專利名稱：開關(guān)變換器的整流器的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)變換器、具體為諧振變換器的整流器的控制裝置。
背景技術(shù)：
諧振變換器是強(qiáng)迫開關(guān)變換器的大類，其特征在于存在主動(dòng)參與確定輸入輸出功 率流的諧振電路。在這類變換器中，通過DC電壓供電的、由電源開關(guān)橋或半橋(通常為功 率M0SFET)組成的電路生成方波電壓，將該方波電壓施加到調(diào)諧為所述方波的基本頻率的 諧振電路。這樣，由于其選擇性特性，諧振電路主要響應(yīng)這個(gè)基本分量以及在可忽略程度上 響應(yīng)高階諧波。由此可見，可通過改變方波的頻率、同時(shí)使占空比常數(shù)保持在50%來調(diào)制循 環(huán)功率(circulating power)，并且根據(jù)諧振電路的配置，與功率流關(guān)聯(lián)的電流和/或電壓 將具有作為正弦或分段正弦的模式。這些電壓和/或電流經(jīng)過整流和濾波，以便向負(fù)載供 應(yīng)DC電力。在干線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，因?yàn)橐揽堪踩?guī)程，向負(fù)載供應(yīng)電力的整流器-濾波器系 統(tǒng)通過變壓器耦合到諧振電路，變壓器提供上述規(guī)程下所需的源與負(fù)載之間的隔離。如同 在所有隔離網(wǎng)絡(luò)變換器中那樣，在這種情況下，通常也區(qū)分連接到輸入源的初級(jí)側(cè)(即，與 變壓器的初級(jí)繞組相關(guān))和經(jīng)由整流器-濾波器系統(tǒng)向負(fù)載供應(yīng)電力的次級(jí)側(cè)(即，與變 壓器的次級(jí)繞組相關(guān))。 目前，最廣泛使用的諧振變換器之一是LLC諧振變換器，特別是半橋形式的。這個(gè) 名稱源自諧振電路采用兩個(gè)電感器和一個(gè)電容器的事實(shí)。半橋形式的原理示意圖如圖l所 示，其中由輸入電壓Vin供電并且由裝置1驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)晶體管M1、M2的半橋向包括電容器 C、電感Ls和電感Lp的串聯(lián)(series)供電，其中變壓器10與電感Lp并聯(lián)。變壓器具有次 級(jí)繞組，其中中心抽頭連接到地GND，而次級(jí)繞組的端部連接到陰極連接在一起的整流器二 極管Dl和D2，以及連接到其上存在輸出電壓Vout的電容器Cl和電阻R的并聯(lián)。
除了諧振變換器的典型優(yōu)點(diǎn)(沒有陡波前的波形、由于"軟"開關(guān)引起的電源開關(guān) 的低開關(guān)損耗)之外，這種變換器具有優(yōu)于采用僅具有兩個(gè)無功元件的諧振電路的變換器 的顯著優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，所述LLC變換器能夠工作在相對(duì)于輸入電壓和輸出電流的大范圍的 操作條件，包括無負(fù)載條件、具有較小頻率變化；它具有實(shí)現(xiàn)"軟"開關(guān)操作的可能性，其中 所有電源開關(guān)處于相對(duì)于輸入電壓和輸出電流的所有操作條件。實(shí)際上，對(duì)于初級(jí)側(cè)的功 率M0SFET，具有零電壓導(dǎo)通(ZVS-零電壓開關(guān))，因此具有零關(guān)聯(lián)損耗，而對(duì)于次級(jí)側(cè)的整 流器，具有零電流導(dǎo)通和關(guān)斷(ZCS，零電流開關(guān))，因此沒有反向恢復(fù)和與其關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。 初級(jí)側(cè)功率MOSFET的關(guān)斷開關(guān)損耗也相當(dāng)?shù)?。此外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是磁集成，即，將所有磁裝 置(電感和變壓器)組合在單個(gè)物理組件中的可能性。 由于這類性質(zhì)，這些諧振變換器的特征在于高變換效率(> 95%是可易于實(shí)現(xiàn) 的)、工作在高頻的能力、低EMI(電磁干擾)生成以及最后，高功率密度(它表示構(gòu)建降低 體積的變換系統(tǒng)的可能性)。 在當(dāng)前類型的變換器電路中，需要高變換效率和高功率密度，如同例如筆記本的 AC-DC適配器的情況那樣。LLC諧振變換器當(dāng)前是最佳地滿足這類要求的變換器。
但是，可實(shí)現(xiàn)的最大效率受到變換器的次級(jí)側(cè)的整流器的損耗限制，它占總損耗 的60%以上。 已知的是，為了顯著降低與次級(jí)整流關(guān)聯(lián)的損耗，可借助所謂的"同步整流"技術(shù)， 其中一個(gè)整流器二極管由具有適當(dāng)?shù)牡蛯?dǎo)通電阻的功率MOSFET取代，使得其上的電壓降 明顯低于二極管上的電壓降，并且通過在功能上與二極管等效的方式來驅(qū)動(dòng)。這種技術(shù)廣 泛用于傳統(tǒng)變換器中，特別是逆向和正向變換器中，對(duì)其還存在市場銷售的專用集成控制 電路。還存在將這種技術(shù)用于諧振變換器、特別是LLC變換器中的不斷增長的迫切需要， 以便盡可能多地增強(qiáng)其效率。