在非同步模式中使用同步转换器以防止在电池充电期间的电流反向的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及切换模式电力供应器(SMPS)电池充电器，且更特定来说涉及一种在非同步模式中使用同步SMPS以防止在电池充电期间的电流反向的方式。
【背景技术】
[0002]高电力切换模式电力供应器(SMPS)电池充电器需要同步整流转换器以达成高效率。然而，当同步整流转换器在不连续导电模式(DCM)中操作时，存在同步整流转换器将从正在充电达短时间段的电池汲取电流并将所述电流注入到同步整流转换器的输入侧(电源)中的可能性。另外，SMPS的效率受损，这是因为整流晶体管可在DCM操作期间使输出电容器放电。此现象被称作电池电流反向并可导致对SMPS的同步整流转换器的损毁。当在非同步整流转换器中使用二极管整流时，从不发生SMPS中的电池电流反向，这是因为与允许电流在两个方向上流动的电力金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比，二极管仅使电流在一个方向(正确方向)上流动。但当在SMPS电池充电器中使用非同步整流转换器来代替较高效同步整流转换器时，效率是较差的。此在设计高电力电容电池充电器(例如，电动交通工具充电站)时是极重要的。
[0003]对电池电流反向的上述问题的现有技术解决方案是将电力二极管放置成与正在充电的电池串联，但此并非理想解决方案，这是因为电力二极管将在高电流电池充电电平下耗散大量电力。另一现有技术解决方案是将高电流开关放置成与正在充电的电池串联，但需要额外组件，其中高电力组件可为昂贵的。又一现有技术解决方案是迫使正常同步整流转换器进入二极管仿真操作模式以便模拟其非同步操作。此需要极快速比较器来检测SMPS电感器电流在何时下降到实质上零且接着在其后同期地停用低侧电力M0SFET，直到又存在电感器电流为止。
【发明内容】
[0004]因此，需要一种在可导致高电力SMPS电池充电器的不连续操作模式的低电流或无电流操作期间维持所述高电力SMPS电池充电器的高效率而不需要从正在充电的电池汲取电流的方式。
[0005]根据一实施例，一种具有可选择非同步及同步转换器模式的切换模式电力供应器(SMPS)可包括:尚侧电力晶体管；低侧电力晶体管，其与所述尚侧电力晶体管串联親合，其中所述高侧电力晶体管还可耦合到电源且所述低侧电力晶体管还可耦合到共用电源；电力二极管，其与所述低侧电力晶体管并联耦合；滤波电容器；电力电感器，其具有耦合到所述高侧电力晶体管与所述低侧电力晶体管之间的结的第一端及耦合到所述滤波电容器的第二端；电流传感器；及电力控制器，其具有耦合到所述高侧电力晶体管的控制输入的高驱动输出、耦合到所述低侧电力晶体管的控制输入的低驱动输出、耦合到所述滤波电容器的电压感测输入及耦合到所述电流传感器的电流感测输入；其中当由所述电流传感器测量的电流可能小于特定电流值时，所述电力控制器仅接通及关断所述高侧电力晶体管且使所述低侧电力晶体管维持关断，且当由所述电流传感器测量的所述电流可能等于或大于所述特定电流值时，所述电力控制器接通及关断所述高侧电力晶体管且关断及接通所述低侧电力晶体管，借以当所述高侧电力晶体管可能接通时，所述低侧电力晶体管能够关断，且当所述高侧电力晶体管可能关断时，所述低侧电力晶体管能够接通。
[0006]根据另一实施例，当所述高侧电力晶体管及所述低侧电力晶体管两者可能在所述电力晶体管中的一者可能被返回接通之前均是关断时，所述控制器提供停滞时间。根据另一实施例，所述高侧电力晶体管及所述低侧电力晶体管可为电力金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)，且所述电力二极管包括所述低侧电力MOSFET的主体二极管。根据另一实施例，所述电力控制器包括脉冲宽度调制(PWM)产生器及双电力晶体管驱动器。根据另一实施例，所述电力控制器包括微控制器。根据另一实施例，电池可耦合到所述电力电感器的所述第二端，其中借此可为所述电池充电。根据另一实施例，所述特定电流值可实质上小于所述SMPS的最大电流值。根据另一实施例，所述特定电流值可大于零安培。根据另一实施例，当由所述电流传感器测量的所述电流可能小于所述特定电流值时，所述SMPS可在所述非同步转换器模式中操作。根据另一实施例，当由所述电流传感器测量的所述电流可能等于或大于所述特定电流值时，所述SMPS可在所述同步转换器模式中操作。
