CN204578386U - 同步整流器控制器和半导体器件 - Google Patents

同步整流器控制器和半导体器件 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及同步整流器控制器和半导体器件。本实用新型的一个目的是解决与现有技术中存在的一个或更多个问题相关的问题。同步整流器控制器包括：第一电路，配置为感测电流感测信号；第二电路，配置为将电流感测信号与重置阈值进行比较；控制电路，配置为响应于电流感测信号超过重置阈值来启动最小截止时间计时器；以及所述控制电路配置为响应于在最小截止时间计时器消耗完之前电流感测电压下降到重置阈值以下来重置最小截止时间计时器。根据本公开的一个实施例的一个用途是使同步整流器控制器可以与整流器操作的导电和阻断阶段恰当地同步。

Description

同步整流器控制器和半导体器件
技术领域
本公开一般涉及开关模式电源电路，而更具体地涉及使用同步整流器和最小消隐时间来防止触发监控信号的噪声分量的开关模式电源。
背景技术
由于开关模式电源在交流电力调整器(例如线性调整器)方面的有效性，开关模式电源被广泛使用于各种应用中。用于增加开关模式电源(SMPS)的有效性的一种技术是同步整流。整流器(例如二极管)通常用在二次侧以将通过变压器传播的交流(AC)波形转换为处于调整的电平的直流(DC)电压或电流。然而，二极管两端的电压降是损耗源。
为了减小由于整流而产生的损耗，可以改为使用例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或增强模式砷化镓晶体管的开关晶体管。开关晶体管虽然具有内在体二极管(body diode)，但是在电流沿合适的方向流动时导通，然后除此之外关断以操作为整流器。因为开关晶体管可以具有量级在数毫欧或数十毫欧的导通电阻，所以即使与使用用于大多数电力转换器应用的肖特基二极管(Schottky diode)相比，也典型地产生小得多的电压降。
开关晶体管整流器的控制典型地基于通过开关晶体管的电流。在正常导电阶段，电压建立在开关晶体管两端，而一些泄漏电流可以穿过开关晶体管的体二极管。当感测到该电压降时，开关晶体管可以导通。当开关晶体管两端的电压然后下降回到零或者足够低以指示导电阶段的结束时，开关晶体管可以回到截止以提供恰当的整流器操作。
然而，由开关瞬变产生的噪声可能引起开关晶体管的误触发，从 而导致无效率的操作。通过使用使瞬变可以在感测之前消散的最小导通和截止时间，可以减轻误触发。因此，在这些“消隐”时间期间发生的瞬变被忽略，并且对开关晶体管整流器的开关控制没有影响。但是在导通后或使能同步控制器后仍然存在问题，因为那些事件可能正好发生在瞬变的发生之前，那些事件可能被误检测为恰当的触发事件，而整流器控制将不能被恰当地同步。
因此，需要用于响应于导通和使能事件的自同步式整流器控制的方法和装置。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决与现有技术中存在的一个或更多个问题相关的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种同步整流器控制器(SRC)，包括：第一电路，配置为感测电流感测信号；第二电路，配置为将电流感测信号与重置阈值进行比较；控制电路，配置为响应于电流感测信号超过重置阈值来启动最小截止时间计时器；并且所述控制电路配置为响应于在最小截止时间计时器消耗完之前电流感测电压下降到重置阈值以下来重置最小截止时间计时器。
根据一个实施例，所述控制电路还配置为当最小截止时间计时器消耗完而电流感测信号保持在重置阈值以上时，在最小截止时间计时器消耗完后启动等待电流感测信号下降到导通阈值以下的状态。
根据一个实施例，所述同步整流器控制器还包括：第二电路，所述第二电路配置为检测电流感测信号下降到导通阈值以下；并且控制电路配置为响应于检测到电流感测信号下降到导通阈值以下来使驱动信号有效并启动最小导通时间计时器。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种同步整流器控制器，包括：重置比较器，将电流感测信号与重置阈值进行比较，并提供当电流感测信号在重置阈值以上时为有效而反之为无效的输出；最小截止时间计时器；以及控制逻辑，当重置比较器的输出为有效时启动最 小截止时间计时器，而当重置比较器的输出为无效时重置最小截止时间计时器。
根据一个实施例，所述同步整流器控制器还包括电源电压比较器，所述电源电压比较器将电源电压与电源电压阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电源电压在电源电压阈值以下时为有效而当电源电压在电源电压阈值以上时为无效的输出，并且其中在电源电压比较器的输出为有效时，控制逻辑不启动最小截止时间计时器。
