CN115912859A - 具有分支开关的功率转换器控制器 - Google Patents

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CN115912859A CN202210964097.2A CN202210964097A CN115912859A CN 115912859 A CN115912859 A CN 115912859A CN 202210964097 A CN202210964097 A CN 202210964097A CN 115912859 A CN115912859 A CN 115912859A
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Abstract

一种用于功率转换器的第一控制器，该第一控制器包括驱动器、电源端子、分支开关和分支控制装置。该驱动器被配置为提供驱动信号以接通和关断功率开关。该功率开关包括以共源共栅配置耦合的第一开关和第二开关。该电源端子耦合到旁路电容器，该旁路电容器向该第一控制器提供运行电力，其中该旁路电容器具有旁路电压。该分支开关耦合到该第一开关和该第二开关之间的节点。该分支控制装置被配置为接收代表该旁路电压与旁路参考的比较的调节信号，并且被配置为：如果该旁路电压在该旁路参考以下，接通该分支开关以将该功率开关的漏极电流的至少一部分重新引导到该旁路电容器。

Description

具有分支开关的功率转换器控制器
技术领域
本公开内容总体上涉及功率转换器，并且更具体地，涉及用于功率转换器的控制器。
背景技术
电子设备使用电力运行。由于开关模式功率转换器效率高、体积小、重量轻，因此它们通常被用来为现今的许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流电。在开关功率转换器中，通过能量传递元件转换高压交流(ac)电输入，以提供经良好调节的直流(dc)电输出。开关模式功率转换器控制器通常通过感测表示一个或多个输出量的一个或多个信号并且在闭合环路中控制输出来提供输出调节。在运行中，利用开关以通过改变占空比(通常是开关的导通时间(on time)与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的每单位时间的脉冲数目来提供期望的输出。
功率转换器通常包括感测并且调节功率转换器的输出的一个或多个控制器。这些控制器通常需要经调节的或未经调节的电压源来为控制器的电路部件供电。耦合到控制器的旁路电容器可以向控制器的电路提供运行电力。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
图1是根据本公开内容的实施方案的示例隔离式功率转换器的示意图，该功率转换器包括控制器，该控制器具有分支开关(branch switch)和分支控制装置(branchcontrol)。
图2是例示了根据本公开内容的实施方案的图1的功率转换器和具有分支开关和分支控制装置的控制器的示例波形的时序图。
图3是根据本公开内容的实施方案的具有分支开关、分支控制装置和分流调节器(shunt regulator，分路调节器)的另一个示例控制器的功能框图。
图4A是例示了根据本公开内容的实施方案的当功率转换器在不连续传导模式(DCM)中运行时图3的具有分支开关、分支控制装置和分流调节器的控制器的示例波形的时序图。
图4B是例示了根据本公开内容的实施方案的当功率转换器在连续传导模式(CCM)中运行时图3的具有分支开关、分支控制装置和分流调节器的控制器的示例波形的时序图。
图5A是根据本公开内容的实施方案的具有分支开关、分支控制装置和分流调节器的又一个示例控制器的示意图。
图5B是例示了根据本公开内容的实施方案的图5A的具有分支开关、分支控制装置和分流调节器的控制器的示例波形的时序图。
图6是例示了根据本公开内容的实施方案的旁路电容器的旁路电压和分支控制信号的一个实施例的时序图。
图7是根据本公开内容的实施方案的包括具有分支开关和分支控制装置的控制器的另一个示例隔离式功率转换器的示意图。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对发明的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对本发明的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本发明。
贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，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，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“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”不一定全指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
功率转换器通常包括感测并且调节功率转换器的输出的一个或多个控制器。这些控制器通常需要经调节的或未经调节的电压源来为控制器的电路部件供电。旁路电容器是可以耦合到控制器的电压源的一个实施例，该旁路电容器可以向该控制器的电路提供运行电力。该旁路电容器通常被调节以为该控制器提供足够的运行电力。
隔离式功率转换器可以包括：初级控制器，也被称为第一控制器或输入控制器；以及次级控制器，也被称为第二控制器或输出控制器，该初级控制器和该次级控制器通过能量传递元件(例如，耦合电感器、变压器等)彼此电流隔离。换句话说，在功率转换器的输入侧和输出侧之间施加的dc电压将产生大体上为零的电流。
初级控制器被配置为控制隔离式功率转换器的初级侧的功率开关，以控制从能量传递元件的初级绕组到能量传递元件的次级绕组的能量传递。次级控制器耦合到隔离式功率转换器的次级侧的电路部件。应理解，初级侧也可以被称为输入侧，而次级侧可以被称为输出侧。次级控制器还可以被配置为控制耦合到能量传递元件的次级绕组的次级开关，诸如用作用于功率转换器的同步整流器的晶体管。尽管初级控制器和次级控制器彼此电流隔离，但是次级控制器可以将如下信号传输到初级控制器，所述信号控制初级控制器如何开关所述功率开关以将能量传递到次级侧。
通常，功率转换器的初级侧和次级侧都包括旁路电容器，以分别向初级控制器或次级控制器的电路提供运行电力。用于初级控制器的旁路电容器通常耦合到能量传递元件(诸如变压器或耦合电感器)的辅助(或偏置)绕组，并且从该辅助绕组对该旁路电容器充电。该旁路电容器两端的旁路电压通常被调节到足以使初级控制器的电路运行的电平。例如，该旁路电压可以被调节到基本上5伏(V)。
如上文所提及的，初级控制器被配置为控制隔离式功率转换器的初级侧的功率开关，以控制功率转换器的输入和输出之间的能量传递。在一个实施例中，该功率开关可以是共源共栅开关(或混合开关)。共源共栅开关(或混合开关)可以包括第一开关和第二开关。该第一开关通常是常通(normally on)器件，而该第二共源共栅开关通常是常断(normally-off)器件。该共源共栅开关具有三个端子：源极、栅极和漏极。在一个实施例中，常通器件(例如第一开关)可以是高压GaN晶体管，而常断器件(例如第二开关)可以是低压MOSFET。常断器件(例如，MOSFET)的源极和栅极被用作共源共栅开关的源极和栅极，而常通器件(例如，GaN晶体管)的漏极被用作共源共栅开关的漏极。常通器件(例如，GaN晶体管)的源极耦合到常断器件(例如，MOSFET)的漏极。常断器件(例如，MOSFET)通常被用来接通和关断常通器件(例如，GaN晶体管)。断开的(off)(或开路的(open))开关不能够传导电流，而导通的(on)(或闭合的(closed))开关可以传导电流。常断器件和常通器件之间的节点可以被称为中间节点。
本发明的实施方案包括处于共源共栅配置中的功率开关和耦合到该共源共栅功率开关的第一开关和第二开关之间的中间节点的旁路电容器。该功率开关被控制使得由该第一开关传导的电流的至少一部分被重新引导(redirect)到旁路电容器并且被用来对旁路电容器充电。换言之，该功率开关被控制使得由该第一开关传导的电流的至少一部分被用来调节旁路电容器两端的旁路电压。在又一个实施方案中，该第二开关也可以被用来控制被重新引导以对旁路电容器充电的电流的量。换言之，该第二开关还可以被用来控制从该第一开关重新引导到旁路电容器的电流的该部分的量。如上文所提及的，该旁路电容器提供运行电力。
在本发明的实施方案中，一种控制器包括分支开关和分支控制装置。在一个实施例中，该分支开关耦合在共源共栅功率开关的中间节点和用于该控制器的旁路电容器之间。该分支控制装置被配置为控制该分支开关的接通和关断。在实施方案中，当旁路电容器电压下降到旁路参考以下时，分支控制装置接通该分支开关。由该第一开关传导的电流被重新引导到该分支开关并且由该分支开关传导以对旁路电容器充电。换言之，该分支开关被控制使得由该第一开关传导的电流被用来调节旁路电容器的旁路电压。
在另一个实施方案中，该控制器还包括分流调节器，以控制由该分支开关传导的电流的量。这样，由该第一开关传导的电流的一部分由该分支开关重新引导和传导以对旁路电容器充电。该功率共源共栅开关的第二开关被控制以对由该第一开关传导的剩余电流进行分流，并且这样，控制由该分支开关传导的电流的量。该旁路电容器为该控制器提供运行电力。
图1例示了根据本公开内容的实施方案的功率转换器100，该功率转换器包括第一控制器132(例如初级控制器)，该第一控制器包括分支开关152和分支控制装置150。所例示的功率转换器100还包括箝位电路104、能量传递元件T1 106、能量传递元件T1 106的输入绕组108、能量传递元件T1 106的输出绕组110、能量传递元件T1 106的辅助绕组112、功率开关S1 114、输入回线(input return)111、输出整流器S2 122、输出电容器CO 124、输出回线127、输出感测电路129、第二控制器134(例如次级控制器)、第一控制器132(例如初级控制器)、旁路电容器144(例如用于第一控制器132的电源电容器)和二极管D1 146。还例示了第二控制器134和第一控制器123之间的通信链路136。功率开关S1 114被示出为共源共栅开关(或混合开关)，该开关包括第一开关116、第二开关118以及第一开关116和第二开关118之间的中间节点A 117。第一控制器132被示出为包括主控制装置148、分支控制装置150、分支开关152、二极管D2 154、比较器156和驱动器158。
在图1中还示出的是输入电压VIN 102、漏极电流ID 119、第二开关电流I1 120、输出电压VO 128、输出电流IO 125、输出量UO 126、反馈信号FB 130、请求信号REQ 133、第二驱动信号SR 135、初级驱动信号DR 138、电流感测信号ISNS 140、旁路电压VBP 142、导通信号ON 160、断开信号OFF 162、旁路调节信号BP_REG 163、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165、参考REF 167(例如旁路参考)和分支电流IBR 168。
在所例示的实施例中，功率转换器100被示出为具有反激拓扑，但应理解，功率转换器的其他已知拓扑和配置也可以受益于本公开内容的教导。此外，功率转换器100的输入侧与功率转换器100的输出侧电流隔离，使得输入回线111与输出回线127电流隔离。由于功率转换器100的输入侧和输出侧被电流隔离，因此跨能量传递元件TI 106的隔离势垒、或在输入绕组108和输出绕组110之间、或在辅助绕组112和输出绕组110之间、或在输入回线111和输出回线127之间不存在直流(dc)路径。
功率转换器100从未经调节的输入电压VIN 102向负载128提供输出功率。在一个实施方案中，输入电压VIN 102是经整流的和经滤波的ac线电压。在另一个实施方案中，输入电压VIN 102是dc输入电压。输入电压VIN 102耦合到能量传递元件106。在一些实施例中，能量传递元件106可以是耦合电感器、变压器或电感器。能量传递元件106被示出为包括三个绕组：输入绕组108(也称为初级绕组)、输出绕组110(也称为次级绕组)和辅助绕组112(也称为偏置绕组或第三绕组)。然而，能量传递元件106可以具有不止三个绕组。能量传递元件的输入绕组108还耦合到功率开关S1 114，该功率开关进一步耦合到输入回线111。并联耦合于输入绕组108的是箝位电路104。箝位电路104限制功率开关S1 114上的最大电压。
