CN104811018A - 用于同步整流电路的自动定时调整 - Google Patents

用于同步整流电路的自动定时调整 Download PDF

Info

Publication number
CN104811018A
CN104811018A CN201410541878.6A CN201410541878A CN104811018A CN 104811018 A CN104811018 A CN 104811018A CN 201410541878 A CN201410541878 A CN 201410541878A CN 104811018 A CN104811018 A CN 104811018A
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous rectification
timing
conducting
signal
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410541878.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104811018B (zh
Inventor
F·王
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of CN104811018A publication Critical patent/CN104811018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104811018B publication Critical patent/CN104811018B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33538Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type
    • H02M3/33546Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current
    • H02M3/33553Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电路,其包括:导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示该体二极管的导通或非导通的检测器输出;窗口分析器,其被配置为基于导通检测器的检测器输出生成指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号;控制器,其被配置为基于该定时信号指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断来调整同步整流开关的定时。

Description

用于同步整流电路的自动定时调整
技术领域
本公开涉及同步整流电路,尤其是涉及感测用于进行定时调整的体二极管导通以控制同步整流电路的同步整流电路。
背景技术
同步整流是通过用有源控制的开关例如晶体管(通常是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))替换二极管来提高整流效率的技术。用有源控制的开关元件例如MOSFET替换二极管是有源整流的核心。当导通时,MOSFET具有恒定的非常低的电阻,其被称为导通电阻RDS(on)。它们可以被制作成具有低至大约10mΩ或甚至更低的导通电阻。然后MOSFET两端的电压降比二极管低得多,这导致下降的功耗和效率增益。但是,在高电流下,该电压降可能超过二极管的电压降。为了适应在高电流下的电压降增加,几个晶体管可以并行放置,从而降低通过每个晶体管的电流,或者通过使用带有更多有源区的晶体管器件。
有源整流电路的控制线路感测输入AC的电压并控制晶体管,以允许电流沿正确的方向流动从而用于AC到DC的转换。定时/正时(timing)是很重要的,因为定时误差会引起短路并降低功率转换器的整体效率。
发明内容
本公开涉及同步整流电路。在一个示例中,一种电路包括:导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示该体二极管的导通或非导通的检测器输出;窗口分析器,其被配置为基于导通检测器的检测器输出生成指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号;控制器,其被配置为基于定时信号指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断来调整同步整流开关的定时。
在另一个示例中,一种同步整流电路包括:同步整流开关,其具有对来自变压器的次级绕组的电压进行整流的体二极管;导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示该体二极管的导通或非导通的检测器输出;窗口分析器,其被配置为基于来自导通检测器的检测器输出生成指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号;控制器,其被配置为基于该定时信号调整同步整流开关的激活和去激活中的至少一种的定时。该控制器可以被配置为在该定时信号指示同步整流开关提前关断的情况下提前该定时,并且该控制器可以被配置为在该定时信号指示同步整流开关相对于按时关断滞后关断的情况下延迟该定时。
在又一个示例中,一种集成电路包括:导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示该体二极管的导通或非导通的检测器输出;窗口分析器,其被配置为基于箝位信号并基于来自导通检测器的检测器输出提供指示同步整流开关是提前关断还是滞后关断的定时信号;控制器,其被配置为基于定时信号指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断而经由整流驱动信号调整同步整流开关的定时;输出驱动器,其响应于来自控制器的整流驱动信号控制同步整流开关的栅极。
