CN106411135A - 具有次级侧调节的反激式转换器 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

具有次级侧调节的反激式转换器
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(SOFT SWITCHING FLYBACK CONVERTER WITH PRIMARYCONTROL)”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。
技术领域
本发明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)。
背景技术
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。
发明内容
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IC 101内。在其它可能实施方案中，单独的第一控制器IC 101a及第二控制器IC 101b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IC 101(如图1中所展示)，或在其它实例中可为外部组件，其中IC 101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。可使用包含(不限于)P沟道FET、双极型晶体管(P或N型)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或类似物或其组合的其它类型的开关，其中相应控制电路114及130提供适当开关控制信号SC1及SC2以便致动开关S1及S2。
变压器104包含初级绕组108及次级绕组122，举例来说，通过将初级绕组108及次级绕组122至少部分围绕共同芯结构(未展示)进行缠绕而使其彼此以磁性方式相耦合。另外，变压器104包含辅助绕组118，其(例如)通过也缠绕在共同芯上而以磁性方式耦合到初级绕组108及次级绕组122。初级绕组108包含用以接收输入电压信号VIN的第一端106及被连接到第一开关S1的第一端子或漏极(D)的第二端110。
第一开关S1包含通过电流感测电阻器R1耦合到GND1的第二或源极端子(S)，其将电流感测信号CS提供到第一控制电路114。第一开关S1根据由第一控制电路114提供到其控制端子(例如，栅极G)的信号SC1操作。第一开关S1还包含体二极管，其具有连接到源极端子的阳极及连接到漏极端子的阴极。在操作中，在第一开关控制信号SC1处于第一状态(例如，对于N沟道FET S1来说为高)时，将第一开关S1置于接通状态或条件中以选择性地允许第一开关电流IS1在开关S1的第一与第二端子(D，S)之间流动。在此条件中，电流从输入源102流动到第一端106中，其包含流动通过第一开关S1的电流IS1及与初级绕组108的磁化电感相关联的电流。当第一开关控制信号SC1处于不同的第二状态(例如，低)时，第一开关S1处于防止电流在第一开关端子D与第二开关端子S之间流动的断开状态或条件。
变压器次级绕组122包含经耦合以提供输出电压信号VO以驱动负载125的第一端124，及与第二开关S2耦合的第二端126。第二开关S2包含与次级绕组122的第二端126耦合的第一端子(例如，漏极D)，及耦合GND2的第二端子(例如，源极S)。开关S2还包含经耦合以从第二控制电路130接收第二开关控制信号SC2的第二控制端子(例如，栅极G)，以及体二极管，如图1中所展示。在第二开关控制信号SC2处于第一状态(例如，对于N沟道FET S2来说为高)时，第二开关S2以接通状态或条件操作以允许第二开关电流IS2在其源极端子D与漏极端子S之间(例如，次级绕组122的第二端126与GND2之间)流动。在此配置中，输出电流IO在次级绕组122的第一端124与输出负载125之间流动。在信号SC2处于不同的第二状态(例如，低)时，S2以断开状态或条件操作以防止电流在其源极端子D与漏极端子S之间流动。尽管所说明的实例包含次级绕组122的下端126与第二恒定电压节点GND2之间的下电路分支中的次级侧开关S2，但其中次级侧开关S2连接于上端124与负载125之间的其它实例为可能的，其中下次级绕组端126与GND2耦合。