如图1中所示出的，功率开关S1 114是包括第一开关116和第二开关118的共源共栅开关。第一开关116通常是常通器件，而第二开关118通常是常断器件。共源共栅功率开关S1 114具有三个端子：源极、栅极和漏极。在一个实施例中，常通器件(例如第一开关116)可以是高压晶体管，而常断器件(例如第二开关118)可以是低压晶体管。在一个实施例中，用于第一开关116的高压晶体管可以被额定到近似750伏(V)，而用于第二开关118的低压晶体管可以被额定在25-30V之间。第二开关118(例如常断器件)的源极和栅极被用作共源共栅功率开关114的源极和栅极，而第一开关116(例如常通器件)的漏极被用作共源共栅功率开关114的漏极。在一个实施例中，第一晶体管116(例如常通器件)的源极耦合到第二晶体管118(例如常断器件)的漏极。第一晶体管116的栅极被示出为耦合到第二晶体管118的源极，第二晶体管118的源极耦合到输入回线111。应理解，第一晶体管116的栅极也可以直接耦合到输入回线111。中间节点A 117被示出为耦合在第一晶体管116的源极和第二晶体管118的漏极之间。第二晶体管118通常用来接通和关断第一晶体管116(常通器件)。在一个实施例中，第一开关116可以是晶体管，诸如氮化镓(GaN)基晶体管或碳化硅(SiC)基晶体管。第二开关118可以是晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在一个实施例中，由第一开关116传导的电流由漏极电流ID 119表示，而由第二开关118传导的电流被表示为第二开关电流I1 120。
输出绕组110耦合到输出整流器S2 122，该输出整流器被示例为用作同步整流器的晶体管。然而，该输出整流器可以被示例为二极管。输出电容器CO 124被示出为耦合到输出整流器S2 122和输出回线127。功率转换器100还包括用于调节输出量UO 126的电路系统，该输出量UO 126在一个实施例中可以是输出电压VO 128、输出电流IO 125或二者的组合。输出感测电路129被配置为感测输出量UO 126以将代表功率转换器100的输出的反馈信号FB 130提供到第二控制器134。
第二控制器134被配置为响应于反馈信号FB 130而输出请求信号REQ 133。在另一个实施例中，第二控制器134被配置为将反馈信号FB 130传递到第一控制器132。对于请求信号REQ 133的实施例，请求信号REQ 133代表接通功率开关S1 114的请求。请求信号REQ133可以包括响应于反馈信号FB 130而生成的请求事件。在一个示例运行中，第二控制器134被配置为将反馈信号FB 130与调节参考进行比较。响应于该比较，第二控制器134可以在请求信号REQ 133中输出请求事件以请求第一控制器132接通功率开关S1 114。请求信号REQ 133可以是跳动到逻辑高值并且迅速返回到逻辑低值的矩形脉冲波形。逻辑高脉冲可以被称为请求事件。在其他实施方案中，应理解，请求信号REQ 133可以是模拟的连续变化的信号，而不是脉冲波形，同时仍然受益于本公开内容的教导。
第二控制器134和第一控制器123可以经由通信链路136通信。对于所示出的实施例，第二控制器134耦合到功率转换器100的次级侧并且参考输出回线127，而第一控制器123耦合到功率转换器100的初级侧并且参考输入回线111。在实施方案中，第一控制器132和第二控制器134彼此电流隔离，并且通信链路136使用电感耦合(诸如变压器或耦合电感器、光电耦合器)、电容耦合或维持隔离的其他设备来提供电流隔离。然而，应理解，在一些实施方案中，第二控制器134不与第一控制器123电流隔离。在一个实施例中，通信链路136可以是由支撑第一控制器123和/或第二控制器134的引线框架形成的电感耦合。
在一个实施例中，第一控制器132和第二控制器134可以被形成为集成电路的一部分，该集成电路被制造为混合集成电路或单片集成电路。在一个实施例中，功率开关S1 114也可以与第一控制器132和第二控制器134一起集成在单个集成电路封装件中。另外，在一个实施例中，第一控制器132和第二控制器134可以被形成为单独的集成电路。功率开关S1114也可以与第一控制器132集成在同一集成电路中或可以被形成在其自己的集成电路上。具体地，功率开关S1 114的第二开关118可以与第一控制器132集成在同一集成电路中，而功率开关S1 114的第一开关116被集成在其自己的集成电路中。此外，应理解，第一控制器132、第二控制器134和功率开关S1 114都不必被包括在单个封装件中，而是可以被实施在单独的控制器封装件或组合的/单独的封装件的组合中。
第一控制器132被耦合以：接收代表功率开关S1 114的漏极电流ID 119的电流感测信号ISNS 140以及通过通信链路136的请求信号REQ 133或反馈信号FB 130，并且输出初级驱动信号DR 138。第一控制器132将初级驱动信号DR 138提供到功率开关S1 114，以控制功率开关S1 114的各种开关参数，以控制通过能量传递元件106从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。这样的参数的实施例包括开关频率fSW(或开关周期TSW)、占空比、导通时间和断开时间(off time)、或改变功率开关S1 114的每单位时间的脉冲数目。另外，功率开关S1 114可以被控制使得其具有固定的开关频率或可变的开关频率。
在一个实施方案中，第一控制器132输出初级驱动信号DR 138以控制功率开关S1114的传导。具体地，第一控制器132输出初级驱动信号DR 138以控制第二开关118的传导。在一个实施例中，第一控制器132响应于请求信号REQ 133中的请求事件或响应于由反馈信号FB 130提供的信息而输出初级驱动信号DR 138以接通功率开关S1 114。在另一个实施例中，当由电流感测信号ISNS 140提供的漏极电流ID 119达到电流极限时，第一控制器132输出初级驱动信号DR 138以关断功率开关S1 114。应理解，可以使用其他控制方法。
能量传递元件Tl 106包括参考输入回线111的辅助绕组112。辅助绕组112被示出为耦合到二极管Dl 146和旁路电容器144。对于图1中所示出的功率转换器100，旁路电容器144的旁路电压VBP 131可以从辅助绕组112两端的电压获得。旁路电容器144耦合到第一控制器132，以为第一控制器132的电路提供运行电力。
旁路电压VBP 131也可以从自功率开关S1 114的第一开关116被重新引导到旁路电容器144的漏极电流ID 119获得。在实施方案中，全部的漏极电流ID 119或漏极电流ID119的一部分被重新引导到旁路电容器144。如将关于此图讨论的，分支开关152被控制以重新引导漏极电流ID 119(例如由第一开关116传导的电流)以对旁路电容器144充电。在关于图3讨论的另一个实施方案中，分支开关重新引导漏极电流ID 119的一部分以对旁路电容器144充电，并且第二开关118被用来控制漏极电流ID 119的被重新引导以对旁路电容器144充电的该部分。
比较器156耦合到旁路电容器144并且在其反相输入处接收旁路电压VBP 142。比较器156还在其非反相输入处接收参考REF 167，该参考REF 167也称为旁路参考。比较器156的输出被表示为旁路调节信号BP_REG 163。在一个实施例中，参考REF 167代表旁路电压VBP 142的期望的经调节的值。比较器156将旁路电压VBP 142与参考REF 167进行比较。如所示出的，如果旁路电压VBP 142小于参考REF 167，旁路调节信号BP_REG 163为逻辑高值，并且如果旁路电压VBP 142大于参考REF 167，旁路调节信号BP_REG 163为逻辑低值。换言之，有效的(asserted)旁路调节信号BP_REG 163指示旁路电压VBP 142已经下降到参考REF 167以下(例如逻辑高值)。应理解，比较器156也可以利用迟滞。
在所示出的实施方案中，当旁路电压VBP 142小于参考REF 167时，分支开关152被控制以将漏极电流ID 119重新引导到旁路电容器144。在另一个实施方案中，当旁路电压VBP 142小于参考REF 167时，分支开关152被控制以重新引导漏极电流ID 119的一部分。换言之，当旁路电压VBP 142小于参考REF 167时，分支开关152被接通。此外，第一控制器132被配置为控制功率开关S1 114，使得漏极电流ID 119的至少一部分被用于对旁路电容器144充电。
第一控制器132被示出为包括主控制装置148、分支控制装置150、分支开关152、二极管D2 154、比较器156和驱动器158。主控制装置148被配置为接收请求信号REQ 133或反馈信号FB 130和电流感测信号ISNS 140，并且输出导通信号ON 160和断开信号OFF 162。在一个实施例中，导通信号ON 160和断开信号OFF 162都是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。导通信号ON 160代表控制功率开关S1 114是导通的，而断开信号OFF 162代表控制功率开关S1 114为断开的。导通信号ON 160的逻辑高值(例如有效)对应于接通功率开关S1 114，并且具体地，代表接通第二开关118。类似地，断开信号OFF162的逻辑高值(例如有效)对应于关断功率开关S1 114，并且具体地，代表关断第二开关118。应理解，断开信号OFF 162是导通信号ON 160的反相形式。
主控制装置148响应于请求信号REQ 133或反馈信号FB 130而确定接通功率开关S1 114。在运行中，主控制装置148响应于请求信号REQ 133中的请求事件而确定接通功率开关S1 114，具体地接通第二开关118。在另一个实施例中，主控制装置148响应于反馈信号FB 130指示功率转换器100的输出已经下降到失去调节而确定接通功率开关S1 114，具体地接通第二开关118。在运行中，导通信号ON 160被有效并且断开信号OFF 162被无效(deasserted)。
主控制装置148还响应于电流感测信号ISNS 140指示漏极电流ID 119已经达到电流极限ILIM而确定关断功率开关S1 114。应理解，其他控制方案可以由主控制装置148实施以控制功率转换器100的输入侧到功率转换器100的输出侧的能量传递。为了关断功率开关S1 114，断开信号OFF 162被有效而导通信号ON 160被无效。
分支控制装置150被配置为接收导通信号ON 160和旁路调节信号BP_REG 163，并且输出分支驱动信号BR 165和主导通信号MAIN_ON 164。分支驱动信号BR 165是用以接通和关断分支开关152的控制信号，并且在一个实施例中是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。逻辑高部段表示用以接通分支开关152的有效的信号，而逻辑低部段表示用以关断分支开关152的无效的信号。主导通信号MAIN_ON 164是用以接通和关断功率开关S1 114——具体地接通和关断第二开关118——的控制信号，并且也是具有变化的持续时间的逻辑高部段和逻辑低部段的矩形脉冲波形。逻辑高部段表示用以接通第二开关118的有效的信号，而逻辑低部段表示用以关断第二开关118的无效的信号。如果分支控制装置未将分支开关152控制为导通的(例如分支驱动信号BR 165未被有效)，主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160。
分支开关152和二极管D2 154被示出为耦合在旁路电容器144和功率开关S1 114的中间节点A 117之间。分支电流IBR 168是由分支开关152传导的电流。对于所示出的实施例，分支开关152的一端耦合到功率开关S1 114的中间节点A117，而另一端耦合到二极管D2154的阳极。二极管D2 154的阴极耦合到旁路电容器144。二极管D2被用来防止电流从旁路电容器144流动到功率开关S1 114。然而，应理解，可以利用分支开关152和二极管D2 154的其他配置。如所示出的，分支电流IBR 168和第二开关电流I1 120的总和基本上是漏极电流ID 119，或在数学上为：ID＝IBR+I1。
在运行中，当旁路调节信号BP_REG 163指示旁路电压VBP 142已经下降到参考REF167以下时，分支控制装置150输出分支驱动信号BR 165以接通分支开关152。如果旁路调节信号BP_REG 163指示旁路电压VBP 142还未下降到参考REF 167以下，分支开关152未被接通，并且主导通信号MAIN_ON 164基本上是导通信号ON 160。
