[發明專利]具有次級側控制和同步整流器感測架構的AC-DC轉換器

有效

• 申請號: 202010576308.6
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN112152459B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 阿倫·哈米斯拉;黑利姆·瑞埃;P·沙
• 申請（專利權）人: 賽普拉斯半導體公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

本申請涉及具有次級側控制和同步整流器感測架構的AC?DC轉換器。提供了一種具有次級側控制和同步整流器(SR)架構的AC?DC轉換器及其操作方法，用于降低轉換器的成本、復雜性和尺寸，同時提高效率。在示例實施例中，用于該AC?DC轉換器的次級側的集成電路(IC)控制器包括耦合到端子的過零檢測器(ZCD)塊和負感測(NSN)塊。該端子被配置為從AC?DC轉換器的次級側上的SR電路的漏極節點接收輸入信號。該ZCD塊被配置為確定輸入信號的電壓何時達到0V。該NSN塊被配置為確定輸入信號的負電壓。耦合在該端子和本地接地之間的內部整流器被配置為確保在ZCD塊和NSN塊的操作期間基本上沒有電流流過該端子。

技術領域

本公開總體上涉及AC-DC功率轉換器，且更具體地，涉及包括同步整流器感測架構的次級受控轉換器及其操作方法。

背景

AC-DC轉換器將來自交流(AC)源的功率轉換為指定電壓電平的直流(DC)。對于給定的尺寸和重量，使用次級側控制的AC-DC轉換器可以更有效地輸送功率，并因此被廣泛用于便攜式電子設備中。通常，AC-DC轉換器將來自連接或耦合到變壓器的初級側的AC輸入端的功率傳輸到耦合到變壓器的次級側的DC輸出端。

包括同步整流器(SR)感測架構的一個這樣的AC-DC轉換器的簡化示意框圖在圖1中示出。參考圖1，AC-DC轉換器100通常包括變壓器102、有源整流元件或功率開關(PS)(諸如，在變壓器的初級側的PS場效應晶體管(PS_FET 104))、同步整流器(SR)(諸如，在變壓器的次級側的SR場效應晶體管(SR_FET 106))以及輸出濾波器或電容器108。在操作中，PS_FET 104響應于來自初級側控制器110的信號，接通或關斷初級側的電力。在次級側受控轉換器中，耦合到SR_FET 106的漏極節點(SR_DRAIN114)和柵極的次級側控制器112感測SR_DRAIN上的電壓，并響應于感測到的電壓峰值以及負值和過零點來接通和關斷SR_FET。

在反激式轉換器(flyback converter)中，初級側控制器110通過反饋或反激路徑116從SR_FET 106或次級側控制器112接收信號。在PS_FET 104接通或閉合且SR_FET 106斷開或打開的時間期間，AC-DC轉換器100被稱為在反激模式下操作，并且在變壓器102中建立磁場，同時初級側的電流線性地增大。當PS_FET 104斷開或打開且SR_FET 106接通或閉合時，AC-DC轉換器100將功率傳輸到次級側，其中磁場開始急劇下降，并且次級側電流穩定地減小，但是隨著功率被提供給連接到輸出端的Cout 108而逐漸地減小，直到達到次級中基本上沒有電流流動的點。

使用SR感測架構的前幾代AC-DC轉換器的一個問題在于，根據變壓器102的匝數比(N:1)(通常為4:1)，SR_FET 106的漏極節點114上的電壓可能超過整流后的AC輸入電壓的1/N，對于230V AC輸入，通常高達115V。這又需要在SR_DRAIN節點上使用相對大且昂貴的高壓FET，以及在次級側控制器112中使用附加靜電放電(ESD)電路，以將該電壓從漏極節點114安全地耦合到次級側控制器。

至少部分解決上述問題的現有方法依賴于使用由大于150V的容差技術制成的大的高功率FET來感測次級控制器112內部的SR_DRAIN節點，或者使用外部箝位電路118來裁切至次級側控制器112的輸入。這些方法并不完全令人滿意，因為次級側控制器112通常被實現為集成電路(IC)，并且使用外部箝位電路118來裁切至IC的輸入需要額外的封裝引腳和外部組件以及用于峰值檢測和前饋(feed-fwd)感測的連接，因為在外部裁切SR_DRAIN114上的電壓會干擾這些檢測。因此，外部箝位電路118的使用增加了IC的尺寸和復雜性以及專用于SR感測的IC的封裝引腳數量。這又增加了制造AC-DC轉換器100所需的物料清單(BOM)和在其上制造次級側控制器112的IC的尺寸，這兩者都傾向于增加成本，同時降低AC-DC轉換器100在需要緊湊功率轉換器的應用中的產量和效用。