在图1的实例中，第二开关S2提供同步整流器以减轻将由使用连接于GND2与次级绕组122的端126之间的简单二极管造成的电压降的低效率。在此情形中，第二控制电路130操作为同步整流器控制器以在其中电力被转移到负载125的电力转移循环的部分期间接通开关S2。在其它可能实例中，单独的二极管(未展示)用于电力转移循环期间的电力递送，所述二极管包含连接到GND2的阳极及连接到次级绕组端126的阴极。在此类实施方案中，第二开关S2可如图1中所展示般连接，但在电力转移循环的电力递送部分期间无需由控制电路130接通。在此情形中，单独的二极管可用于在初级侧开关S1在给定电力递送循环中被断开之后允许传导输出电流IO，且由控制电路130致动次级侧开关S2以便提供预定循环开始请求信号以促进输出电压VO的次级侧调节。应了解，此类第二开关S2无需与同步整流器一般大，这是因为将使用单独的二极管转移被递送到负载125的电流IO，且信令第二开关S2将无需相同的电流载送能力。
在此实例中，变压器104的辅助绕组118包含通过电阻器R2经耦合以将表示辅助绕组电压的第一信号VAUX提供到第一控制电路114的第一端118a。可通过分压器直接监测VAUX信号，或通过由连接于辅助绕组与GND1之间的外部电阻器将其转换成成比例的电流来监测VAUX信号。在此实例中，还使用辅助绕组118的第一端118a经由整流器二极管D1及电容器C1将电力提供到第一控制电路114以将DC电压信号VDD递送到第一控制电路114。辅助绕组118进一步包含与GND1耦合的第二端118b。
在反激式转换器100的操作中，断开第二开关S2，且接通第一开关S1以起始电力转移循环，其磁化初级绕组108。当第一控制器114断开S1时，第二控制器130接通第二开关S2，且次级绕组122在第一端124与第二端126之间建立电压，从而引起电流IO流动到输出电容器CO及负载125。在一个实例中，第二控制电路130在次级电流IS2达到零时断开第二开关S2。当第一开关S1及第二开关S2被如此断开时，在第二开关S2的电压(例如，相对于GND2的漏极-源极电压VDS2)中出现谐振隔离或振铃，这是归因于第二开关S2的开关电容(未展示)、次级绕组122的电感与CO的电容之间的电荷转移。此谐振振铃条件导致开关电压信号VDS2中的峰值及波谷(谷值)，其中波谷通常在前几个振铃循环中到达零伏特。在此状态中，此外，谐振振铃也在此开关条件中在跨越第一开关S1的第一漏极-源极开关电压信号VDS1中出现。初级侧开关电压信号VDS1上的振铃波形也可见于表示辅助绕组电压的第一信号VAUX中。在初级侧上，VDS1及VAUX信号中的振铃波形包含通常达到输入电压电平VIN的谐振峰值及通常不会达到零(GND1)的谷值或波谷。应注意，通过在第一开关电压VDS1的波谷处接通第一开关S1来起始随后电力转移循环可减小S1中的硬开关损耗。
第一控制电路114经由输入121接收第一信号VAUX。VAUX信号表示辅助绕组118的电压，且控制电路114可存取与辅助绕组118相关联的信号波形，以便从第二控制电路130检测预定循环开始请求信号的存在或缺失。第一控制电路114以两种模式中的一者进行操作，所述模式包含用于反激式转换器100的初始通电之后的初级侧调节(PSR)的第一模式，以及用于次级侧调节(SSR)的第二模式。在第一模式中，第一控制电路114通过接通及断开第一开关S1起始一或多个电力转移循环。在一个实例中，控制电路114的第一模式操作包含实施峰值电流控制以根据电流感测输入信号CS确定第一开关S1在每一循环期间的总接通时间。在某些实例中，此外，第一控制电路114以第一模式相对于输出电压VO实施开环控制。举例来说，第一控制电路114可根据连续电力转移循环之间的预定时间周期操作。此操作结合第二控制电路130在同步整流器实施方案的情形中的操作(或通过单独次级侧整流器二极管的操作)引起输出电压VO在通过第一控制电路114的开环电力转移操作而通电之后随时间升高。在其它实例中，第一控制电路114的逻辑电路120可根据第一设定点信号或值SP1以第一模式(初级侧调节)实施某一形式的闭环控制。在此情形中，控制电路114可在第一模式中基于辅助绕组电压信号VAUX间接感测或推断输出电压VO。