附图说明
图1示出监测同步整流开关的体二极管并基于该体二极管的导通或非导通自动调整开关定时的同步整流控制电路的框图的示例。
图2示出监测同步整流开关的体二极管并基于该体二极管的导通或非导通自动调整开关定时的集成电路同步整流驱动器的示例。
图3示出表示体二极管导通感测的示例信号图。
图4示出表示用于设定同步整流开关可以被接通时的区域的箝位信号的示例信号和时序图。
图5示出表示体二极管导通的两种条件的示例信号和时序图。
图6示出表示用于测量体二极管导通的窗口信号的示例信号和时序图。
图7示出表示用于测量体二极管导通的窗口函数信号的示例信号和时序图。
图8示出用于控制同步整流开关的示例栅极驱动器信号。
图9示出示例LLC谐振转换器电路,其采用集成电路同步整流驱动器来监测同步整流开关的体二极管并基于该体二极管的导通或非导通调整开关定时。
具体实施方式
本公开涉及同步整流电路。一种同步整流电路可以被配置为监测同步整流开关(例如,金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或其他晶体管器件)的体二极管的导通,以调整该开关的接通和关断定时,并由此增加该电路的效率。该同步整流电路可以提供变压器转换器电路(例如,LLC谐振转换器)的次级侧中的AC信号到DC信号的整流。该同步整流开关可以与初级侧驱动信号同步,以便在正确的时间关断和接通,从而以有效的方式将次级AC信号转换成整流DC信号。控制器接收所述初级侧驱动信号并控制该开关。
在一些示例中,导通检测器可以监测体二极管的导通,例如识别导通或非导通。窗口分析器可以被配置为基于来自导通检测器的检测器输出生成指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号。如果由于该开关在先前时段中被太早或太晚关断而监测到导通,则该控制器可以调整开关的定时(例如,开关接通和/或关断时间),以缓和体二极管导通。该控制器可以根据是否确定所述开关被太早关断或太晚关断而实施不同的增量定时调整。因此,通过分析两种定时条件(例如,是否太早或太晚关断)下的体二极管导通,该同步整流电路可以比其他***(例如,仅在死区时间段中监测非导通的***)更有效地操作。
图1示出同步整流(SR)电路100的示例,其可以基于相应同步整流(SR)开关110的内部体二极管的导通来自动调整开关定时(例如,接通和/或关断)。例如,SR开关110可以被实施为功率MOSFET器件或其他功率晶体管器件(例如,双极结型晶体管),其在接通和关断状态之间作为开关进行操作。同步整流开关110对从变压器次级绕组接收的电压进行整流。例如,这类绕组来自LLC谐振转换器绕组,其中LL表示初级绕组的泄漏和串联电感,并且C表示该绕组中的电容。SR电路100包括同步整流(SR)驱动器120以便控制SR开关110的接通和关断。如图所示,SR驱动器120可以经由也驱动如下面关于图3所示出的变压器初级侧的初级驱动信号被同步用于开关的接通/关断。
在图1的示例中,SR驱动器120包括被配置为接收初级驱动信号的控制器130。控制器130生成控制栅极驱动器140的整流驱动信号,该栅极驱动器140基于初级驱动信号控制SR开关110。SR驱动器120还包括导通检测器150,该导通检测器150被配置为监测SR开关110的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示该体二极管的导通或非导通的检测器输出。在一个示例中,该预定阀值可以被设定为输入到导通检测器150的电压例如0.1V,但是其他设定值也是可能的。导通检测器150(在一个示例中可以是比较器)生成到控制器130的检测器输出,该检测器输出指示SR开关110的体二极管的导通或非导通。到导通检测器150的感测输入(例如,到比较器的感测电阻器输入)从感测SR开关110的漏源电压(VDS)的体二极管传感器160接收,以提供指示体二极管导通的传感器信号(例如,电压信号)。
窗口分析器170可以被配置为基于来自导通检测器150的检测器输出生成指示同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号。虽然在图1的示例中窗口分析器170被展示为控制机构的一部分,但是可替代地,其可以被实施为与控制器130分离。如本文在体二极管导通的背景下所用,术语“窗口”指的是对体二极管导通进行分析的一段时间。例如,该窗口可以包括在开关110的期望接通或关断时间之前和之后的一段时间。窗口分析器170可以被配置为分析内部信号,例如作为初级驱动信号和来自控制器130的整流驱动信号的函数所生成的内部箝位信号。因此,窗口分析器可以分析对应于体二极管导通的内部和/或外部信号的前沿和后沿,以确定SR开关110是否被太早或太晚关断。如将在下面所描述的,可以提供其他窗口分析器操作,例如确定在给定时间帧内或相对于给定信号或信号边沿是否出现二极管导通的窗口操作。可以提供窗口函数以确定测量窗口,从而便于确定SR开关110是否在适当时间接通和/或关断。
如果窗口分析器170确定SR开关110太早或太晚关断,则控制器130基于定时窗口和指示体二极管在先前时间段内导通的检测器输出来调整到栅极驱动器140的整流驱动信号的至少一个边沿的定时。例如,两个不同的条件被窗口分析器170检测。第一条件分析SR是否太早关断,而第二条件分析该开关相对于按时关断条件是否太晚关断。如果SR开关110太早关断,则在下一个开关循环中该开关的定时可以被延迟(例如,开关接通时间被调整得更长)。如果窗口分析器170确定SR开关110太晚关断,则在下一个开关循环中该开关的定时可以被提前(例如,开关接通时间被调整得更短)。
针对太早和太晚两种条件进行测试和调整与仅在SR开关110的关断时间(例如,死区时间)期间监测导通检测器150的输出的非导通的某些现有***不同。由于这类***不监测如由窗口分析器170提供的SR开关110的早关断条件和晚关断条件,这类常规***的效率会受影响。相反,控制器130和窗口分析器170可以自动调整到栅极驱动器140的定时,从而根据所检测到的体二极管导通和与此相关的定时来使整个电路的效率在一个方向或另一个方向达到最大值。与常规***相比,这类窗口分析还有利于改善对瞬态条件的反应。