根据一个实施例，所述同步整流器控制器还包括：导通比较器，将电流感测信号与导通阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电流感测信号在导通阈值以下时为有效而反之为无效的输出；以及最小导通时间计时器，一旦导通比较器的输出变为有效则启动；其中所述控制逻辑在如由所述导通比较器的输出为有效所指示的导电阶段的起始时使驱动信号有效，并且所述最小截止时间计时器在所述导电阶段的起始之前消耗完。
根据一个实施例，所述同步整流器控制器还包括触发比较器，所述触发比较器将触发输入与触发阈值进行比较，并向控制逻辑提供当触发输入在触发阈值以上时为有效而反之为无效的输出，其中控制逻辑还要求触发输入为无效以使驱动信号有效。
根据一个实施例，所述同步整流器控制器还包括：截止比较器，将电流感测信号与截止阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电流感测信号在截止阈值以上时为有效而反之为无效的输出；其中控制逻辑当截止比较器的输出为有效时并且在最小导通时间计时器消耗完后使驱动信号无效。
根据一个实施例，最小导通时间计时器的持续时间是外部可配置的。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种半导体器件，包括自同步式同步整流器控制器的半导体器件，所述半导体器件包括：重置比较器，将电流感测信号与重置阈值进行比较，并提供当电流感测信号在重置阈值以上时为有效而反之为无效的输出；最小截止时间计时 器；最小导通时间计时器；控制逻辑，当重置比较器的输出为有效时启动最小截止时间计时器，而当重置比较器的输出为无效时重置最小截止时间计时器；导通比较器，将电流感测信号与导通阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电流感测信号在导通阈值以下时为有效而反之为无效的输出；并且其中所述控制逻辑一旦所述导通比较器的输出变为有效则启动所述最小导通时间计时器；其中所述控制逻辑在如由所述导通比较器的输出为有效所指示的导电阶段的起始时使驱动信号有效，并且所述最小截止时间计时器在所述导电阶段的起始之前消耗完。
根据一个实施例，所述半导体器件还包括电源电压比较器，所述电源电压比较器将电源电压与电源电压阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电源电压在电源电压阈值以下时为有效而当电源电压在电源电压阈值以上时为无效的输出，以并且其中所述控制逻辑在所述电源电压比较器的输出为有效时不启动所述最小导通时间计时器。
根据一个实施例，所述半导体器件还包括触发比较器，所述触发比较器将触发输入与触发阈值进行比较，并向控制逻辑提供当触发输入在触发阈值以上时为有效而反之为无效的输出，其中控制逻辑还要求触发输入为无效以使驱动信号有效。
根据一个实施例，所述半导体器件还包括：截止比较器，将电流感测信号与截止阈值进行比较，并向控制逻辑提供当电流感测信号在截止阈值以上时为有效而反之为无效的输出；其中所述控制逻辑当所述截止比较器的输出为有效时且在所述最小导通时间计时器消耗完后使所述驱动信号无效。
根据一个实施例，所述半导体器件还包括向控制逻辑提供睡眠信号的睡眠检测器，并且其中控制逻辑还要求睡眠信号为无效以使驱动信号有效。
根据本公开的一个实施例的一个技术效果是避免了由于瞬变引起的最小截止时间计时器的误启动，并使同步整流器控制器可以与整流器操作的导电和阻断阶段恰当地同步。
附图说明
图1是根据一些实施例的开关模式电源的框图；
图2是根据一些实施例的同步整流器控制器的框图；
图3是根据一些实施例的同步控制器的操作的状态图；
图4是根据一些实施例的同步整流器控制器中使能事件之后的信号的时序图；
图5是根据一些实施例的在同步整流器控制器的启动时的信号的时序图。
具体实施方式
贯穿分开的视图和下面的详细描述，在附图中相同的参考标号表示同样的或功能上类似的元件，并且被并入本说明书并形成本说明书的一部分，以进一步说明包括要求保护的实用新型的概念的实施例和解释那些实施例的各种原理和优点。
本公开的领域的技术人员将理解，图中的元件是为了简洁和清楚而示出的，而不必需按比例绘制。例如，可以使图中的一些元件的尺寸相对其它元件扩大，以帮助增进对本实用新型的实施例的理解。
装置和方法组件已经由附图中的常规符号表示在合适的地方，仅显示与理解本实用新型的实施例有关的具体细节，从而不通过对拥有本文描述的益处的本领域普通技术人员而言将非常清楚的细节来使本公开难理解。实现实施例将需要的并且对本领域技术人员将是已知的众所周知的元件、结构或处理的细节不必需示出，并且除非另有说明应当假设为存在。
本文公开的实施例包括用于同步整流器控制器(SRC)中的自同步的方法。该方法包括：感测电流感测信号；将电流感测信号与重置(RESET)阈值进行比较；当电流感测信号超过RESET阈值时启动最小截止时间计时器；以及在最小截止时间计时器消耗完之前当电流感测电压下降到RESET阈值以下时，重置最小截止时间计时器。
