本公開(kāi)文本大體上涉及功率轉(zhuǎn)換器，更具體涉及非絕緣降壓轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的壁式插座通常輸送高電壓交流(AC)功率，該高電壓AC功率需要在用于對(duì)許多電子裝置供電之前被轉(zhuǎn)換為直流(DC)功率。由于開(kāi)關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器的效率高、體積小、重量輕及安全保護(hù)特性，它們通常用于將高電壓AC功率轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)節(jié)的DC功率。例如，開(kāi)關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器通常用在照明行業(yè)的驅(qū)動(dòng)電路中，以用于為各種類型的燈——如緊湊型熒光燈(CFL)、鹵素?zé)艋虬l(fā)光二極管(LED)燈——提供DC功率。

通常通過(guò)感測(cè)來(lái)自轉(zhuǎn)換器的輸出的反饋信號(hào)并在閉合環(huán)路中控制功率轉(zhuǎn)換器來(lái)提供開(kāi)關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器的輸出調(diào)節(jié)。在不同的控制方法下，反饋或控制信號(hào)可以用于對(duì)切換波形的占空比進(jìn)行調(diào)制(稱之為脈寬調(diào)制，PWM)、改變切換頻率(稱之為脈沖頻率調(diào)制，PFM)或禁用由功率轉(zhuǎn)換器控制器生成的切換波形的一些周期(稱之為通斷控制)。這些控制方法中的任一方法都會(huì)致使相對(duì)于負(fù)載和線路變化對(duì)DC輸出電壓或電流的控制。

在消費(fèi)者可以接近功率轉(zhuǎn)換器的輸出的應(yīng)用下，絕緣轉(zhuǎn)換器通常用于提供輸出負(fù)載和輸入功率線路之間的電流絕緣。然而，在消費(fèi)者無(wú)法接近在正常運(yùn)行期間的功率轉(zhuǎn)換器的輸出的應(yīng)用下如用于LED(或CFL或鹵素)燈的燈驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)單的非絕緣轉(zhuǎn)換器如降壓轉(zhuǎn)換器由于它們的器件數(shù)量較少、重量較輕以及尺寸較小而受青睞。

可以從耦合至轉(zhuǎn)換器的DC輸出的感測(cè)電路直接或間接提取反饋信號(hào)。在具有經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流的轉(zhuǎn)換器如LED驅(qū)動(dòng)器中，可以監(jiān)測(cè)/感測(cè)/測(cè)量輸出處的電流以向控制器提供反饋信號(hào)，從而控制切換并且控制到轉(zhuǎn)換器輸出的能量傳遞?，F(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量輸出電流的一種典型方式是在功率轉(zhuǎn)換器的輸出處包括感測(cè)電阻器，使得輸出電流流過(guò)感測(cè)電阻器。感測(cè)電阻器兩端產(chǎn)生的電壓與輸出電流成比例。然而，感測(cè)電阻器兩端的電壓降通常較大，并且經(jīng)常所參考的電壓電平不同于功率轉(zhuǎn)換器控制器的電壓電平。因此，經(jīng)常需要額外的電路，如光耦合器或偏置繞組，以對(duì)感測(cè)電阻器兩端的電壓進(jìn)行電平移位從而與控制器相接合。

還可以參照控制器地間接測(cè)量輸出信號(hào)。例如，在非絕緣高壓側(cè)開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器中，可以參照控制器地通過(guò)感測(cè)電感器的電流、續(xù)流二極管的電流或開(kāi)關(guān)的電流來(lái)間接獲得輸出反饋信號(hào)。

降壓轉(zhuǎn)換器中一個(gè)已知問(wèn)題在于當(dāng)開(kāi)關(guān)上出現(xiàn)負(fù)電壓時(shí)由于通過(guò)降壓功率開(kāi)關(guān)的反向電流導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)。此情況可能會(huì)反過(guò)來(lái)影響功率轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，并最終導(dǎo)致失效。具體地，在控制器和功率開(kāi)關(guān)位于共用晶片中或在單個(gè)集成電路IC封裝件中時(shí)，反向電流可能會(huì)通過(guò)襯底，這能夠?qū)е虏环€(wěn)定性、控制器閉鎖以及在一些情況下的功率轉(zhuǎn)換器的失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)提供一種在降壓轉(zhuǎn)換器中使用的具有反向電流防護(hù)的切換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的至少之一。

一種在降壓轉(zhuǎn)換器中使用的具有反向電流防護(hù)的切換電路，包括：

功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸入和所述降壓轉(zhuǎn)換器的耦合節(jié)點(diǎn)之間，其中所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述輸入耦合至經(jīng)整流的正弦交流電壓，其中所述耦合節(jié)點(diǎn)為所述功率開(kāi)關(guān)、電感器以及續(xù)流二極管的互連點(diǎn)，其中所述電感器耦合在所述耦合節(jié)點(diǎn)和所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出之間，以及其中所述續(xù)流二極管耦合在耦合節(jié)點(diǎn)和所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出返回之間；

控制器，所述控制器被耦合以接收代表所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述輸出的反饋信號(hào)，其中，所述控制器被耦合以生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)被耦合以控制所述功率開(kāi)關(guān)的切換，來(lái)調(diào)節(jié)從所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述輸入通過(guò)所述電感器到所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述輸出的能量傳遞；以及

反向電流防護(hù)電路，所述反向電流防護(hù)電路被包括在所述控制器中并且被耦合以響應(yīng)于所述功率開(kāi)關(guān)而檢測(cè)所述功率開(kāi)關(guān)的反向電流條件，其中所述反向電流防護(hù)電路被耦合以響應(yīng)于所述反向電流條件生成抑制信號(hào)，其中所述功率開(kāi)關(guān)被耦合以響應(yīng)于所述抑制信號(hào)而被禁止接收所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以抑制通過(guò)所述功率開(kāi)關(guān)的反向電流。

附圖說(shuō)明

參考以下附圖描述本發(fā)明的非限制性且非窮舉性實(shí)施方案，其中，除非另外明確說(shuō)明，在各個(gè)視圖中相似的附圖標(biāo)記指示相似的部分。

圖1A、圖1B、圖1C及圖1D為具有帶不同示例的反向電流防護(hù)的高壓側(cè)切換電路的示例降壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化電路圖。

圖2為具有高壓側(cè)切換電路的示例降壓轉(zhuǎn)換器的更加詳細(xì)的電路圖，該高壓側(cè)切換電路具有反向電流防護(hù)功能的另一個(gè)示例，其中在降壓續(xù)流二極管的通路中對(duì)反饋電流進(jìn)行感測(cè)。

