减少功率变换系统中的开关损耗的系统和方法技术方案

本公开涉及减少功率变换系统中的开关损耗的系统和方法。根据一些实施例的功率变换器及其方法。例如，功率变换器包括初级绕组、以及耦合到初级绕组的次级绕组。另外，功率变换器包括第一开关，第一开关包括第一开关端子、第二开关端子、以及第三开关端子。第一开关被配置为影响与初级绕组相关联的第一电流。第一开关端子对应于第一电压，第二开关端子对应于第二电压。第一电压减去第二电压等于电压差。另外，功率变换器包括第二开关，第二开关包括第四开关端子、第五开关端子、以及第六开关端子并且被配置为影响与次级绕组相关联的第二电流。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及集成电路。更具体地，本专利技术的一些实施例提供了减少功率变换系统中的开关损耗的系统和方法。
技术介绍
本专利技术的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本专利技术的一些实施例提供了用于减少开关损耗的系统和方法。仅通过示例，本专利技术的一些实施例已经被应用于功率变换系统。但是，应该认识到，本专利技术具有更广泛的应用范围。图1是示出具有整流电路的传统的功率变换系统的简化示意图。功率变换系统100(例如，功率变换器)包括整流桥101、主控制器102(例如，芯片)、初级绕组104、次级绕组106、副控制器108(例如，芯片)、二极管109、辅助绕组124、电流感测电阻器128、电容器103、107、112、140、和142、电阻器105、122、126、132、146、148、150、和152、并联稳压器(例如，TL431)144、光电耦合器171、电容器160、以及开关110和130。主控制器102包括比较器162、退磁检测器164、以及触发器166。副控制器108包括比较器168和176、定时器174(例如，2-μs前沿消隐定时器)、以及触发器172。如图1所示，初级侧的接地电压是芯片102的接地电压，次级侧的接地电压是芯片108的接地电压。芯片102的接地电压被偏置到0伏，并且芯片102的接地电压至少通过光电耦合器171与芯片108的接地电压隔离。如果开关130(例如，晶体管)闭合(例如，导通)，能量被存储在包括初级绕组104和次级绕组106的变压器中。变压器生成输出电压180，该输出电压被包括电阻器150和148的分压器接收。通过光电耦合器171，反馈信号178被生成。如果开关130断开(例如，关断)，变压器所存储的能量被转移到次级侧，并且退磁过程开始。在退磁过程期间，开关110(例如，晶体管)闭合(例如，导通)。当退磁过程结束时，开关110断开(例如，关断)，并且串联谐振在初级绕组104和开关130(例如，晶体管)的寄生电容器199之间发生。如图1所示，横跨开关130的寄生电容器199的电压降等于晶体管130的漏极端子和源极端子之间的电压降。如果晶体管130的漏极端子和源极端子之间的电压降(例如，Vds)减小到低量级(例如，局部最小值)，则开关130闭合(例如，导通)，以减少开关损耗并提高系统效率。图2是传统的功率变换系统100的简化时序图。波形202代表作为时间函数的驱动信号182，波形204代表作为时间函数的电流感测信号184(例如，VCS)，波形206代表作为时间函数的信号186(例如，INV)，并且波形208代表作为时间函数的检测信号188(例如，DEM_on)。另外，波形210代表作为时间函数的、流过次级绕组106的电流190(例如，IS)，波形212代表作为时间函数的电压(例如，Vsns)，并且波形214代表作为时间函数的驱动信号194(例如，SR_gate信号)。如波形202所示，在导通时间T1期间，驱动信号182处于逻辑高电平，并且开关130闭合(例如，导通)。当开关130闭合(例如，导通)时，电流196流过初级绕组104、开关130、以及电阻器128，并且生成电流感测信号184(例如，VCS)。如波形204所示，电流感测信号184(例如，VCS)在导通时间T1期间从值216增大到值218。如波形214所示，在功率变换系统100的次级侧，在导通时间T1期间，驱动信号194处于逻辑低电平，并且开关110断开(例如，关断)。如波形212所示，电压信号192(例如，Vsns)在导通时间T1期间保持在值224。如波形202所示，在关断时间T2的开始时间t0，驱动信号182从逻辑高电平变为逻辑低电平，并且开关130在关断时间T2期间断开(例如，关断)。如波形204所示，在关断时间T2的开始时间t0，电流感测信号184(例如，VCS)从值218迅速减小到值216。