TW202203573A - 自動調諧之同步整流器控制器 - Google Patents

自動調諧之同步整流器控制器 Download PDF

Info

Publication number
TW202203573A
TW202203573A TW110107591A TW110107591A TW202203573A TW 202203573 A TW202203573 A TW 202203573A TW 110107591 A TW110107591 A TW 110107591A TW 110107591 A TW110107591 A TW 110107591A TW 202203573 A TW202203573 A TW 202203573A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
synchronous rectifier
current
drain
delay
primary side
Prior art date
Application number
TW110107591A
Other languages
English (en)
Inventor
亞歷山大 瑞迪克
Original Assignee
新加坡商西拉娜亞洲私人有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新加坡商西拉娜亞洲私人有限公司 filed Critical 新加坡商西拉娜亞洲私人有限公司
Publication of TW202203573A publication Critical patent/TW202203573A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
    • H03K17/133—Modifications for switching at zero crossing in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/28—Modifications for introducing a time delay before switching
    • H03K17/284—Modifications for introducing a time delay before switching in field effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30—Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K2017/307—Modifications for providing a predetermined threshold before switching circuits simulating a diode, e.g. threshold zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

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

Abstract

一種設備包含一高通濾波器電路，該高通濾波器電路經組態以自在一功率轉換器之一次級側處的一同步整流器開關之一汲極節點接收一汲極-源極電壓，且使用該經接收汲極-源極電壓來生成一經濾波汲極-源極電壓。該設備之一電流比較電路經組態以接收指示流過該同步整流器開關之一電流的一電流，且使用該經接收電流來生成一電流比較信號。該設備之一自動調諧控制器經組態以在判定該同步整流器開關之一體二極體導通時接通該同步整流器開關，在判定流過該同步整流器開關之該電流已改變方向時開始一自動調諧之延遲，在該自動調諧之延遲到期時關斷該同步整流器開關，且在一偵測時間窗口期間基於該經濾波汲極-源極電壓來更新該自動調諧之延遲之一持續時間。

