DE102015111654A1

DE102015111654A1 - Selbstgeführte synchrongleichrichtung für einen stromrichter

Info

Publication number: DE102015111654A1
Application number: DE102015111654.5A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Bernacchia; Olivier Guillemant
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-01-28
Also published as: CN105281586A; CN105281586B; US20160028319A1; US9791881B2

Abstract

Ein Stromrichter mit einer isolierten Topologie kann einen Leistungstransistor, einen Messtransistor und einen Ausgabeschaltkreis umfassen. Der Messtransistor kann in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem Leistungstransistor so ausgelegt werden, dass der Gate-Anschluss des Messtransistors mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist und der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors mit dem ersten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist. Der Ausgabeschaltkreis kann mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors und dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden werden. Der Ausgabeschaltkreis kann ausgelegt sein, um zu veranlassen, dass eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors im Wesentlichen gleich ist wie eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf Stromrichter und insbesondere auf Stromrichter, die isolierte Topologien aufweisen.
Eine Gleichrichtung auf der Sekundärseite eines Stromrichters mit einer isolierten Topologie wird typischerweise mit einer (oder mehreren) Dioden erreicht. Ein Diodengleichrichter auf der Sekundärseite, der eine isolierte Topologie aufweist, kann jedoch durch einen Synchrongleichrichter ersetzt werden, der eine beliebige geeignete Art eines Leistungstransistors sein kann, der anstatt einer Standarddiode verwendet wird. Ein Synchrongleichrichter ist typischerweise ein Si-Leistungs-MOSFET. Aufgrund der Eigenschaften des Schaltens in dem Stromrichter kann das Steuern der Synchrongleichrichter ziemlich schwierig sein und kann eine zusätzliche Hardware erforderlich machen. Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen Stromrichter mit einer isolierten Topologie zu verbessern. Der Gegenstand wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und 20 sowie das Verfahren nach Anspruch 19 erreicht. Zahlreiche Ausführungsformen und weitere Entwicklungen werden durch die Unteransprüche abgedeckt.
Im Allgemeinen richtet sich die Offenbarung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, in denen ein Stromrichter, der eine isolierte Topologie aufweist, einen Leistungstransistor, einen Messtransistor und einen Ausgabeschaltkreis umfasst. Der Messtransistor kann in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem Leistungstransistor so ausgelegt werden, dass der Gate-Anschluss des Messtransistors mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist und der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors mit dem ersten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist. Der Ausgabeschaltkreis kann mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors und dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden werden. Der Ausgabeschaltkreis kann so ausgelegt sein, dass er veranlasst, dass eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors im Wesentlichen gleich ist wie eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors.
Die Einzelheiten von einer oder mehreren Beispielen der Offenbarung werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Offenbarung werden aufgrund der Beschreibung und Zeichnungen sowie der Ansprüche offensichtlich.
Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben.
1A ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Elements eines Stromrichters darstellt, der eine isolierte Topologie aufweist.
1B ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel des Elements des Stromrichters aus 1A darstellt.
1C ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel des Elements des Stromrichters aus 1A darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel des Elements des Stromrichters aus 1A darstellt, der außerdem eine Treiberschaltung und einen Strommessschaltkreis umfasst.
3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements des Stromrichters aus 1A darstellt, in dem der Ausgabeschaltkreis einen Transkonduktanzverstärker umfasst.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements des Stromrichters aus 3 darstellt, der außerdem einen Schalter umfasst.
5 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements des Stromrichters aus 4 darstellt, in dem der Strommessschaltkreis eine Aus-Vergleichseinrichtung, eine Ein-Vergleichseinrichtung und eine SR-Steuerlogik umfasst.
6 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Stromrichters darstellt, der das Element des in 5 dargestellten Stromrichters umfasst.
7 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Verfahrens darstellt, das von einem Beispiel des Elements aus 1A gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden kann.
Verschiedene Beispiele dieser Offenbarung werden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Teile und Baugruppen in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. Eine Bezugnahme auf verschiedene Beispiele schränkt den Umfang dieser Offenbarung nicht ein, der einzig durch den Umfang der hier angefügten Ansprüche beschränkt wird. Außerdem sind die in dieser Beschreibung erläuterten Beispiele nicht als einschränkend zu verstehen und es werden nur einige der vielen möglichen Beispiele dieser Offenbarung erläutert.