圖3A及圖3B為基于本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方案的切換電流和電壓波形的示例。

圖4A及圖4B為示出了基于本公開(kāi)的教導(dǎo)的反向電流的可能事件的模擬波形。

圖5A及圖5B示出了具有不同控制區(qū)閾值電平的輸入電壓的經(jīng)整流的半線路循環(huán)。

圖6A及圖6B示出了基于本公開(kāi)的教導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)邏輯塊的一個(gè)實(shí)施例。

圖7為示出了半線路循環(huán)中的不同控制區(qū)的處理的流程圖。

貫穿附圖中的多個(gè)視圖，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的器件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，附圖中的元件是為了簡(jiǎn)單和清楚而示出的，并且不一定按比例繪制。例如，圖中的一些元件的尺寸可以相對(duì)于其他元件被放大，以幫助增進(jìn)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案的理解。此外，常常沒(méi)有描繪在商業(yè)上可行的實(shí)施方案中有用或必要的普通卻公知的元件，以便于較小地妨礙本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)實(shí)施方案的理解。

具體實(shí)施方式

在以下的描述中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明了，實(shí)施本發(fā)明無(wú)需采用這些具體細(xì)節(jié)。在其他情況下，為了避免模糊本發(fā)明，沒(méi)有詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法。

在此說(shuō)明書(shū)全文中提到的“一個(gè)實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意指，關(guān)于該實(shí)施方案或?qū)嵤├枋龅木唧w特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在該說(shuō)明書(shū)全文中多個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方案中”、“在一實(shí)施方案中”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”未必全都指相同的實(shí)施方案或?qū)嵤├４送?，所述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案或?qū)嵤├幸匀魏魏线m的組合和/或子組合結(jié)合。具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可被包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能的其他合適的器件內(nèi)。此外，將理解的是，本文提供的圖是為了向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員解釋，并且這些圖未必按比例繪制。

降壓轉(zhuǎn)換器主要用于下述應(yīng)用：如熒光燈、CFL、鹵素放電燈以及LED燈，由于它們的發(fā)光效率較高、熱損耗較低及其他優(yōu)點(diǎn)，所以它們是當(dāng)今流行的照明光源。特別地，LED燈由于它們的改進(jìn)的色譜和有效的光生成而在室內(nèi)和室外照明中變得流行起來(lái)。為了這些先進(jìn)的照明光源的運(yùn)行，不同類型的開(kāi)關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器可以提供經(jīng)良好調(diào)節(jié)的電流或電壓源以驅(qū)動(dòng)這些燈。可以使用的一種高效且成本節(jié)約的轉(zhuǎn)換器的示例類型為降壓非絕緣功率轉(zhuǎn)換器。此種類型的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件數(shù)量少、尺寸小以及重量輕，使其成為這些照明應(yīng)用的適合且流行的候選。

在降壓轉(zhuǎn)換器中，控制器控制開(kāi)關(guān)的切換以調(diào)節(jié)傳遞到轉(zhuǎn)換器的輸出的能量。控制器可以通常響應(yīng)于代表轉(zhuǎn)換器的輸出電流或電壓的反饋或感測(cè)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出。如果感測(cè)到的信號(hào)不以控制器參考電平為參考，那么可能需要額外的器件來(lái)對(duì)該參考進(jìn)行移位。除了對(duì)參考電平進(jìn)行移位之外，直接感測(cè)具有高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器的輸出也可能導(dǎo)致更多的功率消耗、更多的效率降低以及更多的散熱，從而通常導(dǎo)致對(duì)較大的散熱表面的需求。

在開(kāi)關(guān)和控制器被集成在如圖1A、圖1B、圖1C及圖2所示的單個(gè)“切換電路”IC中時(shí)，由于通過(guò)襯底的反向電流或者換言之襯底傳導(dǎo)而導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)顯著更高。存在兩種常用的防止由于反向電流導(dǎo)致的失效的方法。在第一種方法中，當(dāng)檢測(cè)到反向電流條件(例如，在降壓轉(zhuǎn)換器中，其中V_in<V_o)，將功率開(kāi)關(guān)保持在具有低導(dǎo)通電阻(R_dson)的空閑接通狀態(tài)(閉合)，以允許電流在低電壓降(～0.6V)并且沒(méi)有失效風(fēng)險(xiǎn)的情況下通過(guò)體二極管。在另一種方法中，每當(dāng)檢測(cè)到反向電流條件時(shí)，通過(guò)將功率開(kāi)關(guān)保持在空閑斷開(kāi)狀態(tài)(斷開(kāi))來(lái)防止失效風(fēng)險(xiǎn)。

基于正常運(yùn)行期間設(shè)計(jì)考慮因素的降壓轉(zhuǎn)換器提供低于輸入電壓的輸出電壓V_o<V_in(或換言之V_o/V_in<1)。然而，在一些情況下，輸入電壓可能低于輸出電壓。在一個(gè)示例中，當(dāng)應(yīng)用小型輸入濾波電容器或不應(yīng)用輸入濾波電容器時(shí)，經(jīng)整流的正弦AC輸入電壓中可能發(fā)生這種情況。在這樣的情況下，在瞬時(shí)輸入電壓接近經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓時(shí)的每個(gè)線路循環(huán)中，任何負(fù)振蕩可能使輸入電壓低于輸出電壓，這增加了反向電流和隨之發(fā)生的失效的風(fēng)險(xiǎn)。在其他示例中，任何可能導(dǎo)致V_in<V_o的輸入或輸出電壓的瞬態(tài)還可能導(dǎo)致可能的反向電流和隨之發(fā)生的失效(例如，通過(guò)集成在控制器芯片中的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)開(kāi)關(guān)的襯底，這加劇了控制器失效的風(fēng)險(xiǎn))。

可以通過(guò)下面眾所周知的等式(1)得到降壓轉(zhuǎn)換器中的主要關(guān)系，降壓轉(zhuǎn)換器的主要關(guān)系如圖1A、圖1B、圖1C、圖1D以及圖2中所示的示例中示出的那些，并且定義了在通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流與電感電流相同時(shí)開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)期間通過(guò)用于功率轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)的電流：

V_ind＝V_in–V_o＝L1.(di_ind/dt)(1)

