專利名稱：形成串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及電子學(xué)，尤其是涉及形成半導(dǎo)體器件的方法及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
過去，各種方法和結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)生諧振開關(guān)電源變換器系統(tǒng)。諧振開關(guān)電源變換器通常使用包括初級(jí)和次級(jí)繞組的隔離變壓器。 一電容器與初級(jí)繞組串聯(lián)連接，使得該電容和電感器的電感形成具有一諧振頻率的諧振電路。該隔離變壓器被形成為在初級(jí)和次級(jí)繞組之間有松散的電感耦合，這導(dǎo)致初級(jí)和次級(jí)繞組之間的低耦合系數(shù)。該松散的電感耦合形成與初級(jí)繞組電感串聯(lián)的寄生電感，該寄生電感常常稱為表示次級(jí)和初級(jí)繞組之間的耦合的泄漏電感。 一整流二極管，例如肖特基二極管，通常與次級(jí)繞組串聯(lián)連接，以便從被引入次級(jí)繞組的電流形成輸出電壓。 在一些實(shí)施方式中，一同步整流晶體管與該整流二極管并聯(lián)連接，以便增加該電源系統(tǒng)的效率。通常響應(yīng)于通過次級(jí)繞組中的整流二極管的電流來控制同步整流晶體管。次級(jí)側(cè)控制電路通常配置成控制同步整流器。這些次級(jí)側(cè)控制電路通常設(shè)計(jì)成，在次級(jí)電流增加到剛好在零之上的值時(shí)使能該同步整流器，并設(shè)計(jì)成在通過整流二極管的電流降低到零值時(shí)關(guān)閉該同步整流器。這樣的配置的一個(gè)問題是，當(dāng)初級(jí)側(cè)上的晶體管的開關(guān)頻率增加到等于或大于由電容器和變壓器的泄漏電感形成的諧振頻率時(shí)，串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的效率降低。這種類型的操作也增加了電磁干擾。 因此，希望有一種串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)，其可高效地在串聯(lián)諧振頻率附近之上操作并具有低的電磁干擾。
圖1簡要示出根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式； 圖2簡要示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的控制器的示例性實(shí)施
方式的一部分； 圖3到圖5是具有在根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的操作期間形成的一些信號(hào)的曲線的圖； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的變壓器的一部分的實(shí)施方式； 圖7簡要示出根據(jù)本發(fā)明的另一串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式；以及 圖8簡要示出根據(jù)本發(fā)明的又一串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式。
為了說明的簡潔和清楚，附圖中的元件不一定按比例繪制，且不同圖中相同的參考數(shù)字表示相同的元件。此外，為了描述的簡單而省略了公知的步驟和元件的說明與細(xì)節(jié)。如這里所使用的載流電極表示器件的一個(gè)元件，該元件承載通過該器件的電流，如M0S晶體管的源極或漏極、或雙極晶體管的集電極或發(fā)射極、或二極管的陰極或陽極；而控制電極表示器件的一個(gè)元件，該元件控制通過該器件的電流，如M0S晶體管的柵極或雙極晶體管的基極。雖然這些器件在這里被解釋為某個(gè)N溝道或P溝道器件、或某個(gè)N型或P型摻雜區(qū)，但本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，依照本發(fā)明，互補(bǔ)器件也是可能的。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這里使用的詞"在...的期間、在...同時(shí)、當(dāng)...的時(shí)候"不是表示一有啟動(dòng)行為就會(huì)馬上發(fā)生行為的準(zhǔn)確術(shù)語，而是在被初始行為激起的反應(yīng)之間可能有一些微小但合理的延遲，例如傳播延遲。詞"大約"或"實(shí)質(zhì)上"的使用意指元件的值具有被預(yù)期非常接近于規(guī)定值或位置的參數(shù)。然而，如在本領(lǐng)域中所公知的，總是存在阻止值或位置確切地如規(guī)定的微小變化。本領(lǐng)域中完全確認(rèn)，直到約10% (且對(duì)于半導(dǎo)體摻雜濃度，直到20% )的變化是偏離確切地如所述的理想目標(biāo)的合理變化。
具體實(shí)施例方式
