具有同步整流器的DC-DC转换器的控制制造技术

ＤＣ－ＤＣ功率转换器包括对控制波形敏感的同步整流器。从负载进入功率转换器的负的电流通过在最小值限流下增加转换器的输出电压而得以防止。同步整流器可以通过激活在转换器的输出端接到同步整流器或者进行“或”运算的晶体管的控制终端上的释抑电路根据判定逻辑脱出同步。当同步整流器随后被允许操作时，其控制波形可以相对于转换周期缓慢地增加。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的现有技术交换DC/DC转换器(无论是被隔离的还是不被隔离的)已经长期使用晶体管和二极管的组合来实现它们的交换功能。为了减少转换器的功耗，二极管目前已经被称为“同步整流器”的晶体管替代。通常，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被用于同步整流器，尽管其它类型的晶体管(例如，BJT和JFET)也可能被使用。尽管这些晶体管提供比二极管低的通态电压，但是它们需要在转换周期中在适当的时间通过把电压波形施加在它们的“控制终端” (例如，用于MOSFET的选通终端)上才能被接通和关闭。大多数晶体管(包括MOSFET)在它们被接通时在两个方向上都能运送电流。一些类似MOSFET的晶体管还具有在晶体管被断开时能运送电流的它们的结构中固有的反并联体型二极管(anti-parallel bodydiode)。有时Schottky二极管为了运送这后一种电流被置于与晶体管反向并联，因为它与晶体管本身的体型二极管相比具有更低的通态电压和更快的关闭恢复时间。无论是内部的还是外部的，这种反并联的二极管在本文中都将被称为“未稳压整流器”，以便与将被称为“可控整流器”的晶体管的有源部分(即，MOSFET的沟道)区分开。尽管同步整流器已经被成功地应用在DC/DC转换器中，但是当至少两个DC/DC转换器必须在它们的输出端相互作用的时候，问题也是因它们的使用而引起的。使用可控整流器的DC/DC转换器能汲取负的输出电流，这在仅仅使用二极管整流器时是不可能出现的结果。例如，在为了提供更大的输出功率或冗余度而把两个DC/DC转换器并联起来时，一个转换器交付比负载的需要多的输出电流而另一个转换器汲取负的输出电流以便消除剩余部分是可能的。这或许经常发生，因为第一个转换器希望输出电压比第二个转换器高。强迫在并联的转换器之间分享电流的方案或许在稳定状态下能解决这个问题，但是当转换器已经被接通并且正在切换，但稳态条件尚未达到时它们难以在“启动”瞬间进行工作。另外，当一个或多个转换器已经进入限流或短路保护状态时它们也难以进行工作。与同步整流器并联的DC/DC转换器在这些条件之下往往变成振荡的，或者有其它性能问题。即使并联的转换器在稳定状态下工作，它们也不能出色地分享负载电流。当总负载电流小时，一个或多个DC/DC转换器实际上可能正在汲取负电流。这种条件可能引起上述的性能问题。起码，它导致过剩的功率在并联的DC/DC转换器之间循环的低效率状态。在需要冗余度时，并联的转换器往往在它们的输出端通过二极管被连接起来，以致一个失败的转换器将被不使输出总线垮台。这种进行“或”运算的二极管能够解决上述问题，因为它防止转换器汲取负的输出电流。但是，人们希望用进行“或”运算的晶体管替换进行“或”运算的二极管以便减少其功耗。进行“或”运算的晶体管至少包括可控整流器，而且还可以包括未稳压整流器。由于可控整流器在接通时能够在两个方向上运送电流，所以进行“或”运算的晶体管不再解决负电流的问题。除了并联的转换器之外，另一个上述的负电流问题开始起作用的地方是在两个以上转换器的输出端之间进行连接以保证它们的输出电压之间的差异不超过某个限度的时候。例如，在5V输出的转换器和3.3V输出的转换器两者都被使用的系统中，有时希望把“钳位二极管”放在3.3V输出端和5V输出端之间，以保证3.3V输出决不使一个以上二极管压降在5V输出以上。相反，三个或四个钳位二极管的串联链路可以放在5V输出和3.3V输出之间，以保证前者与后者相比较决不变得太高。如果在启动或某些其它瞬间状态期间这些钳位二极管被正向偏置，那么引起一个转换器交付比全部负载所需要的还要多的输出电流而其它转换器汲取负的输出电流的条件可以再一次存在。