圖2示出具有次級(jí)同步整流器的形式的圖1的變換器；在這 種情況下，代替二極管Dl和D2，存在通過兩個(gè)信號(hào)Gl和G2適當(dāng)驅(qū)動(dòng)并且連接在連接到地 GND的中心抽頭次級(jí)繞組的兩個(gè)部分的端子之間的兩個(gè)晶體管Tl和T2，而Cl和R的并聯(lián) 設(shè)置在次級(jí)繞組的中心抽頭與地GND之間。從功能角度來看，與圖1的示意圖相比，不存在 差別。在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平，不存在特別專用于驅(qū)動(dòng)LLC諧振變換器的同步整流器的市場 銷售的集成控制電路。 為了驅(qū)動(dòng)作為諧振變換器中的同步整流器的功率MOSFET Tl和T2，有時(shí)利用借助 于傳統(tǒng)P麗控制變換器的方法，也就是說，基于其中同步整流器的驅(qū)動(dòng)電壓通過變壓器的 輔助繞組來獲得的"自驅(qū)動(dòng)"方式以及其中驅(qū)動(dòng)初級(jí)側(cè)功率MOSFET柵極的相同信號(hào)用于驅(qū) 動(dòng)次級(jí)側(cè)的同步整流器的柵極的"初級(jí)驅(qū)動(dòng)"方式。兩種方法都存在主要缺點(diǎn)。在自驅(qū)動(dòng)方 式的情況下，驅(qū)動(dòng)電壓沒有確定快速開關(guān)(特別是在關(guān)斷時(shí)是必需的)的陡波前，使得由于 延遲，在同步整流器中可觀測到電流倒向。這些倒向通過充當(dāng)虛負(fù)載，使輸出電容器放電， 由此增加輸出電壓紋波，并且削弱中_低負(fù)載時(shí)的效率，它是在給定與消耗的降低有關(guān)的 最近法律的情況下具有幾乎不容忽略的重要性的一個(gè)參數(shù)。另外，變壓器和諧振電路中的 電流狀況(current regime)發(fā)生改變，并且在某些條件下，可觀測到ZVS的損耗，具有由于 功率M0SFET的結(jié)構(gòu)固有的寄生雙極晶體管的觸發(fā)、范圍從初級(jí)側(cè)功率MOSFET中的功率耗 散的中等增加到其破壞的結(jié)果。在"初級(jí)驅(qū)動(dòng)"方式的情況下，變換器正確地起作用，只要各 同步整流器中的電流的傳導(dǎo)占用整個(gè)開關(guān)半周期(CCM，連續(xù)傳導(dǎo)模式)。否則，也就是說， 如果對(duì)次級(jí)繞組的電流傳導(dǎo)僅占用開關(guān)半周期的一小部分(DCM，不連續(xù)傳導(dǎo)模式)，則變 換器不再正確工作。實(shí)質(zhì)上，如果相同的信號(hào)用于初級(jí)側(cè)MOSFET和同步整流器，則后者將 保持導(dǎo)通，即使電流在完成半周期之前下降到零，從而導(dǎo)致電流的倒向連同上述缺點(diǎn)。這構(gòu) 成對(duì)變換器的操作能力的嚴(yán)重限制為了避免工作在DCM，不僅存在工作在窄操作范圍內(nèi) 的限制，而且還需要負(fù)載從不下降到低于某個(gè)最小值，因?yàn)橄袼凶儞Q器那樣，就在前面所 述的意義上，LLC諧振變換器也趨向于在低負(fù)載下工作在DCM中。近來，已經(jīng)開發(fā)更精煉的 技術(shù)，目的在于改進(jìn)這種特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的次級(jí)同步整流器的驅(qū)動(dòng)邏輯。在專利US7184280 和US7193866中描述了這些技術(shù)的示例。在兩種情況下，初級(jí)側(cè)功率MOSFET和同步整流器 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由單個(gè)控制電路生成，這建立其相互關(guān)系。這類方法的基本缺點(diǎn)在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的一個(gè)或另一個(gè)必須跨越初級(jí)與次級(jí)側(cè)之間的隔離勢壘，因此需要使用附加變壓器。除此 之外，兩種方法均沒有考慮以下事實(shí)次級(jí)二極管上(因而在適當(dāng)控制時(shí)也在同步整流器 中)的電流不僅在各開關(guān)半周期的最后部分而且還在初始部分可能為零。在US7184280中 或多或少考慮的最后方面是當(dāng)輸出電流很低時(shí)暫緩?fù)秸鞑⑶覍⒋渭?jí)整流功能委托給 用作同步整流器的功率MOSFET的體二極管或者與所述同步整流器反并聯(lián)連接的肖特基二極管的合理性。實(shí)際上，對(duì)于低電流，與導(dǎo)通電阻上的傳導(dǎo)關(guān)聯(lián)的損耗的降低(與二極管上 的損耗相比)通過用于驅(qū)動(dòng)同步整流器的功率的損耗來抵償。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，本發(fā)明的目的是提供一種用于開關(guān)變換器的整流器的控
制裝置，該控制裝置使整流器能夠以自主方式來驅(qū)動(dòng)，即，沒有與提供開關(guān)變換器的晶體管 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制器的任何直接連接。具體來說，涉及諧振變換器的情況下，這避免使用附 加變壓器在初級(jí)-次級(jí)側(cè)隔離勢壘上傳遞驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過用于開關(guān)變換器的整流器的控制裝置來實(shí)現(xiàn)，所述變
換器通過輸入電壓進(jìn)行供電并且能夠提供輸出電流，所述整流器適合對(duì)變換器的所述電流 輸出進(jìn)行整流并且包括至少一個(gè)晶體管，所述控制裝置適合驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)晶體管，其特征 在于包括適合檢測各變換器開關(guān)半周期的開始和結(jié)束并且適合測量其時(shí)長的第一部件，適 合在變換器的給定數(shù)量的測量開關(guān)半周期之后并且當(dāng)變換器輸出電流變得大于參考電流 時(shí)生成用于導(dǎo)通所述晶體管的信號(hào)的第二部件。 由于本發(fā)明，有可能提供一種用于開關(guān)變換器的整流器、具體是用于諧振變換器
的控制裝置，它允許所述整流器以從變壓器的電流角度忠實(shí)再現(xiàn)整流器二極管的行為的方
式被驅(qū)動(dòng)。所述控制裝置優(yōu)選地能夠自主識(shí)別變換器的低負(fù)載狀況，并且在這種情況下暫
緩整流器的驅(qū)動(dòng)，以便降低關(guān)聯(lián)損耗，而在輸出電流增加時(shí)立即恢復(fù)驅(qū)動(dòng)。 因此，所述控制裝置肯定在盡可能廣的操作條件范圍上提高LLC類型諧振變換器
的變換效率。
通過以下僅作為非限制性示例在附圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā) 明的特性和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，附圖包括 圖1是根據(jù)已知技術(shù)、具有中心抽頭次級(jí)繞組和通過二極管的全波整流的LLC類 型諧振變換器的簡圖； 圖2是根據(jù)已知技術(shù)、具有中心抽頭次級(jí)繞組和通過同步整流器的全波整流的 LLC類型諧振變換器的簡圖； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明、用于開關(guān)變換器的整流器的控制裝置的框圖； 圖4是圖3的控制裝置的塊的更詳細(xì)簡圖； 圖5是圖3的裝置的另一個(gè)塊的更詳細(xì)簡圖； 圖6是相對(duì)于圖5的電路塊的功能的狀態(tài)機(jī)； 圖7是圖3的裝置的另一個(gè)塊的更詳細(xì)簡圖； 圖8是相對(duì)于圖7的電路塊的功能的狀態(tài)機(jī)。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D3，示出根據(jù)本發(fā)明的一種用于開關(guān)變換器的整流器、具體是諧振變換器、 并且更具體是圖2所示的LLC諧振變換器的整流器的控制裝置。LLC諧振變換器通過電壓 Vin、優(yōu)選地通過DC電壓供電，并且包括變壓器10和耦合到變壓器10的LLC諧振網(wǎng)絡(luò)(由電感Ls、Lp和電容器C組成)，變壓器10具有初級(jí)繞組101和中心抽頭次級(jí)繞組102 ;變壓 器提供變換器的輸出電流Iout。包括兩個(gè)晶體管T1、T2的整流器耦合到變壓器10、具體是 耦合到變壓器的次級(jí)繞組102 ;更具體來說，晶體管Tl和T2連接在中心抽頭次級(jí)繞組102 的兩個(gè)部分的端子與地GND之間。所述變換器包括用于整流器的控制裝置。
所述控制裝置包括塊IOO，它能夠檢測各變換器開關(guān)半周期的開始和結(jié)束并且 測量其長度；以及塊200，適合于生成用于在變換器的給定數(shù)量n的測量開關(guān)半周期之后并 且當(dāng)變換器輸出電流lout變成大于參考電流Iref時(shí)導(dǎo)通晶體管Tl或T2的信號(hào)EN-SR。 控制裝置優(yōu)選地包括塊300，它用于施加(impose)晶體管Tl和晶體管T2的導(dǎo)通間隔的時(shí) 長。 塊100具有作為其輸入?yún)?shù)的用作圖2的LLC變換器中的同步整流器的功率 MOSFET Tl、 T2的漏極端子兩端的電壓Vtl和Vt2，并且從塊300接收指示在各開關(guān)半周期 內(nèi)上述塊的操作狀態(tài)的一組信號(hào)A0、A1. . . An。優(yōu)選地，塊100接收指示諧振變換器的操作 或非操作狀態(tài)的邏輯信號(hào)PG作為輸入。電壓Vtl和Vt2優(yōu)選地可使用Tl和T2的RDS (on) 來讀取，那是如圖3所示與晶體管Tl和T2的漏極端子串聯(lián)連接的感測電阻器Rs。
塊100的輸出由一組信號(hào)BO、 Bl. . . Bn組成，它們可以是模擬和/或數(shù)字的，取決 于塊100的配置。每個(gè)半周期的開始和結(jié)束優(yōu)選地通過適合將電壓Vtl、 Vt2與電壓參考 VR1、 VR2進(jìn)行比較的部件111、 112來獲得，其中假定VR2 > VR1，正如在圖4中可看到。對(duì) 于Vtl < VR1且Vt2 > VR2，將會(huì)存在當(dāng)前半周期的開始(It is imposed that withVtl < VRl and Vt2 > VR2 there will be the start of the current half-cycle)，其中晶 體管Tl可導(dǎo)通而晶體管T2必須保持截止，并且存在前一個(gè)半周期的結(jié)束，其中T2可能已 經(jīng)導(dǎo)通而Tl已經(jīng)保持截止；對(duì)于Vt2 < VRl且Vtl > VR2，還將會(huì)存在當(dāng)前半周期的開始， 其中晶體管T2可導(dǎo)通而晶體管Tl保持截止，并且存在前一個(gè)半周期的結(jié)束，其中Tl可能 已經(jīng)導(dǎo)通而晶體管T2已經(jīng)保持截止。接收比較部件lll和112的輸出的部件113適合于在 出現(xiàn)指示為第一和第二條件的上述條件的一個(gè)或另一個(gè)時(shí)生成有限時(shí)長的脈沖信號(hào)BO，其 中脈沖BO的前沿FS解釋為當(dāng)前傳導(dǎo)半周期的結(jié)束，而脈沖BO的后沿FD解釋為下一個(gè)傳 導(dǎo)半周期的開始。如同受關(guān)注的每隔一個(gè)時(shí)間間隔那樣(like every other timeinterval of interest)，每個(gè)半周期的時(shí)長(例如整流器傳導(dǎo)周期或者半周期的某個(gè)部分的時(shí)長) 可使用已知技術(shù)的任何技術(shù)來測量，例如使用與脈沖BO或者與在脈沖BO的前沿FS重置且 在所述脈沖的后沿FD釋放(release)的模擬斜波(ramp)同步的高頻時(shí)鐘。
塊200具有基于外部信號(hào)Vtl、 Vt2和塊100始發(fā)的信號(hào)B0、 Bl. . . Bn來確定分別 在上述第一和第二條件下同步整流器Tl和T2是否必須導(dǎo)通的功能。為了避免變換器行為 的不對(duì)稱性，優(yōu)選的是，塊200的邏輯使得當(dāng)晶體管Tl在出現(xiàn)第一條件時(shí)已經(jīng)導(dǎo)通，晶體管 T2在出現(xiàn)第二條件時(shí)將同樣導(dǎo)通，而當(dāng)Tl保持在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，T2也必須保持在關(guān)斷狀態(tài)。 這確保兩個(gè)同步整流器MOSFET的對(duì)稱行為，并且抵消(counteract) LLC半橋擴(kuò)大其操作中 的任何不對(duì)稱性的效果的自然趨勢。塊200的輸出是邏輯信號(hào)EN-SR，它確定晶體管Tl和 T2在其相應(yīng)周期是可導(dǎo)通還是必須保持在關(guān)斷狀態(tài)。
塊200的操作可通過圖5所示的簡圖和圖6的狀態(tài)機(jī)來定義。
當(dāng)信號(hào)PG為低時(shí)，塊200將關(guān)斷，因?yàn)闆]有向它充分供電或者因?yàn)閬碜酝獠康膹?qiáng) 制禁用；這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖6的狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)19。當(dāng)裝置接通、即具有高信號(hào)PG時(shí)，由于向它正確供電和/或使它外部啟用以便進(jìn)行操作，因此，所有內(nèi)部電路將接通，參考電壓被 生成并且將調(diào)整到其穩(wěn)態(tài)值；這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖6的狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)20。具有高信號(hào)PG的 塊100將變?yōu)榛顒?dòng)，準(zhǔn)備識(shí)別變換器開關(guān)周期并且測量每個(gè)半周期的時(shí)長。塊100還包括 部件115 (圖4)，它能夠計(jì)算已經(jīng)由塊100識(shí)別和測量的變換器開關(guān)周期的給定數(shù)量n (其 中n為正整數(shù))；一旦n個(gè)變換器開關(guān)周期已經(jīng)被測量，信號(hào)B2將被傳送給塊200，它處于 狀態(tài)30，即，其中塊200接通但處于非操作條件的狀態(tài)。 塊200包括用于檢驗(yàn)變換器輸出電流lout是否大于給定參考電流Iref的部件 202。為了檢驗(yàn)是否lout > Iref，可使用部件203或204所實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。部件203能 夠參照晶體管Tl來測量半周期的開始與晶體管Tl的體二極管開始傳導(dǎo)的時(shí)刻之間經(jīng)過的 時(shí)間間隔Td變?yōu)楸阮A(yù)定時(shí)間Ttl更短的時(shí)間，預(yù)定時(shí)間Ttl又可等于開關(guān)半周期THC的時(shí) 長的預(yù)定分?jǐn)?shù)(fraction) a 。而部件204能夠又參照晶體管Tl來測量晶體管Tl的體二極 管開始傳導(dǎo)的時(shí)刻與它停止傳導(dǎo)的時(shí)刻之間經(jīng)過的時(shí)間間隔Tc是否超過預(yù)定時(shí)間Tt2，預(yù) 定時(shí)間Tt2又可等于開關(guān)半周期THC的時(shí)長的預(yù)定分?jǐn)?shù)a 。有可能參照晶體管T2以相同 的方式進(jìn)行操作。時(shí)間間隔Td和Tc由塊100經(jīng)由部件114來提供，并且在信號(hào)Bo、 Bl.. Bn之間。 在已經(jīng)測量n個(gè)開關(guān)周期并且已經(jīng)檢驗(yàn)lout > Iref之后，塊200將經(jīng)由塊205
發(fā)出邏輯信號(hào)EN-SR，即，將使它成為高邏輯電平；塊300將接收所述信號(hào)EN-SR，并且實(shí)現(xiàn)
晶體管Tl或T2之一的導(dǎo)通。與信號(hào)EN-SR的發(fā)出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是狀態(tài)40。 在其中開關(guān)半周期的時(shí)長用作比較項(xiàng)的優(yōu)選情況下，有可能在完成測量所觀測的
時(shí)間間隔(Td或Tc)時(shí)使用前一個(gè)半周期的時(shí)長作為THC而將EN-SR設(shè)置成高，或者在完
成當(dāng)前半周期時(shí)將EN-SR設(shè)置成高，在這種情況下，Td或Tc的測量將保存在存儲(chǔ)器中，并
且將使用剛獲取的THC值。 當(dāng)輸出電流lout變?yōu)榈陀陔娏鱅ref時(shí)發(fā)生的信號(hào)EN_SR的高-低轉(zhuǎn)變而是可根 據(jù)同樣反映用于確定其低_高轉(zhuǎn)變的那些標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)并且采用相同的部件203或204來確 定也就是說，在半周期的開始與體二極管(body diode)Tl開始傳導(dǎo)的時(shí)刻之間經(jīng)過的時(shí) 間間隔Td超過預(yù)定時(shí)間、或者優(yōu)選地超過開關(guān)半周期THC的時(shí)長的預(yù)定分?jǐn)?shù)a時(shí)，或者在 體二極管TR1開始傳導(dǎo)的時(shí)刻(或者備選地當(dāng)Tl導(dǎo)通的時(shí)刻)與Tl關(guān)斷的時(shí)刻之間經(jīng)過 的時(shí)間間隔Tc變?yōu)樾∮陬A(yù)定時(shí)間、或者優(yōu)選地小于開關(guān)半周期THC的時(shí)長的預(yù)定分?jǐn)?shù)a 時(shí)。 優(yōu)選的是等待給定時(shí)間段，即，優(yōu)選的是，信號(hào)EN-SR從高轉(zhuǎn)變到低或者反之的條 件沒有根據(jù)Td或Tc對(duì)單個(gè)開關(guān)周期中的THC的百分比的比較結(jié)果出現(xiàn)(on the basis of the result of the comparison Td orTc versus a percentage of THC in a single switching cycle)，而是對(duì)某個(gè)數(shù)量的開關(guān)周期確認(rèn)所述結(jié)果。這通過部件206來實(shí)現(xiàn)，部 件206配置成等待直到對(duì)于給定數(shù)量n2 (其中n2為正整數(shù))的開關(guān)周期檢驗(yàn)到條件lout > Iref。 同樣優(yōu)選的是，考慮開關(guān)周期的所述數(shù)量，所述數(shù)量按照信號(hào)EN-SR是從低轉(zhuǎn) 變至Ll高還是從高轉(zhuǎn)變至Ll低而不同(said number ofswitching cycles be different according to whether the transition of thesignal EN—SR from low to high or its transition from high to low態(tài)有關(guān)(regard)，而其啟用也涉及與變換器的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)的方面(對(duì)負(fù)載變化的瞬時(shí)響 應(yīng))。 因此，希望的是信號(hào)EN-SR從高到低的轉(zhuǎn)變?cè)趯?duì)于nl個(gè)連續(xù)開關(guān)周期滿足條件Td > a THC(或者Tc < a THC)時(shí)發(fā)生，而信號(hào)EN_SR從低到高的轉(zhuǎn)變?cè)趯?duì)于n2個(gè)連續(xù) 開關(guān)周期滿足條件TcK a .THC(或者Tc〉 a .THC)時(shí)發(fā)生，其中n2〈nl。開關(guān)周期的 數(shù)量nl和n2的測量經(jīng)由部件206來獲得。 有可能的是，變換器可通過間歇方式起作用。在這種情況下，如果半橋停止開關(guān)， 則在次級(jí)側(cè)，電壓Vtl和Vt2的轉(zhuǎn)變波前將不再存在。因此，希望的是，如果塊100沒有接 收到同步信號(hào)(并因此不再存在脈沖BO的生成)，則迫使信號(hào)EN-SR為低。這可或者通過 使用"超時(shí)"(例如，當(dāng)不存在比預(yù)定時(shí)間更長的時(shí)間的脈沖BO時(shí))，或者通過在各傳導(dǎo)半 周期結(jié)束時(shí)使信號(hào)EN—SR成為低，然后在接收到同步信號(hào)BO并且lout > Iref時(shí)使它又成 為高來實(shí)現(xiàn)。 塊300具有基于外部信號(hào)Vtl、Vt2和PG、塊200始發(fā)的信號(hào)EN-SR和塊100始發(fā) 的信號(hào)B0、 Bl. . . Bn來控制同步整流器Tl和T2必須導(dǎo)通多少時(shí)間的功能。為了避免變換 器行為的不對(duì)稱性，優(yōu)選的是，塊300的邏輯使得當(dāng)晶體管T1在出現(xiàn)第一條件時(shí)已經(jīng)導(dǎo)通， 晶體管T2在出現(xiàn)第二條件時(shí)同樣導(dǎo)通，而當(dāng)Tl保持在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，T2也必須保持在截止 狀態(tài)。 塊300的操作可通過圖7所示的方案和圖8中僅參照晶體管Tl的狀態(tài)機(jī)來定義。
當(dāng)信號(hào)PG為低時(shí)，塊300將關(guān)斷，因?yàn)闆]有向它充分供電或者因?yàn)閬碜酝獠康膹?qiáng) 制禁用；這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖7的狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)11。 從狀態(tài)11，當(dāng)檢測到Tl的漏極的電壓Vtl超過參考值VR2時(shí)存在到狀態(tài)12的轉(zhuǎn) 變，并且這種狀態(tài)在完整的下一個(gè)開關(guān)半周期將持續(xù)，其中T2可進(jìn)行傳導(dǎo)。從狀態(tài)12，在脈 沖BO的前沿、即當(dāng)在出現(xiàn)條件Vtl < VR1和Vt2 > VR2時(shí)識(shí)別下一個(gè)半周期的開始時(shí)，將 存在到狀態(tài)13的轉(zhuǎn)移(passage)。在這種狀態(tài)所花費(fèi)的時(shí)間中，塊300將經(jīng)由部件301向 塊100傳送重置脈沖AO，以便在獲取剛確定的開關(guān)半周期的時(shí)長之后重置塊100的所有時(shí) 間測量電路114、 115。 在脈沖BO的后沿，發(fā)生到狀態(tài)14的轉(zhuǎn)移。 塊300包括部件302，它適合于采用信號(hào)Al來關(guān)斷裝置，即用于如果檢測到電壓 Vt2變?yōu)榈陀趨⒖贾礦R2，則從狀態(tài)14轉(zhuǎn)回到狀態(tài)11。如果發(fā)生這種情況，則表示次級(jí)電壓 由于某種原因而倒向，并且T2在電壓Vt2變?yōu)榈陀赩Rl時(shí)立即導(dǎo)通。為了避免兩個(gè)同步整 流器同時(shí)傳導(dǎo)，晶體管Tl未導(dǎo)通(互鎖邏輯)。 當(dāng)信號(hào)EN-SR = 1并且當(dāng)檢測到關(guān)聯(lián)晶體管Tl的體二極管導(dǎo)通時(shí)，發(fā)生到狀態(tài)15 的轉(zhuǎn)移。塊300包括部件303，它能夠感測與晶體管T1關(guān)聯(lián)的體二極管導(dǎo)通；這種部件303 將電壓Vtl與負(fù)參考Vneg(例如-O. 5V)進(jìn)行比較，并且傳遞輸出信號(hào)A2?？赏ㄟ^相同方式 檢測到晶體管T1的體二極管的傳導(dǎo)的停止。 為了確保晶體管T1的體二極管由于尖峰(spike)而未導(dǎo)通，優(yōu)選的是當(dāng)對(duì)于至少 預(yù)定時(shí)間段TH確認(rèn)導(dǎo)通條件時(shí)發(fā)生到狀態(tài)15的轉(zhuǎn)移；這通過同一個(gè)部件303來確保。TH 的值表示掩蔽尖峰的必要性與沒有過度延遲晶體管Tl的導(dǎo)通的必要性之間的折衷，這將 增加傳導(dǎo)損耗并且損害效率。
狀態(tài)在最少時(shí)間T0Nmin保持在狀態(tài)15，在此期間，柵極驅(qū)動(dòng)器Gl無疑將為高，并 且晶體管Tl相應(yīng)地?zé)o疑將會(huì)導(dǎo)通；在這個(gè)時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)生到狀態(tài)16的轉(zhuǎn)移。
從這個(gè)狀態(tài)，在信號(hào)PG為低或者電壓Vt2變?yōu)榈陀趨⒖贾礦R2 (互鎖邏輯)或者 電壓Vtl變?yōu)檎蛄愕那闆r下，有可能向狀態(tài)11演進(jìn)；電壓Vt2與電壓VR2之間的比較經(jīng) 由塊100的比較部件112進(jìn)行。 從狀態(tài)16到狀態(tài)17的轉(zhuǎn)變由塊100在預(yù)定時(shí)間Ts之后驅(qū)動(dòng)，預(yù)定時(shí)間Ts又可 等于晶體管T1或晶體管T2的前一個(gè)開關(guān)半周期的百分比。時(shí)間Ts由同一個(gè)部件115來 設(shè)置。 從狀態(tài)17，如果電壓Vtl變?yōu)檎蛄?同步整流器中的電流的倒向)，或者如果 Vt2變?yōu)榈陀趨⒖贾礦R2 (互鎖邏輯)，則狀態(tài)可演進(jìn)到狀態(tài)11 ;否則，它可演進(jìn)到狀態(tài)18或 狀態(tài)19。關(guān)于待實(shí)行的轉(zhuǎn)變的判定將在塊100傳送信號(hào)Tm時(shí)進(jìn)行，信號(hào)Tm從部件115始 發(fā)并且對(duì)應(yīng)于開關(guān)半周期的時(shí)長的一半。在這個(gè)時(shí)刻，經(jīng)由部件305將電壓Vtl與接近零 (例如_25mV)的負(fù)參考值Vth進(jìn)行比較。 如果電壓Vtl < Vth，則將存在到狀態(tài)18、否則到狀態(tài)19的轉(zhuǎn)變。在開關(guān)半周期的 中間點(diǎn)，晶體管T1上的電流尚未達(dá)到峰值，因此仍然在上升。因此，當(dāng)晶體管T1上的電流屬 于引起大于作為晶體管導(dǎo)通時(shí)的漏極和源極端子之間的電阻的其電阻RDSon兩端的I Vth 的電壓降的充分實(shí)體時(shí)將達(dá)到狀態(tài)18，而當(dāng)Tl上的電流不屬于充分實(shí)體并且其RDSon兩端 的電壓低于|Vth|時(shí)將達(dá)到狀態(tài)19。假定在前一種情況下，變換器工作在關(guān)聯(lián)高電流狀況 的模式之一，其中電流導(dǎo)數(shù)(currentderivative)也相當(dāng)高，而在后一種情況下，它工作在 關(guān)聯(lián)低電流狀況的模式之一，其中也較少強(qiáng)調(diào)導(dǎo)數(shù)。 在第一種情況(Vtl < Vth)下，為了避免T1中的電流倒向或使T1中的電流倒向 為最小，建議相對(duì)于電流實(shí)際下降為零的時(shí)刻預(yù)先使后者關(guān)斷；進(jìn)行這個(gè)操作，以便考慮零 和Tl關(guān)斷感測電路的不可避免的傳播延遲。實(shí)際上，在這種情況下，T1將關(guān)斷，并且當(dāng)Vtl > Vth時(shí)將從狀態(tài)18轉(zhuǎn)移到狀態(tài)11。 在第二種情況(Vtl > Vth)下，傳播延遲的影響受到更大限制，并且因此認(rèn)為不 需要預(yù)先使T1關(guān)斷；T1將在零感測電路檢測到標(biāo)記從狀態(tài)19到狀態(tài)11的轉(zhuǎn)移的事件 Vtl^0時(shí)立即關(guān)斷；因此，塊300包括部件306，它用于接收來自部件305的輸出信號(hào)，以及 如果晶體管T1的電阻RDSon兩端的電壓降大于IVthl，則能夠通過信號(hào)Gloff使晶體管Tl 關(guān)斷。判定的這種區(qū)分的優(yōu)點(diǎn)在于，在中間負(fù)載下，晶體管T1的傳導(dǎo)將不會(huì)過早結(jié)束(時(shí) 間段的中間)，正好損失電流為最大的部分。顯然，從狀態(tài)18或者從狀態(tài)19開始，條件Vt2 < VR2 (互鎖邏輯)的檢測將在任何情況下通向狀態(tài)11。 相對(duì)于同步整流器T2的控制的判定過程可通過與對(duì)于晶體管T1所考慮的相同的 狀態(tài)機(jī)來描述，除了可能在其周期中沒有更新信號(hào)EN-SR的事實(shí)。 根據(jù)本發(fā)明的控制裝置可用于其中需要對(duì)變換器的輸出電流進(jìn)行整流的開關(guān)變 換器的任何整流器。
權(quán)利要求
用于開關(guān)變換器的整流器的控制裝置，所述變換器采用輸入電壓供電并且適合于提供輸出電流(Iout)，所述整流器(T1，T2)適合對(duì)所述變換器的所述輸出電流(Iout)進(jìn)行整流并且包括至少一個(gè)晶體管(T1)，所述控制裝置(100，200，300)適合驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)晶體管，其特征在于包括適合檢測所述變換器的各開關(guān)半周期的開始和結(jié)束以及適合測量其時(shí)長的第一部件(100)，適合在所述變換器的給定數(shù)量(n)的測量開關(guān)半周期之后并且當(dāng)所述變換器的所述輸出電流(Iout)大于參考電流(Iref)時(shí)生成用于所述晶體管的導(dǎo)通的信號(hào)(EN-SR)的第二部件(200)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述變換器是諧振變換器，并且包括具有初級(jí)和次級(jí)繞組的變壓器(10)和耦合到所述變換器的所述初級(jí)繞組和所述輸入電壓(Vin)的諧振網(wǎng)絡(luò)(LLC)，所述次級(jí)繞組屬于中心抽頭類型并且與所述整流器耦合，所述整流器包括至少一個(gè)單整流晶體管對(duì)(T1，T2)，該晶體管對(duì)的各晶體管提供有體二極管，所述控制裝置適合驅(qū)動(dòng)所述晶體管對(duì)以及生成用于使所述晶體管對(duì)之一 (Tl)導(dǎo)通的信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，包括適合在所述第二部件的輸出處接收所述導(dǎo)通信號(hào)(EN-SR)并且適合設(shè)置所述晶體管的導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻的第三部件(300)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述第三部件(300)適合確定當(dāng)導(dǎo)通晶體管的電流通路的端子之間所檢測的電壓(Vtl)低于給定電壓(Vneg)時(shí)的所述晶體管的所述導(dǎo)通時(shí)刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述第三部件(300)適合確定自檢測到導(dǎo)通時(shí)刻的時(shí)間延遲段(Th)之后的所述晶體管的所述導(dǎo)通時(shí)刻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述第三部件包括其它部件(305)，該部件適合當(dāng)所述導(dǎo)通晶體管的電流通路的端子之間所檢測的電壓在對(duì)應(yīng)于所述開關(guān)半周期的時(shí)長的一半的時(shí)刻(Tm)低于另一個(gè)給定電壓(Vth)時(shí)關(guān)斷所述控制裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述晶體管對(duì)包括第一 (Tl)和第二 (T2)M0SFET晶體管，所述第一部件(100)包括適合檢測所述晶體管對(duì)的漏極端子的所述電壓(Vtl， Vt2)的部件(Rs)以及適合將所述電壓與第一 (VR1)和第二 (VR2)參考電壓進(jìn)行比較的部件(111，112)，其中所述第二電壓(VR2)高于所述第一電壓(VRl)，所述第一部件(100)適合當(dāng)所述第一晶體管(Tl)的漏極端子的所述電壓(Vtl)低于所述第一參考電壓(VR1)而所述第二晶體管(T2)的漏極端子的所述電壓(Vt2)高于所述第二參考電壓(VR2)時(shí)、或者當(dāng)所述第二晶體管(Tl)的漏極端子的所述電壓(Vt2)低于所述第一參考電壓(VR1)而所述第一晶體管(Tl)的漏極端子的所述電壓(Vtl)高于所述第二參考電壓(VR2)時(shí)向所述第二部件(200)發(fā)送脈沖(BO)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，所述第一部件(100)包括適合測量所述脈沖(BO)的時(shí)長的部件(115)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述第二部件(200)適合確定當(dāng)所述變換器的開關(guān)半周期的開始時(shí)刻與其中所述至少一個(gè)晶體管的體二極管開始傳導(dǎo)的時(shí)刻之間的時(shí)間段(Td)小于給定時(shí)間段(Ttl)時(shí)，所述變換器的輸出電流(lout)是否變?yōu)楦哂趨⒖茧娏?Iref)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述第二部件(200)適合確定當(dāng)其中所述至少一個(gè)晶體管的體二極管開始傳導(dǎo)的時(shí)刻與其中所述二極管停止傳導(dǎo)的時(shí)刻之間的時(shí)間段(Tc)大于給定時(shí)間段(Tt2)時(shí)，所述變換器的輸出電流(lout)是否變?yōu)楦哂趨⒖茧娏?Iref)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述第二部件(200)包括適合當(dāng)所述變換器的輸出電流變?yōu)榈陀谒鰠⒖茧娏鲿r(shí)使所述先前導(dǎo)通的晶體管關(guān)斷的部件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述第二部件適合當(dāng)所述變換器的輸出電流(lout)在所述變換器的給定數(shù)量(n2)的測量開關(guān)半周期保持為高于所述參考電流(Iref)時(shí)生成所述導(dǎo)通信號(hào)(EN-SR)。
13. 開關(guān)諧振變換器，具有輸入電壓并且包括適合提供所述變換器的輸出電流的變壓器(IO)，所述變壓器(10)包括初級(jí)和次級(jí)繞組以及耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組以及所述輸入電壓的諧振網(wǎng)絡(luò)(LLC)和耦合到所述次級(jí)繞組并且適合對(duì)所述變換器的所述輸出電流進(jìn)行整流的整流器，所述次級(jí)繞組屬于中心抽頭類型，以及所述整流器包括至少一個(gè)單整流晶體管對(duì)(T1， T2)，所述變換器包括根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的整流器的控制裝置(100， 200， 300)。
14. 開關(guān)變換器的整流器的控制方法，所述變換器采用輸入電壓供電并且適合于提供輸出電流(Iout)，所述整流器(Tl， T2)適合對(duì)所述變換器的所述輸出電流(lout)進(jìn)行整流并且包括至少一個(gè)晶體管(Tl)，所述控制裝置(100， 200， 300)適合驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)晶體管，其特征在于包括檢測所述變換器的各開關(guān)半周期的開始和結(jié)束并且測量其時(shí)長，在所述變換器的給定數(shù)量(n)的測量開關(guān)半周期之后以及當(dāng)所述變換器的所述輸出電流(lout)大于參考電流(Iref)時(shí)生成用于所述晶體管的導(dǎo)通的信號(hào)(EN-SR)。
全文摘要
用于開關(guān)變換器的整流器的控制裝置；變換器通過輸入電壓供電，并且適合提供輸出電流(Iout)。整流器(T1，T2)適合對(duì)變換器的所述輸出電流進(jìn)行整流，并且包括至少一個(gè)晶體管(T1)；控制裝置(100，200，300)適合驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)晶體管?？刂蒲b置包括第一部件(100)，適合識(shí)別每個(gè)變換器開關(guān)半周期的開始和結(jié)束以及測量其長度；第二部件(200)，適合生成用于在給定數(shù)量(n)的測量變換器開關(guān)半周期之后并且當(dāng)變換器的輸出電流(Iout)變成大于參考電流(Iref)時(shí)導(dǎo)通所述晶體管的信號(hào)(EN-SR)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101728962SQ20091020848
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
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