圖1簡要示出串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)10的一部分的實(shí)施方式。系統(tǒng)IO被隔離變壓器30劃分成初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)。變壓器30包括初級(jí)繞組31、輔助繞組36、第一次級(jí)繞組32和第二次級(jí)繞組33。系統(tǒng)10的初級(jí)側(cè)在輸入端子11和功率返回端子12之間接收輸入功率和輸入電壓，例如整流的DC電壓。初級(jí)側(cè)包括初級(jí)側(cè)開關(guān)電源控制器20、功率晶體管23和24、以及諧振電容器26。初級(jí)側(cè)開關(guān)電源控制器20連接成操作晶體管23和24以控制通過繞組31的初級(jí)電流27，以便調(diào)節(jié)在系統(tǒng)10的次級(jí)側(cè)的在電壓輸出14和電壓返回15之間形成的輸出電壓的值?？刂破?0從反饋網(wǎng)絡(luò)19接收反饋電壓，該反饋網(wǎng)絡(luò)表示輸出電壓的值并響應(yīng)性地操作開關(guān)晶體管23和24，以便將輸出電壓調(diào)節(jié)到在值域內(nèi)的目標(biāo)值。電容器26串聯(lián)連接在晶體管23和24與初級(jí)繞組31的電感之間，以便電容器26可與變壓器30的泄漏電感形成串聯(lián)諧振電路。 系統(tǒng)10的次級(jí)側(cè)包括通過變壓器30耦合到初級(jí)繞組31的第一次級(jí)繞組32和第二次級(jí)繞組33。整流二極管53，例如肖特基二極管或其它類型的快速恢復(fù)二極管串聯(lián)連接在繞組32和電壓返回15之間。同步整流晶體管54與二極管53并聯(lián)連接。在系統(tǒng)10的操作期間，次級(jí)電壓(VS)在繞組32兩端形成。類似于二極管53的另一整流二極管56串聯(lián)連接在次級(jí)繞組33和返回15之間。另一同步整流晶體管57與二極管56并聯(lián)連接。同步整流控制器60連接在系統(tǒng)10的次級(jí)側(cè)，以便控制晶體管54和57的操作。控制器60包括配置成接收第一電流感測(cè)(CS1)信號(hào)的第一電流感測(cè)輸入67，第一電流感測(cè)信號(hào)表示流經(jīng)繞組32和晶體管54的次級(jí)電流55?？刂破?0的第二電流感測(cè)輸入66接收第二電流感測(cè)(CS2)信號(hào)，第二電流感測(cè)信號(hào)表示流經(jīng)繞組33和晶體管57的次級(jí)電流58。
系統(tǒng)10也配置成形成觸發(fā)(TG)信號(hào)，其表示在初級(jí)繞組31兩端形成的初級(jí)電壓(VP)的變化。輔助繞組36有助于形成觸發(fā)(TG)信號(hào)。橋式整流器47的輸入側(cè)通過電容器46連接到輔助繞組36，以便對(duì)繞組36所形成的電壓整流。電容器46將繞組36所產(chǎn)生的電流中的變化形成為電壓脈沖，如將在下文中進(jìn)一步看到的。電阻器51連接在整流器47的輸出側(cè)的兩端，以便將通過整流器47的電流轉(zhuǎn)換成在整流器47的輸出端子48和49之間的電壓。在電阻器51兩端形成的電壓形成觸發(fā)(TG)信號(hào)?？刂破?0在TG輸入68上接收TG信號(hào)?？刂破?0也包括第一驅(qū)動(dòng)輸出73，其連接成提供第一驅(qū)動(dòng)(Dl)信號(hào)以操作晶體管54?？刂破?0的第二驅(qū)動(dòng)輸出74連接成提供第二驅(qū)動(dòng)(D2)信號(hào)以操作晶體管57。
圖2簡要示出控制器60的示例性實(shí)施方式的一部分?？刂破?0的該示例性實(shí)施方式包括配置成操作相應(yīng)的晶體管54和57的第一同步整流器控制通道77和第二同步整流器控制通道91?？刂破?0的觸發(fā)處理電路配置成在輸入68上接收觸發(fā)(TG)信號(hào)，并包括觸發(fā)(TG)接收器109。通道77包括在輸入67上接收第一電流感測(cè)(CS1)信號(hào)的第一電流感測(cè)(CS1)檢測(cè)器81。通道77也包括邏輯電路，其處理從接收CS1信號(hào)和TG信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)。該邏輯電路包括最小接通時(shí)間電路83、最小斷開時(shí)間電路84、反相器79、82和85、鎖存器89和86、與門78、80和87、或門88以及驅(qū)動(dòng)器電路90。類似地，通道91包括在輸入66上接收第二電流感測(cè)(CS2)信號(hào)的第二電流感測(cè)(CS2)檢測(cè)器94。通道91也包括邏輯電路，其處理從接收CS2信號(hào)和TG信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)。該邏輯電路包括最小接通時(shí)間電路96、最小斷開時(shí)間電路97、反相器92、95和98、鎖存器99和103、與門93、101和106、或門102以及驅(qū)動(dòng)器電路104。 通道77接收CS1信號(hào)，并響應(yīng)于變低的CS1信號(hào)形成晶體管54的最小接通時(shí)間，以及響應(yīng)于變高的CS1信號(hào)形成晶體管54的最小斷開時(shí)間。通道91響應(yīng)于CS2的相應(yīng)的低和高轉(zhuǎn)變類似地形成晶體管57的最小接通時(shí)間和最小斷開時(shí)間。 圖3是具有曲線的圖，這些曲線示出在小于系統(tǒng)10的諧振頻率的頻率處操作期間由系統(tǒng)10形成的一些信號(hào)。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，而縱坐標(biāo)表示所示信號(hào)的增加的值。