用于功率转换器的起动控制器制造技术

本申请涉及用于功率转换器的起动控制器。功率转换器通常具有用于恰当平稳的起动及形成正确操作电压偏压的独特电路。通常将此独特电路并入到初级侧控制器中。初级侧控制器还可以是一旦起动功率转换器便控制其的主要构件。然而，通常需要次级侧控制器以更准确输出电压调节，从而复制已存在初级侧控制器中的电路。两个控制器之间跨隔离障壁的线性通信通常增加复杂性。可预见简化的初级侧起动控制器提供最小电路以加电给转换器，直到次级侧控制器启动且通过跨隔离障壁发送离散脉宽调制命令而非线性信号来取得控制。如果次级侧控制器失效，那起动控制器可提供电压及电流保护。次级侧控制器可为用于精密转换器控制的模拟及/或数字设计。

Starting controller for power converter

【技术实现步骤摘要】
用于功率转换器的起动控制器本申请是申请日为2015年11月20日，申请号为“201580062068.5”，而专利技术名称为“用于功率转换器的起动控制器”的专利技术专利申请的分案申请。相关专利申请案本申请案主张ThomasQuigley在2014年11月20日申请的共同拥有的名为“起动AC/DC转换器(Start-UpAC/DCConverter)”的第62/082,317号美国临时专利申请案的优先权，所述案出于所有目的以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及功率转换器，且特定地说，涉及用于DC/DC及AC/DC功率转换器的起动控制器方法及设备。
技术介绍
功率转换器(例如DC/DC及AC/DC)通常具有用于合适平稳的起动(软起动)且形成正确操作电压偏压的独特电路。此独特电路可能需要自定义集成电路及/或专属设计，这可增大此类功率转换器的成本及交货日程。图3说明现有技术反激式转换器的示意图。展示变压器T1具有初级侧偏压绕组302。这用于经由初级侧控制器装置301的VDD端口加偏压于初级侧控制器装置301。VDD处的电压经由变压器耦合被交叉调节为输出电压Vo。因此，有可能通过控制器301监测其VDD端口处的电压来调节Vo的电压。通常，对于大多数应用，使用到控制器301的变压耦合来调节Vo是不够精确的，因此需要从反激式转换器300的次级侧到其初级侧的额外反馈路径。电压参考304(U3)是提供精准参考(比较Vo与所述精准参考)、电压误差放大器(及其用于稳定的补偿组件)及用于驱动光学隔离耦合器(光耦合器)303的驱动器的装置。控制器301还含有精准参考及电压放大器，但当包含额外反馈路径时不使用这些电路。光耦合器303以线性方式驱动。因此光耦合器303的电流转移比率(CTR)是成问题的。CTR将增益增加到额外反馈路径。此增益在不同装置中可为不同的，且装置的CTR可随着其老化而改变。控制器301定位于反激式转换器300的初级侧上。反激式转换器300的次级侧是负载(应用)的耦合之处。应用装置(未展示)通常含有具有可编程能力的微处理器。控制器301不具有经编程可提供更精密的反激式转换器控制技术的优点。功率MOSFET开关Q1是外部装置，电阻器R6是按比例调整电压(其类似于通过MOSFET开关Q1的电流)的外部电阻器且由控制器301用于电流感测。
技术实现思路
因此，需要低成本解决方案以在初级侧使用常规低成本集成电路(IC)解决方案来起动功率转换器，所述低成本解决方案不复制次级侧控制器的资源，且最小化初级侧电子装置上的离散组件。根据实施例，一种用于起动功率转换器的方法可包括以下步骤：将第一DC电压施加到起动控制器；利用所述起动控制器接通及关断功率开关，其中所述第一DC电压及功率开关可耦合到变压器的初级绕组，从而可在所述变压器的次级绕组上产生AC电压；利用第二整流器整流来自变压器的次级绕组的AC电压以提供第二DC电压来供电给次级侧控制器及负载；及当所述第二DC电压可为所需电压值时，将功率开关的控制从起动控制器传递到次级侧控制器。根据所述方法的进一步实施例，可最初直接从第一DC电压供电给起动控制器，且接着从变压器的三级绕组供电给起动控制器。根据所述方法的进一步实施例，利用起动控制器接通及关断功率开关的步骤可包括以下步骤：接通功率开关直到可达到通过变压器的初级绕组的最大电流；及随后在固定时间周期内关断所述功率开关。根据所述方法的进一步实施例，可由耦合到起动控制器的电容器的电容值确定所述固定时间周期。