控制器130可以基于表示同步整流开关能够被接通的时间段的至少一个初级驱动信号生成内部箝位信号。在一个示例中,控制器130可以生成相移(例如,被添加到定时循环末端以便调整体二极管导通的附加时间增量),该相移被添加到内部箝位信号末端以便在同步整流开关110被关断后调整正向电流。窗口分析器170可以采用与内部箝位信号相关的定时信号来检测该同步整流开关被太早关断还是太晚关断,以便于对整流驱动信号(也被称为SR_IN)的至少一个边沿进行定时调整。窗口分析器170还可以包括窗口函数,用于基于内部箝位信号确定体二极管处于导通的时间量,以便于对整流驱动信号的至少一个边沿进行定时调整。通过确定与箝位信号相关的二极管总导通时间,可以确定在下一个循环期间是提前还是延迟该定时信号。
同步整流驱动器120可以包括至控制器130用以调整该定时信号的窗口信号输入(参见图2)。在一个示例中,该定时信号可以通过至控制器的窗口信号输入在大约80ns到大约800ms的范围内进行调整。在另一个示例中,该控制器可以以可编程的接通时间增量和关断时间增量调整该整流驱动信号的至少一个边沿的定时。例如,可编程的接通时间增量可以比可编程的关断时间增量大大约五倍(例如,3ns接通时间,而可编程的关断时间增量可以是大约25ms)。控制器130、栅极驱动器140、导通检测器150和窗口分析器170可以被配置为控制谐振LLC DC/DC转换器。这类转换器配置可以包括半桥LLC转换器、全桥LLC转换器或具有脉宽调制(PWM)模式的半桥LLC转换器。
在一个示例中,电路100可以被设置为用于同步整流的电路(例如,集成电路、分立电路、集成电路和分立电路的组合)。例如,分立控制元件可以被设置在各种电路内。需要注意的是,本文所描述的示例可以通过不同的模拟和/或数字电路实施方式来提供。例如,在某些情况下,可以采用场效应晶体管,而在其他情况下,可以采用结晶体管或二极管。电路100可以采用监测电气参数例如监测电压和/或电流的各种手段。这还可以包括如本文所述的生成电压和/或电流控制信号。在某些示例中,硬布线逻辑可以执行在本文所执行的功能和操作。在其他示例中,可以由例如控制器130来执行软件。在其他示例中,可以采用硬布线逻辑和软件的组合。
图2示出集成电路同步整流(SR)驱动器200的示例。SR驱动器200被配置为监测同步整流开关的体二极管并基于该体二极管的导通定时自动调整开关定时。SR驱动器200具有可以与参照图1描述的电路100以接口连接的各种输入端和输出端。输入端PRI是初级侧栅极控制信号输入端。外部数字控制器(参见图9的主控制器910)可以提供用于PRI引脚的数字输入。该PRI应当被连接到相应的初级侧驱动信号。控制器208利用PRI输入信号连同从比较器210接收的COMP信号。比较器210经由传感器211接收与内部基准212(例如,100mv)相关的VDSNS信号,该内部基准是相对于接地输入端(GND)进行监测的。
信号VDSNS表示从体二极管传感器例如连接到SR开关的漏极的电阻器提供的体二极管感测信号输入。控制器208生成SR_IN信号,该SR_IN信号是到栅极驱动器230的SR栅极驱动信号输入。栅极驱动器230的输出端(OUT)可以被连接以控制至SR开关(例如,图1的SR开关110)的栅极输入。如图所示,栅极驱动器230可以包括逻辑控制栅极232和功率驱动器234。UVLO电路240作为欠压阀值进行操作,其可以设定阀值电压以阻止栅极驱动器230运行直到输入电源VCC已达到最小阀值。本地器件振荡器244为控制器208提供时钟定时基准。电容器输入248使本地器件振荡器244能够振荡。可以利用使能输入(EN)来经由通/断控制250和逻辑栅极232启用或禁用栅极驱动器230。
如图所示,控制器208包括为SR_GEN块264生成CLAMP定时信号的箝位发生器260以及窗口函数发生器(WINDOW0_GEN)268。窗口函数发生器268的输出(WINDOW0)经由栅极270与由窗口发生器274生成的窗口信号(WINDOW)进行逻辑“或”操作。栅极270的输出为OFF-CALC块278生成定时测量窗口(MEAS_WINDOW),该OFF-CALC块278确定被SR_GEN 264采用经由栅极驱动器230控制SR开关的接通/关断定时的OFF_DELAY信号。窗口输入引脚(WINDOW_IN)可以经由外部电阻器280接收信号以设定窗口发生器274的窗口宽度参数。OFF-CALC块278采用栅极270的MEAS_WINDOW输出连同比较器输出COMP来设定用于SR_GEN块264的OFF_DELAY信号。方向块284为OFF_CALC块278生成方向标签(DIRECTION),以便于确定在哪个方向调整SR开关的定时。方向块284接收比较器210的COMP输出连同WINDOW信号274,以确定定时调整的方向。
图3-8被提供用于图示说明图2中所示的电路的示例性定时和信号操作。因此,图3-8将参照图2并在此背景下讨论。与图3-10中示出的示例不同的其他定时和信号关系也是可能的。图2的输入端PRI和比较器输出端COMP限定同步整流(SR)可以被接通的区域。该区域被称为“CLAMP”,并且其为内部信号。当该箝位信号是高电平时,SR可以被接通。实际接通和关断时间不是由该箝位信号确定。在PRI输入端变为高电平后,当体二极管导通时,SR接通。SR关断时间通过先前周期的体二极管导通时间或在CLAMP变为低电平时被确定。
SR接通的长度基于先前周期的体二极管导通时间自动进行调整。如果测量到的体二极管导通时间小于阀值设定值,则在下一个循环中,可以增加SR接通时间;如果测量到的体二极管导通时间大于阀值设定值,则在下一个循环中,可以减少SR接通时间。PRI输入端是初级侧栅极控制信号输入端。次级侧上的数字控制器(参见图9)可以为PRI引脚提供数字输入。该PRI应当被连接到相应的初级侧驱动信号。
如图3所示,二极管导通时间可以通过漏源电压来感测。MOSFET的漏极可以被连接到图2的VDSNS引脚,该引脚被内部连接到比较器210。当体二极管导通时,比较器输出端COMP变为低电平。感测二极管导通的好处是体二极管电压降在整个负载范围内是相对恒定的;而且,不同的MOSFET也具有类似的体二极管电压降。