如果旁路调节信号BP_REG 163指示旁路电压VBP 142已经下降到参考REF 167以下，分支控制装置150使接通分支开关152与导通信号同步。如将关于图2进一步示出的，如果在功率开关S1 114的一个开关循环期间旁路电压VBP 142下降到参考REF 167以下，分支开关152在下一个(或随后的)开关循环开始时被接通。在一个实施方案中，分支开关152被接通的时间与导通信号ON 160被有效的时间一样长或直到旁路电压VBP 142达到参考REF167。当漏极电流ID 119达到电流极限时，导通信号ON 160可以被无效，并且这样，分支开关152是导通的直到漏极电流ID 119达到电流极限或直到旁路电压VBP 142达到参考REF167。在另一个实施方案中，分支开关152可以接通达固定量的时间。此外，如果在导通信号ON 160被无效之前分支开关152关断，主导通信号MAIN_ON 164被有效并且随后跟随导通信号ON 160以接通功率开关S1 114。当导通信号ON 160被无效时，主导通信号MAIN_ON 164被无效。对于图1中所示出的实施例，当分支开关152正传导时，分支电流IBR 168基本上等于漏极电流ID 119。
驱动器158被配置为接收分支驱动信号BR 165、主导通信号MAIN_ON 158和断开信号OFF 162，并且输出初级驱动信号DR 138以控制功率开关S1 114的传导。具体地，初级驱动信号DR 138控制共源共栅功率开关S1 114的第二开关118的传导。例如，驱动器158可以控制第二开关118的传导和由第二开关118传导的电流的量。在运行中，响应于有效的分支驱动信号BR 165，驱动器158输出初级驱动信号DR 138，使得第二开关118是断开的或未传导。如果主导通信号MAIN_ON 164被有效，驱动器158输出初级驱动信号DR 138，使得第二开关118是导通的或正传导。如果断开信号OFF 162被有效，驱动器158输出初级驱动信号DR138，使得第二开关118是断开的或未传导。对于所示出的实施例，当第二开关118正传导时，第二开关电流I1 120基本上是漏极电流ID 119。
这样，第一控制器132利用由第一开关116传导的电流的至少一部分(例如漏极电流ID 119的至少一部分)来对旁路电容器144充电，该旁路电容器144将运行电力提供到第一控制器132。对于图1中所示出的实施例，分支开关152被接通并且引导全部的漏极电流ID119对旁路电容144充电。换言之，当分支开关152被接通时，分支电流IBR 168基本上等于漏极电流ID 119。此外，由于功率开关S1 114是具有常通晶体管(第一开关116)和常断晶体管(第二开关118)的共源共栅器件，因此存在能量节省。先前的解决方案可能已经使用常断晶体管作为功率开关，诸如双极结型晶体管(BJT)。常断晶体管(例如BJT)将需要更高电压的电力源来保持常断晶体管传导，或替代地基极-发射极电容(或栅极-源极电容)将被预充电，以允许任何能量通过分支开关流动到旁路电容器。此外，对于BJT，也将利用接通晶体管和关断晶体管。然而，由于功率开关S1 114是具有常通器件和常断器件二者的共源共栅器件，因此更高电压的功率电压电力源或对栅极-源极或基极-发射极电容的充电是必要的。
图2例示了具有用于图1的功率转换器100的旁路电压VBP 142、漏极电流ID 119、请求信号REQ 133、导通信号ON 160、断开信号OFF 162、主导通信号MAIN_ON 163、分支驱动信号BR 165和初级驱动信号DR 138的示例波形的图表200。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。对于图2的波形，当接收到请求信号REQ 133中的请求事件时，第一控制器132接通功率开关S1 114或分支开关152，并且当漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221时，第一控制器132关断功率开关S1 114。第一控制器132响应于感测的旁路电压VBP 142而接通分支开关152。
在时间tl处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件(例如脉冲)，并且导通信号ON160被有效以接通功率开关Sl 114。由于在时间t1处旁路电压VBP 142基本上等于参考REF167，因此主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160，并且初级驱动信号DR 138被提供以接通功率开关S1 114。如所示出的，初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON 268，该导通电压VON 268是用以接通被用于第二开关118的器件的电压，使得第二开关118传导的第二开关电流I1 120由耦合到第二开关118的部件确定。此外，分支驱动信号BR 165未被有效，并且分支开关152未传导。
在时间tl和时间t3之间，漏极电流ID 119以与输入电压VIN 102除以输入绕组108的电感成比例的速率增加。此外，功率转换器100正以如由漏极电流ID 119所示出的不连续传导模式(DCM)运行。由于分支开关152未传导，因此第二开关电流I1 120基本上等于漏极电流ID 119，并且分支电流IBR 168基本上为零。在时间t3处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221，并且第一控制器132关断功率开关S1 114。这样，导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164被无效(转变到逻辑低值)，并且断开信号OFF 162被有效(转变到逻辑高值)。主驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，该断开电压VOFF 269是用于被用于第二开关118的器件的电压，使得第二开关118和功率开关S1 114不能够传导电流(例如关断)。一旦第二开关118是断开的，漏极电流ID 119就下降到零。
然而，在时间t2处，旁路电压VBP 142下降到参考REF 167以下。在功率开关S1 114的下一个开关循环期间，在时间t4处，分支开关152被接通以对旁路电容器144充电并且旁路电压VBP 142增加。在时间t2之后，旁路电压VBP 142继续减小，直到分支开关152在时间t4处被接通。
在时间t4处，在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件，并且旁路电压VBP142小于参考REF 167。主控制装置148使导通信号ON 160有效并且使断开信号OFF 162无效，而分支控制装置150使分支驱动信号BR 165有效。由于使分支驱动信号BR 165有效，因此主导通信号MAIN_ON 164不跟随导通信号ON 160并且主导通信号MAIN_ON 164保持无效并且初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处。分支开关152被接通(例如传导电流)并且第二开关118被防止传导电流(例如关断)。漏极电流ID 119增加并且分支开关152传导全部的漏极电流ID 119以对旁路电容器144充电并且旁路电压VBP 142增加。或换言之，分支电流IBR 168基本上等于漏极电流ID 119，而第二开关电流I1 120基本上为零。
在时间t5处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且主控制装置148使导通信号ON 160无效并且使断开信号OFF 162有效。分支控制装置150使分支驱动信号BR 165无效以关断分支开关152。此外，断开信号OFF 162由驱动器158接收并且初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处以防止第二开关118传导，并且漏极电流ID 119减小到零。然而，如所示出的，旁路电压VBP 142仍然在参考REF 167以下，并且在时间t5和时间t6之间，旁路电压VBP 142正减小。
在时间t6处，在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件并且主控制装置148使导通信号ON 160有效并且使断开信号OFF 162无效。旁路电压VBP 142仍然在参考REF 167以下，并且这样，分支控制装置150使分支驱动信号BR 165有效以接通分支开关152，并且主导通信号MAIN_ON保持无效以防止第二开关118接通。分支开关152传导漏极电流ID 119以对旁路电容器144充电并且旁路电压VBP 142增加。在时间t6和时间t7之间，分支电流IBR168基本上等于漏极电流ID 119，而第二开关电流I1 120基本上为零。
如图2中所示出的，在漏极电流ID 119在时间t8处达到电流极限ILIM 221之前，旁路电压VBP 142在时间t7处达到参考REF 167。在时间t7处，分支控制装置150使分支驱动信号BR 165无效以防止分支开关152导通并且使主导通信号MAIN_ON 164有效以接通第二开关118。换言之，分支控制装置150允许主导通信号MAIN_ON 164跟随导通信号ON 160。驱动器158接收有效的主导通信号MAIN_ON 164并且使初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON268以接通第二开关118，使得第二开关118传导漏极电流ID 119。在时间t7和时间t8之间，第二开关电流I1 120基本上等于漏极电流ID 119并且分支电流IBR 168基本上为零。
在时间t8处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且主控制装置148使导通信号ON 160无效并且使断开信号OFF 162有效。此外，断开信号OFF 162由驱动器158接收并且初级驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269以防止第二开关118传导，并且漏极电流ID119减小到零。
在时间t9处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件并且主控制装置148使导通信号ON 160有效并且使断开信号OFF 162无效。由于在时间t9处旁路电压VBP 142基本上等于参考REF 167，并且主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160并且分支驱动信号BR 165保持无效。驱动器158使初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON 268，使得第二开关118可以传导漏极电流ID 119。在时间t10处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且主控制装置148使导通信号ON 160无效并且使断开信号OFF 162有效以关断第二开关118。初级驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269以防止第二开关118传导，并且漏极电流ID 119减小到零。
图3例示了第一控制器332的另一个实施方案，该第一控制器332包括主控制装置148、分支控制装置150、分支开关152、二极管D2 154、比较器156、驱动器358和分流调节器349。在图3中进一步示出的是功率开关S1 114——其包括第一开关116和第二开关118、旁路电容器144、二极管D1 146和辅助绕组112。功率开关S1 114、旁路电容器144、二极管D1146和辅助绕组112被包括以提供关于图1的用于第一控制器332的背景。漏极电流ID 119、第二开关电流I1 120、反馈/请求信号FB/REQ 130/133、初级驱动信号DR 138、电流感测信号ISNS 140、旁路电压VBP 142、导通信号ON 160、断开信号OFF 152、旁路调节信号BP_REG163、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165、参考REF 167、分支电流IBR 168和分流调节器输出372也被例示在图3中。应理解，第一控制器332可以与图1中所示出的功率转换器100一起被利用。
图3与关于图1所讨论的第一控制器132共享许多相似性，并且应理解，类似地命名和编号的元件如上文关于图1和图2所描述的那样耦合和起作用。然而，至少一个区别是分流调节器349与分流调节器输出372的添加以及驱动器358如何对分流调节器输出372作出响应。此外，分支控制装置150还被配置为接收来自主控制装置148的断开信号OFF 162并且确定在功率开关S1 114的断开时间期间旁路电压VBP 142是否已经下降到参考REF 167以下以确定是否应接通分支开关152。然而，应理解，分支控制装置150可以利用导通信号ON160的反相而不是断开信号OFF 162。
