开关模式电源的控制器及相关方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种针对开关模式电源的控制器，更具体地涉及一种针对与开关模式电源相关联的同步整流器的控制器。
【发明内容】
[0002]根据第一方面，提供了一种用于开关模式电源的控制器，其中所述控制器配置为与同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连，所述控制器包括:电压比较器，配置为确定对电压判据(voltage criter1n)的满足(satisfact1n)，其中当第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足所述电压判据；以及定时器，配置为确定对时间判据的满足，其中当与同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间/在预定时间期间时，满足所述时间判据；所述控制器配置为基于对电压判据的满足来提供正常操作模式，并且基于对时间判据的满足来提供节电操作模式，其中所述控制器配置为在节电操作模式下汲取(draw)节电模式电流，并且在正常操作模式下汲取正常模式电流，其中正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。
[0003]将电流从正常模式电流减小为节电模式电流有利地在开关模式电源没有负载或负载较小时节约了功率。将电流从节电模式电流增加至正常模式电流有利地允许控制器在开关模式电源承受非零负载时提供对同步整流器的主动切换。
[0004]预定时间可以是非零的或为零的。如果与同步整流器相关联的电压是控制端子电压，则使用为零的预定时间可能是特别有利的。相较于在预定时间为零时发生的改变操作功率模式的频率，将时间阈值设置为非零值可以有利地支持控制器较低频率地改变它的操作功率模式。将时间阈值设置为零可以有利地支持开关模式电源在没有能量转换的情况下节省功率。
[0005]与同步整流器相关联的电压可以是第一传导通道端子和第二传导通道端子之间的电压或控制端子电压。
[0006]正常模式电流的幅值可以至少是节电模式电流的幅值的2倍、5倍或10倍，其中正常模式电流的幅值可能不包括用于改变同步整流器的栅极的电流。节电模式电流的幅值可以是400微安或更少、200微安或更少(例如，针对5V输出电压，低功耗为lmW)或可以是50微安或更少(例如，针对20V输出电压的应用)。
[0007]控制器可以配置为与第二同步整流器的第一传导通道端子、第二传导通道端子和控制端子相连。控制器还可以包括:电压比较器，配置为:当第二同步整流器的第一传导通道端子和第二同步整流器的第二传导通道端子之间的第二传导通道电压满足所述第一预定电压阈值时，确定对第二电压判据的满足；以及定时器，配置为确定对第二时间判据的满足，其中当与第二同步整流器相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足第二时间判据。所述控制器可以配置为基于对第二电压判据的满足提供正常操作模式，并且基于对第二时间判据的满足提供节电操作模式。控制器可以配置为当针对第一同步整流器满足时间判据并且针对第二同步整流器满足第二时间判据二者时，提供节电操作模式。此外，控制器可以配置为当针对第一同步整流器和第二同步整流器中的至少一个满足电压判据时，提供正常操作模式。
[0008]预定时间可以大于50微秒。由于SMPS可以在低功率下进入突发模式(burstmode)以免在低于20kHz的可听范围内进行开关操作，这种设置可能是有利的。
[0009]同步整流器可以包括具有特定正向电压的体二极管。第一预定电压阈值可以是基于特定正向电压的。
[0010]开关模式电源可以配置为以特定时间周期按照突发模式操作。所述预定时间可以是基于特定时间周期的。
[0011]可以提供一种开关模式电源，包括:初级侧和次级侧，次级侧包括本文所公开的任一控制器和相关联的同步整流器。初级侧可以与次级侧电流隔离(ga 1 vani ca 11 yisolated)。
[0012]相关联的同步整流器可以配置为根据在其控制端子处接收到的控制信号操作作为有源二极管。
[0013]可以提供一种开关模式电源，其中所述同步整流器是场效应晶体管。
[0014]提供了一种包括本文所公开的控制器的集成电路。集成电路还可以包括一个或更多个相关联的同步整流器。这种集成电路可以被称作模块。
