具有次级侧调节的反激式转换器制造技术

本申请案涉及具有次级侧调节的反激式转换器。所揭示的实例包含反激式转换器(100)、控制电路(114、130)及促进输出电压(VO)的次级侧调节的方法。初级侧控制电路(114)以第一模式操作初级侧开关(S1)以独立地起始电力转移循环以将电力递送到变压器次级绕组(122)。次级侧控制电路(130)操作同步整流器或次级侧开关(S2)以经由变压器辅助绕组(118)产生预定循环开始请求信号以采用次级侧调节及引起所述初级侧控制器(114)起始新的电力转移循环。

【技术实现步骤摘要】
相关申请案的参考根据35U.S.C.§119规定，本申请案主张2015年7月31日申请的标题为“具有初级控制的软开关反激式转换器(SOFTSWITCHINGFLYBACKCONVERTERWITHPRIMARYCONTROL)”的第62/199,791号美国临时专利申请案的优先权及权益，所述美国临时申请案特此以全文引用的方式并入。
本专利技术大体上涉及反激式转换器，且更特定来说，涉及反激式转换器的次级侧调节(SSR)。
技术介绍
使用反激式转换器执行DC-DC转换，以便运用隔离输入与输出的变压器驱动输出负载。可针对AC-DC应用使用输入整流器电路。接通初级侧开关以磁化变压器初级绕组，且在初级侧开关被断开时将电力转移到次级电路。可将二极管与次级绕组连接以允许电流流动到负载。可将次级侧开关用作同步整流器以提供优于经无源整流的反激式转换器的效率优势。对于非连续模式(DCM)的反激式转换器，由通过接通初级开关开始的电力转移循环的时序来控制输出电压。初级侧上受控制的开关与次级侧上经调节的输出电压之间的隔离势垒造成了输出调节的困难。初级侧调节(PSR)的反激式转换器需要跨越隔离势垒传递反馈信息。在一种PSR方法中，通过电力变压器中的辅助绕组在初级侧上间接地感测次级输出电压。PSR用于极低成本的低电力应用中。次级侧调节(SSR)可直接感测输出电压，但需要通过隔离势垒将控制信令传达到初级侧。常规SSR设计使用专用光学、磁性或电容性隔离器提供模拟或数字反馈以闭合环路或控制初级电力开关。SSR反激式转换器提供优于PSR设计的许多优点，其包含更严格的输出电压调节、更好的瞬态响应，从而在无需信号隔离器等等的情况下实现与负载通信。然而，SSR控制器或次级侧控制器(SSC)需跨越隔离势垒与初级侧控制器(PSC)或栅极驱动器通信，且典型的SSR配置需要额外组件来通过跨越隔离势垒的模拟或数字通信控制初级侧开关。
技术实现思路
所揭示的实例包含反激式转换器、控制电路以及在无需显著增加电路板空间或组件数的情况下促进反激式转换器的次级侧控制的方法。初级侧控制电路以第一模式操作初级侧开关以独立地起始电力转移循环以将电力递送到变压器次级绕组。次级侧控制电路操作同步整流器或次级侧开关以经由变压器辅助绕组产生预定的循环开始请求信号以采用次级侧调节及引起所述初级侧控制器起始新的电力转移循环来调节所述输出电压。在某些实例中，所述次级控制电路在振铃次级开关电压波形中的谷值处或接近所述谷值处产生循环开始请求信号以减轻开关损耗。附图说明图1是具有提供初级及次级侧控制电路的单个集成电路的经同步整流的DCM反激式转换器的示意图，其中次级侧控制器接通次级开关以经由辅助变压器绕组发信号通知初级侧控制器针对SSR控制起始电力转移循环。图2是展示图1的初级侧控制器的另外细节的示意图。图3是展示图1的次级侧控制器的另外细节的示意图。图4是图1的转换器中的信号的波形图，其中初级控制电路以第一模式操作以独立控制输出电压。图5是图1的转换器中的信号的波形图，其中初级控制电路以第二模式操作以用于输出电压的次级侧调节，其中次级控制电路操作次级侧开关以在需要新的电力转移循环调来节反激式转换器输出电压的时间之后在振铃次级开关电压波形中的谷值处或接近所述谷值处产生预定循环开始请求信号。图6是图1的转换器中的信号的波形图，其中次级控制电路在需要新的电力转移循环来调节输出电压时产生循环开始请求信号，其中在开关电压信号波形中大体上不存在振铃。图7是说明操作反激式转换器以实施次级侧调节的方法的流程图。图8是具有用于初级及次级侧控制的单独集成电路的反激式转换器的示意图。具体实施方式在图式中，相似元件符号贯穿全文指代相似元件，且各种特征并不一定是按比例绘制的。在以下论述及权利要求书中，术语“包含”、“具有”或其变型希望以类似于术语“包括”的方式为包含的，且因此应被解释为意指“包含(但不限于)”。此外，术语“耦合”希望包含间接或直接的电连接或其组合。举例来说，如果第一装置耦合到第二装置或与第二装置耦合，那么那个连接可通过直接电连接或通过经由一或多个介入装置及连接的间接电连接。