来自箝位发生器210的CLAMP输出信号限定允许SR接通时的区域。SR接通时间不应当超出CLAMP。如图4所示,CLAMP信号作为PRI和COMP的函数被生成。当PRI变为高电平时,CLAMP变为高电平,并且体二极管导通测量时段开始。当来自比较器210的COMP信号变为低电平时,该测量时段结束。CLAMP以某一延迟变为低电平,该延迟等于该测量时段。需要该时间测量的一个原因是当转换器在其谐振频率以上运行良好时,在谐振电流与次级侧的电流之间通常存在一定量的相移。在初级侧栅极驱动信号变为低电平后,仍然存在一定量的正向电流是可能的。因此,该相移可以被测量并且被添加到例如箝位时间段的末端。
参照图5,当SR MOSFET的体二极管导通时,存在两种情况。在500处图示的第一种情况下,MOSFET太早关断,正向电流流动,并且体二极管导通。在510处图示的第二种情况下,MOSFET太晚关断,负向电流流动,并且体二极管反向恢复导致导通。在这两种情况下,SR接通时间应当在不同方向被调整,因此,所述条件应当被彼此不同地检测。为此目的,生成决策窗口。因此,在两种情况下,体二极管均导通,但是在不同的时间导通。在图5的510处,在SR关断后该体二极管立即导通。在第二种情况下,VDS首先激增,接着由于反向恢复,该体二极管导通。由于存在MOSFET的栅极电阻和电容以及接近该MOSFET的电路,实际的SR关断时间在图2的SR_IN信号变为低电平后。因此,可以设定决策窗口以将这两种情况区分开。
决策窗口长度设定值可以基于MOSFET栅极电容和电阻以及***电压电平——这些值可以从例如MOSFET数据表获得。该窗口长度设定值应当比所计算的SR关断延迟稍微长一点。例如,如果MOSFET的关断延迟是250ns,则决策窗口可以被设定为例如300ns。因此,在该窗口的最后50ns期间,二极管导通可以被图2中的比较器210感测到;如果是第二种情况,在决策窗口的范围内,应当不存在体二极管导通。
现在将参照图6来描述决策窗口的生成。图2的WINDOW_GEN块274的输入是SR_IN信号和由电阻器280提供的WINDOW_WIDTH,并且输出是WINDOW。如图6所示,在SR_IN的下降沿处,WINDOW变为高电平,并在WINDOW_WIDTH期间保持高电平,然后变为低电平。除了WINDOW信号以外,WINDOW函数信号通过图2的WINDOW0发生器268生成。SR接通时间可以基于先前循环的体二极管导通时间进行调整。
除了图6中描述的决策窗口以外,更长的窗口被用于记录体二极管总导通时间。在这里,如图7所示生成信号WINDOW0。信号WINDOW0在SR_IN的下降沿处变为高电平,并且在箝位信号的下降沿处变为低电平,如图7所示。如果SR_IN被CLAMP截止,则WINDOW0可以被设定为0。来自图2的栅极270的MEAS_WINDOW输出是测量体二极管总导通时间的时间段。MEAS_WINDOW通过对WINDOW和WINDOW0进行“或”操作而生成。在MEAS_WINDOW时间段内,总COMP低电平时间测量被使能。
图2的WINDOW信号和COMP信号也被用于生成DIRECTION标签。如果在WINDOW时间段内,并且COMP被检测为高电平,则DIRECTION=0,意味着SR接通时间过长。如果在WINDOW时间段内检测到低电平的COMP,并且体二极管总导通时间大于阀值设定值(例如,阀值在最小步长的1到32倍的范围内),则DIRECTION=1,意味着SR接通时间太短。如果在WINDOW时间段内检测到低电平的COMP,并且体二极管总导通时间小于阀值设定值,则DIRECTION=2,意味着SR接通时间是合适的(例如,不是太早也不是太迟)。
图2的OFF-CALC块278计算下一个开关循环的期望SR接通时间。这个块的输入是MEAS_WINDOW、COMP以及DIRECTION;其输出是OFF_DELAY。如果SR脉冲未被CLAMP截止,则OFF_DELAY是SR接通时间的长度。其可以被初始设定为例如130ns,并且最小OFF_DELAY是130ns。当MEAS_WINDOW为高电平时,COMP测量被使能。然后,测量COMP在MEAS_WINDOW期间是低电平(其为COMPLOW)的时间间隔。如果DIRECTION=0,则将OFF_DELAY减少预定步长(例如,在最小步长的1到64倍的范围内)。但是不会将其减少到低于130ns(或其他预定值)。如果DIRECTION=1,则将OFF_DELAY增加COMPLOW/2。如果DIRECTION=2,则将OFF_DELAY保持在先前的设定值。
图2的SR发生器块264生成SR_IN,该SR_IN是栅极驱动器块230的输入。当CLAMP变为高电平时,SR_IN变为高电平。当SR_IN为高电平时,开始超时计数。当超时计数达到OFF_DELAY或CLAMP变为低电平时,SR_IN变为低电平。超时分辨率是时钟周期。SR接通时间调整步长可以是具有±50%容差的3ns(或其他预定值)。“关断延迟”寄存器/电容器的最大时间长度可以是25us(或其他预定值)。
决策窗口的长度应当被正确设定,以缓和体二极管导通时间并且有利于高效的SR运行。如图8所示,该长度应当比从栅极驱动器开始响应SR_IN命令到栅极驱动信号下降到Vth的时间长大约20~30%。如图8所示,从SR_IN命令到栅极驱动信号下降到Vth的时间是大约230ns。决策窗口可以被设定为大约300ns(或其他预定值)。这个时间也可以基于数据表参数进行计算。窗口大小可以从例如大约80ns到大约800ns进行调整。
图9示出采用集成电路SR驱动器的示例性LLC谐振转换器应用电路900。SR驱动器被配置为监测同步整流开关的体二极管的导通并基于该体二极管的导通或非导通自动调整开关定时。电路900包括数字控制器910以便生成初级驱动信号DPWM0和DPWM1。初级驱动信号驱动开关914和916,进而驱动变压器初级918。变压器次级以半桥配置与下部绕组920连接,该下部绕组920通过SR开关驱动器924和SR开关930整流。次级上部绕组部分940通过SR开关驱动器944和开关950整流。初级驱动信号DPWM0和DPWM1还驱动SR驱动器924和944,以分别使能SR开关930和950的同步接通和关断。
