[发明专利]具有同步整流器开关故障检测的反激转换器

说明书

本发明题为“具有同步整流器开关故障检测的反激转换器”。本发明提供了一种反激转换器，该反激转换器将同步整流器开关晶体管的漏极至源极电压与负阈值电压进行比较，以检测该同步整流器开关晶体管是否具有部分开路故障状况或开路故障状况。该反激转换器还将通向该同步整流器开关晶体管的栅极驱动器的栅极端子电压与正阈值电压进行比较，以检测该同步整流器开关晶体管是否具有栅极开路故障状况或栅极短路故障状况。

技术领域

本申请涉及开关电源转换器，并且更具体地讲，涉及具有同步整流器开关故障检测的反激转换器。

背景技术

如反激领域中已知的，反激转换器的变压器中的次级绕组电流被整流为在初级绕组电流传导时不传导。该整流可以由输出二极管或同步整流器开关晶体管执行。尽管输出二极管是无源的并且因此不需要同步整流器控制，但与具有同步整流的反激转换器相比，使用输出二极管会降低效率。因此，广泛使用同步整流以改进效率。

同步整流器开关晶体管通常是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。为了控制同步整流器(SR)开关MOSFET的开关，SR控制器监测SR MOSFET上的漏极至源极电压。基于该漏极至源极电压，SR控制器检测电源开关晶体管是否已经断开，使得可以接通SRMOSFET。例如，如果SR MOSFET是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，则SR控制器通过将SRMOSFET的栅极至源极电压增加到高于其阈值电压来接通SR MOSFET。

但是，像任何半导体器件一样，SR开关晶体管承受制造缺陷。例如，尽管满足其阈值电压，但SR开关晶体管可能仅略微接通(部分开路故障状况)或断开(开路故障状况)。此外，对于此类部分开路故障状况或完全开路故障状况，SR开关晶体管的栅极可短接到接地部(栅极至接地部短路故障状况)或短接到SR开关晶体管的源极(栅极至源极短路故障状况)。

由于这些故障状况，通常将传导通过SR开关晶体管的沟道的漏极电流替代地传导通过其体二极管。通过体二极管而不是沟道的传导导致SR开关晶体管上的相对较高的漏极至源极电压，这导致电源的热应力。因此，对开路故障状况、部分开路故障状况、栅极至接地部短路故障状况和栅极至源极短路故障状况的检测对于电源可靠性是至关重要的。尽管存在这种关键性，但现有故障状况技术通常无法检测到部分开路故障状况。

在常规SR开关晶体管故障检测中，将电流源施加到SR开关晶体管的栅极，同时检测SR开关晶体管上的漏极至源极电压(Vds)的变化率(dV/dt)以确定SR开关晶体管的栅极至源极电容。如果栅极至源极电容小于第一阈值量，则认为检测到栅极开路故障。相反，如果栅极至源极电容高于第二阈值量，则认为检测到栅极至源极短路故障状况。所得的常规故障检测仅在启动阶段期间适用，并且不能检测到部分开路故障状况，这对于确保反激转换器的可靠性是有问题的。

因此，在本领域中需要具有针对同步整流器开关晶体管的工作的改进的故障检测的反激转换器。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于控制同步整流器开关晶体管的循环；漏极端子，所述漏极端子用于连接到所述同步整流器开关晶体管的漏极；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述漏极端子的电压超过负电压阈值时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为将所述检测周期与阈值周期进行比较，以检测所述同步整流器开关晶体管是否具有部分开路故障状况或开路故障状况。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于反激转换器的次级侧控制器，所述次级侧控制器包括：栅极驱动器，所述栅极驱动器用于通过栅极端子控制同步整流器开关晶体管的循环；计时器，所述计时器用于对检测周期进行计时，所述检测周期在所述栅极驱动器接通所述同步整流器开关晶体管时开始并且在所述栅极端子的电压超过正阈值电压时结束；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为响应于所述检测周期短于第一阈值周期而检测所述同步整流器开关晶体管是否具有栅极开路故障状况。