首先参看图1到3，图1展示反激式电力转换器或转换系统100，其包含具有第一控制电路(例如，初级侧控制器或PSC)114及第二控制电路(例如，次级侧控制器或SSC)130的控制器集成电路(IC)101以及具有初级绕组108及次级绕组122的变压器104。变压器104还包含初级侧上的额外或辅助绕组118。转换器100从相对于第一恒定电压或参考电压节点112(在此情形中为第一接地连接GND1)的DC源102接收DC输入电压信号VIN。系统100可实施AC-DC转换，其中在一个实例中DC源102表示具有全桥或半桥整流器电路(未展示)的AC输入。反激式转换器系统100提供输出电压VO以驱动相对于第二恒定电压节点128(在此实例中为第二接地连接GND2)的负载125。第一(初级侧)控制电路114包含驱动器电路116，其具有输出117以在第一控制逻辑电路120的控制下提供第一开关控制信号SC1。逻辑电路120与驱动器电路116耦合，且包含通过电阻器R2与辅助绕组118耦合以接收表示辅助绕组118的电压的信号VAUX的输入121。控制电路114首先以第一模式操作以用于电力转移循环的独立起始。第一控制电路114经由辅助绕组118从第二控制电路130接收预定循环开始请求信号以起始电力转移循环来以第二模式操作以实施输出电压VO的次级侧调节(SSR)。在一个实例中，预定循环开始请求信号为预定序列。转换器100可实施非连续电流模式(DCM)反激式转换，其包含上文提及的次级侧调节的优点而无需显著增加主机系统所占据的电路板空间且无需引入额外外部组件。在第二操作模式中，第二控制电路130控制电力转移循环的时序及频率，且实施被递送到负载125的输出电压VO及/或输出电流IO的闭环调节。在一个实例中，第一控制电路114以第二模式操作以响应于从第二控制电路130接收到预定循环开始请求信号起始电力递送循环。在一个实例中，第一控制电路114控制初级侧开关的接通时间以实施峰值电流模式控制。反激式转换器100包含初级侧或第一开关S1，及次级侧或第二开关S2。第一开关S1由来自第一控制电路114的第一开关控制信号SC1操作，且第二开关S2根据来自第二控制电路130的第二开关控制信号SC2操作。在一个实例中，将开关S1及S2及控制电路114及130提供于单个反激式控制器集成电路101中，如图1中所展示，反激式控制器集成电路101包含用于接收输入电压VIN的端子或引脚或其它适当连接、一或多个接地连接、到外部变压器104的连接及用以将输出电压VO提供到负载125的一或多个输出连接。在其它实例中，变压器104可包含于控制器IC101内。在其它可能实施方案中，单独的第一控制器IC101a及第二控制器IC101b可用于初级及次级侧开关控制，如下文图8中所展示。开关S1及S2可被集成到IC101(如图1中所展示)，或在其它实例中可为外部组件，其中IC101包含用于连接以控制外部第一开关S1及第二开关S2的适当引脚。所说明的实例包含N沟道场效应晶体管(FET)开关S1及S2。可使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反激式转换器，其包括：变压器，其包含：初级绕组，其包含接收输入电压信号的第一端，及第二端，次级绕组，其包含提供输出电压信号的第一端，及第二端，及辅助绕组，其包含第一端及与第一恒定电压节点耦合的第二端；第一开关，其包含与所述初级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与所述第一恒定电压节点耦合的第二端子、及接收第一开关控制信号的第一控制端子；第二开关，其包含与所述次级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第二恒定电压节点耦合的第二端子、及接收第二开关控制信号的第二控制端子；第一控制电路，其包含：输入，其与所述辅助绕组的所述第一端耦合以接收表示所述辅助绕组的电压的第一信号；及输出(117)，其将所述第一开关控制信号提供到所述第一开关，所述第一控制电路可以第一模式操作以在多个电力转移循环中独立地接通及断开所述第一开关，所述第一控制电路可以第二模式操作以通过响应于在所述第一输入处检测到预定循环开始请求信号接通及断开所述第一开关来起始电力转移循环；及第二控制电路，其包含将所述第二开关控制信号提供到所述第二开关的输出，所述第二控制电路可操作以产生所述预定循环开始请求信号以通过在给定电力转移循环中在所述次级绕组的电流返回到零之后接通及断开所述第二开关以引起所述第一控制电路起始新的电力转移循环来调节所述输出电压信号。...