图2展示包含第一控制逻辑电路120的初级侧控制电路114的实例。第一逻辑电路120可包含任何适当的模拟及/或数字电路，其可编程或可经预先配置以实施本文中陈述的功能。在此实例中，逻辑电路120包含从输入121接收VAUX信号的PSR模式开始逻辑电路200，且其提供布尔输出以基于来源于VAUX信号及第一设定点SP1的间接地感测到的输出电压信息选择性地开始或起始新的电力转移循环。逻辑电路120进一步包含：模式检测电路202，其提供指示接收到VAUX信号中的初始循环开始请求信号的布尔输出信号PSR；以及SSR模式开始逻辑电路204，其提供布尔输出以响应于接收到VAUX信号的预定循环开始请求信号而选择性地开始或起始新的电力转移循环。将电路200、202及204的输出提供为到门逻辑电路的输入，所述门逻辑电路包含反相器206、“与”门208及210及将设定或“S”输入信号提供到正反器214的“或”门212。第一控制逻辑电路120进一步包含峰值电流控制逻辑电路216及欠压锁定(UVLO)故障逻辑电路218及第二“或”门220，第二“或”门220将输出信号PWMSTOP提供到正反器214的复位或“R”输入。正反器“Q”输出将输入提供到驱动器116以产生第一开关控制信号SC1以操作第一开关S1。
欠压故障逻辑电路218接收由图1中的辅助绕组118及整流器电路D1、C1所产生的供应电压信号VDD，且在供应电压VDD小于阈值电平时产生FAULT输出信号作为到“或”门220的输入。电路218在供应电压VDD下降到低于某一电平时防止第一开关S1的操作，且电路218可包含比较器或适于产生FAULT信号的其它电路。当电路120接收到足够的供应电压VDD(FAULT为逻辑高)时，峰值电流控制块216在电流感测信号CS达到预定电平时断言输出信号IPEAK为到“或”门220的逻辑高输入。在一个实例中，峰值电流控制电路216包含比较器，其具有提供IPEAK信号的输出及用于电流感测信号CS及表示第一开关电流信号IS1的预定电平(在每一电力转移循环中将在所述电平下断开第一开关S1)的参考电压信号(未展示)的输入。电路216及218的此操作在高逻辑电平下提供来自“或”门220的PWMSTOP输出信号以便复位正反器214及断开第一开关S1。在此实例中，第一控制电路114实施峰值电流控制以便调节第一开关S1用于起始个别电力转移循环的接通时间。
当在给定电力转移循环中接通开关S1时，电路200、202及204以及逻辑门206到212将设定输入提供到正反器214作为逻辑高信号。在第一控制电路114将以第一模式(PSR)操作时，模式检测块202在逻辑高电平下提供PSR输出。举例来说，当电路114最初通电时，模式检测电路202提供高逻辑PSR输出信号来以第一模式启动电路114。在以第一模式的操作期间，PSR模式PWM开始块200通过在高逻辑电平下周期性地断言其输出(开环控制)或根据经由VAUX信号所推断出的输出电压与第一设定点信号SP1的比较操作以起始电力转移循环。以此方式，“与”门208的输出以第一模式提供逻辑高布尔输出信号作为到“或”门212的输入以通过引起S1被接通而起始电力转移循环的开始。在一个实例中，电路200在VAUX输入达到零(其指示次级绕组122中的电流已达到零)时在逻辑高电平下断言其输出。以此方式，初级侧控制电路114可实施开环控制以在先前循环以第一模式完成之后开始新的电力转移循环。
模式检测块202还监测来自输入121的VAUX信号以便检测从次级侧控制电路130接收到预定循环开始请求信号。一旦已由模式检测块202检测到信号，PSR输出就转到逻辑低电平，其停用“与”门208且通过反相器206启用第二“与”门210。在一个实例中，在此之后，一旦已检测到初始循环开始请求信号，模式检测电路202就将PSR信号维持于逻辑低状态。PSR模式信号的此变化将第一控制电路114的操作从第一模式(初级侧调节)改变成第二模式(次级侧调节)。在第二模式中，SSR模式PWM开始电路204监测来自输入121的用于预定循环开始请求信号的VAUX信号，且响应于接收到开始信号在逻辑高电平下断言其输出。当电路204的输出转到逻辑高电平时，“与”门将高信号提供到“或”门212的第二输入，接着，“或”门212断言正反器214的“S”输入以便接通开关S1且开始新的电力转移循环。如下文进一步解释，次级侧控制电路130可选择性地产生一或多种不同类型的预定循环开始请求信号。在一个实例中，模式检测电路202及SSR模式PWM开始电路204可检测VAUX输入中所识别的两种不同的预定循环开始请求信号中的任一者或对其作出反应。以此方式，控制电路114检测预定循环开始请求信号作为第一输入121处的第一信号VAUX的振铃波形的中断及/或第一输入121处的第一信号VAUX中的尖峰。如本文中所使用，振铃波形的中断包含失真、平坦度、非连续性或振铃波形中的其它中断。
