CN108649801A - 用于在功率转换器中使用的次级控制器和集成电路封装件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在功率转换器中使用的次级控制器，该功率转换器包括：能量传递元件，包括在功率转换器的初级侧上的初级绕组和在所述功率转换器的次级侧上的次级绕组；旁路电容器，被耦合至功率转换器的次级侧；功率开关，被耦合至初级绕组；其中，该次级控制器包括：第一功率电路，被耦合以将电荷从次级侧的第一节点传递至旁路电容器；第二功率电路，被耦合以将电荷从次级侧的第二节点传递至旁路电容器；充电控制电路，被耦合以响应于在旁路电容器两端产生的旁路电压和在第二节点处的电压中的至少一个来控制第一功率电路和第二功率电路中的哪个将电荷传递至旁路电容器。此外，还提供了一种集成电路封装件。

Description

用于在功率转换器中使用的次级控制器和集成电路封装件
本申请是申请日为2014年1月22日，申请号为2014100306962，发明名称为“具有多个功率源的功率转换器控制器”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容涉及功率转换器，且更具体而言，涉及用于隔离式功率转换器的控制电路。
背景技术
开关模式功率转换器(switch mode power converter)被广泛地用在家用器具和工业器具中，以将低频(例如，50Hz或60Hz)高电压交流(ac)输入电压转换成所要求水平的直流(dc)输出电压。例如，开关模式功率转换器可以被包括在通常使用的电子设备(诸如用于移动电子设备的电池充电器)中。因为各种类型的开关模式功率转换器的良好的经调节的输出、高效率和小尺寸以及它们的安全特征和保护特征，所以它们是受欢迎的。开关模式功率转换器的受欢迎的拓扑结构包括：回扫型(flyback)、正向型(forward)、推挽型(push-pull)和全桥型(full bridge)以及包括共振类型的许多其他拓扑结构。
开关模式功率转换器的市场中的挑战是改进功率转换器的效率，同时维持高性能。典型的功率转换器可以包括在运行过程中耗散功率的多种电路部件。例如，功率转换器可以包括在开关模式功率转换器中感测输出电压和控制功率切换以将输出电压调整到所期望的值的控制电路。该功率转换器的一些电路部件(例如，该控制电路)可以从大于适当运行所要求的电压水平被供电。使用大于所要求的电压水平的功率转换器的供电电路部件会导致功率转换器的过度功率耗散和总体效率降低。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于在功率转换器中使用的次级控制器，所述功率转换器包括：
能量传递元件，包括在所述功率转换器的初级侧上的初级绕组和在所述功率转换器的次级侧上的次级绕组，
旁路电容器，被耦合至所述功率转换器的所述次级侧，
功率开关，被耦合至所述初级绕组，
其中，所述次级控制器包括：
第一功率电路，被耦合以将电荷从所述次级侧的第一节点传递至所述旁路电容器；
第二功率电路，被耦合以将电荷从所述次级侧的第二节点传递至所述旁路电容器；
充电控制电路，被耦合以响应于在所述旁路电容器两端产生的旁路电压和在所述第二节点处的电压中的至少一个来控制所述第一功率电路和所述第二功率电路中的哪个将电荷传递至所述旁路电容器。
根据本发明的另一方面，提供了一种集成电路封装件，包括：
根据上述方面的次级控制器；
初级控制器，被耦合以接收所传输的信号，并且响应于所传输的信号来控制功率开关；以及
包封体，其中所述初级控制器和所述次级控制器被布置在所述包封体内。
附图说明
参照下列附图描述了本公开内容的非限制性和非穷举性的实施方案，其中在各个视图中，相同的参考数字指代相同的部分，除非另有规定。
图1是根据本公开内容的示例性的隔离式功率转换器的示意图，该示例性的隔离式功率转换器包括初级控制器、次级控制器和功率开关(power switch)。
图2是根据本公开内容的示例性的集成电路封装件的功能框图，该示例性的集成电路封装件包括示例性的初级控制器、示例性的次级控制器和示例性的功率开关。
图3A-3B是根据本公开内容的用于在启动过程中控制隔离式功率转换器的示例性的方法的流程图。
图4是根据本公开内容的用于在调整过程中控制隔离式功率转换器的示例性的方法的流程图。
图5是根据本公开内容的次级控制器的示例性的充电控制电路的示意图。
图6是根据本公开内容的充电控制电路的示例性的输出电压比较电路的示意图。
图7是根据本公开内容的次级控制器的示例性的第一功率电路的示意图。
图8是根据本公开内容的次级控制器的示例性的第二功率电路的示意图。
图9示出了根据本公开内容的功率转换器的输出电容器和旁路电容器两端的电压的示例性的电压波形以及用于控制该旁路电容器的充电的控制信号的时序图。
在附图的这些视图中，相应的参考标号指示相应的部件。本领域的技术人员将意识到，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以帮助增进对本公开内容的各个实施方案的理解。此外，常常没有描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的普通且公知的元件，以便于较小地妨碍本公开内容的各个实施方案的视图。
具体实施方式
在下文的描述中，阐明了众多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将明了，实践本发明无需采用所述具体细节。在其他情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免模糊本发明。
本说明书全文提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，本说明书全文多处出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述具体特征、结构或特性可在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。具体特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他提供所描述的功能的合适的部件中。此外，应意识到，这里提供的图是为了向本领域普通技术人员解释，并且这些图未必按比例绘制。
根据本公开内容的隔离式功率转换器包括通过能量传递元件(例如，耦合电感器)彼此电流隔离(galvanically isolated)的初级控制器和次级控制器。换言之，施加在输入侧与输出侧之间的dc电压将产生基本为零的电流。
该初级控制器被耦合以控制所述隔离式功率转换器的初级侧上的功率开关，从而控制从所述能量传递元件的初级绕组至该能量传递元件的次级绕组的能量传递。该次级控制器被耦合至该隔离式功率转换器的次级侧上的电路部件。虽然该初级控制器和该次级控制器彼此电流隔离，但该次级控制器可将一个信号传输到该初级控制器，该信号控制该初级控制器如何切换该功率开关以将能量传递到该次级侧。
该隔离式功率转换器的次级侧包括向该次级控制器的电路提供运行功率的旁路电容器。本公开内容的次级控制器可从该次级侧的多个节点使该旁路电容器充电，以将该旁路电容器两端的旁路电压调整在一个足以运行该次级控制器的电路的水平。在这里描述的一个实施例中，该次级控制器可从被连接至该次级绕组的第一节点和被连接至该隔离式功率转换器的输出端的第二节点使该旁路电容器充电。
该次级控制器可响应于多种不同的运行条件(诸如该旁路电压的幅度和/或第二节点处的输出电压的幅度)来选择该第一节点和该第二节点中的哪个使该旁路电容器充电。一般而言，当第二节点处的输出电压不足以使该旁路电容器充电至经调整的旁路电压时，该次级控制器可使用第一节点使该旁路电容器充电至经调整的旁路电压。当第二节点处的输出电压增加到足以使该旁路电容器充电至经调整的旁路电压时，该次级控制器可从使用第一节点转变成使用第二节点。
在该隔离式功率转换器的启动过程中，当输出电压从零伏特的初始值增加时，该次级控制器可使用在第一节点处产生的次级绕组电压来使该旁路电容器充电。在启动过程中，该次级控制器可使用次级绕组电压，因为该隔离式功率转换器的输出电压可以初始地处于不足以使该旁路电容器充电的水平。在启动过程中，响应于在次级绕组处产生的电压，该隔离式功率转换器的输出电压可以增加。一段时间之后，该隔离式功率转换器的输出电压增加至足以使该旁路电容器充电的水平。当输出电压已经达到足以使该旁路电容器充电的电平时，该次级控制器可从使用第一节点使该旁路电容器充电转变成使用第二节点使该旁路电容器充电。
在该隔离式功率转换器的正常运行过程中，该功率转换器的输出电压可以被调整在足以使该旁路电容器充电的水平。因此，在该隔离式功率转换器的正常运行过程中，该次级控制器可继续从次级节点使该旁路电容器充电。然而，在某些情况下，该隔离式功率转换器的输出处的过量的负载(excessive loading)可导致该输出电压下降至不足以使该旁路电容器充电的水平。当该输出电压下降时，该次级控制器可以从使用第二节点使该旁路电容器充电转变回到使用该次级绕组处的第一节点使该旁路电容器充电。然后，该次级控制器可响应于该输出电压达到足以使该旁路电容器充电的水平而转变回到使用第二节点使该旁路电容器充电。
该次级控制器在多个功率源(power source)之间进行选择的能力可提供有效率的旁路电容器充电，因为在该隔离式功率转换器的典型运行过程中，该次级控制器可从相对较低的电压(例如，该输出电压)充电。在多个功率源之间进行选择的能力也可以提供该旁路电容器的可靠充电，因为在运行过程中，当该隔离式功率转换器的较低的充电电压(例如，该输出电压)下降时，该次级控制器可切换至较高的充电电压(例如，该次级绕组)。
