软切换回扫转换器制造技术

在同步整流器及回扫转换器(100)、集成电路(101)以及操作方法的所阐述实例中，响应于第一开关电压(VDS1)转变到低于第一阈值(VTH1)而接通第一开关(S1)以允许电流在变压器初级绕组(108)中沿第一方向流动达第一时间周期(T1)，且在所述第一时间周期(T1)之后接通第二开关(S2)达第二时间周期(T2)以从次级变压器绕组(122)转移能量来驱动负载(125)。在同一转换器循环中，在跨越所述第二开关(S2)的共振振铃电压波形的一系列谷值中的一者处响应于第二开关电压(VDS2)转变到低于第二阈值(VTH2)而再次接通所述第二开关(S2)达第三时间周期(T3)，以致使电流在所述初级绕组(108)中沿第二方向流动以将所述第一开关(S1)的电容(CS1)放电以致使所述第一开关电压(VDS1)转变到低于所述第一阈值(VTH1)，从而起始后续转换器循环。

Soft switching flyback converter

In the synchronous rectifier and the flyback converter (100), integrated circuit (101) and the operation method of this example, in response to the first switching voltage (VDS1) shift to lower than the first threshold (VTH1) and turn on the first switch (S1) to allow the current in the primary winding of the transformer (108) flow along the first direction of the first cycle time (T1), and in the first time period (T1) after turning on the second switch (S2) second (T2) in the time period from the secondary winding of transformer (122) the transfer of energy to drive the load (125). In the same converter cycle, across the second switch (S2) is one of a series resonant ringing voltage waveform of the valley value in response to the second switch voltage (VDS2) shift to lower than the second threshold (VTH2) and switched on again, the second switch (S2) up to third time period (T3) in the current, resulting in the primary winding (108) in the second direction will flow to the first switch (S1) capacitor (CS1) discharge to the said first switching voltage (VDS1) shift to lower than the first threshold (VTH1), thus initiating the subsequent converter cycle.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软切换回扫转换器此一般来说涉及回扫转换器，且更特定来说涉及软切换及同步整流回扫转换器。
技术介绍
同步整流器用于执行DC-DC转换以驱动输出负载，其中变压器通常用于构造具有次级侧开关的回扫转换器以提供优于无源整流回扫转换器的效率优点。在许多应用中，效率是主要设计目标，且期望减小或减轻初级侧开关及次级侧开关中的切换损失及传导损失。软切换或零电压切换(ZVS)涉及在跨越初级侧开关及/或次级侧开关的电压较低(优选地零)时接通所述开关。理想地，在零伏特下进行切换使切换损失最小化，但此由于场效晶体管(FET)类型开关的漏极-源极电容而为困难的。传导损失在开关接通时发生，且可通过使用较大开关而减小，借此减小接通状态电阻(例如，FET开关的漏极-源极电阻RDSON)。然而，较大晶体管尺寸导致开关电容的增加。因此，在不存在软切换控制的情况下，仅增加晶体管大小以减轻传导损失会增加切换损失。此外，用以对同步整流回扫转换器的初级侧开关执行简单软切换的能力在宽广范围的输入电压及输出电压/电流条件内为困难的。特定常规转变模式(TM)同步整流器控制方案使用谷值控制来调节转换器输出电流或电压，且在初级侧切换节点处的共振电压振铃的局部最小值或“谷值”处接通初级侧开关。然而，共振电压振荡即使在谷值处也不接近零伏特，尤其针对高输入电压条件。因此，无法跨越常规同步整流回扫转换器的宽广范围的操作条件而实现真正零电压切换，且切换损失可为大量的。因此，在特定操作条件下，必须使用不连续模式(DM)切换操作，所述DM切换操作增加传导损失且减小转换器效率。此外，硬切换(即，不具有可靠地实现真正零电压切换的能力)会抑制用以增加开关大小以对抗传导损失之能力，且导致经增加共模电磁干扰(EMI)。初级侧开关的硬接通还可导致次级侧整流器上的电压的共振倍增，从而导致经增加同步整流器阻断电压且进一步增加由较高RDSON导致的传导损失。因此，经改进同步整流器回扫转换器及控制技术期望减轻电容切换损失以在不具有经降级效率的情况下支持经增加功率密度及切换频率。
