功率转换器中的功率开关的防止放电制造技术

一种功率转换器包括控制器以控制同步整流器(SR)开关。该控制器包括请求控制电路和防止放电电路。该请求控制电路被配置为响应于该功率转换器的输出而生成请求信号。该请求控制电路生成次级控制信号以控制该SR开关。该防止放电电路被配置为防止由该SR开关的接通引起的功率开关的寄生电容放电。该防止放电电路进一步生成防止信号以：当该请求信号的周期大于第一时间阈值时，禁用该次级控制信号对该同步整流器开关的控制；以及当该请求信号的该周期小于第二时间阈值时，启用该次级控制信号以控制该同步整流器开关。制该同步整流器开关。制该同步整流器开关。

Discharge prevention of power switch in power converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率转换器中的功率开关的防止放电
[0001]背景信息
[0002]公开内容的

[0003]本专利技术总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及用于防止由同步整流器开关的接通引起的功率开关的寄生电容放电。

技术介绍

[0004]电子设备(诸如，蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机等)使用电力运行。由于开关模式电源(power supply)效率高、尺寸小并且重量轻，因此它们通常被用来为现今的许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流电。在开关电源中，用开关模式功率转换器转换高压交流(ac)输入，以通过能量传递元件向负载提供良好调节的直流(dc)输出。在操作中，接通和关断开关以通过改变占空比(通常是开关的导通时间与总开关周期的比)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的每单位时间的导通(on)/断开(off)脉冲的数目来提供期望的输出。
[0005]开关模式功率转换器可以包括箝位电路，该箝位电路耦合在能量传递元件的初级绕组两端以防止对开关的损坏。通常，该箝位电路包括无源部件，诸如二极管、电阻器或电容器。一般而言，无源部件可以电压或电流的形式存储或维持能量。有源部件可以电压或电流的形式产生能量。有源部件的一个实施例可以是晶体管。
附图说明
[0006]参考以下附图描述了本专利技术的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
[0007]图1例示了根据本公开内容的一些实施方案的具有有源箝位、第一控制器和第二控制器的功率转换器的一个实施例。
[0008]图2例示了根据本公开内容的一些实施方案的功率转换器的一个实施例，其中功率开关的寄生电容由于同步整流器的接通而放电。
[0009]图3例示了根据本公开内容的一些实施方案的时序图，该时序图例示了次级控制信号、箝位电压、漏极
‑
源级电压、初级电流和次级电流。
[0010]图4例示了根据本公开内容的一些实施方案的如图1中所示出的防止放电电路的一个实施例。
[0011]图5例示了根据本公开内容的一些实施方案的图4的防止放电电路的状态机图的一个实施例。
[0012]图6例示了根据本公开内容的一些实施方案的流程图，该流程图例示了对功率开关的放电的防止。
[0013]在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本专利技术的各实施方案的理解。此外，通常
未描述在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对本专利技术的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
[0014]本文描述了用以防止由同步整流器的接通引起的功率开关的放电的控制器的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本专利技术。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本专利技术。
[0015]贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(an embodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