In der ganzen Beschreibung und allen Ansprüchen haben die folgenden Begriffe mindestens die Bedeutungen, die ihnen hier ausdrücklich zugeordnet werden, ausgenommen wenn der Zusammenhang eine andere Bedeutung vorgibt. Die unten erläuterten Bedeutungen stellen nicht unbedingt Einschränkungen der Begriffe dar, vielmehr stellen sie anschauliche Beispiele für die Begriffe bereit. Die Bedeutung von „ein“, „eine“, „einer“, „der“, „die“, „das“ usw. schließt den Bezug auf das Plural ein und die Bedeutung von „in“ umfasst „in“ und „auf“. Die Ausdrücke „bei einer Ausführungsform“ oder „bei einem Beispiel“ beziehen sich, so wie sie hier verwendet werden, nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform oder das gleiche Beispiel, obwohl dies auch möglich ist. Auf ähnliche Weise beziehen sich die Ausdrücke „bei einigen Ausführungsform“ oder „bei einigen Beispiel“, so wie sie hier verwendet werden, nicht unbedingt auf die gleichen Ausführungsformen oder die gleichen Beispiele, obwohl dies auch möglich ist. So wie der Begriff „oder“ hier verwendet wird, ist er ein einschließender „oder“ -Operator und ist gleichwertig zu dem Begriff „und/oder“, ausgenommen wenn der Zusammenhang deutlich eine andere Bedeutung vorgibt. Die Begriffe „teilweise aufgrund“, „mindestens teilweise aufgrund“ oder „aufgrund“ sind nicht ausschließend und erlauben es auf zusätzlichen, nicht beschriebenen Faktoren zu beruhen, ausgenommen wenn der Zusammenhang deutlich eine andere Bedeutung vorgibt. Wo es angemessen ist, ist der Begriff „Gate“ als ein generischer Begriff zu verstehen, der sowohl „Gate“ als auch „Basis“ abdeckt, der Begriff „Source“ ist als ein generischer Begriff zu verstehen, der sowohl „Source“ als auch „Emitter“ abdeckt, und der Begriff „Drain“ ist als ein generischer Begriff zu verstehen, der sowohl „Drain“ als auch „Kollektor“ abdeckt. Der Begriff „verbunden“ bedeutet mindestens entweder eine direkte elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen oder eine indirekte Verbindung durch eine oder mehrere passive oder aktive zwischengeschaltete Vorrichtungen. Der Begriff „Signal“ bedeutet mindestens einen Strom, eine Spannung, eine Ladung, eine Temperatur, Daten oder ein anderes Signal.
1A ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Elements 100 eines Stromrichters darstellt, der eine isolierte Topologie aufweist. Das Element 100 umfasst einen Leistungstransistor M1, einen Messtransistor M2 und einen Ausgabeschaltkreis 110. Der Leistungstransistor M1 weist einen Gate-Anschluss, der mit dem Knoten N3 verbunden ist, einen ersten Drain/Source-Anschluss, der mit dem Knoten N4 verbunden ist, und einen zweiten Drain/Source-Anschluss auf, der mit dem Knoten N1 verbunden ist. Der Messtransistor M2 weist einen Gate-Anschluss, der mit dem Knoten N3 verbunden ist, einen ersten Drain/Source-Anschluss, der mit dem Knoten N4 verbunden ist, und einen zweiten Drain/Source-Anschluss auf, der mit dem Knoten N2 verbunden ist.
Der Ausgabeschaltkreis 110 ist mit dem Knoten N1 und dem Knoten N2 verbunden. Der Ausgabeschaltkreis 110 ist so ausgelegt, dass er veranlasst, dass eine Spannung an dem Knoten N2 die Gleiche ist wie eine Spannung an dem Knoten N1. Der Messtransistor M2 und der Ausgabeschaltkreis 110 funktionieren zusammen als ein Mittel zum Erzeugen einer korrekt skalierten Version eines stromdurchflossenen Leistungstransistors M1 aufgrund der Stromspiegelanordnung und -konfiguration.
