[發明專利]功率變換器拓撲中的非對稱并聯同步整流器的控制

有效

• 申請號: 201611116106.3
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106856376B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: D·奇爾哈特;B·唐
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;呂世磊

本公開涉及功率變換器拓撲中的非對稱并聯同步整流器的控制。一種功率變換器包括輸入電源、同步整流器和控制器。同步整流器包括多個主動控制開關，多個主動控制開關并聯耦合并且被配置為對從輸入電源向負載遞送的電流進行整流。控制器可操作用于發出用于驅動主動控制開關中的第一主動控制開關的第一控制信號，以及發出用于驅動主動控制開關中的第二主動控制開關的第二控制信號。第一控制信號是與第二控制信號不同的控制信號，使得第一主動控制開關與第二主動控制開關是單獨地可控的。第一主動控制開關比第二主動控制開關具有更高的電流承載能力。

技術領域

本申請涉及功率變換器，特別是功率變換器中的并聯同步整流器的控制。

背景技術

為了在全負載下實現高整流效率，在單個同步整流器(SR)位置并聯連接多個功率晶體管，以將SR電阻以并聯的晶體管的數目為因子有效地降低。例如，并聯的三個晶體管具有等于單個器件的1/3的等效導通電阻。然而，與并聯多個器件相關聯的權衡是輕負載效率的代價，因為柵極損耗以并聯的器件的數目為因子增加。在前面的示例中，并聯的三個器件的柵極損耗是單個器件的三倍。在輕負載(低功率)下，柵極損耗占主導地位，而在滿負載(高功率)下，導通損耗占主導地位，因此不可避免地存在權衡。在具有中心抽頭次級繞組的功率變換器的情況下，電壓應力大于所反映的輸入電壓。因此，與具有等效導通電阻的低壓器件相比，SR需要具有較高柵極電荷的高壓額定值。

實際上，高壓部分具有較高的柵極電荷和較高的導通電阻，因而加劇了對并聯的器件的需求并增加了輕負載效率損失。使用并聯晶體管代替單個器件是增加功率變換器的電流處理能力的通常做法。然而，器件通常是對稱的并且由相同的信號驅動。一種方法使用FET調制，其中FET的尺寸和柵極驅動電壓根據負載來調制，以便提高非隔離DC/DC變換器在負載范圍上的效率。在輕負載下，使用具有低柵極驅動的小FET以減少在該負載范圍占主導地位的電容相關的損耗。隨著負載增加，FET尺寸連同柵極驅動電壓增加，以最小化導通損耗，導通損耗在中高電流下形成主要損耗機制。這個概念被擴展到其中并聯地使用對稱同步整流器的隔離拓撲。當負載減小時，并聯同步整流器關斷，并且被施加到其余SR的柵極驅動電壓減小。這種方法有幾個缺點。首先，柵極電壓調節通常為變換器而不是系統提供功率節省。由柵極電壓供應引起的損耗通常等于功率變換器所經歷的節省。所以在實際系統中，這是不值得的努力。第二，對稱FET的使用限制了可實現的輕負載效率，因為SR通常是大的管芯(芯片)。

現有的解決方案根據負載來調節同步整流器的導通時間。在一種情況下，同步整流器在高負載狀況下在開關周期的能量傳送間隔和續流間隔二者期間導通，在高負載狀況下能量傳送電流是與一個或多個初級側器件相關聯的電流，該一個或多個初級側器件將輸入電壓連接到變壓器初級以便將能量從源傳送到負載。續流電流是在所有初級側器件關斷時由濾波電感器拉取通過同步整流器的電流。當負載減小時，同步整流器僅傳導能量傳送電流，而體二極管傳導續流電流。在更輕的負載下，同步整流器保持關斷，并且體二極管傳導所有電流。每個周期存在兩個能量傳送間隔(正和負)，它們的和根據表示占空比，其中ton是適當的初級側器件的導通時間，以針對分別由+符號和-符號表示的正半周期和負半周期在變壓器初級上產生電壓輸入V_AB，并且Tsw是開關周期。續流間隔發生在V_AB為零而SR中的電流為非零時。每個開關周期的續流時間的總和表示1-D。如果并聯器件與上述第二常規解決方案一起使用，則與上述第一常規解決方案相比，變換器將具有更差的輕負載性能，因為第二解決方案不能關斷各個器件。

發明內容