如波形206所示，在关断时间T2的开始时间t0，与辅助绕组124相关联的电压信号186(例如，INV)从值228迅速增大到值230。如波形212所示，在关断时间T2的开始时间t0，电压信号192(例如，Vsns)从值224迅速减小到值226。例如，值224高于0伏，并且值226低于0伏。如波形210所示，电流190(例如，Is)从时间t0的值222迅速增大到时间t1的值220。如波形214所示，在关断时间T2的时间tl，驱动信号194从逻辑低电平变为逻辑高电平，并且开关110闭合(例如，导通)。如波形212所示，在关断时间T2的时间t1，电压信号192(例如，Vsns)从值226增大到值232。例如，值232低于0伏。如波形206所示，从关断时间T2的时间t0到时间t2，与辅助绕组124相关联的电压信号186(例如，INV)基本保持在值230。如波形214所示，从关断时间T2的时间t1到时间t2(例如，在时间段T4期间)，驱动信号194保持在逻辑高电平，并且开关110保持闭合(例如，导通)。如波形212所示，从关断时间T2的时间t1到t2(例如，在时间段T4期间)，电压信号192(例如，Vsns)从值232逐渐增大到值234。例如，值234等于-12mV。如波形210所示，从关断时间T2的时间t1到时间t2(例如，在时间段T4期间)，电流190(例如，Is)从值220减小到值222。例如，值222接近(例如，等于)0安。在另一示例中，在时间t2，退磁过程结束。参考图1，在关断时间T2的时间t2(例如，在退磁过程结束时)，比较器168将比较信号191输出到触发器172(例如，触发器172的R端子)。如波形214所示，在关断时间T2的时间t2，驱动信号194从逻辑高电平变为逻辑低电平，并且开关110变为断开(例如，关断)。例如，时间t2是时间段T5的开始时间。如波形206所示，从时间段T5的开始时间t2到时间t3，串联谐振在初级绕组104和开关130的寄生电容器199之间发生，并且与辅助绕组124相关联的电压信号186(例如，INV)减小，直到电压信号186达到最小值239(例如，在时间t3)为止。如波形208所示，在时间t3，退磁检测器164在信号188中生成脉冲(例如，DEM_on)。响应于该脉冲，如波形202所示，在时间t3，驱动信号182从逻辑低电平变为逻辑高电平，并且开关130闭合(例如，导通)。例如，时间t3是驱动信号182的另一导通时间T3的开始。如图1和图2所示，开关130的导通电压被如下确定：Vturn_on＝Vin-N×Vo (等式1)其中，Vturn_on代表开关130的导通电压，Vin代表输入电压198，N代表初级绕组104和次级绕组106之间的匝数比，并且Vo代表输出电压180。根据等式1，开关130的导通电压随输入电压198增大，所以开关130的导通电压在高输入电压比在低输入电压更高。另外，传统的功率变换系统100(例如，准谐振功率变换器)的开关频率在高输入电压比在低输入电压更高。因此，在高输入电压，传统的功率变换系统100的开关损耗通常显著大于低输入电压的开关损耗。高输入电压的开关损耗严重影响了系统效率。为了减少开关损耗，可以在开关110关断和退磁过程结束之间引入延迟。图3是另一功率变换系统的简化的传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换器，该功率变换器包括：初级绕组；次级绕组，所述次级绕组耦合到所述初级绕组；第一开关，包括第一开关端子、第二开关端子、以及第三开关端子，所述第一开关被配置为影响与所述初级绕组相关联的第一电流，所述第一开关端子对应于第一电压，所述第二开关端子对应于第二电压，所述第一电压减去所述第二电压等于电压差；第二开关，包括第四开关端子、第五开关端子、以及第六开关端子，所述第二开关被配置为影响与所述次级绕组相关联的第二电流；采样电压生成器，被配置为在所述第一开关变为闭合之前对第三电压进行采样，并且至少部分地基于所述第三电压生成采样电压，所述第三电压与所述第一开关变为闭合之前的所述电压差有关；误差放大器，被配置为接收所述采样电压和参考电压，并且至少部分地基于所述采样电压和所述参考电压生成放大电压；阈值电压生成器，被配置为至少基于与所述放大电压相关联的信息生成阈值电压；以及驱动信号生成器，被配置为接收所述阈值电压和第四电压，至少部分地基于所述阈值电压和所述第四电压生成驱动信号，并且将所述驱动信号输出到所述第二开关，所述第四电压表征所述第二电流；其中，所述驱动信号生成器进一步被配置为响应于所述第四电压变得大于所述阈值电压，生成断开所述第二开关的所述驱动电压；其中，所述功率变换器被配置为响应于所述采样电压和所述参考电压不相等，随时间改变所述阈值电压。...

