[发明专利]使用自启动初级侧驱动器生成辅助次级电源的电路和方法

说明书

技术领域

本申请涉及用于在隔离开关模式功率转换器的次级侧提供辅助电源的电路和方法。

背景技术

开关模式功率转换器广泛用于将输入直流(DC)电压有效地转换为处于不同电压电平的输出电源。开关模式功率转换器通常用作线性稳压器的替代，然而具有能够升高或降低电压的优点。此外，开关模式功率转换器比线性稳压器效率高得多，因为线性稳压器以欧姆损耗形式浪费相当多的能量。由于浪费的能量通常必须作为热量耗散，因此开关模式功率转换器相对于诸如线性稳压器的其他功率转换器具有减少的热量耗散要求，这意味着需要更少和/或更小的散热器。由于这些原因，开关模式功率转换器通常用于在需要高效率的应用中转换DC电压电平。

隔离开关模式功率转换器使用变压器在转换器的初级(输入)侧与次级(输出)侧之间提供电隔离。变压器初级侧的开关设备用于从输入DC电压生成交流(AC)电压分量。该AC电压用于激励变压器的初级绕组，该变压器的初级绕组反过来在变压器的次级绕组上引起AC电压。次级绕组上的AC电压被整流和滤波以提供可由功率转换器的一些输出负载使用的DC输出电压。

DC输出电压和电流由初级侧开关设备的切换确定。在典型的应用中，脉冲宽度调制(PWM)波形用于控制每个初级侧开关设备，使得它们向初级绕组提供适当水平的能量，初级绕组最终确定从功率转换器输出的电压。次级侧控制器通常监控输出电压和电流，并且生成适当的PWM波形，该PWM波形被传送到初级侧以由初级侧开关设备使用。次级侧控制器可执行其他功能，包括例如提供控制信号以使用次级侧的开关设备对次级侧AC电压进行整流。

次级侧控制器通常为数字电路，其必须在功率转换器的启动和完全操作阶段两个期间均被供电。用于向次级侧控制器供电的当前解决方案通常采用由DC输入电压供电的在初级侧的辅助电源。第二变压器包括在功率转换器中，并且将功率从该初级侧辅助电源传输到次级侧的辅助电源，使得次级侧辅助电源可向次级侧控制器供电。这种解决方案具有这样的缺点，即，它们需要第二变压器(或现有变压器内附加的成对绕组)以及初级侧的辅助电源。

期望用于在隔离开关模式功率转换器的次级侧上提供辅助电源的电路和方法。这样的电路和方法应当要求在功率转换器所要求的范围之外的最少电路部件，并且应当能够在功率转换器的启动和稳态操作期间向次级侧控制器供电。

发明内容

根据用于将来自输入源的功率转换为用于输出负载的功率的、使用隔离拓扑的开关模式功率转换器电路的实施例，开关模式功率转换器电路包括变压器、一个或多个初级侧开关设备、初级侧启动电路、次级侧控制器电路以及次级侧辅助供电电路。变压器在初级侧与次级侧之间提供隔离，并且包括初级侧绕组以及一个或多个次级侧绕组。一个或多个初级侧开关设备电连接至初级侧绕组并且在它们传导电流时激励该绕组。次级侧控制器电路耦合到次级侧绕组中的一个或多个，并且配置为在次级侧控制器电路被完全供电和操作的稳态操作阶段期间控制一个或多个初级侧开关设备的切换。初级侧开关电路配置为在次级侧控制器电路不控制一个或多个初级侧开关设备的开关的启动操作阶段期间控制一个或多个初级侧开关设备的开关，从而在该启动操作阶段期间激励初级侧绕组。次级侧辅助供电电路与初级侧绕组电隔离，并且配置为基于至少在启动操作阶段期间从初级侧绕组传输的能量向次级侧控制器电路供电。

根据使用隔离拓扑的开关模式功率转换器中的初级侧驱动电路的实施例，初级侧驱动电路配置为生成开关控制信号，这些开关控制信号被提供给一个或多个初级侧开关设备的控制端子，以便激励变压器的初级侧绕组。初级侧驱动电路包括配置为输入由开关模式功率转换器的次级侧提供的外部控制信号的输入端子。初级侧驱动电路还包括配置为生成启动控制信号的启动电路，该启动控制信号在启动阶段期间控制一个或多个初级侧开关设备的切换，例如在外部控制信号由开关模式功率转换器的次级侧提供之前。初级侧驱动电路还包括选择电路，该选择电路配置为基于在启动操作阶段期间所生成的启动控制信号并且基于在稳态操作阶段期间的外部控制信号提供开关控制信号。

根据使用隔离拓扑的开关模式功率转换器的初级侧驱动电路中的方法的实施例，生成开关控制信号并将其提供给一个或多个初级侧开关设备的控制端子，以便激励开关模式功率转换器的变压器的初级绕组。该方法包括监控从开关模式功率转换器的次级侧提供的外部控制信号。基于默认参数生成控制一个或多个初级侧开关设备的开关的启动控制信号。当检测到开关模式功率转换器正在启动操作阶段中操作时，基于所生成的启动控制信号向一个或多个初级侧开关设备提供开关控制信号。