有源缓冲器的最小占空比控制的制作方法
【专利说明】有源缓冲器的最小占空比控制
[0001 ]优先权请求
[0002]本申请根据35U.S.C.§lll(a)是于2014年9月23日提交的国际专利申请序号PCT/CN2014/087177的继续并要求其优先权利益，在此通过弓I用将其整体并入本文。
【背景技术】
[0003]同步整流器向从功率转换器要求改进的功率密度和效率的应用提供了很好的解决方案。半导体开关(诸如，金属氧化物-半导体场效应晶体管(M0SFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT))可以使用小导通电阻产生，使得当他们更换整流二极管时可以实现显著的效率改进和降低热耗散。
[0004]然而，同步整流器也带来了一个问题较大的电压尖峰和跨同步整流器的漏极和源极高频ringing。电压尖峰可以通过同步整流器的体二极管的的较差反向恢复特性而引起。在一些应用中，由于电压尖峰，严重的电压应力可被施加在同步整流器。一种方法可包括使用额定电压是高到足以承受最坏情况的电压尖峰的整流器，以防止同步整流器的破裂。然而，对于高的电压尖峰的问题的该方法类型通常包括使用具有比标称额定整流器高得多的传导电阻整流器，从而增加导电损耗。
【发明内容】
[0005]本申请提供了用于控制同步整流功率转换器的各方面的方法和装置。在示例中，装置可以最小占空比控制电路，经配置用于接收与同步整流功率转换器相关联的一个或多个开关的第一控制信号，比较第一控制信号的占空比和最小占空比阈值，并且对于所述同步整流功率转换器的有源缓冲器开关提供具有至少最小占空比的第二控制信号。
[0006]此概述旨在提供本专利申请的主题的概述。它并非意在提供本发明的排他性或穷尽性说明。详细描述被包括以提供关于本专利申请的进一步的信息。
【附图说明】
[0007]在附图中，附图不一定按比例绘制，相同的标号可以描述在不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的标记可以表示类似组件的不同实例。附图以举例的方式，而不是通过限制的方式总体示出在本文件中所讨论的不同实施例。
[0008]图1示出具有有源缓冲器的示例功率转换器。
[0009]图2—般地示出图1的功率转换器的两个开关周期的曲线图。
[0010]图3示出示例性定时图，其中有源缓冲器的有源开关的控制信号从同步整流器的控制信号导出。
[0011 ]图4 一般地示出在软启动期间图2和3的控制方案的时序图。
[0012]图5—般地示出示例功率转换器控制器的框图。
[0013 ]图6至图8—般地示出最小缓冲占空比电路的示例。
[0014]图9 一般地示出说明示例最小缓冲器占空比电路的效果的时序图。
【具体实施方式】
[0015]图1示出具有有源缓冲器101的同步整流功率转换器100。功率转换器100被配置成通常在不同的电压电平接收输入电压(νΙΝ)和提供分离的输出电压(VQUT)。除了下面讨论的开关，功率转换器100可以包括一个或多个控制器和隔离电路，以提供分离的输出电压(V0UT)。在某些实施例中，功率转换器可以包括初级侧控制器、次级侧控制器和隔离电路。在一些示例中，一个或多个控制器和隔离电路可以合并为单一的控制器单元。
[0016]至于同步整流功率转换器100的操作，在某些示例中，当在初级侧(Q1，Q2)的开关被关断时，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)或它们的体二极管可以导通以对于输出电感(L0)的续流电流给予路径。当主开关(Q1，Q2)被接通时，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)可以被关闭。然而，同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的体二极管可以继续导通，因为电感电流的连续性。在初级侧开关(Q1，Q2)完全导通之后，在次级绕组两端的主变压器T1的电压(反向施加于同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的导电体二极管)可以强制体二极管被关断。根据体二极管的反向恢复特性，具有大的di/dt速率的大的反向电流可以出现在体二极管。在体二极管被完全关断之后，反向电流，以及存储在T1的次级绕组的泄漏电感和接地路径的电感中的能量需要传输的路径，否则，反向电流可产生跨越同步整流器(05，06，07，08)的较大电压尖峰和高频ring。与主体二极管停止导通同时地，有源缓冲器101的开关(Qa)可以打开，以对这种能量给予路径。该能量可以被转移到有源缓冲器101的较大电容器(Ca)，以便在整个同步整流器的电压并不增加太多。以这种方式，出现在整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的电压被限制，以避免整流器的损坏或降解。