图3展示包含第二控制逻辑电路140的实例的次级侧控制电路130的实例。逻辑电路140可包含任何适当的模拟及/或数字电路，其可编程或可经预先配置以实施本文中陈述的功能。第二控制电路130包含驱动器电路132，其具有将第二开关控制信号SC2提供到第二开关S2的输出133。第二控制电路130还包含与驱动器电路132耦合的第二控制逻辑电路140。逻辑电路140选择性地引起驱动器电路132接通及断开第二开关S2。在一个实例中，第二逻辑电路140引起驱动器132针对作为电力转移循环的部分的同步整流操作致动第二开关S2，且另外以第二模式在每一电力转移循环中再次接通及断开S2以产生预定循环开始请求信号以调节输出电压信号VO。在电力转移循环期间使用单独的次级侧整流器二极管(未展示)的情况下，第二逻辑电路140引起驱动器132在给定电力转移循环中在次级电流IS2返回到零之后接通及断开第二开关S2以产生预定循环开始请求信号以便引起第一控制电路114起始新的电力转移循环(即，如果使用单独的整流器二极管，那么在电力转移期间第二开关S2无需被接通)。
第二逻辑电路140包含第一输入131，其可耦合到第二绕组122以接收表示开关S2的电压的第二开关电压信号VDS2，且还包含第二输入134，其耦合到次级绕组122的第一端124以便接收用于闭环调节操作的输出电压信号VO。在第二操作模式中，第二控制电路130通过操作开关S2产生循环开始请求信号以便通过第一控制电路114控制新的循环起始的时序。以此方式，第二控制电路130根据第二设定点信号或值SP2调节输出电压信号电平VO。在一个实例中，SP1低于SP2。第二设定点SP2可与由第一控制电路114在第一模式中使用的第一设定点SP1相同，但在其它实例中可使用不同的设定点。另外，第二逻辑电路140比较输出电压VO与阈值TH，如图1中所展示。设定点值SP1及SP2及阈值TH可为预定值，或可将外部电路连接端子提供于IC 101上以便允许对这些值中的一或多者的外部控制。
图3中的第二逻辑电路140包含输出电压(VO)调节电路300，其从输入134接收输出电压信号VO且将ENABLE POWER CYCLE布尔输出提供到“与”门306的输入。电路300基于输出电压VO的闭环调节启用电力循环请求，且可单独或与电压调节方案组合实施任何峰值或谷值电流控制方案，以便在ENABLE POWER CYCLE处于逻辑高电平时尝试通过选择性地起始循环开始请求信号将输出电压VO维持在第二设定点电平SP2处。在一个实例中，VO调节电路300包含比较器，其具有被连接到输出电压信号VO及表示设定点SP2的参考电压的输入，且在输出电压信号VO下降到低于调节点SP2时输出将ENABLE POWER CYCLE信号断言为逻辑高。“与”门的输出将设定或“S”输入提供到正反器308。正反器308的“Q”输出将输入提供到“或”门320。“或”门320的输出将输入提供到驱动器132以便操作第二开关S2。以此方式，调节电路300通过起始循环开始请求引起第一控制电路114起始新的电力转移循环而相对于第二设定点SP2提供输出电压信号VO的闭环调节。
逻辑电路140进一步包含发射窗控制电路302，其从输入131接收第二开关电压信号VDS2，且将发射窗输出信号TX WINDOW提供到“与”门306的第二输入。电路302在允许逻辑电路140将信号发射到第一控制电路114时在逻辑高电平下提供TX WINDOW。举例来说，电路302在VDS2信号指示初级侧开关S1被接通时将TX WINDOW信号保持于逻辑低，且由此防止同时接通S1与S2两者。在一个实例中，电路302可通过比较VDS2电压与输出电压VO推断初级侧开关S1已被断开，且在这些电压大体上相等时，次级电流IS 2已达到零且初级侧开关S1被断开。然而，如果VDS2电压信号大于输出电压VO，那么电路302将TX WINDOW信号保持为低，这是因为此条件可暗含初级开关S1被接通。