实施例也包括包含RESET比较器的SRC，该RESET比较器将电流 感测信号与RESET阈值进行比较，并提供当电流感测信号在RESET阈值以上时为有效(assert)而反之为无效(de-assert)的输出。SRC也可以包括最小截止时间计时器以及控制逻辑，该控制逻辑在RESET比较器的输出为有效时启动最小截止时间计时器，而在RESET比较器的输出为无效时重置最小截止时间计时器。
图1是根据一些实施例的开关模式电源(SMPS)100的框图。SMPS 100可以是例如普遍使用的已知SMPS拓扑之一的返驰式(flyback)电源或转换器。变压器限定一次侧102和二次侧104，并包括一次侧102上的一次绕组106和二次侧104上的二次绕组108。一次侧和二次侧102、104是彼此DC隔离的。
在一次侧102，体电压(bulk voltage)110存在于体电容器(bulk capacitor)112两端，并典型地从AC源(例如常规AC商业服务(即110VAC或220VAC))的整流得到。电流通过一次绕组106由通过返驰式控制电路116控制的开关114进行开关。可以使用感测电阻器118来感测通过一次绕组106的电流，感测电阻器118在线119上产生与通过一次绕组106的电流成比例的感测电压。返驰式控制电路也可以使用光隔离器122中的光晶体管120来感测二次侧104的输出处的输出电平。
二次侧104的输出产生在正输出124和地126之间，并由体电容器128维持。通过耦合到光隔离器122中的发光二极管146的齐纳二极管144来促成到一次侧102的反馈。整流操作由MOSFET 130提供。在本例子中，MOSFET 130可以是N沟道MOSFET，其漏极连接到二次绕组108，而其源极连接到地126。经由连接到MOSFET 130的栅极的驱动线133通过同步整流器控制器132来导通或关断MOSFET 130。在MOSFET漏极和源极之间的两端感测通过二次绕组108的电流。电流感测电阻器136可以用在一些实施例中以使线137上的电流感测信号电平移动，但是典型地，示出电流感测电阻器136的地方将存在零欧姆线。同步整流器控制器132使用电流感测信号来确定什么时候导通或关断MOSFET 130。可以通过由去耦电容器138提供的电压来促成 MOSFET 130的开关。
同步整流器控制器132利用导通和截止时间消隐来防止由于瞬变引起的误触发，并且可以分别由电阻器140、142来设定最小导通和截止时间。然而，在使用时间消隐的常规系统中，同步错误仍然可能发生在例如启动后，此时不当的瞬变可能以其它方式误触发消隐计时器。同步整流器控制器132利用自同步以基于电流感测信号137来允许消隐时间的重置，从而避免消隐时间的误触发。比较电流感测信号137与三个阈值：导通(ON)阈值、截止(OFF)阈值以及重置(RESET)阈值。ON阈值被用来确定什么时候导通MOSFET 130，并且是最低电压，并且与地126相比为负。OFF阈值也为负，但是不像ON阈值那样远低于地126。当电流感测电压从ON阈值上升到OFF阈值时(在最小导通时间消耗完后)，MOSFET 130被关断。RESET阈值在OFF阈值以上，并且可以在地126以上。截止时间计时器仅在电流感测电压在RESET阈值以上时运行。如果截止时间计时器启动，并且电流感测电压下降到RESET阈值以下，则截止时间计时器被重置，并且在电流感测电压在RESET阈值以上之前不再启动。通过在电流感测电压下降到RESET阈值以下时重置截止时间计时器，例如由瞬变产生的在RESET阈值以上的短期偏移(excursion)防止截止时间计时器的误启动。
图2是根据一些实施例的同步整流器控制器(SRC)200的框图。SRC 200可以是图1的同步整流器控制器132的例子。SRC 200包括控制逻辑202，控制逻辑202基于其它信号和内部状态机来确定什么时候使驱动信号242有效和无效。控制逻辑202控制最小导通时间计时器204和最小截止时间计时器206。各计时器204、206通过由控制逻辑202发出的各自的启动信号而启动，这使各计时器204、206开始计数到预选的值(该预选的值可以是外部可配置的，例如图1的电阻器140、142)。各计时器204、206在达到其预选的值后提供各自的结束信号。在一些实施例中，启动信号可以作用为设定计时器值和清除各自的结束信号的重置。替代地，单独的重置线(未图示)可以用来重置各计时器。
几个比较器向控制逻辑202提供输入，该比较器包括RESET比较器244、ON比较器208和OFF比较器216以及触发(TRIG)比较器222。RESET、ON和OFF比较器244、208、216都对电流感测信号214进行采样，该电流感测信号214与MOSFET开关(例如图1的MOSFET 130)两端的电压对应。
ON比较器208将电流感测信号214与ON阈值212(VTH_CS_ON)进行比较。当电流感测信号214在ON阈值以下时，ON比较器208的输出210(“on_comp”)将为有效，而反之为无效。ON比较器208用来检测指示MOSFET将会正常导通的条件。正常操作期间在ON阈值212以下的瞬变偏移可以在导电期间的结束时减轻，此时MOSFET由控制逻辑202的状态操作关断。