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器，该功率变换器包括：初级绕组；次级绕组，所述次级绕组耦合到所述初级绕组；第一开关，包括第一开关端子、第二开关端子、以及第三开关端子，所述第一开关被配置为影响与所述初级绕组相关联的第一电流，所述第一开关端子对应于第一电压，所述第二开关端子对应于第二电压，所述第一电压减去所述第二电压等于电压差；第二开关，包括第四开关端子、第五开关端子、以及第六开关端子，所述第二开关被配置为影响与所述次级绕组相关联的第二电流；采样电压生成器，被配置为在所述第一开关变为闭合之前对第三电压进行采样，并且至少部分地基于所述第三电压生成采样电压，所述第三电压与所述第一开关变为闭合之前的所述电压差有关；误差放大器，被配置为接收所述采样电压和参考电压，并且至少部分地基于所述采样电压和所述参考电压生成放大电压；阈值电压生成器，被配置为至少基于与所述放大电压相关联的信息生成阈值电压；以及驱动信号生成器，被配置为接收所述阈值电压和第四电压，至少部分地基于所述阈值电压和所述第四电压生成驱动信号，并且将所述驱动信号输出到所述第二开关，所述第四电压表征所述第二电流；其中，所述驱动信号生成器进一步被配置为响应于所述第四电压变得大于所述阈值电压，生成断开所述第二开关的所述驱动电压；其中，所述功率变换器被配置为响应于所述采样电压和所述参考电压不相等，随时间改变所述阈值电压。2.如权利要求1所述的功率变换器，还被配置为响应于所述采样电压大于所述参考电压，随时间增大所述阈值电压。3.如权利要求2所述的功率变换器，还被配置为随着增大阈值电压，使所述采样电压减小。4.如权利要求1所述的功率变换器，还被配置为响应于所述采样电压小于所述参考电压，随时间减小所述阈值电压。5.如权利要求4所述的功率变换器，还被配置为随着减小阈值电压，使所述采样电压增大。6.如权利要求1所述的功率变换器，还被配置为响应于所述采样电压与所述参考电压相等，使所述阈值电压随时间保持恒定。7.如权利要求6所述的功率变换器，还被配置为响应于恒定的阈值电压而使所述采样电压保持恒定。8.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述驱动信号生成器包括：比较器，被配置为接收所述阈值电压和所述第四电压，并且至少部分地基于所述阈值电压和所述第四电压生成比较信号；以及触发器，被配置为接收所述比较信号，并且至少部分地基于所述比较信号生成所述驱动信号。9.如权利要求1所述的功率变换器，其中：所述第一开关进一步被配置为影响流过所述初级绕组的所述第一电流；所述第二开关进一步被配置为影响流过所述次级绕组的所述第二电流；以及所述驱动信号生成器进一步被配置为接收所述第四电压，所述第四电压与所述第二电流成比例。10.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述阈值电压生成器进一步被配置为：响应于减小放大电压而增大所述阈值电压；以及响应于增大放大电压而减小所述阈值电压。11.一种用于功率变换器的控制器，所述控制器包括：采样电压生成器，被配置为在第一开关变为闭合之前对第一电压进行采样，并且至少部分地基于所述第一电压生成采样电压，所述第一电压与所述第一开关变为闭合之前的电压差有关，所述第一开关包括第一开关端子、第二开关端子、以及第三开关端子并且被配置为影响与所述功率变换器的初级绕组相关联的第一电流，所述第一开关端子对应于第二电压，所述第二开关端子对应于第三电压，所述电压差等于所述第二电压减去所述第三电压；以及误差放大器，被配置为接收所述采样电压和参考电压，并且至少部分地基于所述采样电压和所述参考电压生成放大电压，并且输出所述放大电压，供阈值电压生成器生成阈值电压；其中，所述阈值电压生成器被配置为：至少基于与所述放大电压相关联的信息生成所述阈值电压；以及将所述阈值电压输出到驱动信号生成器；其中，所述驱动信号生成器被配置为：接收所述阈值电压和第四电压；至少部分地基于所述阈值电压和所述第四电压生成驱动信号，所述第四电压表征与所述功率变换器的次级绕组相关联的第二电流，所述次级绕组耦合到所述初级绕组；以及将所述驱动信号输出到第二开关，所述第二开关包括第四开关端子、第五开关端子、以及第六开关端子并且被配置为影响所述第二电流；其中，所述驱动信号生成器进一步被配置为响应于所述第四电压变得大于所述阈值电压，生成断开所述第二开关的所述驱动信号；其中，所述控制器被配置为响应于所述采样电压与所述参考电压不相等，生成所述放大电压以随时间改变所述阈值电压。12.如权利要求11所述的控制器，进一步被配置为响应于所述采样电压大于所述参考电压而生成所述放大电压，以随时间增大所述阈值电压。13.如权利要求12所述的控制器，其中，随着增大阈值电压，所述采样电压减小。14.如权利要求11所述的控制器，进一步被配置为响应于所述采样电压小于所述参考电压而生成所述放大电压，以随时间减小所述阈值电压。15.如权利要求14所述的控制器，其中，随着减小阈值电压，所述采样电压增大。16.如权利要求11所述的控制器，进一步被配置为响应于所述采样电压与所述参考电压相等而生成所述放大电压，以保持所述阈值电压随时间保持恒定。17.如权利要求16所述的控制器，其中，所述采样电压响应于所述恒定的阈值电压保持恒定。18.一种用于功率变换器的控制器，该控制器包括：阈值电压生成器，被配置为至少基于与误差放大器生成的放大电压相关联的信息生成阈值电压；以及驱动信号生成器，被配置为接收所述阈值电压和第一电压，至少部分地基于所述阈值电压和所述第一电压生成驱动信号，并且将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方倩，吕华伟，陈志樑，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31