軟切換同步準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說(shuō)明】軟切換同步準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案主張2012年9月28日提出申請(qǐng)的第61/707，506號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的權(quán)益，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案如同完全陳述一般特此以全文方式并入本文中。本申請(qǐng)案涉及2012年11月8日提出申請(qǐng)的共同讓與、同在申請(qǐng)中的序列號(hào)為13/671,953的美國(guó)專利申請(qǐng)案，所述美國(guó)專利申請(qǐng)案主張2011年11月11日提出申請(qǐng)的第61/558，616號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的權(quán)益，所述申請(qǐng)案如同完全陳述一般特此以全文引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及切換模式的電力供應(yīng)器，特定來(lái)說(shuō)涉及驅(qū)動(dòng)負(fù)載，且更特定來(lái)說(shuō)涉及發(fā)光二極管(LED)的驅(qū)動(dòng)及變暗。
【背景技術(shù)】
[0004]切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)用以經(jīng)由低通濾波器及將半導(dǎo)體裝置(例如功率晶體管(例如，MOSFET))用作開(kāi)關(guān)而將恒定電壓提供到負(fù)載。用以實(shí)施切換模式電力供應(yīng)器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在高頻率(50kHz到數(shù)MHz)下連續(xù)地接通及關(guān)斷以經(jīng)由無(wú)源組件將電能從輸入轉(zhuǎn)移到輸出。
[0005]高輸入電壓電力供應(yīng)器的效率受初級(jí)MOSFET的切換損失限制。切換損失變成高輸入電壓應(yīng)用(汽車(chē)、a/c、工業(yè)等)的主導(dǎo)損失。
[0006]另外，高頻率開(kāi)關(guān)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)電磁干擾(EMI)，此日益成為政府規(guī)制的主題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)實(shí)施例，一種切換電路可包括:變壓器，其具有初級(jí)側(cè)及次級(jí)側(cè)；第一 MOSFET開(kāi)關(guān)，其與所述初級(jí)側(cè)耦合；初級(jí)電流感測(cè)裝置；第二 MOSFET開(kāi)關(guān)，其與所述次級(jí)側(cè)耦合；次級(jí)電流感測(cè)裝置；及控制電路，其用于驅(qū)動(dòng)所述第一及第二 MOSFET開(kāi)關(guān)，其中第一及第二開(kāi)關(guān)被互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)且其中由所述初級(jí)及次級(jí)電流感測(cè)裝置控制所述第一及第二 MOSFET開(kāi)關(guān)的切換。
[0008]根據(jù)又一實(shí)施例，所述初級(jí)及次級(jí)電流感測(cè)裝置各自可包括耦合于接地與所述相應(yīng)的第一或第二 MOSFET開(kāi)關(guān)之間的分路電阻器。根據(jù)又一實(shí)施例，所述切換電路可進(jìn)一步包括耦合到所述次級(jí)電流感測(cè)裝置的電流感測(cè)放大器。根據(jù)又一實(shí)施例，所述切換電路可進(jìn)一步包括接收第一及第二電流感測(cè)信號(hào)且具有與所述控制電路耦合的輸出的比較器。根據(jù)又一實(shí)施例，所述控制電路可包括脈沖寬度調(diào)制器。根據(jù)實(shí)施例，一種電力供應(yīng)電路包含:控制電路；及準(zhǔn)諧振回掃電路，其包含:初級(jí)電路，其由第一晶體管開(kāi)關(guān)控制且包含第一電流感測(cè)裝置；次級(jí)電路，其由第二晶體管開(kāi)關(guān)控制且包含第二電流感測(cè)裝置；及變壓器，其具有初級(jí)側(cè)及次級(jí)側(cè)；其中所述控制電路經(jīng)配置以驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管開(kāi)關(guān)及所述第二晶體管開(kāi)關(guān)，其中所述第一晶體管開(kāi)關(guān)及所述第二晶體管開(kāi)關(guān)被互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)且其中經(jīng)由所述第一及第二電流感測(cè)裝置而控制所述第一晶體管開(kāi)關(guān)及所述第二晶體管開(kāi)關(guān)的切換。
