[发明专利]多模式开关电源的同步整流控制系统和方法

说明书

本公开涉及多模式开关电源的同步整流控制系统和方法。提供了一种用于开关电源的同步整流(SR)控制器，包括：检测模块，被配置为检测初级侧晶体管的开启时间；控制模块，被配置为执行下述操作：接收检测到的晶体管的开启时间；并且至少部分地基于晶体管的开启时间来输出控制信号，其中如果检测到晶体管的当前开启周期与上一开启周期的差小于预定阈值则控制信号为逻辑高电平，否则控制信号为逻辑低电平；调整模块；被配置为接收来自控制模块的控制信号，基于接收到逻辑高电平的控制信号在当前周期退磁时采用第一预测比例，并且基于接收到逻辑低电平控制信号在当前周期退磁时采用第二预测比例，其中第一预测比例大于第二预测比例。

技术领域

本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了多模式开关电源(SMPS，switched-mode power supply)的同步整流(SR，synchronousrectifier)控制系统和方法。

背景技术

在当今开关电源应用中，在不同的功率范围和不同的应用场合，每种工作模(非连续导通DCM、准谐振QR、连续导通CCM)均有自己的优势和特点。在大功率与大电流的应用中，CCM在效率，电流电压应力等方面相对DCM/QR具有较大的优势，但在低功率范围，DCM又具有控制简单的优点，同时QR模式能够有效降低SMPS的开关损耗。因此为兼顾大功率，高效率及低待机的需求，多种工作模式(DCM、CCM、QR、降频)并存即多模式系统已成为一个必然的趋势。然而这种开关电源的复杂性却给同步整流技术的应用带来了诸多不便，使得同步整流控制相对于单模式电源系统来说更为复杂。

图1是表示现有的反激式(flyback)同步整流系统的简化图。同步整流系统100(例如，功率转换器)包括初级绕组Np、次级绕组Ns、开关、VD检测、逻辑控制、驱动。例如，开关包括双极结型晶体管。在另一示例中，开关包括场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管)。在又另一示例中，开关包括绝缘栅双极晶体管。

众所周知，在同步整流系统应用中，同步整流管可靠的开启与关断是极其重要的。在开关电源的各种工作模式中，其开启控制差别不大，当退磁电流流经SR MOSFET体二极管时即可以打开。但关断控制为兼顾效率温升与可靠性的需求便复杂许多，尤其是在CCM的情况下。

图2示出了图1的SR系统工作在DCM下的波形。图3出了图1的SR系统工作在QR下的波形。当电源系统工作在DCM/QR模式时，变压器在每一个PWM周期中均会退磁完毕。因此此时SR的关断便可以通过设置一个变压器副边电流过零检测点来准确可靠地实现。

图4为DCM/QR模式下SR控制框图。其中Vth_on为SR开启阈值，当VD端电压低于该阈值时，SR开启。Vth_zero为SR关断阈值即副边电流过零检测点，当VD端电压高于该阈值时，SR关闭。由此可以实现DCM/QR模式下的SR控制。

但当系统工作在CCM模式下时，SR的控制相对于DCM/QR便复杂多了。在CCM工作模式下若仍采用DCM/QR的控制模式，则当变压器副边剩余电流在初级侧开启使得退磁被强制结束后仍比较大时，可能无法触发到针对DCM/QR所设计的过零检测点，只能在初级侧开启后变压器副边电压被强制拉升后才能触发到过零点，这样会使得SR不能及时关断，带来可靠性问题。

既然在CCM工作模式下无法检测到电流过零点，SR控制芯片也无法提前知道初级侧PWM将于何时开启，因此要保证CCM同步整流系统安全可靠地工作，其SR的关断控制就不能像DCM/QR，而需要另辟蹊径。当开关电源系统稳定工作时，其前后相邻周期的工作状态一致。在这样情况下可以利用前一工作周期的信息来推断当前周期的工作情形，并因此来预测初级侧功率管的开启时刻，以便在初级侧功率管开启前及时关断SR，保证系统安全可靠地工作。简言之即在系统稳定工作时其相邻前后周期退磁时间一致，这样就可以用上一周期的退磁时间来推断当前周期的退磁时间，预先知道该周期的退磁时间后就可以确定该周期的SR关断时刻。