[0016]功率转换器——诸如具有有源箝位电路的反激式转换器——由于实现功率开关上的零电压切换因此可以提供较高的效率。有源箝位电路可以提供若干用途：限制功率开关的漏极上的电压，并且还可以将能量回收到输出中而不是被耗散。在功率开关的每次关断时，有源箝位驱动器的箝位电容器被充电。对于具有同步整流器(SR)开关的反激式转换器，一旦功率开关被关断，SR开关被接通以对输出电容器充电。SR开关的导通时间对应于大于零的次级电流。导通时间响应于负载而变化。
[0017]在轻负载或无负载条件下，箝位电容器可以被充电至小于次级电压的反射电压的电压。在功率开关被关断之后，能量从初级绕组传递到次级绕组。为了避免可能意外地关断SR开关的噪声，通常SR开关被接通至少一最小导通时间。当次级电流减小到零以下时，不期望的操作发生，其中输出电容器放电并且开始对次级绕组充电。SR开关的关断将然后引起能量从次级绕组传递回到初级绕组中，这可能使漏极电压到接地以下。本公开内容包括将通过在轻负载或无负载条件下禁用对SR开关的控制来防止不期望的状况发生的电路系统。换言之，在轻负载或无负载条件下不允许SR开关接通。
[0018]为了例示，图1例示了根据本公开内容的教导的示例功率转换器100的图解，该功率转换器100包括示例有源箝位电路104、第一控制器120和第二控制器121。功率转换器100的所例示的实施例包括能量传递元件106、能量传递元件106的初级绕组108、能量传递元件106的次级绕组110、输入回线(input return)111、功率开关S1 112、有源箝位电路104、SR开关114、输出电容器C
O 116和输出回线117。有源箝位电路104被示出为包括箝位电容器C
CL 122、有源箝位开关123(表示为具有相关联的反并联二极管的晶体管)和二极管124、125。
[0019]第一控制器120被示出为包括箝位控制电路131和调节控制电路133。以虚线，寄生电容C
P1 127被示出以表示耦合到功率开关S1 112的所有电容，并且可以包括能量传递元件106内部的固有电容、功率开关S1 112的固有内部电容和/或分立电容器。图1中还示出了输
入电压V
IN 102、输出电压V
O 138、输出电流I
O 107、驱动信号U
D 128、箝位使能信号U
EN 130、箝位驱动信号U
CD 132、箝位电压V
CL 136、初级电压V
P 137、电流感测信号129、反馈信号U
FB 139、次级控制信号U
SR 140、请求信号U
REQ 141、箝位电流I
CL 142、漏极电压V
D 143、开关电流I
D 144和使能信号U
ESR 145。
[0020]在所例示的实施例中，功率转换器100被示出为具有反激式拓扑。此外，功率转换器100的输入与功率转换器100的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率转换器，包括：能量传递元件，其耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；功率开关，其耦合到所述能量传递元件；有源箝位开关，其耦合到所述能量传递元件和所述功率开关；第一控制器，其耦合到所述有源箝位开关和所述功率开关；以及第二控制器，其被配置为控制同步整流器开关，所述第二控制器进一步被配置为响应于所述功率转换器的所述输出在阈值以下而生成请求信号，所述第二控制器包括：请求控制电路，其被配置为生成所述请求信号，所述请求控制电路进一步被配置为生成次级控制信号以控制所述同步整流器开关；以及防止放电电路，其被配置为防止由所述同步整流器开关的接通引起的所述功率开关的寄生电容放电，所述防止放电电路进一步被配置为生成防止信号的第一状态，以当所述请求信号的周期大于第一时间阈值时禁用所述次级控制信号对所述同步整流器开关的控制，所述防止放电电路进一步被配置为生成所述防止信号的第二状态，以当所述请求信号的所述周期小于第二时间阈值时启用所述次级控制信号以控制所述同步整流器开关。2.根据权利要求1所述的功率转换器，所述第二控制器包括防止开关，所述防止开关被耦合以接收所述防止信号，以防止由所述同步整流器开关的接通引起的所述功率开关的所述寄生电容放电，所述防止开关进一步被耦合以接收所述防止信号，以当所述请求信号的所述周期小于第二时间阈值时启用所述次级控制信号以控制所述同步整流器开关。