具有同步整流器开关故障检测的反激转换器制造技术

本发明专利技术题为“具有同步整流器开关故障检测的反激转换器”。本发明专利技术提供了一种反激转换器，该反激转换器将同步整流器开关晶体管的漏极至源极电压与负阈值电压进行比较，以检测该同步整流器开关晶体管是否具有部分开路故障状况或开路故障状况。该反激转换器还将通向该同步整流器开关晶体管的栅极驱动器的栅极端子电压与正阈值电压进行比较，以检测该同步整流器开关晶体管是否具有栅极开路故障状况或栅极短路故障状况。极短路故障状况。极短路故障状况。

【技术实现步骤摘要】
具有同步整流器开关故障检测的反激转换器


[0001]本申请涉及开关电源转换器，并且更具体地讲，涉及具有同步整流器开关故障检测的反激转换器。

技术介绍

[0002]如反激领域中已知的，反激转换器的变压器中的次级绕组电流被整流为在初级绕组电流传导时不传导。该整流可以由输出二极管或同步整流器开关晶体管执行。尽管输出二极管是无源的并且因此不需要同步整流器控制，但与具有同步整流的反激转换器相比，使用输出二极管会降低效率。因此，广泛使用同步整流以改进效率。
[0003]同步整流器开关晶体管通常是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。为了控制同步整流器(SR)开关MOSFET的开关，SR控制器监测SR MOSFET上的漏极至源极电压。基于该漏极至源极电压，SR控制器检测电源开关晶体管是否已经断开，使得可以接通SR MOSFET。例如，如果SR MOSFET是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，则SR控制器通过将SR MOSFET的栅极至源极电压增加到高于其阈值电压来接通SR MOSFET。
[0004]但是，像任何半导体器件一样，SR开关晶体管承受制造缺陷。例如，尽管满足其阈值电压，但SR开关晶体管可能仅略微接通(部分开路故障状况)或断开(开路故障状况)。此外，对于此类部分开路故障状况或完全开路故障状况，SR开关晶体管的栅极可短接到接地部(栅极至接地部短路故障状况)或短接到SR开关晶体管的源极(栅极至源极短路故障状况)。
[0005]由于这些故障状况，通常将传导通过SR开关晶体管的沟道的漏极电流替代地传导通过其体二极管。通过体二极管而不是沟道的传导导致SR开关晶体管上的相对较高的漏极至源极电压，这导致电源的热应力。因此，对开路故障状况、部分开路故障状况、栅极至接地部短路故障状况和栅极至源极短路故障状况的检测对于电源可靠性是至关重要的。尽管存在这种关键性，但现有故障状况技术通常无法检测到部分开路故障状况。
[0006]在常规SR开关晶体管故障检测中，将电流源施加到SR开关晶体管的栅极，同时检测SR开关晶体管上的漏极至源极电压(Vds)的变化率(dV/dt)以确定SR开关晶体管的栅极至源极电容。如果栅极至源极电容小于第一阈值量，则认为检测到栅极开路故障。相反，如果栅极至源极电容高于第二阈值量，则认为检测到栅极至源极短路故障状况。所得的常规故障检测仅在启动阶段期间适用，并且不能检测到部分开路故障状况，这对于确保反激转换器的可靠性是有问题的。
[0007]因此，在本领域中需要具有针对同步整流器开关晶体管的工作的改进的故障检测的反激转换器。

技术实现思路

[0008]根据本公开的第一方面，提供了一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于控制同步整流器开关晶体管的循环；漏极
端子，所述漏极端子用于连接到所述同步整流器开关晶体管的漏极；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述漏极端子的电压超过负电压阈值时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为将所述检测周期与阈值周期进行比较，以检测所述同步整流器开关晶体管是否具有部分开路故障状况或开路故障状况。
[0009]根据本公开的第二方面，提供了一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于通过栅极端子控制同步整流器开关晶体管的循环；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述栅极端子的电压超过正阈值电压时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为响应于所述检测周期短于第一阈值周期而检测所述同步整流器开关晶体管是否具有栅极开路故障状况。
[0010]根据本公开的第三方面，提供了一种检测反激转换器中的同步整流器开关晶体管的故障状况的方法，所述方法包括：接通所述同步整流器开关晶体管；当所述同步整流器开关晶体管接通时，响应于所述同步整流器开关晶体管的漏极至源极电压大于负阈值电压来开始对第一检测周期的计时；响应于所述同步整流器开关晶体管的关断来结束对所述第一检测周期的所述计时；以及响应于所述第一检测周期短于第一阈值周期来检测所述同步整流器开关晶体管的部分开路故障状况。
[0011]通过阅读下面的具体实施方式，将会更全面地理解本专利技术的这些方面和其他方面。在结合附图阅读以下对具体示例性实施方案的描述时，其他方面、特征和实施方案对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。尽管可以相对于某些实施方案和以下附图讨论特征，但所有实施方案可以包括本文所讨论的有利特征中的一个或多个。换句话说，尽管可以将一个或多个实施方案讨论为具有某些有利特征，但根据本文所讨论的各种实施方案，也可以使用此类特征中的一个或多个。以类似的方式，尽管下文可以将示例性实施方案讨论为设备、系统或方法实施方案，但应当理解，此类示例性实施方案可以在各种设备、系统和方法中实现。
附图说明
[0012]图1示出了根据本公开的一个方面的包括次级侧控制器的反激转换器，该次级侧控制器被配置为检测同步整流器开关晶体管故障状况，该故障状况包括部分开路故障状况、开路故障状况、栅极开路故障状况和栅极短路故障状况。
[0013]图2示出了根据本公开的一个方面的用于检测部分开路故障状况和开路故障状况的图1的次级侧控制器的漏极至源极电压监测特征。
[0014]图3A示出了图2的次级侧控制器在正常(无故障)工作期间的一些工作波形。
[0015]图3B示出了图2的次级侧控制器在具有故障状况的工作期间的一些工作波形。
[0016]图4示出了根据本公开的一个方面的用于检测栅极开路故障状况和栅极短路故障状况的图1的次级侧控制器的栅极端子电压监测特征。
[0017]图5A示出了图4的次级侧控制器在正常(无故障)工作期间的一些工作波形。
[0018]图5B示出了图4的次级侧控制器在具有栅极开路故障状况的工作期间的一些工作波形。
[0019]图5C示出了图4的次级侧控制器在具有栅极短路故障状况的工作期间的一些工作波形。
[0020]通过参考以下具体实施方式来完整地理解本公开的实施方案及其优点。应当理解，类似的附图标号用于标识附图中的一个或多个附图中示出的类似元件。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了反激转换器，该反激转换器中的次级侧控制器在SR开关晶体管进行循环时监测SR开关晶体管的漏极至源极电压(Vds)以检测开路故障状况和部分开路故障状况两者。下面的讨论将涉及其中次级侧控制器也是SR开关控制器的实施方案，但应当理解，SR开关晶体管故障监测和SR开关控制可以在分开的集成电路中实现。当SR开关晶体管的漏极电流完全通过体二极管传导使得沟道闭合(不导通)时，发生开路故障状况。相比之下，沟道在部分开路故障状况中传导一些电流，使得漏极电流在部分闭合的沟道和体二极管之间分流。此外，提供了反激转换器，该反激转换器中的次级侧控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于控制同步整流器开关晶体管的循环；漏极端子，所述漏极端子用于连接到所述同步整流器开关晶体管的漏极；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器已经接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述漏极端子的电压超过负阈值电压时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为将所述检测周期与阈值周期进行比较，以检测所述同步整流器开关晶体管是否具有部分开路故障状况或开路故障状况。2.根据权利要求1所述的次级侧控制器，还包括：比较器，所述比较器用于将所述漏极端子的所述电压与所述负阈值电压进行比较以向所述计时器提供输出信号，从而响应于所述漏极端子的所述电压大于所述负阈值电压来停止对所述检测周期进行计时。3.根据权利要求2所述的次级侧控制器，其中所述计时器是响应于时钟信号的循环来进行计数的计数器。4.根据权利要求2所述的次级侧控制器，其中所述计时器是模拟电路计时器。5.根据权利要求1所述的次级侧控制器，其中所述负阈值电压是自适应负阈值电压，所述次级侧控制器还包括：阈值适配电路，所述阈值适配电路用于适配所述自适应负阈值电压。6.根据权利要求5所述的次级侧控制器，其中所述阈值适配电路被配置为响应于所述反激转换器的工作温度来适配所述自适应负阈值电压。7.根据权利要求1所述的次级侧控制器，其中所述次级侧控制器被进一步配置为响应于检测到所述部分开路故障状况或检测到所述开路故障状况来将警报信号传送到初级侧控制器。8.根据权利要求7所述的次级侧控制器，其中所述初级侧控制器被配置为响应于接收到所述警报信号来停止电源开关晶体管的循环。9.根据权利要求1所述的次级侧控制器，其中所述负阈值电压为约-280毫伏。10.根据权利要求1所述的次级侧控制器，其中所述逻辑电路被进一步配置为响应于所述检测周期小于所述阈值周期来检测所述同步整流器开关晶体管是否具有所述部分开路故障状况或所述开路故障状况。11.根据权利要求10所述的次级侧控制器，其中所述阈值周期为约1μs。12.一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于通过栅极端子控制同步整流器开关晶体管的循环；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器已经接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述栅极端子的电压超过正阈值电压时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一民，尹株永，张建东，D，
申请(专利权)人：戴洛格半导体公司，
类型：发明
国别省市：