用于同步整流器的自供电的制作方法
【专利摘要】本公开涉及用于同步整流器的自供电。其中具有隔离拓扑的电源转换器可包括初级侧和次级侧。次级侧包括自供电同步整流器。同步整流器包括至少具有漏极和栅极的同步整流器晶体管、至少具有耦合至同步整流器晶体管的漏极的输入端的电压调节器、以及至少具有耦合至同步整流器晶体管的漏极的漏极的辅助晶体管。辅助晶体管与同步整流器晶体管位于相同裸片上。同步整流器还包括至少具有耦合至辅助晶体管的栅极的输出端的钳位器件以及栅极驱动器电路，栅极驱动器电路至少具有耦合至电压调节器的输出的电源输入端和耦合至同步整流器晶体管的栅极的输出端。
【专利说明】
用于同步整流器的自供电
技术领域
[0001]本发明涉及电源转换器，更具体地，涉及具有隔离拓扑的电源转换器。
【背景技术】
[0002]具有隔离拓扑的电源转换器的次级侧上的整流通常利用一个(或多个)二极管来实现。然而，具有隔离拓扑的电源转换器的次级侧上的二极管整流器可以用同步整流器来代替，其可以是代替标准二极管使用的任何适当类型的功率晶体管。同步整流器通常是硅功率MOSFET。由于电源转换器中的切换的特性，同步整流器的控制会非常困难并且会要求额外的硬件。
【发明内容】
[0003]—般来说，本公开的目的在于提供具有隔离拓扑的电源转换器可包括初级侧和次级侧的方法和设备。次级侧包括自供电同步整流器。自供电同步整流器包括至少具有漏极和栅极的同步整流器晶体管。自供电同步整流器还包括电压调节器，其中电压调节器至少具有输入端以及输出端，输入端耦合至同步整流器晶体管的漏极。电压调节器包括辅助晶体管，其中辅助晶体管至少具有耦合至同步整流器晶体管的漏极的漏极。辅助晶体管与同步整流器晶体管位于相同裸片上。自供电同步整流器还包括钳位器件，其中钳位器件至少具有耦合至辅助晶体管的栅极的输出。自供电同步整流器还包括栅极驱动器电路，其中栅极驱动器电路至少具有耦合至电压调节器的输出的电源输入端以及耦合至同步整流器晶体管的栅极的输出端。
[0004]在一些示例中，一种设备包括具有隔离拓扑的电源转换器。电源转换器包括初级侧和次级侧。次级侧包括自供电同步整流器。自供电同步整流器包括:同步整流器晶体管，至少具有漏极和栅极；电压调节器，至少输入端以及输出端，输入端具有耦合至同步整流器晶体管的漏极，其中电压调节器包括辅助晶体管，辅助晶体管至少具有漏极以及栅极，辅助晶体管的漏极耦合至同步整流器晶体管的漏极，其中辅助晶体管与同步整流器晶体管位于相同的裸片上;钳位器件，至少具有耦合至辅助晶体管的栅极的输出端；以及栅极驱动器电路，至少具有耦合至电压调节器的输出的电源输入端以及耦合至同步整流器晶体管的栅极的输出端。
[0005]在一些示例中，一种方法包括:使用栅极驱动器电路来驱动同步整流器晶体管的栅极，其中同步整流器晶体管是具有隔离拓扑的电源转换器的次级侧的一部分;使用电压调节器来将同步整流器晶体管的漏极处的电压转换为调节电压，其中电压调节器包括辅助晶体管，辅助晶体管的漏极耦合至同步整流器晶体管的漏极，并且其中辅助晶体管与同步整流器晶体管位于相同的裸片上;钳位辅助晶体管的栅极处的电压；以及将调节电压提供给栅极驱动器电路作为栅极驱动器电路的电源。
[0006]在以下附图和说明书中详细阐述本公开的一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将根据说明书、附图和权利要求而明确。
【附图说明】
[0007]参照以下附图描述本公开的非限制性和非详尽示例。
[0008]图1是示出包括同步整流器的电源转换器的示例的框图。
[0009]图2是示出图1的电源转换器的示例可采用的处理的示例的流程图。
[0010]图3是示出图1的电源转换器的示例的框图，其中电源转换器是在电源转换器的次级侧处具有中心抽头整流器的LLC转换器，其中自供电同步整流器表示为次级侧处的地。
[0011]图4是示出图1的电源转换器的示例的框图，其中该电源转化器是在电源转换器的次级侧处具有中心抽头整流器的LLC转换器，其中自供电同步整流器用作浮置二极管。
[0012]图5是示出图1的电源转换器的示例的框图，其中该电源转化器是具有次级全桥整流的LLC转换器。
[0013]图6是示出图1的同步整流器的示例的框图。
[0014]图7是示出图6的同步整流器的示例的框图。