[0009]在一些實(shí)施例中，所述初級(jí)及次級(jí)電流感測(cè)裝置各自包括耦合于接地與所述相應(yīng)的第一或第二晶體管開(kāi)關(guān)之間的分路電阻器。在一些實(shí)施例中，所述電路進(jìn)一步包含耦合到所述第二電流感測(cè)裝置的電流感測(cè)放大器。在一些實(shí)施例中，所述電路包含接收第一及第二電流感測(cè)信號(hào)且具有與所述控制電路耦合的輸出的比較器。在一些實(shí)施例中，所述控制電路包含脈沖寬度調(diào)制器。
[0010]根據(jù)實(shí)施例，一種方法包含:借助初級(jí)開(kāi)關(guān)經(jīng)由回掃變壓器將輸出電容器充電，所述回掃變壓器及所述初級(jí)開(kāi)關(guān)耦合到電源；借助次級(jí)開(kāi)關(guān)經(jīng)由所述回掃變壓器將所述輸出電容器放電，所述回掃變壓器及所述次級(jí)開(kāi)關(guān)耦合到所述輸出電容器；感測(cè)所述初級(jí)開(kāi)關(guān)的電流；感測(cè)所述次級(jí)開(kāi)關(guān)的電流；及驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)開(kāi)關(guān)及所述次級(jí)開(kāi)關(guān)，其中互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)開(kāi)關(guān)及所述次級(jí)開(kāi)關(guān)且其中響應(yīng)于感測(cè)所述初級(jí)開(kāi)關(guān)及所述次級(jí)開(kāi)關(guān)的所述電流而控制所述初級(jí)開(kāi)關(guān)及所述次級(jí)開(kāi)關(guān)的切換。
[0011]在一些實(shí)施例中，使用耦合于接地與所述相應(yīng)的初級(jí)或次級(jí)開(kāi)關(guān)之間的分路電阻器來(lái)完成對(duì)所述初級(jí)開(kāi)關(guān)的所述電流的所述感測(cè)及對(duì)所述次級(jí)開(kāi)關(guān)的所述電流的所述感測(cè)。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包含包括將所述次級(jí)開(kāi)關(guān)的電流放大。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)及次級(jí)開(kāi)關(guān)包含使用脈沖寬度調(diào)制器來(lái)驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)及次級(jí)開(kāi)關(guān)。
[0012]在結(jié)合以下說(shuō)明及附圖考慮時(shí)，將更好地了解及理解本發(fā)明的這些及其它方面。然而，應(yīng)理解，盡管以下說(shuō)明指示本發(fā)明的各種實(shí)施例及其眾多具體細(xì)節(jié)，但其以圖解說(shuō)明方式而非限制方式給出。可在不背離本發(fā)明的精神的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出許多替換、修改、添加及/或重新布置，且本發(fā)明包含所有此等替換、修改、添加及/或重新布置。
【附圖說(shuō)明】
[0013]包含隨附并形成本說(shuō)明書(shū)的部分的圖式以描繪本發(fā)明的特定方面。應(yīng)注意，所述圖式中所圖解說(shuō)明的特征未必按比例繪制。通過(guò)參考結(jié)合附圖的以下說(shuō)明可獲取對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的較完全理解，在所述附圖中相似元件符號(hào)指示相似特征且其中:
[0014]圖1展示高電壓LED驅(qū)動(dòng)的電路圖。
[0015]圖2展示正常準(zhǔn)諧振模式的時(shí)序圖。
[0016]圖3展示同步準(zhǔn)諧振模式的波形。
[0017]圖4展示準(zhǔn)諧振零伏切換回掃拓?fù)涞妮^多細(xì)節(jié)。
[0018]圖5展示與圖4的電路圖相關(guān)聯(lián)的波形。
[0019]圖6展示根據(jù)實(shí)施例的零伏切換的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參考附圖中所圖解說(shuō)明且以下說(shuō)明中所詳述的示范性(且因此非限制性)實(shí)施例，更全面地闡釋本發(fā)明及其各種特征以及有利細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)理解，盡管詳細(xì)說(shuō)明及具體實(shí)例指示優(yōu)選實(shí)施例，但其僅以圖解說(shuō)明方式而非限制方式給出?？墒÷詫?duì)已知編程技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作平臺(tái)及協(xié)議的說(shuō)明以免不必要地在細(xì)節(jié)上使本發(fā)明模糊。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本發(fā)明明了在基本發(fā)明概念的精神及/或范圍內(nèi)的各種替換、修改、添加及/或重新布置。
[0021]根據(jù)各種實(shí)施例，用于控制負(fù)載的裝置具有同步能力以供電壓定位。通過(guò)使用所述裝置來(lái)控制反向電流而提供零電壓切換，借此提高裝置效率且降低EMI。
