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CN107592005A - 同步整流器电路 - Google Patents

同步整流器电路 Download PDF

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CN107592005A
CN107592005A CN201710544390.2A CN201710544390A CN107592005A CN 107592005 A CN107592005 A CN 107592005A CN 201710544390 A CN201710544390 A CN 201710544390A CN 107592005 A CN107592005 A CN 107592005A
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Abstract

本发明公开了一种同步整流器电路，所述同步整流器电路包括：第一比较器电路，所述第一比较器电路通过将电流感测信号的电压值与接通阈值进行比较来生成接通比较器信号；第二比较器电路，所述第二比较器电路通过将所述电流感测信号的所述电压值与关断阈值进行比较来生成关断比较器信号；异常定时器电路，所述异常定时器电路通过响应于异常定时器启动信号的确证来使期望定时器输出信号确证达第一预定持续时间而生成所述期望定时器输出信号；以及控制逻辑电路，所述控制逻辑电路包括状态机电路，所述控制逻辑电路接收所述接通比较器信号、所述关断比较器信号和所述期望定时器输出信号，并且生成驱动信号和所述异常定时器启动信号，其中所述控制逻辑电路根据所述接通比较器信号、所述关断比较器信号、所述期望定时器输出信号以及所述状态机电路的状态值来生成所述驱动信号和所述异常定时器启动信号。

Description

同步整流器电路
技术领域
本公开整体涉及开关模式电源电路，并且更具体地讲涉及使用同步整流器并根据监测到的信号使同步整流器接通和关断的开关模式电源。
背景技术
开关模式电源(SMPS)由于其与诸如线性稳压器之类的替代物相比具有更高的效率而广泛用于各种应用中。一些SMPS使用同步整流来提高整流效率。
在不使用同步整流的SMPS中，在SMPS的次级侧上使用一个或多个整流器(诸如二极管)以在稳压电压或电流电平下将通过变压器传播的交流电(AC)信号转换为直流电信号。然而，一个或多个二极管上的电压降(诸如正向偏置硅二极管上的0.7伏特(V)电压降)是损耗的来源。
为了减少由于整流造成的损耗，同步整流使用开关晶体管(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或增强型砷化镓晶体管)来代替二极管。虽然开关晶体管具有可对AC信号进行整流的固有体二极管，但是通过当电流沿适当的方向流动时使开关晶体管接通，否则使开关晶体管关断，来控制该开关晶体管以更有效地操作。因为典型的开关晶体管具有大约几毫欧或十分之几毫欧的接通电阻，所以对于大多数功率转换器应用而言，开关晶体管上的电压降在该开关晶体管接通时远低于例如肖特基二极管上的电压降。降低电压降会减小由电压降造成的损耗，并且因此提高SMPS的效率。
开关晶体管整流器的控制通常基于通过开关晶体管的电流。在正常传导阶段期间，当开关晶体管尚未接通时，在开关晶体管上建立电压降，并且一些泄漏电流可通过开关晶体管的体二极管。当电压降被感测为大于第一预定阈值时，开关晶体管可被接通。当开关晶体管上的电压被感测为降落回至低于第二预定阈值(例如，0V)时，这可以指示传导阶段的结束，并且开关晶体管被重新关断以提供合适的整流器操作。
然而，由开关瞬变引起的噪声可导致开关晶体管的错误触发，从而导致低效率的操作。可通过使用最小接通和关断时间来减轻错误触发，这允许瞬变在感测电压降之前消散。因此，在这些“消隐”间隔期间发生的瞬变被忽略，并且对开关晶体管整流器的开关控制没有影响。
此外，SMPS中的无功部件诸如电感器和电容器可导致开关晶体管上的感测到的电压降的失真。
噪声和失真可导致传导阶段结束的过早感测，以及开关晶体管的相应的过早关断，即，开关晶体管在传导阶段结束之前可被很好地关断。
当开关晶体管关断时，开关晶体管的体二极管在传导阶段期间继续接通。由于体二极管具有比接通的开关晶体管上的电压降更高的电压降，所以过早地关断开关晶体管导致由于整流电路的电压降引起的损耗增加并且降低了SMPS的效率。
因此，需要用于自同步整流器控制的方法和设备，其防止由于可能导致开关晶体管的过早关断的条件引起的效率损失。
发明内容
本发明提供了同步整流器电路。在实施方案中，同步整流器电路包括：第一比较器电路，该第一比较器电路通过将电流感测信号的电压值与接通阈值进行比较来生成接通比较器信号；第二比较器电路，该第二比较器电路通过将电流感测信号的电压值与关断阈值进行比较来生成关断比较器信号；异常定时器电路，该异常定时器电路通过响应于异常定时器启动信号的确证来使期望定时器输出信号确证达第一预定持续时间而生成期望定时器输出信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路包括状态机电路，该控制逻辑电路接收接通比较器信号、关断比较器信号和期望定时器输出信号，并且生成驱动信号和异常定时器启动信号，其中控制逻辑电路根据接通比较器信号、关断比较器信号、期望定时器输出信号和状态机电路的状态值生成驱动信号和异常定时器启动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括最小接通定时器电路，该最小接通定时器电路通过响应于接通定时器启动信号的确证来使接通定时器输出信号确证达第二预定持续时间而生成接通定时器输出信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收接通定时器输出信号并且生成接通定时器启动信号。