OFF比较器216将电流感测信号214与OFF阈值220(VTH_CS_OFF)进行比较。控制逻辑202的状态机使用OFF比较器216的输出218(“off_comp”)来确定什么时候关断MOSFET，并且当电流感测信号214在OFF阈值220以上时，输出218为有效。因此，在正常导电阶段导通MOSFET后(即驱动信号242有效)，电流感测信号214最初在OFF阈值220以下，而MOSFET保持导通直到电流感测信号214电压上升到OFF阈值220以上，此时驱动信号242为无效。
RESET比较器244用来重置和重新启动截止时间计时器206，以防止瞬变使截止时间计时器206太早启动。RESET比较器244将电流感测信号214与RESET阈值248(VTH_CS_RESET)进行比较。因此，RESET比较器244的输出246(“res_comp”)仅在电流感测信号214的电压电平在RESET阈值248以上时为有效。RESET阈值比OFF阈值高，并且可以相对地(即在MOSFET的源极端子处)为正电压电平。如将在后文进一步详细解释的，控制逻辑202的状态机使用RESET比较器的输出246来重置最小截止时间计时器206。
TRIG比较器222将TRIG输入226与TRIG阈值228(VTRIG_TH)进行比较。控制逻辑202使用TRIG比较器222的输出224(“TRIG”)来禁用驱动信号242。因此，TRIG输入可以用来暂时禁用SRC 200的开 关操作，仅允许MOSFET的体二极管执行整流。另外，睡眠检测器230可以使用TRIG输出224来通过使睡眠(SLEEP)信号232对控制逻辑202有效来启动睡眠模式。睡眠模式用作长期禁用状态以(例如在非常轻负载条件下)抑制同步整流操作。
欠压锁定(UVLO)比较器234用来防止当电源电压240(VCC)在电源电压阈值238(VCC_ON)以下时的同步整流器操作。当电源电压240在电源电压阈值238以下时，输出236(“UVLO”)将为有效，从而使控制逻辑202不进行操作。一旦电源电压240足够高并且超过电源电压阈值238，则UVLO输出236将为无效，从而允许SRC 200的操作(假设控制逻辑202没有以其它方式被禁用)。
SRC 200可以实现为集成电路(IC)封装中的半导体器件。在一些实施例中，IC封装也可以包括其它电路。一些实施例包括形成SRC(例如在图2中例示的SRC)的方法，例如，形成控制逻辑，形成RESET比较器、OFF比较器、ON比较器、TRIG比较器和UVLO比较器以及最小截止和导通时间计时器的方法。最小截止和导通时间计时器可以实现为外部可配置的，使得可以针对具体应用来调整各计时器的持续时间。
图3是根据一些实施例的SRC的操作的状态图300。状态图300可以表示图2的控制逻辑202的状态机操作。在起始302处，SRC可以处于启动(UVLO)或睡眠状态(SLEEP)。向MOSFET提供的用于控制MOSFET的开关的驱动信号将截止。SRC状态可以从起始状态302经由转移304转移到最小截止时间状态306，并且转移304发生在SLEEP信号(例如232)为无效、RESET比较器的输出(例如246)为有效且欠压锁定UVLO信号(例如236)为无效时。在进入截止时间状态306后，最小截止时间计时器(例如206)启动。在最小截止时间挂起(pending，即还没有消耗完)时，如果RESET比较器输出为无效，则SRC状态返回到起始状态302，如由转移308指示的。因此，在状态306，在RES_CMP信号为有效时最小截止时间必须消耗完，以退出状态306。当在RES_CMP为有效时最小截止时间消耗完后，状态经由转移 310转移到状态312，在状态312SRC然后等待ON比较器的输出(ON_CMP)变为有效，指示通过MOSFET导电。当ON比较器的输出为有效，并且TRIG信号(“TRIG”)信号为无效时，SRC状态经由转移313从状态312转移到状态314。在状态314，驱动信号(例如242-“DRV_ON”)为有效以导通MOSFET，并且最小导通时间计时器(例如204)启动，而在最小导通时间挂起时SRC状态保持在状态314，这有效地使可能以其它方式太早终止MOSFET的导通时间的瞬变消隐。只要TRIG信号不为有效，则当最小导通时间消耗完时，SRC状态经由转移316转移到状态318，在状态318SRC等待OFF比较器的输出(例如218)变为有效，或等待TRIG信号变为有效，如由到状态324的转移322指示的。如果(在状态314)最小导通时间计时器挂起时TRIG信号为有效，则也可以从状态314转移到状态324，如由转移320指示的。在状态324，驱动信号截止(DRV_OFF)，并且SRC然后等待RESET比较器输出(RES_CMP)变为有效。当RESET比较器输出为有效时，则SRC状态转移到状态328，如由转移326指示的。一旦进入状态328，则最小截止时间计时器启动。在状态328，如果在最小截止时间计时器挂起时RESET比较器的输出为无效，则SRC状态转移回到状态324，如由转移330指示的。不同地，在状态328，如果最小截止时间消耗完，则SRC状态转移回到状态312，如由转移338指示的。如上文描述的，在状态312，SRC状态可以转移到状态314，但是如果在状态312当TRIG信号为有效时ON比较器的输出也为有效，则SRC状态也可以转移到状态334，如由转移332指示的。在状态334，驱动信号截止，并且最小导通时间计时器启动。在状态334，当最小导通时间计时器消耗完时，SRC状态从状态334转移到状态324，如由转移336指示的。
