[发明专利]用于功率转换器的控制器

说明书

本申请要求于2009年1月19日提交的标题为“Controller for a Synchronous Rectifier Switch and Power Converter Employing the Same”的第61/145,657号美国临时申请的权益，该申请全文在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明主要涉及功率电子设备，并且更具体而言，本发明涉及用于功率转换器的控制器及其操作方法。

背景技术

切换模式的功率转换器(也称为“功率转换器”或者“调控器”)是将输入电压波形转换成指定输出电压波形的功率供应或者功率处理电路。AC-DC功率转换器将交流(“ac”)输入电压转换成直流(“dc”)输出电压。与功率转换器关联的控制器通过控制其中运用的功率开关的导通时段来管理其操作。一般而言，控制器在反馈回路配置(也称为“控制回路”或者“闭合控制回路”)中耦合于功率转换器的输入与输出之间。

为了产生dc输出电压，功率转换器经常运用二极管以对ac电压进行整流。整流器件可能由于在二极管两端的前向电压降而在功率转换器中(尤其是在产生五伏或者更少的输出电压的功率转换器中)引入功率损耗分量。具有相对低的前向电压降的肖特基二极管经常运用于低电压功率转换器应用中以减少二极管前向电压降。然而，诸如肖特基二极管之类的无源整流器件通常不能实现少于约0.35伏(“V”)的前向电压降并且通常不能维系大于约60伏的反向电压，由此限制功率转换器的转换效率。

为了实现可接受的效率水平，功率转换器经常运用可以具有少于约0.1伏前向电压降的整流器件。为了提供功率损耗的这类减少，提供电阻性电压降的有源开关或者有源半导体开关(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”))常用来取代二极管。然而，必须与ac电压(例如在向功率转换器的输入的两端产生的ac电压)的周期波形同步地将有源半导体开关周期性地驱动成导通和非导通模式或者状态。有源半导体开关可以由此避免无源整流器件中固有的较高前向电压降。

用有源半导体开关取代二极管而产生的设计问题在于需要为其提供如下驱动信号，该驱动信号与功率转换器的操作准确同步以控制有源半导体开关的导通和非导通模式或者状态，并且该驱动信号避免与包括二极管的其它半导体开关有导通重叠。在功率转换器中的取代二极管的有源半导体开关一般称为“同步整流器”或者“同步整流器开关”。

常规的ac到dc功率转换器运用桥式整流器以将ac正弦输入电压波形(诸如ac市电产生的输入电压波形)变换成整流的正弦波形。在桥式整流器之后，功率因子纠正(“PFC”)电路将整流的正弦波形转换成dc电压电平比正弦输入电压的峰电压更高的dc波形。桥式整流器通常由四个二极管构造而成。由于二极管的前向电压降，所以二极管产生大量功率损耗。

无桥升压PFC电路可以用来解决与二极管的前向电压降关联的功率损耗问题。因而减少二极管的导通损耗。然而，无桥升压PFC电路具有限制它在低成本、高容量电路中的应用的若干明显其余问题。在电路的ac侧上，电路引入的两个电感器的结构使输出电压相对于输入线电压浮动。因而，电路产生高等级的电磁干扰(“EMI”)噪声。升压电感器在ac侧上的位置使得难以感测ac线电压和电感器电流，并且该控制是比用于耦合到桥式整流器的简易升压PFC电路或者升压功率转换器的控制方案更复杂的过程。因而，无桥升压PFC电路的应用一直有限。

于2000年5月9日向Jansen授权的标题为“Circuit Simulating a Diode”的第6,060,943号美国专利和于2002年10月22日向Jansen授权的标题为“Circuit Simulating a Diode”的第6,469,564号美国专利涉及如下电路，该电路执行二极管的功能以在一个方向上导通电流而前向电压降为低，但是在另一方向上阻止电流以产生改进的整流功能，这两篇专利在此都通过引用结合于本文中。当在电路的指定正极端子的电压高于在指定负极端子的电压时，前向电流流动。当在这些指定端子的电压的极性反转时，电流中断。

然而，这些方法中的每种方法提供对同步整流器在诸多应用中的使用进行限制或者以别的方式对其不利的效率和/或成本限制。因而，在本领域中需要的是一种避免现有技术中的缺陷的可与功率转换器中的同步整流器一起运用的控制器和有关方法。

发明内容