[发明专利]具有自适应最小关断时间的同步整流器控制

说明书

一种开关功率变换器可以包括耦合到变压器的初级绕组的功率开关、被配置为开启和关闭功率开关的初级控制器、耦合到变压器的次级绕组的同步整流器开关、和被配置为开启和关闭同步整流器开关的同步整流器控制器。同步整流器控制器可以监测同步整流器开关两端的电压。同步整流器控制器可以在同步整流器开关的至少一个循环关断之后确定同步整流器开关两端的电压的谐振振荡的周期。同步整流器控制器可以基于谐振振荡的周期来调整同步整流器开关的最小关断时间周期。同步整流器控制器可以自适应地调整同步整流器开关的最小关断时间周期。

技术领域

本申请涉及开关功率变换器，更具体地涉及使用同步整流的开关功率变换器。

背景技术

移动电子设备(例如，智能手机和平板电脑)的爆炸性增长使得在本领域中对紧凑且高效的开关功率变换器的需求不断增长，这样用户可以为这些设备充电。反激式开关功率变换器通常配有移动设备，这是因为其变压器提供与家用交流功率的安全隔离。反激式变换器通常在变压器的次级(负载)侧包括整流二极管，但这种整流二极管的能效不高。因此，已经开发了同步整流技术，其使用诸如场效应晶体管(FET)器件(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件)的主动控制开关替代整流二极管，以通过利用其功耗较低的优点来提高工作效率。

具有同步整流的常规的反激式变换器通常包括基于同步整流器开关端子两端的电压来控制同步整流器(SR)开关的同步整流器(SR)控制器。当该电压降低到功率开关的循环关断之后的导通时间阈值以下时，SR控制器接通SR开关从而将电力传送到负载。在该电力传送期间，SR开关两端的电压逐渐上升到导通时间阈值电压以上，直到其越过关断时间阈值电压。当次级绕组电流已经斜降到零时，该关断时间阈值电压对应于在变压器复位时间时SR开关两端的电压。

SR开关的导通和关断状态的定时对于减少损耗来说至关重要。但是对导通时间和关断时间阈值电压的控制是有问题的，这是因为由于寄生效应而使SR开关两端的电压在接通和断开时间存在谐振振荡。当在功率开关的循环关断之后接通SR开关时，这种谐振振铃可能导致开关电压超过关断时间阈值电压，这样即使次级绕组电流仍然相对较强(其在变压器复位时间之前仍然较好)，SR控制器也会不期望地断开SR开关。为了防止SR开关的这种不期望的过早的循环关断，SR控制器通常对于在SR开关的循环导通之后监测关断时间阈值电压，施加最小导通时间周期。在此最小导通时间期间，控制器不响应超过关断时间阈值电压的SR开关电压。

在SR开关的循环关断之后有类似的最小关断时间周期，以防止SR控制器响应SR开关电压的谐振振荡，该谐振振荡导致SR开关电压降至接通时间阈值电压以下。但是与在SR开关导通时产生的谐振振荡相反，在SR开关关断时间处产生的谐振振荡明显的更稳健(robust)且持久。通过考虑图1所示的初级侧功率开关S1的通电周期110和通电周期120的波形可以更好地理解，SR开关电压的这种稳健的关断时间振荡使得对最小关断时间周期的适当持续时间的设置复杂化。在这个例子中，SR整流器开关(S2)两端的电压是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极-源极(V_D-S)电压。在时间t0，功率开关S1在通电周期110中断开。响应于在时间t0功率开关S1的循环关断，SR开关的漏极-源极电压下降到导通时间阈值电压以下。SR开关因此被接通，同时启动定时器(S2定时器最小T_ON)以对最小导通时间周期进行计时。产生的漏极-源极电压的谐振振荡相对较小并且快速衰减，使得最小导通时间周期的持续时间可能相对较短并在时间t3终止。