开关模式电源的控制器及相关方法_3

文档序号:9670307阅读:来源:国知局
同步整流器控制器操作同步整流器,最终当漏极电压上升时同步整流器控制器转变为节能状态。在一些示例中,该操作可以是次优选的,这是由于唤醒需要一些时间,这样减少了同步整流器的传导时间。在谐振转换器中,一个通道的漏极电压上升与另一通道的体二极管传导可以是同步发生的,这样可能导致在节能状态和使能状态之间进行不必要的切换,并且可能受益于使能状态的优先设置。
[0044]在一些示例中,从正常操作模式转变到节电操作模式的方法通过监测同步整流器FET的漏极电压并在漏极电压超过预定正阈值的情况下将电源电流减小到最小等级来进行操作。正阈值电压可以与SMPS的输出电压相关。从节电操作模式转变为正常操作模式的方法通过监测同步整流FET上的负电压并快速切换到正常操作状态从而进行同步整流,来进行操作。
[0045]当SMPS包括两个同步整流器时,控制器可以监测与同步整流器二者相关的电压。当控制器处于正操作模式时,对与任一同步整流器相关的电压判据的满足可能导致控制器重置定时器。如果控制器处于节电操作模式下,则在提供对关联电流脉冲的主动整流之前控制器可以改变为正常操作模式。
[0046]此外,在SMPS包括两个同步整流器的情况下,控制器还可以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第一预定电压阈值时,确定满足第二电压判据。与第一同步整流器相关的第一电压判据可以与和与第二同步整流器相关的第二电压判据是相同的。
[0047]在在SMPS存在两个同步整流器的示例中,控制器还可以配置为基于对第二电压判据的满足来提供正常操作模式,并基于对第二时间判据的满足提供节电操作模式。
[0048]控制器可以在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进入节电操作模式,在这种情况下可以将两个时间判据一起看作是单个的公共时间判据。此外,控制器可以在仅满足第一同步整流器和第二同步整流器之一的电压判据时进入正常操作模式。
[0049]在SMPS的初级侧与SMPS的次级侧电流隔离的示例中,本公开可以是特别有利的。同步整流器的控制器布置在SMPS的次级侧,因此可以与初级侧的功率开关是隔离的。尽管控制器与初级侧功率开关是电流隔离的,然而控制器仍可以进行反应以改变初级侧的性能,响应于向次级侧呈现的负载改变通过初级侧提供更多或更少的功率。相对在初级侧上的功率开关和次级侧处的同步整流器的控制器之间使用直接连接,可以将本文所公开的实施例认为是有利的,在所述实施例中可以以上述方式在节电操作模式和正常操作模式之间改变。这种直接连接将不利地需要附加电路,使得电路变得复杂、耗能且昂贵。
[0050]可以将这里所公开的示例认为是有利地,由于:
[0051]?它们不需要附加的次级控制,诸如微处理器控制,以便使能和禁用同步整流器。这样将增加成本并需要明确的检测判据,并且还需要在同步整流器控制器上的附加输入管脚。
[0052]?它们可以提供良好的轻负载效率。
[0053]〇这种实施例可能与谐振转换器是相反的,所述谐振转换器通过识别较高的切换频率并接着在同步整流器仍然是有利的负载点处禁用该同步整流器,来检测轻负载。这种谐振转换器可以退化轻负载效率。
[0054]〇这种实施例可能与反激式转换器是相反的,所述反激式转换器通过识别较短的次级传导时间或较低积分的次级转换器电压,然后在同步整流器仍是有利的负载点禁用该同步整流器,来检测轻负载。这种反激式转换器可以退化轻负载效率。
[0055]?它们可以避免或减小在静态的轻负载下重复使能和禁用同步整流器的可能性,否则将引起控制的不稳定并增加纹波。
[0056]籲它们可能不需要使用在自适应控制中使用的校正周期,因此它们可以有效地操作在突发模式系统中,并且在突发模式系统中连续周期的电流幅值和周期时间可以是非常不同的,此外在突发模式系统中周期可以突然地开始和停止。
[0057]籲它们可以自动地进行操作。例如,无需用于进行轻负载检测的外部电路。可以方便地将自动节能控制包括在同步整流器的控制器中。
[0058]籲它们可以自主地进行操作。例如,节能控制可以使用已提供在控制器的感测管脚上可用的信息,而不需要来自外界的附加信息。
