【技术实现步骤摘要】
本公开一般涉及ac-dc转换器，并且更具体地涉及包括初级侧控制的ac-dc转换器的那些ac-dc转换器以及对其操作的方法，该初级侧控制的ac-dc转换器包括用于控制转换器的次级侧上的同步整流器(synchronous rectifier，sr)的负感测(negative-sensing，nsn)阈值检测。
技术介绍
1、开关模式电源(smps)或转换器用于将功率从交流电流(ac)源转换为指定电压电平下的直接电流(dc)输出。在便携式消费者、工业和医学应用中广泛利用的一种类型的smps是初级侧控制的(primary-side-controlled，psc)ac-dc反激式转换器。
2、参考图1a，psc ac-dc转换器100一般包括变压器102，变压器102具有：初级侧，该初级侧通过电磁干扰滤波(emi)滤波器104和整流电路(例如桥式整流器106)以及一个或多个输入滤波电容器108电耦合到ac输入；以及次级侧，该次级侧通过一个或多个输出电容器110耦合到dc输出。在变压器102的初级侧上，初级控制器112响应于通过电隔离电路116(例如，错误放大器116a，随后是光耦合器116b)从次级侧接收的反馈(fb)信号来控制功率开关(ps)(例如ps场效应晶体管(ps_fet)114)接通或关断至初级侧的功率。在次级侧上，同步整流器(sr)控制器118感测次级侧上的电压并且响应于(在高侧sr_fet的源极节点或低侧sr_fet的漏极节点上)感测的电压为负电压和过零，来接通和关断同步整流器(例如sr场效应晶体管(sr_fet
3、在psc ac-dc转换器100的操作中，在ps_fet 114接通或闭合且sr_fet 120关断或开路的时间期间，psc ac-dc转换器被认为在反激模式下操作，并且磁场在变压器102中积累，同时初级侧上的电流线性增加。当ps_fet 114关断或开路且sr_fet 120接通或闭合时，psc ac-dc转换器100将功率传输到次级侧，并且磁场开始坍缩，同时随着向输出电容器110提供功率，次级侧电流稳定但逐渐地减小，直到达到在次级侧中基本上零电流流动的点为止。
4、通常，转换器(例如psc ac-dc转换器100)可以在两种模式中的一种模式下操作，这取决于从dc输出汲取的功率以及ps_fet 114的所得到的接通关断周期。如果在变压器102完全放电之前，ps_fet 114从关断切换到接通，变压器的初级侧中的电流不以零电流开始。此操作模式被称为连续导通模式(ccm)。替代地，如果ps_fet 114的关断时间持续足够长以至于变压器102的初级侧完全放电，则当ps_fet 114从关断切换到接通时，初级侧电流从零电流开始。此操作模式被称为不连续导通模式(dcm)。
5、在dcm模式下操作的ac-dc转换器的问题是虚假负感测(nsn)检测。在当ps_fet和sr_fet两者都关断时转换器的初级侧上的谐振振铃被sr控制器错误地解释为用于接通sr场效应晶体管(sr_fet)的信号从而将功率传输给次级侧时，虚假nsn检测发生。由于额外的开关动作，sr_fet的这种误触发可能造成效率损失，或者其可能在初级侧fet(ps_fet)同时也接通的情况下导致交叉导通。该交叉导通可能导致能够导致次级侧晶体管和二极管的击穿的非常高的次级侧电流。
6、psc ac-dc转换器的一些实施方式的另一相关问题是未能检测到真实nsn事件。例如，参考图1a和图1b，如图1b的右手侧所示，当变压器102在低输入线电压(vin)(例如，90v或更低)下具有高的初级与次级匝数比(n:1)时，sr_fet 120的漏极节点电压(sr_drain)将被限幅在vbus_in+vin/n电平处(其中，vin是经整流的ac输入线电压，并且vbus_in是dc输出电压)。这造成即使对于非常宽的初级侧接通脉冲也检测不到真实nsn事件，由此造成效率损失。图1b中示出了真实nsn事件的这样的未检测的示例。在高输入线电压(vin)下，当sr_drain电压下降至低于0v(或低于另一预设电压阈值)时，由于sr_drain电压远高于vbus_in电平，因此sr控制器检测到真实nsn事件(如由真实nsn检测信号上的脉冲所证实的)。然而，在低输入线电压下，sr_drain电压被限幅为更接近vbus_in电平，并且因此sr控制器没有检测到真实nsn事件(如由在真实nsn检测信号上缺少脉冲所证实的)。
7、因此，需要一种包括nsn检测电路的ac-dc转换器以及对其操作的方法，来在采用高输入线电压和低输入线电压两者操作时检测真实nsn事件。还期望的是检测器和方法不会错误地检测虚假nsn事件或发信号通知虚假nsn事件。
技术实现思路