现在参照图1-9描述根据本公开内容的示例性的隔离式功率转换器。图1-2例示了一个示例性的隔离式功率转换器，其包括次级控制器，该次级控制器被耦合至多个充电源之间的开关。图3A、3B和4示出了用于在启动过程中和在本公开内容的功率转换器的输出电压已经达到所期望的经调整的输出电压之后运行该功率转换器的方法。图5-8更详细地示出了该次级控制器的示例性的电路。图9例示了在一个示例性的功率转换器的运行过程中的输出电压和旁路电压以及该次级控制器的控制信号。
图1是根据本公开内容的示例性的功率转换器100的示意图。示例性的功率转换器100是具有回扫拓扑结构的隔离式开关模式功率转换器。功率转换器100包括输入端子102-1、102-2(统称“输入端子102”)和输出端子104-1、104-2(统称“输出端子104”)。输入端子102被耦合以接收输入电压VIN 106，输入电压VIN 106可以是经整流且经滤波的ac电压。例如，输入端子102可以被耦合至全桥整流器(full-bridge rectifier)(未示出)和滤波器电容(未示出)，所述全桥整流器和滤波器电容被耦合以对从ac电压源接收的ac电压进行整流和滤波。在一个实施例中，输入电压VIN 106可以是时变(time-varying)dc电压。如所示出的，VIN 106以输入端子102-2为参考，输入端子102-2可被称作“输入返回(input return)102-2”。
输出端子104将输出电压VOUT 108提供至电负载(未示出)，诸如平板电脑设备。在功率转换器100启动之后，功率转换器100可将输出电压VOUT 108的值调整到所期望的经调整的输出电压值(例如，5-12V dc)。启动可以是如下一段时间，该时间从功率转换器100被引入到VIN 106时起，直到功率转换器100的控制电路开始运行以调整功率转换器100的输出电压VOUT 108。因此，输出电压VOUT 108可被称作“经调整的输出电压”。输出端子104被耦合至输出电容器110，以平滑(smooth out)经调整的输出电压VOUT 108。如所示出的，输出电压VOUT 108以输出端子104-2为参考，输出端子104-2可被称作“输出返回104-2”。在一个实施例中，输出电容器110可具有在近似200-600μF范围内的电容值。
如进一步示出的，功率转换器100包括能量传递元件112，能量传递元件112包括初级绕组114和次级绕组116。能量传递元件112被耦合以将电能量从初级线圈114传递至次级线圈116。在一个实施例中，能量传递元件112可以是耦合电感器。电耦合在输入端子102与初级绕组114之间的电路可被称作功率转换器100的“初级侧”。电耦合在次级绕组116与输出端子104之间的电路可被称作功率转换器100的“次级侧”。能量传递元件112提供功率转换器100的初级侧上的电路与功率转换器100的次级侧上的电路之间的电流隔离。因此，施加在功率转换器100的初级侧与次级侧之间的dc电压将产生基本为零的电流。
功率转换器100包括：初级侧控制电路118(在下文称作“初级控制器118”)、次级侧控制电路120(在下文称作“次级控制器120”)和功率开关122。初级控制器118、次级控制器120和功率开关122被包括在集成电路封装件(package)124中，集成电路封装件124在图1中被例示为盒子。
在一个实施例中，集成电路封装件124可以在包封体(encapsulation)内包括第一集成电路芯片(die)和第二集成电路芯片。包封体可以指围绕或封住一个或更多个集成电路芯片和一部分引线框架的罩壳(encasing)和塑模(molding)。第一集成电路芯片可以包括初级控制器118和功率开关122。第二集成电路芯片可以包括次级控制器120。在另一个实施例中，集成电路封装件124可以在包封体内包括3个集成电路芯片。例如，集成电路封装件124可以包括：包括功率开关122的第一集成电路芯片、包括初级控制器118的第二集成电路芯片和包括次级控制器120的第三集成电路芯片。包括初级控制器118的芯片和包括次级控制器120的芯片是彼此电流隔离的。因此，次级控制器120与初级控制器118和功率开关122是电流隔离的。虽然初级控制器118、次级控制器120和功率开关122例示为被包括在单个集成电路封装件中，但在其他实施例中，初级控制器118、次级控制器120和功率开关122中的一个或更多个可位于集成电路封装件之外。例如，功率开关122可被包括在如下集成电路封装件中，该集成电路封装件与包括初级控制器118和次级控制器120二者的另一个集成电路封装件分立。
虽然初级控制器118和次级控制器120是彼此电流隔离的，但初级控制器118和次级控制器120可彼此通信。在一个实施例中，次级控制器120可通过由集成电路封装件124的引线框架的隔离导体(isolatedconductor)形成的磁耦合通信链路来与初级控制器118通信。例如，可使用被包括在集成电路封装件124的引线框架中的电流隔离式传导环(galvanically isolated conductive loop)来实施初级控制器118与次级控制器120之间的通信链路。在另一个实施例中，次级控制器120可通过光耦合通信链路来与初级控制器118通信。
集成电路封装件124外部的电路可以电耦合至集成电路封装件124的封装件端子D126-1、S 126-2、PBP 126-3、FWD 126-4、SR 126-5、BP126-6、GND 126-7、VOUT 126-8和FB126-9(统称“封装件端子126”)。集成电路封装件124的封装件端子126可以包括用于连接至集成电路封装件124外部的电路的传导引脚(conductive pin)和/或传导焊盘(conductivepad)。
封装件端子126可连接至被包括在集成电路封装件124内的功率开关122、初级控制器118和次级控制器120的端子(例如，在集成电路芯片上的端子)。功率开关122包括端子D 128-1和S 128-2。初级控制器118包括端子PBP 128-3。次级控制器120包括端子FWD 128-4、SR 128-5、BP 128-6、GND 128-7、VOUT 128-8和FB 128-9。端子D 128-1、S 128-2、PBP128-3、FWD 128-4、SR 128-5、BP 128-6、GND 128-7、VOUT 128-8和FB 128-9可以是被包括在包括功率开关122、初级控制器118和次级控制器120的集成电路芯片上的传导连接件(conductive connection)。GND端子128-7被耦合至输出端子104-2。在一个实施例中，GND端子128-7可以是用于次级控制器120的输出返回。
如所示出的，初级控制器118被耦合至功率转换器100的初级侧的电路部件，诸如功率开关122。次级控制器120被耦合至功率转换器100的次级侧的电路部件。例如，次级控制器120被耦合至次级绕组116、输出端子104、旁路电容器130、同步整流电路132以及其他电路部件。初级控制器118和次级控制器120控制功率转换器100的电路(例如，功率开关122和同步整流电流132)，以控制从输入端子102到输出端子104的能量传递。
在运行中，本公开内容的次级控制器120接收来自功率转换器100的次级侧的功率。例如，次级控制器120可以接收来自旁路电容器130的功率来运行，旁路电容器130在BP端子128-6处耦合至次级控制器120。次级控制器120包括控制旁路电容器130的充电和控制旁路电容器130两端的旁路电压VBP 134的调整的电路。在一个实施例中，旁路电容器130可具有在近似1-2μF范围内的电容值。在下文进一步详细地描述在启动过程中旁路电容器130的充电和旁路电压VBP 134的调整以及功率转换器100的随后运行。
虽然初级控制器118和次级控制器120是彼此电流隔离的，但次级控制器120可以将使能信号136传输至初级控制器118。例如，次级控制器120可以经由被包括在集成电路封装件124的引线框架中的电流隔离式传导环来传输使能信号136。初级控制器118可以响应于从次级控制器120接收的使能信号136来控制功率开关122的状态。
功率开关122可以是高电压功率开关，它可具有700V至800V范围内的击穿电压。在一个实施例中，功率开关122可以是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，如图2中例示的。如所示出的，功率开关122被耦合至初级绕组114和输入返回102-2。在功率开关122是功率MOSFET的实施例中，功率MOSFET的漏极端子D 128-1可被耦合至初级绕组114，并且功率MOSFET的源极端子S 128-2可被耦合至输入返回102-2，如图2中例示的。
在运行中，初级控制器118控制经过功率开关122和初级绕组114的电流。一般而言，功率开关122可以处于“通(ON)”状态(例如，作为闭合的开关)或“断(OFF)”状态(例如，作为断开的开关)，依赖于由初级控制器118生成的开关驱动信号138。当功率开关122处于通状态(例如，闭合的开关)时，功率开关122可以传导电流。当功率开关122处于断状态(例如，断开的开关)时，当电压被施加在功率开关122两端时，功率开关122不可以传导电流。
当功率开关122处于通状态时，经过初级绕组114的电流增加，从而将能量存储在能量传递元件112中。此外，当功率开关122处于通状态时，在初级绕组114两端产生具有第一极性的初级绕组电压VP 140。当功率开关122处于通状态时，在次级绕组116两端产生与初级绕组电压VP 140具有相反的极性的次级绕组电压VS 142。如这里描述的，当功率开关122处于通状态时，次级控制器120可将能量传递至旁路电容器130。箝位电路144被耦合至能量传递元件112的输入绕组114，从而当功率开关122在通状态与断状态之间转变时，限制功率开关122上的最大电压。