Description

自動調諧之同步整流器控制器
相關申請案
本申請案主張於2020年3月6日申請且標題為「自動調諧之同步整流器控制器(Auto-Tuned Synchronous Rectifier Controller)」之美國非臨時專利申請案第16/811,827號之優先權，該申請案之全部內容出於所有目的而併入本文中。
本發明係有關於自動調諧之同步整流器控制器。
開關模式電源(SMPS)(「功率轉換器」)廣泛用於消費、工業及醫療應用中，以為負載提供經良好調節之功率，同時維持高功率處理效率、嚴格之輸出電壓調節，且減少傳導及輻射電磁干擾(EMI)。
一些功率轉換器(諸如反激式轉換器)包含將該功率轉換器之一初級側與該功率轉換器之一次級側電流隔離之一變壓器。在此等功率轉換器中，該功率轉換器之一初級側開關控制流過該變壓器之一初級側繞組之一電流流動以對該變壓器之一磁化電感充電。功率轉換器之次級側上之一同步整流器開關(例如，二極體或主動控制之開關)控制來自變壓器之一次級側繞組之一電流流動以釋放儲存在變壓器之磁化電感中之能量，從而將功率傳輸至功率轉換器之一負載。
初級側開關中之一些功率損耗與橫跨初級側開關之一電壓及當初級側開關轉變為一接通狀態時流過初級側開關之一電流有關。可藉由在初級側開關接通之前使橫跨初級側開關之一電壓最小化來提高一功率轉換器之功率處理效率。
在一些實施例中，一種設備包含一高通濾波器電路，該高通濾波器電路經組態以自在一功率轉換器之一次級側處的一同步整流器開關之一汲極節點接收一汲極-源極電壓，且使用該經接收汲極-源極電壓來生成一經濾波汲極-源極電壓。該設備之一電流比較電路經組態以接收指示流過同步整流器開關之一電流的一電流，且使用經接收電流來生成一電流比較信號。該設備之一自動調諧控制器經組態以在使用電流比較信號判定同步整流器開關之體二極體導通時接通同步整流器開關，在使用電流比較信號判定流過同步整流器開關之電流已改變方向時開始一自動調諧之延遲，在自動調諧之延遲到期時關斷同步整流器開關，且在一偵測時間窗口期間基於經濾波汲極-源極電壓來更新自動調諧之延遲之一持續時間。
在一些實施例中，一種方法涉及在高通濾波器電路處自在一功率轉換器之一次級側處的一同步整流器開關之一汲極節點接收一汲極-源極電壓。由高通濾波器電路使用經接收汲極-源極電壓生成經濾波汲極-源極電壓。在一電流比較電路處接收指示流過同步整流器開關之一電流的一電流。由電流比較電路使用經接收電流生成一電流比較信號。在由一自動調諧控制器使用電流比較信號判定同步整流器開關之體二極體導通已發生時，接通同步整流器開關。當使用電流比較信號判定流過同步整流器開關之電流已改變方向時，由自動調諧控制器開始一自動調諧之延遲。當自動調諧之延遲到期時，關斷同步整流器開關，且在一偵測時間窗口期間由自動調諧控制器基於經濾波汲極-源極電壓來更新自動調諧之延遲之一持續時間。
根據一些實施例，在一功率轉換器之一次級側上之一同步整流器控制器自動調諧在功率轉換器之一初級側開關處形成一負磁化電感電流之一持續時間，從而釋放由初級側開關之一寄生電容儲存之能量以降低初級側開關之一汲極-源極電壓。此後，初級側開關轉變為一接通狀態，該接通狀態具有橫跨初級側開關形成之零電壓或接近零之電壓，從而有利地降低功率轉換器之開關損耗。
功率轉換器(諸如反激式轉換器)通常包含將功率轉換器之一初級側與功率轉換器之一次級側電流隔離之一變壓器。在此等功率轉換器中，功率轉換器之一初級側開關控制流過變壓器之一初級側繞組之一電流流動以對變壓器之一磁化電感充電。功率轉換器之次級側上之一同步整流器開關控制來自變壓器之一次級側繞組之一輸出電流流動，以釋放儲存在變壓器之磁化電感中之能量，從而將功率傳輸至功率轉換器之一負載。一般言之，在初級側開關處於一接通狀態之一時間段期間，同步整流器開關處於一關斷狀態，且在初級側開關處於一關斷狀態之時間的一部分內，同步整流器開關通常處於一接通狀態。
在同步整流器開關處於一接通狀態之一時間段期間，來自次級繞組之輸出電流流向功率轉換器之一輸出端。對應於輸出電流之流動，變壓器之磁化電感電流隨著儲存在磁化電感中之能量被釋放而減小至零。若在磁化電感電流達到零之後，同步整流器開關保持在一接通狀態，則磁化電感電流變為負，此時磁化電感電流將開始對初級側開關之一帶電寄生輸出電容Coss放電。隨著初級側開關之輸出電容被放電，初級側開關之一汲極-源極電壓降低。藉由控制負磁化電感電流在同步整流器開關轉變為一關斷狀態之前流過初級繞組的時間，初級側開關可有利地達到零伏特開關(ZVS)或接近ZVS。與未實施ZVS或接近ZVS之一功率轉換器相比，藉由利用初級側開關之ZVS或接近ZVS，初級側開關之開關損耗得以降低，且功率轉換器之功率處理效率得以提高。
如本文所揭示，同步整流器控制器有利地自動調諧在磁化電感電流已轉變為一負電流流動之後同步整流器開關保持在接通狀態的持續時間，以控制初級側開關之輸出電容Coss的放電量，而無需有關變壓器之一電感之一先驗信息，無需初級側之電壓或電流量測，且無需自功率轉換器之一初級側控制器接收控制信號。因為同步整流器控制器有利地與功率轉換器之初級側通信隔離，故簡化功率轉換器之設計，且現有之功率轉換器設計可利用本文揭示之同步整流器控制器，而無需對初級側控制器進行更改。
另外，與習知解決方案相比，本文揭示之一些實施例有利地在汲極-源極電壓達到零伏特之前將初級側開關轉變為一接通狀態，從而實現初級側開關之接近零伏特之開關。藉由利用接近ZVS開關，此類實施例有利地減輕透過初級側開關形成一負電流之風險，從而降低損壞初級側開關之風險。
圖1係根據一些實施例之一反激式功率轉換器(「功率轉換器」)100之一簡化電路示意圖。已自圖1中省略功率轉換器100之一些元件以簡化功率轉換器100之描述，但應當理解為存在。一般言之，功率轉換器100包含經組態以接收一輸入電壓Vin'之一初級側(即，一輸入端)及經組態以使用輸入電壓Vin'在節點124處提供一輸出電壓Vout之一次級側(即，一輸出端)。初級側藉由一變壓器102耦合至次級側。變壓器102將功率自功率轉換器100之初級側傳輸至功率轉換器100之次級側，且通常包含一初級繞組104及一次級繞組106。功率轉換器100之初級側通常包含變壓器102之初級繞組104、一輸入電壓濾波器區塊115、一整流器區塊116(在AC輸入之情況下)、一輸入電壓緩衝電容器C1、直接電連接至初級繞組104之一節點110之一初級側開關M1，及一功率轉換器控制器(「控制器」)118。變壓器102之一磁化電感LM 被圖解說明為一繞組105。一補償器117係自功率轉換器100之次級側至功率轉換器100之初級側之一控制/回饋路徑的一部分，且因此係初級側及次級側兩者的一部分。功率轉換器100之次級側通常包含變壓器102之次級繞組106、一輸出緩衝電路112、具有體二極體之一同步整流器開關M2及一同步整流器控制器120。同步整流器開關M2在一節點121處直接電連接至次級繞組106。如圖所示，功率轉換器100之一輸出經組態以連接至一負載RL 。通過補償器117之回饋路徑將基於輸出電壓Vout之一測量結果提供至控制器118。亦展示節點107、111、122及123。與圖1所示之功率轉換器100的操作有關之信號包含一初級側開關控制信號GATEM1 、一功率轉換器回饋信號FB、輸入電壓Vin'、節點111處之一經緩衝、經濾波或以其他方式調節之輸入電壓Vin、一磁化電感電流iLM 、一初級側開關電流iM1 、在初級側開關M1之一汲極節點處(在節點110處)之一汲極-源極電壓VM1 、功率轉換器100之一輸出電流iout、一同步整流器開關控制信號GATEM2 、在同步整流器開關M2之一汲極節點處之一同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 、通過同步整流器開關M2之一同步整流器開關電流iSR ，及指示同步整流器開關電流iSR 之一經接收、經指示或經取樣同步整流器開關電流iM2 。