在同步整流器电路的实施方案中，控制逻辑电路根据接通比较器信号、关断比较器信号、期望定时器输出信号、接通定时器输出信号和状态机电路的状态值来生成驱动信号、异常定时器启动信号和接通定时器启动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括最小关断定时器电路，该最小关断定时器电路通过响应于关断定时器启动信号的确证来使关断定时器输出信号确证达第三预定持续时间而生成关断定时器输出信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收关断定时器输出信号并生成关断定时器启动信号，其中控制逻辑电路根据接通比较器信号、关断比较器信号、期望定时器输出信号、接通定时器输出信号、关断定时器输出信号和状态机电路的状态值来生成驱动信号、异常定时器启动信号、接通定时器启动信号和关断定时器启动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括第三比较器电路，该第三比较器电路通过将电流感测信号的电压值与复位阈值进行比较来生成复位比较器信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收复位比较器信号，其中控制逻辑电路根据接通比较器信号、关断比较器信号、期望定时器输出信号、复位比较器信号和状态机电路的状态值来生成驱动信号、异常定时器启动信号和接通定时器启动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括具有耦合到驱动信号的栅极端子的金属氧化物半导体场效应晶体管。
在实施方案中，同步整流器电路还包括电流感测电路，该电流感测电路根据流过金属氧化物半导体场效应晶体管的电流来生成电流感测信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括第三比较器电路，该第三比较器电路通过将触发输入信号的电压值与触发阈值进行比较来生成触发比较器信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收触发比较器信号，其中当触发比较器信号确证时控制逻辑电路被阻止确证驱动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括睡眠检测器，该睡眠检测器接收触发比较器信号并根据触发比较器信号生成睡眠信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收睡眠信号，其中当睡眠信号确证时控制逻辑电路被阻止确证驱动信号。
在实施方案中，同步整流器电路还包括第三比较器电路，该第三比较器电路通过将电源电压的电压值与电源电压阈值进行比较来生成欠压信号；以及控制逻辑电路，该控制逻辑电路进一步接收欠压信号，其中当欠压信号确证时控制逻辑电路被阻止确证驱动信号。
附图说明
在附图中，相似的参考标号在整个单独的视图连同下面的详细描述中是指相同的或功能上相似的元件，并且被并入说明书中且形成说明书的一部分，以进一步示出包括受权利要求保护的发明的概念的实施方案并且解释这些实施方案的各种原理和优点。
图1示出根据一个实施方案的开关模式电源(SMPS)。
图2示出当SMPS的次级侧电流失真时SMPS的操作。
图3示出根据一个实施方案的同步整流器控制器。
图4是根据一个实施方案的同步整流器控制器中的信号的时序图。
图5是根据一个实施方案的同步整流器控制器的操作的状态图。
本公开领域的技术人员将认识到附图中的元件为了简明起见而示出，而未必按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可相对于其他元件放大，以有助于理解实施方案。
已经在附图中通过常规符号在适当的地方表示了设备和方法部件，从而仅示出了与理解实施方案有关的那些具体细节。这用于不使本公开变得模糊，其中对本领域的普通技术人员而言显而易见的细节具有本文的公开内容的益处。实践实施方案所必需的并且本领域的技术人员熟知的公知元件、结构或方法的细节可能不被示出并且应被假设为存在的，除非另有说明。
具体实施方式
本公开整体涉及开关模式电源电路，并且更具体地讲涉及使用同步整流器并根据监测的信号使同步整流器接通和关断的开关模式电源。
在下面的详细描述中，已经示出并描述了某些示例性实施方案。如本领域技术人员将认识到的，在不脱离本公开的范围的情况下，可以各种不同方式修改这些实施方案。因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的。相似的附图标记在说明书中指示相似的元件。