因此，如由状态306和302之间以及状态328和324之间的关系指示的，通过要求在最小截止时间计时器挂起时RESET比较器的输出变为有效，SRC避免最小截止时间计时器的早的导通。在状态306和328，如果RESET比较器的输出为无效(如可能发生在电流感测电压的瞬变事件期间)，则状态被重置为驱动信号保持截止，并且最小截止时 间计时器在RESET比较器的输出为有效之前不启动。通过以这种手段重置最小截止时间计时器，可以使SRC状态与恰当的整流操作所要求的实际导电和阻断阶段同步。本领域技术人员也将清楚，在状态图300的任意SRC状态期间，如果SLEEP信号或UVLO信号为有效，则SRC状态可以转移回到起始状态302。
图4是根据一些实施例的同步整流器控制器在使能事件之后的信号的时序图400。时序图400显示可能发生在例如使用诸如图2中示出的SRC并实现诸如图3中示出的状态操作的同步整流器操作中的各种信号和时序期间。水平轴表示时间，从左到右增加，而垂直轴表示信号电平或计时器“导通”期间。沿着水平轴，不同时间点420-454被标记，并通过虚线延伸到各信号。信号包括电流感测信号402、触发(“TRIG”)信号404、最小导通时间计时器406、最小截止时间计时器408以及驱动信号410。
电流感测信号402关于零电压电平414绘制，并与MOSFET(例如MOSFET 130)两端的电压降对应。以虚线示出三个阈值电平：RESET阈值412(例如248)、OFF阈值416(例如220)以及ON阈值418(例如212)。当该电压为负或足够大的负值时，它可以与通过MOSFET的“导通”电阻的电流对应。ON阈值418表示可以指示导电阶段的开始的电压电平，此时驱动信号将会变为有效以导通MOSFET。OFF阈值416表示将会终止导电阶段的电压电平，并且由于OFF阈值416与ON阈值418相比表示通过MOSFET的更低的电流电平，因此OFF阈值416比ON阈值418高。RESET阈值412比OFF阈值高，并且可以是足够大的正值(即在零414以上)，并被选择为处于基本指示整流器操作的反向阻断阶段的电平，但是在一些实施例中，瞬变偏移可以超过RESET阈值。OFF和ON阈值416、418电平由具体应用和MOSFET的漏极到源极“导通”电阻决定。
在起始时间(时间420)，电流感测信号402在RESET阈值以上，因此RESET比较器的输出将为有效。截止时间计时器在时间420短时期挂起。触发信号404在时间422之前为有效，但是在时间422为无 效。然而，由于MOSFET没有导通(即驱动信号410为低/无效)，因此在时间422时结束的触发信号的脉冲没有影响。在时间422，SRC状态可以例如处于图3的状态312。在时间424，电流感测信号402稳定(settle)到ON阈值以下，使ON比较器的输出变为有效。由于触发信号404为低并且ON比较器输出为有效，因此SRC状态转移到状态314，驱动信号410为有效以导通MOSFET，并且最小导通时间计时器406启动。最小导通时间计时器从时间424运行到时间426，在该时间段可以看出，电流感测信号402经历正向瞬变。然而，由于最小导通时间挂起，因此该瞬变被忽略。在时间426，电流感测信号402下降并在时间428之前保持在OFF阈值414以下，其与状态318对应。在时间428，OFF比较器的输出为有效，而驱动信号410然后被关断/无效，转移到状态324。在时间430，电流感测信号402中的瞬变上升到RESET阈值412以上，使RESET比较器的输出变为有效，则状态转移到最小截止时间计时器408启动的状态328。然而，在时间432，电流感测信号402下降到RESET阈值412以下，使RESET比较器的输出变为无效，而状态然后经由转移330转移回到状态324。在时间433，电流感测信号402再次上升，使RESET比较器的输出有效，从而产生回到状态328的转移，并重新启动最小截止时间计时器408。一旦最小截止时间消耗完，则状态转移到状态312，在状态312 SRC等待ON比较器输出变为有效。