電壓Vin'在功率轉換器100處被接收為一交流(AC)或直流(DC)電壓。輸入電壓濾波器區塊115、整流器區塊116及輸入緩衝電容器C1在節點111處將經濾波、經緩衝、經整流或以其他方式調節之輸入電壓Vin提供至變壓器102。初級繞組104在節點111處接收輸入電壓Vin。初級繞組104直接串聯電連接至初級側開關M1之汲極節點，且初級側開關M1之一源極節點電耦合至一電壓偏置節點(諸如接地)。初級側開關M1在一閘極節點處藉由由控制器118生成之初級側開關控制信號GATEM1 (例如，一脈衝寬度調變(PWM)信號)控制。初級側開關M1回應於初級側開關控制信號GATEM1 ，控制流過初級繞組104之電流iM1 以在功率轉換器100之一開關週期之一第一部分期間(即，在初級側開關M1之一接通時間期間)對變壓器102之磁化電感LM 105(如由磁化電感電流iLM 所圖解說明)充電。同步整流器開關M2控制流過次級繞組106之一電流流動，以在開關週期之一後續部分期間(即，在初級側開關M1之一關斷時間期間)將由變壓器102儲存之能量釋放至輸出緩衝電路112及負載RL 中。
詳細地說，當在開關週期之第一部分期間由控制器118啟用初級側開關M1時，電流流過初級繞組104到達電壓偏置節點。流過初級繞組104之電流流動致使能量儲存在變壓器102之磁化電感LM 105及一洩漏電感LL (未示出)中。當在開關週期之後續部分中禁用初級側開關M1時，在輸出緩衝電路112處生成輸出電壓Vout，且將其提供至負載RL 。補償器117在節點107處接收所生成之輸出電壓Vout，且使用該輸出電壓Vout來生成回饋信號FB，該回饋信號FB用於調整初級側開關M1之一接通時間。
同步整流器開關M2在功率轉換器100之次級側上提供整流。當初級側開關M1處於一接通狀態時，同步整流器開關M2處於一關斷狀態。在初級側開關M1轉變為一關斷狀態之後，同步整流器開關M2轉變為一接通狀態。在同步整流器開關M2處於一接通狀態之一時間段期間，輸出電流iout自次級繞組106流至輸出緩衝電路112及負載RL 。對應於輸出電流iout之流動，同步整流器開關電流iSR 流過同步整流器開關M2。隨著輸出電流iout自次級繞組106流出，磁化電感電流iLM 流動減小至零。若在磁化電感電流iLM 達到零之後同步整流器開關M2保持在一接通狀態，則磁化電感電流iLM 變為負，此時磁化電感電流iLM 將開始對初級側開關M1之一帶電寄生輸出電容Coss放電。隨著初級側開關M1之輸出電容Coss被放電，初級側開關M1之汲極-源極電壓VM1 降低。因此，藉由控制負磁化電感電流iLM 在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之前流過初級繞組104之時間，當汲極-源極電壓VM1 為零伏特或接近零伏特時，初級側開關M1可被有利地轉變為接通狀態，從而實現初級側開關M1之零伏特開關(ZVS)或接近ZVS。與未實施ZVS或接近ZVS之一功率轉換器相比，藉由使用初級側開關M1之ZVS或接近ZVS，初級側開關M1之開關損耗得以降低，且功率轉換器100之一功率處理效率得以提高。
與習知解決方案相比，本文揭示之一些實施例有利地在汲極-源極電壓VM1 達到零伏特之前將初級側開關M1轉變為一接通狀態，從而實現初級側開關M1之接近零伏特之開關。藉由利用接近ZVS之開關，此類實施例有利地減輕透過初級側開關M1形成一負電流之風險，與習知解決方案相比，此降低損壞初級側開關M1之風險。另外，如本文所揭示，同步整流器控制器120有利地自動調諧在磁化電感電流iLM 已轉變為一負電流流動之後同步整流器開關M2保持在接通狀態之持續時間，以控制初級側開關M1之輸出電容Coss之放電量。
如圖所示，同步整流器控制器120與包含控制器118及初級側開關M1之功率轉換器100之初級側通信地隔離。因為同步整流器控制器120與功率轉換器100之初級側通信地隔離，故同步整流器控制器120不自功率轉換器100之初級側接收定時信號、控制信號、電壓指示或電流指示。因此，如本文所揭示，同步整流器控制器120有利地不使用初級側量測或初級側控制信號來執行同步開關M2之自動調諧。
圖2展示根據一些實施例之在時間t 期間之一取樣週期內與圖1所示之功率轉換器100的操作有關之信號的簡化曲線圖200。曲線圖202包含初級側開關M1在時間t 內之汲極-源極電壓VM1 203之一曲線圖及第一感興趣區域204。曲線圖205包含在時間t 內初級側開關控制信號GATEM1 206之一曲線圖及同步整流器開關控制信號GATEM2 207之一曲線圖。曲線圖208包含在時間t 內初級側開關電流iM1 209之一曲線圖及磁化電感電流iLM 210之一曲線圖。曲線圖212包含在時間t 內之同步整流器開關電流iSR 213之一曲線圖及一第二感興趣區域214。亦展示一自動調諧之延遲t延遲 215之一例示性持續時間及負磁化電感電流216之一持續時間。
在曲線圖200之最左端所示之取樣週期開始時，初級側開關M1處於一接通狀態，如初級側開關控制信號GATEM1 206之一有效位準所圖解說明。同時，同步整流器開關M2處於一關斷狀態，如同步整流器開關控制信號GATEM2 207之一無效位準所圖解說明。在初級側開關M1接通且同步整流器開關M2關斷之時間期間，初級側開關電流iM1 209及磁化電感電流iLM 210隨著變壓器102之磁化電感LM 105被充電而增加。當初級側開關控制信號GATEM1 206無效時，初級側開關M1轉變為一關斷狀態，且初級側開關電流iM1 209迅速降至零。此後不久，同步整流器開關M2之體二極體導通發生，如第二感興趣區域214所圖解說明。當由同步整流器控制器120偵測到同步整流器開關M2之體二極體導通正在發生或已發生時，同步整流器控制器120將同步整流器開關M2轉變為一導通狀態，如曲線圖205所示。因此，隨著儲存在變壓器102之磁化電感LM 105中之能量被釋放至負載RL 中，同步整流器開關電流iSR 213升高且磁化電感電流iLM 210減小。在同步整流器開關M2保持在一接通狀態之時間段期間，磁化電感電流iLM 210繼續減小。在區域216內，磁化電感電流iLM 210及同步整流器開關電流iSR 213兩者均變為負。當同步整流器開關電流iSR 213轉變為一負電流(即，改變方向)時，自動調諧之延遲t延遲 215由同步整流器控制器120開始。在磁化電感電流iLM 210為負之時間期間，如區域216所圖解說明，由初級側開關M1之寄生電容Coss儲存之電荷被放電。如在第一感興趣區域204處所圖解說明，對初級側開關M1之寄生電容Coss進行放電最終減小初級側開關M1之汲極-源極電壓VM1 203。在自動調諧之延遲t延遲 215到期之後，同步整流器開關M2被轉變為一關斷狀態。此後，初級側開關M1被轉變回至一接通狀態。因此，藉由有利地控制自動調諧之延遲t延遲 215之一持續時間、負磁化電感電流iLM 210之一對應強制持續時間(在區域216內)釋放由初級側開關M1之寄生電容Coss儲存之能量。釋放由初級側開關M1之寄生電容Coss儲存之能量在初級側開關M1轉變為一接通狀態之前，將初級側開關M1之汲極-源極電壓VM1 203降低至零或接近零(即，大於零伏特之一值)，如第一感興趣區域204處所圖解說明。
若自動調諧之延遲t延遲 215之持續時間短於一最佳值，則當汲極-源極電壓VM1 203仍然實質上大於零時，初級側開關M1可能轉變為一接通狀態，從而導致降低功率轉換器100之一功率處理效率之開關損耗。然而，若自動調諧之延遲t延遲 215之持續時間太長，則可能透過初級側開關形成一負電流，此可能潛在地損壞初級側開關M1。因此，如本文所揭示，同步整流器控制器120有利地自動調諧自動調整之延遲t延遲 215之持續時間以實現一最佳持續時間。
