使用次级开关的电压有效减小的开关制造技术

本发明专利技术涉及一种在功率转换器中使用的控制器，包括一个初级控制器和一个次级控制器，以控制一个功率开关和一个次级开关的开关，该功率开关和该次级开关分别被耦合到一个功率转换器的一个能量传递元件。一个第一驱动电路被耦合为生成第一驱动信号以在该初级驱动信号的一个接通区段之后启用该次级驱动信号的第一接通区段。一个第二驱动电路被耦合为生成第二驱动信号以启用该次级驱动信号的第二接通区段，从而将能量储存在该能量传递元件内。在该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量被耦合为在该初级驱动信号的下一个接通区段之前减小该功率开关两端的开关电压。响应于该第一驱动信号和该第二驱动信号生成该次级驱动信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及控制功率转换器。更具体地，本专利技术的实施例涉及控制开关模式功率转换器。
技术介绍
电子设备(诸如，蜂窝电话、平板电脑、膝上型电脑等)使用电力进行操作。由于开关模式功率转换器效率高、尺寸小以及重量低，因此它们通常被用于为许多当今的电子设备供电。常规壁式插座提供高压交流。在开关功率转换器中，高电压交流(ac)输入被转换，以通过能量传递元件提供经良好调节的直流(dc)输出至负载。在操作中，接通或关断一个开关以通过改变占空比(通常，开关的接通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中开关的每单位时间的接通脉冲的数目/关断脉冲的数目来提供期望的输出。一般而言，使开关功率转换器的功率开关进行开关以提供期望的输出会由于使功率开关接通和关断而导致开关损耗。例如，当功率开关被接通时，当具有漏极电容(例如，功率开关的漏极和源极之间的有效电容)的功率开关两端的电压非零时，在该功率开关中可能发生接通损耗。漏极电容储存的(和耗散的)能量与漏极电容的值以及漏极电容两端的电压的平方成比例。由于漏极电容，功率开关两端的非零电压可能在通过该功率开关的开关电流中导致一个尖峰。可以通过减小漏极电容的值来减少接通期间的功率耗散。由于开关电流下降到零和功率开关两端的开关电压从零增大存在重叠时间(crossover time)，因此在功率开关中可能发生关断损耗。开关电压从零增大的速度部分地决定于漏极电容的值。漏极电容越低，开关电压从零增大得越快。然而，开关电压从零增大得越快，在关断期间的功率耗散越大，这是因为关断损耗是重叠时间期间瞬时电压和瞬时电流的乘积。因此，关断损耗有时也被称为重叠损耗。可以通过增大漏极电容的值使得在开关电压从零增大之前开关电流已经大体上下降到零
(这使重叠时间最小化且因此使接通损耗最小化)来减少关断期间的功率耗散。因此，在减少功率开关的接通损耗和减少功率开关的关断损耗之间存在折中。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种在功率转换器中使用的控制器，包括：一个初级控制器，该初级控制器被耦合为响应于一个使能信号生成一个初级驱动信号，以控制一个功率开关的开关从而控制能量从该功率转换器的输入到该功率转换器的一个能量传递元件的传递；以及一个次级控制器，该次级控制器被耦合为生成一个次级驱动信号，以控制一个被耦合到该能量传递元件的次级开关的开关，该次级控制器包括：一个使能电路，该使能电路被耦合为接收一个代表该功率转换器的输出的反馈信号，该使能电路被耦合为响应于该反馈信号生成该使能信号；第一驱动电路，该第一驱动电路被耦合为生成第一驱动信号，以在该初级驱动信号的一个接通区段之后启用该次级驱动信号的第一接通区段，从而控制能量从该能量传递元件到该功率转换器的该输出的传递；以及第二驱动电路，该第二驱动电路被耦合为生成第二驱动信号以在该初级驱动信号的该接通区段之后启用该次级驱动信号的第二接通区段，从而将能量储存在该能量传递元件内，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量被耦合为在该次级驱动信号的该第二接通区段之后且在该初级驱动信号的下一个接通区段之前减小该功率开关两端的开关电压，其中响应于该第一驱动信号和该第二驱动信号生成该次级驱动信号。根据本专利技术的又一方面，提供一种功率转换器，包括：一个能量传递元件，该能量传递元件具有一个初级绕组和一个次级绕组；一个功率开关，该功率开关被耦合到该初级绕组且被耦合到该功率