技术实现思路
在同步整流回扫转换器、集成电路及操作方法的所阐述实例中，响应于初级侧第一开关的开关电压转变到低于第一阈值而接通所述初级侧第一开关以允许电流沿第一方向在变压器初级绕组中流动达第一时间周期。关断所述第一开关，且接通次级侧开关达第二时间周期以从变压器次级转移能量来驱动负载。在跨越所述第二开关的共振振铃电压波形的一系列谷值中的一者处响应于第二开关电压转变到低于第二阈值而在同一转换器循环中再次接通所述第二开关达第三时间周期。关断所述第二开关致使电流在所述初级绕组中沿第二方向流动以将第一开关电容放电以致使所述第一开关电压转变到低于所述第一阈值，从而起始后续转换器循环。这些技术及电路促进切换损失的减小，同时允许使用较大开关大小来对抗传导损失，且可因此增加转换器操作切换频率。在特定实例中，可通过使用双开关回扫拓扑以将泄漏能量传回到输入而非在箝位电路中耗散所述泄漏能量而减轻变压器泄漏。在特定实例中，在第二开关电压的一系列共振振铃峰值及谷值中的特定谷值处或其附近进行第二开关的第二致动。此外，在特定实例中，控制电路至少部分地根据转换器输出信号而选择所述谷值中的在其处再次接通所述第二开关达所述第三时间周期的特定一者。在特定实例中，次级侧控制上的谷值选择用于实施频率调制以调节转换器输出，从而提供次级侧调节。在特定实例中，使用初级侧调节。附图说明图1是同步整流回扫转换器的示意图，其中第一开关与变压器初级绕组耦合并由第一控制电路进行操作，且第二开关耦合于变压器次级绕组与输出负载之间以用于根据来自第二控制电路的控制信号而操作以在给定转换器循环中实施多个次级侧开关致动。图2是图解说明操作同步整流回扫转换器的方法的流程图。图3是图1的转换器中的信号的波形图，其中在第二开关电压的第二共振谷值处或其附近、在给定转换器循环中第二次对次级侧开关加脉冲。图4是图1的转换器中的信号的波形图，其中在第二开关电压的第四共振谷值处或其附近、在给定转换器循环中第二次对次级侧开关加脉冲。图5是具有第一初级侧开关及第二初级侧开关的第二实例性同步整流回扫转换器的示意图。具体实施方式在图式中，特征未必按比例绘制。如果第一装置耦合到第二装置或与第二装置耦合，那么所述连接可通过直接电连接或通过经由一或多个介入装置及连接的间接电连接。图1展示同步整流回扫转换器系统100，其包含用以转换来自DC电压源102的输入功率以驱动负载125的变压器104、初级侧或第一开关S1及次级侧或第二开关S2。第一开关S1通过由第一控制电路114提供的第一切换控制信号而SC1操作，且第二开关S2根据来自第二控制电路130的第二切换控制信号SC2而操作。在一个实例中，开关S1及S2以及控制电路114及130设置于集成电路(IC)101中，所述IC具有用于从外部DC源102接收输入电压VIN的端子或引脚或者其它适合连接、一或多个接地连接、去往外部变压器104的连接及用以将输出电压VO提供到外部负载125的连接。在其它实例中，变压器104可包含于IC101内。在其它实例中，可使用控制器IC101，其具有适合引脚以用于连接以控制外部第一开关S1及第二开关S2。所图解说明实例包含n沟道场效晶体管(FET)开关S1及S2。可使用其它类型的开关，例如p沟道FET、双极晶体管(p型或n型)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者其组合，其中相应控制电路114及130提供适合的切换控制信号SC1及SC2以根据实例性实施例的原理而致动开关S1及S2。变压器104包含初级绕组108及次级绕组122，所述初级绕组与所述次级绕组以磁性方式彼此耦合(例如通过至少部分地围绕共同芯结构(未展示)进行缠绕)。初级绕组108包含用以接收输入电压信号VIN的第一端106，及连接到第一开关S1的第二端110。第一开关S1耦合于初级绕组108的第二端110与第一接地连接或恒定电压节点112(在图式中标记为GND1)之间。开关S1包含与初级绕组108的第二端110耦合的第一端子(例如，漏极D)、与第一恒定电压节点112耦合的第二端子(例如，源极S)及用以接收第一切换控制信号SC1的第一控制端子(例如，栅极G)。还如图1中所展示，开关S1包含体二极管，所述体二极管具有连接到源极端子的阳极及连接到漏极端子的阴极以及示意性地展示为第一开关电容CS1的漏极-源极开关电容。在操作中，当第一切换控制信号SC1处于第一状态(例如针对n沟道FETS1，高)中时，第一开关S1放置于接通状态或条件中以选择性地允许第一开关电流IS1在第一端子D与第二端子S之间流动。在此条件中，电流ILm+IS1从输入源102流动到第一端106中，所述电流包含流动穿过第一开关S1的电流IS1及与初级绕组108的磁化电感Lm相关联的电流ILm。当第一切换控制信号SC1处于不同第二状态(例如，低)中时，第一开关S1处于防止第一端子D与第二端子S之间的电流流动的关断状态或条件中。变压器104的次级绕组122包含用以提供输出电压信号VO以驱动负载125的第一端124，及与第二开关S2耦合的第二端126。