降低同步整流器控制器的功耗制造技术

本文中的实施方式描述了开关模式电力转换器。具体地，本文中的实施方式公开了用于降低开关模式电力转换器的同步整流器控制器的功耗的技术。该开关模式电力转换器包括控制包括在开关模式电力转换器中的同步整流器的操作的多个电路部件。一个或更多个电路部件可以被禁用以降低功耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中公开的实施方式总体上涉及开关电力转换器，更具体地，涉及用于降低开关电力转换器的同步整流器控制器的功耗的技术。
技术介绍
图1是使用开关Q1例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的常规反激型开关电力转换器100的电路图。开关电力转换器100包括功率级101和次级输出级103。功率级101包括开关Q1和功率变压器T1。功率变压器T1包括初级绕组Np、次级绕组Ns和辅助绕组Na。次级输出级103包括二极管D1和输出电容器C1。控制器105使用具有导通时间(TON)和关断时间(TOFF)的脉冲形式的输出驱动信号107来控制开关Q1的ON(导通)状态和OFF(关断)状态。从AC电源(未示出)接收AC(交流)电压并对AC电压进行整流以提供未调节的输入电压VDC。由于在开关Q1导通时二极管D1变成反向偏置，因此在开关Q1导通的同时来自输入电压VDC的能量被存储在变压器T1中。由于在开关Q1关断时二极管D1变成正向偏置，因此在开关Q1关断的同时来自输入电压VDC的能量然后传递至电容器C1两端的电子装置。二极管D1用作输出整流器，并且电容器C1用作输出滤波器。由此生成的经调节的输出电压VOUT经由输出电容器C1递送至电子装置。在高输出电流应用中，作为输出整流器操作的二极管D1的传导损耗是相当大的。MOSFET或其他有源控制开关可以代替二极管D1使得高输出电流应用期间的电力转换器100中的传导损耗最小。MOSFET用作电力转换器100中的同步整流器。为了实现同步整流器的正确操作，向电力转换器100添加同步整流器控制器以控制同步整流器的操作。这样的同步整流器控制器通常包括外部感测输入、外部触发输入、内部逻辑电路、同步整流器驱动器以及偏置电压输入。同步整流器控制器需要合适的偏置电压以使其操作并驱动同步整流器。在轻载情况下的电流消耗通常在1mA至2mA之间。在5V输出电压的情况下，同步整流器的功耗高达10mW。因此，难于使电力转换器100满足10mW空载损耗的要求。
技术实现思路
本文中的实施方式公开了一种用于降低开关电力转换器的同步整流器控制器的功耗的方法。在一个实施方式中，开关电力转换器包括同步整流器控制器，该同步整流器控制器控制包括在该开关电力转换器中的同步整流器开关的操作。也就是说，在同步整流器开关导通和关断时同步整流器控制器进行控制。在一个实施方式中，同步整流器控制器包括与同步整流器开关的各种控制操作相关联的多个电路部件。例如，当同步整流器开关导通时导通电路部件可以进行控制并且当同步整流器开关关断时关断电路部件可以进行控制。为了降低同步整流器控制器的功耗，在同步整流器开关导通之后同步整流器控制器可以禁用一个或更多个电路部件。附图说明通过结合附图考虑下面的详细描述，本公开内容的实施方式的教导可以容易地被理解。图1是常规开关电力转换器的电路图。图2是根据一个实施方式的包括同步整流器电路的开关电力转换器的电路图。图3是详细示出根据一个实施方式的图2中的同步整流器电路的电路图。图4是开关电力转换器的波形图。图5是根据一个实施方式的同步整流器控制器的方法流程图。具体实施方式附图和下面的描述仅以说明的方式涉及多个实施方式。应当注意，根据下面的讨论，在不背离本文中所讨论的原理的情况下，将容易地将本文中公开的的结构和方法的替代实施方式认为是可行的替代方案。现将详细地介绍若干实施方式，其示例在附图中示出。