圖3係根據一些實施例之提供功率轉換器100之同步整流器控制器120的細節之一簡化電路示意圖。同步整流器控制器120之一些元件已自圖3中省略以簡化同步整流器控制器120之描述，但應當理解為存在。一般言之，同步整流器控制器120包含一自動調諧控制器302，該自動調諧控制器302通常包含延遲模組304及其他模組306(例如，定時及控制邏輯、計數器電路、通用處理器、可程式化邏輯電路、一查找表及/或其他電路)、一高通濾波器電路308、一電流比較電路310、一電壓比較電路312及一閘極驅動器電路314。亦展示先前參考圖1描述之節點121、122及123。在一些實施例中，組件308、310、312和/或314中之一者或多者之全部或一部分位於實施同步整流器控制器120之一積體電路外部。
與同步整流器控制器120的操作有關之信號包含在節點122處之經取樣同步整流器開關電流iM2 、在節點121處之同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 、在節點123處之同步整流器開關控制信號GATEM2 、在電流比較電路310之一非反相節點處之一電流臨限值isw th 、在電壓比較電路312之一反相節點處之一電壓臨限值Vsw th 、由高通濾波器電路308產生之一經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 、由電流比較電路310產生之一電流比較信號C電流偵測 、由電壓比較電路312產生之一電壓比較信號CincDelay 及由自動調諧控制器302產生之一閘極控制信號C閘極 。
在一些實施例中，在電流比較電路310之一反相輸入處接收之經取樣同步整流器開關電流iM2 等於同步整流器開關電流iSR 。在其他實施例中，經取樣同步整流器開關電流iM2 與同步整流器開關電流iSR 成比例。在又其他實施例中，經取樣同步整流器開關電流iM2 係指示同步整流器開關電流iSR 之一信號(例如，一電壓或一數位信號)。電流臨限值isw th 係用於與經取樣同步整流器開關電流iM2 進行比較之一適當信號。在一些實施例中，電流臨限值isw th 等於零安培、與零安培成比例或代表零安培。
高通濾波器電路308係經組態以接收同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 或指示同步整流器開關汲極-源極VM2 之一信號(例如，一數位信號，或一比例信號)之一類比或數位濾波器電路。高通濾波器電路308可操作以實質上衰減小於一非零頻率截止值(例如，5 MHz)之同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 之頻率分量，且傳遞大於非零頻率截止值之同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 之頻率分量。因此，在電壓比較電路312之一非反相輸入處接收之經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 信號代表頻率高於非零頻率截止值之同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 的頻率分量(即，一暫態電壓分量)。
在一些實施例中，用於與經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 信號進行比較之電壓臨限值Vsw th 之一值係基於如在次級側上所見之期望的接近ZVS谷值電壓選擇，即，
Figure 02_image001
，其中n 係初級與次級變壓器之匝數比。在一些實施例中，電壓臨限值Vsw th 等於2至5伏特，其等效於10至30 V之谷值電壓。
在一些實施例中，由自動調諧控制器302產生之閘極控制信號C閘極 係經組態以控制閘極驅動器電路314之一輸出之一數位信號。閘極驅動器電路314對閘極控制信號C閘極 進行位準移位、緩衝、放大或以其他方式調節，以生成同步整流器開關控制信號GATEM2 。
根據一些實施例，同步整流器控制器120之操作由圖4所示之一例示性過程400以一高水平描述。僅出於圖解說明及解釋目的，在圖4中展示特定步驟、步驟之順序及步驟之組合。其他實施例可實施不同之特定步驟、步驟之順序及步驟之組合，以實現相似功能或結果。參考圖1之功率轉換器100、圖2之曲線圖200之相關信號及圖3所示之同步整流器控制器120之細節描述圖4之步驟。
在步驟401處，作為過程400之一初始開始條件，同步整流器開關M2處於一關斷狀態，且初級側開關M1已自接通狀態轉變為一關斷狀態。在步驟402處，例如使用電流比較電路310判定係否偵測或已偵測到同步整流器開關M2之體二極體導通。例如，若由於同步整流器開關M2之體二極體導通，同步整流器開關電流iSR 自一非零或零電流位準轉變為一負電流位準，如圖2中之第一感興趣區域214處所示，則經取樣同步整流器開關電流iM2 將對應地達到小於電流臨限值isw th 之一值。
若在步驟402處未判定偵測或已偵測到同步整流器開關M2之體二極體導通，則過程400之流程保持在步驟402。然而，一旦判定經取樣同步整流器開關電流iM2 小於電流臨限值isw th ，電流比較電路310便生成一有效電流比較信號C電流偵測 。當同步整流器開關M2處於一關斷狀態時，在自動調諧控制器302處接收到有效電流比較信號C電流偵測 時，在步驟402處判定同步整流器開關M2之體二極體導通已發生且流程繼續進行至步驟404。
在步驟404處，藉由將一有效閘極控制信號C閘極 傳輸至閘極驅動器電路314，自動調諧控制器302將同步整流器開關M2轉變為一接通狀態。在接收到有效閘極控制信號C閘極 時，閘極驅動器電路314將一經位準移位、經緩衝、經放大或以其他方式調節之同步整流器閘極控制信號GateM2 傳輸至同步整流器開關M2之一閘極節點，以將同步整流器開關M2轉變為接通狀態。
在同步整流器開關M2處於接通狀態之時間期間，初級側開關M1保持在關斷狀態，且儲存在變壓器102之磁化電感LM 105中之能量被釋放(如曲線圖208中所示)。當輸出電流iout自變壓器102流至輸出緩衝電路112及負載RL 時，一對應同步整流器開關電流iSR 流過同步整流器開關M2(如曲線圖212中所示)，且一按比例、代表性或相同之經取樣同步整流器開關電流iM2 在電流比較電路310之一反相節點處接收。
正如在曲線圖208及212中所示，磁化電感電流iLM 及同步整流器開關電流iSR 之振幅隨著變壓器102之磁化電感LM 105被釋放而各自降低至零，最終達到及越過在區域216之開始處為零之一振幅，從而改變方向。在步驟406處，使用電流比較電路310判定同步整流器開關電流iSR 係否已改變方向(即，具有一負振幅)。若在步驟406處未判定同步整流器開關電流iSR 已改變方向，則過程400之流程保持在步驟406。然而，若在步驟406處判定經取樣同步整流器開關電流iM2 小於電流臨限值isw th ，則電流比較電路310生成一有效電流比較信號C電流偵測 。當同步整流器開關M2處於一接通狀態時，在接收到有效電流比較信號C電流偵測 時，過程400之流程繼續進行至步驟408。
在步驟408處，自動調諧控制器302開始一自動調諧之延遲(例如，圖2所示之t延遲 215)。在一些實施例中，開始自動調諧之延遲t延遲 涉及初始化自動調諧控制器302之延遲模組304之一或多個定時或延遲模組。在一些實施例中，自動調諧之延遲t延遲 藉由將延遲模組304中之一個延遲模組初始化至零而開始，且當延遲模組304之該延遲模組判定等於自動調諧之延遲t延遲 之一時間已過去時，自動調諧之延遲t延遲 到期。在其他實施例中，自動調諧之延遲t延遲 藉由將延遲模組304中之一個延遲模組初始化為對應於自動調諧之延遲t延遲 之一值開始，且當該延遲模組判定等於自動調諧之延遲t延遲 之一時間已過去時，自動調諧之t延遲 到期。
在自動調諧之延遲t延遲 已開始之後且在自動調諧之延遲t延遲 已到期之前，同步整流器開關M2保持在一接通狀態，且一強制負磁化電感電流iLM 有利地釋放由初級側開關M1之寄生電容Coss儲存之能量，如在代表圖2之自動調諧之延遲t延遲 215之區域內所示。
