組件的不同實例。附圖以舉例的方式，而不是通過限制的方式總體示出在本文件中所討論的不同實施例。
[0008]圖1示出具有有源緩沖器的示例功率轉(zhuǎn)換器。
[0009]圖2—般地示出圖1的功率轉(zhuǎn)換器的兩個開關(guān)周期的曲線圖。
[0010]圖3示出示例性定時圖，其中有源緩沖器的有源開關(guān)的控制信號從同步整流器的控制信號導(dǎo)出。
[0011 ]圖4 一般地示出在軟啟動期間圖2和3的控制方案的時序圖。
[0012]圖5—般地示出示例功率轉(zhuǎn)換器控制器的框圖。
[0013 ]圖6至圖8—般地示出最小緩沖占空比電路的示例。
[0014]圖9 一般地示出說明示例最小緩沖器占空比電路的效果的時序圖。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出具有有源緩沖器101的同步整流功率轉(zhuǎn)換器100。功率轉(zhuǎn)換器100被配置成通常在不同的電壓電平接收輸入電壓(νΙΝ)和提供分離的輸出電壓(VQUT)。除了下面討論的開關(guān)，功率轉(zhuǎn)換器100可以包括一個或多個控制器和隔離電路，以提供分離的輸出電壓(V0UT)。在某些實施例中，功率轉(zhuǎn)換器可以包括初級側(cè)控制器、次級側(cè)控制器和隔離電路。在一些示例中，一個或多個控制器和隔離電路可以合并為單一的控制器單元。
[0016]至于同步整流功率轉(zhuǎn)換器100的操作，在某些示例中，當在初級側(cè)(Q1，Q2)的開關(guān)被關(guān)斷時，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)或它們的體二極管可以導(dǎo)通以對于輸出電感(L0)的續(xù)流電流給予路徑。當主開關(guān)(Q1，Q2)被接通時，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)可以被關(guān)閉。然而，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的體二極管可以繼續(xù)導(dǎo)通，因為電感電流的連續(xù)性。在初級側(cè)開關(guān)(Q1，Q2)完全導(dǎo)通之后，在次級繞組兩端的主變壓器T1的電壓(反向施加于同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的導(dǎo)電體二極管)可以強制體二極管被關(guān)斷。根據(jù)體二極管的反向恢復(fù)特性，具有大的di/dt速率的大的反向電流可以出現(xiàn)在體二極管。在體二極管被完全關(guān)斷之后，反向電流，以及存儲在T1的次級繞組的泄漏電感和接地路徑的電感中的能量需要傳輸?shù)穆窂?，否則，反向電流可產(chǎn)生跨越同步整流器(05，06，07，08)的較大電壓尖峰和高頻ring。與主體二極管停止導(dǎo)通同時地，有源緩沖器101的開關(guān)(Qa)可以打開，以對這種能量給予路徑。該能量可以被轉(zhuǎn)移到有源緩沖器101的較大電容器(Ca)，以便在整個同步整流器的電壓并不增加太多。以這種方式，出現(xiàn)在整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的電壓被限制，以避免整流器的損壞或降解。
[0017]用于有源開關(guān)(Qa)的驅(qū)動信號可以從控制單元中得到，諸如初級側(cè)控制單元或次級側(cè)控制單元。在一些示例中，有源開關(guān)(Qa)可以打開同相于初級側(cè)開關(guān)(Q1，Q2)，使得當初級側(cè)開關(guān)(Q1，Q2)接通或?qū)〞r有源開關(guān)(Qa)接通。圖2總體示出對應(yīng)于圖1的功率轉(zhuǎn)換器的操作模式的兩個開關(guān)周期的曲線圖。曲線圖包括NM0S主開關(guān)(Q1，Q2)的控制信號(Dact_Ql，Dact_Q2)，緩沖器的PM0S有源開關(guān)(Qa)的控制信號(DQa—act)，可以出現(xiàn)跨整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的漏極和源極的電壓(Vds)和有源電容器兩端的電壓(V_Ca)。