[0015]图8是示出图6的电压调节器和钳位器件的另一示例的框图。
[0016]图9是示出图6的电压调节器和钳位器件的又一示例的框图。
[0017]图10是示出图7的同步整流器的示例的框图。
[0018]图11是示出根据本公开的一些方面的图7的同步整流器的另一示例的框图。
【具体实施方式】
[0019]将参照附图详细描述本公开的各个示例，其中类似的参考标号在多幅图中表示类似的部件和组件。参照各个示例不用于限制本公开的范围，仅通过所附权利要求的范围来限定本公开的范围。此外，说明书中阐述的任何示例不用于限制，并且仅阐述本公开的许多可能示例中的一些。
[0020]在说明书和权利要求中，以下术语至少采用与本文明确相关联的含义，除非另有指定。以下表示的含义不是必须限制该术语，而是仅提供用于术语的示例。“一个”和“该”的含义包括多个，并且“中”的含义包括“中”和“上”。本文使用的表述“在一个实施例中”或“在一个示例中”不是必须表示相同的示例或示例，尽管可以表示相同的示例或示例。类似地，当多次使用时，本文使用的表述“在一些实施例中”或“在一些示例中”不是必须表示相同的示例或示例，尽管可以表示相同的示例或示例。如本文所使用的，术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等效于术语“和/或”，除非另有明确指定。术语“部分地基于”、“至少部分地基于”或“基于”不是排除性的，并且允许基于没有描述的附加因素，除非另有明确指定。在适当的情况下，术语“栅极”是覆盖“栅极”和“基极”的一般性术语;术语“源极”是覆盖“源极”和“发射极”的一般性术语；以及术语“漏极”是覆盖“漏极”和“集电极”的一般性术语。术语“耦合”至少表示所连接项之间的直接电连接或者通过一个或多个无源或有源中间器件的间接连接。术语“信号”至少表示一种电流、电压、电荷、温度、数据或其他信号。
[0021]图1是示出电源转换器100的示例的框图，其包括初级侧101和次级侧102，其中次级侧102包括同步整流器110。在一些示例中，同步整流器110是自供电同步整流器，其包括同步整流器晶体管M1、电压调节器120、钳位器件130和栅极驱动器电路140。电压调节器120包括辅助晶体管M2。辅助晶体管M2与同步整流器晶体管Ml位于相同的裸片上。
[0022]在图1的示例中，晶体管Ml至少具有耦合至节点NI的源极、耦合至节点N2的漏极以及耦合至节点N4的栅极。晶体管M2至少具有耦合至节点N2的漏极和耦合至节点N5的栅极。栅极驱动器140至少具有耦合至节点N3的电源输入端和耦合至节点N4的输出端。钳位器件130至少具有耦合至节点N5的输出端。电压调节器120具有耦合至节点N2的输入端和耦合至节点N3的输出端。电压调节器120被布置为在电压调节器120的输出端处提供调节电压VCC。
[0023]图1表示电源转换器100的各个开放性示例，其不是必须示出电源转换器100中存在的所有部件或连接。不具有图1中的连接的节点不是必须是浮置节点，并且图1中没有示出的器件不用于表示完整的功能必须在不具有这些器件的情况下实现。此外，图1是用于包括许多不同示例的开放性示图，以下详细讨论所示和所讨论的多个这样的示例。
[0024]图2是示出图1的电源转换器100的示例所采用的处理250的示例的流程图。在开始块之后，栅极驱动器电路(例如，图1的栅极驱动器电路140)驱动同步整流器晶体管(例如，图1的晶体管Ml)的栅极(251)。同步整流器晶体管(例如，晶体管Ml)位于具有隔离拓扑的电源转换器(例如，图1的电源转换器100)的次级侧(例如，图1的次级侧102)。
[0025]接下来，电压调节器(例如，图1的电压调节器120)将同步整流器晶体管(例如，晶体管Ml)的漏极处的电压转换为调节电压(例如，图1的电压VCC)(252)。电压调节器(例如，120)包括辅助晶体管(例如，图1的晶体管M2)，其漏极耦合至同步整流器晶体管(例如，Ml)的漏极。此外，辅助晶体管(例如，M2)与同步整流器晶体管(例如，Ml)位于相同的裸片上。
[0026]然后，钳位器件(例如，图1的钳位器件130)钳位辅助晶体管(例如，晶体管M2)的栅极处的电压(253)。接下来，电压调节器(例如，图1的电压调节器120)提供调节电压(例如，VCC)给栅极驱动器电路(例如，140)作为栅极驱动器电路的电源(254)。该处理然后前进到返回块，在该处重新开始其他处理。