应当注意，在任何可行的情况下可以在图中使用相似的或相同的附图标记并且相似的或相同的附图标记可以表示相似的或相同的功能。附图中所描绘的各实施方式仅用于说明的目的。本领域的技术人员根据下面的描述将容易地认识到在不背离本文所描述的原理的情况下可以采用本文中示出的结构和方法的替代实施方式。图2是反激型开关电力转换器200的电路图。如图2所示，电力转换器200包括开关Q1。在一个实施方式中，开关Q1是MOSFET。然而，开关Q1可以是任意类型的开关装置，例如双极结型晶体管(BJT)。开关电力转换器200包括功率级201和次级输出级203。功率级201包括开关Q1和功率变压器T1。功率变压器T1包括初级绕组Np、次级绕组Ns和辅助绕组Na。控制器205使用具有导通时间(TON)和关断时间(TOFF)的脉冲形式的输出驱动信号207来控制开关Q1的ON状态和OFF状态。次级输出级203包括同步整流器电路和输出电容器C1。同步整流器电路包括同步整流器开关QSR和同步整流(SR)控制器209。如图2所示，同步整流器开关QSR耦接在变压器T1的次级绕组Ns的下侧与地之间。从AC电源(未示出)接收AC电压并对AC电压进行整流以提供未调节的输入电压VDC。当开关Q1导通时，能量经由初级绕组磁化电感存储在变压器T1中。当开关Q1导通时，禁用同步整流器开关QSR(即关断)并且同步整流器开关QSR的体二极管反向偏置从而阻断变压器次级绕组Ns的电流通路。当开关Q1关断时，存储在变压器T1的磁化电感中的能量通过同步整流器开关QSR的体二极管传递至电容器C1。当同步整流器开关QSR导通时，创建具有低于正向偏置的二极管的电压降的电压降的附加通路以将所存储的能量递送至电容器C1。通常，同步整流器开关QSR用作输出整流器，并且电容器C1用作输出滤波器。所得到的经调节的输出电压VOUT被递送至电子装置，与没有同步整流器开关QSR的情况相比电力损耗较低。如前所述，控制器205生成适当的开关驱动脉冲207以控制开关Q1的导通时间和关断时间并且调节输出电压VOUT。控制器205基于在开关电力转换器200的先前的开关周期中感测到的输出电压VSENSE以及感测到的初级侧电流Ipri使用反馈回路来控制开关Q1，用于在包括PWM(脉冲宽度调制)和/或PFM(脉冲频率调制)模式的多种操作模式中生成在后续的开关周期中的使开关Q1导通或关断的定时。图2示出了在输出电压VOUT反映在变压器T1的辅助绕组Na的两端的情况下的初级侧控制，输出电压VOUT作为电压VSENSE经由包含电阻器R1和R2的电阻分压器输入至控制器205。基于感测到的输出电压，控制器205确定开关Q1在PFM、PWM或控制器205采用的任何其他调节模式中导通的时间。然而，如本文中所描述的同步整流控制也可以与次级侧输出电压的感测结合使用。如图2所示，同步整流器开关QSR的漏极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电力转换器，包括：磁性部件，其耦接至所述开关电力转换器的输入电压和输出；开关，其耦接至所述磁性部件，当所述开关处于导通状态时能量存储在所述磁性部件中；第一控制器，其被配置成在所述开关的每个开关周期期间生成用于使所述开关导通或关断的第一控制信号以维持所述开关电力转换器的输出的调节；同步整流器开关，其被配置成对在所述开关电力转换器的输出处的输出电压进行整流，所述同步整流器开关具有至少第一端子和第二端子，所述第一端子耦接至所述磁性部件；多个电路部件，其被配置成基于在所述同步整流器开关的端子处的电压来输出触发信号，所述触发信号控制所述同步整流器开关的操作；以及第二控制器，其被配置成接收所述触发信号并且被配置成基于所述触发信号在所述同步整流器开关的多个开关周期期间生成用于使所述同步整流器开关导通或关断的第二控制信号；其中，所述第二控制器还被配置成在所述同步整流器开关的开关周期期间在所述同步整流器开关关断之后，在所述开关周期期间禁用所述多个电路部件中的一个或更多个电路部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.01 US 61/898,853;2014.05.07 US 14/271,8681.一种开关电力转换器，包括：