1、提供了一种ac-dc转换器以及对其操作的方法，以在独立于线输入电压且没有来自初级控制器的信号的情况下感测ac-dc转换器的次级侧中的同步整流器(sr)的漏极节点上的感测电压(sr_drain电压)上的负电压(nsn)。该方法在以不连续导通模式操作ac-dc转换器时开始，其中ac-dc转换器的初级侧中的功率开关(ps)接通且sr关断。sr_drain电压被感测到，并且基于sr_drain电压大于从ac-dc转换器的次级侧输出的总线输出电压(vbus_in)的时间和电压执行第一积分以生成第一积分(volt-sec)信号。同时，基于或对应于sr_drain电压大于vbus_in的时间，执行第二方法以生成具有脉冲宽度的第二(integ_resetb)信号。然后将volt-sec信号与参考电压(vref)进行比较，并且当volt-sec大于vref时，生成基于volt-sec的nsn检测信号。使用sr控制器中的计数器确定或测量integ_resetb信号的脉冲宽度，并且当脉冲宽度超过参考脉冲宽度的量大于预定百分比时，生成计数器到期信号。最后，当存在基于volt-sec的nsn检测信号和计数器到期信号中的一者或两者时，将基于volt-sec的nsn检测信号和计数器到期信号进行逻辑组合，以生成组合的或真实的nsn检测信号。然后，组合的或真实的nsn检测信号可以在ps关断之后尽可能早地耦合到sr控制器中的sr栅极驱动器以接通sr，从而改进ac-dc转换器的效率，尤其是用于较高的输出功率。
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1.一种操作AC-DC转换器的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述组合的NSN检测信号耦合到SR栅极驱动器以接通所述SR。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，由于所述SR_DRAIN电压下降至负电压、随后SR_DRAIN电压逐渐上升，接通所述SR，并且还包括：当上升的SR_DRAIN电压越过零伏特时，关断所述SR。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：使所述AC-DC转换器的初级侧中的功率开关(PS)循环接通和关断，以将输入线电压耦合到所述AC-DC中的变压器的初级绕组，
5.根据权利要求4所述的方法，其中，选择Vref，使得响应于所述LC振铃而由对所述SR_DRAIN电压的积分生成的所述volt-sec小于Vref，并且不生成所述基于volt-sec的NSN检测信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，选择所述参考脉冲宽度，使得响应于所述SR_DRAIN电压的所述LC振铃生成的所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度小于参考脉冲宽度，并且不生成所述计数器到期信号和所得到的NSN
7.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述变压器具有高的初级与次级匝数比并且所述输入线电压为低时，所述SR_DRAIN电压被限幅，使得不生成所述基于volt-sec的NSN检测信号，并且所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度超过所述参考脉冲宽度的量大于所述预定百分比，从而生成所述计数器到期信号和所述组合的NSN检测信号。
8.一种操作AC-DC转换器的方法，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：将所述volt-sec与参考电压(Vref)进行比较，并且当volt-sec大于Vref时，生成基于volt-sec的NSN检测信号，并且其中，生成所述NSN检测信号并将其耦合到所述SR栅极驱动器包括：对所述基于volt-sec的NSN检测信号与所述计数器到期信号进行逻辑组合，并且当存在所述基于volt-sec的NSN检测信号和所述计数器到期信号中的一者或两者时，生成所述NSN检测信号并将其耦合到所述SR栅极驱动器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，由于所述SR_DRAIN电压下降至负电压、随后SR_DRAIN电压逐渐上升，接通所述SR，并且还包括：当所述SR_DRAIN电压越过零伏特时，关断所述SR。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：使所述AC-DC转换器的初级侧中的功率开关(PS)循环接通和关断，以将输入线电压耦合到所述AC-DC中的变压器的初级绕组，其中，所述SR_DRAIN电压是在所述功率开关接通时接收的，并且其中，在关断所述SR之后，当所述PS和所述SR两者都关断时，由所述初级侧中的所述初级绕组、PS和缓冲器形成的电感器-电容器(LC)电路在所述SR_DRAIN电压中产生LC振铃。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，选择Vref，使得响应于所述LC振铃而由对所述SR_DRAIN电压的积分生成的所述volt-sec小于Vref，并且不生成所述基于volt-sec的NSN检测信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，选择所述参考脉冲宽度，使得响应于所述SR_DRAIN电压的所述LC振铃生成的所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度小于参考脉冲宽度，并且不生成所述计数器到期信号和所得到的NSN检测信号。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述变压器具有高的初级与次级匝数比并且所述输入线电压为低时，所述SR_DRAIN电压被限幅，使得不生成所述基于volt-sec的NSN检测信号，并且所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度超过所述参考脉冲宽度的量大于所述预定百分比，从而生成所述计数器到期信号和所述NSN检测信号。
