同步整流器和控制其的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及同步整流。更具体地，本发明涉及一种同步整流器，其例如可以是但不必需是，谐振转换器的一部分。而且，本发明涉及一种用于控制同步整流器的方法。
【背景技术】
[0002]在要满足现代效率需求的许多情况下，同步整流器“SR”需要替代普通二极管或闸流晶体管整流器使用。在同步整流器中，整流二极管或闸流晶体管的操作被可控整流开关模仿，可控整流开关在导电状态下的压降小于二极管或闸流晶体管。可控整流开关可以是例如金属氧化物半导体场效应晶体管“MOSFET”。
[0003]同步整流器例如可以是开关模式电源“SMPS”的次级侧(secondary side)的一部分。在许多传统开关模式电源拓扑中，例如回扫拓扑中，次级侧的操作与初级侧的操作同相，从而在初级侧的控制信号的帮助下，使得相对容易实现对同步整流器的控制。但是，结合谐振转换器，情况却更复杂，因为谐振转换器包括谐振电路，其由受初级开关控制的开关模式电压供电且其连接到谐振转换器的变压器的初级绕组。谐振电路的阻抗的绝对值和角度是频率依赖的。因此，供应到变压器的初级绕组的电流的幅度可以通过改变开关模式电压的基波分量的频率而受到控制。传送到谐振转换器的输出的功率量因此可以通过改变上述频率而受到控制。谐振电路的频率依赖阻抗导致谐振转换器的初级侧的操作和次级侧的操作之间的频率依赖相移，其中，相移取决于开关模式电压的基波分量的频率。由于频率依赖相移，所以初级开关的控制信号不直接可适用于控制谐振转换器的次级侧的整流开关。但是，谐振转换器提供显著优点，因为可安排用于初级和/或次级开关的零电压开关“ZVS”条件或零电流开关“ ZCS ”条件，并由此可降低开关损耗。
[0004]公开US7184280描述了一种在生成用于谐振器的次级侧的整流开关的控制信号时采用上述频率依赖相移的方法。但是，该方法依赖于具有谐振传感器的充分准确模型。模型与物理器件之间的不准确导致安全裕度增加，从而又导致整流开关中的损耗增加。
[0005]用于控制整流开关的另一种原理是基于测量整流开关的电流。例如，当使用MOSFET来模仿二极管时，MOSFET可以在电流开始流经其寄生二极管时被驱动且在电流停止时结束驱动。结合某些商业电路，电流测量基于电流导通整流开关上的压降。但是这个方法并非十分强健，因为其涉及在可以非常嘈杂的类似SMPS情况的环境中测量毫伏级信号。电流还可以使用变流器来测量。要测量的电流在变流器的初级绕组中流动，使用旁路电阻、或者反向并联二极管、或者包括一个或多个电元件的某些其它合适电子实体，变流器的次级绕组的电流可以被整流并且变换为电压信号。通过合适设计变流器，电压级可以在几伏范围内而非毫伏，这使得强健测量可行得多。为了检测电流正在流动的状态以及电流停止的状态，表示测量电流的信号通常与阈值相比较。当信号达到阈值时整流开关被控制处于导通状态，而当信号低于阈值时整流开关不被控制处于导通状态。但是，结合SMPS，上述原理并非没有问题。问题之一与当加载使得电流处于其阈值附近时的振荡行为的倾向有关。当电流降到低于阈值时，整流开关不再被控制为导通且电流流经整流开关的寄生二极管。必然结果是，整流开关上的压降增大。这导致SMPS的输出电压下降以及SMPS的控制采用控制动作以增加输出电压。控制动作的必然结果是，电流增大且其可能超出阈值。这导致整流开关被控制为导通且因此其压降降低。必然结果是，SMPS的输出电压增大，且SMPS的控制采取控制动作来降低输出电压。这又可能导致电流再次下降到阈值以下。上述的动作链可以自己重复且由此发生振荡行为。阈值可以基于负载而变化。这可以减轻上述问题，但增加了控制电路的复杂度。
【发明内容】
[0006]下面呈现了简化的
【发明内容】
，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。该
【发明内容】
并非本发明的扩展概述。既不想标识本发明的关键或决定性的元素也不想描述本发明的范围。下面的
【发明内容】
仅仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为对本发明的示例和非限制实施例的更详细描述的序言。
[0007]根据本发明，提供一种新的同步整流器，其可以例如是但不必需是，谐振转换器或者其它开关模式电源的一部分。根据本发明的同步整流器包括:
[0008]至少一个整流开关，以及
[0009]控制电路，用于控制至少一个整流开关以只允许单向电流流动。
[0010]控制电路包括:
[0011]至少一个电流传感器，用于感测至少一个整流开关的电流的交流分量，交流分量基本无直流分量；以及
[0012]至少一个驱动电路，用于至少部分地基于所感测的整流开关的电流的交流分量的方向来控制至少一个整流开关。
[0013]使用感测的交流分量来控制整流开关，消除了将整流开关的电流与任何非零常数或可调节阈值进行比较的需要。由此，与定义阈值相关问题可以被避免。交流分量可以通过变流器而获得。原理上，还有可能使用另一类型的电流传感器，其基于例如霍尔效应且包括用于去除直流分量的滤波器。但是，基于变流器的实现强健且节约成本，因为变流器固有地消除了直流分量。
[0014]根据本发明，还提供一种新的谐振转换器。根据本发明的谐振转换器包括:
[0015]桥电路，用于接收输入电压并且包括至少一对初级开关，
[0016]谐振电路，其被连接到桥电路且能够由桥电路驱动，
[0017]变压器，包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组被连接到谐振电路，以及
[0018]根据本发明且连接到变压器的次级绕组并布置成提供谐振转换器的输出电压的同步整流器。
[0019]根据本发明，还提供一种新的用于控制同步整流器的方法，其中，所述同步整流器包括用于只允许单向电流流动的至少一个整流开关。根据本发明的方法包括:
[0020]感测至少一个整流开关的电流的交流分量，所述交流分量基本无直流分量，以及
[0021]至少部分地基于所感测的整流开关的电流的交流分量的方向来控制所述至少一个整流开关。
[0022]在所附的从属权利要求中描述了本发明的多个示例和非限制实施例。
[0023]当结合附图阅读时，通过下面的对具体示例和非限制实施例的描述，将最好地理解本发明的关于构造以及关于操作方法的各种示例和非限制实施例，以及其附加目标和优点。
[0024]动词“包括”在本文档中用作开放限制，其既不排除也不必需其它未引用特征的存在。所附从属权利要求中引用的特征可相互自由组合，除非另外明确规定。而且，应理解，贯穿本文档的“一”或“一个”的使用，即单数形式，不排除多数。
【附图说明】
[0025]下面结合附图来更加详细地解释本发明的示例和非限制实施例及其优点，在附图中:
[0026]图1a图示了根据本发明的示例和非限制实施例的包括同步整流器的谐振转换器的电路图，
[0027]图1b以示例情形示出了图1a中所示的同步整流器的整流开关的电流的交流分量的波形，
[0028]图1c以另一示例情形示出了图1a中所示的同步整流器的整流开关的电流的交流分量的波形，
[0029]图2图示了根据本发明的示例和非限制实施例的同步整流器的电路图，以及
[0030]图3示出了根据本发明的示例和非限制实施例的用于控制同步整流器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]图1a图示说明了根据本发明的示例和非限制实施例的包括同步整流器101的谐振转换器的电路图。谐振转换器包括桥电路114，用于接收输入电压Uin且被布置成生成开关模式电压。在这个示例例子中，桥电路包括一对初级开关115和116。还有可能桥电路是全桥，其包括两对初级开关。初级开关115和116例如可以是金属氧化物半导体场效应晶体管“MOSFET”。谐振转换器包括谐振电路117，其被连接到桥电路114且能够由桥电路驱动。谐振转换器包括变压器118，其包括初级绕组119和次级绕组120和121。初级绕组被连接到谐振电路117。在这个示例例子中，谐振电路117包括电感器126和电容器124和125。初级绕组119的寄生电感与电感器126串联，由此，初级绕组的寄生电感可以被