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)電感電流通過(guò)續(xù)流二極管放電時(shí)可以通過(guò)在斷開(kāi)狀態(tài)下測(cè)量功率開(kāi)關(guān)上在漏極和源極之間的電壓(V_DS)來(lái)直接檢測(cè)并防止反向電流。如果功率開(kāi)關(guān)上的電壓V_DS低于閾值(V_{DS_OffTh})，那么V_DS<V_{DS_OffTh},并且在一個(gè)示例中，V_裕度＝25V。通過(guò)檢測(cè)反向電流條件，切換停止并且功率開(kāi)關(guān)保持在斷開(kāi)狀態(tài)或接通狀態(tài)直到漏-源電壓(V_DS)增加到具有滯后的閾值電壓之上(V_DS>V_{DS_OffTh}+V_hyst)。在具有高壓側(cè)切換電路的降壓轉(zhuǎn)換器中，控制器以開(kāi)關(guān)的低電勢(shì)側(cè)為參考。在功率MOSFET開(kāi)關(guān)裝置的情況下，源端子將會(huì)是控制器的參考電壓電平地116，而在具有抽頭端子的控制器的集成MOSFET的情況下，可以在抽頭端子上對(duì)漏電壓進(jìn)行檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，抽頭端子還可以耦合至BP供電電壓。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，按照上述等式(1)，可以在開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)期間通過(guò)檢測(cè)漏電流i_D斜率或電感電流i_L斜率(di_D/dt或di_ind/dt)來(lái)進(jìn)行反向電流檢測(cè)。在一個(gè)示例中，可以在控制器中內(nèi)部地測(cè)量漏電流斜率。當(dāng)電流斜率接近0閾值附近的最小值時(shí)，這指示了輸入電壓正接近輸出電壓并且切換停止。這防止了由于輸入電壓降為低于輸出電壓V_in<V_o導(dǎo)致的通過(guò)開(kāi)關(guān)的反向電流的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1A、圖1B、圖1C以及圖1D介紹了在總體非絕緣降壓轉(zhuǎn)換器的示例中反向電流檢測(cè)和防護(hù)的總體構(gòu)思，這些總體非絕緣降壓轉(zhuǎn)換器的示例介紹了被包括在控制器塊以防止任何通過(guò)開(kāi)關(guān)的反向電流的三種可能示例方法。

圖1A示出了具有高壓側(cè)切換電路的示例降壓轉(zhuǎn)換器100A，該高壓側(cè)切換電路耦合至輸入端口IN1 101及IN2 102，并且具有功率開(kāi)關(guān)130。在該示例中，功率開(kāi)關(guān)130在切換電路120中為集成的、單片的或混合的。功率開(kāi)關(guān)130的受控HF切換通過(guò)電感器150、大輸出電容Co 164及續(xù)流二極管154將能量從輸入端口IN1 101及IN2 102傳遞至輸出端口OUT1 191及OUT2 192。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)130處于接通狀態(tài)(閉合)時(shí)，電流I_ind 151將能量從輸入端口IN1 101及IN2傳遞至輸出端口OUT1 191及OUT2 192。當(dāng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到斷開(kāi)狀態(tài)(斷開(kāi))時(shí)，電感電流I_ind 151通過(guò)續(xù)流二極管154續(xù)流(環(huán)流電流153)。節(jié)點(diǎn)X 155為耦合節(jié)點(diǎn)，該耦合節(jié)點(diǎn)為功率開(kāi)關(guān)130、電感器150以及續(xù)流二極管154的互連點(diǎn)。在該示例中，功率開(kāi)關(guān)130的源極為控制器111的參考電勢(shì)。切換電路110可以為4引腳或5引腳裝置。

在圖1A所示出的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，控制器111包括反向電流防護(hù)控制塊112。控制器111接收BP電源135和反饋FB信號(hào)133并生成開(kāi)關(guān)使能信號(hào)Sw_En 115，該開(kāi)關(guān)使能信號(hào)通過(guò)與(AND)門(mén)117來(lái)驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)130調(diào)節(jié)能量從降壓功率轉(zhuǎn)換器的輸入到輸出的傳遞。反向電流防護(hù)控制塊112檢測(cè)通過(guò)開(kāi)關(guān)的反向電流的任何條件，并生成抑制信號(hào)114，該抑制信號(hào)通過(guò)與門(mén)117的反向輸入阻攔驅(qū)動(dòng)信號(hào)118到功率開(kāi)關(guān)130。將理解的是，圖1A中的切換電路110包括接收代表輸出電壓的信號(hào)的第5引腳(未示出)?？刂破?11和塊112還通過(guò)地端子116耦合至功率開(kāi)關(guān)130的源端子S 132。

圖1B示出了與100A相似的一個(gè)示例降壓功率轉(zhuǎn)換器100B。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器121包括檢測(cè)漏電壓V_D 137的塊122。漏電壓V_D 137通過(guò)耦合部138耦合至控制器121和塊122，該耦合部在一個(gè)實(shí)施例中可以為MOSFET功率開(kāi)關(guān)的抽頭端子并且還可以為控制器161提供旁路電源BP135。控制器121和塊122也通過(guò)端子地126耦合至功率開(kāi)關(guān)130的源端子S 132。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以通過(guò)檢測(cè)V_D–V_S并生成抑制信號(hào)124來(lái)防止通過(guò)開(kāi)關(guān)的反向電流，該抑制信號(hào)被耦合以通過(guò)與門(mén)127抑制Sw_En信號(hào)125從而通過(guò)中斷功率開(kāi)關(guān)130的正常切換運(yùn)行來(lái)停止能量傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)130處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，并且在特定的時(shí)刻t_OFF1，測(cè)量漏電壓V_D1和源電壓V_S1。在一個(gè)實(shí)施方案中，如果“V_DS1＝V_D1-V_S1”低于閾值(V_DS1<V_{DS_th})，那么激活抑制信號(hào)124，該抑制信號(hào)通過(guò)與門(mén)127停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)128從而停止功率開(kāi)關(guān)130的正常切換，以防止通過(guò)開(kāi)關(guān)襯底的反向電流和隨之發(fā)生的失效的風(fēng)險(xiǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，為了防止失效風(fēng)險(xiǎn)，功率開(kāi)關(guān)130可以保持為空閑斷開(kāi)狀態(tài)(使得零電流通過(guò)功率開(kāi)關(guān))或保持為空閑接通狀態(tài)(使得功率開(kāi)關(guān)兩端存在幾乎為零的電壓降)。

圖1C為與圖1A中100A和圖1B中100B相似的、具有另一個(gè)示例方案的切換電路140的示例降壓功率轉(zhuǎn)換器100C的示意圖?？刂破鲏K141包括檢測(cè)電感電流的變化率di_ind/dt的塊142，該電感電流在接通狀態(tài)期間與通過(guò)功率開(kāi)關(guān)130的電流相同。塊142接收開(kāi)關(guān)電流信號(hào)143。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電流信號(hào)143可以通過(guò)功率開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)中的集成感測(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)來(lái)測(cè)量。在接通狀態(tài)期間，計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，并且塊142測(cè)量時(shí)刻t_on1的i_on1和時(shí)刻t_on2的i_on2以計(jì)算限定了電感器V_ind 152兩端的電壓的切換電流的上升斜率：

L1.[(i_on2-i_on1)/(t_on2-t_on1)]＝V_ind＝V_in-V_o(2)