在步驟410處，自動調諧控制器302判定(例如，使用延遲模組304)自動調諧之延遲t延遲 係否已到期。若在步驟410處未判定自動調諧之延遲t延遲 已到期，則過程400之流程保持在步驟410，且同步整流器開關M2保持在一接通狀態。若在步驟410處由自動調諧控制器302判定自動調諧之延遲t延遲 已到期，則流程繼續進行至步驟412。在步驟412處，自動調諧控制器302將同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態(例如，藉由生成一無效C閘極 控制信號)。在步驟414處，藉由增加、減少或維持由自動調諧之延遲t延遲 指示之一延遲持續時間來更新(即，「調諧」)自動調諧之延遲t延遲 。
一般言之，在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之後，基於同步整流器開關M2之汲極-源極電壓VM2 之一變化率來更新自動調諧之延遲t延遲 。如前所述，汲極-源極電壓VM2 之一暫態電壓分量由經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 指示。若在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之後，汲極-源極電壓VM2 之暫態電壓分量迅速增加至一峰值，則由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲之持續時間增加，以便增加負磁化電感電流iLM ，從而增加在下一個開關週期期間自初級側開關M1之寄生電容Coss釋放之能量的量。相反，若在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之後，汲極-源極電壓VM2 之暫態電壓分量緩慢增加到一峰值，則由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲之持續時間減少。藉由減少由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲之持續時間，負磁化電感電流iLM 之持續時間對應地減少，從而減少自初級側開關M1之寄生電容Coss釋放之能量的量，使得寄生電容Coss之一最大放電量小於一全放電量(例如，以防止發生流過初級側開關M1之一潛在有害之負電流)。因此，同步整流器控制器120有利地判定強制磁化電感電流iLM 之一最佳持續時間，以實現初級側開關M1之ZVS或接近ZVS，而無需接收功率轉換器100之初級側量測或控制信號，且無需變壓器102之一電感之一先驗指示。因此，可容易且經濟地將一現有功率轉換器設計修改為包含同步整流器控制器120。
參考圖5A至圖6描述關於步驟414之額外細節。圖5A展示根據一些實施例之在時間t 內與圖1所示之功率轉換器100的操作有關之信號及圖3所示之同步整流器控制器120的細節之簡化曲線圖500。曲線圖500包含在時間t 電壓比較信號CincDelay 502之一曲線圖、同步整流器開關電流iSR 504之一曲線圖、電壓臨限值Vsw th 506之一曲線圖、經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 508之一曲線圖、同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 510之一曲線圖及同步整流器開關M2閘極控制信號C閘極 512之一曲線圖。亦展示自動調諧之延遲t延遲 514之一例示性持續時間之一曲線圖及一偵測窗口t偵測 516之一例示性持續時間之一曲線圖。曲線圖500中所示之實例大體上圖解說明在過程400之步驟414發生之同步整流器開關M2之一開關週期的一部分，其中在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之後，同步整流器開關M2之汲極-源極電壓VM2 510之暫態電壓分量(即，VM2 HPF 508)迅速增加至一峰值，從而在偵測窗口t偵測 516到期之前超過電壓臨限值Vsw th 506。因此，如由電壓比較信號CincDelay 502之一有效位準觸發，由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲之持續時間增加，以便增加強制負磁化電感電流iLM 之一持續時間。
圖5B展示根據一些實施例之在時間t 內與圖1所示之功率轉換器100的操作有關的信號及圖3所示之同步整流器控制器120的細節之簡化曲線圖520。曲線圖520包含在時間t 內電壓比較信號CincDelay 522之一曲線圖、同步整流器開關電流iSR 524之一曲線圖、電壓臨限值Vsw th 526之一曲線圖、經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 528之一曲線圖、同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 530之一曲線圖及閘極控制信號C閘極 532之一曲線圖。亦展示自動調諧之延遲t延遲 534之一例示性持續時間之一曲線圖及偵測窗口t偵測 536之一例示性持續時間之一曲線圖。曲線圖520中所示之實例大體上圖解說明在過程400之步驟414處發生之同步整流器開關M2之開關週期的一部分，其中在同步整流器開關M2轉變為一關斷狀態之後，汲極-源極電壓VM2 530之暫態電壓分量(即，VM2 HPF 528)不會迅速增加至峰值，且因此在偵測窗口t偵測 536到期之前不超過電壓臨限值Vsw th 526。因此，如由電壓比較信號CincDelay 522之有效位準觸發，由自動調諧之延遲t延遲 534指示之延遲之持續時間減少，以便減少強制負磁化電感電流iLM 之持續時間。
過程400之步驟414之細節在圖6中進行圖解說明。出於圖解說明及解釋目的，在圖6中展示特定步驟、步驟之順序及步驟之組合。其他實施例可實施不同之特定步驟、步驟之順序及步驟之組合，以實現相似功能或結果。參考圖1之功率轉換器100、圖3所示之同步整流器控制器120之細節及圖5A至圖5B之曲線圖500及520之相關信號來描述圖6之步驟。
在步驟602處，作為步驟414之一初始開始條件，初級側開關M1處於一關斷狀態，且同步整流器開關M2已自接通狀態轉變為一關斷狀態(即，在圖4之步驟412)。在步驟604處，開始一時間偵測窗口(例如，t偵測 516/536)。在一些實施例中，開始偵測窗口t偵測 涉及初始化自動調諧控制器302之延遲模組304之一或多個定時或延遲模組。在一些實施例中，偵測窗口t偵測 藉由將延遲模組304中之一個延遲模組初始化為零而開始，且當該延遲模組判定等於偵測窗口t偵測 之一時間已過去時，偵測窗口t偵測 到期。在一些實施例中，偵測窗口t偵測 藉由將延遲模組304中之一個延遲模組初始化為對應於偵測窗口t偵測 之一值而開始，且當該延遲模組判定等於偵測窗口t偵測 之一時間已過去時，偵測窗口t偵測 到期。一般言之，將偵測窗口(例如，t偵測 516/536)設置為基於一最大準諧振半週期之值。在一些實施例中，偵測窗口t偵測 等於100 ns(例如，對於＞=300 Mhz開關頻率)或1000 us(例如，對於＜300 kHz開關頻率)。