【技术特征摘要】
2015.07.31 US 62/199,791;2016.07.06 US 15/202,6291.一种反激式转换器，其包括：变压器，其包含：初级绕组，其包含接收输入电压信号的第一端，及第二端，次级绕组，其包含提供输出电压信号的第一端，及第二端，及辅助绕组，其包含第一端及与第一恒定电压节点耦合的第二端；第一开关，其包含与所述初级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与所述第一恒定电压节点耦合的第二端子、及接收第一开关控制信号的第一控制端子；第二开关，其包含与所述次级绕组的所述第二端耦合的第一端子、与第二恒定电压节点耦合的第二端子、及接收第二开关控制信号的第二控制端子；第一控制电路，其包含：输入，其与所述辅助绕组的所述第一端耦合以接收表示所述辅助绕组的电压的第一信号；及输出(117)，其将所述第一开关控制信号提供到所述第一开关，所述第一控制电路可以第一模式操作以在多个电力转移循环中独立地接通及断开所述第一开关，所述第一控制电路可以第二模式操作以通过响应于在所述第一输入处检测到预定循环开始请求信号接通及断开所述第一开关来起始电力转移循环；及第二控制电路，其包含将所述第二开关控制信号提供到所述第二开关的输出，所述第二控制电路可操作以产生所述预定循环开始请求信号以通过在给定电力转移循环中在所述次级绕组的电流返回到零之后接通及断开所述第二开关以引起所述第一控制电路起始新的电力转移循环来调节所述输出电压信号。2.根据权利要求1所述的反激式转换器，在所述反激式转换器通电之后，所述第二控制电路响应于所述输出电压信号上升到高于预定阈值而产生所述预定循环开始请求信号以将所述第一控制电路置于所述第二模式中。3.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第二控制电路包含第一输入，所述第一输入与所述次级绕组的所述第二端耦合以接收表示所述第二开关的电压的开关电压信号，其中所述第二控制电路在所述第一控制电路处于所述第二模式时在所述给定电力转移循环中接通及断开所述第二开关两次，其中所述第二控制电路响应于检测到指示所述第一开关已被断开的开关电压信号在所述给定电力转移循环中第一次接通所述第二开关，且其中所述第二控制电路响应于检测到所述次级绕组的所述电流已返回到零在所述给定电力转移循环中第一次断开所述第二开关。4.根据权利要求3所述的反激式转换器，其中所述第二控制电路通过在所述给定电力转移循环中第二次接通及断开所述第二开关产生所述预定循环开始请求信号，其包含在需要新的电力转移循环来调节所述输出电压信号时接通所述第二开关。5.根据权利要求3所述的反激式转换器，其中所述第二控制电路通过在所述给定电力转移循环中第二次接通及断开所述第二开关产生所述预定循环开始请求信号，其包含在所述给定电力转移循环中的需要新的电力转移循环来调节所述输出电压信号的时间之后在所述开关电压信号的振铃波形中的下一谷值附近接通所述第二开关。6.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第二控制电路包含第一输入，所述第一输入与所述次级绕组的所述第二端耦合以接收表示所述第二开关的电压的开关电压信号，且其中如果在需要新的电力转移循环来调节所述输出电压信号时所述开关电压信号的波形中不存在振铃，那么所述第二控制电路通过在所述给定电力转移循环中接通及断开所述第二开关产生所述预定循环开始请求信号，其包含在需要所述新的电力转移循环来调节所述输出电压信号时接通所述第二开关。7.根据权利要求6所述的反激式转换器，其中如果在需要所述新的电力转移循环来调节所述输出电压信号时存在所述开关电压信号的振铃波形，那么所述第二控制电路通过在所述给定电力转移循环中的需要新的电力转移循环来调节所述输出电压信号的时间之后，在所述开关电压信号的所述振铃波形中的下一谷值附近接通所述第二开关产生所述预定循环开始请求信号。8.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨迪什·库马尔·韦穆里，詹姆斯·M·瓦尔登，艾萨克·科昂，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US