在所示出的实施方案中，第一控制器332控制由分支开关152传导的分支电流IBR168的量。此外，第一控制器332通过控制由第二开关118传导的第二开关电流I1 120的大小来控制由分支开关152传导的分支电流IBR 168的量。换言之，第一控制器332利用第二开关118来调节分支电流IBR 168。因此，第一控制器332确定有多少漏极电流ID 119由分支开关152重新引导以对旁路电容器144充电。剩余的未被用来对旁路电容器144充电的漏极电流ID 119由第二开关118传导。
分支开关的物理尺寸部分地由分支开关152传导的分支电流IBR168的最大量和分支开关152传导最大电流的持续时间确定。例如，为使分支开关152能够传导全部的漏极电流ID 119，分支开关152的物理尺寸将类似于第二开关118的物理尺寸。取决于被用来容纳第一控制器332和第二开关118的封装件，如果分支开关152的尺寸与第二开关118的尺寸类似，可能没有足够的空间来容纳第二开关118和分支开关152二者。这样，可以通过将分支电流IBR 168调节为小于分支电流阈值来控制分支开关152的物理尺寸。如果第二开关118被控制以分流漏极电流ID 119的一部分以将分支电流IBR 168调节至分支电流阈值以下，可以利用较小的分支开关152。
对于图3中所示出的实施方案，如果在一个开关循环开始之前旁路电压VBP 142在参考REF 167以下，分支控制装置150输出分支驱动信号BR 165以在该开关循环期间接通分支开关152。在一个实施方案中，分支开关152保持导通直到旁路电压VBP 142上升到参考REF 167以上或断开信号OFF 162被有效。在关于图5A和图5B所讨论的另一个实施方案中，分支开关152接通一固定量的时间或直到断开信号OFF 162被有效。分支控制装置150接收断开信号OFF 162，并且当断开信号OFF 162被有效时，如果旁路电压VBP 142在参考REF167以下，分支控制装置150可以确定为即将到来的开关循环接通分支开关152。替代地，分支控制装置150可以利用导通信号ON 160，并且当导通信号ON 160未被有效时，如果旁路电压VBP 142在参考REF 167以下，分支控制装置150可以确定为即将到来的开关循环接通分支开关152。在一个实施例中，当漏极电流ID 119达到电流极限时，断开信号OFF 162被有效(或导通信号ON 160被无效)，并且断开信号OFF 162保持有效直到在请求信号REQ 133中接收到下一个请求事件。当断开信号OFF 162被有效时，功率开关S1 114和分支开关152被关断并且被防止传导。
分流调节器349被配置为从分支控制装置150接收分支驱动信号BR 165并且感测分支电流IBR 168。分流调节器349将分流调节器输出372输出到驱动器358。在运行中，当分支驱动信号BR 165指示分支开关152导通(例如或传导)时，分流调节器349感测分支电流IBR168。此外，分流调节器349感测分支电流IBR 168何时已经达到分支电流阈值并且输出分流调节器输出372。连同驱动器358一起，防止分支电流IBR 168超过分支电流阈值。在一个实施例中，分流调节器输出372可以是由分流调节器349调节以确定初级驱动信号DR 138的电平的电压。在一个实施例中，分流调节器349像线性放大器一样起作用。
驱动器358被配置为接收主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165和分流调节器输出372。主导通信号MAIN_ON 164代表接通第二开关118以是完全导通的。响应于有效的主导通信号MAIN_ON 164，驱动器358将驱动信号DR 138输出到一电平使得第二开关118是完全导通的(例如导通电压VON)。或换言之，由第二开关118传导的电流由耦合到第二开关118的外部部件确定。
分支驱动信号BR 165代表分支开关152的传导。响应于有效的分支驱动信号BR165，驱动器358响应于代表分支电流IBR 168的分流调节器输出372而确定初级驱动信号DR138的电平，以控制由第二开关118传导的第二开关电流I1 120的值。
在分支开关152导通(例如传导)时，驱动器358响应于分流调节器输出372而改变初级驱动信号DR 138的电平以控制第二开关118的传导。分支电流IBR 168和第二开关电流I1 120的总和基本上为漏极电流ID 119，或在数学上为：ID＝IBR+I1。对于所示出的实施例，第二开关118是电压控制的器件、被例示为MOSFET，并且初级驱动信号DR 138是电压信号。驱动器358改变初级驱动信号DR 138的电压电平以控制由第二开关118传导的第二开关电流I1 120的值。可以选择初级驱动信号DR 138的电压电平，使得由第二开关118的栅极-源极电压确定第二开关电流I1 120的值。在一个实施例中，可以选择初级驱动信号DR 138的电压电平，使得第二开关118将在线性模式中运行。
在另一个实施方案中，驱动器358被配置为接收主导通信号MAIN_ON 164和分流调节器输出372，但是不接收分支驱动信号BR 165。主导通信号MAIN_ON 164代表接通第二开关118以完全接通第二开关118或以响应于分流调节器输出372而接通第二开关118。这样，当分支开关152未被接通时，主导通信号MAIN_ON 164可以被有效以完全接通第二开关118。当分支开关152是导通的时，主导通信号MAIN_ON 164也可以被有效，使得驱动器358响应于分流调节器输出372而确定初级驱动信号DR 138的电平以控制第二开关电流I1 120的值并且将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值以下。
这样，分流调节器349和驱动器358通过控制由第二开关118传导的漏极电流ID119的量(例如第二开关电流I1 120)来将分支电流IBR 168的值调节到分支电流阈值以下。或换言之，分流调节器349和驱动器358调节被用来对旁路电容器144充电的漏极电流ID119的量(例如分支电流IBR 168)。漏极电流ID 119的剩余部分作为第二电流I1 120由第二开关118传导。
此外，当功率转换器100在不连续传导模式(DCM)或连续传导模式(CCM)中运行时，第一控制器332可以改变分支开关152和第二开关118的运行。在DCM期间，当功率开关S1114或分支开关152被接通时，开关电流ID 119为零。在CCM中，当功率开关S1 114或分支开关152被接通时，开关电流ID 119基本上为非零。
在DCM运行期间，如果在请求一个开关循环(例如导通信号ON 160被有效)时旁路电压VBP 142在参考REF 167以下，分支驱动信号BR 165将分支开关152控制为导通的(例如传导)。分流调节器349和驱动器358通过控制第二开关118传导多少第二开关电流I1 120来调节分支电流IBR 168。
然而，在CCM中，当功率开关S1 114接通时，漏极电流ID 119为非零。这样，当功率开关S1 114或分支开关152接通时，可以出现大电流尖峰。此大电流尖峰可能损坏分支开关152。为使分支开关152能够传导全部的漏极电流ID 119，分支开关152的物理尺寸可以类似于第二开关118的物理尺寸。然而，如上文所提及的，可以通过调节分支电流IBR 168来利用物理上更小的分支开关152。在CCM运行中，第二开关118在一个开关循环开始时被接通以在接通分支开关152之前传导大电流尖峰。在一给定量的时间之后，分支开关152然后被接通，使得分支电流IBR 168对旁路电容器144充电。分流调节器349和驱动器358通过控制第二开关118传导多少第二开关电流I1 120来调节分支电流IBR 168。这样，第二开关118被用来保护分支开关152。
图4A是例示了当功率转换器100在不连续传导模式(DCM)中运行时图3的第一控制器332的示例波形的时序图400。例示了旁路电压VBP 142、请求信号REQ 133、漏极电流ID119、分支电流IBR 168、第二电流I1 120、导通信号ON 160、断开信号OFF 162、节点A 117处的电压、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165和初级驱动信号DR 138。类似于图2，初级驱动信号DR 138被示出为电压信号，并且初级驱动信号DR 138的电压电平控制第二开关电流I1 120的值。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。
在所示出的实施例中，比较器156利用迟滞并且图4A和图4B中例示的上参考REF+167a和下参考REF- 167b表示用于参考REF 167的迟滞阈值。当旁路电压VBP 142下降到下参考REF- 167b以下时，旁路调节信号BP_REG 163转变到逻辑高值，并且当旁路电压VBP142超过上参考REF+ 167a时，旁路调节信号BP_REG 163转变到逻辑低值。换言之，当旁路电压VBP 142下降到下参考REF- 167b以下时，第一控制器332可以确定接通分支开关152以对旁路电容器144充电。当旁路电压VBP 142超过上参考REF+ 167a时，控制器332还可以确定关断分支开关152。
在时间t11至时间t13之间和t20向前表示功率开关S1 114的正常开关循环，其中第二开关118被完全接通并且能量从功率转换器100的输入传递到功率转换器100的输出。然而，在时间t13至时间t16和时间t16至时间t20之间的开关循环表示分支开关152被接通以对旁路电容器144充电的充电循环。在这些循环期间，第二开关118被用来将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH 490以下。但是，应理解，时间t16至时间t20之间的开关循环从充电循环转变到正常开关循环。
在时间t11处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件(例如脉冲)，并且导通信号ON160被有效，而通过主控制装置148使断开信号OFF 162无效。当接收到请求事件时，旁路电压VBP 142大于下参考REF- 167b，并且这样，分支开关152未被接通对旁路电容器144充电。分支控制装置150使主导通信号MAIN_ON 164有效，使得主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160。通过分支控制装置150也未使分支驱动信号BR 165有效并且分支开关152不传导——由时间t11和时间t12之间的基本上为零的分支电流IBR 168指示。
在主导通信号MAIN_ON 164有效的情况下，由驱动器358提供的初级驱动信号DR138基本上是导通电压VON 268，该导通电压VON 268是用以接通第二开关118使得漏极电流ID119和第二电流I1 120由耦合到功率开关S1 104的部件确定的电压。这样，在时间t11和时间t12之间，第二开关118是完全导通的并且节点A 117处的电压是小的接近零的值。在一个实施例中，当第二开关118是完全导通的时节点A 117处的电压可以是基本上100mV。第二开关118正传导并且第二电流I1120基本上等于漏极电流ID 119。
在时间t12处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164都被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动器358将驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，该断开电压VOFF 269是使得第二开关118不能够传导电流并且漏极电流ID 119和第二电流I1 120下降到零的电压值。在时间t12和时间t13之间，当功率开关S1 114是断开的时，节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 491以上的高值处，使得第一开关116处于截止中并且不传导电流。
在时间t13处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件，并且导通信号ON 160被有效，而断开信号OFF 162被无效。另外，旁路电压VBP 142在下参考REF- 167b以下，并且这样，漏极电流ID 119的至少一部分被用来对旁路电容器144充电。由于旁路电压VBP 142已经下降到下参考REF- 167b以下，因此分支控制装置150不使主导通信号MAIN_ON 164有效，而是使分支驱动信号BR 165有效以接通分支开关152并且传导分支电流IBR 168。初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处以防止第二开关S1 118传导。在时间t13处，节点117处的电压下降到在输入回线111(在图4A和图4B中被示出为0V)以上但在第一开关116的阈值VTH116 491以下的值。