15.一种AC-DC转换器，包括：
16.根据权利要求15所述的AC-DC转换器，其中，所述SR控制器还包括SR栅极驱动器以接通和关断所述SR，并且其中，所述SR控制器可操作以将所述组合的NSN检测信号耦合到所述SR栅极驱动器以接通所述SR。
17.根据权利要求16所述的AC-DC转换器，其中，在关断所述SR之后，当所述PS和所述SR两者都关断时，由所述AC-DC转换器的初级侧中的所述初级绕组、PS和缓冲器形成的电感器-电容器(LC)电路在所述SR_DRAIN电压中产生LC振铃，并且其中，选择Vref，使得响应于所述LC振铃而由对所述SR_DRAIN电压的积分生成的所述volt-sec小于Vref，并且不生成所述基于volt-sec的NS...
【技术特征摘要】
1.一种操作ac-dc转换器的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述组合的nsn检测信号耦合到sr栅极驱动器以接通所述sr。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，由于所述sr_drain电压下降至负电压、随后sr_drain电压逐渐上升，接通所述sr，并且还包括：当上升的sr_drain电压越过零伏特时，关断所述sr。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：使所述ac-dc转换器的初级侧中的功率开关(ps)循环接通和关断，以将输入线电压耦合到所述ac-dc中的变压器的初级绕组，
5.根据权利要求4所述的方法，其中，选择vref，使得响应于所述lc振铃而由对所述sr_drain电压的积分生成的所述volt-sec小于vref，并且不生成所述基于volt-sec的nsn检测信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，选择所述参考脉冲宽度，使得响应于所述sr_drain电压的所述lc振铃生成的所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度小于参考脉冲宽度，并且不生成所述计数器到期信号和所得到的nsn检测信号。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述变压器具有高的初级与次级匝数比并且所述输入线电压为低时，所述sr_drain电压被限幅，使得不生成所述基于volt-sec的nsn检测信号，并且所述integ_resetb信号的所述脉冲宽度超过所述参考脉冲宽度的量大于所述预定百分比，从而生成所述计数器到期信号和所述组合的nsn检测信号。
8.一种操作ac-dc转换器的方法，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：将所述volt-sec与参考电压(vref)进行比较，并且当volt-sec大于vref时，生成基于volt-sec的nsn检测信号，并且其中，生成所述nsn检测信号并将其耦合到所述sr栅极驱动器包括：对所述基于volt-sec的nsn检测信号与所述计数器到期信号进行逻辑组合，并且当存在所述基于volt-sec的nsn检测信号和所述计数器到期信号中的一者或两者时，生成所述nsn检测信号并将其耦合到所述sr栅极驱动器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，由于所述sr_drain电压下降至负电压、随后sr_drain电压逐渐上升，接通所述sr，并且还包括：当所述sr_drain电压越过零伏特时，关断所述sr。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：使所述ac-dc转换器的初级侧中的功率开关(ps)循环接通和关断，以将输入线电压耦合到所述ac-dc中的变压器的初级绕组，其中，所述sr_drain电压是在所述功率开关接通时接收的，并且其中，在关断所述sr之后...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·坎梅斯拉，H·莱，P·沙阿，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：
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