开关功率转换器、用于控制其的方法以及反激式转换器技术

提供一种反激式转换器，其包括用于将基极电流驱动到BJT功率开关的基极的基极驱动器。该基极驱动器受控制以便在至少一些脉冲中使基极电流适应性地变化。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请主张2014年12月8日提交的美国临时申请No.62/089,149的权益，将所述申请的内容全文并入本文。
本申请涉及开关功率转换器，更具体地，涉及一种开关功率转换器，其配置成控制双极型晶体管(BJT)功率开关的基极电流改变的速率与该BJT功率开关的集电极电流改变的速率成比例。
技术介绍
诸如智能电话和平板电脑的移动电子设备的爆炸式增长在现有技术中造成了对于紧凑和高效的开关功率转换器不断增加的需要，以使得用户可以再次充电这些设备。反激式开关功率转换器一般提供在移动设备中，原因是其变压器提供了与AC家用电流的安全隔离。由于功率开关在变压器的初级侧发生但是负载在次级侧，这种隔离引起了一个问题。对于反激式转换器的功率开关调制需要获知变压器次级侧上的输出电压。这种反馈可以通过从次级侧到初级侧的光隔离器桥接而获得，但是这增加了成本及控制复杂性。因此，已经开发了仅初级反馈的技术，这些技术使用在每个开关周期中变压器初级侧上的反射电压。在反激式转换器的开关周期中，次级电流(变压器次级绕组中的电流)在初级侧功率开关停止循环之后脉冲到高。然后次级电流随着功率被输送到负载而斜降至零。功率开关关断时间和次级电流斜降至零之间的延迟表示为变压器重置时间(Trst)。在变压器重置时间在初级绕组上的反射电压与输出电压成比例，原因是当次级电流已经停止流动时在次级侧上没有二极管电压降。在变压器重置时间的反射电压因此直接与基于变压器中的匝比和其他因素的输出电压成比例。仅初级的反馈技术使用该反射电压以高效地调制功率开关并且因此调制输出电压。反激式转换器中的功率开关可以包括诸如MOSFET的三极管或双极型晶体管(BJT)。相比于MOSFET，BJT的制造更便宜。另外，BJT具有较低的EMI噪声并且对于缓冲电路的需求更小。因此，BJT功率开关在反激式转换器中的使用普及性已经增长，尤其是对于诸如增长的移动设备市场的低功率应用来说。共同受让的美国专利No.8,289,732(‘732专利)中公开了具有BJT功率开关的一种特别有利的反激式转换器，将上述专利的内容通过引用全文并入本文。在这种反激式转换器架构中，使用仅初级的反馈在逐脉冲的基础上控制BJT集电极电流(并且因此初级电流)。在如上讨论的变压器重置时间在初级侧(例如，在辅助绕组)上感测反馈感测电压(Vsense)。反激式转换器的控制器将反馈电压Vsense与代表输出(根据变压器中的匝比而缩放)处的目标电压的参考电压比较以产生误差信号。该控制器处理误差信号以相应地控制功率开关，以便在下一开关循环中取得期望的峰值初级电流。每次接通BJT功率开关，集电极电流从零线性斜升到对于该脉冲的期望峰值电流。尽管所产生的控制架构成本非常低并且非常高效，但是对于每个电流脉冲集电极电流中的线性变化使得合适的基极电流的形成复杂化。为了用作开关，BJT功率开关的基极电流应当充分高于其集电极和共发射极增益的比，以便BJT功率开关被驱动到饱和。基极电流的合适量因此根据集电极电流的线性变化而变化。因此，驱动该充分量的基极电流以保持BJT功率开关处于饱和并不容易做到，因为充足的过驱动量对于在关闭BJT功率开关之前刚刚取得的峰值初级/集电极电流来说是必需的。用于保证取得该峰值集电极电流的一种方法包括根据足以在整个脉冲之中取得该峰值集电极电流的过驱动量来驱动基极电流。但是，对于这种恒定基极电流的使用由于在除了峰值集电极电流之外的脉冲的大部分之间产生过量的过驱动因而会浪费功率。图1中示出了这种恒定的基极电流驱动的一个例子。基极驱动器接通信号搏动至接通和关闭以相应地控制恒定集电极电流(iB)脉冲的产生。在每个基极电流脉冲期间，集电极电流(iC)从零斜升到峰值集电极电流值。这个量的基极电流对于在该峰值集电极电流的过驱动来说是充足的并且因此在每个脉冲的剩余部分期间是过量的。因此，本领域存在对于改进的基极电流驱动技术和用于具有BJT功率开关的开关功率转换器的系统的需求。
技术实现思路
提供了一种开关功率转换器，其包括控制器，该控制器在每个脉冲之中适应性地调节BJT功率开关的基极电流。以这种方式，相比于在每个脉冲中常规使用恒定基极电流，功率得以节省。另外，减少了在相应的电流驱动器上的热应力。通过下文的详细描述可以更好地理解这些有利特征。附图说明图1示意了对于根据常规基极电流驱动方案的一系列脉冲的驱动器信号、基极电流和集电极电流的波形。图2是包括根据本公开的实施方式而配置的转换器的反激式转换器的电路图。图3示意了对于根据本公开的实施方式的一系列脉冲的驱动器信号、基极电流和集电极电流的波形。图4是根据本公开的实施方式的、控制用于反激式转换器的BJT功率开关的功率开关基极电流的方法的流程图。通过参考下文的详细说明最佳地理解本公开的实施方式以及其优点。应当理解相同的附图标记用于识别在一个或多个附图中示意的相同元件。具体实施方式为了解决现有技术中对于更加有效地控制开关功率转换器中BJT功率开关的基极电流的需要，提供了一种控制器，其适应性地调节被驱动到BJT功率开关的基极电流，以在每个初级电流脉冲的接通时间期间使基极电流变化。在使用仅初级的反馈的反激式转换器实施方式中，该控制器在逐脉冲的基础上确定期望的初级电流。针对下述示例性实施方式将能更好地理解这些特征。图2中示出了示例性反激式转换器200。通过桥式整流器BR1和输入电容器C1整流AC输入以形成输入电压VIN。控制器205控制连接到初级(1°)变压器绕组的BJT功率开关以控制初级电流的脉冲是否可能在相应的变压器中建立存储的磁能。为了这样做，控制器205将基极电流(iB)驱动到BJT功率开关的基极以接通BJT功率开关，以便能形成集电极电流(iC)。由于初级绕组联接在桥式整流器和BJT功率开关的集电极之间，因而该集电极电流也是初级绕组电流。从BJT功率开关产生的发射极电流等于基极和集电极电流的总和。如在‘732专利中讨论的，控制器205可以响应于来源于辅助绕组上的反射电压的Vsense反馈电压控制在每个电流脉冲中的集电极电流的峰值量(并且因此也控制峰值初级绕组电流)。该反射电压出现在每个脉冲循环中控制器205关断BJT功率开关的时候，借此在变压器次级侧上的二极管D1变得正向偏置，以使得变压器中存储的磁能被输送到负载。能量的这种输送在负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关功率转换器，其包括：耦接到感应器的双极型晶体管(BJT)功率开关；基极电流驱动器，其配置成将基极电流驱动到BJT功率开关的基极；以及控制器，其配置成控制基极驱动器以使得BJT功率开关根据基极电流的驱动而循环开和关，其中对于至少一些BJT功率开关循环中的每个当前循环的基极电流从起始值开始，并以与当前循环的先前循环中BJT功率开关的集电极电流改变的速率成比例的基极电流改变的速率增加到最大值。