在时间t13和时间t14之间，分支电流IBR 168小于分支电流阈值IBRTH490。这样，初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处并且第二开关118不传导。分支电流IBR 168基本上为漏极电流ID 119并且第二电流I1 120基本上为零。
然而，在时间t14处，分支电流IBR 168达到分支电流阈值IBRTH 490并且分流调节器349提供分流调节器输出372，使得驱动器358将第二开关118控制为导通的并且控制第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)的量。如所示出的，在时间t14处，初级驱动信号DR138转变到在第二开关118的阈值VTH118 492以上的值，使得由第二开关118传导的电流(例如，第二电流I1 120)取决于第二开关118的栅极电压的值(例如初级驱动信号DR 138)。这样，分流调节器349能够将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH 490处或以下。
在时间t14和时间t15之间，分流调节器349和驱动器358正控制第二开关118的传导，使得分支电流IBR 168保持在分支电流阈值IBRTH 490处。未由分支开关152重新引导到旁路电容器144的剩余的漏极电流ID 119作为第二电流I1 120由第二开关118传导。应理解，第二电流I1120和分支电流IBR 168的总和基本上是漏极电流ID 119。在时间t14和时间t15之间，旁路电压VBP 142已经增加到下参考REF- 167b以上，但还未达到上参考REF+ 167a。这样，比较器156的输出(例如，旁路调节信号BP_REG 163)未改变状态，直到旁路电压VBP 142已经达到上参考REF+ 167a并且分支开关152保持导通以对旁路电容器144充电。
在时间t15处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。导通信号ON 160被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动器将驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269并且节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116以上的高值处。这样，第一开关116和第二开关118都不传导，并且漏极电流ID 119、第二电流I1 120和分支电流IBR 168下降到零。在时间t15之前，旁路电压VBP 142未达到上参考REF+ 167a。
在时间t16处，接收到请求事件并且旁路电压VBP 142在上阈值REF+ 167a以下。这样，漏极电流ID 119的一部分被用来对旁路电容器144充电。导通信号ON 160被有效，而断开信号OFF信号162被无效。分支控制装置150不使主导通信号MAIN_ON 164有效并且使分支驱动信号BR 165有效以接通分支开关152以传导分支电流IBR 168。初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处以防止第二开关S1 118传导。节点117处的电压下降到在输入回线111(在图4A和图4B中被示出为0V)以上但在第一开关116的阈值VTH116 491以下的值。
类似于时间t13和时间t14之间的持续时间，在时间t16和时间t17之间，分支电流IBR168小于分支电流阈值IBRTH 490。这样，第二开关118未被接通传导电流并且分支电流IBR168基本上是漏极电流ID 119并且第二电流I1 120基本上为零。
在时间t17处，分支电流IBR 168达到分支电流阈值IBRTH 490并且分流调节器349和驱动器358将第二开关118控制为导通的。此外，第二开关118传导的电流(例如第二电流I1120)的量是感测的分支电流IBR 168的函数。如所示出的，在时间t17处，初级驱动信号DR138转变到在第二开关118的阈值VTH118 492以上的值，使得由第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)取决于第二开关118的栅极电压的值(例如初级驱动信号DR 138)。
在时间t17和时间t18之间，分流调节器349和驱动器358控制第二开关118的传导，使得分支电流IBR 168保持在分支电流阈值IBRTH 490处。未由分支开关152利用以对旁路电容器144充电的剩余的漏极电流ID 119作为第二电流I1 120由第二开关118传导。应理解，第二电流I1 120和分支电流IBR 168的总和基本上是漏极电流ID 119。
在时间t18处，旁路电压VBP 142在漏极电流ID 119已经达到电流极限ILIM 221之前达到上参考REF+ 167a。导通信号ON 160仍然被有效并且分支控制装置150使分支驱动信号BR 165无效以关断分支开关152并且使主导通信号MAIN_ON 164有效以完全接通第二开关118。循环恢复到正常开关循环并且第二开关118传导全部的漏极电流ID 119。或换言之，第二电流I1 120基本上是漏极电流ID 119。节点A 117处的电压下降到远在第一开关116的阈值VTH116 491以下的值，并且初级驱动信号DR 138增加到导通电压VON 268。
在时间t19处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。主控制装置148使导通信号ON 160无效并且使断开信号OFF 162有效。主导通信号MAIN_ON 164也被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动器358使驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269并且节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116491以上的高值。这样，第一开关116和第二开关118都不传导，并且漏极电流ID 119、第二电流I1 120和分支电流IBR 168下降到零。功率开关S1 114保持断开直到在时间t20处在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件。
图4B是例示了当功率转换器100在连续传导模式(CCM)中运行时图3的第一控制器332的示例波形的时序图401。例示了旁路电压VBP 142、请求信号REQ 133、漏极电流ID119、分支电流IBR 168、第二电流I1 120、导通信号ON 160、断开信号OFF 162、节点A 117处的电压、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165和初级驱动信号DR 138。此外，图4A和图4B中例示的上参考REF+ 167a和下参考REF- 167b表示由比较器156利用的用于参考REF 167的迟滞阈值。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。
在时间t22至时间t23之间和时间t31向前表示功率开关S1 114的正常开关循环，其中第二开关118被完全接通并且能量从功率转换器100的输入传递到功率转换器100的输出。然而，在时间t24至时间t27和时间t27至时间t31之间的开关循环表示分支开关152被接通以对旁路电容器144充电的充电循环。在这些循环期间，第二开关118还被用来将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH 490以下。充电循环在旁路电压VBP 142下降到下参考REF- 167b以下时开始并且在旁路电压VBP 142达到上参考REF+ 167a时结束。
类似于上文关于图4A在时间t11至时间t13之间以及在时间t22处讨论的正常开关循环，在时间t22和时间t31处，当在请求信号REQ 133中接收到请求事件(例如脉冲)时，旁路电压VBP 142大于下参考REF- 167b或已经达到上参考REF+ 167a，并且分支开关152未被接通对旁路电容器144充电。导通信号ON 160被有效，而断开信号OFF 162被主控制装置148无效。分支控制装置150使主导通信号MAIN_ON 164有效并且主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160。分支驱动信号BR 165也未被分支控制装置150有效并且分支开关152不传导——由在时间t22和时间t23之间以及时间t31向前的基本上为零的分支电流IBR 168指示
初级驱动信号DR 138基本上等于导通电压VON 268，该导通电压VON 268是用以接通第二开关118使得漏极电流ID 119和第二电流I1120由耦合到功率开关S1 104的部件确定的电压。这样，在时间t22和时间t23之间以及时间t31向前，第二开关118是完全导通的并且节点A 117处的电压是小的接近零的值。例如，当第二开关118是完全导通的时节点A 117处的电压可以是基本上100mV。当第二开关118是完全导通的并且正传导时，第二电流I1 120基本上等于漏极电流ID 119。如所示出的，漏极电流ID 119在开关循环开始时基本上为非零，从而指示CCM运行。当功率开关S1 114在时间t22和时间t31处被接通时，电流尖峰是可见的
在时间t23和时间t32处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1114被关断。导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164都被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动器使驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，该断开电压VOFF 269是使得第二开关118不能够传导电流并且漏极电流ID 119和第二电流I1 120下降到零的电压值。在时间t23和时间t24之间，当功率开关S1 114是断开的时，节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 491以上的高值处，使得第一开关116处于截止中并且不传导电流。
在时间t24处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件并且主控制装置148使导通信号ON 160有效并且使OFF信号162无效。然而，在时间t24处，旁路电压VBP 142在下参考REF-167b以下并且漏极电流ID 119的一部分被用来通过接通分支开关152以对旁路电容器144充电。然而，在CCM运行中，第二开关118在时间t24和时间t25之间被短暂地完全接通以传导在开关循环开始时看到的CCM电流尖峰。分支控制装置150使主导通信号MAIN_ON 164有效但是直到时间t25才使分支驱动信号BR 165有效。初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON268，并且节点A 117处的电压是小的接近零的值，并且第二开关118是完全导通的并且传导漏极电流ID 119(例如，第二电流I1 120基本上是漏极电流ID 119)。
在时间t25处，分支控制装置150使分支驱动信号BR 165有效以接通分支开关152并且使主导通信号MAIN_ON 164无效。驱动器358使初级驱动信号DR 138转变到在第二开关118的阈值VTH118 492以上的值，使得由第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)取决于第二开关118的栅极电压(例如初级驱动信号DR 138)的值。如所示出的，节点A 117处的电压转变到在第一开关116的阈值VTH116 491以下的值。应理解，在时间t24和时间t25之间的持续时间可以是固定的或可变的。
在时间t25和时间t26之间，分支电流IBR 168小于或已经达到分支电流阈值IBRTH490。分流调节器349将分流调节器输出372提供到驱动器358以控制第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)的量，使得分支电流IBR 168保持在分支电流阈值IBRTH 490处或以下。未由分支开关152传导以对旁路电容器144充电的剩余的漏极电流ID 119作为第二电流I1 120由第二开关118传导。应理解，第二电流I1 120和分支电流IBR 168的总和基本上是漏极电流ID 119。在此开关循环期间，旁路电压VBP 142已经增加到下参考REF- 167b以上但未达到上参考REF+ 167a，并且比较器156的输出(例如旁路调节信号BP_REG 163)不改变状态。