[0027]图3是示出负载Loadl和电源转换器300的示例的框图，其中电源转换器300可用作图1的电源转换器100的示例，电源转换器(300)是在电源转换器的次级侧处具有中心抽头整流器的LLC整流器，其中自供电同步整流器(Dr Synkl和Dr Synk2)表示为次级侧(302)处的地。电源转换器300还包括变压器Tr。初级侧301的示例包括输入电压源Vin、初级侧控制器303、电容器Cin、电容器Cr、电感器Lr和Lm、开关IlsSw和开关LsSw。次级侧302的示例包括输出电容器Cout、自供电同步整流器DrSynkl和自供电同步整流器DrSynk2。自供电同步整流器DrSynkl和DrSynk2是图1的自供电同步整流器110的示例。图3示出了使用在次级侧(302)处具有中心抽头整流器的谐振LLC转换器(300)的示例，其中自供电同步整流器DrSynkl和DrSynk2被称为次级侧(302)处的地。在一些示例中，初级侧控制器303被布置为将HVM信号PffMSignall提供给开关HsSw的栅极以及将PffM信号PWMSignal2提供给开关LsSw的栅极。
[0028]图4是示出负载Loadl和电源转换器400的示例的框图，其中电源转换器400可用作图1的电源转换器100的示例，其中该电源转换器是在电源转换器(400)的次级侧(402)处具有中心抽头整流器的LLC转换器，具有用作浮置二极管的自供电同步整流器(DrSynkl和DrSynk2)。在电源转换器400中，如图4所示，自供电同步整流器(DrSynkI和DrSynk2)可用作浮置二极管。在一些示例中，类似于图3的电源转换器300，电源转换器400是具有次级中心抽头整流器(DrSynkl和DrSynk2)的LLC开关模式电源(SWPS)。
[0029]图5是示出负载Loadl和电源转换器500的示例的框图，其中电源转换器500可用作图1的电源转换器100的示例，其中电源转换器(500)是具有次级全桥整流的LLC转换器。在一些示例中，次级侧502还包括自供电整流器DrSynk3和DrSynk4。类似于电源转换器400，在一些示例中，电源转换器500将同步整流器(DrSynkl、DrSynk2、DrSynk 3和DrSynk4)用作浮置二极管。在一些示例中，电源转换器500的次级侧502采用全桥同步整流拓扑。
[0030]在一个示例中，电源转换器500包括两个低侧自供电同步整流器510和两个高侧自供电同步整流器510。在一些示例中，低侧自供电同步整流器共享公共的槽路电容器Ctank。
[0031]图3至图5示出了电源转换器100的示例的拓扑，其中可采用一个或多个自供电同步整流器110的示例。然而，这些示例不是限制性的，并且可以采用任何其他适当的隔离电源转换器拓扑，例如包括返驰(flyback)拓扑。
[0032]图6是示出同步整流器600的示例的框图，其可用作图1的自供电同步整流器100的示例。同步整流器600可进一步包括槽路电容器CTank。同步整流器晶体管Ml可以包括体二极管Dl。栅极驱动器640可以包括控制和驱动电路641。
[0033]同步整流器600还能够实现用于基于集成在主同步整流器中的一些辅助部件获取用于同步整流器控制器和/或驱动器的电源的方式。在一些示例中，同步整流器晶体管Ml的漏极和源极之间的截止状态反相电压可用作电位差，从中获取当晶体管Ml处于截止状态时用于控制器和驱动电路641的能量以及对电容器Ctank进行充电。在一些示例中，控制和驱动电路641被布置为导通和截止晶体管Ml的栅极并且在晶体管Ml导通时驱动晶体管Ml的栅极。在一些示例中，利用50%占空比的信号控制晶体管Ml的栅极，但本公开不限于此，可以采用信号的其他示例。在一些示例中，利用近似50%的占空比的脉宽调制(PffM)信号来驱动晶体管Ml的栅极。
[0034]如下在一些示例中，当Ml处于“截止”状态时晶体管Ml两端的电压可用于供应控制和驱动器电路641并对电容器Ctank进行充电。当晶体管Ml处于截止状态时，晶体管Ml的Vds轻微为负。当晶体管Ml处于截止状态时，节点N2处(Ml的漏极处)的电压非常高。电容器Ctank被布置为存储能量以在晶体管Ml处于导通状态时供应控制和驱动电路641。与反向电压值无关，用于控制和驱动电路641的电源电压(Vcc)可以被调节为较低值以允许使用用于控制和驱动电路641的控制器/驱动器实施的低压技术。电压调节器620被布置为减小最大VKA电压(S卩，节点NI和节点NI之间的压降)，供应控制和驱动电路641，对槽路电容器CTank进行充电，并在VKA为负的半周期中抑制槽路电容器CTank的放电。
[0035]尽管在图6中未示出，但如其他附图所示以及上文和下文所讨论的，电压调节器620可以包括晶体管M2。此外，晶体管M2和晶体管Ml可以形成在相同的裸片上。然而，控制和驱动器电路641中的驱动和感测电路仍然可以形成在不同裸片上，但彼此相同和/或与晶体管Ml和M2—样布置在相同的封装件上，它们可以完全是单片的(S卩，在相同裸片上)，或者甚至可以如完全分立的解决方案一样为分离的实体。
[0036]虽然晶体管Ml和M2在一些示例中可以为MOS器件，但在各个示例中可以使用其他电源器件代替晶体管Ml和M2。这些示例和其他示例均包括在本公开的范围和精神内。
[0037]自供电同步整流器610的示例可以用于为任何种类的集成SR及其切换、驱动和控制电路提供电源。在各个示例中，同步整流器610可以被外部控制或者自驱动并利用不同的电源器件来实现。
[0038]在一些示例中，同步整流器610使用的自供电方法基于作为用于电压调节器(例如，电压调节器620)的通过元件的同步整流器有源器件的部分的使用并且不要求用于驱动和控制SR电源器件的复杂外部硬件和高压技术。在一些示例中，同步整流器610还提供用于同步整流器的不同电压等级的模块化方法。例如，在一些示例中，如果驱动器电路被设计用于特定的电压电平，则在使用不同电压电平的情况下驱动器电路不是必须改变的，并且被设计用于特定电压电平的相同驱动器电路可用于另一电压电平。以这种方式，不论使用的特定高压如何，相同的驱动器都可用于驱动同步整流器并且驱动器不是必须被重新设计。
[0039]在一些示例中，自供电方法使得同步整流器610为真实的有源二极管，并且系统设计者不需要关注其电源。
[0040]同步整流器610的使用不限于同步整流器的一个端子连接至地的应用。例如，同步整流器610的一些示例还被用于在高侧(HS)环境下使用同步整流器的应用中。
[0041 ] 此外，同步整流器610的示例可用于要求硬件简化和减少的应用，因为这些应用不能够承担实现对同步整流器供电所要求的难处理且复杂的电路。例如，在涉及太阳能微型逆变器的应用中，同步整流器的自供电可以提供更高的可靠性，并且在涉及焊接的应用中，同步整流器的自供电可以提供更轻的设备来承载。
[0042]图7是示出同步整流器710的示例的框图，其可以用作图6的同步整流器610的示例。在一些示例中，电压调节器720包括晶体管M2、二极管D2和电阻器R1。在一些示例中，钳位器件630包括齐纳二极管DZl。
[0043]在一些示例中，如图7所示，电压调节器720被布置为简单的开环线性调节器，其在一些示例中被布置为如下进行操作。齐纳二极管DZl被布置为为电压调节器720提供参考。电阻器Rl被布置为用于DZl的偏置元件以及用于晶体管M2的栅极的上拉和/或偏置。在一些示例中，电阻器Rl是高欧姆电阻器。晶体管M2是电源器件，其被布置为必须抵抗节点N2处的电压与调节Vcc电位之间的电压差的传输元件。二极管D2被布置为在晶体管Ml导通且节点N2处的电位下降到零以下的同时避免存储在电容器CTank中的能量的放电。即，二极管D2被布置为在晶体管Ml导通的同时将电容器Ctank与节点N2隔离。
[0044]当晶体管Ml截止时，节点N2处的电压增加，电阻器Rl被上拉，并且电流开始流过齐纳二极管DZ1。因此，晶体管M2的栅极的节点N5处的电压增加。节点N5处的电压增加，直到节点N5处的电压达到Vcc加上二极管D2两端的二极管压降。此时，晶体管M2开始导通并将电流从节点N2传送至电容器Ctank或者传输至控制和驱动电路741。
[0045]当晶体管Ml导通时，节点N2处的电压下降，晶体管M2的漏极处的电压也下降，并且使晶体管M2的栅极也下降，直到二极管D2处于反向偏置条件为止。当二极管D2为反向偏置时，没有电流流入槽路电容器Ctank，并且晶体管M2完全截止，使得没有电流可从电容器Ctank流回到节点NI或节点N2。因此，节点N2动态增加或下降，并且动态地导通和截止晶体管M2以将电流传导至槽路电容器Ctank，但是不从槽路电容器Ctank传导至节点NI或节点N2o