在时间433之后不久，触发信号404为有效。在时间433和时间434之间，电流感测信号402保持在RESET阈值412以上。在时间434，另一导电阶段启动，而电流感测信号402下降到ON阈值418以下，使得ON比较器使其输出为有效。然而，因为在时间434触发信号404仍然有效，所以SRC不是从状态312转移到状态314，而是根据转移332而转移到状态334。结果，由于触发信号404在时间434为有效，驱动信号410在该时间不为有效。最小导通时间计时器406的最小导通时间在时间440消耗完，此时SRC状态转移到状态324，并在电流感测信号402保持在RESET阈值412以下时保持处于状态324。触发 信号404在时间444和446之间的脉冲没有影响，因为在该时间驱动信号410不为有效。另一瞬变发生在时间446后，在时间448和450之间超过RESET阈值412。在时间448，SRC状态从状态324转移到状态328，且最小截止时间计时器408启动。在时间450，由于电流感测信号402下降到RESET阈值以下，因此SRC状态转移回到状态324。最小截止时间计时器408被重置。在时间452，电流感测信号402再次上升到RESET阈值412以上，然后SRC处于状态328，而最小截止时间计时器408启动。电流感测信号402然后保持在RESET阈值以上，直到在时间454最小截止时间计时器消耗完，且SRC转移到状态312。
如可以看出的，即使触发信号在SRC将正常地导通MOSFET的时间434时中断操作，在OFF阈值414以上的随后的瞬变偏移也不引起错误的最小截止时间。相反地，瞬变的下降重置最小截止时间计时器直到时间452，其与整流器操作的阻断阶段对应。因此，通过使用RESET阈值412来控制涉及最小截止时间计时器的状态转移，实现了仅针对实际导电阶段导通MOSFET的自同步。
图5是根据一些实施例的SRC的启动时的信号的时序图500。时序图500示出在启动事件后(如当SMPS导通时)MOSFET的同步开关操作的实现。如在图4中一样，水平轴表示时间从左到右的增加，而垂直轴表示信号幅度或计时器挂起。图形包括电流感测信号502、最小截止时间计时器504、最小导通时间计时器506、驱动信号508以及电源电压510。电流感测信号502，最小截止和导通计时器504、506以及驱动信号508与图4中相同地产生。电源电压510可以是例如图2中的VCC240。
在时间520，电源电压510在电源电压阈值518以下，而电流感测电压502在RESET阈值512以上。电源电压510与电源电压阈值518进行比较，而当电源电压510在电源电压阈值518以下时，欠压锁定比较器输出(UVLO)的输出将为有效。最小截止和导通时间计时器504、506都不挂起，并且驱动信号508不为有效，所以MOSFET截止。SRC状态将处于状态302。
在时间522，电源电压越过电源电压阈值518，使UVLO比较器输出变为无效，并使SRC状态转移到启动最小截止时间计时器504的状态306。在时间524，在最小截止时间计时器504消耗完之前，电流感测信号502下降到ON阈值516以下，使RESET比较器的输出变为无效。由于在状态306，如果最小截止时间计时器504挂起并且RESET比较器为无效，则SRC状态转移回到状态302，重置最小截止时间计时器504。在时间526，电流感测信号502在瞬变期间再次上升到RESET阈值512以上，短暂地再次转移到状态306并启动最小截止时间计时器504，直到时间528，在时间528电流感测信号下降到RESET阈值以下，从而产生回到状态302的转移。需要注意的是，即使电流感测信号下降到ON阈值516以下，由于SRC的状态操作而驱动信号508不为有效，这与常规SRC操作不同。因此，通过使用根据图3的状态操作，避免了误导电阶段，从而防止跨导(cross conduction)以避免二次侧的体电容器通过变压器放电。
从时间530到时间532，再次发生从状态302到状态306然后回到状态302的转移，可以看出从时间530到时间532，与发生在时间526和528之间一样，最小截止时间计时器504短暂地启动。然后在时间534，电流感测信号502上升到RESET阈值512以上，产生到状态306的转移，则最小截止时间计时器504启动。电流感测信号502然后保持在RESET阈值以上，使最小截止时间计时器504可以在时间536消耗完，允许到状态312的转移，在状态312 SRC状态机然后等待ON比较器输出变为有效。在时间538，电流感测信号下降到ON阈值516以下，产生到驱动信号508为有效的状态314的转移，从而导通MOSFET。另外在时间538，作为转移到状态314的结果，最小导通时间计时器506启动。在最小导通时间计时器506从时间538到时间540的挂起期间，电流感测信号502中的改变、甚至在RESET阈值以上的偏移被忽略。在时间540，最小导通时间计时器506结束，而状态从状态314转移到状态318。
在时间542，电流感测信号502上升到OFF阈值514，使OFF比较 器的输出变为有效。结果，状态从状态318转移到状态324，则驱动信号截止。在状态324，SRC等待电流感测信号502超过RESET阈值512，这短暂地发生在时间544和546之间的瞬变期间，从而产生到状态328的短暂转移，然后在时间546回到状态324。在时间548，电流感测信号再次超过RESET阈值512，从而产生到启动最小截止时间计时器504的状态328的转移。电流感测信号502保持在RESET阈值以上足够长时间以便最小截止时间计时器504在时间550消耗完，从而产生从状态328到状态312的转移。因此，尽管存在瞬变也实现自同步，并且没有跨导发生在启动时的典型问题。在SRC状态转移回到状态312后，重复该过程并发生正常同步操作，除非如在图4中，SRC进入睡眠或以其它方式被禁用，在这种情况下，如图4中示出的，通过跟随根据图3的状态转移，发生自同步。