在时间t26处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164都被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动器使驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269并且节点A117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 491以上的高值处。这样，第一开关116和第二开关118都不传导，并且漏极电流ID 119、第二电流I1 120和分支电流IBR 168下降到零。在分支开关152是断开的情况下，旁路电压VBP 142减小。
在时间t27处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件并且主控制装置148使导通信号ON 160有效并且使断开信号OFF 162无效。旁路电压VBP 142在时间t27处在上阈值REF+167a以下并且漏极电流ID 119的一部分被用来对旁路电容器144充电。如先前所讨论的，第二开关118在时间t27和时间t28之间被短暂地完全接通，以传导在开关循环开始时看到的CCM电流尖峰。分支控制装置150使主导通信号MAIN_ON 164有效但直到时间t28才使分支驱动信号BR 165有效。初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON 268，并且节点A 117处的电压是小的接近零的值，并且第二开关118是完全导通的并且传导漏极电流ID 119，并且这样，第二电流I1 120基本上是漏极电流ID 119。
在时间t28处，分支控制装置150使分支驱动信号BR 165有效以接通分支开关152以传导分支电流IBR 168，并且使主导通信号MAIN_ON 164无效。驱动器358使初级驱动信号DR138转变到在第二开关118的阈值VTH118 492以上的值，使得由第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)取决于第二开关118的栅极电压(例如初级驱动信号DR 138)的值。如所示出的，节点A 117处的电压转变到恰好在第一开关116的阈值VTH116 491以下的值。应理解，在时间t27和时间t28之间的持续时间可以是固定的或可变的。
在时间t28和时间t29之间，分支电流IBR 168被控制为小于分支电流阈值IBRTH 490。在此时间段期间，分流调节器349将分流调节器输出372提供到驱动器358以控制第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)的量，使得分支电流IBR 168保持在分支电流阈值IBRTH 490处或以下。未由分支开关152传导以对旁路电容器144充电的剩余的漏极电流ID119作为第二电流I1 120由第二开关118传导。
在时间t29处，旁路电压VBP 142在漏极电流ID 119已经达到电流极限ILIM 221之前达到上参考REF+ 167a，并且分支控制装置150使分支驱动信号BR 165无效以关断分支开关152。导通信号ON 160仍然被有效，并且分支控制装置150然后使主导通信号MAIN_ON 164有效以完全接通第二开关118。节点A 117处的电压下降到远在第一开关116的阈值VTH116491以下的值，并且初级驱动信号DR 138增加到导通电压VON 268。循环恢复到正常开关循环并且第二开关118传导全部的漏极电流ID 119并且第二电流I1 120基本上是漏极电流ID119。
在时间t30处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164都被无效，而断开信号OFF 162被有效。初级驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，并且节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 491以上的高值处。这样，第一开关116和第二开关118都不传导，并且漏极电流ID119、第二电流I1 120和分支电流IBR 168下降到零。功率开关S1 114保持是断开的直到在时间t31处在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件。
图5A例示了第一控制器532的另一个实施方案，该第一控制器532包括分支控制装置550、分支开关152、二极管D2 154、比较器156、驱动器558和分流调节器349。功率开关S1114——其包括第一开关116和第二开关118——和旁路电容器144被示出以提供关于图1的用于第一控制器532的背景。漏极电流ID 119、第二开关电流I1 120、初级驱动信号DR 138、旁路电压VBP 142、导通信号ON 160、断开信号OFF 152、旁路调节信号BP_REG 163、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165、参考REF 167、分支电流IBR 168和分流调节器输出372也被例示在图5A中。应理解，第一控制器532可以与图1中所示出的功率转换器100一起被利用。图5A中未例示的是主控制装置，然而应理解，第一控制器532还包括主控制装置以提供导通信号ON 160和断开信号OFF 162。
图5A例示了分支控制装置550和驱动器558的示例实施方式。分支控制装置550被示出为包括与门574、锁存器575、与门576、电容器C1 581、电阻器R1 582、反相器577、反相器578、与门579和与门580。驱动器558被例示为包括开关585、586和587以及电阻器R3 588。对于所示出的实施例，二极管589被例示为耦合在分流调节器349和驱动器558之间以例示分流调节器输出372的方向。应理解，二极管589可以是可选的。
图5A与关于图1讨论的第一控制器132共享许多相似性，并且应理解，类似地命名和编号的元件如上文关于图1和图2所描述的那样耦合和起作用。然而，至少一个区别是分流调节器349与分流调节器输出372的添加以及驱动器558如何对分流调节器输出372作出响应。类似于关于图3讨论的第一控制器332，第一控制器532将分支电流IBR168调节到在分支电流阈值IBRTH处或以下。
图5A与关于图3的第一控制器332共享许多相似性，并且应理解，类似地命名和编号的元件如上文关于图3、图4A和图4B所描述的那样耦合和起作用。然而，至少一个区别是在功率开关S1 114的导通时间的一部分内分支开关152被接通以对旁路电容器144充电。如将讨论的，如果旁路电压VBP 142小于参考REF 167，分支控制装置550确定在功率开关S1114的导通时间开始时使分支开关152接通一时段T1。在时段T1期间，分流调节器349和驱动器558通过控制由第二开关118传导的第二电流I1 120来将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH以下。一旦时段T1已经过去，开关循环恢复到正常开关循环并且分支控制装置550控制分支开关152为断开的并且驱动器558控制第二开关118为完全导通的以传导全部的漏极电流ID 119。
分支控制装置550确定在功率开关S1 114的断开时间期间旁路电压VBP 142是否已经下降到参考REF 167以下，如由断开信号OFF 162(或替代地反相的导通信号ON 160)和旁路调节信号BP_REG 163所指示的。分支控制装置550然后确定是否应接通分支开关152使得漏极电流ID 119的一部分被用来对旁路电容器144充电。与门574被例示为耦合到比较器156并且接收旁路调节信号BP_REG 163和断开信号OFF 162。替代地，与门574可以接收反相的导通信号ON 160而不是断开信号OFF 162。
锁存器575耦合到与门574。如所示出的，与门574的输出在锁存器575的S-输入处被接收。锁存器575的复位输入耦合到电容器C2 583和电阻器R2 584。与门576被耦合以接收锁存器575的Q输出和导通信号ON 160。与门576的输出耦合到电容C1 581，该电容C1 581然后耦合到电阻器R1 582和反相器577。电容C1 581和电阻器R1 582耦合在一起作为单稳态多谐振荡器，以提供持续时间T1的脉冲。
反相器577耦合到反相器578和与门580。与门579和与门580都被耦合以接收导通信号ON 160。此外，与门579被耦合以接收反相器578的输出，而与门580被耦合以接收反相器577的输出。与门579的输出是分支驱动信号BR 165，而与门580的输出是主导通信号MAIN_ON 164。
在运行中，如果旁路电压VBP 142小于参考REF 167，旁路调节信号BP_REG 163为逻辑高值。断开信号OFF 162在功率开关S1 114的断开时间期间为逻辑高(例如有效)。如果旁路调节信号BP_REG 163指示旁路电压VBP 142在功率开关S1 114的断开时间期间小于参考REF 167，与门574的输出为逻辑高，锁存器575被置位，并且Q输出为逻辑高值。导通信号ON 160在功率开关S1 114的下一个开关循环开始时为逻辑高(例如有效)。由于因为在前一个开关循环中旁路电压VBP 142在参考REF 167以下造成Q输出为高，因此与门576的输出为逻辑高。换言之，与门576的输出随导通信号ON 160的上升沿(leading edge)转变到逻辑高值。电容器C1 581和电阻器R1 582耦合在一起作为单稳态多谐振荡器。当与门576的输出转变到逻辑高值(例如上升沿)时，电容器C1 581和电阻器R1 582提供持续时间基本上等于时段T1的脉冲。
反相器577将时段T1的反相脉冲提供到与门580，而反相器578将时段T1的脉冲提供到与门579。当导通信号ON 160初始被有效时，与门579提供用于分支驱动信号BR 165的逻辑高(例如有效)值，并且在时段T1内分支开关152被接通。换言之，分支驱动信号BR 165在基本上等于时段T1的持续时间内为逻辑高。
由于反相器577将时段T1的反相脉冲提供到与门580，因此当导通信号ON 160初始被有效时，主导通信号MAIN_ON 164在时段T1内为逻辑低(例如无效)。在时段T1结束时，由电容器C1 581和电阻R1 582提供的脉冲转变到逻辑低值并且分支驱动信号BR 165被无效(例如逻辑低)并且分支开关152被关断。反相器577的输出在时段T1之后为逻辑高，这样，主导通信号MAIN_ON 164在时段T1已经过去之后转变到逻辑高值(例如有效)并且保持有效以接通第二开关S1 118直到导通信号ON 160被无效。电容器C2 583和电阻器R2 584提供边沿触发以使锁存器575复位。
如果旁路调节信号BP_REG 163保持逻辑低——指示旁路电压VBP 142大于参考REF 167，锁存器575未被置位并且其Q输出为逻辑低，与门576为逻辑低，而反相器577为逻辑高并且反相器578为逻辑低。这样，当导通信号ON 160为逻辑高(例如有效)时，分支驱动信号BR 165保持逻辑低(例如无效)并且主导通信号MAIN_ON 164为逻辑高(例如有效)。
驱动器558被例示为包括开关585、586和587以及电阻器R3 588。二极管589被例示为耦合在分流调节器349和驱动器558之间以例示分流调节器输出372的方向。然而，应理解，二极管589是可选的。如所示出的，开关585耦合在第二开关118的栅极和导通电压VON268之间并且由主导通信号MAIN_ON 164控制。在运行中，开关585作为上拉开关耦合到第二开关118的栅极以驱动第二开关118完全导通。如果主导通信号MAIN_ON 164被有效，开关585被闭合并且初级驱动信号DR 138(例如第二开关118的栅极电压)基本上是导通电压VON268。如上文所提及的，可以选择导通电压VON 268的值，使得第二开关118是完全导通的并且传导漏极电流ID 119。
开关586耦合在第二开关118的栅极和断开电压VOFF 269之间。开关586由断开信号OFF 162控制。在运行中，开关586作为下拉开关耦合到第二开关118的栅极以驱动第二开关118完全关断。如果断开信号OFF 162被有效，开关585被闭合并且初级驱动信号DR 138(例如第二开关118的栅极电压)基本上是断开电压VOFF 269。可以选择断开电压VOFF 269的值，使得第二开关118是完全断开的并且不能够传导电流。