[0022]更特定來(lái)說(shuō)，切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)架構(gòu)可使用同步SMPS設(shè)計(jì)以將電壓重新定位以使LED變暗。根據(jù)各種實(shí)施例，使用根據(jù)此架構(gòu)的同步開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)磁性裝置加負(fù)載且使用反向能量來(lái)對(duì)MOSFET進(jìn)行軟切換。對(duì)MOSFET進(jìn)行軟切換顯著地提高效率且降低EM10
[0023]圖1中展示驅(qū)動(dòng)負(fù)載102的SMPS 100，所述負(fù)載可體現(xiàn)為多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。電路100包含分別的一對(duì)MOSFET開(kāi)關(guān)SWl、Sff2,回掃變壓器104、輸出電容器Cout及分別用于感測(cè)SWl、SW2的輸出處的電流的感測(cè)電阻器Rp、Rs。
[0024]在正常準(zhǔn)諧振模式中，在于SWl的漏極上檢測(cè)到振鈴波形之后將初級(jí)開(kāi)關(guān)SWl接通。SWl上的振鈴是由于缺乏經(jīng)由SW2的體二極管(BD_2)將次級(jí)繞組箝位到Vout的磁化電流而由回掃變壓器104的去磁而引起的。
[0025]SW2提供供電流沿將Qjut充電的“正?！狈较蛄鲃?dòng)的路徑。在此情形中，在鐵心中的能量達(dá)到零時(shí)，SW2提供供Cott沿反向方向(反向電流)驅(qū)動(dòng)所述鐵心的路徑。通過(guò)沿反向方向操作回掃變壓器104，可使用所存儲(chǔ)的此能量來(lái)對(duì)SW2漏極電壓進(jìn)行復(fù)位或?qū)W2漏極電壓箝位到OV或低于接地的二極管壓降。此強(qiáng)制SWl開(kāi)關(guān)的軟切換，從而消除切換損失且顯著地降低由于MOSFET的切換電壓(硬切換)而由高dv/dt引起的EMI。
[0026]圖2圖解說(shuō)明圖1的電路的示范性波形。在于V_Drain上檢測(cè)到振鈴之后，SW1_Drive (表示圖1的Vext)將SWl驅(qū)動(dòng)為接通。Iswi對(duì)應(yīng)于IP或初級(jí)電流(圖1)。二極管2電流Idiqde2對(duì)應(yīng)于ISN或次級(jí)電流(圖1)。
[0027]圖1的電路因此形成準(zhǔn)諧振回掃轉(zhuǎn)換器。如將在下文更詳細(xì)地論述，實(shí)施例實(shí)施同步準(zhǔn)諧振電路。一般來(lái)說(shuō)，高電壓拓?fù)洳⒉皇芤嬗诖送讲僮鳌Ｔ谶m當(dāng)時(shí)間強(qiáng)制反向電流且將SW2關(guān)斷是重要的，此需要相應(yīng)電流感測(cè)及快速低偏移比較器。
[0028]根據(jù)各種實(shí)施例，同步變暗方法用于零伏切換。添加同步開(kāi)關(guān)以將用于LED變暗的輸出電壓定位。所述方法進(jìn)一步用以產(chǎn)生用于多個(gè)LED串的“方形”波電流驅(qū)動(dòng)器。所述同步開(kāi)關(guān)用以使來(lái)自所存儲(chǔ)輸出電容器的能量反向。所述所存儲(chǔ)能量用以將初級(jí)FET上的電容放電。此導(dǎo)致零電壓切換，如圖3中所展示。
[0029]此各種實(shí)施例對(duì)具有雙向或同步能力的可變頻率轉(zhuǎn)換器起作用。高輸入電壓、低到中電力應(yīng)用接收最大益處。許多同步拓?fù)淇墒芤嬗诖烁拍?回掃、升壓式、SEPIC、庫(kù)克(Cuk)等)。
[0030]圖4中展示圖1中所展示的實(shí)施例的較詳細(xì)電路，特定來(lái)說(shuō)關(guān)于電流感測(cè)。
[0031]展不了:初級(jí)電路，其包含晶體管Qp ;及次級(jí)電路，其包含晶體管Qs ;回掃變壓器104 ;輸出電容器Cout ;及感測(cè)電阻器Rp、Rs，其分別用于感測(cè)SWl (Qp)、SW2 (Qs)的輸出處的電流。如所展示，對(duì)初級(jí)電路(Ip)及次級(jí)電路(Is)的電流感測(cè)進(jìn)行比較，且將所得控制信號(hào)饋送到脈沖寬度調(diào)制器PWM 404?隨后，PWM邏輯提供Vswi及V SW2控制驅(qū)動(dòng)電壓。
[0032]在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，將來(lái)自Qp的電流Ip提供到比較器410。將來(lái)自Qs的電流Is提供到包含放大器406及408的放大濾波器電路402。放大器電路406用以增益電流感測(cè)信號(hào)，這是因?yàn)槭褂玫椭惦娮杵鱽?lái)保持高效率。放大器408用以使用傳統(tǒng)誤差放大器Vkef及來(lái)自放大器406的反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED電流。
[0033]另外，去飽和比較器405可將QRS輸出提供到PWM 404以檢測(cè)零變壓器能量(即，用以使電流反向以進(jìn)行輸出電壓定位/零伏切換)。
[0034]在圖4中指示在切換循環(huán)期間電路內(nèi)的正常電流流動(dòng)。在將SWl(Qp)接通時(shí)，電流流動(dòng)穿過(guò)晶體管Qp穿過(guò)變壓器繞組104。電流Ip經(jīng)接收作為到比較器410的輸入。電容器Cout將負(fù)載102放電并激活。