谷值检测控制电路304还监测VDS2信号且将同步整流器漏极谷值输出信号SRDRAIN VALLEY提供到“与”门306的第三输入。在一个实例中，电路304在在VDS2信号的振铃波形中检测到谷值或局部极小值时在逻辑高电平下提供SRDRAIN VALLEY信号。在此实例中，电路304促进在此类振铃波形中的谷值处或接近谷值处接通开关S2以便减轻开关损耗。
另外，同步整流器接通时间控制电路310接收第二开关控制信号SC2及VDS2，且将布尔接通时间控制信号提供到“或”门314的输入。“或”门314提供同步整流器“断开”信号SROFF以操作正反器308的复位“R”输入以便在SROFF信号为逻辑高时断开开关S2。开关S2的接通时间可被维持为足够短以便减轻损耗，同时足够长以确保第一控制电路114在初级侧上适当接收循环开始请求信号。在某些实例中，接通时间控制电路310可实施预定接通时间值，举例来说，VDS2信号的谐振振铃波形的周期的分数(例如，40％)。在其它实例中，电路310可通过对应IC端子(未展示)从外部电路接收信号以设定第二开关S2的接通时间。
逻辑电路140还包含欠压故障逻辑电路312，其经由控制电路输入134从次级绕组122的第一端124接收输出电压信号VO。故障逻辑电路312在输出电压VO小于阈值电平TH时产生FAULT输出信号作为到“或”门314的输入。阈值TH可为预定值，或可经由IC端子(未展示)从外部电路得到。故障电路312将逻辑高FAULT输出信号提供到“或”门314的输入以便将逻辑高复位信号提供到正反器308，由此在输出电压VO大于或等于阈值TH之前防止第二开关S2的开关操作。在一个实例中，故障电路312包含比较器，其具有被连接到输入134及提供阈值电压信号TH的参考的输入，其中比较器输出提供FAULT信号。
逻辑电路140还包含正常的同步整流器控制电路316，其接收输出电压信号VO及VDS2开关电压信号，且将逻辑高输入提供到“或”门320以引起驱动器132在初级侧第一开关S1被断开不久之后接通第二开关S2，且在电压信号VDS2与GND2大体上相等(其指示通过绕组122的次级电流已达到零)时再次断开开关S2。
还参看图4到7，图4到6中的波形图400、500及600分别说明图1到3的反激式转换器100中的实例信号波形。图400及图4说明辅助电压信号VAUX 402、开关电压信号VDS2 404、第一开关控制信号SC1 406及第二开关控制信号SC2 408以及次级侧电流信号IS2 410，其中初级控制电路114以第一模式进行操作以独立地控制输出电压或以第二模式进行操作(其中尚未请求下一电力循环)。如图4中所见，在给定电力转移循环中，SC1转到低且SC2转到高从而引起电流IS 22朝零斜升。当第二控制电路130检测到IS2在时间T0已达到零时，SC2转到低以便断开开关S2。在一个实例中，正常的SR控制电路316(图3)提供输出以控制开关S2在电力转移循环的第一部分中的接通时间，且断言其到“或”门320的输出(例如，图4中的时间T0处)以便实施正常的同步整流。在T0之后，在IS2电流已返回到零之后，振铃或谐振波形出现于VAUX信号402及VDS2信号404中。
图5展示其中第一控制电路114以第二模式进行操作以用于输出电压VO的次级侧调节的操作。在此情形中，次级控制电路130操作开关S2以在需要新的电力转移循环来调节反激式转换器输出电压VO的时间之后在振铃次级开关电压波形VDS2中的下一谷值处或接近所述谷值处产生预定循环开始请求信号。在此实例中，谷值检测电路304(图3)在时间T1识别VDS2波形404中的谷值或局部极小值。在输出电压调节电路300先前已断言ENABLEPOWER CYCLE信号而指示出于输出电压调节目的需要新的电力转移循环的情况下，谷值检测信号SRDRAIN VALLEY允许来自“与”门306的输出信号在T1处转到逻辑高状态以便接通S1。SR接通时间控制电路310从驱动器132(或从“或”门320的输出)接收对应SC2开关控制信号，且确定开关S2将再次被断开的时间T2。