在一個(gè)實(shí)施例中，如果輸入電壓V_in接近輸出電壓V_o，或由于任何振蕩，如果輸入電壓V_in下降為低于V_o，那么可能指示由于通過(guò)襯底的反向電流而導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)。在考慮足夠裕度的實(shí)踐中，每當(dāng)電感電流的上升斜率低于按照如下限定的閾值電平時(shí)，塊142就激活抑制信號(hào)148：

V_ind＝V_in-V_o＝L1.(di_ind/dt)＝L1.[(i_on2-i_on1)/(t_on2-t_on1)]<k1(3)

如描述的實(shí)施例所示，與邏輯門(mén)147被耦合以從第一輸入上的控制器161接收切換信號(hào)Sw_En 145和第二反相輸入上的抑制信號(hào)144。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，與邏輯門(mén)147被耦合以響應(yīng)于抑制信號(hào)144禁用驅(qū)動(dòng)信號(hào)148以將開(kāi)關(guān)130保持為空閑斷開(kāi)狀態(tài)或空閑接通狀態(tài)，從而避免由于通過(guò)開(kāi)關(guān)襯底的反向電流而導(dǎo)致的失效。

圖1D示出了與圖1A、圖1B及圖1C相似的、具有第三實(shí)施例的切換電路160的一個(gè)示例降壓功率轉(zhuǎn)換器100D?？刂破鲏K161包括通過(guò)漏端子或MOSFET抽頭耦合部138檢測(cè)輸入電壓V_in 172的塊162，該MOSFET抽頭耦合部在一個(gè)示例中還可以為控制器161提供旁路電源BP 135。塊162還可以在功率開(kāi)關(guān)130的斷開(kāi)狀態(tài)期間從降壓功率轉(zhuǎn)換器輸出端子輸出1191(信號(hào)195)接收輸出電壓V_o 171。在一個(gè)示例中，計(jì)時(shí)器被耦合，以允許在特定時(shí)刻t_OFF1測(cè)量V_in1和V_o1以計(jì)算V_in1-V_o1并在每當(dāng)V_in1-V_o1<ΔV_thresh時(shí)激活抑制信號(hào)148。

將理解的是，在另一個(gè)實(shí)施例中，V_in1/V_o1<k2可以激活抑制信號(hào)164。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，與邏輯門(mén)167通過(guò)在一個(gè)輸入上接收來(lái)自控制器161的切換信號(hào)Sw_En 165和在其反相輸入上接收抑制信號(hào)164而被耦合以響應(yīng)抑制信號(hào)164禁用驅(qū)動(dòng)信號(hào)168，以將功率開(kāi)關(guān)130保持在空閑斷開(kāi)狀態(tài)或空閑接通狀態(tài)，從而避免由于通過(guò)襯底的反向電流而導(dǎo)致的控制器失效。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的離線降壓轉(zhuǎn)換器200的更加詳細(xì)的電路圖的一個(gè)實(shí)施例，該降壓轉(zhuǎn)換器在輸入端口可以耦合至AC線路電源V_AC電壓202或通過(guò)可選調(diào)光器電路耦合至調(diào)光器相位受控AC電壓205。調(diào)光器電路可以包括前沿或后沿相位控制的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)(Traic)調(diào)光器。通過(guò)易熔電阻器208的AC電壓耦合至全橋整流器模塊210。

降壓轉(zhuǎn)換器200還在輸入端口處、在高壓側(cè)正干線和低壓側(cè)負(fù)干線之間接收經(jīng)整流的正弦AC輸入電壓V_in 212，該經(jīng)整流的正弦AC輸入電壓相對(duì)于主接地201為正。在一個(gè)示例中，包括電容器C_F1 216、L _F 215及C_F2218的輸入pi(π)濾波器也可以被包括在如所示出的輸入處，以提供對(duì)切換噪音和電磁干擾(EMI)的濾波功能。對(duì)于具有功率因數(shù)校正(PFC)的功率轉(zhuǎn)換器，輸入端口的正干線和負(fù)干線之間的總輸入濾波電容(C_F1+C_F2)應(yīng)當(dāng)被保持小，以允許輸入端口的電壓V_in 212基本上跟隨線路整流正弦電壓202(沒(méi)有調(diào)光器)或205(具有調(diào)光器)。換言之，選擇輸入濾波電容器的總電容，使得在線路電壓零交叉處，輸入濾波電容器上的電壓也基本上達(dá)到零。然而，對(duì)于不具有PFC的功率轉(zhuǎn)換器，可以將輸入電容器的電容選擇為足夠大，使得在降壓轉(zhuǎn)換器200的輸入端口V_in 212處施加基本上為DC的電壓。

降壓轉(zhuǎn)換器200還包括切換電路240?？刂破?45被耦合以控制功率開(kāi)關(guān)S1 230A，該功率開(kāi)關(guān)在一個(gè)示例中等效于包括理想開(kāi)關(guān)和反平行二極管(antiparallel diode)的開(kāi)關(guān)裝置S1_equi 230B，該反平行二極管可以模擬體二極管和襯底傳導(dǎo)。在一個(gè)示例中，包括控制器245和功率開(kāi)關(guān)S1 230A的切換電路240可以被包括在單片或混合集成電路IC中。切換電路240為具有外部引腳的4或5端子(4引腳或5引腳)裝置，這些外部引腳用于漏極231、源極232、電容器234上的反饋FB 233以及經(jīng)由電容器236的電源端子BP 235?？梢源嬖诮邮沾磔敵鲭妷旱碾妷篤'_o的第五引腳237。切換電路240的地連接地引腳232參考位于高壓側(cè)正干線的功率開(kāi)關(guān)230A的源互連232。在一個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)的源極232可以包括多個(gè)互連引腳以進(jìn)行更好的熱傳遞管理。

由于切換電路240可以是具有單個(gè)感測(cè)端子(反饋端子FB 233)的4-端子裝置，所以與正常運(yùn)行期間感測(cè)輸出電流和無(wú)負(fù)載下輸出過(guò)電壓保護(hù)(OVP)相關(guān)的所有信息都被傳送到切換電路240的反饋FB端子233。

在圖2的實(shí)施例中，可以從切換電路240的內(nèi)部向旁路端子BP 235供應(yīng)電流。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以從MOSFET的抽頭提供用于控制器的電源，MOSFET的抽頭在一個(gè)實(shí)施例中與通常導(dǎo)通的JFET(未示出)內(nèi)部級(jí)聯(lián)，并通過(guò)引腳BP 235耦合在外部電容器236上。在一些實(shí)施方案中，可以通過(guò)將BP引腳耦合至降壓功率轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓或通過(guò)降壓電感器150A上的輔助繞組或通過(guò)任何其他外部電源提供用于開(kāi)關(guān)和控制模塊240的電源。

耦合在功率轉(zhuǎn)換器的輸出端子上的輸出負(fù)載用負(fù)載電壓V_O 270和負(fù)載電流I_O 272表示。在LED發(fā)光負(fù)載的一些示例中，為了調(diào)節(jié)用于LED的受控/調(diào)光輸出光的負(fù)載電流，輸出感測(cè)或反饋信號(hào)FB 233代表輸出電流Io272。通過(guò)FB信號(hào)272的輸出感測(cè)可以包括電壓信號(hào)或電流信號(hào)。

降壓轉(zhuǎn)換器200還包括續(xù)流/環(huán)流二極管D1 244、降壓電感器L1 250A、輸出濾波電感器L_FO以及輸出大電容器C_O 264。在一個(gè)示例中，耦合至輸出端口的負(fù)載可以包括具有一個(gè)或多個(gè)LED的LED串。預(yù)負(fù)載高阻抗電阻器265可以包括在降壓轉(zhuǎn)換器200的輸出處，以在Triac調(diào)光器的情況下提供最小負(fù)載和更好的穩(wěn)定性，從而為低調(diào)光下的Triac調(diào)光器提供最小保持電流以確保低/無(wú)負(fù)載條件下的正確運(yùn)行。

在一個(gè)實(shí)施例中，降壓電感器L1 250A可以被介紹為呈現(xiàn)與寄生電容259并聯(lián)的理想電感器的模塊L_1equi 250B。在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)230A接通時(shí)，電流可以從輸入流至電感器L1 260，從而對(duì)輸出電容器C_O 264充電并向負(fù)載提供功率。當(dāng)開(kāi)關(guān)230A關(guān)閉時(shí)，電流具有環(huán)流，該環(huán)流通過(guò)電感器L1250A、電容器C_O 264并且通過(guò)經(jīng)所述續(xù)流二極管D1 254返回的外部負(fù)載，從而在電感器L1 250A中所存的能量釋放出時(shí)緩慢下降。

控制器245被耦合以利用響應(yīng)于所接收的代表輸出負(fù)載變化的FB信號(hào)233生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)230A在接通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)之間的切換，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的輸出電流或輸出電壓。在接通狀態(tài)下，基本上允許電流以低阻抗流過(guò)開(kāi)關(guān)。在斷開(kāi)狀態(tài)下，基本上防止電流流過(guò)功率開(kāi)關(guān)。然而，將理解的是，被模制為如所示出的模塊S_1equi 230B的MOSFET切換裝置可以將反向方向的電流傳導(dǎo)通過(guò)反平行體二極管239。任何由于電路振蕩或瞬態(tài)導(dǎo)致的反向電流都可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和裝置失效。

注意，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用反向電流阻塞二極管D_block 220來(lái)阻止任何中斷反向電流通過(guò)開(kāi)關(guān)并且避免由于反向電流所導(dǎo)致的失效。然而，如將討論的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的控制器中所添加的特征防止了任何反向電流并節(jié)省了外部阻塞二極管D_block 220，否則原本應(yīng)添加該外部阻塞二極管以阻止反向電流通過(guò)開(kāi)關(guān)。

在具有高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器中，例如如圖2所示，利用負(fù)載側(cè)的感測(cè)電阻器對(duì)DC輸出負(fù)載電流的直接感測(cè)可導(dǎo)致功率耗散、由于較高的散熱導(dǎo)致的較大的傳熱區(qū)域以及較低的效率。同樣，由于與控制器的電壓參考電平不同的電壓參考電平，可能需要額外的電路來(lái)對(duì)感測(cè)信號(hào)的參考進(jìn)行移位，以匹配控制器的參考。

基于高壓側(cè)開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器的方案，可以通過(guò)耦合至耦合節(jié)點(diǎn)X 255的反饋感測(cè)電阻器R_FB 253，通過(guò)感測(cè)在續(xù)流二極管D1 254的通路中的脈動(dòng)電流，來(lái)執(zhí)行對(duì)DC輸出負(fù)載電流的感測(cè)。耦合節(jié)點(diǎn)X 255耦合至控制器245的參考(地)，該控制器耦合至功率開(kāi)關(guān)230A的源端子232。由于續(xù)流電流而導(dǎo)致的感測(cè)電阻器R_FB 242上的電壓降被施加至電容器234上的反饋端子FB 233。

耦合節(jié)點(diǎn)X 255為電感器L1 250A、電阻器R_FB 253(感測(cè)續(xù)流電流)以及開(kāi)關(guān)230A源端子232的公共耦合點(diǎn)，開(kāi)關(guān)230A源端子232為控制器245的參考地。

圖3A和圖3B示出了降壓轉(zhuǎn)換器在斷續(xù)導(dǎo)通模式DCM下運(yùn)行的切換波形。圖3A示出了相對(duì)于時(shí)間310的通過(guò)電感器L1 250A的電感電流I_L1320，并且圖3B示出了對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)下的幾個(gè)切換循環(huán)介紹的在節(jié)點(diǎn)X 255(圖2，開(kāi)關(guān)230A、電感器L1 250A以及續(xù)流二極管感測(cè)電阻器253的公共耦合點(diǎn))處的電壓V_X 340。當(dāng)開(kāi)關(guān)230A閉合并導(dǎo)通(接通狀態(tài))時(shí)，電感器L1 250A中的電流在從時(shí)刻t0 312到時(shí)刻t1 314的導(dǎo)通時(shí)間期間傾斜上升322，上升至由電流限制所限定的導(dǎo)通時(shí)間的結(jié)束時(shí)的最大峰值點(diǎn)323。在時(shí)刻t1 314，開(kāi)關(guān)打開(kāi)(斷開(kāi))并且電感電流緩慢下降324，同時(shí)電流通過(guò)續(xù)流二極管D1 244續(xù)流(環(huán)流)。如果運(yùn)行是處于斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)，電感器L1 250A中所存儲(chǔ)的能量在時(shí)刻t2 316完全釋放出，以在時(shí)刻t3 318的下一開(kāi)關(guān)接通之前，在時(shí)間持續(xù)段326內(nèi)保持處于零。

另一方面，圖3B示出了耦合節(jié)點(diǎn)X 255處的電壓在切換循環(huán)Tsw 350期間運(yùn)行的示例波形，該耦合節(jié)點(diǎn)與功率開(kāi)關(guān)230A的源端子及控制器245的參考電平相同。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)230A閉合(接通狀態(tài))并傳導(dǎo)，從時(shí)刻t0 312到時(shí)刻t1 314，電壓Vx 340(圖2的耦合節(jié)點(diǎn)X 245處)基本上等于輸入電壓Vin 342(圖2中Vin 212)。只要輸入電壓Vin的瞬時(shí)值保持為高于降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，電感電流I_L1 320就傾斜上升322至?xí)r刻t1 314的峰值323。

當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(斷開(kāi)狀態(tài))，續(xù)流二極管D1 254開(kāi)始傳導(dǎo)電感器L1 250A的放電電流。電感電流I_L1 320緩慢下降324并且在時(shí)刻t1 314耦合節(jié)點(diǎn)X255處的電壓Vx 340轉(zhuǎn)到大約零電平344，也即，在負(fù)載參考接地電平201之下的續(xù)流二極管D1 254和感測(cè)電阻器R_FB 253的少量電壓降。

在DCM下，在當(dāng)電感器L1 250A中所有能量均釋放出時(shí)，電感電流I_L1 320降至零326并在時(shí)刻t₂ 316和時(shí)刻t₃ 318之間保持為零。耦合節(jié)點(diǎn)X255變?yōu)樵诳臻e振蕩下懸浮，直到耦合節(jié)點(diǎn)X 255處的電壓V_X 340最終穩(wěn)定為輸出電壓V_o或直至下一切換循環(huán)開(kāi)始。由于電路器件和電路板寄生，所以可能發(fā)生空閑振蕩。在一個(gè)示例中，電感器L1_equal 250B的雜散寄生電容259與回路電感諧振?；芈冯姼兄饕ń祲弘姼衅鱈1 250A加電路板跡線的寄生電感。在功率開(kāi)關(guān)接通的時(shí)刻t3 318處，在下一切換循環(huán)開(kāi)始之時(shí)，耦合節(jié)點(diǎn)X 255處的電壓再次被迫回到輸入電壓Vin 342。峰值諧振電壓可以高達(dá)2*V_o 384。在一個(gè)用于降壓轉(zhuǎn)換器的臨界導(dǎo)通模式(CrM)的示例中，延遲下一切換循環(huán)的開(kāi)關(guān)接通，直到振蕩電壓已達(dá)到V_in以實(shí)現(xiàn)零電壓切換(ZVS)，以有益于最小開(kāi)關(guān)損耗以及最佳效率。

將理解的是，在運(yùn)行時(shí)，在控制塊和驅(qū)動(dòng)器中可能存在傳播延遲。此外，在電感器L1 250B值和其雜散寄生電容C_r 259中可能存在變化，這使得難于迫使在V_X＝Vin精確時(shí)刻的開(kāi)關(guān)接通。如果在不具有外部阻塞二極管D_block 220的情況下開(kāi)關(guān)在V_X>Vin時(shí)接通，反向電流可能通過(guò)功率開(kāi)關(guān)S_1equi 230B。

具體而言，在其中功率開(kāi)關(guān)S_1equi 230B和控制器245形成在單個(gè)模塊240中的單個(gè)晶片上的切換電路的集成電路(IC)示例中，可能發(fā)生通過(guò)體二極管的反向電流傳導(dǎo)，該體二極管可以將電流注入到襯底中，這可能導(dǎo)致控制器中的參考的變化和電平移位。這可能引起導(dǎo)致芯片閉鎖的不穩(wěn)定性，并因而甚至可能引起失效。

因此，在具有這種已知的可靠性問(wèn)題的情況下，似乎外部阻塞二極管D_block 220可能是必要的，以在每當(dāng)Vx可能高于Vin時(shí)阻止反向電流。然而，插入阻塞二極管不利地影響了器件數(shù)目、電路板面積、成本以及效率。

因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的實(shí)施例提供了新系統(tǒng)方式以在控制器中包括新的特征和功能，這些新的特征和功能在不犧牲系統(tǒng)在防止反向電流通過(guò)開(kāi)關(guān)的體二極管的穩(wěn)定性的情況下允許移除外部阻塞二極管D_block 220(圖2中)。

為了例示，圖4A示出了發(fā)生通過(guò)降壓功率開(kāi)關(guān)(例如圖2中S1 230A)的反向電流的條件和可能原因的示例。圖4A中示出了具有兩個(gè)半循環(huán)T_Line/2411及412的輸入電壓的一個(gè)線路循環(huán)T_Line 415。豎直軸線V_in 420呈現(xiàn)了整流器橋210之后的經(jīng)整流AC輸入電壓(V_in212，圖2)的瞬時(shí)值相對(duì)于水平軸線410上的時(shí)間。在具有功率因數(shù)校正(PFC)的功率轉(zhuǎn)換器中，整流器橋之后的輸入電容(例如圖2中C_F1 216及C_F2 218)較小，對(duì)線路正弦形狀421及422無(wú)影響。

只要輸入電壓V_in 420的正弦瞬時(shí)值高于輸出電壓Vo 425，降壓轉(zhuǎn)換器就運(yùn)行以基于占空比(導(dǎo)通時(shí)間)控制關(guān)系：D＝Vo/V_in進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4B是在輸入電壓V_in 420瞬時(shí)值朝向輸出電壓V_o 425傾斜下降并可能下降到輸出電壓V_o 425之下的從t_x1 440到t_x2 460的時(shí)間區(qū)間期間電感電流I_ind 440和門(mén)電壓V_gate450(圖2，功率開(kāi)關(guān)S1 230A的門(mén)信號(hào)248)的放大視圖。門(mén)脈沖V_gate 450的導(dǎo)通時(shí)間和時(shí)間段逐漸增加(從區(qū)間452A到452B并到452C)。隨著所增加的占空比，電感電流I_ind 440的切換時(shí)段也增加(從區(qū)間442A到442B并到442C)。

在點(diǎn)A，時(shí)刻t_y1 426處，V_in＝V_o，占空比已達(dá)到最大值，并且開(kāi)關(guān)S1230A在從t_y1426到t_y2 428(從點(diǎn)A到點(diǎn)B)的整個(gè)時(shí)間區(qū)間均保持為導(dǎo)通，該整個(gè)時(shí)間區(qū)間在圖4B的放大區(qū)域中包括斷開(kāi)時(shí)間區(qū)間446。在時(shí)間區(qū)間t_y1 426到t_y2 428，功率開(kāi)關(guān)S1 230保持處于接通狀態(tài)下而不具有進(jìn)一步的切換，并且可能發(fā)生具有最大正峰值443和最大負(fù)峰值444的空閑寄生阻尼振蕩，之后是在V_in<V_o時(shí)可以在部分或整個(gè)區(qū)間A-B(時(shí)間區(qū)間t_y1426到t_y2 428)內(nèi)持續(xù)的阻尼振蕩445。

在時(shí)刻t_y2 428(點(diǎn)B)，輸入電壓V_in 420的瞬時(shí)值增加，并且回到輸出電壓V_o 425之上，并且然后被迫受控切換恢復(fù)。門(mén)信號(hào)V_gate 450的導(dǎo)通時(shí)間和時(shí)段逐漸降低(從區(qū)間458A到458B并到458C)。隨著降低的占空比，電感電流I_ind 440的切換時(shí)段也降低(從區(qū)間448A到448B并到448C)。

圖5A和圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的每個(gè)線路半循環(huán)期間多個(gè)控制區(qū)。和圖4A相似，圖5A示出了在橋整流器210之后具有輸入電壓(圖2，V_in 212)的兩個(gè)整流半循環(huán)T_Line/2511和512的一個(gè)線路循環(huán)T_Line 515。如在所例示的實(shí)施例中所示，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)將每個(gè)半線路循環(huán)分為不同的控制區(qū)。豎直軸線V_in 520呈現(xiàn)相對(duì)于水平軸線510上的時(shí)間的AC整流正弦輸入電壓的瞬時(shí)值。由于整流器橋之后的小輸入電容(例如圖2，C_F1 216和C_F2218)，所以整流AC輸入電壓保持線路正弦形狀521和522。

如圖5B所示，在具有有利控制和運(yùn)行性能的情況下，選擇了將每個(gè)半線路循環(huán)分為多個(gè)區(qū)域或多個(gè)控制區(qū)的輸出電壓V_o 530和輸出電壓的兩倍2*V_o 535的兩個(gè)閾值電壓電平，圖5B示出了具有多個(gè)運(yùn)行區(qū)域的半線路循環(huán)T_Line/2 512。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)半線路循環(huán)T_Line/2 512的控制處理可以被分為兩個(gè)不同的控制處理區(qū)。

為了示出，可以限定在閾值電平C_D 535之上至峰值525的第一控制區(qū)，其中Vin>2*Vo 418，并且其中輸入電壓V_in以足夠的裕度高于降壓輸出電壓V_o。在此區(qū)域中，控制是基于每個(gè)切換循環(huán)中的傳統(tǒng)零電流檢測(cè)(ZCD)，以保持?jǐn)嗬m(xù)或臨界導(dǎo)通運(yùn)行模式下的降壓調(diào)節(jié)具有眾所周知的優(yōu)點(diǎn)。

可以限定第二控制區(qū)514A及514B(在閾值電平C_D 535之下至零線路，交叉點(diǎn)O1_O2)，其中Vin<2*Vo。在此控制區(qū)中，控制可以基于dV_x/dt檢測(cè)，以識(shí)別交叉點(diǎn)A和B，在這些交叉點(diǎn)處輸入電壓等于輸出電壓(Vin＝Vo)。在脈寬調(diào)制(PWM)控制方案中，占空比在線路正弦電壓降低并在零交叉附近時(shí)反向地增加，占空比可以達(dá)到D＝1。

在A_B 530的閾值之下，其中輸入電壓Vin表現(xiàn)出小于輸出電壓Vo，占空比保持為在D＝1時(shí)空閑，并且功率開(kāi)關(guān)230A在Vin<Vo的整個(gè)區(qū)域內(nèi)保持為穩(wěn)定地閉合(接通狀態(tài))。如圖4A和圖4B所示，在此區(qū)域中，任何振蕩都可能導(dǎo)致由于通過(guò)襯底的反向電流導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)，該風(fēng)險(xiǎn)是通過(guò)在Vin<Vo的整個(gè)區(qū)域期間，在閾值電平A_B 530之下至零交叉線O1_O2或區(qū)域513A和513B中，將開(kāi)關(guān)保持為接通狀態(tài)來(lái)防止。

圖6A和圖6B中的實(shí)現(xiàn)方式的以下示例示出了本申請(qǐng)的防止反向電流通過(guò)降壓功率開(kāi)關(guān)的一個(gè)實(shí)施方案，該反向電流在每當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時(shí)可能由于任何振蕩而發(fā)生。空閑振蕩可發(fā)生在功率開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)期間在DCM下發(fā)生，并且可以使傳導(dǎo)反向電流的體二極管正向偏置。在基于本發(fā)明的教導(dǎo)的這樣的情況下，在一個(gè)實(shí)施例中，占空比被鎖存為D＝1，并且開(kāi)關(guān)在輸入電壓低于輸出電壓Vin<Vo的整個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)保持處于接通狀態(tài)(閉合)。

圖6A和圖6B示出了基于本申請(qǐng)的教導(dǎo)的用以防止反向電流通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換器的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的一個(gè)控制器塊的實(shí)現(xiàn)邏輯的簡(jiǎn)單示例。圖6A中所示出的簡(jiǎn)單邏輯塊象征性地介紹了響應(yīng)于數(shù)字控制信號(hào)605的反向電流防護(hù)控制塊600，該數(shù)字控制信號(hào)在一個(gè)實(shí)施例中可以為10位信號(hào)D[9:0]。數(shù)字脈寬調(diào)制塊(DPWM)610接收數(shù)字信號(hào)流。在一個(gè)實(shí)施例中，10位切換信號(hào)605可以響應(yīng)于圖2中的反饋FB信號(hào)233。響應(yīng)于數(shù)字控制信號(hào)605，通過(guò)數(shù)字脈寬調(diào)制塊DPWM 610生成ON-RST信號(hào)615。

第一輸入端子615上的邏輯與門(mén)620響應(yīng)于流605D[9:0]從數(shù)字脈寬調(diào)制DPWM塊610接收數(shù)字ON-RST信號(hào)615。邏輯與門(mén)620的第二反向輸入端子接收閾值下電感電流信號(hào)i_ind-small655，該閾值下電感電流信號(hào)指示電感電流是否已經(jīng)低于閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，其可以代表經(jīng)整流的正弦AC輸入電壓是否已經(jīng)降至降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓附近或之下的閾值。邏輯與門(mén)620的輸出622耦合至觸發(fā)器單元630的端子R 623并且每當(dāng)i_ind-small信號(hào)655未激活時(shí)被重置。觸發(fā)器630的設(shè)置輸入端子625耦合至零電流檢測(cè)信號(hào)(ZCD)624，以在當(dāng)具有足夠大的裕度的輸入電壓V_in-高于輸出電壓V_o-時(shí)在臨界導(dǎo)通模式(CrM)或斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)運(yùn)行降壓轉(zhuǎn)換器。

只要經(jīng)整流的正弦AC輸入電壓高于輸出電壓之上的閾值，i_ind-small信號(hào)655未被激活，并將來(lái)自數(shù)字脈寬調(diào)制DPWM單元610的ON-RST信號(hào)615施加至觸發(fā)器單元630的R端子623。觸發(fā)器單元630接收S端子625上的零電流檢測(cè)信號(hào)ZCD 624。觸發(fā)器單元630的輸出638為降壓功率開(kāi)關(guān)(例如圖2中的230A)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)以使降壓轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行。端子R 623上的重置信號(hào)622在每當(dāng)閾值下電感電流信號(hào)i_ind-small 655激活時(shí)可以停止切換信號(hào)并將開(kāi)關(guān)閉鎖在接通狀態(tài)下。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，如果激活了與門(mén)620的反向輸入上的i_ind-small信號(hào)655，觸發(fā)器單元630不能重置，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)638閉鎖為高，以保持功率開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)，并防止由于通過(guò)襯底的反向電流而導(dǎo)致的控制器損壞。

圖6B示出了可以用于生成i_ind-small信號(hào)655的簡(jiǎn)單比較器。比較器650的反向輸入上的電感電流i_ind 640與非反向輸入上的信號(hào)645比較，該信號(hào)代表電感電流峰值i_ind-pk的20％。每當(dāng)電感電流小于峰值電感電流的20％時(shí)(i_ind<20％i_ind-pk.)，輸出信號(hào)655i_ind-small被激活或變高，這指示了輸入電壓V_in正接近輸出電壓V_o。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)總結(jié)了圖5A和圖5B中所描述的半線路循環(huán)中的示例控制方法的示例流程圖。下面解釋了用于半線路循環(huán)的多個(gè)控制區(qū)。

當(dāng)處理在710開(kāi)始時(shí)，在塊715中，在功率開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)期間，通過(guò)抽頭端子測(cè)量與漏電壓V_D相同的輸入電壓V_in，V_in＝V_D＝V_tap。在斷開(kāi)狀態(tài)期間測(cè)量輸出電壓V_o。在條件塊720中，將輸入電壓V_in與兩倍的輸出電壓V_o相比較。輸出電壓V_o可以被直接測(cè)量或間接測(cè)量。在5引腳裝置中，如果額外端子V_o'237(圖2)可用，那么測(cè)量可以是直接的。然而，在4引腳裝置中，可以在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)期間從續(xù)流通路中的電流或電感器中的電流的反饋信息間接獲取測(cè)量。

只要V_in>2*V_o，選項(xiàng)為是(Yes)721，控制區(qū)保持對(duì)于臨界或斷續(xù)導(dǎo)通運(yùn)行模式(CrM或DCM)對(duì)電感器放電電流的零電流檢測(cè)(ZCD)。通過(guò)正常零電流檢測(cè)來(lái)控制開(kāi)關(guān)接通，例如，在電感電流觸及零之后以固定的延遲接通(塊723)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)測(cè)量電感器L1兩端的電壓并監(jiān)測(cè)V_ind＝L1.(di_Lind/dt)來(lái)進(jìn)行電感器零電流檢測(cè)。當(dāng)此電壓在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)期間降至某一閾值電平，在條件塊740和選項(xiàng)為“是”741時(shí)，生成了零電流檢測(cè)(ZCD)信號(hào)。在檢測(cè)零電流745之后，開(kāi)關(guān)接通延遲允許空閑振蕩，以迫使耦合節(jié)點(diǎn)X 255上的電壓Vx朝向條件塊760中的輸入電壓V_in和“是”選項(xiàng)761。V_X＝V_in處的開(kāi)關(guān)接通使能夠?qū)崿F(xiàn)使用零電壓切換(ZVS)770、較低的開(kāi)關(guān)接通損耗以及較高的效率。然后控制方法通過(guò)771和775折返至條件塊720，用于下一切換循環(huán)。圖2中的節(jié)點(diǎn)X 255為續(xù)流二極管D1 254的電流通路中的電感器L1 250A、開(kāi)關(guān)S1 230A以及感測(cè)電阻器253的耦合點(diǎn)。

當(dāng)輸入電壓V_in低于兩倍輸出電壓V_o時(shí)，即V_in<2*Vo時(shí)，或選項(xiàng)為“否”(No)722時(shí)，處理轉(zhuǎn)到條件塊724以對(duì)輸入電壓V_in和輸出電壓V_o進(jìn)行比較。如果V_in<2*V_o并且V_in>V_o(即2*V_o>V_in>V_o)，或選項(xiàng)為“是”725，控制區(qū)變到圖5B中的514A和514B，其通過(guò)對(duì)耦合節(jié)點(diǎn)X進(jìn)行電壓變化檢測(cè)(dV_X/dt)以控制開(kāi)關(guān)接通時(shí)間(塊735)。在此控制區(qū)中，替代等待電感器兩端的電壓降至閾值電平之下(V_ind<V_th-ZCS)，開(kāi)關(guān)接通通過(guò)感測(cè)電壓率變化進(jìn)行(塊750)。在一個(gè)實(shí)施例中，一旦檢測(cè)到dV_X/dt的空閑振蕩，其為電感電流觸及零的標(biāo)志，功率開(kāi)關(guān)就以最小延遲接通。這樣，運(yùn)行保持為臨界模式CrM，耦合節(jié)點(diǎn)X 255上的電壓Vx不能升至太高，并且唯一的上升是由于控制塊的傳播延遲。在開(kāi)關(guān)接通之后，控制環(huán)路通過(guò)751和775折回至條件塊720，用于下一切換循環(huán)。

在條件塊724的選項(xiàng)為“否”726時(shí)，當(dāng)輸入電壓V_in朝著輸出電壓V_o變化時(shí)，耦合節(jié)點(diǎn)X 255處的電壓Vx的任何可能振蕩都會(huì)導(dǎo)致此電壓增加高于V_in并且發(fā)起通過(guò)功率開(kāi)關(guān)的反向電流，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)的反向電流可以傳導(dǎo)通過(guò)體二極管和襯底從而導(dǎo)致控制器的失效。在這樣的情況下，當(dāng)輸入電壓V_in低于輸出電壓V_o時(shí)，峰值電流控制接管，并且替代恒定的接通時(shí)間控制，開(kāi)關(guān)接通并在所有時(shí)間區(qū)間V_in<V_o期間保持為空閑接通狀態(tài)(塊730)，并且控制環(huán)路折回到條件塊724，直到輸入電壓V_in再次高于輸出電壓V_o，并且控制區(qū)變化。

對(duì)本發(fā)明的所示出的實(shí)施例的以上描述，包括摘要中描述的內(nèi)容，并不旨在是窮舉性的或限于所公開(kāi)的確切形式。盡管出于例示目的在本文中描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案和實(shí)施例，但是在不偏離本發(fā)明的較寬泛的精神和范圍的前提下，多種等同改型都是可能的。實(shí)際上，應(yīng)理解具體示例的電壓、電流、頻率、功率范圍值、時(shí)間等是出于解釋目的被提供的，且根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在其它實(shí)施方案和實(shí)施例中也可以使用其他值。