图1示出根据一些实施方案的开关模式电源(SMPS)100。SMPS 100可为例如反激电源或转换器，其是常用的已知SMPS拓扑之一。变压器限定初级侧102和次级侧104，并且包括初级侧102上的初级绕组106和次级侧104上的次级绕组108。初级侧102与次级侧104DC隔离。
在初级侧102上，本体电压V本体在大容量电容器112上是明显的，并且通常来源于AC源的整流，诸如常规AC商业服务(即，110V AC或220V AC)。电流由开关114切换通过初级绕组106，该开关由反激控制电路116控制。
可以使用感测电阻器118感测通过初级绕组106的电流。感测电阻器118产生与通过初级绕组106的电流成比例的感测电压V感测。反激控制电路还可在光隔离器122中使用光晶体管120来感测次级侧104的输出处的输出电平。
次级侧104的输出在正输出124和地126之间产生，并且由大容量电容器128支撑。通过耦合到光隔离器122中的发光二极管146的齐纳二极管144来促进对初级侧102的反馈。
整流操作由包括体二极管130a的MOSFET 130提供。在图1所示的示例中，MOSFET130是N沟道MOSFET，其漏极连接到次级绕组108，并且其源极连接到地126，但实施方案不限于此。
同步整流器控制器(SRC)132使用连接到MOSFET 130的栅极的驱动信号DRIVE来接通和关断MOSFET 130。SRC 132通过分别经由电流感测信号CS和接地端子感测MOSFET 130的漏极和源极上的电压降来感测通过次级绕组108的电流。在一些实施方案中，电流感测电阻器136用于对电流感测信号CS进行电平移位，但在其他实施方案中，电流感测电阻器136用零欧姆线代替。
SRC 132使用电流感测信号CS来确定何时接通和关断MOSFET 130。去耦电容器138通过向SRC 132提供电压来促进MOSFET 130的开关。
SRC 132利用接通和关断时间消隐来防止由于瞬变引起的错误触发。在实施方案中，接通和关断时间消隐的最小持续时间分别由第一定时电阻器140和第二定时电阻器142设置。
为了防止来自例如将以其他方式错误地触发消隐定时器的错误瞬变的同步错误，SRC 132采用自同步以通过允许基于电流感测信号CS的消隐时间的复位来避免消隐时间的错误触发。
本领域已知的SMPS可基于次级侧电流具有正弦形状的假设来操作。然而，在使用谐振模式电感器-电感器-电容器(LLC)拓扑的SMPS中，在某些条件下，由电流感测信号CS感测的次级侧电流不是如通常所预期的正弦的。例如，在具有LLC拓扑并在轻负载条件和中等负载条件下操作的SMSP中，寄生阻抗可使次级侧电流的形状失真。当这些失真发生时，电流感测信号CS的电压值具有包括三角形电容峰和正弦曲线的分数的形状，如图2所示。
在具有两个沟道(诸如用于变压器输出的正相的第一沟道和用于变压器输出的负相的第二沟道)的一些实施方案中，两个沟道之间的差异可进一步使电流感测信号CS失真。
图2示出当SMPS的次级侧电流失真时SMPS(例如，图1的SMPS 100)的操作。具体地讲，图2示出当SMPS 100正在经历次级侧电流ISEC的失真时在传导阶段(从第一时间t1开始并在第三时间t3结束)期间的次级侧电流ISEC和电流感测信号电压VCS。
电流感测信号电压VCS对应于图1的电流感测信号CS的电压值。因此，当电流在传导阶段期间流过开关晶体管130时，电流感测信号CS的电压值通常小于地GND的电压值，即电压值为负。当开关晶体管130的体二极管130a反向偏置(诸如在非传导阶段期间)时，电流感测信号CS的电压值通常大于地GND的电压值。
在具体实施中，当电流感测信号电压VCS具有低于接通阈值VTH_CS_ON的值时(该接通阈值VTH_CS_ON具有负值)，SMPS 100确定传导阶段已经开始。当电流感测信号电压VCS具有高于关断阈值VTH_CS_OFF的值时(该关断阈值VTH_CS_OFF具有大于接通阈值VTH_CS_ON的值的负值)，SMPS 100确定传导阶段有效地结束。具有高于关断阈值VTH_CS_OFF的值的电流感测信号电压VCS指示只有少量电流(如果有的话)正在流过开关晶体管130。
因此，在传导阶段开始时的第一时间t1处，电流流过体二极管130a，并且电流感测信号电压VCS下降到低于接通阈值VTH_CS_ON，并且SMPS 100的SRC 132接通开关晶体管，该开关晶体管被配置为进行同步整流。
在第二时间t2处，作为由寄生阻抗引起的次级侧电流ISEC的失真的结果，电流感测信号电压VCS上升到高于关断阈值VTH_CS_OFF但不高于复位阈值VTH_CS_RESET。因此，SMPS 100的SRC 132关断开关晶体管。
虽然电流感测信号电压VCS在传导阶段的剩余时间期间下降到低于接通阈值VTH_CS_ON，但开关晶体管在传导阶段的剩余时间(从第二时间t2到第三时间t3)内保持关断。在该时间期间，开关晶体管的体二极管进行整流，而不是开关晶体管。由于体二极管具有比接通的开关晶体管更高的电压降，所以与开关晶体管保持接通直到第三时间t3的情况相比，SMPS中的损耗增加并且SMPS的效率降低。
由过早关断开关晶体管而导致的降低的效率也可能导致初级侧向次级侧递送的功率量的振荡。响应于在当前传导阶段期间的降低效率，初级侧可确定在下一个传导阶段中向次级侧递送更多的功率。所提供的功率的增加可防止过早关断开关晶体管，从而导致在下一个传导周期中向次级侧过度供给功率。作为过度供给功率的结果，初级侧可确定在随后的传导阶段向次级侧递送更少的功率，这可能导致过早关断开关晶体管，从而导致供给不足和过度供给的循环重复。