在步驟606處，判定偵測窗口t偵測 係否已到期。若在步驟606處判定偵測窗口t偵測 尚未到期，則流程繼續進行至步驟608。在步驟608處，判定同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 (即，一暫態電壓分量)之經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 係否大於電壓臨限值Vsw th 。若在步驟608處判定同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 之經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 大於電壓臨限值Vsw th (例如，如曲線圖500中所示，其中經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 508越過電壓臨限值Vsw th 506)，則一有效電壓比較信號CincDelay 502由電壓比較電路312生成，如曲線圖500中所示，且流程繼續進行至步驟610。在步驟610處，自動調諧控制器302回應於接收到有效電壓比較信號CincDelay 502而增加由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲。若在步驟608處未判定同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 之經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 大於電壓臨限值Vsw th ，則流程返回至步驟606。在步驟606處，若判定偵測窗口t偵測 已到期(即，在未判定同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 之經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 大於電壓臨限值Vsw th 之情況下)，則由自動調諧控制器302減少由自動調諧之延遲t延遲 指示之延遲。來自步驟610或614中的任一者之流程前進至步驟616，其結束過程400之步驟414之所示部分。
圖7A展示根據一些實施例之與使用與過程400相似或相同之一自動調諧方法操作與圖1所示之功率轉換器100類似之一功率轉換器有關之信號的實驗結果700。實驗結果700包含在時間t 內之初級側開關汲極-源極電壓VM1 703之一曲線圖702、在時間t 內之指示初級側開關M1之一最低開關電壓之一虛線704，及一第一感興趣區域705。一曲線圖706圖解說明在時間t 內同步整流器開關控制信號GATEM2 707之一曲線圖，及初級側開關控制信號GATEM1 708之一曲線圖。一曲線圖709包含在時間t 內磁化電感電流iLM 710之一曲線圖及初級側開關電流iM1 711之一曲線圖。圖7B繼續根據一些實施例之圖7A之實驗結果700。一曲線圖722包含在時間t 內之同步整流器開關電流iSR 723之一曲線圖。一曲線圖724包含在時間t 內之同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 725之一曲線圖、指示初級側開關谷值電壓之一虛線726，及對應於曲線圖702之第一感興趣區域705之一第二感興趣區域727。虛線726越接近同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 725之一峰值電壓，功率轉換器100便越接近初級側開關M1之零電壓開關。如圖7A之感興趣區域705所示，藉由同步整流器控制器120自動調諧強制負磁化電流iLM 之一持續時間，實現初級側開關M1之零電壓開關或接近零電壓開關。
已詳細參考本發明之實施例，在附隨圖式中已圖解說明其一或多個實例。已藉由說明本技術而並非對本技術之限制的方式提供每個實例。實際上，儘管已關於本發明之特定實施例詳細地描述本說明書，但應當理解，熟習此項技術者在理解前述內容之後，可容易地想到對此等實施例之替代、其變型及其等效物。例如，作為一個實施例之一部分而圖解說明或描述之特徵可與另一實施例一起使用以產生又一實施例。因此，希望本標的涵蓋所附申請專利範圍及其等效物之範疇內之所有此類修改及變型。在不偏離本發明之範疇的情況下，熟習此項技術者可對本發明進行此等及其他修改及變型，本發明之範疇在所附申請專利範圍中進行更具體闡述。此外，熟習此項技術者將理解，前述描述僅係例示性的，並非意欲限制本發明。
100:反激式功率轉換器/功率轉換器 102:變壓器 104:初級繞組 105:繞組/磁化電感LM 106:次級繞組 107:節點 110:節點 111:節點 112:輸出緩衝電路 115:輸入電壓濾波器區塊 116:整流器區塊 117:補償器 120:同步整流器控制器 121:節點 122:節點 123:節點 124:節點 200:曲線圖 202:曲線圖 203:汲極-源極電壓VM1 204:第一感興趣區域 205:曲線圖 206:初級側開關控制信號GATEM1 207:同步整流器開關控制信號GATEM2 208:曲線圖 209:初級側開關電流iM1 210:磁化電感電流iLM 212:曲線圖 213:同步整流器開關電流iSR 214:第二感興趣區域 215:自動調諧之延遲t延遲 216:負磁化電感電流/區域 302:自動調諧控制器 304:延遲模組 306:其他模組 308:高通濾波器電路 310:電流比較電路 312:電壓比較電路 314:閘極驅動器電路 400:過程 401:步驟 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 412:步驟 414:步驟 500:曲線圖 502:電壓比較信號CincDelay 504:同步整流器開關電流iSR 506:電壓閾值Vsw th 508:經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 510:同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 512:同步整流器開關M2閘極控制信號C閘極 514:自動調諧之延遲t延遲 516:偵測窗口t偵測 520:曲線圖 522:電壓比較信號CincDelay 524:同步整流器開關電流iSR 526:電壓閾值Vsw th 528:經高通濾波汲極-源極電壓VM2 HPF 530:同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 532:閘極控制信號C閘極 534:自動調諧之延遲t延遲 536:偵測窗口t偵測 602:步驟 604:步驟 606:步驟 608:步驟 610:步驟 614:步驟 616:步驟 700:實驗結果 702:曲線圖 703:初級側開關汲極-源極電壓VM1 704:虛線/初級側開關M1之最小開關電壓 705:第一感興趣區域 706:曲線圖 707:同步整流器開關控制信號GATEM2 708:初級側開關控制信號GATEM1 709:曲線圖 710:磁化電感電流iLM 711:初級側開關電流iM1 722:曲線圖 723:同步整流器開關電流iSR 724:曲線圖 725:同步整流器開關汲極-源極電壓VM2 726:虛線/初級側開關谷值電壓 727:第二感興趣區域
圖1係根據一些實施例之功率轉換器之簡化電路示意圖。
圖2展示根據一些實施例之與圖1所示之功率轉換器的操作有關之信號的簡化曲線圖。
圖3係根據一些實施例之用於圖1所示之功率轉換器中之同步整流器控制器的簡化電路示意圖。
圖4係根據一些實施例之用於圖3所示之同步整流器控制器的操作之實例性過程的一部分。
圖5A至圖5B展示根據一些實施例之與圖1所示之功率轉換器的操作有關之信號的簡化曲線圖。
圖6係根據一些實施例之用於圖3所示之同步整流器控制器的操作之圖4之例示性過程的一部分。
圖7A至圖7B展示根據一些實施例之與圖1所示之功率轉換器的操作有關之信號的簡化曲線圖。
120:同步整流器控制器
121:節點
122:節點
123:節點
302:自動調諧控制器
304:延遲模組
306:其他模組
308:高通濾波器電路
310:電流比較電路
312:電壓比較電路
314:閘極驅動器電路