在这种条件下，转换器可能振荡或者以其它方式不正确地工作。无论转换器在它们的输出端是被直接连接在一起，还是通过进行“或”运算的晶体管或夹钳二极管被连接在一起，另一个可能引起负电流问题的条件是在转换器之一被“关闭”的时候。这种关闭状态可能是执行通过开关控制输入的外部命令的结果，也可能是转换器本身的保护电路察觉到诸如电压、电流、温度太高之类的反常条件的结果。在全部这样的案例中，被关闭的转换器都可能汲取来自另一个保持输出电压第一的转换器的负输出电流。在这里未予以描述的其它条件也可能出现，在这些条件下汲取负电流的问题是由带同步整流器的DC/DC转换器的能功率引起的。本专利技术的概述为了避免上述问题，在此提交的一个解决方案是保证同步整流器和/或进行“或”运算的晶体管在产生问题的条件下是被“禁止操作的”(即，禁止接通)。一旦这样做，输出电流仍然能流动，但是仅仅通过未稳压整流器流动。这些未稳压整流器禁止负电流的流动，所以与负电流的流动相关联的问题被消除了。这样禁止可控整流器的操作可以在预料到负电流的问题时或者由于察觉到表明存在问题的条件而被完成。当可能出现负电流问题的条件不再存在时，可控整流器可以再一次被“允许操作”(即，允许接通)，以致它们像预定的那样发挥作用。由于可控整流器两端的电压降比未稳压整流器两端的电压降小，所以输出电压将经历突然允许可控整流器操作的瞬间。为了避开这个瞬间，可控整流器应该以某种方式被接通，以致合并后器件的平均通态电压将(相对于转换器的带宽)缓慢地从未稳压整流器的通态电压变化到可控整流器的通态电压。“平均通态电压”的意思是在可控整流器和未稳压整流器的并联组合两端的电压降在它们传导电流的时间内的平均值。就同步整流器而言，这个时间仅仅是总切换周期的一部分。在此提交的解决负电流问题的另一个解决方案是把DC/DC转换器的控制电路中的“最小值限流”合并。最小值限流把输出电流与某个临界值进行比较，并且在输出电流落在这个临界值以下的时升高输出电压，以便限制电流进一步减少。临界电流水平可以是略微小于零，零或略微大于零。此外，最小值限流可以用向前折叠(fold-forwrd)、恒流源和向后折叠(fold-back)的限流特性来实现。这两种用来避免负电流问题的途径(即，禁止可控整流器操作和把最小值限流并入)可以被单独使用或者一起使用。按照本专利技术的一个方面，DC-DC功率转换器包括控制转换器输出电压的控制电路。转换器进一步包括对功率转换器或被连接电路的条件敏感的对控制电路的过调节控制，以便产生最小值限流。优选的是宁愿，功率转换器包括同步整流器，而且过调节控制本质上通过同步整流器的可控整流器消除负电流的流动。为了产生最小值限流，过调节控制可以增加功率转换器的电压输出。最小值限流可以是小的负电流或正电流，而且可以取电流源、向后折叠或向前折叠的形式。过调节控制可以直接受察觉到的输出电流控制，或者受某种其它表示输出电流的信号的控制。例如，表示输出电流的信号可以是诸如通过与功率转换器的输出端或功率转换器中的其它可控整流器耦合的进行“或”运算的晶体管的电流之类的在功率转换器范围内察觉到的电流。系统可以根据判定逻辑禁止功率转换器电路中的至少一个可控整流器操作。例如，在功率转换器的输出端进行“或”运算的晶体管可以被禁止操作。采用本专利技术的一种功率转换器包括接在电源上的第一和第二初级变压器绕组。次级变压器绕组电路至少有一个次级绕组与第一和第二初级绕组中的至少一个绕组耦合。每个可控整流器都有并联的未本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有输出端的ＤＣ－ＤＣ功率转换器，其中包括：控制输出电压的控制电路；以及对控制电路实施对功率转换器或被连接电路的条件敏感的过调节控制，以便实现最小值限流。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔舒亚布里特茨，亚伯拉姆丹西，利夫劳希特，马汀F施利克特，
申请(专利权)人：辛奎奥公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]