[0018]參照圖2，當初級側(cè)NM0S開關(guān)(Q1，Q2)導(dǎo)通時，控制信號在高邏輯電平，PM0S有源開關(guān)(Qa)或緩沖開關(guān)也導(dǎo)通，低邏輯電平，因此有源電容器(Ca)可平行于同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)，用于存儲由體二極管的反向恢復(fù)所引起的能量，并在尖峰消失之后將該能量放電到二次繞組和輸出。反向電壓曲線圖(Vds)示出當有源開關(guān)(QA)導(dǎo)通時，跨越和同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的漏極和源極的電壓(Vds)可以等于有源電容器兩端的電壓(Ca)。該電壓在一定范圍內(nèi)以低的轉(zhuǎn)換速率增加，用于存儲二極管的反向恢復(fù)能量并排出它返回到主功率系，從而在初級側(cè)開關(guān)(Q1，Q2)到接下來的半周期開啟之前電壓返回原始值。在某些實施例中，緩沖開關(guān)可以包括晶體管，例如(但不限于)金屬氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。使用短語“金屬-氧化物-半導(dǎo)體”并不意味著所有的實施例必須包括具有金屬柵極結(jié)構(gòu)的裝置。例如，F(xiàn)ET或其它晶體管結(jié)構(gòu)可以包括諸如多晶硅的導(dǎo)電柵極材料。
[0019]在一些示例中，有源開關(guān)(Qa)的控制信號可以從一個或多個同步整流控制信號得至IJ。圖3示出示例性定時圖，其中有源緩沖器的有源開關(guān)的控制信號(DQa—act)從同步整流器(05，06，07，08)的控制信號(0&(^_05，0&(^_06，0&(^_07，0&(^_08)衍生。從控制的角度來看，該同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)可以是免費的與初級側(cè)開關(guān)(Ql，Q2)，以及有源緩沖器的有源開關(guān)(QA)的控制信號(DQa—act)可以是同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的控制信號(Dact_Q5，Dact_Q6，Dact_Q7，Dact_Q8)的“AND”功能的輸出。相對于跨同步整流器的電壓(Vds)，圖3的控制方案本質(zhì)上是相同于圖2的控制方案，在這兩個方案中，在正常穩(wěn)態(tài)運行時，控制方案夾緊應(yīng)力，感應(yīng)跨同步整流器的電壓。
[0020]功率轉(zhuǎn)換器可提供軟啟動功能，其中初級側(cè)開關(guān)將根據(jù)逐周期增加的占空比導(dǎo)通，諸如從約零的初始占空比。軟啟動可以限制從轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)到轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)的啟動浪涌電流，這可以在某些應(yīng)用中顯著更有效。圖4 一般地示出圖2和3的控制方案的時序圖，諸如表示軟啟動控制序列的一部分。在軟起動過程中，初級側(cè)開關(guān)(Q1，Q2)的占空比可以非常小，使得有源電容器(Ca)只能由電壓尖峰充電，以及有源開關(guān)(Qa)沒有足夠時間經(jīng)由有源緩沖器分支向變壓器T1的次級繞組的和輸出釋放在有源電容器(Ca)中存儲的能量。因此，有源電容器兩端的電壓(Ca)能保持增加。經(jīng)過軟啟動過程的開始的數(shù)個循環(huán)，有源電容器(Ca)兩端的電壓可以在連續(xù)循環(huán)過程中增加，如圖1示例性所示。這些增加可以達到一定的水平，使得有源緩沖器可失敗，然后同步整流器上的電壓可以松開。在這樣的故障情況下，整個同步整流器的電壓可超過造成這些設(shè)備的故障的同步整流器的額定電壓。
[0021]在一些控制方案中，包括具有軟啟動的控制方案，可施加逐周期限制，以進一步限制有源緩沖器開關(guān)的工作時間。逐周期限制通常用于限制電源供應(yīng)的電源系的電流流動或輸出端的輸出電壓。它可以終止指定的驅(qū)動信號，以限制主開關(guān)的導(dǎo)通時間，使得電源輸