电阻器960和970提供上述定时信号的周期的程序信息。例如,电阻器960和970可以被配置为设定上述窗口宽度周期。各个电容器980、982、984、986、988、990和992可以被放置在电路300中的不同位置以用于过滤和/或定时调整。电路900的输出被显示为Vout并表示例如DC电压。如前所述,其他谐振转换器配置是可能的,例如全波配置,其包括四组SR驱动器和开关,这些在次级中被配置为全波整流桥。另一种配置可以包括例如全桥应用,其中四个开关以推挽式配置驱动初级侧。
以上所述仅是示例。当然,不可能描述每种想得到的组件和方法的组合,但是本领域技术人员应当明白许多进一步的组合和排列是可能的。因此,本公开旨在包含落入本申请(包括随附权利要求)的范围内的所有这类变更、修改和变化。如本文所用,术语“包括”指的是包括但不限于,术语“包含”指的是包含但不限于。术语“基于”指的是至少部分基于。此外,在本公开或权利要求中引用“一”、“一个”、“第一”或“另一个”元件或其等效物时,应当解释为包括一个或不止一个这类元件,既不要求也不排除两个或更多个这类元件。

Claims (20)

1.一种电路,其包括:
导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示所述体二极管的导通或非导通的检测器输出;以及
窗口分析器,其被配置为基于所述导通检测器的检测器输出生成定时信号,所述定时信号指示所述同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断;以及
控制器,其被配置为基于所述定时信号指示所述同步整流开关相对于所述按时关断是提前关断还是滞后关断来调整所述同步整流开关的定时。
2.根据权利要求1所述的电路,其中所述控制器基于至少一个初级驱动信号生成指示所述按时关断的内部箝位信号,所述箝位信号表示所述同步整流开关能够接通的时间段。
3.根据权利要求2所述的电路,其中所述窗口分析器确定由所述控制器添加到所述内部箝位信号末端的相移,以调整在所述同步整流开关被关断后的正向电流。
4.根据权利要求2所述的电路,其中所述窗口分析器采用与所述内部箝位信号相关的定时信号来检测所述同步整流开关相对于所述同步整流开关的按时关断是提前关断还是滞后关断。
5.根据权利要求4所述的电路,其中所述窗口分析器进一步包括窗口函数,用以基于所述内部箝位信号确定所述体二极管处于导通时的时间量,以便于所述控制器进行定时调整。
6.根据权利要求4所述的电路,其进一步包括到所述控制器的窗口信号输入引脚,所述窗口信号输入引脚使得能够对所述定时信号进行外部编程调整。
7.根据权利要求6所述的电路,其中所述定时信号经由到所述控制器的所述窗口信号输入引脚在大约80ns到大约800ms的范围内进行调整。
8.根据权利要求1所述的电路,其中所述控制器被配置为基于参数配置块以可编程的接通时间增量调整所述同步整流开关的定时,并被配置为基于所述参数配置块以可编程的关断时间增量调整所述同步整流开关的定时。
9.根据权利要求8所述的电路,其中所述可编程的关断时间增量比所述可编程的接通时间增量大大约五倍。
10.根据权利要求1所述的电路,其中所述控制器、所述导通检测器和所述窗口分析器被配置为控制谐振LLC DC/DC转换器。
11.根据权利要求10所述的电路,其中所述谐振LLC DC/DC转换器被配置为半桥LLC转换器或全桥LLC转换器。
12.根据权利要求1所述的电路,其中所述导通检测器包括比较器,所述比较器被配置为监测表示所述同步整流开关的体二极管相对于所述预定阀值的导通的信号。
13.一种同步整流电路,其包括:
同步整流开关,其具有对来自变压器的次级绕组的电压进行整流的体二极管;
导通检测器,其被配置为监测所述同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示所述体二极管的导通或非导通的检测器输出;
窗口分析器,其被配置为基于来自所述导通检测器的所述检测器输出生成指示所述同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断的定时信号;以及
控制器,其被配置为基于所述定时信号调整所述同步整流开关的激活和去激活中的至少一个的定时,所述控制器被配置为在所述定时信号指示所述同步整流开关提前关断的情况下提前所述定时,并且所述控制器被配置为在所述定时信号指示所述同步整流开关相对于所述按时关断滞后关断的情况下延迟所述定时。
14.根据权利要求13所述的同步整流电路,其中所述控制器被配置为基于表示所述同步整流开关能够被接通的时间段的至少一个初级驱动信号生成箝位信号。
15.根据权利要求14所述的同步整流电路,其中所述控制器生成与所述箝位信号相关的所述定时信号,以确定所述同步整流开关是太早关断还是太晚关断,以便于对所述同步整流开关进行定时调整。
16.根据权利要求15所述的同步整流电路,其进一步包括窗口函数,以基于所述箝位信号确定所述体二极管处于导通的时间量,以便于对所述同步整流开关的至少一个边沿进行定时调整。
17.根据权利要求13所述的同步整流电路,其进一步包括到所述控制器的窗口信号输入引脚,所述窗口信号输入引脚使得能够对所述定时信号进行外部编程调整。
18.根据权利要求13所述的同步整流电路,其中所述控制器基于来自参数块的输入以可编程的接通时间增量和关断时间增量调整所述同步整流开关的至少一个边沿的定时。
19.一种集成电路,其包括:
导通检测器,其被配置为监测同步整流开关的体二极管相对于预定阀值的导通并生成指示所述体二极管的导通或非导通的检测器输出;
窗口分析器,其被配置为基于箝位信号并基于来自所述导通检测器的所述检测器输出提供指示所述同步整流开关是提前关断还是滞后关断的定时信号;
控制器,其被配置为基于所述定时信号指示所述同步整流开关相对于按时关断是提前关断还是滞后关断而经由整流驱动信号调整所述同步整流开关的定时;以及
输出驱动器,其响应于来自所述控制器的整流驱动信号控制所述同步整流开关的栅极。
