[发明专利]用于防止雪崩击穿的两级开关驱动器

说明书

本公开涉及一种用于防止雪崩击穿的两级开关驱动器。所提供的技术用于避免跨同步整流(SR)开关的雪崩击穿电压，该开关位于隔离开关模式功率转换器的次级侧上，转换器在低功率模式、例如突发模式中操作，在此模式期间功率转换器的载荷负载消耗的电流可忽略。这通过使用两级开关驱动器来实现，其用于控制在功率转换器初级侧上的功率开关。两级开关驱动器配置为在突发模式操作期间使低电流水平流出至功率开关的控制端子(例如栅极)。该低电流减小在功率转换器初级侧和次级侧上的电压脉冲的上升沿斜率，限制了跨SR开关的电压振铃的峰值。通过以此方式限制电压，避免SR开关进入雪崩击穿。

技术领域

本申请涉及一种开关模式功率转换器，其中功率开关被具有两个强度级的驱动器控制，其中驱动器限制了功率开关被接通的比率以防止跨同步整流(SR)开关的电压达到雪崩击穿水平。

背景技术

诸如智能电话、平板计算机和笔记本计算机的移动消费设备在功能性和流行性方面持续地增长。此类设备通常是电池供电的，并且需要用于从主电源给设备电池充电的充电器。电池充电器优选地小且便宜。电池充电器部分地由于其小尺寸而必须是高效的，以使在其内部产生的热量不会导致外壳温度过高。尽管单个充电器消耗的功率相对较少，但连接到电网上的此类充电器数量巨大，可能会给电网带来很大负载。因此，监管机构对电池充电器在活跃和待机操作模式期间的功率效率提出了严格要求，以限制此类充电器浪费的能量。为了满足这些规格和效率目标，现代的电池充电器越来越多地使用隔离开关模式功率转换器。以前的功率转换器在整流之前依赖大型转换器直接降低交流(AC)主电压，尤其是与其相比，这种转换器所使用的高切换速度使得转换器内部的变压器相对小而轻。

许多现代的电池充电器依赖反激式转换器拓扑及其变型，用于将已从AC主电压整流的直流(DC)高电压转换成低电压，该低电压用于对电池充电。功率开关将高DC电压转换成施加在变压器初级侧的高频AC电压。在变压器次级侧上所感应的AC电压必须被整流以，提供转换器的负载、例如正被充电的电池所需的DC电压。此类整流依赖于电流阻断器，诸如二极管和/或同步整流(SR)开关。与二极管相比，SR开关具有低功率损耗和低相关联热，因此在大多数应用中，包括典型的电池充电器，SR开关被优选用于整流。

除了在功率转换器处于有效使用中、例如电池充电时提供有效的功率转换之外，开关功率转换器优选地在没有负载附接在其上时消耗最少的功率。例如，即使在被充电设备已经被移除之后和/或电池被充满电之后，消费者也经常保持电池充电器连接至主电源。为了使功率损耗在这种待机周期期间最小化，功率转换器经常采用突发模式的操作。在突发模式操作期间，针对相对较长的时间区间，暂停功率开关的切换。在空闲区间期间，一旦输出电压已经减少至最小允许的待机模式电压水平，则启动切换并且输出电压被抬高至在突发区间期间所期望的最大待机模式电压。注意，即使在待机模式期间，泄漏电流将电荷从输出电容器排出，因此需要通过例如突发模式操作对电容器进行偶尔的再充电。

突发模式操作潜在地产生如下问题：跨次级侧整流设备(诸如SR开关)的电压达到比正常操作期间更高的水平。在待机/突发模式操作期间，因为负载(例如电池)不消耗(或可忽略)电流，所以与在正常操作模式期间相比，变压器次级侧上的每个电压脉冲急剧上升的电压沿产生的电压振铃更大，该电压跨SR开关。上层电压偏移可以超过SR开关的最大允许电压。在突发模式操作期间，会重复超出这种最大电压，并且会损坏整流设备。

期望一些电路和方法，以在突发模式操作期间在开关模式功率转换器中，限制跨整流设备电路出现的最大电压。此类电路和方法应当要求最少的额外电路部件，并且应当是节能的。

发明内容