在一个实施方案中，SRC的控制逻辑部件使用异常定时器(exception timer)来减小用于同步整流的开关晶体管的过早关断的影响。在异常定时器的持续时间期间，当开关晶体管关断时，如果满足这样做的条件，SRC使开关晶体管重新接通。
图3示出根据本公开的实施方案的同步整流器控制器(SRC)300。SRC300适合用作图1的SRC 132。SRC 300包括控制逻辑部件302、最小接通时间定时器304、最小关断时间定时器306、异常定时器322、第一电压比较器310至第五电压比较器318，以及睡眠检测器320。
SRC 300接收电流感测信号CS。第一比较器310通过将电流感测信号CS的电压值与复位阈值VTH_CS_RESET进行比较来生成复位比较器信号res_cmp。第二比较器312通过将电压值与接通阈值VTH_CS_ON进行比较来生成接通比较器信号on_cmp。第三比较器314通过将电压值与关断阈值VTH_CS_OFF进行比较来生成关断比较器信号off_cmp。关断比较器信号off_cmp、接通比较器信号on_cmp和复位比较器信号res_cmp分别指示电流感测信号CS的电压值大于还是小于关断阈值VTH_CS_OFF、接通阈值VTH_CS_ON和复位阈值VTH_CS_RESET。
控制逻辑部件302生成驱动信号DRIVE，在实施方案中使用该驱动信号DRIVE以控制开关晶体管以便提供同步整流。
控制逻辑部件302还控制最小接通时间定时器304和最小关断时间定时器306以便分别确定最小接通时间和最小关断时间。最小接通时间和最小关断时间对应于消隐间隔的持续时间，在此期间，防止接通比较器信号on_cmp、关断比较器信号off_cmp和复位比较器信号res_cmp中的一者或多者影响控制逻辑部件302的操作。
例如，在实施方案中，在对应于最小关断时间的第一消隐间隔期间，控制逻辑部件302忽略接通比较器信号on_cmp；并且在对应于最小接通时间的第二消隐间隔期间，控制逻辑部件302忽略关断比较器信号off_cmp。
当控制逻辑部件使对应的定时器开始时，消隐间隔开始；并且当对应的定时器中断时，即，当对应的定时器停止运行时，消隐间隔结束。
虽然图3示出具有最小接通时间定时器304和最小关断时间定时器306两者的实施方案，但实施方案并不限于此。在实施方案中，单个可编程定时器用于生成具有不同持续时间的多个消隐间隔。在另一个实施方案中，对于分别具有独特持续时间的消隐间隔，提供相应的定时器。
在实施方案中，最小接通时间定时器304的持续时间是预定值。在另一个实施方案中，最小接通时间定时器304的持续时间是可编程值，该可编程值可使用例如电阻器(诸如图1的第一定时电阻器140)来设置。
在实施方案中，最小接通时间定时器304可具有第一持续时间和第二持续时间，并且控制逻辑部件302指示在开始最小接通时间定时器304的操作时使用哪个持续时间。在实施方案中，第一持续时间是可编程的，并且第二持续时间是第一持续时间的预定分数。
在实施方案中，最小关断时间定时器306的持续时间是预定值。在另一个实施方案中，最小关断时间定时器306的持续时间是可编程值，该可编程值可使用例如电阻器(诸如图1的第二定时电阻器142)来设置。
此外，每当复位比较器信号res_cmp指示电流感测信号CS的电压值低于复位阈值VTH_CS_RESET时，控制逻辑部件302重新启动最小关断时间定时器306(即，将其重新初始化为其起始值)。因此，当最小关断时间定时器306的持续时间从最近经过i)最小关断时间定时器306启动的最近时间和ii)电流感测信号CS具有低于复位阈值VTH_CS_RESET的值的最近时间时，最小关断时间定时器306输出其结束信号。
当电流感测信号CS的电压值降至低于复位阈值VTH_CS_RESET时重置最小关断时间定时器306防止高于复位阈值VTH_CS_RESET的短期偏移(诸如由瞬变产生的那些短期偏移)导致最小关断时间定时器306的错误启动。
控制逻辑部件302还控制异常定时器322，以确定异常间隔的持续时间。
第四比较器316通过将触发输入TRIGin与触发阈值VTRIG_TH进行比较来生成触发比较器信号TRIG_cmp。控制逻辑部件302通过禁用驱动信号DRIVE来响应触发信号TRIG的确证(assertion)。触发输入TRIGin可用于在短时间段诸如一个传导阶段内禁用SRC 300的开关操作，在该时间段期间，只有开关晶体管的体二极管进行整流。
在实施方案中，睡眠检测器320使用触发信号TRIG以通过针对控制逻辑部件302使睡眠信号SLEEP确证来开始睡眠模式。睡眠模式用作长期禁用状态，以例如在非常轻的负载条件下抑制同步整流操作。
第五比较器318通过将电源电压VCC与电源电压阈值VCC_ON进行比较来生成欠压锁定信号UVLO。当欠压锁定信号UVLO指示电源电压VCC小于电源电压阈值VCC_ON时，控制逻辑部件302不进行同步整流器操作。当欠压锁定信号UVLO指示电源电压VCC大于电源电压阈值VCC_ON时，控制逻辑部件302进行同步整流器操作，除非其以其他方式被禁用。
在实施方案中，控制逻辑部件302内的状态机324控制该控制逻辑部件302的操作。
在实施方案中，SRC 300被实现为集成电路(IC)封装件中的半导体器件。在一些实施方案中，IC封装件也可包括其他电路。一些实施方案包括形成诸如图3中例示的SRC的方法，例如形成控制逻辑部件、形成复位比较器、关断比较器、接通比较器、TRIG比较器和UVLO比较器，以及形成最小关断时间、最小接通时间和异常定时器的方法。在实施方案中，最小关断时间、最小接通时间和异常定时器中的一者或多者是可外部配置的，使得每个定时器的持续时间可针对特定应用进行定制。
图4示出说明根据实施方案的SRC 300的操作的波形。具体地讲，图4例示出当包含SRC 300的SMPS经历次级侧电流ISEC的失真时SRC 300的操作。
图4例示出其中欠压锁定信号UVLO和触发信号TRIG两者均被解除确证(de-assert)使得SRC 300进行同步整流的情况。
在第一时间t1处，在开始传导阶段时，电流在SRC 300的控制下流过开关晶体管的体二极管。因此，电流感测信号电压VCS降到低于接通阈值VTH_CS_ON。
当SRC 300确定电流感测信号电压VCS低于接通阈值VTH_CS_ON时，SRC300接通开关晶体管，启动最小接通时间定时器304，并且启动异常定时器322。图4所示的TMIN_ON信号在第一时间t1处升高以指示最小接通时间定时器304正在运行(即，其已经启动但尚未结束)，否则为低。图4所示的异常定时器信号在第一时间t1处升高以指示异常定时器322正在运行，否则为低。
当最小接通时间定时器304正在运行时，SRC 300将不基于电流感测信号电压VCS关断开关晶体管(但是可基于其他输入来改变开关晶体管的状态)。这防止在最小接通时间定时器304正在运行时高频噪声和瞬变引起开关晶体管的乱真开关。
在第二时间t2处，最小接通时间定时器304输出结束信号以指示最小接通时间的预定持续时间的结束，即，最小接通时间定时器304不在运行。
作为由寄生阻抗引起的次级侧电流ISEC的失真的结果，电流感测信号电压VCS上升到高于关断阈值VTH_CS_OFF。由于最小接通时间已经结束，异常定时器322仍在运行，并且电流感测信号电压VCS高于关断阈值VTH_CS_OFF，所以SRC300使DRIVE信号解除确证以关断开关晶体管。
由于当异常定时器322在第二时间t2处仍在运行时SRC 300关断开关晶体管，所以SRC 300也在第二时间t2处启动最小接通时间定时器304，如在图4中由升高的TMIN_TON/2信号所指示。在该实施方案中，SRC 300将最小接通时间定时器304配置为运行一定的持续时间，该持续时间是在第一时间t1处使用的最小接通时间的持续时间的一部分(例如，一半)。
在另一个实施方案中，在第二时间t2和第三时间t3之间的间隔期间，SRC 300可使用单独的定时器来提供由最小接通时间定时器304提供的功能。
当最小接通时间定时器304正在运行时，SRC 300将不基于电流感测信号电压VCS接通开关晶体管。
由于开关晶体管在第二时间t2处被关断，所以开关晶体管的体二极管开始在那时接通次级侧电流ISEC。由于当晶体管接通时，体二极管的电压降大于开关晶体管上的电压降，所以电流感测信号电压VCS下降到对应于体二极管压降的值。
在第三时间t3处，最小接通时间定时器304输出结束信号以指示其被配置为运行的持续时间的结束。由于体二极管接通次级侧电流ISEC，所以电流感测信号电压VCS低于接通阈值VTH_CS_ON。因此，SRC 300使得驱动信号确证以重新接通开关晶体管并且启动最小接通时间定时器304。
在第四时间t4处，最小接通时间定时器304输出结束信号以指示最小接通时间的预定持续时间的结束，即，最小接通时间定时器304不在运行。由于电流感测信号电压VCS低于关断阈值VTH_CS_OFF，所以SRC 300保持开关晶体管接通。
在第五时间t5处，异常定时器322输出结束信号以指示预定异常时间持续时间的结束，即，异常定时器322不再运行。
在第六时间t6处，电流感测信号电压VCS增加到高于关断阈值VTH_CS_OFF。由于最小接通时间定时器304不在运行并且电流感测信号电压VCS高于关断阈值VTH_CS_OFF，所以SRC300使DRIVE信号解除确证以关断开关晶体管。由于异常定时器322不再运行，所以SRC 300不会再次重新接通开关晶体管直到下一个传导阶段。
在第七时间t7处，电流感测信号电压VCS上升到高于复位阈值VTH_CS_RESET，在此时最小关断时间定时器306开始运行。当最小关断时间定时器306完成运行并且电流感测信号电压VCS低于接通阈值VTH_CS_ON时，SRC300确定下一个传导阶段已经开始。
图5是根据一个实施方案的同步整流器控制器(SRC)的状态机的操作的状态图500。状态图500可表示图3的SRC 300的状态机324的操作。在图中，加号“+”表示“或”操作，点符号“π”表示“与”操作，并且上划线表示“非”操作。
状态图500示出响应于SLEEP信号、UVLO信号、TRIG信号、ON_CMP信号、OFF_CMP信号和RES_CMP信号进行的操作。
UVLO信号是欠压锁定信号，当检测到欠压条件时该欠压锁定信号确证，否则解除确证。当SRC的操作要暂停延长的时间段时，SLEEP信号确证，否则解除确证。当SRC的操作要暂停短暂的时间段时，TRIG信号确证，否则解除确证。
当电流感测信号指示检测到与传导阶段的开始相关的条件时，诸如当用于进行同步整流的开关晶体管上的电压降的大小大于接通阈值时，ON_CMP信号确证，否则解除确证。例如，在实施方案中，其中接通阈值对应于负电压，并且当开关晶体管上的电压降是比接通阈值更小(即，更负)的负电压时，ON_CMP信号确证。
