[发明专利]用于控制耦合了同步整流逆向变换器的变压器的次级场效应管的电路和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及功率电子学领域。更确切地说，本发明适用于在逆向变换器的第二面，精确控制开关金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。 

背景技术

开关电源变换器已经在电子行业中普遍使用，例如开关电源、直流-直流电压变换器和直流-交流电压变换器等。 

图1A至图1D表示一种原有技术耦合了传统的整流逆向变换器的变压器(TCCC)1，带有一个磁性耦合的一个初级电路10和一个次级电路30，穿过一个具有初级变压器线圈(PTC)11和次级变压器线圈(STC)31的耦合变压器20。初级电路10具有一个初级开关网络(PSN)12，带有内部循环有源开关，通过初级栅极驱动信号VGpri轮流控制初级开关场效应管((FET_pm)13。因此，初级线圈电流Ipri和次级线圈电流Isec分别流经初级变压器线圈(PTC)11和次级变压器线圈(STC)31，使磁能从初级电路10转移到次级电路30。从而，在次级变压器(STC)31上产生交流电次级线圈电压Vsec。次级电路30具有具有一个功率二极管33和输出电容器(Cout)32的网络，以便对Vsec进行整流、滤波，成为所需的输出电压Vout。在此过程中，初级栅极驱动信号VGpri 14的每个开关循环，所产生的次级线圈电压Vsec以及初级线圈电流Ipri加上次级线圈电流Isec之和，分别对应图1B、图1C和图1D。每个开关循环的特点在于一系列时间标记t_PCR、t_PSX和t_S1C。在时间标记t_PCR处，信号VGpri 14开启，标志着伴随着次级线圈电压Vsec的负0-交叉，初级线圈电流(Ipri)上升。在时间标记处t_PSX，信号VGpri 14关闭，标志着伴随着Vsec与振荡40a的正0-交叉，所产生的变压器行为，会使Ipri-至-Isec立即转移。注意，为了简化说明，所示的Ipri和Isec电流的振幅等于归一化后的PTC11和STC31之间的线圈匝比。其中非常重要的一点是，在Ipri-至-Isec的强烈转移时，由于变压器线圈和整个TCCC1电路中 所存在的固有的各种漏电感和寄生电感，才引起的Vsec振荡40a。最后，在时间标记t_S1C附近，由于一个灵敏的功率二极管33现在关闭(随后一个注入电荷载流子-存储衰减)，以及各种漏电感和寄生电感，因此Isec衰减的末端引起额外的Vsec振荡40b。 

我们注意到，由于这种在大电流传导时巨大的正向电压降(大约0.7V至1V)，功率二极管33会引起TCCC1在时间标记t_PSX和t_S1C之间，产生巨大的功率损耗。正因如此，在一个耦合了同步整流逆向变换器(TCSC)50的变压器的次级电路51中，用图2A至图2C所示的其工作信号波形来说明，功率二极管33可以用一个次级开关场效应管(FET_sc)52代替。对于本领域的技术人员，FET_sc52本身就带有寄生体二极管BD_sc52a。FET_sc52的次级栅极驱动和器件电流用VGsec和I_DS表示。FET_sc52的源极-漏极电压，与功率二极管33的正向电压相同，用V_SD表示。因此，只要BD_sc52a在时间标记t_PSX附近正向偏置，就应通过VGsec打开FET_sc52，关闭BD_sc52a，正向电压降V_SD大幅降低(大约0.1V至0.2V)，这就极大地降低了来自于TCSC50的联合功率损耗。另一方面，在时间标记t_S1C附近，需要关闭FET_sc52，并通过VGsec保持关闭状态，或者通过临近的Vsec降，或者通过传感第一象限电流(正向I_DS)通过FET_sc52，以避免通过STC31短接Cout32。由图中虚线的逆时钟方向弧形箭头表示。