当功率开关122处于断状态时，功率开关122可充当断开的电路，并且基本上防止电流经过功率开关122。当功率开关122从通状态转变到断状态时，次级绕组电压VS 142允许能量被传递至输出电容器110，输出电容器110将功率提供至连接至输出端子104的电负载。在一个实施例中，当功率开关122从通状态转变到断状态时，次级控制器120可以控制同步整流电路132以充当闭合的开关，使得输出电容器110被有效率地充电。例如，在输出电容器110的充电过程中，同步整流电路132的晶体管可充当具有低导通电阻(on-resistance)的闭合的开关，使得同步整流电路132两端的电压降是低的。在输出电容器110的充电过程中，相对于包括无源部件(例如，二极管)而非同步整流电路132的其他转换器拓扑结构，整流电路132两端的低的电压降可以提供效率的增加。虽然在一些实施例中，功率转换器100包括同步整流电路132，但功率转换器100可包括代替同步整流电路132的无源整流部件，诸如二极管。
如所示出的，初级控制器118被耦合至功率开关122，以控制功率开关122的状态。初级控制器118响应于使能信号136来生成驱动功率开关122的开关驱动信号138。在功率开关122是功率MOSFET的实施例中，初级控制器118可被耦合至该功率MOSFET的栅极，如图2中所例示的。在该实施例中，初级控制器118可以施加大于该功率MOSFET的阈电压的栅-源电压，以使该功率MOSFET处于通状态。初级控制器118可以施加小于该功率MOSFET的阈电压的栅-源电压，以使该功率MOSFET处于断状态。
在运行中，初级控制器118接收来自输入端子102和/或初级旁路电容器146的运行功率。当在输入端子102处提供输入电压VIN 106时，初级旁路电容器146可以存储从输入端子102接收的能量。存储在初级旁路电容器146上的能量可被初级控制器118用作运行功率，例如，以响应于从次级控制器120接收的使能信号136来生成开关驱动信号138。在一个实施例中，当功率开关122处于断状态时，初级旁路电容器146可被充电。
次级控制器120将使能信号138传输至初级控制器118，以向初级控制器118指示如何切换功率开关122。具体地，初级控制器118响应于从次级控制器120接收的使能信号136来生成控制功率开关122的状态的开关驱动信号138。次级控制器120可以响应于所感测的功率转换器100的输出(例如，电流和/或电压)来生成使能信号136。例如，图1的次级控制器120感测反馈端子FB 128-9处的反馈电压VFB 148(例如，相对于GND端子128-7)，并且响应于反馈电压VFB 148来生成使能信号136。在一个实施例中，在FB端子128-9处感测的反馈电压VFB 148是由电阻分压器电路150缩放的经缩小的(scaled down)电压，它代表功率转换器100的输出电压VOUT 108。虽然图1的示例性的次级控制器120响应于所感测的功率转换器100的输出电压来生成使能信号136，但要想到，在一些实施例中，次级控制器120可响应于其他所感测的参数(诸如功率转换器100的输出电流和/或输出电压VOUT 108与输出电流IOUT121的组合)来生成使能信号。
在运行中，次级控制器120被耦合以将使能信号136传输至初级控制器118，从而响应于所感测的反馈电压VFB 148来将输出电压VOUT 108调整在经调整的输出电压值处。如果次级控制器120感测到，输出电压VOUT108已经响应于反馈电压VFB 148而下降至小于经调整的输出电压值的一个值，则次级控制器120可生成如下使能信号136，该使能信号136向初级控制器118指示初级控制器118应接通功率开关122。响应于这样的使能信号136，初级控制器118可以接通功率开关122，以使输出电压VOUT108朝着经调整的输出电压值增加。如果输出电压VOUT 108大于或等于所期望的经调整的输出电压，则次级控制器120可生成如下使能信号136，该使能信号136向初级控制器118指示初级控制器118应关断功率开关122。响应于这样的使能信号136，初级控制器118可关断功率开关122，以维持输出电压VOUT 108。
在一个实施例中，次级控制器120使用SR端子128-5来控制同步整流电路132的运行，SR端子128-5经由封装件端子SR 126-5来连接至同步整流电路132的MOSFET开关的栅极。在一个实施例中，次级控制器120通过在SR端子128-5处生成控制同步整流电路132的MOSFET开关的控制电压来控制同步整流电路132。如上文描述的，在一些实施例中，同步整流电路132可被无源整流电路替代。在这些实施例中，SR端子128-5可被从次级控制器120移除。
旁路电容器130被耦合至次级控制器120的旁路端子BP 128-6和接地端子GND128-7。旁路电容器130被耦合以将功率供给至次级控制器120的内部电路系统。例如，旁路电容器130被耦合至BP端子128-6，以将功率供给至次级控制器120的电路，该电路控制同步整流电路132、使能信号136响应于反馈电压VFB148的生成和下文描述的次级控制器内的其他逻辑功能。
这里将在旁路电容器130两端产生的电压称作旁路电压VBP 134。次级控制器120包括调整旁路电压VBP 134的电路，以将旁路电压VBP 134维持在旁路调整电压值VBPREG。在这里描述的一些实施例中，旁路调整电压值VBPREG可以是近似4.4V。旁路调整电压值VBPREG可被设置在如下电压值，该电压值大于旁路电压VBP 134的足以运行次级控制器120的电路的最小值。在一些实施例中，旁路电压VBP 134的足以运行次级控制器120的电路的最小值可以是近似3.9V。
次级控制器120包括：第一功率电路152、第二功率电路154、旁路调整电路156、充电控制电路158和次级切换电路(switching circuit)160。次级切换电路160被耦合以提供针对次级控制器120的多种功能。例如，次级切换电路160可以控制同步整流电路132，并且响应于反馈电压VFB148来生成使能信号136。
次级控制器120被耦合以从正向端子(forward terminal)FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的至少一个使旁路电容器130充电。在图1的示例性的次级控制器120中，正向端子FWD 128-4被耦合至节点162，节点162是次级绕组116的节点。在图1中，输出电压端子VOUT 128-8被耦合至节点163，节点163被耦合至功率转换器100的输出端子104-1，输出端子104-1供给经调整的输出电压VOUT 108。因此，图1的示例性的次级控制器120被耦合，以从功率转换器100的次级侧的节点162和163中的至少一个使旁路电容器充电。虽然在图1中，正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8被耦合至节点162和节点163，但要想到，正向端子FWD 128-4和/或输出电压端子VOUT 128-8可被连接至功率转换器100的其他节点。因此，要想到，在一些实施例中，次级控制器120可从功率转换器100的次级侧上不同于节点162和节点163的节点使旁路电容器130充电。
如上文描述的，次级控制器120被耦合以从节点162和节点163中的至少一个使旁路电容器130充电。换种方式说，次级控制器120被耦合以将电荷从正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的至少一个传递至旁路端子BP 128-6，以使旁路电容器130充电。次级控制器120包括如下电路，通过该电路，电荷被从正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的至少一个传递至旁路电容器130。例如，第一功率电路152和第二功率电路154是如下电路，通过该电路，电荷被传递至旁路电容器130。
当第一功率电路152被使能时，第一功率电路152可以将电荷从正向端子FWD 128-4传递至旁路端子BP 128-6，并且当第二功率电路154被使能时，第二功率电路154可以将电荷从输出电压端子VOUT 128-8传递至旁路端子BP 128-6。第一功率电路152可以使正向端子FWD 128-4从旁路端子BP 128-6脱离，使得当第一功率电路152被禁用时，基本上没有电荷从正向端子FWD 128-4传递至旁路端子BP 128-6。类似地，第二功率电路154可以使输出电压端子VOUT 128-8从旁路端子BP 128-6脱离，使得当第二功率电路154被禁用时，基本上没有电荷从输出电压端子VOUT 128-8传递至旁路端子BP 128-6。图1中的虚线164例示了第一功率电路152被耦合至正向端子FWD 128-4和旁路端子BP 128-6，以将电荷从正向端子FWD 128-4传递至旁路端子BP 128-6。图1中的虚线166例示了第二功率电路154被耦合至输出电压端子VOUT 128-8和旁路端子BP 128-6，以将电荷从输出电压端子VOUT 128-8传递至旁路端子BP128-6。
次级控制器120也包括如下电路，该电路控制正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的哪个被用于使旁路电容器130充电。例如，次级控制器120包括充电控制电路158，充电控制电路158控制正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的哪个将电荷传递至旁路端子BP 128-6，以使旁路电容器130充电。充电控制电路158可以通过使能/禁用第一功率电路152和第二功率电路154来控制正向端子FWD128-4和输出电压端子VOUT128-8中的哪个使旁路电容器130充电。