[0059]?它们可以独立地进行操作,例如,它们不对SMPS的初级控制施加限制。
[0060]图3提供了根据本公开实施例的控制器300的示意视图,用于在谐振转换器型开关模式电源中进行同步整流。控制器300具有到第一同步整流器的传导端子的连接302和到第二同步整流器的传导端子的第二连接304。在一些示例中,传导端子可以是场效应晶体管的漏极端子。控制器300具有与(i)第一同步整流器的传导端子以及(ii)第二同步整流器的传导端子相连的第一电压比较器306。比较器306在任一给定时刻下选择两个电压中的较低电压,并将该电压提供给第二比较器308。第二比较器308将由第一比较器306提供的电压与适当的参考电压进行比较。如果被比较的电压小于参考电压,则第二比较器向定时器310提供信息以便将定时器310重置为零时间值。一旦定时器310被设置为零时间值,定时器310累积计数直到预定时间阈值。如果定时器310没有从第二比较器308接收到用于在达到预定时间阈值之前进行重置的信息,则定时器310向逻辑组块312提供代表已满足时间判据的信息。然后逻辑组块312配置控制器以便转变为节能操作模式。逻辑组块312还与第二电压比较器308相连,并配置用于如果满足电压判据(诸如,在第二电压比较器308确定由第一电压比较器306提供的电压降至预定电压阈值以下的情况下),则从第二电压比较器308接收信息。当逻辑组块312接收代表对电压判据的满足的信息且控制器300处于节能操作模式下时,逻辑组块312配置为将控制器300转变为正常操作模式。
[0061]图3还示出了可选的欠压锁定组块(under voltage lockout block) 320o以下结合图6讨论欠压锁定组块320的操作。
[0062]图4示出了根据本公开实施例的包括控制器402的SMPS 400的电路图。SMPS 400包括变压器的单个次级绕组404,与高侧输出端子406相连。绕组404还与开关408的第一传导端子410相连。开关408还包括与低侧输出端子414相连的第二传导端子412。在一些示例中,低侧输出端子还可以与电学地相连。在该示例中,地是针对控制器IC402和针对开关408的输出电压的参考端子。
[0063]图5示出了根据本公开实施例的包括控制器502的SMPS 500的电路图。SMPS 500包括转换器的第一次级绕组505,经由同步整流器508与高侧输出端子506相连。同步整流器508还与转换器的第二次级绕组505相连。第二次级绕组504与同步整流器的源极端子512相连。在一些示例中,低侧端子可以连接到电学地。在该示例中,地是输出电压的参考端子。同步整流器508的源极端子512是控制器1C 502以及同步整流器508的参考端子,其中源极端子512连接到第一次级绕组505和第二次级绕组504之间的节点。
[0064]应认识到,结合图4和5,本公开等同于配置为控制与低侧输出(如图4所示)或高侧输出(如图5所示)任一侧相连的同步整流器的控制器。
[0065]图6示出了根据本公开实施例的控制器的状态图。在特定时刻,控制器可以处于节能操作模式下602。如果控制器检测到与同步整流器相关联的电压满足电压判据(VdsAorB < -0.3V),则控制器转变为正常操作模式604,其中控制器汲取正常模式电流并重置定时器。一旦重置定时器,控制器转变为运行定时器的正常操作模式606。如果定时器达到预定时间阈值(Timer > lOOus),则控制器转变回到节能操作模式602。备选地,如果在控制器达到预定时间阈值之前,控制器检测到与同步整流器相关联的电压满足电压判据(VdsAorB < -0.3V),则控制器转变为将定时器重置为零的正常操作模式604。
[0066]图6还示出了可选的欠压锁定状态(UVLS)610。在该示例中,UVLS 610用作安全测量。如果控制器检测到供应给控制器用于使能控制器执行控制同步整流器的功能的电压降至预定阈值以下(Vcc < 4V2),使得控制器无法执行该功能,则控制转变为欠压锁定状态610。在UVLS 610期间控制器不再尝试控制同步整流器。在UVLS610期间,控制器将继续监测向控制器供应的电压以便检测该电压超过预定阈值(Vcc
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