转换器的输入；一个初级控制器，该初级控制器被耦合为响应于一个使能信号生成一个初级驱动信号，以控制一个功率开关的开关从而控制能量从该功率转换器的所述输入到所述能量传递元件的传递；以及一个次级控制器，该次级控制器被耦合为生成一个次级驱动信号，以控制一个被耦合到该次级绕组的次级开关的开关，该次级控制器包括：一个使能电路，该使能电路被耦合为接收一个代表该功率转换器的所述输出的反馈信号，该使能电路被耦合为响应于该反馈信号生成该使能信号；第一驱动电路，该第一驱动电路被耦合为生成第一驱动信号，以在该初级驱动信号的一个接通区段之后启用该次级驱动信号的第一接通区段，从而控制能量从该能量传递元件到该功率转换器的该输出的传递；以及第二驱动电路，该第二驱动电路被耦合为生成第二驱动信号以在该初级驱动信号的该接通区段之后启用该次级驱动信号的第二接通区段，从而将能量储存在该能量传递元件内，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量被耦合为在该次级驱动信号的该第二接通区段之后且在该初级驱动信号的下一个接通区段之前减小该功率开关两端的开关电压，其中响应于该第一驱动信号和该第二驱动信号生成该次级驱动信号。附图说明参考下面的附图描述本专利技术的非限制性且非穷举性实施方案，其中在所有多个视图中相同的参考数字指示相同的部分，除非另有指明。图1A例示了根据本专利技术的教导的在反激结构(flyback configuration)中利用一个用于输出整流的同步整流器的功率转换器的一个实施例。图1B例示了根据本专利技术的教导的在反激结构中利用一个用于输出整流的同步整流器的功率转换器的另一个实施例。图2示出了根据本专利技术的教导的例示了在一个示例功率转换器中发现的初级驱动信号的示例波形、次级驱动信号的示例波形、开关电流
的示例波形以及开关电压的示例波形的示例时序图。图3例示了根据本专利技术的教导的例示了漏极电容对关断损耗的影响的初级驱动信号的示例波形、开关电流的示例波形以及开关电压的示例波形的示例时序图。图4例示了根据本专利技术的教导的第二驱动电路的一个示例判定过程的流程图。图5A是根据本专利技术的教导的例示了示例初级控制和次级控制的示例图。图5B示出了根据本专利技术的教导的例示了在一个示例功率转换器中发现的初级驱动信号的示例波形、开关电流的示例波形、开关电压的示例波形以及次级驱动信号的示例波形的示例时序图。在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。本领域技术人员应理解，图中的元件是为了简化和清楚的目的而例示的，并且未必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺度可以相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本专利技术多种不同实施方案的理解。此外，为了便于较少妨碍观察本专利技术这些不同实施方案，在商业可行的实施方案中有用或必需的常见但是众所周知的元件通常未被示出。具体实施方式在下面的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，不是必须采用这些具体细节来实施本专利技术。在其他情况下，为了避免模糊本专利技术，没有详细描述众所周知的材料或方法。在此说明书全文中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指关于该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，在此说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行结合。具体特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适
的部件内。此外，应理解，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在功率转换器中使用的控制器，包括：一个初级控制器，该初级控制器被耦合为响应于一个使能信号生成一个初级驱动信号，以控制一个功率开关的开关从而控制能量从该功率转换器的输入到该功率转换器的一个能量传递元件的传递；以及一个次级控制器，该次级控制器被耦合为生成一个次级驱动信号，以控制一个被耦合到该能量传递元件的次级开关的开关，该次级控制器包括：一个使能电路，该使能电路被耦合为接收一个代表该功率转换器的输出的反馈信号，该使能电路被耦合为响应于该反馈信号生成该使能信号；第一驱动电路，该第一驱动电路被耦合为生成第一驱动信号，以在该初级驱动信号的一个接通区段之后启用该次级驱动信号的第一接通区段，从而控制能量从该能量传递元件到该功率转换器的该输出的传递；以及第二驱动电路，该第二驱动电路被耦合为生成第二驱动信号以在该初级驱动信号的该接通区段之后启用该次级驱动信号的第二接通区段，从而将能量储存在该能量传递元件内，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量被耦合为在该次级驱动信号的该第二接通区段之后且在该初级驱动信号的下一个接通区段之前减小该功率开关两端的开关电压，其中响应于该第一驱动信号和该第二驱动信号生成该次级驱动信号。...