Die ohne Verbindung gezeigten Knoten sind nicht typischerweise so zu verstehen, dass sie potenzialfreie Knoten darstellen, obwohl sie in einigen Fällen stattdessen Knoten darstellen können, die in verschiedenen Beispiele in unterschiedlichen Anordnungen angeschlossen sein können. Zum Beispiel kann der N3 in einigen Beispielen aktiv von einem Treiber geführt werden, aber es wird kein Treiber gezeigt, da 1A als ein übergeordnetes Blockschaltbild zu verstehen ist, das viele verschiedene Anordnungen aufweisen kann und nicht auf eine spezielle Anordnung beschränkt ist.
1A stellt ein Beispiel dar, in dem die ersten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 die Sources der Transistoren M1 bzw. M2 sind und die zweiten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 die Drains der Transistoren M1 bzw. M2 sind. Bei weiteren Beispielen sind die ersten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 die Drains der Transistoren M1 bzw. M2 und die zweiten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 sind die Sources der Transistoren M1 bzw. M2 (ein Beispiel dessen wird in 1B gezeigt, die weiter unten ausführlicher erörtert wird).
1A zeigt Beispiele der Transistoren M1 und M2, bei denen die Transistoren M1 und M2 Feldeffekttransistoren sind. Bei einigen Beispielen sind die Transistoren M1 und M2 Si-gestützte MOSFETs. Diese Offenbarung ist jedoch nicht auf diese beschränkt und bei verschiedenen Beispielen innerhalb des Umfangs und des Erfindungsgedankens können die Transistoren M1 und M2 beliebige geeignete Arten von Transistoren sein, die bei nicht einschränkenden Beispielen Galliumnitrid-FETs (GaN-FETs), Si-IGBTs und/oder Ähnliche sein können. Obwohl 1A buchstäblich n-Kanal-Transistoren zeigt, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt und bei weiteren Beispielen können p-Kanal-Transistoren eingesetzt werden. Diese und weitere Beispiele liegen im Umfang und dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenbarung.
1B ist ein Blockschaltbild, das ein Element 100B eines Stromrichters darstellt, der ein Beispiel des in 1A dargestellten Stromrichters 100 ist. In 1B sind die ersten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 die Drains der Transistoren M1 bzw. M2 und die zweiten Drain/Source-Anschlüsse der Transistoren M1 und M2 sind die Sources der Transistoren M1 bzw. M2.
1C ist ein Blockschaltbild, das ein Element 100C eines Stromrichters darstellt, der ein Beispiel des in 1A dargestellten Stromrichters 100 ist. In 1C sind der Leistungstransistor und der Messtransistor die Bipolartransistoren Q1 bzw. Q2.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Elements 200 eines Stromrichters darstellt, der als ein Beispiel des Elements 100 aus 1A eingesetzt werden kann. Das Element 200 umfasst außerdem die Treiberschaltung 220 und den Strommessschaltkreis 230. Bei einigen Beispielen können die Knoten N4 und N1 mit Spannungsversorgungsknoten wie zum Beispiel dem VDD bzw. dem GND verbunden sein.
Der Strommessschaltkreis 230 ist ausgelegt, um den Strom an dem Knoten N2 zu messen. Die Treiberschaltung 220 ist ausgelegt, um den Knoten N3 in einer Weise zu treiben, die für eine Synchrongleichrichtung geeignet ist. Bei einigen Beispielen ist die Treiberschaltung 220 konfiguriert, den Leistungstransistor M1 (und den Messtransistor M2) zu steuern, um eine Zeitgebung ein- und auszuschalten, die aufgrund einer Strommessung gesteuert wird, die von dem Strommessschaltkreis 230 durchgeführt wird. Der Messtransistor M2 ist zusammen mit dem Leistungstransistor M1 in den gleichen Chip eingebettet, sodass die Transistoren M1 und M2 zusammen als ein Stromspiegel funktionieren.
Bei verschiedenen Beispielen können sich die Treiberschaltung 220, der Leistungstransistor M1, der Ausgabeschaltkreis 210 und der Strommessschaltkreis 230 auf verschiedenen Chips befinden, die in dem gleichen Gehäuse integriert sind, sie können vollständig monolithisch sein oder sie können jeweils diskrete Einheiten bilden. Bei einigen Beispielen kann das Element 200 eingesetzt werden, um eine selbstgeführte Synchrongleichrichtung durchzuführen.
