隔离式开关变换器及其控制器和控制方法技术

本发明专利技术公开了隔离式开关变换器及其控制器和控制方法。该开关变换器包括变压器和初级开关管，该控制器包括：栅极驱动器，提供驱动控制信号以驱动初级开关管。栅极驱动器接收指示开关变换器工作模式的信息，基于该信息控制驱动控制信号在第一驱动强度与第二驱动强度之间切换。具体地，在断续电流模式下，快速而强大的栅极驱动器可将相对大量的电流快速施加到栅极，以实现最小切换时间和最大的效率。在连续电流模式下，慢或弱的栅极驱动器非常有助于噪声的减小和可靠性的提高。噪声的减小和可靠性的提高。噪声的减小和可靠性的提高。

【技术实现步骤摘要】
隔离式开关变换器及其控制器和控制方法


[0001]本专利技术涉及电子电路，尤其涉及断续电流模式和连续电流模式下的隔离式开关变换器及其控制器和控制方法。

技术介绍

[0002]许多负载(以打印机或手机充电器为例)具有不同的功率要求，具体取决于所执行的特定功能。其中大部分功能为中低功率要求，现有的开关电源能够满足和执行这种中低等功率要求的功能，称为正常运行。某些功能，例如需要使用电机的打印机纸张滚动功能，这种功能具有高功率或峰值功率需求，超过了正常运行的开关电源的有效范围。开关电源的峰值功率需求可能在正常输出功率水平的100％到400％的范围内波动。然而，与整个工作过程相比，这些波动可能会在相对较短的时间内发生。
[0003]适应这些短暂的功率需求波动的一种解决方案是向开关电源增加设计容量，以适应所有工作条件下的额外功率需求。另一个解决方案是提高开关电源的开关频率。然而，增加容量的设计通常会导致更大、更昂贵的电源转换器。增加开关电源的开关频率会增加其产生的不良电磁和射频干扰(EMI和RFI)量。此外，增加开关频率会降低开关电源的整体效率，还会导致开关电源产生的热量意外增加。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的一个或多个问题，本专利技术的目的在于提供一种可工作在连续电流模式和断续电流模式的隔离式开关变换器，该隔离变换器具有驱动强度可调的栅极驱动器，在不同工作模式下为初级开关管提供优选的驱动强度。
[0005]根据本专利技术实施例的一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括变压器和初级开关管，该控制器包括：栅极驱动器，提供驱动控制信号以驱动初级开关管，接收指示开关变换器工作模式的信息，基于该信息控制驱动控制信号在第一驱动强度与第二驱动强度之间切换，其中响应于开关变换器工作在连续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第一驱动强度，响应于开关变换器工作在断续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第二驱动强度，其中第一驱动强度小于第二驱动强度。
[0006]根据本专利技术实施例的一种隔离式开关变换器，包括如前所述的控制器。
[0007]根据本专利技术实施例的一种隔离式开关变换器的控制方法，该开关变换器包括变压器和初级开关管，该控制方法包括：提供驱动控制信号以驱动初级开关管，该驱动控制信号具有至少一个驱动参数；接收表示开关变换器工作模式的信息，基于该信息决定至少一个驱动参数，以使得驱动控制信号在第一驱动强度和第二驱动强度之间切换；将具有决定的至少一个驱动参数的驱动控制信号施加到初级开关管的控制端；以及其中响应于开关变换器工作在连续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第一驱动强度，响应于开关变换器工作在断续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第二驱动强度，其中第一驱动强度小于第二驱动强度。
[0008]在本专利技术的实施例中，隔离式开关转换器可以在连续电流模式或断续电流模式下工作，为负载提供峰值功率的同时允许使用更小的变压器或输入电容器。此外，在断续电流模式下，采用相对强的栅极驱动器将相对大量的电流快速施加到栅极，以实现最小切换时间和最大的效率。在连续电流模式下，采用相对弱的栅极驱动器，降低栅极驱动强度以防止尖峰，以保证隔离式开关变换器工作模式的可靠切换和运行。
附图说明
[0009]图1为根据本专利技术一实施例的隔离式开关变换器100的电路框图；
[0010]图2为根据本专利技术一实施例的图1所示的栅极驱动器102A的电路原理图；
[0011]图3a和3b分别为根据本专利技术一实施例的图2所示栅极驱动器102A的工作波形图；
[0012]图4为根据本专利技术又一实施例的隔离式开关变换器100A的电路原理图；
[0013]图5为根据本专利技术再一实施例的隔离式开关变换器100B的电路原理图；
[0014]图6为根据本专利技术一实施例的正常工作时与峰值功率模式使能时的初级开通使能信号；
[0015]图7为根据本专利技术一实施例的误差放大电路104A与峰值功率检测电路105A的电路图；
[0016]图8为根据本专利技术一实施例的隔离式开关变换器的控制方法600的方法流程图。
具体实施方式
[0017]下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0018]在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0019]本专利技术可以被应用于任何隔离式变换器。在接下来的详细描述中，为了简洁起见，仅以反激变换器(flyback converter)为例来解释本专利技术的具体工作原理。
[0020]图1为根据本专利技术一实施例的隔离式开关变换器100的电路框图。如图1所示，隔离式开关变换器100包括变压器T1、初级开关管MP、次级开关管SR、初级控制电路101、栅极驱动器102以及隔离电路103。变压器T1具有初级绕组和次级绕组，其中初级绕组和次级绕组均具有第一端和第二端，初级绕组的第一端接收输入电压Vin，次级绕组的第一端提供直流
输出电压Vo，第二端耦接至次级参考地。初级开关管MP耦接在初级绕组的第二端与初级参考地之间。次级开关管SR耦接在次级绕组的第二端与负载之间。
[0021]在本专利技术的实施例中，初级开关管MP可包括任何类型合适的功率晶体管，例如场效应晶体管、氮化镓、碳化硅等。初级开关管MP具有第一端、第二端和控制端，基于施加到初级开关管MP控制端的驱动控制信号DRVP来控制初级开关管MP第一端与初级开关管MP第二端之间的电连接。
[0022]本文为说明方便，以栅极为例，来表示初级开关管MP的控制端，例如表示场效应晶体管、碳化硅或氮化镓的控制端。初级开关管MP的栅极可以充当电容器。当栅极驱动器102连接至初级开关管MP的栅极对初级开关管MP的栅极充电时，允许电流在初级开关管MP的第一端与第二端之间流动。对初级开关管MP栅极充电的速度，例如使栅极电流和电压可用的速度，取决于栅极驱动器102的驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于隔离式开关变换器的控制器，该开关变换器包括变压器和初级开关管，该控制器包括：栅极驱动器，提供驱动控制信号以驱动初级开关管，接收指示开关变换器工作模式的信息，基于该信息控制驱动控制信号在第一驱动强度与第二驱动强度之间切换，其中响应于开关变换器工作在连续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第一驱动强度，响应于开关变换器工作在断续电流模式，驱动控制信号被切换为具有第二驱动强度，其中第一驱动强度小于第二驱动强度。2.如权利要求1所述的控制器，其中所述驱动控制信号具有至少一个驱动参数，至少一个驱动参数包括驱动电流、驱动电压、上升斜率、上升时间或栅极驱动器阻抗。3.如权利要求2所述的控制器，其中：所述驱动控制信号被切换为具有第一驱动强度包括将至少一个驱动参数调节为最小值；以及所述驱动控制信号被切换为具有第二驱动强度包括将至少一个驱动参数调节为最大值。4.如权利要求1所述的控制器，其中在正常工作期间开关变换器工作在断续电流模式，在峰值功率模式被使能时开关变换器从断续电流模式切换至连续电流模式。5.如权利要求4所述的控制器，进一步包括：峰值功率检测电路，提供指示峰值功率模式是否被使能的信息，并将该信息经隔离电路从开关变换器的次级侧传输至初级侧；以及解码电路，经隔离电路接收该指示峰值功率模式是否被使能的信息，基于该信息决定开关变换器是否进入连续电流模式。6.如权利要求5所述的控制器，进一步包括：误差放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表开关变换器输出电压的反馈信号，第二输入端接收参考信号，误差放大电路基于反馈信号与参考信号之差，在输出端产生补偿信号；初级开通使能电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端、其中第一输入端耦接至峰值功率检测电路以接收指示信号，该指示信号指示峰值功率模式是否被使能，第二输入端接收补偿信号，基于补偿信号和指示信号，初级开通使能电路在输出端提供初级开通使能信号至隔离电路的输入端，其中该初级开通使能信号包含有峰值功率模式是否被使能的信息；初级控制电路，耦接至隔离电路的输出端以接收与初级开通使能信号电隔离的同步信号，基于同步信号提供初级控制信号以控制初级开关管的导通与关断；以及该解码电路耦接至隔离电路的输出端以接收同步信号，解析同步信号以获取开关变换器是否进入连续电流模式的信息。7.如权利要求6所述的控制器，其中：当峰值功率模式未被使能时，同步信号具有第一脉冲宽度；以及当峰值功率模式被使能时，同步信号被调节为具有大于第一脉冲宽度的第二脉冲宽度。8.如权利要求6所述的控制器，其中峰值功率检测电路包括：
第一比较电路，将开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斯然，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：