在运行中，充电控制电路158可以基于多种条件来控制正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的哪个使旁路电容器130充电。在一个实施例中，充电控制电路158可以响应于输出电压VOUT 108相对于旁路电压VBP 134的幅度来控制正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的哪个使旁路电容器130充电。例如，充电控制电路158可以基于输出电压VOUT 108和旁路电压VBP 134的相对幅度来选择正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-8中的哪个被用于使旁路电容器130充电。在一个实施例中，当输出电压VOUT108比旁路电压VBP134大一个阈电压(在这里称作“阈电压VTH”)时，充电控制电路158可以选择输出电压端子VOUT 128-8(即，选择第二功率电路154)来使旁路电容器130充电。否则，当输出电压VOUT 108在旁路电压VBP 134的阈电压VTH内或小于旁路电压VBP 134时，充电控制电路158可以选择正向端子FWD 128-4(即，选择第一功率电路152)来使旁路电容器130充电。
次级控制器120也可以包括旁路调整电路156，旁路调整电路156感测旁路电压VBP134，并且向充电控制电路158指示旁路电压VBP 134是大于还是小于旁路调整电压值VBPREG。充电控制电路158可以响应于旁路电压VBP 134是大于还是小于旁路调整电压值VBPREG，通过使能/禁用第一功率电路152和第二功率电路154中所选定的一个来控制正向端子FWD 128-4和输出电压端子VOUT 128-4中的哪个使旁路电容器130充电。例如，充电控制电路158可以响应于确定旁路电压VBP 134已经下降到旁路调整电压值VBPREG以下的一个值，来使能第一功率电路152和第二功率电路154中所选定的一个，以使旁路电容器130充电，从而使得旁路电压VBP 134等于或大于旁路调整电压值VBPREG。当旁路电压VBP 134大于或等于旁路调整电压值VBPREG时，充电控制电路158可以禁用第一功率电路152和第二功率电路154中所选定的一个，使得旁路电压VBP 134不被充电至大于旁路调整电压值VBPREG的电压。
现在关于图2更详细地描述包括在次级控制器120中的电路的运行。图2示出了示例性的集成电路封装件224，集成电路封装件224包括：功率开关222(例如，功率MOSFET222)、示例性的初级控制器218和示例性的次级控制器220。集成电路封装件224外部的电路可以电耦合至集成电路封装件224的封装件端子D 226-1、S 226-2、PBP 226-3、FWD 226-4、SR 226-5、BP 226-6、GND 226-7、VOUT 226-8和FB 226-9(统称“封装件端子226”)。
封装件端子226可以连接至被包括在集成电路封装件224的内部上的功率开关222、初级控制器218和次级控制器220的端子(例如，在集成电路芯片上的端子)。功率开关222包括漏极端子D 228-1和源极端子S228-2。初级控制器218包括初级旁路端子PBP 228-3。次级控制器220包括：正向端子FWD 228-4、同步整流器端子SR 228-5、旁路端子BP228-6、接地端子GND 228-7、输出电压端子VOUT 228-8和反馈端子FB228-9。漏极端子D 228-1、源极端子S 228-2、初级旁路端子PBP 228-3、正向端子FWD 228-4、同步整流器端子SR 228-5、旁路端子BP 228-6、接地端子GND 228-7、输出电压端子VOUT 228-8和反馈端子FB 228-9可以是在包括功率开关222、初级控制器218和次级控制器220的集成电路芯片上所包括的传导连接件。封装件端子226可被以与图1中例示的类似的方式连接至功率转换器。因此，在下文可参照图1的功率转换器100的部件来描述集成电路封装件224。
次级控制器220包括：第一功率电路252、第二功率电路254、旁路调整电路256、充电控制电路258和次级切换电路260。次级切换电路260被耦合以提供次级控制器220的多种功能。例如，次级切换电路260可以生成控制信号USR 268，控制信号USR 268控制同步整流电路132，同步整流电路132可被耦合至同步整流器端子SR 228-5。
次级切换电路260被耦合以将使能信号UEN 236传输至初级控制器218，从而响应于所感测的反馈信号UFB 270来将输出电压VOUT 108调整在经调整的输出电压值处。次级切换电路260可以接收反馈信号UFB 270，反馈信号UFB 270代表功率转换器100的输出参数(例如，电压和/或电流)。在一个实施例中，反馈信号UFB 270是由次级切换电路260感测的反馈电压。次级切换电路260可响应于反馈信号UFB 270来生成使能信号UEN 236。初级控制器218被耦合以接收使能信号UEN 236，并且响应于使能信号UEN 236来控制功率开关222，以调整输出电压VOUT 108。次级切换电路260可以通过由磁耦合通信链路提供的磁耦合来将使能信号UEN236传输到初级控制器218，该磁耦合通信链路由集成电路封装件224的引线框架的隔离导体形成。
第一功率电路252被耦合至正向端子FWD 228-4和旁路端子BP228-6，以将电荷从正向端子FWD 228-4传递至旁路端子BP 228-6。第二功率电路254被耦合至输出电压端子VOUT 228-8和旁路端子BP 228-6，以将电荷从输出电压端子VOUT 228-8传递至旁路端子BP228-6。第一功率电路252可以处于使能状态(enabled state)或禁用状态(disabledstate)。类似地，第二功率电路254可以处于使能状态或禁用状态。充电控制电路258被耦合至第一功率电路252和第二功率电路254，以控制第一功率电路252和第二功率电路254的状态。
关于图2，充电控制电路258被耦合以生成控制信号US1 272来使能/禁用第一功率电路252。充电控制电路258被耦合以生成控制信号US2 274和UVOUTCOMP 276来使能/禁用第二功率电路254。在下文更详细地描述关于控制信号US1 272、US2 274和UVOUTCOMP 276由充电控制电路258的生成以及第一功率电路252和第二功率电路254对控制信号US1 274、US2 274和UVOUTCOMP 276的响应的细节。
当第一功率电路252处于使能状态时，第一功率电路258可以将电荷从正向端子FWD 228-4传递至旁路端子BP 228-6，来使旁路电容器130充电。当第一功率电路252处于禁用状态时，第一功率电路252可以使正向端子FWD 228-4从旁路端子BP 228-6脱离，使得电荷不被从正向端子FWD 228-4传递至旁路电容器130。当第二功率电路254处于使能状态时，第二功率电路254可以将电荷从输出电压端子VOUT 228-8传递至旁路端子BP 228-6，来使旁路电容器130充电。当第二功率电路254处于禁用状态时，第二功率电路254可以使输出电压端子VOUT 228-8从旁路端子BP 228-6脱离，使得电荷不被从输出电压端子VOUT 228-8传递至BP端子228-6。
在一个实施例中，充电控制电路258可以使能第一功率电路252同时禁用第二功率电路254，使得由正向端子FWD 228-4使旁路电容器130充电。在另一个实施例中，充电控制电路258可以使能第二功率电路254同时禁用第一功率电路252，使得由输出电压端子VOUT228-8使旁路电容器130充电。在另一个实施例中，充电控制电路258可以禁用第一功率电路252和第二功率电路254二者，使得由第一功率电路252和第二功率电路254抑制从正向端子FWD 228-4和输出电压端子VOUT 228-8二者至旁路电容器130的电荷传递。在另一个实施例中，充电控制电路258可以使能第一功率电路252和第二功率电路254二者，使得由正向端子FWD 228-4和输出电压端子VOUT 228-8使旁路电容器130充电。
次级控制器220包括旁路调整电路256，旁路调整电路256在旁路端子BP 228-6处感测VBP 134，并且响应于旁路电压VBP 134的值来生成控制信号UBPREG 278。控制信号UBPREG278是指示旁路电压VBP 134是否被维持在旁路调整电压值VBPREG处的信号。例如，控制信号UBPREG 278可以是指示旁路电压VBP 134是大于还是小于旁路调整电压值VBPREG的数字控制信号。如下文描述的，充电控制电路258可以响应于控制信号UBPREG 278来控制旁路电容器130的充电，控制信号UBPREG 278指示旁路电压VBP 134是大于还是小于旁路调整电压值VBPREG。
充电控制电路258响应于这里描述的多种条件来控制第一功率电路252和第二功率电路254中的哪个将电荷传递至旁路电容器130。一般而言，充电控制电路258响应于旁路电压VBP 134和输出电压VOUT 108来控制第一功率电路252和第二功率电路254的状态。充电控制电路258可以基于输出电压VOUT 108的幅度相对于旁路电压VBP 134的幅度来选择第一功率电路252和第二功率电路254中的哪个使能和禁用。充电控制电路258可以基于旁路电压VBP 134是否小于旁路调整电压值VBPREG(如由UBPREG 278所指示的)来确定是否使能所选定的功率电路。在下文更详细地描述通过充电控制电路258对第一功率电路252和第二功率电路254的选择以及通过充电控制电路258对第一功率电路252和第二功率电路254的状态的控制。