[0046]晶体管M2与晶体管Ml集成到相同的裸片上。在一些示例中，上拉电阻器Rl(以及可能的其他部件)也集成到与晶体管Ml和M2相同的裸片上。晶体管Ml和M2具有相同的电压等级。晶体管M2可抵抗的电压与晶体管Ml可抵抗的电压相同。
[0047]在各个示例中，钳位电路730可以包括齐纳二极管(如图所示)，或者可以是与齐纳二极管不同的电路或者包括附加部件。例如，钳位电路730可以是比齐纳二极管更复杂的参考/钳位结构。
[0048]在各个示例中，电阻器Rl可以被不同的部件(诸如电容器或者用于偏置晶体管M2的栅极的其他适当元件)代替。在各个示例中，二极管D2可以被操作为二极管的不同元件(诸如被配置为二极管的晶体管)代替。
[0049]尽管图7示出了电压调节器720的一个具体示例，但可以使用任何适当的电压调节器结构，其中晶体管Ml和M2位于相同裸片上。
[0050]控制和驱动电路740被布置为确定何时导通晶体管Ml，确定何时截止晶体管Ml，以及当晶体管Ml导通时驱动晶体管Ml。包括同步整流器710的电源转换器的一些示例可以仅包括一个同步整流器710。包括同步整流器710的电源转换器的其他示例可以包括两个或更多个同步整流器710。一些示例包括两个同步整流器，这两个同步整流器近似180度异相。
[0051]在包括近似180度异相的两个同步整流器的这些示例中的一些示例中，控制和驱动电路871可以如下确定导通时间。当晶体管Ml截止以及另一个180度异相同步整流器截止时，晶体管Ml的漏极处的电压将开始非常快速地下降。晶体管Ml的漏极处的电压下降直到二极管Dl被正向偏置，此时二极管Dl开始利用晶体管Ml的漏极处的电压使其电压增加。以这种方式，晶体管M2的栅极处的电压跟随一个二极管压降内的节点N2处的电压。因此，在这些示例中，晶体管M2的栅极处的电压可以被监控以确定何时导通Ml。只要晶体管M2的栅极在VCC下方下降一个二极管压降，晶体管Ml就可以导通。可选地，在一些示例中，M2的源极可以以类似方式进行监控。在一些示例中，当晶体管M2的源极电压小于预定的电压电平时，晶体管Ml导通。
[0052]图8是示出电压调节器820和钳位器件830的另一示例的框图，它们可以用作图6的电压调节器620和钳位器件630的示例。钳位器件830可以包括齐纳二极管DZl。电压调节器820可以包括晶体管Maux、二极管D1、晶体管Tl以及电阻器Rl和R2。晶体管Maux是图6的晶体管M2的示例。
[0053]在一些示例中，电压Vin(节点NI和N2之间的电压)是方波。在一些示例中，电压调节器820被布置为低压降线性调节器，其将η沟道器件(例如，晶体管Tl)用作传输元件。
[0054]在图8中示出了一个这样的示例，其中二极管Dl和D2、电容器Cl和Maux的电容Cdg被布置为一起操作为给晶体管Maux的栅极供电的电荷栗，其中晶体管Maux被布置为传输元件。在一些示例中，包括二极管Dl和D2、电容器C2以及Maux的电容Cdg的电荷栗通过节点NI和Ν2两端的方波(电压Vin)来驱动。
[0055]图9是示出电压调节器920和钳位器件930的示例的框图，它们可用作图6的电压调节器620和钳位器件630的示例。钳位器件930可以包括齐纳二极管DZ2。电压调节器820可以包括晶体管Maux、二极管Dl和D2和D3、晶体管Tl、齐纳二极管Dl、电容器Cl和C2以及电阻器RI和R2。晶体管Maux是图6的晶体管的M2的示例。
[0056]电压调节器920类似于图8的电压调节器820，但是包括电荷栗的另一示例。图9示出了不同的方式来引导(bootstrap)传输元件的栅极并在其上存储电荷以实现具有η沟道器件的低压降调节器。在各个其他示例中，可以采用引导传输元件的栅极并在其上存储电荷以实现具有η沟道器件的任何其他适当的方式。这些示例和其他示例均包括在本公开的范围和精神内。
[0057]在各附图中示出并在上面讨论了作为图1的电压调节器120和/或图6的电压调节器620的示例的电压调节器的各种类型。然而，本公开不限于此，并且可以使用电压调节器的其他适当类型，诸如线性电压调节器、电荷栗、切换调节器等。