[0017]用于有源开关(Qa)的驱动信号可以从控制单元中得到，诸如初级侧控制单元或次级侧控制单元。在一些示例中，有源开关(Qa)可以打开同相于初级侧开关(Q1，Q2)，使得当初级侧开关(Q1，Q2)接通或导通时有源开关(Qa)接通。图2总体示出对应于图1的功率转换器的操作模式的两个开关周期的曲线图。曲线图包括NM0S主开关(Q1，Q2)的控制信号(Dact_Ql，Dact_Q2)，缓冲器的PM0S有源开关(Qa)的控制信号(DQa—act)，可以出现跨整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的漏极和源极的电压(Vds)和有源电容器两端的电压(V_Ca)。
[0018]参照图2，当初级侧NM0S开关(Q1，Q2)导通时，控制信号在高逻辑电平，PM0S有源开关(Qa)或缓冲开关也导通，低逻辑电平，因此有源电容器(Ca)可平行于同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)，用于存储由体二极管的反向恢复所引起的能量，并在尖峰消失之后将该能量放电到二次绕组和输出。反向电压曲线图(Vds)示出当有源开关(QA)导通时，跨越和同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的漏极和源极的电压(Vds)可以等于有源电容器两端的电压(Ca)。该电压在一定范围内以低的转换速率增加，用于存储二极管的反向恢复能量并排出它返回到主功率系，从而在初级侧开关(Q1，Q2)到接下来的半周期开启之前电压返回原始值。在某些实施例中，缓冲开关可以包括晶体管，例如(但不限于)金属氧化物-半导体场效应晶体管(M0SFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。使用短语“金属-氧化物-半导体”并不意味着所有的实施例必须包括具有金属栅极结构的装置。例如，FET或其它晶体管结构可以包括诸如多晶硅的导电栅极材料。
[0019]在一些示例中，有源开关(Qa)的控制信号可以从一个或多个同步整流控制信号得至IJ。图3示出示例性定时图，其中有源缓冲器的有源开关的控制信号(DQa—act)从同步整流器(05，06，07，08)的控制信号(0&(^_05，0&(^_06，0&(^_07，0&(^_08)衍生。从控制的角度来看，该同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)可以是免费的与初级侧开关(Ql，Q2)，以及有源缓冲器的有源开关(QA)的控制信号(DQa—act)可以是同步整流器(Q5，Q6，Q7，Q8)的控制信号(Dact_Q5，Dact_Q6，Dact_Q7，Dact_Q8)的“AND”功能的输出。相对于跨同步整流器的电压(Vds)，图3的控制方案本质上是相同于图2的控制方案，在这两个方案中，在正常稳态运行时，控制方案夹紧应力，感应跨同步整流器的电压。
[0020]功率转换器可提供软启动功能，其中初级侧开关将根据逐周期增加的占空比导通，诸如从约零的初始占空比。软启动可以限制从转换器的初级侧到转换器的次级侧的启动浪涌电流，这可以在某些应用中显著更有效。图4 一般地示出图2和3的控制方案的时序图，诸如表示软启动控制序列的一部分。在软起动过程中，初级侧开关(Q1，Q2)的占空比可以非常小，使得有源电容器(Ca)只能由电压尖峰充电，以及有源开关(Qa)没有足够时间经由有源缓冲器分支向变压器T1的次级绕组的和输出释放在有源电容器(Ca)中存储的能量。因此，有源电容器两端的电压(Ca)能保持增加。经过软启动过程的开始的数个循环，有源电容器(Ca)两端的电压可以在连续循环过程中增加，如图1示例性所示。这些增加可以达到一定的水平，使得有源缓冲器可失败，然后同步整流器上的电压可以松开。在这样的故障情况下，整个同步整流器的电压可超过造成这些设备的故障的同步整流器的额定电压。
[0021]在一些控制方案中，包括具有软启动的控制方案，可施加逐周期限制，以进一步限制有源缓冲器开关的工作时间。逐周期限制通常用于限制电源供应的电源系的电流流动或输出端的输出电压。它可以终止指定的驱动信号，以限制主开关的导通时间，使得电源输