【技术特征摘要】
2015.04.09 US 14/682,9861.一种在功率转换器中使用的控制器，包括：一个初级控制器，该初级控制器被耦合为响应于一个使能信号生成一个初级驱动信号，以控制一个功率开关的开关从而控制能量从该功率转换器的输入到该功率转换器的一个能量传递元件的传递；以及一个次级控制器，该次级控制器被耦合为生成一个次级驱动信号，以控制一个被耦合到该能量传递元件的次级开关的开关，该次级控制器包括：一个使能电路，该使能电路被耦合为接收一个代表该功率转换器的输出的反馈信号，该使能电路被耦合为响应于该反馈信号生成该使能信号；第一驱动电路，该第一驱动电路被耦合为生成第一驱动信号，以在该初级驱动信号的一个接通区段之后启用该次级驱动信号的第一接通区段，从而控制能量从该能量传递元件到该功率转换器的该输出的传递；以及第二驱动电路，该第二驱动电路被耦合为生成第二驱动信号以在该初级驱动信号的该接通区段之后启用该次级驱动信号的第二接通区段，从而将能量储存在该能量传递元件内，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量被耦合为在该次级驱动信号的该第二接通区段之后且在该初级驱动信号的下一个接通区段之前减小该功率开关两端的开关电压，其中响应于该第一驱动信号和该第二驱动信号生成该次级驱动信号。2.根据权利要求1所述的控制器，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量还被耦合为在该次级驱动信号的该第二接通区段之后且在该初级驱动信号的下一个接通区段之前耗尽储存在该功率开关两端的一个漏极电容两端的能量。3.根据权利要求2所述的控制器，其中在该次级驱动信号的该第二接通区段期间储存在该能量传递元件内的能量大体上等于储存在该功率开关两端的该漏极电容中的能量。4.根据权利要求1所述的控制器，其中该第一驱动电路被耦合为响应于该功率转换器的输入电压和该功率转换器的输出电流中的一个或多个来生成该第一驱动信号。5.根据权利要求1所述的控制器，其中该初级控制器被耦合为通过一个通信链路从该使能电路接收该使能信号，其中该初级控制器被耦合为响应于该使能信号生成该初级驱动信号。6.根据权利要求1所述的控制器，其中该第二驱动电路包括一个单稳态多谐振荡器电路。7.根据权利要求1所述的控制器，其中该次级驱动信号的该第二接通区段的时间长度与该功率转换器的输出电流和该功率转换器的输入电压中的至少一个成比例。8.根据权利要求7所述的控制器，其中该次级驱动信号的该第二接通区段的时间长度被耦合为响应于该功率转换器的该输入电压的增大而增加。9.根据权利要求7所述的控制器，其中该次级驱动信号的该第二接通区段的时间长度被耦合为响应于该功率转换器的该输出电流的减小而增加。10.根据权利要求1所述的控制器，其中该次级驱动信号的该第二接通区段的时间长度被耦合为响应于该初级驱动信号的该接通区段与该次级驱动信号的接着的该第二接通区段之间的时间长度的增加而增加。11.根据权利要求1所述的控制器，其中该次级控制器还包括一个延迟电路，该延迟电路被耦合为接收该使能信号以使该使能信号延迟。12.根据权利要求11所述的控制器，其中该延迟电路被耦合为使该使能信号延迟启用该功率开关，直到该次级开关被关断且该功率开关两端的该开关电压被减小为止。13.根据权利要求11所述的控制器，其中该延迟电路的延迟时间与该功率转换器的输出电流和该功率转换器的输入电压中的至少一个成比例。14.根据权利要求13所述的控制器，其中该延迟时间被耦合为响应于该功率转换器的该输入电压的增大而增加。15.根据权利要求13所述的控制器，其中该延迟时间被耦合为响应于该功率转换器的该输出电流的减小而增加。16.根据权利要求11所述的控制器，其中该延迟电路的延迟时间响应于该初级驱动信号的该接通区段与该次级驱动信号的接着的该第二接通区段之间的时间长度的增加而增加。17.根据权利要求1所述的控制器，其中该初级控制器还被耦合为响应于该功率开关两端的该开关电压来生成该初级驱动信号。18.根据权利要求1所述的控制器，其中该初级控制器还被耦合为响应于在固定时间内该功率开关两端的该开关电压未下降到一个阈值以下来生成该初级驱动信号。19.根据权利要求1所述的控制器，其中该初级控制器和该次级控制器被包括在单片集成电路中。20.根据权利要求1所述的控制器，其中该初级控制器和该次级控制器被包括在单个集成电路封装件中。21.根据权利要求1所述的控制器，其中大体上在该功率开关的该开关电压的一个弛豫周期中的一个峰值处该第二驱动电路启用该第二接通区段。22.一种功率转换器，包括：一个能量传递元件，该能量传递元件具有一个初级...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·H·马修斯，B·巴拉克里什南，R·杜文雅克，R·S·圣皮埃尔，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国;US