3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述防止放电电路包括：第一计时器电路，其被耦合以响应于所述请求信号的所述周期大于所述第一时间阈值而生成轻负载信号；第二计时器电路，其被耦合以响应于所述请求信号的所述周期小于所述第二时间阈值而生成反相轻负载信号；以及防止放电状态机，其被配置为响应于所述请求信号、所述轻负载信号和所述反相轻负载信号而根据多个防止放电状态生成所述防止信号。4.根据权利要求3所述的功率转换器，其中所述多个防止放电状态包括：正常操作状态，在所述正常操作状态期间，所述防止信号处于第一状态，其中所述正常操作状态是默认状态；轻负载操作状态，在所述轻负载操作状态期间，所述防止信号处于第二状态；以及检测状态，在所述检测状态期间，计数信号被递增并且当所述计数信号等于计数阈值时所述防止放电状态机转变到所述正常操作状态。5.根据权利要求4所述的功率转换器，所述防止放电状态机进一步被配置为响应于所述轻负载信号而从所述正常操作状态转变到所述轻负载操作状态。6.根据权利要求5所述的功率转换器，所述防止放电状态机进一步被配置为响应于所述轻负载信号和所述请求信号而从所述轻负载操作状态转变到复位计数状态，其中在所述复位计数状态期间，所述计数信号被设置为零并且所述防止放电状态机转变回到所述轻负载操作状态。7.根据权利要求4所述的功率转换器，所述防止放电状态机进一步被配置为响应于所述反相轻负载信号而保持处于所述正常操作状态。
8.根据权利要求5所述的功率转换器，所述防止放电状态机进一步被配置为响应于所述反相轻负载信号和所述请求信号而转变到所述检测状态，其中在所述检测状态期间，所述计数信号被递增并且所述防止放电状态机响应于所述计数信号不等于所述计数阈值而转变到所述轻负载操作状态。9.根据权利要求8所述的功率转换器，所述防止放电状态机进一步被配置为响应于所述计数信号等于所述计数阈值而转变到所述正常操作状态。10.根据权利要求1所述的功率转换器，所述第一控制器包括：调节控制电路，其被配置为响应于所述请求信号而生成驱动信号以将能量从所述功率转换器的所述输入传递到所述功率转换器的所述输出；以及箝位控制电路，其被配置为控制有源箝位开关以将箝位电容器中存储的电荷注入能量传递元件中以在所述功率开关接通之前使所述功率开关的寄生电容放电到所述能量传递元件内。11.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第二控制器与所述第一控制器电流隔离。12.根据权利要求2所述的功率转换器，其中所述同步整流器开关的接通被配置为在所述能量传递元件的次级绕组中生成负次级电流，其中所述同步整流器开关的关断将能量从所述次级绕组传递到所述能量传递元件的初级绕组，使得所述功率开关的寄生电容放电。13.一种用于控制功率转换器的方法，包括：接收代表功率转换器的输出的请求信号；将所述请求信号的周期与第一时间阈值进行比较；响应于所述请求信号的所述周期大于所述第一时间阈值，禁用使能开关以防止同步整流器开关的接通引起功率开关的寄生电容放电器的放电，并且使计数复位；响应于所述请求信号的所述周期不大于所述第一时间阈值，将所述请求信号的所述周期与第二时间阈值进行比较；响应于所述请求信号的所述周期不大于所述第二时间阈值，使所述计数复位；响应于所述请求信号的所述周期大于所述第二时间阈值，使所述计数递增；将所述计数与计数阈值进行比较；以及响应于所述计数等于所述计数阈值，启用所述使能开关以控制所述同步整流器开关并且使所述计数复位。14.一种被配置用在功率转换器中的控制器，所述控制器包括：请求控制电路，其被耦合以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，所述请求控制电路被配置为生成次级控制信号以控制次级开关，所述请求控制电路进一步被配置为响应于所述功率转换器的所述输出在输出参考以下而生成请求信号；防止放电电路，其被耦合以接收所述请求信号，所述防止放电电路被配置为响应于所述请求信号的周期大于第一时间阈值而生成使能信号的第一状态，所述防止放电电路进一步被配置为响应于所述请求信号的所述周期小于第二时间阈值而生成所述使能信号的第二状态；以及使能开关，其被耦合以接收所述使能信号，其中所述使能信号的所述第一状态阻止所述次级控制信号启用所述次级开关以防止由所述次...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：