[0058]图10是示出同步整流器1010的示例的框图，其可以用作图7的同步整流器710的示例O在一些示例中，同步整流器1010还包括晶体管Ms O晶体管Maux还包括体二极管Dla，并且晶体管Ms还包括体二极管DlS。在一些示例中，晶体管Ml、Ms、Maux和Rl集成到集成电路ICl上，并且齐纳二极管DZl、二极管D2、电容器控制和驱动电路1041集成到集成电路IC2上。在一些示例中，控制和驱动器电路1041包括比较器onCmp、比较器OffCmp、感测放大器CsenseAmp、电阻器Rf、栅极驱动器G_Drv和晶体管M3。
[0059]在一些示例中，ICl是以用于分立垂直功率MOS的技术实施的高压芯片。在一些示例中，晶体管Ml被布置为操作为主同步整流器(SR)电源器件，晶体管Ms被布置为操作为电流感测元件，晶体管Maux被布置为操作为线性调节器传输元件，以及电阻器Rl被布置为操作为用于晶体管Maux的偏置电阻器。
[0060]在一些示例中，IC2是用于控制和驱动晶体管Ml的低压芯片。在一些示例中，放大器CsenseAmp被布置为测量晶体管Ml的源极电流。在一些示例中，比较器OnCmp被布置为检测导通示例。在一些示例中，比较器OffCmp被布置为检测截止示例。在示例中，导通/截止控制块1060包括管理导通和截止命令和安全信号的逻辑。在一些示例中，栅极驱动器电路G_Drv被布置为操作为用于晶体管Ml的栅极的驱动电路。
[0061]通过在两个IC之间划分用于控制/驱动的低压和用于电源的高压，同步整流器1010可以提供非常良好的灵活性以及高性能和控制。同步整流器1010可以布置为低损失二极管。此外，可以容易地通过仅替代ICl来改变电压等级。IC2可以使用低压技术。在一些示例中，IC2不需要利用不同的电压等级来改变，并且可以利用任何适当的电压等级来使用，因为ICl为IC2在适当的电压电平处提供Vcc而不论ICl接收的电压电平如何。此外，用于IC2的具有高逻辑密度的低压技术可以允许实施复杂和高性能控制、监控和通信功能。
[0062]在一些示例中，槽路电容器CTank被集成到系统封装件中。在这些示例的一些示例中，同步整流器1010是两端子器件，其可以用作传统二极管的一对一替换。
[0063]在一些示例中，具有集成的电源使得可能根据操作条件调制同步整流器1010的驱动电压并使系统效率最大化。多个信息源可用于该目的，包括电流、温度、来自外部控制器的逻辑信号等。
[0064]在电流感测可用于控制和驱动电路1041的同步整流器1010的示例中，栅极驱动器G_Drv可在节点N4处输出驱动电压，使得驱动电压与负载电流成比例。在该示例中，如果电源转换器(例如，图1的电源转换器I)以非常低的负载工作，则栅极驱动器G_Drv可使驱动电压降低来以稍微增加传导损失为代价减小切换损失。相反，对于非常高的负载，传导损失是主要的，并且在这种情况下，栅极驱动器G_Drv可以增加驱动电压。
[0065]在一些示例中，栅极驱动器G_Drv可以被布置为根据集成传感器提供的芯片温度调制驱动电压。以这种方式和其他方式，栅极驱动器G_Drv可以被布置为根据可用信息调制SR驱动电压，以优化系统效率。
[0066]在一些示例中，比较器OnCmp检测在采用辅助MOSFET Maux、体二极管Dla和二极管Dl的组合动作的低压域中检测用于同步整流器1010的导通时间，其中二极管Dl被布置为操作为用于电容器Ctank的抗放电二极管。通过感测辅助晶体管Maux的源极电压的下降沿来执行导通时间检测。
[0067]在一些示例中，用于电压调节器1020的线性调节器结构可如下用于检测晶体管Ml的导通时间。当VKA下降到节点NI处的电位之下时，晶体管Ml导通，因为体二极管Dl开始传导。如图10所示，由于体二极管Dla和D2的动作，在晶体管Maux的源极处同时存在类似的下降，即在电压VKA_c I amp上。信号VKA和VKA_c I amp之间的关键差异在于，VKA是高压信号而VKA_clamp是VKA的钳位低压副本，同时对于二者来说，边缘在近似相同的时间处发生。
[0068]因此，在一些示例中，信号VKA_clamp可以容易地通过控制电路来管理以检测导通时间，并且尽管约束在低压域中，但信号VKA_clamp仍然是具有若干伏特振幅的信号，这使得检测相对简单和稳健。