电阻器588和开关587被示出为耦合在第二开关118的栅极和输入回线111之间。如所示出的，开关587由分支驱动信号BR 165控制。分流调节器输出372通过二极管589耦合到电阻器R3 588和第二开关118的栅极。在运行中，如果分支驱动信号BR 165被有效，分支开关152和开关587都是导通的。初级驱动信号DR 138的电平(例如第二开关118的栅极电压)由分流调节器349确定。当分支驱动信号BR 165指示分支开关152是导通的(例如或传导)时，分流调节器349感测分支电流IBR 168并且提供分流调节器输出372。此外，分流调节器349感测分支电流IBR 168何时已经达到分支电流阈值IBRTH并且改变分流调节器输出372以防止分支电流IBR 168超过分支电流阈值IBRTH。如所示出的，分流调节器输出372可以是由分流调节器349确定的电压值。分流调节器输出372被用作初级驱动信号DR 138(例如第二开关118的栅极电压)的值，并且通过控制由第二开关118对第二电流I1 120的传导来将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH以下。
图5B是例示了图5A的第一控制器532的示例波形的时序图500。5A。示例波形例示了在不连续传导模式(DCM)中运行的功率转换器100。例示了旁路电压VBP 142、请求信号REQ 133、漏极电流ID 119、分支电流IBR 168、第二电流I1 120、导通信号ON 160、断开信号OFF 162、节点A 117处的电压、主导通信号MAIN_ON 164、分支驱动信号BR 165和初级驱动信号DR 138。在所示出的实施例中，比较器156具有迟滞并且图5B中例示的上参考REF+167a和下参考REF- 167b表示用于参考REF 167的迟滞阈值。当旁路电压VBP 142下降到下参考REF- 167b以下时，旁路调节信号BP_REG 163为逻辑高，并且当旁路电压VBP 142达到上参考REF+ 167a时，旁路调节信号BP_REG 163为逻辑低。类似于其他图，初级驱动信号DR138是电压信号，并且初级驱动信号DR 138的电压值控制由第二开关118传导的第二开关电流I1 120的值。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。
在时间t32至时间t34之间的开关循环表示功率开关S1 114的一个正常开关循环，其中第二开关118被完全接通并且能量从功率转换器100的输入传递到功率转换器100的输出。然而，在时间t34至时间t38之间、在时间t38至时间t42之间和时间t42向前的开关循环表示分支开关152被接通以对旁路电容器144充电的充电循环。在这些循环期间，第二开关118被用来将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH 590以下。与其他时序图相比，时序图500中所示出的至少一个区别是，在一个充电循环期间，分支开关152在每个充电循环的时段T1570内被接通以对旁路电容器144充电。充电循环的剩余部分在时段T1 570之后恢复到正常开关循环。
在时间t32处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件(脉冲)，并且导通信号ON 160被有效，而断开信号OFF 162由主控制装置148被无效。此外，旁路电压VBP 142大于下参考REF- 167b并且分支开关152未被接通重新引导漏极电流ID 119的一部分以对旁路电容器144充电。分支控制装置150使主导通信号MAIN_ON 164有效，使得主导通信号MAIN_ON 164基本上跟随导通信号ON 160。分支驱动信号BR 165也未由分支控制装置150被有效并且分支开关152不传导，这由在时间t32和时间t33之间的基本上为零的分支电流IBR 168指示。
在时间t32和时间t33之间，初级驱动信号DR 138基本上是导通电压VON 268，该导通电压VON 268是用以接通第二开关118使得漏极电流ID 119和第二电流I1 120由耦合到功率开关S1 104的部件确定的电压。这样，第二开关118是完全导通的并且节点A 117处的电压是小的接近零的值。例如，当第二开关118是完全导通的时节点A 117处的电压可以为基本上100mV。当第二开关118正传导时，第二电流I1 120基本上等于漏极电流ID 119。
在时间t33处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。断开信号OFF 162被有效，而导通信号ON 160和主导通信号MAIN_ON 164都被无效。驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，该断开电压VOFF 269是使得第二开关118不能够传导电流并且漏极电流ID 119和第二电流I1 120下降到零的电压值。在时间t33和时间t34之间，当功率开关S1 114是断开的时，节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 591以上的高值处，使得第一开关116处于截止中并且不传导电流。
在时间t34处，在请求信号REQ 133中接收到请求事件，并且导通信号ON 160被有效，而断开信号OFF 162被无效。当漏极电流ID 119的一部分被用来对旁路电容器144充电时，旁路电压VBP 142在下参考REF- 167b以下。分支控制装置550使分支驱动信号BR 165有效以在时段T1 570内接通分支开关152，该时段T1 570被示出为在时间t34和时间t36之间的持续时间。如所示出的，旁路电压VBP 142开始增加。初级驱动信号DR 138保持在断开电压VOFF 269处以防止第二开关S1 118传导，然而，节点117处的电压下降到在输入回线111(在图5A中被示出为0V)以上但在第一开关116的阈值VTH116 591以下的值。
在时间t34和时间t35之间，分支电流IBR 168小于分支电流阈值IBRTH 590。这样，分流调节器349不更改初级驱动信号DR 138并且第二开关118不传导。分支电流IBR 168基本上为漏极电流ID 119并且第二电流I1 120基本上为零。
在时间t35处，分支电流IBR 168达到分支电流阈值IBRTH 590，并且分流调节器349提供分流调节器输出372，使得驱动器358控制第二开关118是导通的并且控制第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)的量。如所示出的，初级驱动信号DR 138转变到在第二开关118的阈值VTH118 592以上的值，使得由第二开关118传导的电流(例如第二电流I1 120)取决于第二开关118的栅极电压(例如初级驱动信号DR 138)。因此，分流调节器349调节分支电流IBR 168。
在时间t35和时间t36之间，分流调节器349和驱动器358正控制第二开关118的传导，使得分支电流IBR 168保持在分支电流阈值IBRTH 490处。未作为分支电流IBR 168由分支开关152传导的剩余的漏极电流ID119作为第二电流I1 120由第二开关118传导。在时间t35和时间t36之间，旁路电压VBP 142已经增加到下参考REF- 167b以上，但是还未达到上参考REF+ 167a。
在时间t36处，时段T1 570结束。应理解，时段T1 570的持续时间可以由图5A中所示出的电容器C1 581和电阻器R1 582确定。分支控制装置550使分支驱动信号BR 165无效并且使主导通信号MAIN_ON 164有效以基本上跟随导通信号ON 160。节点A 117处的电压下降到接近零的值，而初级驱动信号DR 138转变到导通电压VON 268。第二开关118是完全导通的，而分支开关152被关断。在时间t36至时间t37之间，分支电流IBR 168基本上为零，而第二电流I1 120基本上是漏极电流ID 119。一旦分支开关152被关断，旁路电压VBP 142就开始减小。
在时间t37处，漏极电流ID 119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。导通信号ON 160被无效，而断开信号OFF 162被有效。驱动信号DR 138转变到断开电压VOFF 269，并且节点A 117处的电压处于在第一开关116的阈值VTH116 591以上的高值处。这样，第一开关116和第二开关118都不传导并且漏极电流ID 119和第二电流I1 120下降到零。在时间t38处，在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件并且旁路电压VBP 142在上阈值REF+ 167a和下参考REF- 167b以下。应理解，在时间t38至时间t42之间所示出的循环类似于上文在时间t34至时间t38之间所讨论的循环。分支驱动信号BR 165被有效以在时段T1 570内接通分支开关152以对旁路电容器144充电。在时段T1 570期间，通过控制第二电流I1 120将分支电流IBR 168调节到分支电流阈值IBRTH 590以下。在时段T1 570之后，分支开关152被关断并且第二开关118被完全接通，并且第二开关118传导漏极电流ID 119直到漏极电流ID119达到电流极限ILIM 221并且功率开关S1 114被关断。在此开关循环期间，旁路电压VBP142未达到上阈值REF+ 167a。
在时间t42处，在请求信号REQ 133中接收到另一个请求事件并且旁路电压VBP 142在上阈值REF+ 167a以上。对于在时间t42处开始的开关时段，旁路电压VBP 142在时间t44处达到阈值REF+ 167。这样，在时间t44处，循环恢复到正常开关循环，主导通信号MAIN_ON 164被有效并且第二开关118被完全接通以传导漏极电流ID 119。
图6例示了示例旁路电压VBP 142和分支驱动信号BR 165的时序图600。应理解，类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。在一个实施方案中，分支开关152可以被接通固定数目的连续开关循环。在又一个实施方案中，分支开关152不可以被接通多于固定数目的连续开关循环。对于图6中所示出的实施例，分支开关152被接通三个连续开关循环。如所示出的，当旁路电压VBP 142达到下参考REF- 167b时，充电循环可以开始并且分支驱动信号BR 165接通分支开关152。当旁路电压VBP 142达到上参考REF+ 167a时停止充电循环。当旁路电压VBP 142达到下参考REF- 167b时，分支驱动信号BR 165跳动到逻辑高值以接通分支开关152。
在一个实施例中，分支开关152如关于图5A和图5B所讨论的那样在时段T1内被接通，但是分支开关152可以如用图1、图2、图3、图4A和图4B所讨论的那样被接通。当分支开关152是导通的时，旁路电压VBP 142正增加。当分支开关152是断开的时，旁路电压VBP 142正减小。如时序图600中所示出的，分支驱动信号BR 165使分支开关152接通三个连续开关循环，并且旁路电压VBP 142已经达到上参考REF+ 167a。可以选择时段T1使得旁路电压VBP142从下参考REF- 167b到达上参考REF+ 167a需要三个连续开关循环。然而，应理解，也可以利用另一数目的连续开关循环。
图7例示了示例隔离式功率转换器700，该功率转换器700包括具有分支开关152和分支控制装置150的第一控制器132。应理解，功率转换器700与图1的功率转换器100共享许多相似性，并且类似地命名和编号的元件如上文所描述的那样耦合和起作用。然而，至少一个区别是功率转换器700不包括辅助绕组112和二极管D1 146。这样，旁路电容器144的旁路电压VBP 142由第一控制器132生成。尽管示出了图1的第一控制器132，但是应理解，关于图3、图4A、图4B、图5A和图5B所讨论的第一控制器的实施方案也可以与功率转换器700一起被利用。
对本发明的所例示的实施例的上述描述，包括摘要中所描述的内容，并非意在是穷举的或是对所公开的确切形式的限制。虽然出于例示性目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，各种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供具体示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是用于解释的目的，并且根据本发明的教导，也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。
尽管在权利要求书中限定了本发明，但是应理解，可以根据以下实施例来替代地限定本发明：
