[發(fā)明專利]用于控制耦合了同步整流逆向變換器的變壓器的次級場效應(yīng)管的電路和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010218017.6
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101931315A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 圣杰·哈佛納
• 申請（專利權(quán)）人: 萬國半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M7/217
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 徐雯瓊;張妍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及功率電子學(xué)領(lǐng)域。更確切地說，本發(fā)明適用于在逆向變換器的第二面，精確控制開關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)。?

背景技術(shù)

開關(guān)電源變換器已經(jīng)在電子行業(yè)中普遍使用，例如開關(guān)電源、直流-直流電壓變換器和直流-交流電壓變換器等。?

圖1A至圖1D表示一種原有技術(shù)耦合了傳統(tǒng)的整流逆向變換器的變壓器(TCCC)1，帶有一個(gè)磁性耦合的一個(gè)初級電路10和一個(gè)次級電路30，穿過一個(gè)具有初級變壓器線圈(PTC)11和次級變壓器線圈(STC)31的耦合變壓器20。初級電路10具有一個(gè)初級開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(PSN)12，帶有內(nèi)部循環(huán)有源開關(guān)，通過初級柵極驅(qū)動信號VGpri輪流控制初級開關(guān)場效應(yīng)管((FET_pm)13。因此，初級線圈電流Ipri和次級線圈電流Isec分別流經(jīng)初級變壓器線圈(PTC)11和次級變壓器線圈(STC)31，使磁能從初級電路10轉(zhuǎn)移到次級電路30。從而，在次級變壓器(STC)31上產(chǎn)生交流電次級線圈電壓Vsec。次級電路30具有具有一個(gè)功率二極管33和輸出電容器(Cout)32的網(wǎng)絡(luò)，以便對Vsec進(jìn)行整流、濾波，成為所需的輸出電壓Vout。在此過程中，初級柵極驅(qū)動信號VGpri?14的每個(gè)開關(guān)循環(huán)，所產(chǎn)生的次級線圈電壓Vsec以及初級線圈電流Ipri加上次級線圈電流Isec之和，分別對應(yīng)圖1B、圖1C和圖1D。每個(gè)開關(guān)循環(huán)的特點(diǎn)在于一系列時(shí)間標(biāo)記t_PCR、t_PSX和t_S1C。在時(shí)間標(biāo)記t_PCR處，信號VGpri?14開啟，標(biāo)志著伴隨著次級線圈電壓Vsec的負(fù)0-交叉，初級線圈電流(Ipri)上升。在時(shí)間標(biāo)記處t_PSX，信號VGpri?14關(guān)閉，標(biāo)志著伴隨著Vsec與振蕩40a的正0-交叉，所產(chǎn)生的變壓器行為，會使Ipri-至-Isec立即轉(zhuǎn)移。注意，為了簡化說明，所示的Ipri和Isec電流的振幅等于歸一化后的PTC11和STC31之間的線圈匝比。其中非常重要的一點(diǎn)是，在Ipri-至-Isec的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)移時(shí)，由于變壓器線圈和整個(gè)TCCC1電路中?所存在的固有的各種漏電感和寄生電感，才引起的Vsec振蕩40a。最后，在時(shí)間標(biāo)記t_S1C附近，由于一個(gè)靈敏的功率二極管33現(xiàn)在關(guān)閉(隨后一個(gè)注入電荷載流子-存儲衰減)，以及各種漏電感和寄生電感，因此Isec衰減的末端引起額外的Vsec振蕩40b。?

我們注意到，由于這種在大電流傳導(dǎo)時(shí)巨大的正向電壓降(大約0.7V至1V)，功率二極管33會引起TCCC1在時(shí)間標(biāo)記t_PSX和t_S1C之間，產(chǎn)生巨大的功率損耗。正因如此，在一個(gè)耦合了同步整流逆向變換器(TCSC)50的變壓器的次級電路51中，用圖2A至圖2C所示的其工作信號波形來說明，功率二極管33可以用一個(gè)次級開關(guān)場效應(yīng)管(FET_sc)52代替。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，F(xiàn)ET_sc52本身就帶有寄生體二極管BD_sc52a。FET_sc52的次級柵極驅(qū)動和器件電流用VGsec和I_DS表示。FET_sc52的源極-漏極電壓，與功率二極管33的正向電壓相同，用V_SD表示。因此，只要BD_sc52a在時(shí)間標(biāo)記t_PSX附近正向偏置，就應(yīng)通過VGsec打開FET_sc52，關(guān)閉BD_sc52a，正向電壓降V_SD大幅降低(大約0.1V至0.2V)，這就極大地降低了來自于TCSC50的聯(lián)合功率損耗。另一方面，在時(shí)間標(biāo)記t_S1C附近，需要關(guān)閉FET_sc52，并通過VGsec保持關(guān)閉狀態(tài)，或者通過臨近的Vsec降，或者通過傳感第一象限電流(正向I_DS)通過FET_sc52，以避免通過STC31短接Cout32。由圖中虛線的逆時(shí)鐘方向弧形箭頭表示。?