Claims (20)

  1. 一種設備，其包括： 一高通濾波器電路，其經組態以自在一功率轉換器之一次級側處的一同步整流器開關之一汲極節點接收一汲極-源極電壓，且使用該經接收汲極-源極電壓來生成一經濾波汲極-源極電壓； 一電流比較電路，其經組態以接收指示流過該同步整流器開關之一電流的一電流，且使用該經接收電流來生成一電流比較信號；及 一自動調諧控制器，其經組態以： 在使用該電流比較信號判定該同步整流器開關之一體二極體導通時，接通該同步整流器開關； 當使用該電流比較信號判定流過該同步整流器開關之該電流已改變方向時，開始一自動調諧之延遲； 在該自動調諧之延遲到期時，關斷該同步整流器開關；且 在一偵測時間窗口期間，基於該經濾波汲極-源極電壓來更新該自動調諧之延遲之一持續時間。
  2. 如請求項1之設備，其中： 當該同步整流器開關接通時，該功率轉換器之一初級側開關之一汲極節點處之一電壓減小一定的量，該量對應於該自動調諧之延遲之該持續時間。
  3. 如請求項2之設備，其中： 該自動調諧之延遲之一最大持續時間對應於該初級側開關之該汲極節點處之大於零伏特的一汲極-源極電壓。
  4. 如請求項2之設備，其中： 該自動調諧控制器與代表該初級側開關之該汲極節點處之該電壓的一信號通信地隔離。
  5. 如請求項1之設備，其中該自動調諧控制器經進一步組態以： 在判定該經濾波汲極-源極電壓在該偵測時間窗口期間超過一電壓臨限值時，藉由增加該自動調諧之延遲之該持續時間來更新該自動調諧之延遲之該持續時間；且 在判定該經濾波汲極-源極電壓在該偵測時間窗口期間不超過該電壓臨限值時，藉由減少該自動調諧之延遲之該持續時間來更新該自動調諧之延遲之該持續時間。
  6. 如請求項5之設備，其進一步包括： 一電壓比較電路，其經組態以基於該經濾波汲極-源極電壓與該電壓臨限值之一比較來生成一電壓比較信號； 其中該自動調諧控制器經進一步組態以： 在接收到該電壓比較信號之一第一位準時，判定該經濾波汲極-源極電壓超過該電壓臨限值；且 在接收到該電壓比較信號之一第二位準時，判定該經濾波汲極-源極電壓不超過該電壓臨限值。
  7. 如請求項1之設備，其中該電流比較電路經進一步組態以： 藉由將指示流過該同步整流器開關之該電流的該電流與一電流臨限值進行比較來生成該電流比較信號； 其中該自動調諧控制器經進一步組態以： 當該同步整流器開關處於一關斷狀態時，在接收到該電流比較信號之一第一位準時，判定該同步整流器開關之該體二極體導通已發生；且 當該同步整流器開關處於一接通狀態時，在接收到該電流比較信號之該第一位準時，判定流過該同步整流器開關之該電流已改變方向。
  8. 如請求項7之設備，其中： 該電流臨限值對應於約零安培之一電流。
  9. 如請求項1之設備，其中： 該功率轉換器包括一變壓器，該變壓器具有在該功率轉換器之一初級側上之一初級側繞組及在該功率轉換器之該次級側上之一次級側繞組；且 該同步整流器開關經組態以直接電連接至該次級側繞組。
  10. 如請求項9之設備，其中： 一初級側開關直接電連接至該初級側繞組；且 在該初級側開關之一汲極節點處之一強制負磁化電感電流之一持續時間對應於該自動調諧之延遲之該持續時間。
  11. 如請求項10之設備，其中： 該自動調諧控制器與該初級側開關之該汲極節點、一源極節點及一閘極節點通信地隔離。
  12. 如請求項10之設備，其中： 該自動調諧之延遲之該持續時間之一增加對應於該初級側開關之一寄生電容的一增加之放電量；且 該自動調諧之延遲之該持續時間之一減少對應於該初級側開關之該寄生電容的一減小之放電量。
  13. 如請求項12之設備，其中： 該自動調諧之延遲之一最大持續時間對應於該初級側開關之該寄生電容的最大放電量；且 該初級側開關之該寄生電容的該最大放電量小於該初級側開關之該寄生電容之一全放電量。
  14. 一種方法，其包括： 在高通濾波器電路處自在一功率轉換器之一次級側處的一同步整流器開關之一汲極節點接收一汲極-源極電壓； 由該高通濾波器電路使用該經接收汲極-源極電壓生成一經濾波汲極-源極電壓； 在一電流比較電路處接收指示流過該同步整流器開關之一電流的一電流； 由該電流比較電路使用該經接收電流生成一電流比較信號； 在由一自動調諧控制器使用該電流比較信號判定該同步整流器開關之一體二極體導通已發生時，接通該同步整流器開關； 當使用該電流比較信號判定流過該同步整流器開關之該電流已改變方向時，由該自動調諧控制器開始一自動調諧之延遲； 在該自動調諧之延遲到期時，關斷該同步整流器開關；及 在一偵測時間窗口期間，由該自動調諧控制器基於該經濾波汲極-源極電壓來更新該自動調諧之延遲之一持續時間。
  15. 如請求項14之方法，其中： 當該同步整流器開關接通時，該功率轉換器之一初級側開關之一汲極節點處之一電壓減小一定的量，該量對應於該自動調諧之延遲之該持續時間。
  16. 如請求項15之方法，其中： 該自動調諧之延遲之一最大持續時間對應於該初級側開關之該汲極節點處之大於零伏特的一汲極-源極電壓。
  17. 如請求項15之方法，其中： 該自動調諧控制器與代表該初級側開關之該汲極節點處之該電壓的一信號通信地隔離。
  18. 如請求項14之方法，其進一步包括： 在判定該經濾波汲極-源極電壓在該偵測時間窗口期間超過一電壓臨限值時，藉由增加該自動調諧之延遲之該持續時間來更新該自動調諧之延遲之該持續時間；及 在判定該經濾波汲極-源極電壓在該偵測時間窗口期間不超過該電壓臨限值時，藉由減少該自動調諧之延遲之該持續時間來更新該自動調諧之延遲之該持續時間。
  19. 如請求項14之方法，其中： 該自動調諧之延遲之該持續時間對應於在該功率轉換器之一初級側開關之一汲極節點處之一強制負磁化電感電流之一持續時間。
  20. 如請求項19之方法，其中： 該自動調諧控制器與該初級側開關之該汲極節點、一源極節點及一閘極節點通信地隔離。
TW110107591A 2020-03-06 2021-03-03 自動調諧之同步整流器控制器 TW202203573A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/811,827 2020-03-06
US16/811,827 US11133747B1 (en) 2020-03-06 2020-03-06 Auto-tuned synchronous rectifier controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202203573A true TW202203573A (zh) 2022-01-16