当电流感测信号指示检测到与传导阶段的结束相关联的条件时，诸如当开关晶体管上的电压降的大小小于关断阈值或具有与关断阈值的极性相反的极性时，OFF_CMP信号确证，否则解除确证。例如，在实施方案中，其中关断阈值对应于负电压，并且当开关晶体管上的电压降大于关断阈值时，OFF_CMP信号确证。
当电流感测信号指示传导阶段已经结束并且非传导阶段已经开始时，RES_CMP信号确证，否则解除确证。例如，在实施方案中，当电流感测信号与电流流过开关晶体管的体二极管时相比具有相反的极性并且电流感测信号的大小大于复位阈值时，RES_CMP信号确证。
状态图500还示出了响应于与MIN_TON定时器、MIN_TON/2定时器、MIN_TOFF定时器和异常(例外)定时器分别相关联的持续时间的经过而进行的操作。这些定时器中的每个具有预定持续时间。例外定时器可与MIN_TON定时器、MIN_TON/2定时器和MIN_TOFF定时器中的任一者同时运行。
状态机控制MIN_TON定时器、MIN_TON/2定时器、MIN_TOFF定时器和例外定时器的启动，并且检测何时分别经过这些定时器的相应持续时间，即，相应定时器何时不再运行。
状态机也使用DRIVE信号控制开关晶体管。在实施方案中，开关晶体管被配置为进行同步整流。
每当SLEEP信号或UVLO信号确证时，状态机就进入启动状态S502。当状态机处于启动状态S502时，SLEEP信号解除确证，UVLO信号解除确证，并且RES_CMP信号确证，状态机转换到等待MIN_TOFF状态S504。否则，状态机保持处于启动状态S502。
等待MIN_TOFF状态S504对应于其中状态机正在等待在先前非传导阶段之后经过最小关断时间的条件。
当状态机处于等待MIN_TOFF状态S504并且RES_CMP信号解除确证时，状态机转换到启动状态S502。当状态机处于等待MIN_TOFF状态S504时，RES_CMP信号确证，并且MIN_TOFF定时器不再运行(指示已经过MIN_TOFF持续时间)，状态机转换到第一等待ON_CMP状态S506。否则，状态机保持处于等待MIN_TOFF状态S504。
第一等待ON_CMP状态S506对应于其中状态机正在等待检测传导阶段的开始的条件。
当状态机处于第一等待ON_CMP状态S506时，ON_CMP信号确证，并且TRIG信号解除确证，状态机转换到起始异常定时器状态S508。当状态机处于第一等待ON_CMP状态S506时，ON_CMP信号确证，并且TRIG信号确证，状态机转换到等待MIN_TON状态S520。否则，状态机保持处于第一等待ON_CMP状态S506。
当状态机处于启动异常定时器状态S508时，状态机启动异常定时器运行并且转换到DRV_ON状态S510。
DRV_ON状态S510对应于如下条件，其中状态机将使DRIVE信号确证以接通开关晶体管并且将在消隐间隔内保持开关晶体管接通以防止噪声导致其乱真地关断。当状态机进入DRV_ON状态S510时，状态机使用DRIVE信号接通开关晶体管并且使MIN_TON定时器开始。
当状态机处于DRV_ON状态S510并且TRIG信号确证时，状态机转换到第二DRV_OFF状态S518。当状态机处于DRV_ON状态S510并且经过MIN_TON定时器的持续时间时，状态机转换到等待OFF_CMP状态S512。否则，状态机保持处于DRV_ON状态S510。
等待OFF_CMP状态S512对应于其中状态机正在确定是否关断开关晶体管的条件。
当状态机处于等待OFF_CMP状态S512时，OFF_CMP信号确证，并且异常定时器的持续时间尚未经过，状态机转换到第一DRV_OFF状态S514。当状态机处于等待OFF_CMP状态S512并且i)TRIG信号确证，ii)OFF_CMP信号确证并且已经过异常定时器的持续时间，或iii)两种情况均有时，状态机转换到第二DRV_OFF状态S518。否则，状态机保持处于等待OFF_CMP状态S512。
第一DRV_OFF状态S514对应于如下条件，其中开关晶体管已被关断并且在消隐间隔内保持关断以防止噪声导致其乱真地重新接通，并且在该条件中一旦消隐间隔期满，开关晶体管可在电流传导阶段期间再次接通。当状态机进入第一DRV_OFF状态S514时，状态机使用DRIVE信号关断开关晶体管并且使MIN_ON/2定时器开始。
当状态机处于第一DRV_OFF状态S514并且TRIG信号确证时，状态机转换到第二DRV_OFF状态S518。当状态机处于第一DRV_OFF状态S514时，TRIG信号解除确证，并且已经过MIN_ON/2定时器的持续时间，状态机转换到第二等待ON_CMP状态S516。否则，状态机保持处于第一DRV_OFF状态S514。
第二等待ON_CMP状态S516对应于其中SRC正在确定是否重新接通开关晶体管的条件。
当状态机处于第二等待ON_CMP状态S516并且i)TRIG信号确证，ii)经过异常定时器的持续时间，或II)两种情况均有时，状态机转换到第二DRV_OFF状态S518。当状态机处于第二等待ON_CMP状态S516时，TRIG信号解除确证，尚未经过异常定时器的持续时间，并且ON_CMP信号确证，状态机转换到DRV_ON状态S510。否则，状态机保持处于等待ON_CMP状态S516。
