[发明专利]正向转换器及次级侧开关控制器

说明书

技术领域

本发明涉及控制经隔离DC/DC正向转换器中的次级侧同步整流器的方法。明确地说，本发明涉及在不具有与初级侧的经由隔离边界的显式通信的情况下控制次级侧整流器。

背景技术

图1图解说明一种类型的现有技术正向转换器。正向转换器是使用变压器来相对于输入电压而增加或减小输出电压(取决于变压器绕组比)且提供负载的隔离的DC/DC转换器。在正向转换器中，与回扫转换器不同，能量在初级侧开关传导阶段期间通过变压器动作而被传递到正向转换器的输出。

正向转换器的最大输出电压受隔离变压器T1匝数比Ns/Np约束，其中Ns是次级侧绕组且Np是初级侧绕组。Vout等于PWM工作循环*Ns/Np*Vin。

通常，在图1中，脉冲宽度调制(PWM)控制器IC 12使用任一类型的经隔离反馈电路13(例如用以实现隔离的光电二极管-光电检测器光学传感器或变压器)来感测Vout。PWM控制器IC 12将反馈信号与参考信号进行比较且调整功率MOSFET M1的工作循环以使反馈信号匹配到参考信号。更明确地说，PWM控制器IC 12产生具有所需工作循环的固定频率脉冲以用于控制功率MOSFET M1(或其它类型的晶体管)且还用于控制次级侧MOSFET M_FG及M_CG以便使Vout保持处于预定经调节电压。M_FG是指正向栅极晶体管(在本文中还称为正向MOSFET)，且M_CG是指钳位栅极晶体管(在本文中还称为钳位MOSFET)。钳位晶体管还称作同步整流器且替代二极管。同步整流器比二极管高效，这是因为存在较低电压降，且输出电压可通过使用同步整流器而为较低的。

当PWM控制器IC 12经由其初级侧输出引脚OUT而发出脉冲以接通MOSFET M1时，其还经由其次级侧输出引脚SOUT而发出脉冲以控制次级侧MOSFET M_FG及M_CG。当MOSFET M1接通时，MOSFET M_FG接通且MOSFET M_CG关断。当MOSFET M1关断时，MOSFET M_FG关断且MOSFET M_CG接通。对脉冲进行精确计时以确保在MOSFETM1接通时MOSFET M_CG关断以避免浪费能量。从PWM控制器IC 12到次级侧的控制信号需要经由变压器T2与次级侧隔离。次级侧控制器IC 14在其SYNC输入处接收控制信号且与MOSFET M1的切换同步地控制MOSFET M_FG及M_CG。

当正向MOSFET M_FG接通时，斜升电流流经输出电感器Lout，且输出电容器Cout使纹波变平稳以形成DC输出Vout。当MOSFET M1及M_FG关断且MOSFET M_CG接通时，MOSFET M_CG致使斜降电流流经电感器Lout。

穿过MOSFET M_CG的电流由次级侧控制器IC 14通过检测跨越其的电压(CSN及CSP)而监视。如果电流将要反向(CSP约等于CSN)，那么控制器IC 14将MOSFET M_CG关断以便不浪费电力。

当MOSFET M1关断时，由PWW控制器IC 12控制的复位电路16(例如)通过在MOSFET M1的关断时间期间在初级绕组与接地之间暂时连接一串联电容器而将变压器T1的初级绕组复位到启动状态。

图2图解说明由IC 12及14接收及产生的用以通过控制MOSFET M1的固定频率工作循环而产生经调节Vout的典型控制信号。

图1的现有技术转换器的一个缺点是变压器T2增加转换器的成本及大小。其还增加系统的复杂性。需要一种可在不使用如变压器T2的单独变压器的情况下同步地控制次级侧MOSFET(或其它类型的晶体管)的正向转换器。

发明内容

本发明揭示一种正向转换器，其不使用与初级侧的任何显式通信来控制次级侧上的正向及钳位MOSFET(或其它类型的晶体管)。经检测用于控制次级侧晶体管的所有信号均从所述次级侧获得。因此，不需要用于初级侧到次级侧通信的变压器，从而与现有技术相比显著减小转换器的大小及成本。