20.根据权利要求19所述的集成电路,其中所述控制器基于所述定时信号以可编程的接通时间增量和关断时间增量调整所述整流驱动信号的至少一个边沿的定时。
CN201410541878.6A 2013-10-16 2014-10-14 用于同步整流电路的自动定时调整 Active CN104811018B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/055,173 US9236809B2 (en) 2013-10-16 2013-10-16 Automatic timing adjustment for synchronous rectifier circuit
US14/055,173 2013-10-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104811018A true CN104811018A (zh) 2015-07-29
CN104811018B CN104811018B (zh) 2019-06-07

Family

ID=52809511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410541878.6A Active CN104811018B (zh) 2013-10-16 2014-10-14 用于同步整流电路的自动定时调整

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9236809B2 (zh)
CN (1) CN104811018B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106452087A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 陕西亚成微电子股份有限公司 一种同步整流控制电路的整流方法
CN107276434A (zh) * 2016-04-18 2017-10-20 南京矽力杰半导体技术有限公司 同步整流电路及其控制方法
CN108551263A (zh) * 2018-06-27 2018-09-18 上海新进半导体制造有限公司 一种自适应副边同步整流的控制装置、方法及能量变换器
CN110391759A (zh) * 2018-04-20 2019-10-29 意法半导体股份有限公司 同步整流电路、对应的装置和方法
WO2020062247A1 (zh) * 2018-09-30 2020-04-02 深圳欣锐科技股份有限公司 同步整流电路和整流装置
TWI708469B (zh) * 2016-02-22 2020-10-21 美商菲爾卻德半導體公司 用於同步整流器之快速關斷之閘極預定位
CN111953211A (zh) * 2019-05-16 2020-11-17 东南大学 准谐振反激变换器的同步整流控制***及方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10116222B2 (en) 2015-02-06 2018-10-30 Texas Instruments Incorporated Soft switching flyback converter with primary control
US10008947B2 (en) 2015-07-31 2018-06-26 Texas Instruments Incorporated Flyback converter with secondary side regulation
US10141852B2 (en) * 2016-12-30 2018-11-27 Texas Instruments Incorporated LLC secondary side control with adaptive on-time
JP7032910B2 (ja) * 2017-01-05 2022-03-09 ローム株式会社 整流ic及びこれを用いた絶縁型スイッチング電源
CN108282092B (zh) * 2017-01-05 2020-08-14 罗姆股份有限公司 整流ic以及使用该整流ic的绝缘型开关电源
US20190089262A1 (en) 2017-09-19 2019-03-21 Texas Instruments Incorporated Isolated dc-dc converter
US10122367B1 (en) 2017-09-22 2018-11-06 Texas Instruments Incorporated Isolated phase shifted DC to DC converter with frequency synthesizer to reconstruct primary clock
US10432102B2 (en) 2017-09-22 2019-10-01 Texas Instruments Incorporated Isolated phase shifted DC to DC converter with secondary side regulation and sense coil to reconstruct primary phase
US10566904B2 (en) 2017-10-16 2020-02-18 Texas Instruments Incorporated Multimode PWM converter with smooth mode transition
US10320297B2 (en) 2017-10-25 2019-06-11 Infineon Technologies Ag Body-diode conduction detector for adaptive controlling of the power stage of power converters
CN109995236B (zh) * 2017-12-29 2021-04-23 东南大学 一种llc变换器同步整流管的控制***