【技术特征摘要】
2014.12.08 US 62/089,149;2014.12.29 US 14/584,6761.一种开关功率转换器，其包括：
耦接到感应器的双极型晶体管(BJT)功率开关；
基极电流驱动器，其配置成将基极电流驱动到BJT功率开关的基极；
以及
控制器，其配置成控制基极驱动器以使得BJT功率开关根据基极电流
的驱动而循环开和关，其中对于至少一些BJT功率开关循环中的每个当前
循环的基极电流从起始值开始，并以与当前循环的先前循环中BJT功率开
关的集电极电流改变的速率成比例的基极电流改变的速率增加到最大值。
2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述开关功率转换器
是反激式转换器，并且其中感应器是用于反激式转换器的变压器的初级绕
组。
3.根据权利要求2所述的开关功率转换器，其中控制器配置成确定所
述先前循环中BJT功率开关的峰值集电极电流和接通时间，并且其中控制
器进一步配置成使用所述峰值集电器电流和所述接通时间的比来确定对
于所述先前循环的改变的速率。
4.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中控制器配置成控制基
极驱动器以使得基极电流改变的速率与集电极电流改变的速率的(1/β)倍成
比例，其中β是BJT功率开关的共发射极增益。
5.根据权利要求4所述的开关功率转换器，其中所述共发射极增益是
受迫共发射极增益。
6.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中控制器配置成控制基
极驱动器以使得基极电流的起始值是距离零的偏置值。
7.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中控制器进一步配置成
在达到最大基极电流水平时限制基极电流改变的速率。
8.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中控制器配置成在BJT

\t功率开关的每个循环中保持恒定峰值电流。
9.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中控制器配置成在负载
之间保持恒定输出电压。
10.一种方法，其包括：
使开关功率转换器中的双极型晶体管(BJT)功率开关循环以将功率
输送到负载；
在一个给定循环中，确定BJT功率开关的集电极电流改变的速率；以
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·孔，H·布伊，D·多恩，F·史，J·沙，
申请(专利权)人：戴洛格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US