充电控制电路258可以响应于输出电压VOUT 108的幅度相对于旁路电压VBP 134的幅度来选择第一功率电路252和第二功率电路254中的哪个将电荷传递至旁路电容器130。例如，当输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大(例如，大一个阈电压量VTH)时，充电控制电路258可以选择第二功率电路254来使旁路电容器130充电，因为输出电压VOUT 108可以处于足以使旁路电容器130充电的幅度。作为另一个实施例，当输出电压VOUT 108下降到可能不足以使旁路电容器130充电的值时，充电控制电路258可以选择第一功率电路252来使旁路电容器130充电。
充电控制电路258可以响应于指示旁路电压VBP 134已经下降到旁路调整电压值VBPREG以下的UBPREG信号来使能所选定的功率电路。使能所选定的功率电路可以导致旁路电压VBP 134的值朝着旁路调整电压值VBPREG增加。替代地，充电控制电路258可以响应于指示旁路电压VBP 134大于或等于旁路调整电压值VBPREG的UBPREG信号来禁用第一功率电路252和第二功率电路254，使得旁路电压VBP 134不被充电至基本上超过旁路调整电压值VBPREG的值。
如所示出的，旁路电压端子BP 228-6被耦合以连接至次级控制器220外部的旁路电容器130。旁路电容器130将功率供给至次级控制器220的电路。例如，旁路电容器130被耦合至旁路端子BP 228-6，以将功率供给至充电控制电路258、旁路调整电路256和次级切换电路260。
在功率转换器100的启动过程中，例如，当输入电压VIN 106被引入至输入端子102时，旁路电压VBP 134可以是相对低的电压值(例如，近似零伏特)，因为旁路电容器130可以初始地是未充电的或仅少量充电的。因此，在启动时，旁路电容器130可能不会供应足以运行次级控制器220的电路(诸如充电控制电路258、旁路调整电路256和次级切换电路260)的功率。在下文详细地描述在启动过程中功率开关222、初级控制器218和次级控制器220的运行。
在启动时，从输入电压VIN 106接收功率的初级控制器218开始在断状态与通状态之间切换功率开关222的状态。功率开关222的切换开始将能量传递至功率转换器100的次级侧。因为在启动时旁路电压VBP 134可能初始地不足以运行次级切换电路260，所以次级切换电路260可能不会接收到足以将使能信号UEN 236传输至初始控制器218的功率。因此，在启动时，初级控制器218可以初始在不从次级控制器220接收使能信号UEN 236的情况下切换功率开关222。
在启动过程中，当功率开关222处于通状态时，第一功率电路252可以经由旁路端子BP 228-6将电荷传递至旁路电容器130。以这种方式，初级控制器218可以在启动过程中控制功率开关222切换状态，以经由第一功率电路252使旁路电容器130充电。在启动过程中，当初级控制器218控制功率开关222以切换状态时，输出电容器110也可被充电。
在启动时，如果输出电压VOUT 108是相对低的电压(例如，小于旁路电压VBP 134与阈电压VTH的总和)，则第二功率电路254可以被禁用。虽然在启动时如果输出电压VOUT 108是相对低的则第二功率电路254可以被禁用，但旁路电容器130仍可以通过第一功率电路252从正向端子FWD 228-4进行充电，同时输出电压VOUT 108朝着足以使旁路电容器130充电(例如，大于旁路电压VBP 134与阈电压VTH的总和的电压)的所期望的经调整的输出电压值继续充电。
由旁路电容器130供电的次级控制器220的电路可被配置以在启动之后当旁路电压VBP 134初始达到旁路调整电压值VBPREG时开始运行。例如，当在启动之后旁路电压VBP 134初始达到旁路调整电压值VBPREG时，充电控制电路258、旁路调整电路256和次级切换电路260可以开始运行。在启动之后，在次级控制器220的电路开始运行之后，旁路电压VBP 134可由次级控制器220的电路来调整在旁路调整电压值VBPREG，如这里描述的。在启动之后，次级控制器220的电路可以继续如这里描述的那样运行，除非出现旁路电压VBP 134下降到次级控制器220的电路(例如，逻辑电路)的最小运行电压(例如，3.9V)以下的情况。
在运行中，旁路调整电路256被耦合以监测旁路电压VBP 134，并且当旁路电压VBP134达到旁路调整电压值VBPREG的值时向充电控制电路258指示。在启动过程中响应于旁路电压VBP 134达到或超过旁路调整电压值VBPREG，旁路调整电路256可以生成控制信号UBPREG278，控制信号UBPREG 278向充电控制电路258指示旁路电压VBP 134已经达到旁路调整电压值VBPREG。响应于控制信号UBPREG 278指示旁路电压VBP 134已经达到旁路调整电压值VBPREG，充电控制电路258禁止使旁路电容器130充电。在上文描述的实施例中，如果在启动过程中第一功率电路252被使能，则充电控制电路258将使用控制信号US1 272来禁用第一功率电路252。第一功率电路可以响应于禁用控制信号US1 272来使正向端子FWD228-4从BP端子228-6脱离。如上文描述的，当第一功率电路252和第二功率电路254二者都被禁用时，旁路电压VBP134可被维持在近似旁路调整电压值VBPREG处一段时间。
如果在旁路电容器130将功率提供至次级控制器220的电路时，旁路电压VBP 134下降回到旁路调整电压值VBPREG以下，则旁路调整电路256可以生成指示旁路电压VBP 134已经下降到旁路调整电压值VBPREG以下的信号。例如，响应于感测到旁路电压VBP 134已经下降至小于旁路调整电压值VBPREG的电压，控制信号UBPREG 278向充电控制电路258指示旁路电压VBP134小于旁路调整电压值VBPREG。在输出电压VOUT 108不足以使旁路电容器130充电(例如，输出电压VOUT 108小于旁路电压VBP 134与阈电压VTH的总和)的情况下，充电控制电路258可以响应于指示旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG的控制信号UBPREG 278来使能第一功率电路252。例如，充电控制电路258可以生成使能第一功率电路252的控制信号US1 272。然后第一功率电路252可以响应于控制信号US1272来转变到使能状态。当在使能状态中运行时，第一功率电路252可以将电荷从正向端子FWD 228-4传递至BP端子228-6，来使旁路电容器130充电，使得旁路电压VBP 134被恢复到旁路调整电压值VBPREG。
在输出电压VOUT 108不足以使旁路电容器130充电的实施例中，充电控制电路258可以继续使能和禁用第一功率电路252，以将旁路电压VBP 134调整在旁路调整电压值VBPREG，如上文描述的，直到输出电压VOUT 108已经达到足以使旁路电容器130充电的值。在充电控制电路258已经继续使能和禁用第一功率电路252的一段时间之后，输出电压VOUT108增加至大于旁路电压VBP 134的电压值。然后当输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大(例如，大一个阈电压VTH)时，输出电压VOUT 108可被用于使旁路电容器130充电。
充电控制电路258被耦合以确定何时输出电压VOUT 108处于足以使旁路电容器130充电的电压。例如，当输出电压VOUT 108具有比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH的值时，充电控制电路258可以确定输出电压VOUT 108处于足以使旁路电容器130充电的电压。当使用第二功率电路254使旁路电容器130充电时，该阈电压VTH可以是在输出电压端子VOUT 228-8与旁路端子BP 228-6之间的第二功率电路254两端下降的电压量。在这里描述的一些实施例中，该阈电压VTH可以是近似0.4V。因此，在充电控制电路258使用第一功率电路252将旁路电压VBP 134调整至旁路调整电压值VBPREG(例如，4.4V)的情况下，当输出电压VOUT 108已经达到旁路调整电压值VBPREG加上该阈电压VTH(例如，4.8V或更大)时，输出电压端子VOUT228-8可以变得能够使旁路电容充分地充电。
当确定输出电压VOUT 108已经达到足以使旁路电容器130充电的值时，充电控制电路258可以选择第二功率电路254来使旁路电容器130充电。换言之，充电控制电路258可以控制第二功率电路254的状态来调整旁路电压VBP 134。例如，当信号UBPREG 278指示旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG时，为了将旁路电压VBP 134调整至旁路调整电压值VBPREG，充电控制电路258可以使能第二功率电路254来使旁路电容器130充电。此外，当信号UBPREG 278指示旁路电压VBP 134大于旁路调整电压值VBPREG时，充电控制电路258可以禁用第二功率电路254以抑制旁路电容器130的充电。
当选择第二功率电路254使旁路电容器130充电时，充电控制电路258可以禁用第一功率电路252，使得第一功率电路252不从正向端子FWD 228-4使旁路电容器130充电，甚至当旁路电压VBP 134下降到旁路调整电压值VBPREG以下时。使用输出电压VOUT端子228-8来使旁路电容器130充电可以比使用正向端子FWD 228-4来使旁路电容器130充电更有效率，因为输出电压VOUT 108可以通常比在次级绕组116的节点162处所产生的电压具有更低的电压值。例如，输出电压VOUT 108可以在5-12V范围内，而在次级绕组116处产生的电压可以达到15-50V。
依赖于次级控制器220的电路是如何实施的，通过充电控制电路258来禁用和使能第一功率电路252和第二功率电路254的时序可以有所不同。在一个实施例中，充电控制电路258可以在禁用第一功率电路252之前使能第二功率电路254，使得第一功率电路252和第二功率电路254二者都同时被用于使旁路电容器130充电。在另一个实施例中，充电控制电路258可以在禁用第一功率电路252之后使能第二功率电路254，使得第一功率电路252和第二功率电路254二者都独立地被用于使旁路电容器130充电。依赖于次级控制器220的电路是如何实施的，禁用第一功率电路252与使能第二功率电路254之间的时间量可以有所不同。