在此实例中，时间T2到T1为所说明的VDS2信号404及VAUX信号402的谐振波形的周期的分数。在此实例中，在VAUX信号402及VDS2信号502的谐振或振铃波形的振荡期间确定所要的新的循环开始时间的情况下，第二控制逻辑电路140在波形404的谷值处或接近所述谷值处操作开关S2以便接通开关S2，由此在信号波形404中产生非连续性或中断504，也在VAUX信号波形402中产生非连续性或中断502。初级侧第一控制电路114监测VAUX信号波形402且检测预定循环开始起始请求信号502作为振铃波形402中的中断。响应于此形式的循环开始请求信号502的检测，电路114通过在T2之后不久接通初级侧第一开关S1起始新的电力转移循环，如图5中所说明。可使用接通初级开关S1的时序实现初级侧上的零电压开关(ZVS)及谷值开关，由此减小开关损耗。接通S2在次级绕组中积聚负电流且从电容器取走少量能量，所述能量随着S2断开将最终循环回到输入。通过随着VIN及VO适当地按比例调整S2接通时间，可在次级绕组122中积聚电流，其可实现初级开关节点110上的零电压开关(ZVS)，从而减小开关损耗。在此过程中，一些能量通过电力变压器104从输出电容器CO再循环回到初级电容。
图6进一步说明在其中在VAUX波形402及VDS2波形404中振铃或谐振振荡已减小之后需要新的电力转移循环的另一情况中，次级控制电路130产生接收为VAUX信号波形402中的尖峰602的循环开始请求信号的操作。在此情况中，上电压调节电路300(图3)在输出电压的闭环调节指示需要新的电力循环时断言其输出信号，且谷值检测电路304先前已在振荡已减小到阈值电平时断言其SRDRAIN VALLEY输出信号。在此情形中，一旦调节器电路300确定需要新的电力转移循环，第二控制电路130就接通S2而无需等待，其中在开关电压信号波形VDS2中大体上不存在振铃。如图6中的信号波形404中所展示，开关S2在时间T1处的此闭合使VDS2电压为零，从而在辅助绕组电压信号VAUX 402中产生对应正尖峰。第一控制电路114检测VAUX信号波形402中的此尖峰且确定已从次级侧控制电路130接收到循环开始请求信号602。作为响应，第一控制电路114在时间T2不久之后接通S1以便在反激式转换器100中起始新的电力转移循环。
图7提供展示操作反激式转换器以实施次级侧调节的过程或方法700的流程图700。在一个实例中，可以上文所描述的图1到3的DCM反激式转换器100实施方法700，或由图8中的双控制器实例实施将方法700且将结合其描述方法700。然而，可以其它系统实施方法700及本发明的其它方法。在图7中的702处，过程700开始于反激式转换器100的通电。首先，在704到708处，控制器114及130以第一模式进行操作以进行初级侧调节。在704处，第一控制器114独立地接通及断开第一开关S1以起始电力转移循环，且监测辅助绕组电压信号VAUX。在此操作期间，在图7中的706处，第二控制器130监测输出电压信号VO。在此第一模式操作期间，此外，次级电路(未展示)中的单独的同步整流器二极管可对变压器104的次级侧执行同步整流，在此情形中，第二控制电路130将第二开关S2维持于断开状态。在其它实例中，在第二开关S2用于有源同步整流的情况下，在图7中的707处，针对如上文所描述的每一电力转移循环，第二控制器130任选地接通第二开关直到次级电流IS2达到零。在708处，第二控制器130确定所检测到的输出电压VO是否小于阈值TH。如果输出电压VO小于阈值TH(708处的是)，那么过程700在704到708处以上文所描述的第一操作模式继续。
一旦第二控制电路130确定输出电压VO已达到或超过阈值TH(708处的否)，那么方法700在709到718处继续以第二模式操作以用于次级侧调节，其中第一控制器114充当等待来自控制器130中所实施的发射器的电力转移循环请求的接收器。在一个实例中，在709处，第二控制电路130任选地产生循环开始请求信号以便将第一控制电路114置于第二操作模式。在此情形中，初始循环开始请求信号(例如，上文的502、602)仅用于向第一控制电路114指示操作模式变化，第一控制电路114不使用第一开关S1立即起始新的电力循环。在其它实例中，第一控制电路114仅等待初始循环开始请求信号502、602且通过接通开关S1开始新的电力转移循环作出响应。在图7中的710处，第二控制电路130确定需要新的电力循环以便调节输出电压信号VO。
