同步整流器和控制其的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及同步整流。更具體地，本發(fā)明涉及一種同步整流器，其例如可以是但不必需是，諧振轉換器的一部分。而且，本發(fā)明涉及一種用于控制同步整流器的方法。
【背景技術】
[0002]在要滿足現(xiàn)代效率需求的許多情況下，同步整流器“SR”需要替代普通二極管或閘流晶體管整流器使用。在同步整流器中，整流二極管或閘流晶體管的操作被可控整流開關模仿，可控整流開關在導電狀態(tài)下的壓降小于二極管或閘流晶體管。可控整流開關可以是例如金屬氧化物半導體場效應晶體管“MOSFET”。
[0003]同步整流器例如可以是開關模式電源“SMPS”的次級側(secondary side)的一部分。在許多傳統(tǒng)開關模式電源拓撲中，例如回掃拓撲中，次級側的操作與初級側的操作同相，從而在初級側的控制信號的幫助下，使得相對容易實現(xiàn)對同步整流器的控制。但是，結合諧振轉換器，情況卻更復雜，因為諧振轉換器包括諧振電路，其由受初級開關控制的開關模式電壓供電且其連接到諧振轉換器的變壓器的初級繞組。諧振電路的阻抗的絕對值和角度是頻率依賴的。因此，供應到變壓器的初級繞組的電流的幅度可以通過改變開關模式電壓的基波分量的頻率而受到控制。傳送到諧振轉換器的輸出的功率量因此可以通過改變上述頻率而受到控制。諧振電路的頻率依賴阻抗導致諧振轉換器的初級側的操作和次級側的操作之間的頻率依賴相移，其中，相移取決于開關模式電壓的基波分量的頻率。由于頻率依賴相移，所以初級開關的控制信號不直接可適用于控制諧振轉換器的次級側的整流開關。但是，諧振轉換器提供顯著優(yōu)點，因為可安排用于初級和/或次級開關的零電壓開關“ZVS”條件或零電流開關“ ZCS ”條件，并由此可降低開關損耗。
[0004]公開US7184280描述了一種在生成用于諧振器的次級側的整流開關的控制信號時采用上述頻率依賴相移的方法。但是，該方法依賴于具有諧振傳感器的充分準確模型。模型與物理器件之間的不準確導致安全裕度增加，從而又導致整流開關中的損耗增加。
[0005]用于控制整流開關的另一種原理是基于測量整流開關的電流。例如，當使用MOSFET來模仿二極管時，MOSFET可以在電流開始流經其寄生二極管時被驅動且在電流停止時結束驅動。結合某些商業(yè)電路，電流測量基于電流導通整流開關上的壓降。但是這個方法并非十分強健，因為其涉及在可以非常嘈雜的類似SMPS情況的環(huán)境中測量毫伏級信號。電流還可以使用變流器來測量。要測量的電流在變流器的初級繞組中流動，使用旁路電阻、或者反向并聯(lián)二極管、或者包括一個或多個電元件的某些其它合適電子實體，變流器的次級繞組的電流可以被整流并且變換為電壓信號。通過合適設計變流器，電壓級可以在幾伏范圍內而非毫伏，這使得強健測量可行得多。為了檢測電流正在流動的狀態(tài)以及電流停止的狀態(tài)，表示測量電流的信號通常與閾值相比較。當信號達到閾值時整流開關被控制處于導通狀態(tài)，而當信號低于閾值時整流開關不被控制處于導通狀態(tài)。但是，結合SMPS，上述原理并非沒有問題。問題之一與當加載使得電流處于其閾值附近時的振蕩行為的傾向有關。當電流降到低于閾值時，整流開關不再被控制為導通且電流流經整流開關的寄生二極管。必然結果是，整流開關上的壓降增大。這導致SMPS的輸出電壓下降以及SMPS的控制采用控制動作以增加輸出電壓?？刂苿幼鞯谋厝唤Y果是，電流增大且其可能超出閾值。這導致整流開關被控制為導通且因此其壓降降低。必然結果是，SMPS的輸出電壓增大，且SMPS的控制采取控制動作來降低輸出電壓。這又可能導致電流再次下降到閾值以下。上述的動作鏈可以自己重復且由此發(fā)生振蕩行為。閾值可以基于負載而變化。這可以減輕上述問題，但增加了控制電路的復雜度。

【發(fā)明內容】

[0006]下面呈現(xiàn)了簡化的
【發(fā)明內容】
，以便提供對各種發(fā)明實施例的一些方面的基本理解。該
【發(fā)明內容】
并非本發(fā)明的擴展概述。既不想標識本發(fā)明的關鍵或決定性的元素也不想描述本發(fā)明的范圍。下面的
【發(fā)明內容】
僅僅以簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為對本發(fā)明的示例和非限制實施例的更詳細描述的序言。