[0069]在一些示例中，比较器OnCmp被布置为将比较器OnCmp的输入端处的两个电压相互比较，并且响应于比较提供信号TurnOn。在一些示例中，比较器OffCmp被布置为将比较器OffCmp的输入端处的两个电压相互比较，并且响应于比较提供信号TurnOff。导通/截止控制块1xx被布置为接收信号TurnOn和TurnOff，并且基于信号TurnOn和TurnOff控制晶体管Ml的导通和截止。在一些示例中，导通/截止块1060可以简单由RS锁存器组成，使得当信号TurnOn被确认时设置值，以及当信号TurnOff被确认时复位值。在其他示例中，导通/截止可以包括附加的逻辑，在一些示例中包括安全逻辑。
[0070]由于晶体管Ml、Maux和Ms共享公共的漏极，所以在一些示例中，晶体管Ml、Maux和Ms可以通过垂直HEXFET技术以非常有效的方式来实施。此外，在一些示例中，电阻器Rl可以利用ICl的栅极多晶硅层来实现。在这些示例中，用于同步整流器1010和同步整流器1010的电源部分所需的所有高压器件可以被放置在相同的硅片上。
[0071]在一些示例中，晶体管Ml和Maux(以及其他可能的部件)的集成使得低压技术被用于控制和驱动电路。在一些示例中，仅有的外部部件为电容器Ctank，而在一些示例中，电容器Ctank集成在相同的封装件中并且不存在外部部件。此外，可以通过选择用于晶体管Ml和Maux的适当电压等级而不进行IC2的任何改变来实现不同电压等级的电源器件。此外，自供电同步整流器1010可以操作为具有封装件中系统解决方案的真实有源二极管。此外，同步整流器1010的各种示例可用于低侧应用，并且同步整流器1010的各个示例可用于高侧应用。
[0072]许多适当的变化可用于同步整流器1010。例如，尽管电容器CTank被示为集成到IC2中，但在其他示例中，电容器Ctank是与IC分离的分立元件。此外，尽管齐纳二极管DZl和二极管D2被示为IC2的一部分，但在其他示例中，齐纳二极管DZl和二极管D2中的一个或两个可以是外部部件或者可以是ICl的一部分。
[0073]图11是示出同步整流器1110的示例的框图，其可以用作图7的同步整流器710的另一示例。同步整流器1110类似于图10的同步整流器1010，除了在图11的同步整流器1110的示例中，通过探测晶体管Maux的源极处的电压来完成导通检测。此外，在同步整流器1110中，与图10所示集成在IC2上相反，电容器Ctank是外部部件。在同步整流器1110和图10的同步整流器11的各个示例中，电容器Ctank可以是内部或外部的。
[0074]已经描述了各个示例。这些和其他示例均包括在以下权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种设备，包括: 电源转换器，以隔离拓扑进行布置，其中所述电源转换器包括: 初级侧；以及 次级侧，其中所述次级侧包括自供电同步整流器，并且其中所述自供电同步整流器包括: 同步整流器晶体管，至少具有漏极和栅极； 电压调节器，至少包括输入端以及输出端，所述电压调节器的输入端耦合至所述同步整流器晶体管的漏极，其中所述电压调节器包括辅助晶体管，所述辅助晶体管至少具有漏极以及栅极，所述辅助晶体管的漏极耦合至所述同步整流器晶体管的漏极，所述辅助晶体管与所述同步整流器晶体管位于相同裸片上； 钳位器件，至少具有耦合至所述辅助晶体管的栅极的输出端;和栅极驱动器电路，至少具有耦合至所述电压调节器的输出端的电源输入端以及耦合至所述同步整流器晶体管的栅极的输出端。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电压调节器包括线性调节器、切换调节器或电荷栗中的至少一个。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述同步整流器晶体管包括功率场效应晶体管(FET)，所述同步整流器晶体管具有电压等级，所述辅助晶体管是功率FET，所述辅助晶体管具有电压等级，并且所述辅助晶体管的电压等级与所述同步整流器晶体管的电压等级相同。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述电源转换器包括返驰转换器或LLC转换器中的至少一种。