在712处，第二控制电路130产生循环开始请求信号以引起第一控制电路114通过两个机制中的一者起始电力循环。在第一情形中，其中在VDS2信号仍振铃或振荡时确定需要新的循环，第二控制电路130在VDS2振铃波形的下一谷值处接通S2。另外，如果谐振或振铃在第二控制电路130确定需要新的电力转移循环时已减弱，那么电路130接通S2而无需等待任何谐振谷值。在714处，第一控制电路114检测来自第二控制电路130的循环开始请求信号作为VAUX信号中的振铃波形的中断或作为在振铃已减弱之后的VAUX信号的尖峰。响应于714处的此信号检测，第一控制电路114在716处通过接通第一开关S1起始新的电力循环。如图7中的718处所说明，在第二开关S2用于发信号通知初级侧控制器114新的循环请求以及用于次级侧上的同步整流两者的情况下，针对每一电力转移循环，第二控制电路130还在次级电流IS2达到零之前接通第二开关S2。以此方式，次级侧控制电路130在每一电力转移循环中以第二操作模式两次接通第二开关S2，其包含用于电力转移期间的同步整流的初始致动以及将循环开始信号提供到初级侧控制电路114的随后致动。在720处方法700继续，且如果控制器114或130在第二模式中具有故障状态(720处的是)，那么在722处停止开关操作，且过程700返回到在702处等待另一通电。如果不存在模式2故障(720处的否)，那么操作在710到718处继续，如上文在用于次级侧调节的第二模式中所描述。
图8展示另一实例反激式转换器100，其具有单独集成电路101a及101b以分别用于初级侧控制电路114及次级侧控制电路130。控制电路114及130促进使用上文所描述的信令技术经由变压器104的辅助绕组118将来自次级侧控制器130及第二IC 101b的电力循环开始请求传达到第一IC 101a中的初级侧控制器114。
上文所描述的电路及方法通过允许次级侧控制电路130与初级侧控制电路114通信以起始电力转移循环促进DCM或其它类型的反激式转换器100的次级侧调节。在某些实例中，次级侧电路130控制递送电力转移循环的时间及频率以便调节被提供到负载125的输出电压或电流。与初级侧控制相比，此方法有利地实现与次级侧控制相关联的所有改进，而无需增加额外电路组件及对应的额外电路板空间及成本。特定来说，次级侧调节反激式转换器可由单个控制器IC 101及变压器104以具有成本效益、面积效益的实施方案构造而成。此技术经扩展以感测初级开关漏极或栅极上的波形或控制器114的电流感测(CS)引脚的特性的变化，举例来说，可由控制电路114通过监测SC1及CS信号来检测初级侧上的通信。就此而言，积累在次级绕组122中的磁化电流转移到初级绕组108导致低于更快dv/dt的初级开关节点110回转。这导致开关S1的栅极端子G及提供电流感测信号CS的源极端子S上的电特性的变化。在其它实例中，可感测开关S1的栅极及源极处的电压以检测来自次级侧控制器130的电力循环请求。在其它实例中，初级侧控制电路114可(例如)通过检测通过接通次级侧开关S2所引起的VAUX信号上的零交叉之间的持续时间检测振铃频率或谐振振荡周期中的变化。在其它可能实例中，第一控制电路114可直接或间接地区别或整合VAUX信号或初级开关节点110上的信号以检测更改的波形，以便从次级侧控制器130识别所请求的循环开始信号。可运用上文所描述的电路及技术来提供对以具有较低数目的组件及较小板空间的低成本实施方案在DCM反激式转换器及其它反激式转换器拓扑中实现SSR的挑战的稳健且可靠的解决方案，同时在无需如同用于控制初级电力开关的光耦合器、磁性或电容性隔离器的任何组件的情况下提供较高的可靠性及稳健性，从而消除这些组件的成本及归因于这些组件的使用的性能/可靠性问题。
上文的实例仅说明本发明的各个方面的若干可能实施例，其中所属领域的技术人员在阅读及理解此说明书及附图之后将想到等效更改及/或修改。在所描述的实施例中，修改为可能的，且在权利要求书的范围内其它实施例为可能的。

Claims (20)