曲線120示出次級(jí)CS1信號(hào)，因而示出晶體管54相對(duì)于返回15的漏極電壓(Vd)。曲線121示出次級(jí)電流55(155)，曲線123示出控制器60的輸入處相對(duì)于返回15的值的觸發(fā)(TG)信號(hào)，而曲線122示出D1驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此描述參考圖l-圖3。參考圖3，假定在時(shí)刻T0之前，在系統(tǒng)10的初級(jí)側(cè)中的控制器20使晶體管23被禁用(disable)而晶體管24被使能(enable)。在時(shí)刻TO，控制器20禁用晶體管24并保持晶體管23為禁用的。由于儲(chǔ)存在變壓器30的磁化電感中的磁化能，禁用晶體管24使初級(jí)電壓VP反轉(zhuǎn)(reverse)，并接著增加。初級(jí)電壓的增加使次級(jí)電壓VS降低。因?yàn)檩o助繞組36具有對(duì)繞組31的高耦合系數(shù)，從禁用的晶體管24產(chǎn)生的增加的VP值也在繞組36兩端引起輔助電壓(VA)。 一般，繞組31和繞組36之間的耦合系數(shù)至少為大約0. 95。輔助電壓VA使一電流從端子44流動(dòng)通過整流器47和電阻器51，從而使TG信號(hào)增加，如在時(shí)刻T0由曲線123示出的。由于電容器46和電阻器51的緣故，電流在時(shí)刻TO形成作為脈沖的TG信號(hào)。晶體管23在插在晶體管23和24之間的某個(gè)死區(qū)時(shí)間之后被使能，以防止貫通電流。晶體管23實(shí)質(zhì)上在TO之后的短暫時(shí)間被使能。 耦合到次級(jí)繞組32的能量降低了 VS，并促使電流55開始流經(jīng)繞組32。 一旦變壓器30的磁化電感被電流55充分放電，次級(jí)繞組所需要的任何能量就通過晶體管23從端子11獲得。VS的降低使CS1信號(hào)開始降低，并優(yōu)選地落在返回15的值之下。通道77的檢測(cè)器81接收CS1信號(hào)。在時(shí)刻T0，CS1信號(hào)降低到相對(duì)于返回15的第一值，優(yōu)選地小于返回15的值，該第一值表示開始流動(dòng)的電流55的第一值。電流55的該第一值接近于零，這可由用于檢測(cè)CS1信號(hào)的電路內(nèi)的偏移電壓形成。檢測(cè)器81檢測(cè)CS1信號(hào)的下降沿，這迫使檢測(cè)器81的輸出低。來自檢測(cè)器81的低輸出迫使反相器82的輸出高。因?yàn)殡娐?4的輸出為低，來自反相器82的信號(hào)通過門78觸發(fā)電路83。該布置確保晶體管54在最小斷開時(shí)間期消逝前不被接通。觸發(fā)電路83在由電路83內(nèi)的定時(shí)器確定的一段時(shí)間間隔內(nèi)迫使電路83的輸出高。該時(shí)間間隔通常被設(shè)置為晶體管54的期望最小接通時(shí)間。來自電路83的高輸出使鎖存器89置位并在該時(shí)間間隔內(nèi)保持鎖存器89置位。在該時(shí)間間隔內(nèi)保持置位輸入高，確保了在最小接通時(shí)間的時(shí)間間隔終止前，CS1輸入上的噪聲不會(huì)使鎖存器89復(fù)位。使鎖存器89置位迫使D1驅(qū)動(dòng)信號(hào)高，從而使能晶體管54，如在時(shí)刻T0示出的。使能晶體管54形成電流55的低電阻路徑。當(dāng)最小接通時(shí)間的時(shí)間間隔終止時(shí)，電路83的輸出變低，這迫使反相器85的輸出高，以使鎖存器86置位。當(dāng)鎖存器86置位時(shí)，門87對(duì)來自接收器109的TG信號(hào)變得透明。鎖存器89因此可在從最小接通時(shí)間期結(jié)束持續(xù)到最小斷開時(shí)間期開始的時(shí)間間隔內(nèi)由輸入68上的TG信號(hào)復(fù)位。來自鎖存器86的高輸出使門87能響應(yīng)TG信號(hào)。因?yàn)檫@出現(xiàn)在TO時(shí)刻之后的某個(gè)時(shí)間，當(dāng)鎖存器86被置位時(shí)，TG信號(hào)已經(jīng)變低。 隨后在時(shí)刻T2，控制器20禁用晶體管23，以終止初級(jí)電流27。然而，因?yàn)橄到y(tǒng)10在諧振頻率之下操作，電流55的諧振半周期在開關(guān)半周期結(jié)束之前結(jié)束，如電流55在時(shí)刻T2之前降低所示的。因此，電流55并不是在晶體管23被使能的整個(gè)時(shí)間流經(jīng)次級(jí)繞組32。在時(shí)刻Tl ，電流55的值降低到第二值，這迫使CS1信號(hào)從第一值增加到第二值，該第二值大于返回15的值。優(yōu)選地，電流55的該第二值也接近于零，其可由用于檢測(cè)CS1信號(hào)的電路內(nèi)的偏移電壓形成。CS1信號(hào)的增加使檢測(cè)器81的輸出變高。來自檢測(cè)器81的高輸出觸發(fā)電路84，以在由電路84內(nèi)的定時(shí)器確定的時(shí)間間隔內(nèi)迫使電路84的輸出高。該時(shí)間間隔通常被設(shè)置為晶體管54的期望最小斷開時(shí)間。來自電路84的高輸出使鎖存器89復(fù)位，并在最小斷開時(shí)間的該時(shí)間間隔內(nèi)保持鎖存器89復(fù)位。當(dāng)在電流55終止時(shí)或隨后在時(shí)刻T2當(dāng)晶體管23被禁用時(shí)，CS1信號(hào)可發(fā)生振蕩。