因此，根据本文的教导的实施例通过仅在用于同步整流器操作的开关晶体管将要处于阻断阶段(如由电流感测信号为足够大的正值的稳定状态指示)时启动最小截止时间计时器，来避免消隐期间(即最小截止和导通时间)的启动，从而避免与现有技术关联的问题。通过当电流感测信号下降到RESET阈值以下时重置最小截止时间计时器，实施例提供自同步的益处。RESET阈值选择为足够高以指示导电阶段已经结束，尽管瞬变可能超过RESET阈值。然而，当瞬变电压下降到RESET阈值以下时，最小截止时间计时器被重置并且在电流感测电压再次上升到RESET阈值以上之前不再启动。
在上述说明书中，已经描述了具体实施例。然而，本领域普通技术人员清楚，在不背离如下面的权利要求中说明的本实用新型的范围的情况下可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图将被以说明性而不是限制性意义来看待，并且所有这样的修改意图包括于本教导的范围内。
益处、优点、针对问题的方案以及可以使任何益处、优点或方案产生或变得更清楚的任何要素不应当被解释为任意或所有权利要求的关键的、要求的或必要的特征或要素。本实用新型由所附权利要求(包 括在本申请的未决期间进行的任何修改)和发授权公布的权利要求的所有等同物唯一限定。
另外，在本文件中，例如第一和第二、顶部和底部等关系性用语仅用来将一个实体或行为与另一个实体或行为区分，不一定要求或暗示在这样的实体或行为之间的任何实际的这样的关系或顺序。用语“构成”、“组成”、“具有”、“有”、“包括”、“包含”、“含有”、“含”或它们的任何其它变化是意图覆盖非排他性包含，使得包含、具有、包括、含有一系列要素的处理、方法、物件或装置不是仅包括那些要素，而是可以包括没有明确列出的或对这样的处理、方法、物件或装置固有的其它要素。没有更多限制地，由“包含”、“具有”、“包括”、“含有”接续的要素不排除在构成、具有、包括、含有该要素的处理、方法、物品或装置中的另外的同样的要素的存在。除非在本文中另外明确地陈述，用语“一”、“一个”定义为一个或多个。用语“大致”、“基本”、“近似”、“大约”或它们的任何其它说法定义为如本领域普通技术人员理解的接近，并且在一个非限制性实施例中，该用语定义为在10％内，在另一实施例中为在5％内，在另一实施例中为在1％内而在另一实施例中为在0.5％内。如本文中使用的用语“耦合”定义为连接，但是不必需直接地且不必需机械地连接。以某种方式“配置”的器件或结构至少以该方式配置，但也可以以没有列出的方式配置。
应当清楚，一些实施例可以由一个或多个通用或专用处理器(或“处理器件”)(例如微处理器、数字信号处理器、定制处理器以及现场可编程门阵列(FPGA))和控制该一个或多个处理器的唯一存储的程序指令(包括软件和固件)构成，以与某些非处理器电路结合地实现本文描述的方法和/或装置的一些、大部分或所有功能。替代地，一些或所有功能可以通过没有存储的程序指令的状态机来实现，或者在各功能或某些功能的一些组合被实现为定制逻辑的一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现。当然，可以使用这两种方案的组合。
另外，实施例可以实现为具有计算机可读代码的计算机可读存储介质，该计算机可读代码存储在计算机可读存储介质上，用于对例如 包括处理器的计算机进行编程以执行如本文描述的和要求保护的方法。这样的计算机可读存储介质的例子包括但不限于：硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)以及闪速存储器。另外，期望尽管由例如可用时间、当前技术以及经济考虑而激发可能重大的努力和很多设计选择，但是普通技术人员在受到本文公开的概念和原理指导时，将能够容易地用最少的实验来生成这样的软件指令和程序以及IC。
提供本公开的摘要以使读者可以迅速确定本技术公开的本质。摘要是依据其将不被用来解释或限制权利要求的范围或含义的理解而提交的。此外，在上文的具体实施方式中，可以看出为了简化本公开的目的，在各种实施例中各种特征被组合在一起。这种公开的方法不应当被解释为反映要求保护的实施例需要比明确记载在各权利要求中的特征更多的特征的意图。相反，如下面的权利要求反映的，创造性主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式作为原始记载的一部分，并且即使在本申请的审查期间从权利要求中删除也保持原样，每个权利要求本身作为独立要求保护的主题。另外，未示出的主题不应当被假设为必需存在，而在一些例子中，可能需要通过使用否定式限定来限制权利要求，这在本文中仅通过在这样的否定式限定中不示出不要求保护的主题来支持。

Claims (11)

1.一种同步整流器控制器，其特征在于，所述同步整流器控制器包括：