第二DRV_OFF状态S518对应于其中开关晶体管已被关断并且在电流传导阶段期间将不再次接通的条件。当状态机进入第二DRV_OFF状态S518时，机器使用DRIVE信号关断开关晶体管。
当状态机处于第二DRV_OFF状态S518并且RES_CMP信号确证时，状态机转换到等待MIN_TOFF状态S522。否则，状态机保持处于第二DRV_OFF状态S518。
等待MIN_TOFF状态S522对应于其中状态机正在等待经过MIN_TOFF定时器的持续时间而不使RES_CMP信号解除确证的条件。当状态机进入等待MIN_TOFF状态S522时，状态机使MIN_TOFF定时器开始。
当状态机处于等待MIN_TOFF状态S522并且RES_CMP信号解除确证时，状态机转换回到第二DRV_OFF状态S518。当状态机处于等待MIN_TOFF状态S522时，RES_CMP信号确证，并且经过MIN_TOFF定时器的持续时间，状态机转换到第一等待ON_CMP状态S506。否则，状态机保持处于等待MIN_TOFF状态S522。
等待MIN_TON状态S520对应于其中检测到传导阶段的启动，但TRIG信号指示SRC在传导阶段期间不操作的条件。当状态机进入等待MIN_TON状态S520时，状态机使MIN_TON定时器开始并且等待对应的消隐间隔以防止噪声导致过早确定传导阶段已结束。
当状态机处于等待MIN_TON状态S520并且已经过MIN_TON定时器的持续时间时，状态机转换到第二DRV_OFF状态S518。
A1.本公开的实施方案包括同步整流器控制器(SRC)，该同步整流器控制器包括：
异常定时器；和
控制逻辑部件，该控制逻辑部件检测传导阶段的开始并使异常定时器开始并且响应于检测到传导阶段的开始来进行驱动信号的第一确证，该控制逻辑部件响应于检测到关断条件来使驱动信号解除确证并且响应于检测到接通条件以及异常定时器正在运行来进行驱动信号的第二确证。
A2.根据A1所述的SRC，还包括：
一个或多个消隐定时器，
其中该控制逻辑部件引导一个或多个消隐定时器响应于检测到关断条件以及异常定时器正在运行来生成第一消隐间隔，响应于确定第一消隐间隔尚未结束来防止检测接通条件。
A3.根据A2所述的SRC，其中控制逻辑部件引导一个或多个消隐定时器响应于使驱动信号确证的控制逻辑部件来生成第二消隐间隔，并且响应于确定第二消隐间隔尚未结束来防止检测关断条件。
A4.根据A3所述的SRC，其中第一消隐间隔的持续时间是第二消隐间隔的持续时间的预定分数。
A5.根据A1所述的SRC，还包括：
接通比较器，该接通比较器通过将电流感测信号与接通阈值进行比较来检测接通条件。
A6.根据A5所述的SRC，还包括：
关断比较器，该关断比较器通过将电流感测信号与关断阈值进行比较来检测关断条件。
A7.根据A1所述的SRC，其中异常定时器的持续时间是能够外部配置的。
B1.本公开的实施方案包括半导体器件，该半导体器件包括同步整流器控制器，该同步整流器控制器包括：
异常定时器；
一个或多个消隐定时器；和
控制逻辑部件，该控制逻辑部件：
检测传导阶段的开始；
响应于检测到传导阶段的开始，使异常定时器开始并进行驱动信号的第一确证；
响应于检测到关断条件，使驱动信号解除确证；
响应于检测到关断条件以及异常定时器正在运行，引导一个或多个消隐定时器生成第一消隐间隔；
响应于确定第一消隐间隔尚未结束，防止接通条件的检测；以及
响应于检测到接通条件以及异常定时器正在运行，进行驱动信号的第二确证。
B2.根据B1所述的半导体器件，其中控制逻辑部件：
响应于该控制逻辑部件使驱动信号确证，引导一个或多个消隐定时器来生成第二消隐间隔；以及
响应于确定第二消隐间隔尚未结束，防止关断条件的检测。
B3.根据B2所述的半导体器件，其中第一消隐间隔的持续时间是第二消隐间隔的持续时间的预定分数。
B4.根据B1所述的半导体器件，还包括：
接通比较器，该接通比较器通过将电流感测信号与接通阈值进行比较来检测接通条件。
B5.根据B1所述的半导体器件，还包括：
关断比较器，该关断比较器通过将电流感测信号与关断阈值进行比较来检测关断条件。
B6.根据B1所述的半导体器件，其中异常定时器的持续时间是能够外部配置的。
C1.本公开的实施方案包括用于控制同步整流器控制器中的驱动信号的方法。该方法包括：
使用电流感测信号来检测传导阶段的开始；
响应于检测到传导阶段的开始，使异常定时器开始，使第一消隐间隔开始，并且使驱动信号确证；以及
响应于检测到关断条件，经过第一消隐间隔，并且异常定时器正运行，使驱动信号解除确证并使第二消隐间隔开始；以及
响应于检测到接通条件，经过第二消隐间隔，并且异常定时器正运行，使第三消隐间隔开始并使驱动信号确证。
C2.根据C1所述的方法，还包括响应于检测到关断条件并且异常定时器结束来使驱动信号解除确证。
C3.根据C2所述的方法，还包括响应于检测到关断条件，第二消隐间隔结束，并且异常定时器结束来使驱动信号解除确证。
C4.根据C2所述的方法，其中检测传导阶段的开始包括：
检测接通条件并检测到异常定时器不在运行。
C5.根据C2所述的方法，还包括响应于电流感测信号降至低于接通阈值来检测接通条件。
C6.根据C2所述的方法，还包括响应于电流感测信号上升到高于关断阈值来检测关断条件。
C7.根据C1所述的方法，其中第三消隐间隔的持续时间与第一消隐间隔的持续时间相同，并且其中第二消隐间隔的持续时间是第一消隐间隔的持续时间的预定分数。
本公开的实施方案包括电子器件，该电子器件被配置为进行本文所述的操作中的一个或多个操作。然而，实施方案不限于此。