在該時(shí)間間隔內(nèi)保持鎖存器89的復(fù)位輸入高，確保了在最小斷開時(shí)間的時(shí)間間隔終止之前，CS1輸入上的噪聲不會(huì)使鎖存器89置位。來自電路84的高輸出也使鎖存器86復(fù)位，這防止TG信號(hào)影響鎖存器89或晶體管54。在電路84的時(shí)間間隔結(jié)束之后，電路84的輸出變低，并允許檢測(cè)器81的隨后轉(zhuǎn)變使鎖存器89置位。然而，鎖存器86保持復(fù)位，從而阻止TG信號(hào)。 隨后在時(shí)刻T2，控制器20禁用晶體管23，以終止初級(jí)電流27，這使初級(jí)繞組31兩端的初級(jí)電壓VP降低。電流55在晶體管23被禁用時(shí)已經(jīng)降低到零。增加的初級(jí)電壓使CS1信號(hào)也增加。因?yàn)檩o助繞組36具有對(duì)繞組31的高耦合系數(shù)，從禁用晶體管23產(chǎn)生的增加的VP值也在繞組36兩端引起輔助電壓VA。輔助電壓VA使電流從端子44流動(dòng)通過整流器47和電阻器51，從而使TG信號(hào)增加，如在時(shí)刻T2由曲線123示出的。TG信號(hào)的增加迫使接收器109的輸出高。因?yàn)殒i存器86被復(fù)位，TG信號(hào)不影響門87的輸出。因此，在這些條件下，TG信號(hào)不影響鎖存器89。如前所述，鎖存器89可在從最小接通時(shí)間期的結(jié)束持續(xù)到最小斷開時(shí)間期的開始的時(shí)間間隔內(nèi)由輸入68上的TG信號(hào)復(fù)位。
圖4是示出在實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)10的諧振頻率的頻率處操作的期間由系統(tǒng)10形成的一些信號(hào)的曲線。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，而縱坐標(biāo)表示所示信號(hào)的增加的值。此描述參考圖1-圖4。假定在時(shí)刻TO之前，同樣的，控制器20使晶體管23被禁用而晶體管24被使能。在時(shí)刻T0，控制器20禁用晶體管24。儲(chǔ)存在變壓器30的磁化電感中的磁化能使CS1信號(hào)降低到小于返回15的值的一個(gè)值，并且促使電流55開始流經(jīng)繞組32。增加的VP值也在繞組36兩端引起輔助電壓VA。輔助電壓VA使TG信號(hào)增力B，如在時(shí)刻TO由曲線123示出的，如前面在圖3的描述中解釋的。晶體管23剛好在時(shí)刻TO之后再次被使能，如前面在圖3的描述中解釋的。
耦合到繞組32的能量促使電流55流動(dòng)，并使在端子41處的CS1信號(hào)優(yōu)選地降低 到小于返15的值的一個(gè)值。如前面對(duì)在圖3的描述中解釋的條件描述的，通道77的檢測(cè) 器81接收CS1信號(hào)。當(dāng)CS1信號(hào)降低到超過表示電流55的第一值的第一值時(shí)，CS1信號(hào) 的低值迫使檢測(cè)器81的輸出低，從而使能晶體管54，如前面在圖3的描述中解釋的。如前 所述，作為來自前面周期的結(jié)果，鎖存器86保持復(fù)位，因此TG信號(hào)對(duì)鎖存器89或晶體管54 沒有影響。 隨后在時(shí)刻T4，控制器20禁用晶體管23，以終止初級(jí)電流27。因?yàn)榭刂破?0操 作的頻率與電容器26和變壓器30的泄漏電感所形成的諧振電路的諧振頻率是相同的頻 率，電流55實(shí)質(zhì)上在晶體管23被使能的整個(gè)時(shí)間內(nèi)流動(dòng)。因此，電流55開始降低并大約 在晶體管23被禁用的時(shí)間變得近似于零，如在時(shí)刻T4所示的。在時(shí)刻T3，電流55的值降 低到第二閾值，這迫使CS1信號(hào)從第一值增加到第二值，這響應(yīng)于CS1信號(hào)的第二值而使檢 測(cè)器81的輸出變高。如前面在圖3的描述中解釋的，來自檢測(cè)器81的高輸出觸發(fā)電路84， 以迫使電路84的輸出在最小斷開時(shí)間的時(shí)間間隔內(nèi)為高。來自電路84的高輸出使鎖存器 89復(fù)位并在該時(shí)間間隔內(nèi)保持鎖存器89復(fù)位。來自電路84的高輸出也使鎖存器86復(fù)位， 這防止TG信號(hào)影響鎖存器89或晶體管54。在電路84的時(shí)間間隔結(jié)束之后，電路84的輸 出變低，并允許檢測(cè)器81的隨后轉(zhuǎn)變使鎖存器89置位。然而，鎖存器86保持復(fù)位，以阻止 TG信號(hào)對(duì)其有影響。 在時(shí)刻T4，控制器20禁用晶體管23，以終止初級(jí)電流27，這使初級(jí)繞組31兩端的 初級(jí)電壓VP增加。因?yàn)橄到y(tǒng)10在諧振頻率處操作，電流55大約在晶體管23被禁用的相 同時(shí)間減去晶體管23的某個(gè)關(guān)閉延遲而降低到零，因此，時(shí)刻T3和T4被示為由該關(guān)閉延 遲分開。為了描述的清楚，放大了在T3和T4之間示出的距離。禁用晶體管23引起輔助繞 組36兩端的輔助電壓VA，從而使TG信號(hào)增加，如在時(shí)刻T4所示的。因?yàn)殒i存器86被復(fù) 位，TG信號(hào)不影響門87的輸出。因此，在這些條件下，TG信號(hào)不影響鎖存器89。
圖5是示出在大于系統(tǒng)10的諧振頻率的頻率處操作期間由系統(tǒng)10形成的一些信 號(hào)的曲線。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，而縱坐標(biāo)表示所示信號(hào)的增加的值。此描述參考圖l-圖5。 參考圖5，假定在時(shí)刻TO之前，在系統(tǒng)10的初級(jí)側(cè)中的控制器20使晶體管23被禁用而晶 體管24被使能。在時(shí)刻T0，控制器20禁用晶體管24并保持晶體管23為禁用的。禁用晶 體管24使初級(jí)電壓VP反轉(zhuǎn)并增加。如前所述，增加VP信號(hào)使TG信號(hào)變高。晶體管23在 插在晶體管23和24之間的某個(gè)死區(qū)時(shí)間之后被使能，以防止貫通電流。因?yàn)橄到y(tǒng)10在大 于諧振頻率的頻率處操作，變壓器30和繞組32的泄漏電感引起初級(jí)和次級(jí)繞組之間的延 遲。因此，次級(jí)電壓VS直到變壓器30的泄漏電感被充分放電時(shí)才降低，如在時(shí)刻T5所示 的。因此，如圖5所示，在TG信號(hào)形成之后，直到時(shí)刻T5， CS1信號(hào)才降低到第一值。在時(shí) 刻T5， CS1信號(hào)相對(duì)于返回15達(dá)到第一值，如前所述。檢測(cè)器81檢測(cè)到CS1的低電壓，且 通道77使能晶體管54，如前面在圖3和圖4的描述中說明的。當(dāng)電路83的輸出變高以使 鎖存器89置位并使能晶體管54時(shí)，該高輸出迫使反相器85的輸出低。
隨后在時(shí)刻T6，控制器20禁用晶體管23。因?yàn)橄到y(tǒng)10在諧振頻率之上操作，儲(chǔ) 存在磁化電感中和泄漏電感中的與繞組31和32有關(guān)的能量足以保持電流55即使在晶體 管23被禁用之后也流動(dòng)。因此，電流55的半周期在晶體管23于時(shí)刻T6被禁用時(shí)仍然是 有效的，且CS1信號(hào)仍然為低。在時(shí)刻T6禁用晶體管23形成如上文所解釋的TG信號(hào)。因?yàn)殒i存器86現(xiàn)在被置位，TG信號(hào)的增加迫使接收器109的輸出高，從而迫使門87的輸出 高。來自門87的高輸出使鎖存器89通過門88被復(fù)位，從而大約在時(shí)刻T6禁用晶體管54。 當(dāng)繞組32的泄漏電感被充分放電時(shí)，CS1信號(hào)開始變高到第二值，如在時(shí)刻T7所示的。因 為鎖存器89已經(jīng)被復(fù)位，CS1信號(hào)對(duì)鎖存器89和晶體管54沒有影響。然而，當(dāng)CS1信號(hào) 變低且電路84的輸出響應(yīng)性地變高時(shí)，該高輸出使鎖存器86復(fù)位，以使通道77對(duì)下一周 期做準(zhǔn)備。因此，可看到，即使當(dāng)系統(tǒng)10在諧振頻率之上操作時(shí)，控制器60也在繞組32兩 端的次級(jí)電壓可反轉(zhuǎn)之前關(guān)閉晶體管54。這提高了系統(tǒng)10的效率。 因?yàn)橄到y(tǒng)10在諧振頻率之上操作，在沒有通道77的情況下，電流55將在晶體管 23被禁用之后繼續(xù)流動(dòng)。電流55將流動(dòng)到繞組31和32之間的泄漏電感被電流55放電為 止。當(dāng)電流55已使泄漏電感放電時(shí)，次級(jí)電壓VS的值將反轉(zhuǎn)，然而，該時(shí)間過晚，使得系統(tǒng) IO不能有效地操作。因?yàn)楫?dāng)在諧振頻率之上操作時(shí)，通道77利用觸發(fā)(TG)信號(hào)來禁用晶 體管54，晶體管54在它可被電流55的減小禁用之前的時(shí)間被禁用。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通道91和晶體管57配置成與通道77和晶體管54類 似地操作。 圖6示出變壓器30的一部分的實(shí)施方式。變壓器30包括具有多個(gè)線軸的鐵氧體 磁心。初級(jí)繞組31形成為纏繞在初級(jí)線軸181周圍的導(dǎo)線。次級(jí)繞組32形成為纏繞在次 級(jí)線軸180周圍的另一導(dǎo)線。次級(jí)繞組33也形成為纏繞在線軸180周圍的另一導(dǎo)線。繞 組32的導(dǎo)線的線匝間隔開，使得繞組33的線匝位于繞組32的每個(gè)線匝之間，以便繞組交 替為32、33、32、33等。該布置對(duì)繞組31與繞組32以及對(duì)繞組31與繞組33提供期望的泄 漏電感。繞組31與繞組32和繞組31與繞組33的耦合系數(shù)小于大約0. 92。輔助繞組36 形成為纏繞在用于形成初級(jí)繞組31的導(dǎo)線的頂部上的到線。因?yàn)槔@組31和36非常接近 地在一起，這提供了在繞組31和36之間的期望的緊密耦合。 圖7簡要示出串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)125的一部分的實(shí)施方式。系統(tǒng)125類似于 系統(tǒng)10，除了系統(tǒng)125是不使用具有泄漏電感的變壓器來形成期望的松散耦合的諧振變換 器。系統(tǒng)125包括具有初級(jí)繞組127以及次級(jí)繞組128和129的變壓器126。繞組127和 繞組128及129中的任一個(gè)之間的泄漏電感通常為磁化電感的大約2%到5%。然而，在優(yōu) 選實(shí)施方式中，變壓器30的泄漏電感為磁化電感的大約25%。因此，可看到，變壓器30具 有高泄漏電感，而變壓器126具有較低的泄漏電感。因此，系統(tǒng)125包括諧振電感器131，其 耦合在變壓器126和由晶體管23和24形成的開關(guān)的輸出之間。通常，電感器131串聯(lián)地 放置在電容器26和變壓器126的一個(gè)端子之間。電感器131的電感被選擇成提供延遲時(shí) 間，其類似于在圖1-圖6的描述中解釋的從變壓器30的泄漏電感產(chǎn)生的延遲時(shí)間。系統(tǒng) 125也包括脈沖變壓器133和電容器134，該電容器串聯(lián)地耦合在變壓器133和由晶體管23 和24形成的開關(guān)的輸出之間。變壓器133和電容器從晶體管23和24所形成的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 形成觸發(fā)脈沖。由于電感器131所引起的延遲時(shí)間，系統(tǒng)125所形成的觸發(fā)信號(hào)表示在晶 體管23和24之間的公共節(jié)點(diǎn)處的電壓的反轉(zhuǎn)。鎮(zhèn)流電阻器135連接在變壓器133的初級(jí) 測(cè)兩端，以便抑制寄生電容并提供來自變壓器133的退磁電流的電流路徑。
圖8簡要示出串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)140的一部分的實(shí)施方式。系統(tǒng)140類似于 系統(tǒng)125，除了系統(tǒng)140用磁耦合到電感器131的輔助繞組144代替變壓器133和電阻器 135。輔助繞組144用于感測(cè)由初級(jí)側(cè)開關(guān)電源控制器20所形成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并從晶體管23和24所形成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)響應(yīng)性地形成觸發(fā)脈沖。使用輔助繞組144便于使用諧振電感 器131來幫助形成觸發(fā)脈沖，而不使用另一外部變壓器例如脈沖變壓器133，從而減少系統(tǒng) 140的成本。 鑒于上述全部內(nèi)容，顯然公開的是一種新穎的器件和方法。連同其它特征包括的 是形成一種電路，其在次級(jí)側(cè)電流減小到低值或?qū)嵸|(zhì)上零值之前或在次級(jí)側(cè)電壓反轉(zhuǎn)極性 之前，禁用次級(jí)側(cè)同步整流器。還包括的是形成表示反轉(zhuǎn)極性的初級(jí)側(cè)電壓的觸發(fā)信號(hào)，以 及當(dāng)系統(tǒng)在大于系統(tǒng)的諧振頻率的頻率處操作時(shí)使用該觸發(fā)信號(hào)來禁用次級(jí)側(cè)同步整流 晶體管54和57。所包括的是一種串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路，其包括
第一輸入，其配置成接收第一感測(cè)信號(hào)，該第一感測(cè)信號(hào)表示通過串聯(lián)諧振開關(guān) 電源控制系統(tǒng)的變壓器的次級(jí)繞組的次級(jí)電流，其中串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)具有一諧 振頻率； 第二輸入，其配置成接收觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)表示變壓器的初級(jí)繞組兩端的初 級(jí)電壓的反轉(zhuǎn)； 輸出，其配置成形成開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于操作耦合到次級(jí)繞組的 第一開關(guān)； 第一電路，其配置成響應(yīng)于次級(jí)電流從第一值增加到第二值而使能第一開關(guān)；以 及 對(duì)于不大于諧振頻率的開關(guān)電源控制系統(tǒng)的工作頻率，該第一電路配置成響應(yīng)于 次級(jí)電流從第二值降低到第一值而禁用第一開關(guān)，以及對(duì)于大于諧振頻率的開關(guān)電源控制 系統(tǒng)的工作頻率，該第一電路配置成響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)且不響應(yīng)于次級(jí)電流從第二值降低來 禁用第一開關(guān)。 此外，第一電路可包括第一控制通道，其配置成，如果第一感測(cè)信號(hào)在第一控制通 道接收到第一感測(cè)信號(hào)之前被接收到，則禁止觸發(fā)信號(hào)使開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反(negate)。進(jìn) 一步地，第一控制通道也可配置成，如果觸發(fā)信號(hào)在第一控制通道接收到第一感測(cè)信號(hào)之 前被接收到，則使開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反。 一存儲(chǔ)元件可配置成存儲(chǔ)接收第一感測(cè)信號(hào)的確證 狀態(tài)(asserted state)的狀態(tài)，且其中第一控制通道配置成使用所存儲(chǔ)的狀態(tài)來禁止觸發(fā) 信號(hào)使開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反。該存儲(chǔ)元件可為鎖存器。第一控制通道可配置成，在第一感測(cè) 信號(hào)被變反之后的第一時(shí)間間隔清除該存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)的狀態(tài)。第一控制通道可配置成， 響應(yīng)于接收到第一感測(cè)信號(hào)的變反狀態(tài)而形成開關(guān)驅(qū)動(dòng)的最小斷開時(shí)間，并在最小斷開時(shí) 間內(nèi)維持開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反，且其中第一時(shí)間間隔實(shí)質(zhì)上與最小斷開時(shí)間相同。
雖然用特定的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的主題，但顯然對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，許多替換和變化是明顯的。為了說明的清楚，解釋了控制器60的示例性實(shí)施方式 的操作，然而，其它實(shí)施方式將提供類似的操作，只要當(dāng)系統(tǒng)在大于諧振頻率的頻率處操作 時(shí)，此實(shí)現(xiàn)在次級(jí)電壓的反轉(zhuǎn)之前禁用晶體管54。此外，為描述清楚而始終使用"連接"這 個(gè)詞，但是，其被規(guī)定為與詞"耦合"具有相同的含義。相應(yīng)地，"連接"應(yīng)被解釋為包括直接 連接或間接連接。
權(quán)利要求
一種串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路，包括第一輸入，其配置成接收第一感測(cè)信號(hào)，所述第一感測(cè)信號(hào)表示通過一串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)的變壓器的次級(jí)繞組的次級(jí)電流，其中所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)具有諧振頻率；第二輸入，其配置成接收觸發(fā)信號(hào)，所述觸發(fā)信號(hào)表示所述變壓器的初級(jí)繞組兩端的初級(jí)電壓的反轉(zhuǎn)；輸出，其配置成形成開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于操作耦合到所述次級(jí)繞組的第一開關(guān)；第一電路，其配置成響應(yīng)于所述次級(jí)電流從第一值增加到第二值而使能所述第一開關(guān)；以及對(duì)于所述開關(guān)電源控制系統(tǒng)的工作頻率不大于所述諧振頻率，所述第一電路配置成響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述第二值降低到所述第一值而禁用所述第一開關(guān)，以及對(duì)于所述開關(guān)電源控制系統(tǒng)的工作頻率大于所述諧振頻率，所述第一電路配置成響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)且不響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述第二值降低來禁用所述第一開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路，其中所述第一電路包括第一控制 通道，所述第一控制通道配置成如果所述第一感測(cè)信號(hào)在所述第一控制通道接收到所述第 一感測(cè)信號(hào)之前被接收到，則禁止所述觸發(fā)信號(hào)使所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反。
3. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路，其中所述第一控制通道也配置成 如果所述觸發(fā)信號(hào)在所述第一控制通道接收到所述第一感測(cè)信號(hào)之前被接收到，則使所述 開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反。
4. 如權(quán)利要求3所述的串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路，其中所述第一控制通道包括存儲(chǔ) 元件，所述存儲(chǔ)元件配置成存儲(chǔ)接收所述第一感測(cè)信號(hào)的確證狀態(tài)的狀態(tài)，且其中所述第 一控制通道配置成使用所存儲(chǔ)的狀態(tài)來禁止所述觸發(fā)信號(hào)使所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反。
5. —種操作串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的方法，包括如下步驟響應(yīng)于通過一次級(jí)繞組的次級(jí)電流從第一值增加到第二值而使能耦合到所述串聯(lián)諧 振開關(guān)電源系統(tǒng)的次級(jí)側(cè)的同步整流器開關(guān)，其中所述次級(jí)繞組是所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源 系統(tǒng)的變壓器的次級(jí)繞組；對(duì)于所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的工作頻率不大于所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的諧 振頻率，響應(yīng)于通過所述次級(jí)繞組的所述次級(jí)電流從所述第二值降低而禁用所述同步整流 器開關(guān)；以及對(duì)于所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源系統(tǒng)的工作頻率大于所述諧振頻率，響應(yīng)于在初級(jí)繞組兩 端的初級(jí)電壓反轉(zhuǎn)極性而禁用所述同步整流器開關(guān)，其中所述初級(jí)繞組是所述變壓器的初 級(jí)側(cè)繞組。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中響應(yīng)于所述次級(jí)電流而禁用所述同步整流器開關(guān)的 所述步驟包括耦合控制電路以接收表示所述次級(jí)電流的感測(cè)信號(hào)；將所述控制電路配置 為響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述第一值增加而確證開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來使能所述同步整流器開 關(guān)；以及將所述控制電路配置為響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述第二值降低而使所述開關(guān)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)變反來禁用所述同步整流器開關(guān)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中響應(yīng)于所述初級(jí)電壓而禁用所述同步整流器開關(guān)的所述步驟包括耦合所述控制電路以接收表示所述初級(jí)電壓的反轉(zhuǎn)的觸發(fā)信號(hào)；以及將所 述控制電路配置為響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而使所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變反來禁用所述同步整流 器開關(guān)。
8. —種形成串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)的方法，包括如下步驟 提供變壓器；將電容器耦合到所述變壓器，以形成所述串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)的諧振頻率； 可操作地耦合初級(jí)側(cè)控制器，以在第一頻率處使所述變壓器的初級(jí)繞組兩端的初級(jí)電 壓反轉(zhuǎn)；將第一開關(guān)耦合到所述變壓器的次級(jí)繞組；配置第一電路以響應(yīng)于通過所述次級(jí)繞組的次級(jí)電流從第一值增加到第二值而使能 所述第一開關(guān)；以及響應(yīng)于所述第一頻率不大于所述諧振頻率，將所述第一電路配置為響應(yīng)于所述次級(jí)電 流從所述第二值降低而禁用所述第一開關(guān)，以及，響應(yīng)于所述第一頻率大于所述諧振頻率， 將所述第一電路配置為響應(yīng)于所述初級(jí)電壓反轉(zhuǎn)極性且不響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述第 二值降低而禁用所述第一開關(guān)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述第一電路配置為響應(yīng)于所述次級(jí)電流從所述 第二值降低而禁用所述第一開關(guān)的所述步驟包括配置所述第一電路以接收表示所述次級(jí) 電流的感測(cè)信號(hào)并接收表示所述初級(jí)電壓反轉(zhuǎn)極性的觸發(fā)信號(hào)；以及將所述第一電路配置 為響應(yīng)于所述第一頻率不大于所述諧振頻率而禁止所述觸發(fā)信號(hào)使所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變 反。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將諧振電感器與所述電容器串聯(lián)耦合，以 接收來自所述初級(jí)側(cè)控制器的初級(jí)開關(guān)信號(hào)，以及將輔助繞組與所述諧振電感器耦合，其 中所述輔助繞組形成表示所述初級(jí)開關(guān)信號(hào)的信號(hào)。
全文摘要
形成串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制電路的方法及其結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，串聯(lián)諧振開關(guān)電源控制系統(tǒng)的控制電路配置成響應(yīng)于在系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)繞組兩端的電壓的極性反轉(zhuǎn)而禁止該系統(tǒng)的次級(jí)側(cè)的功率開關(guān)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101741256SQ20091020920
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者R·司杜勒 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司