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述钳位器件包括齐纳二极管。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述辅助晶体管被布置用于操作为所述电压调节器的传输元件。7.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合在所述同步整流器晶体管的源极与所述栅极驱动器电路的电源输入端之间的槽路电容器。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述电压调节器还包括耦合在所述辅助晶体管的源极与所述栅极驱动器电路的电源输入端之间的二极管。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述电压调节器还包括被配置用于操作为耦合在所述辅助晶体管的源极与所述栅极驱动器电路的电源输入端之间的二极管的器件。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述电压调节器还包括耦合在所述辅助晶体管的漏极与所述辅助晶体管的源极之间的偏置元件。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述偏置元件包括电阻器。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述栅极驱动器电路包括被布置为确定何时截止所述同步整流器晶体管的截止逻辑、被布置为确定何时导通所述同步整流器晶体管的导通逻辑、以及被布置为当所述导通逻辑确定所述同步整流器晶体管被导通时驱动所述同步整流器晶体管的栅极的驱动器。13.根据权利要求12所述的设备，其中所述截止逻辑被布置为当所述辅助晶体管的源极处的电压小于预定的电压电平时导通所述同步整流器晶体管。14.一种方法，包括: 使用栅极驱动器电路来驱动同步整流器晶体管的栅极，其中所述同步整流器晶体管是具有隔离拓扑的电源转换器的次级侧的一部分； 使用电压调节器来将所述同步整流器晶体管的漏极处的电压转换为调节电压，其中所述电压调节器包括辅助晶体管，所述辅助晶体管具有耦合至所述同步整流器晶体管的漏极的漏极，并且其中所述辅助晶体管与所述同步整流器晶体管位于相同裸片上； 钳位所述辅助晶体管的栅极处的电压；以及 将所述调节电压提供给所述栅极驱动器电路作为所述栅极驱动器电路的电源。15.根据权利要求14所述的方法，其中驱动所述同步整流器晶体管的栅极包括:利用具有近似50%的占空比的脉宽调制(PffM)信号来驱动所述同步整流器晶体管的栅极。16.根据权利要求14所述的方法，还包括: 当所述同步整流器晶体管截止时，使用所述辅助晶体管来对槽路电容器充电。17.根据权利要求16所述的方法，还包括: 当所述同步整流器晶体管导通时，将所述槽路电容器与所述辅助晶体管隔离。18.根据权利要求14所述的方法，还包括: 进行关于何时导通所述同步整流器晶体管的确定； 基于关于何时导通所述同步整流器晶体管的确定，使用所述栅极驱动器电路来导通所述同步整流器晶体管； 进行关于何时截止所述同步整流器晶体管的确定；以及 基于关于何时截止所述同步整流器晶体管的确定，使用所述栅极驱动器电路来截止所述同步整流器晶体管。19.根据权利要求18所述的方法，其中进行关于何时导通所述同步整流器晶体管的确定包括:当所述辅助晶体管的源极处的电压小于预定的电压电平时，确定所述同步整流器晶体管应该导通。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述栅极驱动器电路被布置为当所述同步整流器晶体管导通时通过将驱动电压输出至所述同步整流器晶体管的栅极来驱动所述同步整流器的栅极，并且其中驱动所述同步整流器的栅极还包括:基于负载电流、温度或至少一个外部逻辑信号中的至少一个调制所述驱动电压。
【文档编号】H02M7/217GK105846695SQ201610056063
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】R·刚里诺, G·伯纳查雅
【申请人】英飞凌科技奥地利有限公司