在启动之后，当输出电压VOUT 108正被调整时，输出电压VOUT 108可以通常被维持在大于旁路电压VBP 134的值(例如，至少是旁路电压VBP 134加上该阈电压VTH的值)。因此，在典型的运行过程中，输出电压VOUT 108可被维持在足以使旁路电容器130充电的电压。如果在功率转换器100的运行过程中，输出电压VOUT 108被维持在大于旁路电压VBP134加上该阈电压VTH的值，则充电控制电路258可以将第一功率电路252维持在禁用状态，并且控制第二功率电路254，以通过从输出电压端子VOUT 228-8使旁路电容器130充电来在旁路端子226-6处调整旁路电压VBP 134。
然而，在一些情况下，输出电压VOUT 108的值可以减小到不足以使旁路电容器130充电的电压。例如，输出电压VOUT 108可以下降至旁路电压VBP 134的阈值内或小于旁路电压VBP 134的值。在一个实施例中，由于由连接至输出端子104的电负载汲取的功率增加，输出电压VOUT 108可以下降至这样的值。
在输出电压VOUT 108减小到不足以使旁路电容器130充电的电压值(例如，在旁路电压VBP 134的阈电压VTH内)的情况下，充电控制电路258可以禁用第二功率电路254并且使能第一功率电路252，以如上文描述的那样使用正向端子FWD 228-4将旁路端子BP 228-6充电至旁路调整电压值VBPREG。在正向端子FWD 228-4处产生的相对于近来减小的输出电压VOUT108而言较高的电压可以使旁路电容器130充电，同时输出电压VOUT 108增加回到所期望的经调整的输出电压。
在第二功率电路254被禁用并且充电控制电路258控制第一功率电路252来维持旁路电容器130上的电荷的一段时间之后，输出电压VOUT 108可以增加回到大于旁路电压VBP134的值。在输出电压VOUT 108增加到大于旁路电压VBP 134加上阈电压VTH的电压值之后，充电控制电路258可以控制(例如，使能/禁用)第二功率电路来从输出电压端子VOUT 228-8使旁路电容器130充电。充电控制电路258也可以禁用第一功率电路252，以停止从正向端子FWD 228-4使电容器130充电。
在功率转换器100的运行过程中，充电控制电路158和旁路调整电路256可以继续监测旁路电压VBP 134和输出电压VOUT 108。通常，在输出电压VOUT 108已经达到所期望的经调整的输出电压值之后，输出电压VOUT 108可以趋向于保持在比旁路电压VBP 134大至少该阈值VTH的值。因此，在功率转换器100的运行过程中，第一功率电路252可以趋向于维持在禁用状态，同时第二功率电路254通过充电控制电路258而在使能状态与禁用状态之间来回转变，依赖于旁路电压VBP 134何时下降到旁路调整电压VBPREG以下。虽然在功率转换器100的典型的运行过程中可以禁用第一功率电路252(例如，在输出电压VOUT 108已经达到所期望的经调整的输出电压之后)，但充电控制电路258可以在输出电压VOUT108下降至不足以使旁路电容器130充电的情况下使能第一功率电路252。
在一些实施例中，充电控制电路258可以包括当旁路电压VBP 134下降至如下值时使能第二功率电路254的电路，该值接近旁路电压VBP 134的足以运行次级控制器220的电路的最小值(例如，3.9V)。在这里可将接近旁路电压VBP 134的最小值的电压值称作最小旁路电压值VBPMIN。最小旁路电压值VBPMIN可以是如下电压值，该电压值稍大于旁路电压VBP134的足以运行次级控制器220的电路(例如，逻辑门)的最小值。例如，当旁路电压VBP 134的足以运行次级控制器220的电路的最小值为近似3.9V时，最小旁路电压值VBPMIN可被选择成近似4.1V。因此，如果旁路电压VBP 134下降到最小旁路电压值VBPMIN(例如，4.1V)以下，则次级控制器220可以转变成使用第一功率电路252来使旁路电容器130充电。在下文更详细地(例如，参照图5)描述示例性的充电控制电路258的运行。在一种意义上，充电控制电路258的、在旁路电压VBP 134小于最小旁路电压值VBPMIN时使能第一功率电路252以使旁路电容器130充电电路可被视为，保证旁路电压VBP 134不下降到次级控制器220的电路的最小运行电压以下的电路。
图3A-3B示出了根据本公开内容的用于在启动过程中控制隔离式功率转换器的示例性的方法300。在启动过程中，可以假设旁路电压VBP 134可以是相对低的电压值(例如，近似零伏特)，因为旁路电容器130可以是初始未充电的或仅少量充电的。因此，在启动时，旁路电容器130可能不会供给足以运行次级控制器220的电路(诸如充电控制电路258、旁路调整电路256和次级切换电路260)的功率。
从框302中开始之后，在框304中，功率转换器100被耦合至ac源，使得输入电压VIN106被提供至输入端子102。在框306中，初级控制器218接收来自输入电压VIN 106的功率。在框308中，初级控制器218开始在通状态与断状态之间切换功率开关222的状态，以开始将能量传递至功率转换器100的次级侧。在框310中，输出电容器110开始充电，同时初级控制器218切换功率开关222的状态。在框312中，次级控制器220从次级绕组116的节点162使旁路电容器130充电，同时初级控制器218切换功率开关222的状态。
在框314中，旁路电容器130被充电至旁路调整电压值VBPREG。次级控制器220的电路可以被配置成在启动过程中当旁路电压VBP 134已经达到旁路调整电压值VBPREG时开始初始运行。在框316中，次级控制器220确定输出电压VOUT 108是否比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH。如果输出电压VOUT 108未比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH，则次级控制器220继续从次级绕组116上的节点162使旁路电容器130充电。如果输出电压VOUT 108比旁路电压VBP134大一个阈电压VTH，则次级控制器220由从次级绕组116上的节点162使旁路电容器130充电转变成框318中的从输出端子104-1使旁路电容器充电。在框320中，方法300结束。
图4示出了根据本公开内容的用于在隔离式功率转换器已经达到所期望的经调整的输出电压之后控制该隔离式功率转换器的示例性的方法400。在方法400开始之前，可以假设次级控制器220已经使旁路电容器130充电至旁路调整电压值VBPREG，并且假设输出电压VOUT 108已经达到比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH的值，使得次级控制器220使用输出端子104-1使旁路电容器130充电。
在框402中，功率转换器100将输出电压VOUT 108调整在所期望的经调整的输出电压。在框404中，次级控制器220通过从输出端子104-1(即，输出电压VOUT 108)使旁路电容器130充电来将旁路电压VBP 134调整在旁路调整电压值VBPREG。
如果在框406中旁路电压VBP 134下降到最小旁路电压值VBPMIN以下，则在框408中次级控制器220转变至使用次级绕组116上的节点162来使旁路电容器130充电。如果在框406中旁路电压VBP 134被维持在大于最小旁路电压值VBPMIN的值，则在框410中方法400继续。如果在框410中输出电压VOUT 108下降至旁路电压VBP 134的阈电压VTH内的电压值，则在框408中次级控制器转变成使用次级绕组116上的节点162来使旁路电容器130充电。
如果在框410中输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大阈电压VTH并且在框412中旁路电压VBP 134大于旁路调整电压值VBPREG，则次级控制器220禁止使旁路电容器130充电(例如，通过禁用第二功率电路254)，并且在框402中方法400继续。如果在框410中输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大阈电压VTH并且在框412中旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG，则次级控制器220通过使能第二功率电路254来使旁路电容器130充电。
图5-8示出了充电控制电路258、第一功率电路252和第二功率电路254的详细的实施例。图9示出了示例性的输出电压VOUT 108的波形和旁路电压VBP 134的波形以及针对控制信号UVOUTCOMP、UVBCOMP、UBPREG、US1和US2的时序图。图9的波形和时序图以图形例示了图5中例示的电路的运行。在下文详细地描述图5-9。
如上文描述的，旁路调整电路256接收旁路电压VBP 134并且输出数字控制信号UBPREG 278。一般而言，旁路调整电路256生成控制信号UBPREG278，控制信号UBPREG 278指示旁路电压VBP 134相对于旁路调整电压值VBPREG的幅度。如果旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出高UBPREG信号，该高UBPREG信号可以向充电控制电路258指示，充电控制电路258应使能第一功率电路252和第二功率电路254中的一个来使旁路电容器130充电，以使旁路电压VBP 134朝着旁路调整电压值VBPREG增加。如果旁路电压VBP 134大于或等于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出低UBPREG信号，该低UBPREG信号可以向充电控制电路258指示，充电控制电路258应禁止充电，因为旁路电压VBP 134已经达到或超过旁路调整电压值VBPREG。