实施例1.一种用于功率转换器的第一控制器，所述第一控制器包括：驱动器，其被配置为提供驱动信号以接通和关断功率开关，以控制在所述功率转换器的输入和输出之间的能量递送，其中所述功率开关包括以共源共栅配置耦合的第一开关和第二开关，并且其中所述第一开关是常通器件，并且所述第二开关是常断器件；电源端子(supplyterminal)，其耦合到旁路电容器，所述旁路电容器向所述第一控制器提供运行电力，其中所述旁路电容器具有旁路电压；分支开关，其耦合到所述第一开关和所述第二开关之间的节点；以及分支控制装置，其被配置为接收代表所述旁路电压与旁路参考的比较的调节信号，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压在所述旁路参考以下，接通所述分支开关以将所述功率开关的漏极电流的至少一部分从所述节点重新引导到所述旁路电容器。
实施例2.根据实施例1所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为接通和关断所述第二开关以控制所述功率开关的接通和关断。
实施例3.根据实施例1或2所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为与所述功率开关的一个开关循环同时接通所述分支开关。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为使所述分支开关接通一固定时间段。
实施例5.根据实施例1至4中任一项所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压达到所述旁路参考或所述功率开关的所述漏极电流达到电流极限，关断所述分支开关。
实施例6.根据实施例1至5中任一项所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：如果所述分支开关是断开的并且所述漏极电流小于所述电流极限，接通所述第二开关。
实施例7.根据实施例1至6中任一项所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：当所述分支开关被接通并且所述分支开关将所述功率开关的所述漏极电流从所述节点传导到所述旁路电容器时，关断所述第二开关。
实施例8.根据实施例1至7中任一项所述的第一控制器，还包括：分流调节器，其被配置为感测由所述分支开关传导的分支电流并且将所述分支电流调节为小于分支电流阈值，其中所述分流调节器和所述驱动器通过控制由所述第二开关传导的第二电流来调节所述分支电流，并且其中所述分支电流基本上是所述漏极电流的、从所述节点重新引导到所述旁路电容器的所述部分，并且所述第二电流是所述漏极电流的剩余部分。
实施例9.根据实施例1至8中任一项所述的第一控制器，其中所述分流调节器被配置为向所述驱动器提供分流输出电压，其中所述驱动器响应于所述分流输出电压而确定所述第二开关的栅极电压，并且其中由所述第二开关传导的所述第二电流响应于所述第二开关的所述栅极电压。
实施例10.根据实施例1至9中任一项所述的第一控制器，其中如果所述功率转换器在连续传导模式中运行，所述驱动器在所述分支控制装置接通所述分支开关之前接通所述第二开关。
实施例11.根据实施例1至10中任一项所述的第一控制器，其中所述分支开关被接通固定数目的连续开关循环。
实施例12.一种用于功率转换器的第一控制器，所述第一控制器包括：功率开关，其中所述功率开关包括以共源共栅配置耦合的第一开关和第二开关，其中所述第一开关是常通器件，并且所述第二开关是常断器件；分支开关，其耦合到所述第一开关和所述第二开关之间的节点，所述分支开关还耦合到旁路电容器；驱动器，其被配置为提供驱动信号以控制所述功率开关的接通和关断以控制在所述功率转换器的输入侧和输出侧之间的能量递送，其中所述驱动器被配置为接通和关断所述第二开关以控制所述功率开关的接通和关断；主控制装置，其被配置为接收代表接通所述功率开关的请求信号，其中所述主控制装置确定所述功率开关应是接通的还是关断的；比较器，其被耦合以接收旁路参考和所述旁路电容器的旁路电压；以及分支控制装置，其耦合到所述比较器和所述主控制装置，其中分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压在所述旁路参考以下并且所述主控制装置确定接通所述功率开关，接通所述分支开关，其中由所述分支开关传导的分支电流是由所述第一开关传导的漏极电流的至少一部分。
实施例13.根据实施例12所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为接通所述分支开关一固定时间段。
实施例14.根据实施例12或13所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压达到所述旁路参考或所述主控制装置确定关断所述功率开关，关断所述分支开关。
实施例15.根据实施例12至14中任一项所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：如果所述分支开关是断开的并且所述主控制装置确定接通所述功率开关，接通所述第二开关。
16.根据实施例12至15中任一项所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：当所述分支开关被接通并且所述分支电流基本上是由所述第一开关传导的所述漏极电流时，关断所述第二开关。
17.根据实施例12至16中任一项所述的第一控制器，还包括：分流调节器，其耦合到所述分支控制装置和所述驱动器，其中所述分流调节器被配置为感测所述分支电流并且将所述分支电流调节为小于分支电流阈值，并且其中所述驱动器响应于所述分流调节器而控制由所述第二开关传导的第二电流。
实施例18.根据实施例12至17中任一项所述的第一控制器，其中所述分流调节器被配置为向所述驱动器提供分流输出电压，其中所述驱动器响应于所述分流输出电压而确定所述第二开关的栅极电压并且所述第二电流响应于所述第二开关的所述栅极电压。
实施例19.根据实施例12至18中任一项所述的第一控制器，其中如果所述功率转换器在连续传导模式中运行，所述驱动器在所述分支控制装置接通所述分支开关之前接通所述第二开关。
实施例20.根据实施例12至19中任一项所述的第一控制器，其中所述第一控制器耦合到所述功率转换器的输入，并且所述请求信号是从耦合到所述功率转换器的输出的第二控制器接收的，并且其中所述请求信号是通过所述第一控制器和所述第二控制器之间的磁通信链路接收的。
实施例21.根据实施例12至20中任一项所述的第一控制器，其中所述旁路电容器被耦合以向所述第一控制器提供运行电力。

Claims (21)

1.一种用于功率转换器的第一控制器，所述第一控制器包括：
驱动器，其被配置为提供驱动信号以接通和关断功率开关，以控制在所述功率转换器的输入和输出之间的能量递送，其中所述功率开关包括以共源共栅配置耦合的第一开关和第二开关，并且其中所述第一开关是常通器件，并且所述第二开关是常断器件；
电源端子，其耦合到旁路电容器，所述旁路电容器向所述第一控制器提供运行电力，其中所述旁路电容器具有旁路电压；
分支开关，其耦合到所述第一开关和所述第二开关之间的节点；以及
分支控制装置，其被配置为接收代表所述旁路电压与旁路参考的比较的调节信号，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压在所述旁路参考以下，接通所述分支开关以将所述功率开关的漏极电流的至少一部分从所述节点重新引导到所述旁路电容器。
2.根据权利要求1所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为接通和关断所述第二开关以控制所述功率开关的接通和关断。
3.根据权利要求2所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为与所述功率开关的开关循环同时接通所述分支开关。
4.根据权利要求3所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为使所述分支开关接通一固定时间段。
5.根据权利要求3所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压达到所述旁路参考或所述功率开关的所述漏极电流达到电流极限，关断所述分支开关。
6.根据权利要求5所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：如果所述分支开关是断开的并且所述漏极电流小于所述电流极限，接通所述第二开关。
7.根据权利要求3所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：当所述分支开关被接通并且所述分支开关将所述功率开关的所述漏极电流从所述节点传导到所述旁路电容器时，关断所述第二开关。
8.根据权利要求3所述的第一控制器，还包括：
分流调节器，其被配置为感测由所述分支开关传导的分支电流并且将所述分支电流调节为小于分支电流阈值，其中所述分流调节器和所述驱动器通过控制由所述第二开关传导的第二电流来调节所述分支电流，并且其中所述分支电流基本上是所述漏极电流的、从所述节点重新引导到所述旁路电容器的所述部分，并且所述第二电流是所述漏极电流的剩余部分。
9.根据权利要求8所述的第一控制器，其中所述分流调节器被配置为向所述驱动器提供分流输出电压，其中所述驱动器响应于所述分流输出电压而确定所述第二开关的栅极电压，并且其中由所述第二开关传导的所述第二电流响应于所述第二开关的所述栅极电压。
10.根据权利要求8所述的第一控制器，其中如果所述功率转换器在连续传导模式中运行，所述驱动器在所述分支控制装置接通所述分支开关之前接通所述第二开关。
11.根据权利要求8所述的第一控制器，其中所述分支开关被接通固定数目的连续开关循环。
12.一种用于功率转换器的第一控制器，所述第一控制器包括：
功率开关，其中所述功率开关包括以共源共栅配置耦合的第一开关和第二开关，其中所述第一开关是常通器件，并且所述第二开关是常断器件；
分支开关，其耦合到所述第一开关和所述第二开关之间的节点，所述分支开关还耦合到旁路电容器；
驱动器，其被配置为提供驱动信号以控制所述功率开关的接通和关断以控制在所述功率转换器的输入侧和输出侧之间的能量递送，其中所述驱动器被配置为接通和关断所述第二开关以控制所述功率开关的接通和关断；
主控制装置，其被配置为接收代表接通所述功率开关的请求信号，其中所述主控制装置确定所述功率开关应是接通的还是关断的；
比较器，其被耦合以接收旁路参考和所述旁路电容器的旁路电压；以及
分支控制装置，其耦合到所述比较器和所述主控制装置，其中分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压在所述旁路参考以下并且所述主控制装置确定接通所述功率开关，接通所述分支开关，其中由所述分支开关传导的分支电流是由所述第一开关传导的漏极电流的至少一部分。
13.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为接通所述分支开关一固定时间段。
14.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述分支控制装置被配置为：如果所述旁路电压达到所述旁路参考或所述主控制装置确定关断所述功率开关，关断所述分支开关。
15.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：如果所述分支开关是断开的并且所述主控制装置确定接通所述功率开关，接通所述第二开关。
16.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述驱动器被配置为：当所述分支开关被接通并且所述分支电流基本上是由所述第一开关传导的所述漏极电流时，关断所述第二开关。
17.根据权利要求12所述的第一控制器，还包括：
分流调节器，其耦合到所述分支控制装置和所述驱动器，其中所述分流调节器被配置为感测所述分支电流并且将所述分支电流调节为小于分支电流阈值，并且其中所述驱动器响应于所述分流调节器而控制由所述第二开关传导的第二电流。
18.根据权利要求17所述的第一控制器，其中所述分流调节器被配置为向所述驱动器提供分流输出电压，其中所述驱动器响应于所述分流输出电压而确定所述第二开关的栅极电压并且所述第二电流响应于所述第二开关的所述栅极电压。
19.根据权利要求17所述的第一控制器，其中如果所述功率转换器在连续传导模式中运行，所述驱动器在所述分支控制装置接通所述分支开关之前接通所述第二开关。
20.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述第一控制器耦合到所述功率转换器的输入，并且所述请求信号是从耦合到所述功率转换器的输出的第二控制器接收的，并且其中所述请求信号是通过所述第一控制器和所述第二控制器之间的磁通信链路接收的。
21.根据权利要求12所述的第一控制器，其中所述旁路电容器被耦合以向所述第一控制器提供运行电力。
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