US10554136B1 (en) * 2018-08-03 2020-02-04 Power Integrations, Inc. Control of secondary switches based on secondary winding voltage in a power converter
US11621645B2 (en) * 2020-06-04 2023-04-04 Stmicroelectronics International N.V. Methods and device to drive a transistor for synchronous rectification

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030141209A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-31 Scott Horrell Medical suction device holder
US20050094424A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-05 Stmicroelectronics, Sa Control of a MOS transistor as a rectifying element
CN101005242A (zh) * 2006-01-18 2007-07-25 崇贸科技股份有限公司 用于正向电力变换器的同步整流器的控制电路
CN101895207A (zh) * 2010-06-28 2010-11-24 华为技术有限公司 控制电路及方法、电源装置
CN102148568A (zh) * 2010-02-08 2011-08-10 成功 一种基于电流检测的llc同步整流管的驱动策略
US20130094249A1 (en) * 2011-10-18 2013-04-18 Niko Semiconductor Co., Ltd. Secondary side synchronous rectification control circuit and switching converter
CN103326581A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 成都芯源***有限公司 Llc谐振变换器、控制电路及驱动方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4922404A (en) * 1989-03-15 1990-05-01 General Electric Company Method and apparatus for gating of synchronous rectifier
US6128206A (en) * 1999-03-12 2000-10-03 Ericsson, Inc. Clamping circuit and method for synchronous rectification
US7002818B2 (en) * 2003-12-19 2006-02-21 Silent Power, Inc. Power converter with improved output switching timing
JP4862432B2 (ja) * 2006-02-28 2012-01-25 ミツミ電機株式会社 スイッチング電源装置
US7906948B2 (en) 2007-07-23 2011-03-15 Intersil Americas Inc. Threshold voltage monitoring and control in synchronous power converters
US7868597B2 (en) 2007-07-23 2011-01-11 Intersil Americas Inc. Dead-time transition adjustments for synchronous power converters
CA2655013A1 (en) 2008-02-22 2009-08-22 Queen's University At Kingston Current-source gate driver
US7796404B2 (en) * 2008-10-23 2010-09-14 Lineage Power Corporation LLC converter synchronous FET controller and method of operation thereof
JP5481940B2 (ja) * 2009-05-29 2014-04-23 ソニー株式会社 電源装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030141209A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-31 Scott Horrell Medical suction device holder
US20050094424A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-05 Stmicroelectronics, Sa Control of a MOS transistor as a rectifying element
CN101005242A (zh) * 2006-01-18 2007-07-25 崇贸科技股份有限公司 用于正向电力变换器的同步整流器的控制电路
CN102148568A (zh) * 2010-02-08 2011-08-10 成功 一种基于电流检测的llc同步整流管的驱动策略
CN101895207A (zh) * 2010-06-28 2010-11-24 华为技术有限公司 控制电路及方法、电源装置