重置比较器，将电流感测信号与重置阈值进行比较，并提供当所述电流感测信号在所述重置阈值以上时为有效而反之为无效的输出；
最小截止时间计时器；以及
控制逻辑，当所述重置比较器的输出为有效时启动所述最小截止时间计时器，而当所述重置比较器的输出为无效时重置所述最小截止时间计时器。
2.根据权利要求1所述的同步整流器控制器，其特征在于，所述同步整流器控制器还包括电源电压比较器，所述电源电压比较器将电源电压与电源电压阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电源电压在所述电源电压阈值以下时为有效而当所述电源电压在所述电源电压阈值以上时为无效的输出，并且其中在所述电源电压比较器的输出为有效时，所述控制逻辑不启动所述最小截止时间计时器。
3.根据权利要求1所述的同步整流器控制器，其特征在于，所述同步整流器控制器还包括：
导通比较器，将所述电流感测信号与导通阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电流感测信号在所述导通阈值以下时为有效而反之为无效的输出；以及
最小导通时间计时器，一旦所述导通比较器的输出变为有效则启动；
其中所述控制逻辑在如由所述导通比较器的输出为有效所指示的导电阶段的起始时使驱动信号有效，并且所述最小截止时间计时器在所述导电阶段的起始之前消耗完。
4.根据权利要求3所述的同步整流器控制器，其特征在于，所述同步整流器控制器还包括触发比较器，所述触发比较器将触发输入与触发阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述触发输入在所述触发阈值以上时为有效而反之为无效的输出，其中所述控制逻辑还要求所述触发输入为无效以使所述驱动信号有效。
5.根据权利要求3所述的同步整流器控制器，其特征在于，所述同步整流器控制器还包括：
截止比较器，将所述电流感测信号与截止阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电流感测信号在所述截止阈值以上时为有效而反之为无效的输出；
其中控制逻辑当所述截止比较器的输出为有效时并且在所述最小导通时间计时器消耗完后使所述驱动信号无效。
6.根据权利要求3所述的同步整流器控制器，其特征在于，所述最小导通时间计时器的持续时间是外部可配置的。
7.一种半导体器件，包括自同步式同步整流器控制器，其特征在于，所述半导体器件包括：
重置比较器，将电流感测信号与重置阈值进行比较，并提供当所述电流感测信号在所述重置阈值以上时为有效而反之为无效的输出；
最小截止时间计时器；
最小导通时间计时器；
控制逻辑，当所述重置比较器的输出为有效时启动所述最小截止时间计时器，而当所述重置比较器的输出为无效时重置所述最小截止时间计时器；
导通比较器，将所述电流感测信号与导通阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电流感测信号在所述导通阈值以下时为有效而反之为无效的输出；并且
其中所述控制逻辑一旦所述导通比较器的输出变为有效则启动所述最小导通时间计时器；
其中所述控制逻辑在如由所述导通比较器的输出为有效所指示的导电阶段的起始时使驱动信号有效，并且所述最小截止时间计时器在所述导电阶段的起始之前消耗完。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括电源电压比较器，所述电源电压比较器将电源电压与电源电压阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电源电压在所述电源电压阈值以下时为有效而当所述电源电压在所述电源电压阈值以上时为无效的输出，并且其中所述控制逻辑在所述电源电压比较器的输出为有效时不启动所述最小导通时间计时器。
9.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括触发比较器，所述触发比较器将触发输入与触发阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述触发输入在所述触发阈值以上时为有效而反之为无效的输出，其中所述控制逻辑还要求所述触发输入为无效以使所述驱动信号有效。
10.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：
截止比较器，将所述电流感测信号与截止阈值进行比较，并向所述控制逻辑提供当所述电流感测信号在所述截止阈值以上时为有效而反之为无效的输出；
其中所述控制逻辑当所述截止比较器的输出为有效时且在所述最小导通时间计时器消耗完后使所述驱动信号无效。
11.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括向控制逻辑提供睡眠信号的睡眠检测器，并且其中所述控制逻辑还要求所述睡眠信号为无效以使所述驱动信号有效。
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