开关S2包含与次级绕组122的第二端126耦合的第一端子(例如，漏极D)，及与第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回扫转换器，其包括：变压器，其包含：初级绕组，其包含用以接收输入电压信号的第一端，及第二端；以及次级绕组，其包含用以提供输出电压信号的第一端，及第二端；第一开关，其包含与所述初级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第一恒定电压节点耦合的第二端子及用以接收第一切换控制信号的第一控制端子；第二开关，其包含与所述次级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第二恒定电压节点耦合的第二端子及用以接收第二切换控制信号的第二控制端子；第一控制电路，其在转换器循环中用以响应于跨越所述第一开关的第一开关电压转变到低于第一阈值而提供所述第一切换控制信号来接通所述第一开关达非零第一时间周期以允许电流在所述初级绕组中沿第一方向流动；及第二控制电路，其用以在所述转换器循环中的所述第一时间周期之后提供所述第二切换控制信号以接通所述第二开关达非零第二时间周期，所述第二控制电路操作以在所述转换器循环中响应于跨越所述第二开关的第二开关电压转变到低于第二阈值而提供所述第二切换控制信号以再次接通所述第二开关达非零第三时间周期以致使电流在所述初级绕组中沿第二方向流动，以将所述第一开关的电容至少部分地放电以致使所述第一开关电压转变到低于所述第一阈值，从而起始后续转换器循环。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.06 US 62/113,188;2016.01.27 US 15/007,2621.一种回扫转换器，其包括：变压器，其包含：初级绕组，其包含用以接收输入电压信号的第一端，及第二端；以及次级绕组，其包含用以提供输出电压信号的第一端，及第二端；第一开关，其包含与所述初级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第一恒定电压节点耦合的第二端子及用以接收第一切换控制信号的第一控制端子；第二开关，其包含与所述次级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第二恒定电压节点耦合的第二端子及用以接收第二切换控制信号的第二控制端子；第一控制电路，其在转换器循环中用以响应于跨越所述第一开关的第一开关电压转变到低于第一阈值而提供所述第一切换控制信号来接通所述第一开关达非零第一时间周期以允许电流在所述初级绕组中沿第一方向流动；及第二控制电路，其用以在所述转换器循环中的所述第一时间周期之后提供所述第二切换控制信号以接通所述第二开关达非零第二时间周期，所述第二控制电路操作以在所述转换器循环中响应于跨越所述第二开关的第二开关电压转变到低于第二阈值而提供所述第二切换控制信号以再次接通所述第二开关达非零第三时间周期以致使电流在所述初级绕组中沿第二方向流动，以将所述第一开关的电容至少部分地放电以致使所述第一开关电压转变到低于所述第一阈值，从而起始后续转换器循环。2.根据权利要求1所述的回扫转换器，其中当所述第二开关关断时，所述第二开关电压经历包含一系列峰值及谷值的共振振铃，且其中所述第二控制电路操作以在所述谷值中的特定一者处或其附近响应于所述第二开关电压转变到低于所述第二阈值而提供所述第二切换控制信号以接通所述第二开关达所述第三时间周期。3.根据权利要求2所述的回扫转换器，其中所述第二控制电路至少部分地根据转换器输出信号而选择所述谷值中的在其处再次接通所述第二开关达所述第三时间周期的所述特定一者。4.根据权利要求3所述的回扫转换器，其中所述第二控制电路根据设定点信号而选择所述谷值中的在其处再次接通所述第二开关达所述第三时间周期的所述特定一者以选择性地调整切换频率及所述转换器循环的持续时间以至少部分地调节所述转换器输出信号。5.根据权利要求4所述的回扫转换器，其中所述第二控制电路直接感测所述转换器输出信号。6.根据权利要求4所述的回扫转换器，其中所述第二控制电路根据所述变压器的次级侧上的一或多个所感测条件而计算所述转换器输出信号。7.根据权利要求1所述的回扫转换器，其中所述第一控制电路选择性地调整所述第一时间周期以调节转换器输出信号。8.根据权利要求1所述的回扫转换器，其包括：第三开关，其包含经耦合以接收所述输入电压信号的第一端子、与所述初级绕组的所述第一端耦合的第二端子及用以接收第三切换控制信号的第三控制端子；第一个二极管，其包含连接到所述初级绕组的所述第二端的第一阳极及连接到所述第三开关的所述第一端子的第一阴极；及第二个二极管，其包含连接到所述第一恒定电压节点的第二阳极及连接到所述初级绕组的所述第一端的第二阴极；其中所述第一控制电路操作以提供所述第三切换控制信号以在所述第一开关接通时接通所述第三开关，且在所述第一开关关断时关断所述第三开关。9.根据权利要求8所述的回扫转换器，其中当所述第二开关关断时，所述第二开关电压经历包含一系列峰值及谷值的共振振铃，且其中所述第二控制电路操作以在所述谷值中的特定一者处或其附近响应于跨越所述第二开关的所述第二开关电压转变到低于所述第二阈值而提供所述第二切换控制信号以接通所述第二开关达所述第三时间周期。10.根据权利要求9所述的回扫转换器，其中所述第二控制电路至少部分地根据转换器输出信号而选择所述多个谷值中的在其处再次接通所述第二开关达所述第三时间周期的所述特定一者。11.一种用以操作回扫转换器的集成电路IC，其包括：第一开关，其包含用以与变压器的初级绕组耦合的第一端子、用以与第一恒定电压节点耦合的第二端子及用以接收第一切换控制信号的第一控...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾萨克·科昂，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US