图5示出了示例性的充电控制电路258的功能框图。充电控制电路258包括输出电压比较电路500、旁路电压比较电路502和多个逻辑门。充电控制电路258接收电压VOUT 108和VBP 134。充电控制电路258也接收来自旁路调整电路256的数字控制信号UBPREG。充电控制电路258输出控制第一功率电路252的状态的数字控制信号US1 272。充电控制电路258输出控制第二功率电路254状态的数字控制信号US2 274和UVOUTCOMP276。
在运行中，旁路电压比较电路502接收旁路电压VBP 134并且输出逻辑控制信号UVBCOMP 504，逻辑控制信号UVBCOMP 504指示旁路电压VBP134是大于还是小于最小旁路电压值VBPMIN。如果旁路电压VBP 134大于最小旁路电压值VBPMIN，则比较器506输出低UVBCOMP信号504。如果旁路电压VBP 134小于最小旁路电压值VBPMIN，则比较器506输出高UVBCOMP信号504。在启动之后，旁路电压VBP 134通常可以保持在最小旁路电压值VBPMIN以上。因此，UVBCOMP 504通常可以被维持在逻辑低值，并且“与非”门510的输入508被维持在逻辑高值。然而，在旁路电压VBP 134下降到最小旁路电压值VBPMIN以下的情况下，UVBCOMP 504可以被驱动至逻辑高值，并且“与非”门510的输入508被驱动至逻辑低值。在这些情况下，控制信号UBPREG 278也将具有逻辑高值，因为旁路电压VBP 134将小于旁路调整电压值VBPREG。因此，在旁路电压VBP 134下降到最小旁路电压值VBPMIN以下的情况下，控制信号US1 272将被驱动至低，以使能第一功率电路252。
在运行中，输出电压比较电路500接收输出电压VOUT 108和旁路电压VBP 134，并且输出逻辑控制信号UVOUTCOMP 276，逻辑控制信号UVOUTCOMP 276指示输出电压VOUT 108是否比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH。如果输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大该阈电压VTH，则比较器512输出低UVOUTCOMP信号276。如果输出电压VOUT 108小于旁路电压VBP 134与该阈电压VTH的总和，则比较器512输出高UVOUTCOMP信号276。
如上文描述的，在启动时第一功率电路252可以被使能以使旁路电容器130充电，之后充电控制电路258的逻辑门如所例示的那样起作用。在功率转换器100的运行过程中，当旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG并且输出电压VOUT 108小于旁路电压VBP 134与阈电压VTH的总和时，第一功率电路252也可以被使能。在这种情形下，第二功率电路254被禁用，如下文描述的，并且到“与非”门516的输入514确定了控制信号US1 272的状态，因为“与非”门516的输入518是逻辑高。换种方式说，在这种情形下，UBPREG 278控制第一功率电路252的状态。如果旁路调整电路256确定了旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出具有逻辑高值的逻辑控制信号UBPREG278，该具有逻辑高值的逻辑控制信号UBPREG 278使能第一功率电路252来使旁路电容器130充电。如果旁路调整电路256确定了旁路电压VBP 134大于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出具有逻辑低值的逻辑控制信号UBPREG 278，该具有逻辑低值的逻辑控制信号UBPREG 278禁用第一功率电路252来防止从正向端子FWD 228-4使旁路电容器130充电。
当输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大一个阈电压VTH(即，UVOUTCOMP 276是逻辑低)时，第二功率电路254可以被使能(即，US2 274是逻辑高并且UVOUTCOMP 276是逻辑低)来使旁路电容器130充电。在这种情形下，到“或非”门522的输入520是逻辑低，这意味着到“或非”门522的输入524控制了US2 274的状态，从而控制了第二功率电路254的状态。如果旁路调整电路256确定了旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出逻辑高的逻辑控制信号UBPREG，该逻辑高的逻辑控制信号UBPREG使能第二功率电路254以使旁路电容器130充电。如果旁路调整电路256确定了旁路电压VBP 134大于旁路调整电压值VBPREG，则旁路调整电路256输出逻辑低的逻辑控制信号UBPREG，该逻辑低的逻辑控制信号UBPREG禁用第二功率电路254以防止从输出电压端子VOUT 228-8使旁路电容器130充电。
在一种意义上，在启动之后，在功率转换器100的运行过程中，UVOUTCOMP 276充当选择信号，该选择信号指示控制电路258可以控制第一功率电路252和第二功率电路254中的哪个。关于第一功率电路252，因为UVBCOMP 504通常是逻辑低，所以具有逻辑高值的UVOUTCOMP276导致第一功率电路252的状态受UBPREG 278的控制。关于第二功率控制电路254，具有低值的UVOUTCOMP 276导致第二功率电路254的状态受UBPREG278的控制。因此，充电控制电路258可以响应于旁路电压VBP 134与输出电压VOUT 108的相对幅度来选择控制第一功率电路252和第二功率电路254中的哪个。然后，充电控制电路258响应于旁路电压VBP 134相对于旁路调整电压值VBPREG的幅度来使能/禁用所选定的功率电路。例如，当旁路电压VBP 134小于旁路调整电压值VBPREG时，充电控制电路258可以使能所选定的功率电路，并且当旁路电压VBP134大于旁路调整电压值VBPREG时，可以禁用所选定的功率电路，如上文描述的。
图6是示例性的输出电压(VOUT)比较电路600的示意图。VOUT比较电路600接收旁路电压VBP 134和输出电压VOUT 108，并且输出UVOUTCOMP 276。VOUT比较电路600中的VDD 602可以是从旁路电压VBP 134得到的供给电压。在图6中，当输出电压VOUT 108比旁路电压VBP 134大阈电压VTH时，节点604可以被驱动到高(例如，大于MOSFET 606的阈电压)。MOSFET 606可以响应于被驱动到高的节点604而被导通，这进而可以将UVOUTCOMP 276设置成逻辑低电平，如上文描述的。在图6中，当输出电压VOUT 108未大于旁路电压VBP134与阈电压VTH的总和时，节点604可以被拉低(例如，小于MOSFET 606的阈电压)。MOSFET 606可以响应于被拉低的节点604而被截止，这进而可将UVOUTCOMP 276设置成逻辑高电平，如上文描述的。电阻器RTH 608的值可以被改变，以改变VOUT比较电路600的阈电压VTH。
图7是示例性的第一功率电路252的示意图。第一功率电路252接收控制信号US1272。当US1 272是逻辑低时，第一功率电路252被使能，以将电荷从正向端子FWD 228-4传递至旁路端子BP端子228-6。例如，如果US1 272是逻辑低，则当正向端子FWD 228-4处的电压大于旁路电压VBP 134时，使用正向电压FWD 228-4，MOSFET 700被截止，MOSFET 702被导通，并且p-沟道MOSFET 704形成用于使旁路电容器130充电的传导路径。当p沟道MOSFET 705为通时，二极管706可以防止电荷从旁路端子BP 228-6传递至正向端子FWD 228-4。当US1 272是逻辑高时，第一功率电路252被禁用。例如，如果US1 272是逻辑高，则MOSFET 700被导通，MOSFET 702被截止，并且p沟道MOSFET 704被截止，这使正向端子FWD 228-4从旁路端子BP228-6脱离。
图8是示例性的第二功率电路254的示意图。第二功率电路254接收控制信号US2274和控制信号UVOUTCOMP 276。如果UVOUTCOMP 276是逻辑低并且US2 274是逻辑高，则p沟道MOSFET 800、802为通，并且在输出电压端子VOUT 228-8与旁路端子BP 228-6之间形成传导路径，使得可以从输出电压端子VOUT 228-8使旁路电容器130充电。如果UVOUTCOMP276是逻辑高或US2 274是逻辑低，则p沟道MOSFET 800、802中的至少一个被截止，这使输出电压端子VOUT 228-8从旁路端子BP 228-6脱离。
图9示出了在功率转换器100的启动过程中和启动之后，示例性的输出电压VOUT108的波形和旁路电压VBP 134的波形以及针对控制信号UVOUTCOMP 276、UVBCOMP 504、UBPREG278、US1 272和US2 274的时序图。时间(t)沿x轴。可以假设，在时间0之前，旁路电容器130和输出电容器110可以被充分放电，使得旁路电压VBP 134和输出电压VOUT 108二者都基本为零伏特。