磁性部件，其耦接至所述开关电力转换器的输入电压和输出；
开关，其耦接至所述磁性部件，当所述开关处于导通状态时能量存储
在所述磁性部件中；
第一控制器，其被配置成在所述开关的每个开关周期期间生成用于使
所述开关导通或关断的第一控制信号以维持所述开关电力转换器的输出
的调节；
同步整流器开关，其被配置成对在所述开关电力转换器的输出处的输
出电压进行整流，所述同步整流器开关具有至少第一端子和第二端子，所
述第一端子耦接至所述磁性部件；
多个电路部件，其被配置成基于在所述同步整流器开关的端子处的电
压来输出触发信号，所述触发信号控制所述同步整流器开关的操作；以及
第二控制器，其被配置成接收所述触发信号并且被配置成基于所述触
发信号在所述同步整流器开关的多个开关周期期间生成用于使所述同步
整流器开关导通或关断的第二控制信号；
其中，所述第二控制器还被配置成在所述同步整流器开关的开关周期
期间在所述同步整流器开关关断之后，在所述开关周期期间禁用所述多个
电路部件中的一个或更多个电路部件。
2.根据权利要求1所述的开关电力转换器，其中，所述多个电路部
件包括在所述第二控制器中。
3.根据权利要求1所述的开关电力转换器，其中，所述多个电路部
件包括：
第一比较器，其被配置成基于在所述同步整流器开关的端子处的电压
与第一基准信号的比较在所述同步整流器开关的开关周期期间生成触发
所述同步整流器开关的导通的第一触发信号；以及
第二比较器，其被配置成基于在所述同步整流器开关的端子处的电压
与第二基准信号的比较在所述同步整流器开关的开关周期期间生成触发

\t所述同步整流器开关的关断的第二触发信号；
其中，所述第二控制器被配置成响应于接收到所述第一触发信号在所
述同步整流器开关的开关周期期间生成用于使所述同步整流器开关导通
的所述第二控制信号，以及其中，所述第二控制器被配置成响应于接收到
所述第二触发信号在所述同步整流器开关的开关周期期间生成用于使所
述同步整流器开关关断的所述第二控制信号。
4.根据权利要求3所述的开关电力转换器，其中，所述多个电路部
件还包括第三比较器，所述第三比较器被配置成在所述同步整流器开关的
开关周期期间生成触发所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较
器中的至少一个比较器的禁用的第三触发信号，所述第三比较器被配置成
基于在所述同步整流器开关的端子处的电压与第三基准信号的比较来生
成所述第三触发信号。
5.根据权利要求3所述的开关电力转换器，其中，所述同步整流器
开关的端子是漏极端子。
6.根据权利要求4所述的开关电力转换器，其中，所述第二控制器
被配置成在从接收到来自所述第三比较器的所述第三触发信号开始的阈
值时间量之后，禁用所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器
中的一个或更多个比较器。
7.根据权利要求1所述的开关电力转换器，其中，所述第二控制器
被配置成，响应于所述第二控制器在跟随所述多个电路部件中的一个或更
多个电路部件被禁用的开关周期的随后的开关周期期间使所述同步整流
器开关导通，在所述随后的开关周期期间重新启用所述多个电路部件中的
一个或更多个电路部件。
8.根据权利要求3所述的开关电力转换器，其中，所述第二控制器
被配置成通过在所述同...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔鹏举，安德鲁·国通·李，
申请(专利权)人：戴乐格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US