1.一种反激式转换器，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来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。
9.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第一控制电路响应于在所述第一输入处第一次检测到所述预定循环开始请求信号或随后检测到所述预定循环开始请求信号从以所述第一模式进行操作变化到以所述第二模式进行操作。
10.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第一控制电路检测所述预定循环开始请求信号作为所述第一输入处的所述第一信号的振铃波形的中断。
11.根据权利要求10所述的反激式转换器，其中所述第一控制电路检测所述预定循环开始请求信号作为所述第一输入处的所述第一信号中的尖峰。
12.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第一控制电路检测所述预定循环开始请求信号作为所述第一输入处的所述第一信号中的尖峰。
13.根据权利要求1所述的反激式转换器，其中所述第一控制电路及所述第二控制电路包含于单个集成电路中。
14.一种操作被连接到反激式转换器中的变压器的初级绕组的开关的控制电路，所述控制电路包括：
驱动器电路，其包含将开关控制信号提供到所述开关的输出；及
逻辑电路，其与所述驱动器电路耦合，所述逻辑电路包含输入，所述输入可耦合到所述变压器的辅助绕组以接收表示所述辅助绕组的电压的信号；
其中所述逻辑电路可以第一模式操作以独立地引起所述驱动器电路在多个电力转移循环中接通及断开所述开关以将电力递送到所述变压器的次级绕组，所述逻辑电路可以第二模式操作以通过响应于在所述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。
15.根据权利要求14所述的控制电路，其中所述逻辑电路响应于在所述第一输入处第一次检测到所述预定循环开始请求信号或随后检测到所述预定循环开始请求信号从以所述第一模式进行操作变化到以所述第二模式进行操作。
16.根据权利要求14所述的控制电路，其中所述逻辑电路检测所述预定循环开始请求信号作为所述第一输入处的所述第一信号的振铃波形的中断。
17.根据权利要求14所述的控制电路，其中所述逻辑电路检测所述预定循环开始请求信号作为所述第一输入处的所述第一信号中的尖峰。
18.一种操作被连接到反激式转换器中的变压器的次级绕组的开关的控制电路，所述控制电路包括：
驱动器电路，其包含将开关控制信号提供到所述开关的输出；及
逻辑电路，其与所述驱动器电路耦合，所述逻辑电路包含输入，所述输入可耦合到所述次级绕组以接收表示所述开关的电压的开关电压信号；
其中所述逻辑电路产生预定循环开始请求信号以通过引起所述驱动器电路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开关以引起初级侧控制器起始新的电力转移循环来调节所述反激式转换器的输出电压信号。
19.根据权利要求18所述的控制电路，其中在所述反激式转换器通电之后，所述逻辑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开始所述输出电压信号的次级侧调节。
20.根据权利要求18所述的控制电路，
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，那么所述逻辑电路通过在所述给定电力转移循环中接通及断开所述开关来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开关；及
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所述开关电压信号的所述波形中存在振铃，那么所述逻辑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来产生所述预定循环开始请求信号。
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