【附图说明】
[0015]现将参考附图详细描述本发明的示例，附图中:
[0016]图1示出了开关模式电源；
[0017]图2示出了在图1的开关模式电源中的多种信号的图表；
[0018]图3示出了针对开关模式电源的控制器的示意图；
[0019]图4示出了另一种开关模式电源；
[0020]图5示出了又一种开关模式电源；以及
[0021]图6示出了描述在开关模式电源的控制器的不同操作状态之间的转变的状态图。
【具体实施方式】
[0022]开关模式电源(SMPS)可以符合多种不同拓扑，具有接收功率的输入侧和提供功率输出的输出侧。一些开关模式电源包括初级侧和次级侧，其中初级侧与次级侧是电流隔离的，诸如反激式转换器(flyback converter)、正向转换器和共振转换器。一些示例不将输入侧与输出侧隔离，诸如升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
[0023]可以将SMPS用于适配器和功率转换器。在这些应用中，SMPS的尺寸和效率可以是非常重要的。具体地，如果设备较小并具有较高功率输出，则它可能特别得益于具有高效率以便针对设备及其外罩保持较低温度。可以通过在SMPS的AC到DC输出侧提供同步整流来改善效率。在通过二极管提供整流的应用中，整流损耗大约等于二极管电压乘以负载电流。因此，可以通过施加整流损耗大约为零的同步整流来获得有利的效率改善。
[0024]SMPS可以包括功率开关。功率开关可以是晶体管，例如场效应晶体管，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。SMPS还可以包括在SMPS输出侧的一个或多个有源/同步整流器，其中SMPS输出侧是隔离SMPS的次级侧。同步整流器是进行主动控制以便提供与二极管相同的功能的开关:控制所述开关使得当开关的传导通道正向偏置时开关是接通的，而当开关的传导通道反向偏置时开关是关断的。开关可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。这种同步整流器可以比传统二极管更高效并且消耗更少功率。可以将控制器用于控制同步整流器/开关。控制器将消耗电功率以便执行其功能。如果减少由控制器消耗的电功率的量，则所述减少将提供对SMPS的效率的改善。本公开提供了一种用于减小由这种控制器消耗的电功率的方法和相关联的设备，具体地尽管是非必须地，在无负载或负载较小的情况下。
[0025]图1示出了在开关模式电源100内的至少第一同步整流器140的控制器150。控制器150与第一同步整流器的第一传导通道端子142、第二传导通道端子144和控制端子146相连，在该示例中第一同步整流器是晶体管。控制器150提供配置为确定对电压判据的满足的电压比较器的功能，其中当在第一传导通道端子142和第二传导通道端子144之间的传导通道电压满足第一预定电压阈值时，满足电压判据。控制器150还提供配置为确定对时间判据的满足的定时器的功能，其中当与第一同步整流器140相关联的电压满足第二预定电压阈值超过预定时间时，满足时间判据。如下所详述，这种预定时间可以是零值或非零值。控制器150可以基于对电压判据的满足提供正常操作模式，并基于对时间判据的满足提供节电操作模式。控制器150在节电操作模式下汲取节电模式电流，并在正常操作模式下汲取正常模式电流。有利地，正常模式电流的幅值大于节电模式电流的幅值。这样，可以减小当控制器150处于节电操作模式时消耗的电量(与恒定电压下汲取的电流量成正比)，假设控制器150在该模式下具有足够多的电功率以唤醒并在令人满意的时间量再次变得可操作。可以认为节电电流足以令控制器150能够确定是否已经满足电压判据，因此能够确定控制器150是否应该进入正常操作模式。
[0026]应认识到，尽管图1示出了谐振转换器形式的SMPS100，其中所述谐振转换器具有第一同步整流器140和第二同步整流器160，然而本公开的方面可以与其它拓扑的SMPS相关，包括非隔离的和其它隔离的拓扑，所述SMPS可能具有一个或更多个同步整流器。
[0027]图1的SMPS 100的初级侧包括彼此串联的第一功率开关102和第二功率开关104。与第二功率开关104并联的是谐振回路(resonant tank)，在该示例中，谐振回路包括第一电感106、初级绕组108(可以认