Family

ID=77556175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110107591A TW202203573A (zh) 2020-03-06 2021-03-03 自動調諧之同步整流器控制器

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11133747B1 (zh)
EP (1) EP4115513A4 (zh)
KR (1) KR20220150305A (zh)
CN (1) CN115211018A (zh)
TW (1) TW202203573A (zh)
WO (1) WO2021176319A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713921B (zh) * 2018-12-21 2021-07-06 西安矽力杰半导体技术有限公司 一种同步整流控制电路、控制方法及开关电路
JP7378495B2 (ja) * 2019-04-24 2023-11-13 パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド 能動非放散クランプ回路を備える電力コンバーターおよびそれぞれの制御装置
US11632054B2 (en) 2019-04-24 2023-04-18 Power Integrations, Inc. Mode operation detection for control of a power converter with an active clamp switch
CN111064366B (zh) * 2019-12-11 2021-03-09 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路和方法以及谐振变换模块
US11133747B1 (en) * 2020-03-06 2021-09-28 Silanna Asia Pte Ltd Auto-tuned synchronous rectifier controller
CN116780862B (zh) * 2023-08-21 2023-11-07 南京杰芯源科技有限公司 一种适用于反激变换器副边高侧同步整流的供电斩波电路
CN117155136B (zh) * 2023-10-27 2024-01-26 茂睿芯（深圳）科技有限公司 用于抑制整流管振铃误开通的同步整流控制电路和方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI338996B (en) * 2007-10-16 2011-03-11 Delta Electronics Inc Resonant converter system having synchronous rectifier control circuit and controlling method thereof
US7859868B2 (en) 2008-03-26 2010-12-28 Hipro Electronics Co., Ltd. Synchronous rectifier control circuit with deadtime adjustment to prevent crossover conduction
US8416587B2 (en) 2008-11-20 2013-04-09 Silergy Technology Synchronous rectifier control circuits and methods of controlling synchronous rectifiers
US8669744B1 (en) 2011-02-15 2014-03-11 Vlt, Inc. Adaptive control of switching losses in power converters
US9287792B2 (en) 2012-08-13 2016-03-15 Flextronics Ap, Llc Control method to reduce switching loss on MOSFET
US20150124494A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-07 Iwatt Inc. Adaptive synchronous rectifier control
JP6469481B2 (ja) * 2015-03-03 2019-02-13 ローム株式会社 絶縁同期整流型ｄｃ／ｄｃコンバータ、２次側コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器
US9608532B2 (en) * 2015-04-04 2017-03-28 Joulwatt Technology Inc. Limited Body diode conduction optimization in MOSFET synchronous rectifier
US10063154B2 (en) 2016-04-29 2018-08-28 Semiconductor Components Industries, Llc Current sense detection for synchronous rectification
US10333417B2 (en) 2017-04-10 2019-06-25 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Device and method for controlling flyback converter
CN107086793B (zh) * 2017-06-19 2023-06-06 浙江大学 一种用于同步整流功率变换器的动态补偿控制电路
US10560012B1 (en) 2018-07-27 2020-02-11 Richtek Technology Corporation ZVS control circuit for use in a flyback power converter
JP7244748B2 (ja) * 2019-03-01 2023-03-23 ミツミ電機株式会社 スイッチング電源装置
US11502609B2 (en) * 2019-11-04 2022-11-15 Appulse Power Inc. Digital nonlinear transformation for voltage-mode control of a power converter
US11133747B1 (en) * 2020-03-06 2021-09-28 Silanna Asia Pte Ltd Auto-tuned synchronous rectifier controller

Also Published As

Publication number Publication date
CN115211018A (zh) 2022-10-18
EP4115513A1 (en) 2023-01-11
US20220014111A1 (en) 2022-01-13
US11133747B1 (en) 2021-09-28
WO2021176319A1 (en) 2021-09-10
US11664736B2 (en) 2023-05-30
KR20220150305A (ko) 2022-11-10
EP4115513A4 (en) 2024-03-20
US20210281184A1 (en) 2021-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW202203573A (zh) 自動調諧之同步整流器控制器
US10250152B2 (en) Forced zero voltage switching flyback converter
KR101931448B1 (ko) 스타트업 셀 회로의 시스템 및 방법
US9899931B1 (en) Zero voltage switching flyback converter for primary switch turn-off transitions
US9859788B2 (en) Power factor correction circuit and switching power supply apparatus
TWI796419B (zh) 具有多模式啟動之開關模式電力控制器
US8593127B2 (en) Method and apparatus to reduce line current harmonics from a power supply
US7339799B2 (en) Switching power supply
US8335092B2 (en) Isolated switching power supply apparatus
TWI542128B (zh) 直流至直流轉換器系統及用於直流至直流轉換的方法
TWI374605B (en) Apparatus and method for zero-voltage region detection, and control apparatus and control method for a power factor correction power converter
CN111327201B (zh) 具有限制控制装置以控制开关周期或开关频率的变化速率的功率转换器
US20120043954A1 (en) Quasi-resonant systems and methods with multi-mode control
US20070274108A1 (en) Forward power converters
CN109586575B (zh) 虚拟参数高压侧mosfet驱动器
EP2101400A2 (en) Method and apparatus for AC to DC power conversion with reduced harmonic current
US11606036B2 (en) Switching power converter and controller for a switching power converter
TWI606682B (zh) 適用於高功因之開關式電源供應器的脈波寬度調變控制器以及相關之控制方法
TWI650927B (zh) 用於主開關切換轉換的零電壓開關式返馳變換器
TW201929397A (zh) 具有主動箝位之電力轉換器
CN112673562A (zh) 谐振转换器中的动态瞬变控制
US20240007009A1 (en) Dynamic Intra-Pulse-Sequence Switch Transition-Time Controller
TWI653813B (zh) 強迫式零電壓開關返馳變換器及其運行方法
US20230141001A1 (en) Cycle-by-cycle reverse current limiting in acf converters