[0007]根据另一实施例，一种具有可选择非同步及同步转换器模式的切换模式电力供应器(SMPS)可包括:高侧电力晶体管；低侧电力晶体管，其与所述高侧电力晶体管串联耦合；电力二极管，其与所述低侧电力晶体管并联耦合；滤波电容器，其与所述串联连接的高侧电力晶体管及低侧电力晶体管并联耦合；电力电感器，其具有耦合到所述高侧电力晶体管与所述低侧电力晶体管之间的结的第一端及耦合到电源的第二端；电流传感器；及双电力晶体管驱动器，其具有耦合到所述高侧电力晶体管的控制输入的高驱动输出、耦合到所述低侧电力晶体管的控制输入的低驱动输出及适于接收三个电压电平的脉冲宽度调制(PWM)输入，其中当所述PWM输入可能处于低逻辑电平时，可断言所述低驱动输出且所述低侧电力晶体管可为接通的，当所述PWM输入可能处于高逻辑电平时，可断言所述高驱动输出且所述高侧电力晶体管可为接通的，且当所述PWM输入可能处于半逻辑电平时，可撤销断言所述高驱动输出及所述低驱动输出两者且所述高侧电力晶体管及所述低侧电力晶体管两者可为关断的；第一电阻器及第二电阻器，其具有耦合到所述双电力晶体管驱动器的所述PWM输入的第一端，其中所述第一电阻器及所述第二电阻器可为实质上相同的电阻；及微控制器，其具有耦合到所述第一电阻器的第二端的PWM输出、耦合到所述第二电力电阻器的第二端的数字输出、耦合到所述滤波电容器的电压感测输入及耦合到所述电流传感器的电流感测输入；其中所述微控制器从其所述PWM输出供应PWM信号且具有通过将所述滤波电容器上的电压与电压参考进行比较而确定的工作循环；其中当由所述电流传感器测量的电流可能小于特定电流值时，来自所述数字输出的逻辑电平可与来自所述PWM输出的逻辑电平相反且所述PWM输入可处于所述半逻辑电平，且当由所述电流传感器测量的所述电流可能等于或大于所述特定电流值时，来自所述数字输出的所述逻辑电平可处于与来自所述PWM输出的所述逻辑电平相同的逻辑电平，且所述PWM输入可处于与来自所述微控制器的所述PWM输出相同的逻辑电平。
[0008]根据另一实施例，所述高侧电力晶体管及所述低侧电力晶体管是电力金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)，且所述电力二极管包括所述低侧电力MOSFET的主体二极管。根据另一实施例，电池可耦合到所述滤波电容器，其中借此可为所述电池充电。根据另一实施例，所述特定电流值可实质上小于所述SMPS的最大电流值。根据另一实施例，所述特定电流值可大于零安培。根据另一实施例，当由所述电流传感器测量的所述电流可能小于所述特定电流值时，所述SMPS可在所述非同步转换器模式中操作。根据另一实施例，当由所述电流传感器测量的所述电流可能等于或大于所述特定电流值时，所述SMPS可在所述同步转换器模式中操作。
[0009]根据又一实施例，一种用于优化切换模式电力供应器(SMPS)的效率的方法可包括以下步骤:当正从所述SMPS供应的电流可能小于特定电流值时，在非同步模式中操作所述SMPS ;及当正从所述SMPS供应的所述电流可能等于或大于所述特定电流值时，在同步模式中操作所述SMPS。
[0010]根据所述方法的另一实施例，当所述SMPS可能在所述同步模式中操作时，高侧电力晶体管及低侧电力晶体管能够交替地接通及关断。根据所述方法的另一实施例，当所述SMPS可能在所述非同步模式中操作时，仅所述高侧电力晶体管能够接通及关断且所述低侧电力晶体管可保持关断。
【附图说明】
[0011]参考连同附图一起进行的以下描述可更完全地理解本发明，附图中:
[0012]图1图解说明具有非