本公开的实施方案可通过使用各种计算机装置诸如处理器或微控制器执行程序指令来实现，并记录在非暂态计算机可读介质中。非暂态计算机可读介质可包括程序指令、数据文件、数据结构等中的一者或多者。在实施方案中，非暂态计算机可读介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)或闪速存储器。
虽然已经公开了示例性实施方案以帮助理解本公开，但是实施方案不限于此，而是仅由所附权利要求的范围限制。实施方案可包括所附权利要求的范围内包括的各种修改形式和等效布置。实施方案中描述的操作顺序是示例性的，并且可被重新排序，除非另有约束。另外，可以组合两个或更多个实施方案的特征以形成新的实施方案。

Claims (10)

1.一种同步整流器电路，所述同步整流器电路包括：
第一比较器电路，所述第一比较器电路通过将电流感测信号的电压值与接通阈值进行比较来生成接通比较器信号；
第二比较器电路，所述第二比较器电路通过将所述电流感测信号的所述电压值与关断阈值进行比较来生成关断比较器信号；
异常定时器电路，所述异常定时器电路通过响应于异常定时器启动信号的确证来使期望定时器输出信号确证达第一预定持续时间而生成所述期望定时器输出信号；和
控制逻辑电路，所述控制逻辑电路包括状态机电路，所述控制逻辑电路接收所述接通比较器信号、所述关断比较器信号和所述期望定时器输出信号并生成驱动信号和所述异常定时器启动信号，
其中所述控制逻辑电路根据所述接通比较器信号、所述关断比较器信号、所述期望定时器输出信号以及所述状态机电路的状态值来生成所述驱动信号和所述异常定时器启动信号。
2.根据权利要求1所述的同步整流器电路，还包括：
最小接通定时器电路，所述最小接通定时器电路通过响应于接通定时器启动信号的确证来使接通定时器输出信号确证达第二预定持续时间而生成所述接通定时器输出信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述接通定时器输出信号并生成所述接通定时器启动信号。
3.根据权利要求2所述的同步整流器电路，其中所述控制逻辑电路根据所述接通比较器信号、所述关断比较器信号、所述期望定时器输出信号、所述接通定时器输出信号以及所述状态机电路的所述状态值来生成所述驱动信号、所述异常定时器启动信号和所述接通定时器启动信号。
4.根据权利要求3所述的同步整流器电路，还包括：
最小关断定时器电路，所述最小关断定时器电路通过响应于关断定时器启动信号的确证来使关断定时器输出信号确证达第三预定持续时间而生成所述关断定时器输出信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述关断定时器输出信号并生成所述关断定时器启动信号，
其中所述控制逻辑电路根据所述接通比较器信号、所述关断比较器信号、所述期望定时器输出信号、所述接通定时器输出信号、所述关断定时器输出信号以及所述状态机电路的所述状态值来生成所述驱动信号、所述异常定时器启动信号、所述接通定时器启动信号和所述关断定时器启动信号。
5.根据权利要求1所述的同步整流器电路，还包括：
第三比较器电路，所述第三比较器电路通过将所述电流感测信号的电压值与复位阈值进行比较来生成复位比较器信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述复位比较器信号，
其中所述控制逻辑电路根据所述接通比较器信号、所述关断比较器信号、所述期望定时器输出信号、所述复位比较器信号以及所述状态机电路的所述状态值来生成所述驱动信号、所述异常定时器启动信号和所述接通定时器启动信号。
6.根据权利要求1所述的同步整流器电路，还包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管，所述金属氧化物半导体场效应晶体管具有耦合到所述驱动信号的栅极端子。
7.根据权利要求6所述的同步整流器电路，还包括：
电流感测电路，所述电流感测电路根据流过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的电流来生成所述电流感测信号。
8.根据权利要求1所述的同步整流器电路，还包括：
第三比较器电路，所述第三比较器电路通过将触发输入信号的电压值与触发阈值进行比较来生成触发比较器信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述触发比较器信号，
其中当所述触发比较器信号被确证时所述控制逻辑电路被阻止确证所述驱动信号。
9.根据权利要求6所述的同步整流器电路，还包括：
睡眠检测器，所述睡眠检测器接收所述触发比较器信号并根据所述触发比较器信号生成睡眠信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述睡眠信号，
其中当所述睡眠信号被确证时所述控制逻辑电路被阻止确证所述驱动信号。
10.根据权利要求1所述的同步整流器电路，还包括：
第三比较器电路，所述第三比较器电路通过将电源电压的电压值与电源电压阈值进行比较来生成欠压信号；并且
所述控制逻辑电路进一步接收所述欠压信号，
其中当所述欠压信号被确证时所述控制逻辑电路被阻止确证所述驱动信号。
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