[发明专利]软切换回扫转换器

说明书

在同步整流器及回扫转换器(100)、集成电路(101)以及操作方法的所阐述实例中，响应于第一开关电压(VDS1)转变到低于第一阈值(VTH1)而接通第一开关(S1)以允许电流在变压器初级绕组(108)中沿第一方向流动达第一时间周期(T1)，且在所述第一时间周期(T1)之后接通第二开关(S2)达第二时间周期(T2)以从次级变压器绕组(122)转移能量来驱动负载(125)。在同一转换器循环中，在跨越所述第二开关(S2)的共振振铃电压波形的一系列谷值中的一者处响应于第二开关电压(VDS2)转变到低于第二阈值(VTH2)而再次接通所述第二开关(S2)达第三时间周期(T3)，以致使电流在所述初级绕组(108)中沿第二方向流动以将所述第一开关(S1)的电容(CS1)放电以致使所述第一开关电压(VDS1)转变到低于所述第一阈值(VTH1)，从而起始后续转换器循环。

此一般来说涉及回扫转换器，且更特定来说涉及软切换及同步整流回扫转换器。

背景技术

同步整流器用于执行DC-DC转换以驱动输出负载，其中变压器通常用于构造具有次级侧开关的回扫转换器以提供优于无源整流回扫转换器的效率优点。在许多应用中，效率是主要设计目标，且期望减小或减轻初级侧开关及次级侧开关中的切换损失及传导损失。软切换或零电压切换(ZVS)涉及在跨越初级侧开关及/或次级侧开关的电压较低(优选地零)时接通所述开关。理想地，在零伏特下进行切换使切换损失最小化，但此由于场效晶体管(FET)类型开关的漏极-源极电容而为困难的。传导损失在开关接通时发生，且可通过使用较大开关而减小，借此减小接通状态电阻(例如，FET开关的漏极-源极电阻RDSON)。然而，较大晶体管尺寸导致开关电容的增加。因此，在不存在软切换控制的情况下，仅增加晶体管大小以减轻传导损失会增加切换损失。此外，用以对同步整流回扫转换器的初级侧开关执行简单软切换的能力在宽广范围的输入电压及输出电压/电流条件内为困难的。特定常规转变模式(TM)同步整流器控制方案使用谷值控制来调节转换器输出电流或电压，且在初级侧切换节点处的共振电压振铃的局部最小值或“谷值”处接通初级侧开关。然而，共振电压振荡即使在谷值处也不接近零伏特，尤其针对高输入电压条件。因此，无法跨越常规同步整流回扫转换器的宽广范围的操作条件而实现真正零电压切换，且切换损失可为大量的。因此，在特定操作条件下，必须使用不连续模式(DM)切换操作，所述DM切换操作增加传导损失且减小转换器效率。此外，硬切换(即，不具有可靠地实现真正零电压切换的能力)会抑制用以增加开关大小以对抗传导损失之能力，且导致经增加共模电磁干扰(EMI)。初级侧开关的硬接通还可导致次级侧整流器上的电压的共振倍增，从而导致经增加同步整流器阻断电压且进一步增加由较高RDSON导致的传导损失。因此，经改进同步整流器回扫转换器及控制技术期望减轻电容切换损失以在不具有经降级效率的情况下支持经增加功率密度及切换频率。

发明内容

在同步整流回扫转换器、集成电路及操作方法的所阐述实例中，响应于初级侧第一开关的开关电压转变到低于第一阈值而接通所述初级侧第一开关以允许电流沿第一方向在变压器初级绕组中流动达第一时间周期。关断所述第一开关，且接通次级侧开关达第二时间周期以从变压器次级绕组转移能量来驱动负载。在跨越所述第二开关的共振振铃电压波形的一系列谷值中的一者处响应于第二开关电压转变到低于第二阈值而在同一转换器循环中再次接通所述第二开关达第三时间周期。关断所述第二开关致使电流在所述初级绕组中沿第二方向流动以将第一开关电容放电以致使所述第一开关电压转变到低于所述第一阈值，从而起始后续转换器循环。这些技术及电路促进切换损失的减小，同时允许使用较大开关大小来对抗传导损失，且可因此增加转换器操作切换频率。在特定实例中，可通过使用双开关回扫拓扑以将泄漏能量传回到输入而非在箝位电路中耗散所述泄漏能量而减轻变压器泄漏。在特定实例中，在第二开关电压的一系列共振振铃峰值及谷值中的特定谷值处或其附近进行第二开关的第二致动。此外，在特定实例中，控制电路至少部分地根据转换器输出信号而选择所述谷值中的在其处再次接通所述第二开关达所述第三时间周期的特定一者。在特定实例中，次级侧控制上的谷值选择用于实施频率调制以调节转换器输出，从而提供次级侧调节。在特定实例中，使用初级侧调节。

附图说明