US20130094249A1 (en) * 2011-10-18 2013-04-18 Niko Semiconductor Co., Ltd. Secondary side synchronous rectification control circuit and switching converter
CN103326581A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 成都芯源***有限公司 Llc谐振变换器、控制电路及驱动方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI708469B (zh) * 2016-02-22 2020-10-21 美商菲爾卻德半導體公司 用於同步整流器之快速關斷之閘極預定位
CN107276434A (zh) * 2016-04-18 2017-10-20 南京矽力杰半导体技术有限公司 同步整流电路及其控制方法
CN107276434B (zh) * 2016-04-18 2019-08-13 南京矽力杰半导体技术有限公司 同步整流电路及其控制方法
CN106452087A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 陕西亚成微电子股份有限公司 一种同步整流控制电路的整流方法
CN106452087B (zh) * 2016-10-31 2019-01-22 陕西亚成微电子股份有限公司 一种同步整流控制电路的整流方法
CN110391759A (zh) * 2018-04-20 2019-10-29 意法半导体股份有限公司 同步整流电路、对应的装置和方法
CN108551263A (zh) * 2018-06-27 2018-09-18 上海新进半导体制造有限公司 一种自适应副边同步整流的控制装置、方法及能量变换器
WO2020062247A1 (zh) * 2018-09-30 2020-04-02 深圳欣锐科技股份有限公司 同步整流电路和整流装置
CN111953211A (zh) * 2019-05-16 2020-11-17 东南大学 准谐振反激变换器的同步整流控制***及方法
CN111953211B (zh) * 2019-05-16 2022-03-11 东南大学 准谐振反激变换器的同步整流控制***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104811018B (zh) 2019-06-07
US20150103563A1 (en) 2015-04-16
US9236809B2 (en) 2016-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104811018A (zh) 用于同步整流电路的自动定时调整
US8212543B2 (en) Method and systems for conduction mode control
US7906948B2 (en) Threshold voltage monitoring and control in synchronous power converters
US9356535B2 (en) Control method for rectifier of switching converters
CN108649802B (zh) 用于开关转换器的唤醒管理电路和有关的唤醒方法
CN100461597C (zh) 具有弱电流涓流模式的开关电压调节器
US7652945B2 (en) Adaptive zero current sense apparatus and method for a switching regulator
US8026704B2 (en) System and method for controlling a converter
CN103312176B (zh) 具有用于轻负载操作的休眠模式的隔离式回扫转换器
US7053594B2 (en) Adaptive duty cycle limiter and method
US9647562B2 (en) Power conversion with switch turn-off delay time compensation
CN105305818A (zh) 用于开关电源电流采样的***和方法
US20110109283A1 (en) System and method for controlling a converter
CN103956900A (zh) 用于电源变换***中的输出电流调节的***和方法
EP3557744B1 (en) A synchronous rectification circuit, corresponding device and method
US9935547B2 (en) System and method for a switched-mode power supply
WO1998054827A1 (en) Method and circuit for operating a transistor as a rectifier
JP6010257B2 (ja) 電圧を変換するコンバータユニット及び方法
CN104052276B (zh) 自动调整用于开关调节器的零交叉电路的***和方法
CN211296570U (zh) 开关电源控制电路
US20040240243A1 (en) Prediction methods and circuits for operating a transistor as a rectifier
WO1999052200A1 (en) Method and circuit for operating a transistor as a rectifier
CN117856571A (zh) 电流模式控制器以及操作电流模式控制器的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant