[发明专利]启动时具有零电流的开关功率转换器

说明书

提供了一种具有上电复位(POR)电路的开关功率转换器，该电路在电源电压超过POR阈值电压之前基本上不释放电流。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月26日申请的美国临时申请No.62/246,603的权益。

技术领域

本申请涉及功率转换器，并且更具体地，涉及在启动时具有零电流的开关功率转换器。

背景技术

开关功率转换器、例如反激式转换器或降压转换器，在启动时需要注意事件顺序，以确保开关功率转换器和从开关功率转换器接收功率的任何设备都可靠和安全地运行。因此，传统的开关功率转换器包括上电复位(power-on-reset，POR)电路来管理启动过程。图1中示出了包括POR电路105的示例开关功率转换器100。输入电压V_IN(例如AC(交流)电源的整流输入电压)通过启动电阻R1驱动电源电容C1，以产生电源电压V_CC。POR电路105监测V_CC电压，以确定在通过对POR输出信号(POR_OUT)的断言来开始启动开关功率转换器100中的功率级110之前V_CC电源电压是否足够高。控制器115通过启动功率级110内的功率开关的循环，以驱动输出电压V_OUT来响应POR输出信号的断言。在功率开关的循环期间，另一通路(例如反激式转换器实施例中的辅助绕组)支持V_CC电源电压。

但是，直到POR电路105断言POR输出信号，功率开关的循环才会发生。而POR电路105在断言POR输出信号之前监测电源电压V_CC，汲取放电至地的POR电流(I_POR)。POR电流的大小直接影响启动过程中所需的延迟，直到电源电压V_CC达到POR阈值。图2中更详细地示出了POR电路105对POR电流的放电。关于图1，来论述启动电阻R1和电源电容C1。POR电路105通过由电阻R2和电阻R3的串联组合形成的分压器，对电源电压V_CC进行采样，从而产生电阻R3两端的V_CC的分压。电阻R4和齐纳二极管D1的串联组合产生齐纳二极管D1两端的参考电压，比较器U1与V_CC的分压进行比较。响应于V_CC的分压超过参考电压，比较器U1断言POR输出信号(POR_OUT)。虽然这种POR操作是常规的，但分压器会将POR电流(I_POR)放电至地。

参考图3可以更好地理解来自POR电流的负载，图3示出了启动期间的V_CC波形。施加输入电压后，V_CC开始以斜率上升，该斜率主要取决于R1的电阻、C1的电容和POR电流的幅度。随着POR电流增大，V_CC上升斜率减小，这使V_CC超过POR阈值之前所需的延迟时间延长了。此时，由于POR输出信号断言所启动的控制功能的功耗，V_CC下降。随着功率开关循环并驱动输出电压，V_CC将稳定下来。

关于此POR过程，值得注意的是，通常必须设计开关功率转换器，以满足将输出电压调节到所需输出电压容差内的启动计时要求(最小V_OUT调节时间)。要达到这样的计时要求，当然要受到来自POR进程的延迟的影响。因此希望缩短V_CC超过POR阈值所需的时间。然而，在POR进程延迟上实现这样的减少将面临几个障碍。例如，即使当输入电压处于某个最低要求值时，也必须满足最小V_OUT调节时间。尽管通过降低启动电阻R1的电阻，可以实现输入电压的相对低值，从而加速POR进程。但这样的电阻降低会增加功耗，其降低了操作效率和系统可靠性。为了在保持效率的同时提供低电阻，传统的方法是在POR工艺完成后将启动电阻去耦，例如通过关断耗尽型场效应晶体管(FET)将其隔离。但是这增加了成本和复杂性。可选地，可以减小电源电容C1的电容，但是该电容已经足以在启动期间给内部控制电路供电，使得电容具有明确限定的最小值。

因此，在本领域中需要具有降低功耗和提高操作速度的开关功率转换器上电复位电路。

发明内容