开关转换器和用于操作开关转换器的方法技术

本文描述了一种开关转换器和用于操作开关转换器的方法。根据一个示例，开关转换器包括变压器，该变压器包括初级绕组、次级绕组和至少一个辅助绕组。开关转换器还包括第一电子开关，该第一电子开关耦接至初级绕组并且被配置成根据第一驱动信号使通过初级绕组的初级电流导通和关断。同步整流器电路耦接在次级绕组与开关转换器的输出节点之间。此外，开关转换器包括预磁化电路，该预磁化电路包括电容电路和第二电子开关，该第二电子开关连接在辅助绕组与电容电路之间。电容电路被配置成当第二电子开关闭合时在预磁化时段期间将第一电压施加至辅助绕组并且当第二电子开关断开时利用第二电压被(再)充电；该第二电压高于该第一电压。

【技术实现步骤摘要】
开关转换器和用于操作开关转换器的方法
本专利技术的实施方式涉及电压转换电路，诸如反激式转换器。
技术介绍
开关模式电压转换器(开关模式电源，SMPS)被广泛用于汽车、工业或消费者电子应用中的功率转换。反激式转换器是特定类型的开关模式电压转换器，反激式转换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器。电子开关与初级绕组串联连接，而变压器在电子开关闭合时被磁化并且在电子开关断开时被去磁。对变压器进行磁化包括将能量存储在变压器中，并且对变压器进行去磁包括将存储的能量传递至次级绕组和耦接至次级绕组的负载。反激式转换器可以在非连续导通模式(DCM)下操作。在这种操作模式下，在变压器已经被完全去磁时的时间与电子开关再次导通时的时间之间存在延迟时间。在该延迟时间期间，可能发生电子开关两端的电压的寄生振荡。在DCM下，反激式转换器可以在准谐振操作模式下操作，其中电子开关在电子开关两端的电压达到最小值时的那些时间处闭合。当以准谐振模式操作反激式转换器时，电子开关的开关频率发生变化，而以固定频率操作反激式转换器中的电子开关时可能导致开关损耗增加。然而，可能存在期望在DCM下以固定频率操作反激式转换器的场景。尽管开关频率是基本恒定的(固定频率谐振操作)，但是存在允许保持(准)谐振操作的构思。然而，在这种操作模式下，当在反激式转换器的次级侧处使用同步整流器时可能会出现问题。
技术实现思路
本文描述了一种开关转换器。根据一个示例，开关转换器包括变压器，该变压器包括初级绕组、次级绕组和至少一个辅助绕组。开关转换器还包括第一电子开关，该第一电子开关耦接至初级绕组并且被配置成根据第一驱动信号使通过初级绕组的初级电流导通和关断。同步整流器电路耦接在次级绕组与开关转换器的输出节点之间。此外，开关转换器包括预磁化电路，该预磁化电路包括电容电路和第二电子开关，该第二电子开关连接在辅助绕组与电容电路之间。电容电路被配置成当第二电子开关闭合时在预磁化时段期间将第一电压施加至辅助绕组并且当第二电子开关断开时利用第二电压被(再)充电；该第二电压高于该第一电压。此外，本文描述了一种用于操作开关转换器的方法，其中，开关转换器包括：变压器，其包括初级绕组、次级绕组和至少一个辅助绕组；以及第一电子开关，其耦接至初级绕组；同步整流器电路，其耦接在次级绕组与开关转换器的输出节点之间；以及预磁化电路，其包括电容电路和第二电子开关，该第二电子开关连接在辅助绕组与电容电路之间。根据一个示例，该方法包括：使用第一电子开关，根据第一驱动信号使通过初级绕组的初级电流导通和关断；在预磁化时段期间闭合第二电子开关以将由电容电路提供的第一电压施加至辅助绕组；以及当第二电子开关断开时利用由辅助绕组提供的第二电压对电容电路充电；其中，该第二电压高于该第一电压。附图说明参照以下描述和附图可以更好地理解本文描述的实施方式。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施方式的原理上。此外，在附图中，相似的附图标记表示对应的部件。在附图中：图1示出了反激式转换器的一个示例性实现方式。图2包括示出了反激式转换器的准谐振操作的时序图。图3包括示出了反激式转换器的固定频率操作的时序图。图4示出了被配置成执行固定频率(准)谐振操作的反激式转换器的一个示例性实现方式。图5示出了使用同步整流器的反激式转换器的一个实施方式。图6包括示出了在图5的反激式转换器中使用的同步整流器的操作的时序图。图7包括示出了在反激式转换器的固定频率操作期间可能发生的不期望的同步整流器的提前导通的时序图。图8示出了可以在图5的实施方式中使用的用于避免提及的同步整流器的提前导通的改进型预充电电路的一个示例。图9示出了可以在图5的实施方式中使用的用于避免提及的同步整流器的提前导通的改进型预充电电路的另一示例。具体实施方式在下面的详细描述中，参照附图。附图形成说明书的一部分并且通过图示示出了可以实践本专利技术的具体实施方式。应当理解的是，除非另外特别指出，否则本文描述的各个实施方式的特征可以彼此组合。图1示出了电压转换器(开关模式电源，SMPS)的示例性实现方式。图1所示的电压转换器具有反激式转换器拓扑并且以下将被简称为反激式转换器。反激式转换器包括：具有被配置成接收输入电压VIN的第一输入节点和第二输入节点的输入；以及具有被配置成提供输出电压VOUT的第一输出节点和第二输出节点的输出。耦接至输出节点的负载(图1未示出)可以分别接收在输出处获得的输出电压VOUT和输出电流iOUT。反激式转换器包括变压器20，变压器20具有初级绕组LP和与初级绕组LP磁耦接的次级绕组LS。初级绕组LP和次级绕组LS具有相反的绕组方向。电子开关T1(例如，MOS晶体管)与初级绕组LP串联连接，其中，具有初级绕组LP和电子开关T1的串联电路连接在第一输入节点与第二输入节点之间以接收输入电压VIN。可选地，电容器CIN——以下将被称为输入电容器——连接在输入节点之间。该输入电容器CIN可以帮助滤除输入电压VIN的纹波，特别是在由整流器电路(图中未示出)根据交流电压(AC电压)生成输入电压VIN的应用中。因此，输入电压是DC电压并且参考第一接地节点GND1，而输出电压参考第二接地节点GND2。图1的反激式转换器还包括连接在次级绕组LS与输出之间的整流器电路30。在图1所示的实施方式中，该整流器电路30包括具有诸如二极管的整流器元件DR和电容器CR的串联电路。该串联电路与次级绕组LS并联连接，其中，输出电压VOUT可以在电容器CR的两端获得。然而，这仅是整流器电路30的简化示例性实现方式。也可以使用整流器电路30的其他实现方式并且示例将在稍后讨论。控制电路10被配置成基于从反馈电路(控制回路)接收到的反馈信号SFB来驱动电子开关T1。反馈电路可以包括接收输出电压VOUT的滤波器40(包括例如，PID调节器)和发送器电路OC。在图1所示的实施方式中，滤波器40在变压器20的次级侧上，并且发送器OC穿过电流隔离从次级侧向初级侧发送滤波器40的输出信号，而发送器OC的输出信号是由控制电路10接收到的反馈信号SFB。滤波器40被配置成根据输出电压和参考信号(图1中未示出)生成误差信号并且基于该误差信号生成反馈信号SFB。这通常是已知的，使得在这方面不需要进一步的详细说明。根据一个实施方式，滤波器40具有比例(P)特性、比例积分(PI)特性、比例积分微分(PID)特性之一。根据另一实施方式(未示出)，滤波器40和发送器OC在反馈回路中的位置被互换，使得发送器穿过电流隔离从次级侧向初级侧发送表示输出电压VOUT的信号，并且滤波器接收由发送器发送的信号并生成反馈信号SFB。在所示的实施方式中，发送器OC包括光耦合器。然而，这仅是示例。也可以使用适合于经由电流隔离(也被称为势垒)发送信号的其他发送器。这种发送器的示例包括具有诸如无芯变压器的变压器的发送器。控制电路10被配置成以脉冲宽度调制(PWM)方式操作电子开关T1。根据一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关转换器，包括：/n变压器，其包括初级绕组(L

【技术特征摘要】
20190215 EP 19157366.61.一种开关转换器，包括：
变压器，其包括初级绕组(LP)、次级绕组(LS)和至少一个辅助绕组(LAUX，LAUX')；
第一电子开关(T1)，其耦接至所述初级绕组(LP)并且被配置成根据第一驱动信号(S1)使通过所述初级绕组的初级电流(iP)导通和关断；
同步整流器电路(30)，其耦接在所述次级绕组(LS)与所述开关转换器的输出节点之间；
预磁化电路(60)，其包括电容电路(CPM，DP1，DP3；CPM1，CPM2，DP1，DP2，DP3)和第二电子开关(T2)，所述第二电子开关(T2)连接在所述辅助绕组(LAUX，LAUX')与所述电容电路(CPM，DP1，DP3；CPM1，CPM2，DP1，DP2，DP3)之间；
其中，所述电容电路被配置成当所述第二电子开关(T2)闭合时在预磁化时段(TON2)期间将第一电压(VPM/2，VPM-2VF)施加至所述辅助绕组(LAUX，LAUX')并且当所述第二电子开关(T2)断开时被充电升至第二电压(VPM)，所述第二电压高于所述第一电压。


2.根据权利要求1所述的开关转换器，
其中，所述电容电路包括经由二极管(DP1，DP2)耦接至所述次级绕组的至少一个电容器(CPM；CPM1，CPM2)，所述二极管(DP1，DP2)引起电压降(VF)，使得在所述预磁化时段(TON2)期间施加至所述辅助绕组(LAUX，LAUX')的所述第一电压(VPM/2，VPM-2VF)比所述第二电压(VPM)低至少所述电压降(VF)。


3.根据权利要求1或2所述的开关转换器，
其中，所述电容电路包括第一电容器(CPM1)和连接至所述第一电容器(CPM1)的第一二极管(DP1)，并且还包括第二电容器(CPM2)和连接至所述第二电容器(CPM2)的第二二极管(DP2)，其中，所述第一电容器(CPM1)与所述第一二极管(DP1)之间的公共电路节点和所述第二电容器(CPM2)与所述第二二极管(DP2)之间的公共电路节点通过第三二极管(DP3)连接。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关转换器，
其中，所述同步整流器电路(30)包括晶体管(TSR)和输出电容器(CR)，所述输出电容器(CR)经由所述晶体管(TSR)耦接至所述次级绕组(LS)，并且
其中，所述同步整流器电路(30)包括控制器电路(31)，所述控制器电路(31)被配置成感测所述晶体管(TSR)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赞，罗俊旸，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT