软切换同步准谐振转换器的制造方法
【专利说明】软切换同步准谐振转换器
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2012年9月28日提出申请的第61/707，506号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案如同完全陈述一般特此以全文方式并入本文中。本申请案涉及2012年11月8日提出申请的共同让与、同在申请中的序列号为13/671,953的美国专利申请案，所述美国专利申请案主张2011年11月11日提出申请的第61/558，616号美国临时申请案的权益，所述申请案如同完全陈述一般特此以全文引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及切换模式的电力供应器，特定来说涉及驱动负载，且更特定来说涉及发光二极管(LED)的驱动及变暗。
【背景技术】
[0004]切换模式电力供应器(SMPS)用以经由低通滤波器及将半导体装置(例如功率晶体管(例如，MOSFET))用作开关而将恒定电压提供到负载。用以实施切换模式电力供应器的半导体开关在高频率(50kHz到数MHz)下连续地接通及关断以经由无源组件将电能从输入转移到输出。
[0005]高输入电压电力供应器的效率受初级MOSFET的切换损失限制。切换损失变成高输入电压应用(汽车、a/c、工业等)的主导损失。
[0006]另外，高频率开关产生实质电磁干扰(EMI)，此日益成为政府规制的主题。
【发明内容】
[0007]根据实施例，一种切换电路可包括:变压器，其具有初级侧及次级侧；第一 MOSFET开关，其与所述初级侧耦合；初级电流感测装置；第二 MOSFET开关，其与所述次级侧耦合；次级电流感测装置；及控制电路，其用于驱动所述第一及第二 MOSFET开关，其中第一及第二开关被互补地驱动且其中由所述初级及次级电流感测装置控制所述第一及第二 MOSFET开关的切换。
[0008]根据又一实施例，所述初级及次级电流感测装置各自可包括耦合于接地与所述相应的第一或第二 MOSFET开关之间的分路电阻器。根据又一实施例，所述切换电路可进一步包括耦合到所述次级电流感测装置的电流感测放大器。根据又一实施例，所述切换电路可进一步包括接收第一及第二电流感测信号且具有与所述控制电路耦合的输出的比较器。根据又一实施例，所述控制电路可包括脉冲宽度调制器。根据实施例，一种电力供应电路包含:控制电路；及准谐振回扫电路，其包含:初级电路，其由第一晶体管开关控制且包含第一电流感测装置；次级电路，其由第二晶体管开关控制且包含第二电流感测装置；及变压器，其具有初级侧及次级侧；其中所述控制电路经配置以驱动所述第一晶体管开关及所述第二晶体管开关，其中所述第一晶体管开关及所述第二晶体管开关被互补地驱动且其中经由所述第一及第二电流感测装置而控制所述第一晶体管开关及所述第二晶体管开关的切换。
[0009]在一些实施例中，所述初级及次级电流感测装置各自包括耦合于接地与所述相应的第一或第二晶体管开关之间的分路电阻器。在一些实施例中，所述电路进一步包含耦合到所述第二电流感测装置的电流感测放大器。在一些实施例中，所述电路包含接收第一及第二电流感测信号且具有与所述控制电路耦合的输出的比较器。在一些实施例中，所述控制电路包含脉冲宽度调制器。
[0010]根据实施例，一种方法包含:借助初级开关经由回扫变压器将输出电容器充电，所述回扫变压器及所述初级开关耦合到电源；借助次级开关经由所述回扫变压器将所述输出电容器放电，所述回扫变压器及所述次级开关耦合到所述输出电容器；感测所述初级开关的电流；感测所述次级开关的电流；及驱动所述初级开关及所述次级开关，其中互补地驱动所述初级开关及所述次级开关且其中响应于感测所述初级开关及所述次级开关的所述电流而控制所述初级开关及所述次级开关的切换。
[0011]在一些实施例中，使用耦合于接地与所述相应的初级或次级开关之间的分路电阻器来完成对所述初级开关的所述电流的所述感测及对所述次级开关的所述电流的所述感测。在一些实施例中，所述方法进一步包含包括将所述次级开关的电流放大。在一些实施例中，驱动所述初级及次级开关包含使用脉冲宽度调制器来驱动所述初级及次级开关。
[0012]在结合以下说明及附图考虑时，将更好地了解及理解本发明的这些及其它方面。然而，应理解，尽管以下说明指示本发明的各种实施例及其众多具体细节，但其以图解说明方式而非限制方式给出。可在不背离本发明的精神的情况下在本发明的范围内做出许多替换、修改、添加及/或重新布置，且本发明包含所有此等替换、修改、添加及/或重新布置。
【附图说明】
[0013]包含随附并形成本说明书的部分的图式以描绘本发明的特定方面。应注意，所述图式中所图解说明的特征未必按比例绘制。通过参考结合附图的以下说明可获取对本发明及其优点的较完全理解，在所述附图中相似元件符号指示相似特征且其中:
[0014]图1展示高电压LED驱动的电路图。
[0015]图2展示正常准谐振模式的时序图。
[0016]图3展示同步准谐振模式的波形。
[0017]图4展示准谐振零伏切换回扫拓扑的较多细节。
[0018]图5展示与图4的电路图相关联的波形。
[0019]图6展示根据实施例的零伏切换的示意图。
【具体实施方式】
[0020]参考附图中所图解说明且以下说明中所详述的示范性(且因此非限制性)实施例，更全面地阐释本发明及其各种特征以及有利细节。然而，应理解，尽管详细说明及具体实例指示优选实施例，但其仅以图解说明方式而非限制方式给出。可省略对已知编程技术、计算机软件、硬件、操作平台及协议的说明以免不必要地在细节上使本发明模糊。所属领域的技术人员将从本发明明了在基本发明概念的精神及/或范围内的各种替换、修改、添加及/或重新布置。
[0021]根据各种实施例，用于控制负载的装置具有同步能力以供电压定位。通过使用所述装置来控制反向电流而提供零电压切换，借此提高装置效率且降低EMI。
[0022]更特定来说，切换模式电力供应器(SMPS)架构可使用同步SMPS设计以将电压重新定位以使LED变暗。根据各种实施例，使用根据此架构的同步开关来对磁性装置加负载且使用反向能量来对MOSFET进行软切换。对MOSFET进行软切换显著地提高效率且降低EM10
[0023]图1中展示驱动负载102的SMPS 100，所述负载可体现为多个发光二极管(LED)。电路100包含分别的一对MOSFET开关SWl、Sff2,回扫变压器104、输出电容器Cout及分别用于感测SWl、SW2的输出处的电流的感测电阻器Rp、Rs。
[0024]在正常准谐振模式中，在于SWl的漏极上检测到振铃波形之后将初级开关SWl接通。SWl上的振铃是由于缺乏经由SW2的体二极管(BD_2)将次级绕组箝位到Vout的磁化电流而由回扫变压器104的去磁而引起的。
[0025]SW2提供供电流沿将Qjut充电的“正常”方向流动的路径。在此情形中，在铁心中的能量达到零时，SW2提供供Cott沿反向方向(反向电流)驱动所述铁心的路径。通过沿反向方向操作回扫变压器104，可使用所存储的此能量来对SW2漏极电压进行复位或将SW2漏极电压箝位到OV或低于接地的二极管压降。此强制SWl开关的软切换，从而消除切换损失且显著地降低由于MOSFET的切换电压(硬切换)而由高dv/dt引起的EMI。
[0026]图2图解说明图1的电路的示范性波形。在于V_Drain上检测到振铃之后，SW1_Drive (表示图1的Vext)将SWl驱动为接通。Iswi对应于IP或初级电流(图1)。二极管2电流Idiqde2对应于ISN或次级电流(图1)。
[0027]图1的电路因此形成准谐振回扫转换器。如将在下文更详细地论述，实施例实施同步准谐振电路。一般来说，高电压拓扑并不受益于此同步操作。在适当时间强制反向电流且将SW2关断是重要的，此需要相应电流感测及快速低偏移比较器。
[0028]根据各种实施例，同步变暗方法用于零伏切换。添加同步开关以将用于LED变暗的输出电压定位。所述方法进一步用以产生用于多个LED串的“方形”波电流驱动器。所述同步开关用以使来自所存储输出电容器的能量反向。所述所存储能量用以将初级FET上的电容放电。此导致零电压切换，如图3中所展示。
[0029]此各种实施例对具有双向或同步能力的可变频率转换器起作用。高输入电压、低到中电力应用接收最大益处。许多同步拓扑可受益于此概念(回扫、升压式、SEPIC、库克(Cuk)等)。
[0030]图4中展示图1中所展示的实施例的较详细电路，特定来说关于电流感测。
[0031]展不了:初级电路，其包含晶体管Qp ;及次级电路，其包含晶体管Qs ;回扫变压器104 ;输出电容器Cout ;及感测电阻器Rp、Rs，其分别用于感测SWl (Qp)、SW2 (Qs)的输出处的电流。如所展示，对初级电路(Ip)及次级电路(Is)的电流感测进行比较，且将所得控制信号馈送到脉冲宽度调制器PWM 404?随后，PWM逻辑提供Vswi及V SW2控制驱动电压。
[0032]在所图解说明的实施例中，将来自Qp的电流Ip提供到比较器410。将来自Qs的电流Is提供到包含放大器406及408的放大滤波器电路402。放大器电路406用以增益电流感测信号，这是因为使用低值电阻器来保持高效率。放大器408用以使用传统误差放大器Vkef及来自放大器406的反馈信号来调节LED电流。
[0033]另外，去饱和比较器405可将QRS输出提供到PWM 404以检测零变压器能量(即，用以使电流反向以进行输出电压定位/零伏切换)。
[0034]在图4中指示在切换循环期间电路内的正常电流流动。在将SWl(Qp)接通时，电流流动穿过晶体管Qp穿过变压器绕组104。电流Ip经接收作为到比较器410的输入。电容器Cout将负载102放电并激活。