[0007]根據本發(fā)明，提供一種新的同步整流器，其可以例如是但不必需是，諧振轉換器或者其它開關模式電源的一部分。根據本發(fā)明的同步整流器包括:
[0008]至少一個整流開關，以及
[0009]控制電路，用于控制至少一個整流開關以只允許單向電流流動。
[0010]控制電路包括:
[0011]至少一個電流傳感器，用于感測至少一個整流開關的電流的交流分量，交流分量基本無直流分量；以及
[0012]至少一個驅動電路，用于至少部分地基于所感測的整流開關的電流的交流分量的方向來控制至少一個整流開關。
[0013]使用感測的交流分量來控制整流開關，消除了將整流開關的電流與任何非零常數或可調節(jié)閾值進行比較的需要。由此，與定義閾值相關問題可以被避免。交流分量可以通過變流器而獲得。原理上，還有可能使用另一類型的電流傳感器，其基于例如霍爾效應且包括用于去除直流分量的濾波器。但是，基于變流器的實現(xiàn)強健且節(jié)約成本，因為變流器固有地消除了直流分量。
[0014]根據本發(fā)明，還提供一種新的諧振轉換器。根據本發(fā)明的諧振轉換器包括:
[0015]橋電路，用于接收輸入電壓并且包括至少一對初級開關，
[0016]諧振電路，其被連接到橋電路且能夠由橋電路驅動，
[0017]變壓器，包括初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被連接到諧振電路，以及
[0018]根據本發(fā)明且連接到變壓器的次級繞組并布置成提供諧振轉換器的輸出電壓的同步整流器。
[0019]根據本發(fā)明，還提供一種新的用于控制同步整流器的方法，其中，所述同步整流器包括用于只允許單向電流流動的至少一個整流開關。根據本發(fā)明的方法包括:
[0020]感測至少一個整流開關的電流的交流分量，所述交流分量基本無直流分量，以及
[0021]至少部分地基于所感測的整流開關的電流的交流分量的方向來控制所述至少一個整流開關。
[0022]在所附的從屬權利要求中描述了本發(fā)明的多個示例和非限制實施例。
[0023]當結合附圖閱讀時，通過下面的對具體示例和非限制實施例的描述，將最好地理解本發(fā)明的關于構造以及關于操作方法的各種示例和非限制實施例，以及其附加目標和優(yōu)點。
[0024]動詞“包括”在本文檔中用作開放限制，其既不排除也不必需其它未引用特征的存在。所附從屬權利要求中引用的特征可相互自由組合，除非另外明確規(guī)定。而且，應理解，貫穿本文檔的“一”或“一個”的使用，即單數形式，不排除多數。
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖來更加詳細地解釋本發(fā)明的示例和非限制實施例及其優(yōu)點，在附圖中:
[0026]圖1a圖示了根據本發(fā)明的示例和非限制實施例的包括同步整流器的諧振轉換器的電路圖，
[0027]圖1b以示例情形示出了圖1a中所示的同步整流器的整流開關的電流的交流分量的波形，
[0028]圖1c以另一示例情形示出了圖1a中所示的同步整流器的整流開關的電流的交流分量的波形，
[0029]圖2圖示了根據本發(fā)明的示例和非限制實施例的同步整流器的電路圖，以及
[0030]圖3示出了根據本發(fā)明的示例和非限制實施例的用于控制同步整流器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1a圖示說明了根據本發(fā)明的示例和非限制實施例的包括同步整流器101的諧振轉換器的電路圖。諧振轉換器包括橋電路114，用于接收輸入電壓Uin且被布置成生成開關模式電壓。在這個示例例子中，橋電路包括一對初級開關115和116。還有可能橋電路是全橋，其包括兩對初級開關。初級開關115和116例如可以是金屬氧化物半導體場效應晶體管“MOSFET”。諧振轉換器包括諧振電路117，其被連接到橋電路114且能夠由橋電路驅動。諧振轉換器包括變壓器118，其包括初級繞組119和次級繞組120和121。初級繞組被連接到諧振電路117。在這個示例例子中，諧振電路117包括電感器126和電容器124和125。初級繞組119的寄生電感與電感器126串聯(lián)，由此，初級繞組的寄生電感可以被