根据所述方法的进一步实施例，使负载从第二DC电压解耦直到被请求将所述负载耦合到所述第二DC电压。根据所述方法的进一步实施例，在所述次级侧控制器开始控制所述功率开关之后，所述负载可耦合到所述第二DC电压。根据所述方法的进一步实施例，可通过跨第二DC电压耦合电压分路提供防止第二DC电压的过电压。根据所述方法的进一步实施例，所述电压分路可为具有比第二DC电压的所需值更高的击穿电压的齐纳(Zener)二极管。根据所述方法的进一步实施例，将功率开关的控制从起动控制器传递到次级侧控制器的步骤可包括以下步骤：当第二DC电压可为所需电压值时，将PWM信号从次级侧控制器发送到起动控制器；利用所述起动控制器检测来自次级侧控制器的PWM信号；及利用来自次级侧控制器的所检测的PWM信号接通及关断功率开关。根据所述方法的进一步实施例，在所述起动控制器检测来自所述次级侧控制器的所述PWM信号之后，可由所述次级侧控制器调节第二DC电压。根据所述方法的进一步实施例，控制功率开关的步骤进一步包括以下步骤：利用起动控制器以低频率接通及关断功率开关以节约电力；及利用次级侧控制器以较高频率接通及关断功率开关。根据所述方法的进一步实施例，将PWM信号从所述次级侧控制器发送到所述起动控制器的步骤进一步包括通过电压隔离电路发送PWM信号的步骤。根据所述方法的进一步实施例，所述电压隔离电路可为光耦合器。根据所述方法的进一步实施例，所述电压隔离电路可为脉冲变压器。根据所述方法的进一步实施例，AC/DC功率转换器可包括AC/DC反激式功率转换器。根据所述方法的进一步实施例，AC/DC功率转换器可包括AC/DC正激式功率转换器。根据所述方法的进一步实施例，起动控制器可保护功率开关驱动器以防欠电压及过电压。根据所述方法的进一步实施例，可提供利用所述起动控制器来限制最大允许变压器初级绕组电流的步骤。根据所述方法的进一步实施例，可提供利用电流感测比较器来防止反激式功率转换器进入持续导电模式太深的步骤，从而可保护所述反激式功率转换器以防过电流故障。根据所述方法的进一步实施例，其可包括以下步骤：将偏压电压从所述变压器的初级侧三级绕组提供到所述起动控制器，其中所述偏压电压可耦合到第二DC电压且提供其电压反馈；当所述次级侧控制器无法适当操作时，检测来自偏压电压的过电压状况；及当可检测到过电压状况时，锁断所述起动控制器。根据所述方法的进一步实施例，在变压器的初级侧三级绕组的输出与所述起动控制器的偏压输入之间提供线性调节器。根据所述方法的进一步实施例，对所述变压器的次级侧复位绕组进行箝位以提供变压器复位。根据所述方法的进一步实施例，从有源箝位电路提供用于所述次级侧控制器的初始偏压，直到可建立来自输出滤波器电感器的三级绕组的偏压。根据所述方法的进一步实施例，将AC功率施加到第一整流器，以提供第一DC电压。根据另一实施例，一种功率转换器可包括：起动控制器，其耦合到第一DC电压；变压器，其具有初级及次级绕组，其中所述变压器初级绕组可耦合到第一DC电压；电流测量电路，其用于测量通过所述变压器的初级绕组的电流，且将所测量的初级绕组电流提供到所述起动控制器；功率开关，其耦合到所述变压器初级绕组，且耦合到所述起动控制器，且由所述起动控制器控制；次级侧整流器，其耦合到所述变压器次级绕组以提供第二DC电压；次级侧控制器，其耦合到所述起动控制器及所述次级侧整流器；其中当所述起动控制器接收第一DC电压时，其开始控制所述功率开关的接通及关断，从而使电流流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率转换器，其包括：/n起动控制器，其包括：/n高压调节器，其具有输入及输出；/n内部偏压电压电路，其耦合到所述高压调节器输出；/n欠电压及过电压锁断电路，其耦合到所述高压调节器输出；/n电流调节器；/n逻辑电路，其用于产生脉宽调制PWM控制信号；/n固定关断时间电路，其耦合到所述逻辑电路；/n功率驱动器，其耦合到所述逻辑电路且提供所述PWM控制信号以用于控制外部功率开关；/n外部栅极命令检测电路，其耦合到所述逻辑电路，且适用于接收外部PWM控制信号，其中当检测到所述外部PWM控制信号时，所述外部栅极命令检测电路使得对所述外部功率开关的控制从所述逻辑电路变更为所述外部PWM控制信号；及/n第一电压比较器及第二电压比较器，其具有耦合到所述内部电流调节器的输出及耦合到电流感测输入的输入；及/n次级控制器；其中所述外部PWM控制信号被配置为从所述次级控制器接收。/n

