[发明专利]具有高效VCC充电的开关功率变换器

说明书

提供了一种开关功率变换器控制器，其包括耦接在功率开关晶体管的漏极和存储电容器之间的VCC充电开关晶体管。

技术领域

本申请涉及开关功率变换器，并且更特别地，涉及调节用于开关功率变换器的电力供应电压。

背景技术

由于有利的低功率消耗及无有毒材料，固态发光二极管(LED)照明应用正在快速取代常规的白炽和荧光照明系统。然而，LED不能像白炽灯泡一样暴露于AC主干线。固态照明应用因此包括开关功率变换器以将AC输入电流变换成可以对LED供电的经整流的DC输出电流。控制器控制开关功率变换器中的功率开关，以使得期望的电流对LED供电。所述控制器需要其自己的电力供应电压，该电压在本文中指定为VCC。用于所述控制器的VCC的生成必须使成本和效率平衡。对于高效地生成VCC的需要也适用于其他类型的开关功率供应，例如AC-DC适配器和充电器。

VCC的生成取决于开关功率变换器架构。例如，在反激式电源中的功率开关耦接到变压器的初级绕组。变压器上的辅助绕组因此提供生成VCC的便利且非常高效的方式。但是，变压器增加了制造成本，所以使用非隔离的开关调节器架构(例如降压或降压-升压开关功率变换器)来对LED供电是比较便宜的。在非隔离的开关调节器中，功率开关耦接到电感器。尽管电感器相对于变压器的简单性降低了非隔离的开关调节器的成本，但是以合适地低的成本高效地生成VCC变得更加具有挑战性。例如，“源极-开关”VCC充电架构可以用于非隔离的开关功率变换器中，其中，功率开关晶体管包括NMOS功率开关晶体管，其漏极耦接到电感器并且其源极耦接到控制器的源极电压端子。NMOS功率开关晶体管的栅极由源自经整流的输入电压的相对恒定的电压来驱动。所述控制器包括用于控制源极电压端子是否接地的第一控制开关。如果源极电压端子通过第一控制开关接地，则NMOS功率开关晶体管接通以用于功率循环。如果第一控制开关关断，则源极电压端子浮动到充分高的电压以使得NMOS功率开关晶体管关断。选择性地将NMOS功率开关的源极通过第一控制开关耦接到地，因此提供了所述架构的“源极-开关”的命名。

为了生成VCC，源极-开关架构中的控制器包括耦接在源极电压端子和VCC端子之间的另一第二控制开关。当第二控制开关接通时，耦接到VCC端子的存储电容器被充电。所述控制器调节第二控制开关的循环以调节VCC。尽管第二控制开关调节对于相对低功率的LED高效地工作，但是对于较高功率的系统(例如20W或更大的输出功率)其效率下降。特别地，由于第一控制开关在电感器的主传导路径中，所以第一控制开关的漏极到源极的导通电阻(R_dson)变得有问题。要注意，第一功率开关被结合到控制器裸片中。当电感器电流增加到产生较高的输出功率时，由于R_dson的功率损失对于第一控制开关的相对小的晶体管尺寸来说变得有问题。因此，对于高功率源极-开关的解决方案是增加第一控制开关的裸片空间或用外部晶体管来取代它，这增加了制造成本。

当前对于源极-开关架构的替代方案还存在生成VCC成本高或效率低的问题。例如，外部电容器可以耦接在耦接到功率开关晶体管的漏极的控制器上的漏极端子和另一合适的控制器端子(例如AC供应端子)之间。当漏极电压在每个功率开关循环中从高切换到低时，外部电容器被充电以提供VCC源。尽管这样的生成非常简单，但是因为损失了大部分充电能量所以其效率不佳。

因此，在技术领域中存在对具有高效VCC生成的非隔离的开关功率变换器的需要。

发明内容

提供了一种开关功率变换器控制器，其配置为控制功率开关晶体管的循环以调节提供到负载的输出功率。所述控制器包括用于耦接到功率开关晶体管的漏极的漏极端子和用于耦接到控制器电力供应电压(VCC)电容器的阳极的电容器端子。所述控制器还包括耦接在所述漏极端子和所述电容器端子之间的VCC充电开关晶体管。