在时间0，输入电压VIN 106被提供在输入端子102处，并且初级控制器218开始切换功率开关222的状态，以将能量传递至该次级侧。旁路电容器130和输出电容器110可以开始充电。例如，在时间0，第一功率电路252可以初始地被使能，以使旁路电压VBP 134充电。在图9中例示的示例性的波形中，输出电容器110可以趋向于以比旁路电容器130更低的速率产生电压。因此，旁路电压VBP 134可以在输出电压VOUT 108达到所期望的经调整的输出电压VOUTREG 900之前达到最小旁路电压值VBPMIN。虽然图9例示了输出电容器110以比旁路电容器130更低的速率产生电压的实施例，但在其他实施例中，输出电容器110可以以比旁路电容器130更高的速率产生电压。
在时间t1，旁路电压VBP 134达到最小旁路电压值VBPMIN。从时间t1至t2，第一功率电路252可以被使能，以使旁路电压VBP 134充电升至旁路调整电压值VBPREG。在时间t2，旁路电压VBP 134达到旁路调整电压值VBPREG，并且由旁路电容器130供电的次级控制器220的电路可以开始运行，如上文描述的。UVBCOMP 504可以假设在t2具有逻辑低值，因为旁路电压VBP134大于最小旁路电压值VBPMIN。在图9中，旁路电压VBP 134被维持在大于最小旁路电压值VBPMIN的水平。因此，在图9中，在t2之后，UVBCOMP 504被维持在逻辑低值。在旁路电压VBP 134下降到最小旁路电压值VBPMIN以下的实施例中，UVBCOMP 504可以被驱动至逻辑高值，该逻辑高值可以导致使用第一功率源252使旁路电容器130充电，如上文描述的。
在t2，旁路电压VBP 134处于旁路调整电压值VBPREG。从t2至t3，第一功率电路252被禁用，因为旁路电压VBP 134大于旁路调整电压值VBPREG。在t3，输出电压VOUT 108达到所期望的输出调整电压VOUTREG 900。在t3，当输出电压VOUT 108已经达到比旁路电压VBP134大一个阈电压VTH的值时，UVOUTCOMP 276转变成逻辑低。在t3，第二功率电路254保持禁用，因为旁路电压VBP 134仍大于旁路调整电压值VBPREG。从t3至t4，第一功率电路252和第二功率电路254二者都被禁用。
在t4，旁路电压VBP 134下降至小于旁路调整电压值VBPREG的值。因此，UBPREG 278被驱动到高，并且第二功率电路254使旁路电容器130充电。第二功率电路254从t4至t5使旁路电容器130充电，直到旁路电压VBP 134达到旁路调整电压值VBPREG。在t5，当UBPREG 278被驱动至逻辑低值时，第二功率电路254被禁用。
恰好在t6之前，输出电压VOUT 108的幅度减小。在t6，输出电压VOUT108处于小于阈电压VTH与旁路电压VBP 134的总和的值。因此，在t6，UVOUTCOMP 276被驱动至逻辑高，这禁用了第二功率电路254。在t6，旁路电压VBP 134大于最小旁路电压值VBPMIN，因此第一功率电路252和第二功率电路254二者都被禁用。
在t7，旁路电压VBP 134下降到旁路调整电压值VBPREG以下，这导致UBPREG 278被驱动至逻辑高，该逻辑高使能第一功率电路252，以从t7至t8从正向端子FWD 228-4使旁路电容器130充电。在t8，输出电压VOUT 108达到大于旁路值VBP 134加上阈电压VTH的值。在t8，旁路电压VBP 134也小于旁路调整电压值VBPREG。因此，在t8，第二功率电路254被使能，以使旁路电容器130充电。第二功率电路254从t8至t9继续使旁路电容器130充电，直到旁路电压VBP 134达到旁路调整电压值VBPREG。
上文对本发明的所例示的实施例的描述，包括摘要中描述的内容，不意在是穷举性的或者是对所公开的确切形式的限制。尽管在这里出于例示目的描述了本发明的具体实施方案和实施例，但在不脱离本发明的较宽泛精神和范围的前提下，多种等同修改是可行的。其实，应认识到，具体的示例性的电压、电流、时间等是出于解释目的而提供的，并且在根据本发明内容的教导的其他实施方案和实施例中也可采用其他值。

Claims (19)

1.一种用于在功率转换器中使用的次级控制器，所述功率转换器包括：
能量传递元件，包括在所述功率转换器的初级侧上的初级绕组和在所述功率转换器的次级侧上的次级绕组，
旁路电容器，被耦合至所述功率转换器的所述次级侧，
功率开关，被耦合至所述初级绕组，
其中，所述次级控制器包括：
第一功率电路，被耦合以将电荷从所述次级侧的第一节点传递至所述旁路电容器；
第二功率电路，被耦合以将电荷从所述次级侧的第二节点传递至所述旁路电容器；
充电控制电路，被耦合以响应于在所述旁路电容器两端产生的旁路电压和在所述第二节点处的电压中的至少一个来控制所述第一功率电路和所述第二功率电路中的哪个将电荷传递至所述旁路电容器。
2.根据权利要求1所述的次级控制器，其中：
所述次级控制器还包括次级切换电路，所述次级切换电路被耦合以将信号传输至所述隔离式功率转换器的所述初级侧；以及
所述功率转换器还包括初级控制器，所述初级控制器被耦合以接收所传输的信号，并且响应于所传输的信号来控制所述功率开关的状态。
3.根据权利要求1所述的次级控制器，其中所述次级侧的所述第一节点是所述次级绕组的节点。
4.根据权利要求1所述的次级控制器，其中所述次级侧的所述第二节点是所述功率转换器的输出节点，所述功率转换器的输出节点被耦合以输送经调整的输出电压。
5.根据权利要求1所述的次级控制器，其中：
所述次级控制器还包括次级切换电路，所述次级切换电路被耦合以生成控制信号，所述控制信号控制同步整流电路在所述功率开关从通状态转变至断状态时充当闭合的开关。
6.根据权利要求1所述的次级控制器，还包括：
旁路端子，待被耦合至所述旁路电容器，其中，所述第一功率电路被耦合至所述旁路端子和第一端子，所述第一端子待被耦合至所述次级侧的第一节点；以及
第二端子，所述第二端子待被耦合至所述次级侧的第二节点，其中，所述第二功率电路被耦合至所述旁路端子和所述第二端子；
其中，所述充电控制电路被耦合以响应于在所述旁路端子处产生的旁路电压和在所述第二端子处的电压中的至少一个来控制所述第一功率电路和所述第二功率电路中的哪个将电荷传递至所述旁路端子。
7.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述次级侧的所述第一节点是能量传递元件的次级绕组的节点。
8.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路被耦合以响应于所述旁路电压与在所述第二端子处的所述电压之间的比较来控制所述第一功率电路和所述第二功率电路中的哪个将电荷传递至所述旁路端子。
9.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路被耦合以禁用所述第一功率电路，从而使所述旁路端子从所述第一端子脱离，并且其中所述充电控制电路被耦合以使能所述第一功率电路，从而将电荷从所述第一端子传递至所述旁路端子。
10.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路被耦合以禁用所述第二功率电路，从而使所述旁路端子从所述第二端子脱离，并且其中所述充电控制电路被耦合以使能所述第二功率电路，从而将电荷从所述第二端子传递至所述旁路端子。
11.根据权利要求6所述的次级控制器，进一步包括旁路调整电路，所述旁路调整电路待被耦合以感测所述旁路电压，确定所述旁路电压是否小于调整电压，并且向所述充电控制电路指示所述旁路电压是否小于所述调整电压，其中所述充电控制电路被耦合以控制所述第一功率电路和所述第二功率电路中的至少一个，从而当所述旁路电压小于所述调整电压时将电荷传递至所述旁路端子。
12.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路被耦合以当所述第二端子处的所述电压比所述旁路电压大一个阈电压值时禁用所述第一功率电路，其中当所述第一功率电路被禁用时，所述第一功率电路阻塞从所述第一端子至所述旁路端子的电荷传递，并且其中所述充电控制电路被耦合以当所述第二端子处的所述电压比所述旁路电压大所述阈电压值时，使能所述第二功率电路，从而将电荷从所述第二端子传递至所述旁路端子。
13.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路被耦合以当所述第二端子处的所述电压小于所述旁路电压与一个阈电压值的总和时，禁用所述第二功率电路，其中当所述第二功率电路被禁用时，所述第二功率电路阻塞从所述第二端子至所述旁路端子的电荷传递，并且其中所述充电控制电路被耦合以当所述第二端子处的所述电压小于所述旁路电压与所述阈电压值的总和时，使能所述第一功率电路，从而将电荷从所述第一端子传递至所述旁路端子。
14.根据权利要求6所述的次级控制器，其中所述充电控制电路包括多个逻辑门，并且其中所述第一功率电路被耦合以当所述旁路电压小于或等于所述多个逻辑门的最小运行电压时，将电荷从所述第一端子传递至所述旁路端子。
15.根据权利要求6所述的次级控制器，进一步包括次级切换电路，该次级切换电路被耦合以将信号传输至所述隔离式功率转换器的初级侧，其中所述次级切换电路被耦合以接收来自所述旁路端子的运行功率。
16.一种集成电路封装件，包括：
根据权利要求1至15中任一项所述的次级控制器；
初级控制器，被耦合以接收所传输的信号，并且响应于所传输的信号来控制功率开关；以及
包封体，其中所述初级控制器和所述次级控制器被布置在所述包封体内。
17.根据权利要求16所述的集成电路封装件，其中所述初级控制器和所述次级控制器彼此电流隔离。
18.根据权利要求16所述的集成电路封装件，进一步包括所述功率开关，其中所述功率开关被布置在所述包封体内。
19.根据权利要求16所述的集成电路封装件，进一步包括引线框架，其中所述次级切换电路被耦合以将所述信号经由所述引线框架传输至所述初级控制器。
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