【技术特征摘要】
20141120 US 62/082,317;20151119 US 14/945,7291.一种功率转换器，其包括：
起动控制器，其包括：
高压调节器，其具有输入及输出；
内部偏压电压电路，其耦合到所述高压调节器输出；
欠电压及过电压锁断电路，其耦合到所述高压调节器输出；
电流调节器；
逻辑电路，其用于产生脉宽调制PWM控制信号；
固定关断时间电路，其耦合到所述逻辑电路；
功率驱动器，其耦合到所述逻辑电路且提供所述PWM控制信号以用于控制外部功率开关；
外部栅极命令检测电路，其耦合到所述逻辑电路，且适用于接收外部PWM控制信号，其中当检测到所述外部PWM控制信号时，所述外部栅极命令检测电路使得对所述外部功率开关的控制从所述逻辑电路变更为所述外部PWM控制信号；及
第一电压比较器及第二电压比较器，其具有耦合到所述内部电流调节器的输出及耦合到电流感测输入的输入；及
次级控制器；其中所述外部PWM控制信号被配置为从所述次级控制器接收。


2.根据权利要求1所述的功率转换器，其进一步包括耦合在所述电流感测输入与所述第一电压比较器输入及第二电压比较器输入之间的消隐电路。


3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中由电容器的电容值确定所述固定关断时间电路时间周期。


4.一种功率转换器，其包括：
起动控制器，其经配置以在第一操作模式和第二操作模式下操作，其包括：
电源供应连接，其经配置以耦合到第一DC电压；
电流测量输入连接，其经配置以提供测量电流到所述起动控制器；
脉宽调制PWM输入连接；
功率开关控制输出连接，其由所述起动控制器控制；
其中所述起动控制器经配置以在所述第一操作模式下操作来接收所述第一DC电压并在所述功率开关控制输出连接处提供控制信号，其中固定关断时间电路适用于在所述起动控制器已关断所述功率开关之后的特定时间周期内保持所述控制信号为连接的功率开关提供关断状态，且其中由与所述起动控制器耦合的外部电容器设置所述特定时间周期，及
其中所述起动控制器经配置以切换为在所述第二模式下操作，其中：
所述起动控制器通过所述脉宽调制输入接收PWM信号；及
在所述起动控制器内部的开关被控制为馈送所述PWM信号到所述功率开关控制输出连接；及
次级控制器；
其中所述PWM信号经配置为从次级控制器接收。


5.一种功率转换器，其包括：
起动控制器，其包括：
高压调节器，其具有输入及输出；
内部偏压电压电路，其耦合到所述高压调节器输出；
欠电压及过电压锁断电路，其耦合到所述高压调节器输出；
电流调节器；
供应电压输入连接，其与电压调节器耦合；
逻辑电路，其用于在栅极控制输出连接处产生脉宽调制PWM控制信号；
脉宽调制输入连接；
固定关断时间电路，其耦合到所述逻辑电路；
功率驱动器电路，其经配置以向所述PWM控制信号提供固定关断时间周期；及
脉宽调制检测电路，其耦合到所述逻辑电路和所述脉宽调制输入连接且适用于通过所述脉宽调制输入连接来接收外部PWM控制信号，其中当检测到所述外部PWM控制信号时，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·奎格利，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US