[发明专利]用于开关反激式电源变换系统的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了具有输出检测和同步整流机制的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于开关电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。

背景技术

图1是示出传统的次级侧调整控制的反激式开关电源变换系统的简化示图。该电源变换系统100包括初级绕组110、次级绕组112、功率开关120、电流感测电阻器122、整流二极管124、电容器126、隔离反馈组件128和控制器102。控制器102包括欠压锁定(UVLO)组件104、脉宽调制生成器106、栅极驱动器108、前沿消隐(LEB)组件116和过流保护(OCP)组件114。例如，功率开关120是双极型晶体管。在另一示例中，功率开关120是场效应晶体管。

该电源变换系统100实现包含初级绕组110和次级绕组112的变压器来隔离初级侧上的AC输入电压190与初级侧上的输出电压192。隔离反馈组件128处理与输出电压192有关的信息并生成反馈信号136。控制器102接收反馈信号136，并生成用于接通和关断开关120的栅极驱动信号130，从而调整输出电压192。例如，隔离反馈组件128包括误差放大器、补偿网络和光电耦合器。

虽然图1所示反激式电源变换系统100可用于输出电压调整，但电源变换系统100在没有开关附加电路的情况下常常无法获得良好的输出电流控制。此外，为了获得稳定的输出电流控制其输出电流感测电阻器经常降低电源变换系统100的效率。

图2(A)是示出另一传统次级输出端所需的初级侧调整控制反激式电源变换系统的简化示图。该电源变换系统200包括系统控制器202、初级绕组210、次级绕组212、辅助绕组214、功率开关220、电流感测电阻器230、两个整流二极管260和262、两个电容器264和266、以及两个电阻器268和270。例如，例如，功率开关220是双极型晶体管。在另一示例中，功率开关220是MOS晶体管。

与输出电压250有关的信息可通过辅助绕组214来提取以便调整输出电压250。当功率开关220闭合(例如，接通)时，能量被存储在包括初级绕组210与次级绕组212的变压器中。然后，当功率开关220断开(例如，关断)时，所存储能量被释放到次级侧，并且辅助绕组214的电压映射次级侧上的输出电压。系统控制器202接收指示流经初级绕组210的初级电流276的电流感测信号272以及与次级侧的退磁过程有关的反馈信号274。例如，开关220的开关周期包括开关220闭合(例如，接通)的接通时间段和开关220断开(例如，关断)的关断时间段。

图2(B)是反激式电源变换系统200在断续传导模式(DCM)中操作的的简化传统时序图。波形292表示作为时间的函数的辅助绕组214的电压254，并且波形294表示作为时间的函数的流经次级绕组212的次级电流278。

例如，如图2(B)所示，开关220的开关周期T_s开始于时刻t₀并结束于时刻t₃，接通时间段T_on开始于时刻t₀并结束于时刻t₁，退磁时段T_demag开始于时刻t₁并结束于时刻t₂，并且关断时间段T_off开始于时刻t₁并结束于时刻t₃。在另一示例中，t₀≤t₁≤t₂≤t₃。在DCM中，关断时间段T_off远长于退磁时段T_demag。

在退磁时段T_demag期间，开关220保持断开，初级电流276保持为低值(例如，近似为零)。次级电流278从值296(例如，t₁处)下降，如波形294所示。退磁过程在初级电流278具有低值298(例如，近似为零)的时刻t₂处结束。初级电流278在该开关周期的其余时间中保持为值298。下一开关周期直到退磁过程完成之后的一时间段(例如，t₃处)才开始。