Die Bereiche der Transistoren M2 und M1 stehen in einem Verhältnis 1 zu N. Da die Betriebsbedingungen die gleichen sind, trägt der Messtransistor M2 daher 1/N des Stroms, der durch den Leistungstransistor M1 fließt. Die zwei Vorrichtungen M1 und M2 weisen ein gemeinsames Gate auf und nutzen auch die Source oder den Drain (der erste Drain/Source-Anschluss) gemeinsam. Der Ausgabeschaltkreis 210 setzt die Spannung am Knoten N2 gleich der Spannung am Knoten N1, indem Strom in den Knoten N2 eingespeist wird, sodass der Strom, der durch den Messtransistor M2 fließt, gleich 1/N des Stroms ist, der durch den Leistungstransistor M1 fließt.
Da der Strom, der durch den Messtransistor M2 fließt, eine korrekt skalierte Version des Stroms ist, der durch den Leistungstransistor M1 fließt, kann der Strommessschaltkreis 230 den Leistungstransistorstrom genau messen, indem der Messtransistorstrom gemessen wird.
Bei einigen Beispielen ist der Strommessschaltkreis 230 ausgelegt, um den Nulldurchgang des Leistungstransistorstroms zu messen, und das Schalten des Leistungstransistors M1 wird so gesteuert, dass der Leistungstransistor M1 bei dem Nulldurchgang des Leistungstransistorstroms ausgeschaltet wird. Der Ausgabeschaltkreis 210 setzt die Spannung am Knoten N2 gleich der Spannung am Knoten N1, indem Strom in den Knoten N2 eingespeist wird, sodass der Strom, der durch den Messtransistor M2 fließt, gleich 1/N des Stroms ist, der durch den Leistungstransistor M1 fließt.
Wie oben erörtert, kann der Strommessschaltkreis 230 bei einigen Beispielen eingesetzt werden, um zu ermitteln, wann der Synchrongleichrichter (Leistungstransistor M1) ein- und ausgeschaltet wird. Bei diesen Beispielen steuert der Strommessschaltkreis 230 die Synchrongleichrichtung, indem der Zeitpunkt des Einschaltens und des Ausschaltens des Leistungstransistors M1 gesteuert wird. Bei weiteren Beispielen kann der Strommessschaltkreis anstelle oder zusätzlich zum Messen des Stroms zum Zweck des Ermittelns des Ausschaltens und/oder des Einschaltens des Leistungstransistors M1 und des Durchführens der Steuerung des Einschaltens und des Ausschaltens auch aus anderen Gründen eingesetzt werden einschließlich des Erkennens und/oder des Steuerns von Funktionen wie zum Beispiel der Stromsteuerung, der Strommodussteuerung, dem Überstromschutz, der Fehlererkennung und/oder ähnlichen Funktionen.
3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements 300 eines Stromrichters darstellt, da von einem Beispiel des Elements 100 aus 1A eingesetzt werden kann. Wie gezeigt, umfasst der Ausgabeschaltkreis 310 einen Transkonduktanzverstärker 311. Der Transkonduktanzverstärker 311 weist einen nichtinvertierenden Eingang auf, der mit dem Knoten N1 verbunden ist, und er weist einen invertierenden Eingang auf, der mit dem Knoten N2 verbunden ist. Der Transkonduktanzverstärker 311 setzt die Spannung am Knoten N2 gleich der Spannung am Knoten N1, indem Strom in den Knoten N2 eingespeist wird, sodass der Strom, der durch den Messtransistor M2 fließt, auf einen Wert gezwungen wird, der gleich 1/N des Stroms ist, der durch den Leistungstransistor M1 fließt.
Obwohl 3 ein Beispiel des Ausgabeschaltkreises 310 zeigt, der aus einem Transkonduktanzverstärker besteht, ist diese Offenbarung nicht darauf beschränkt, und viele andere Variationen von Ausgabeschaltkreisen 310 können eingesetzt werden, so lange diese Ausgabeschaltkreise veranlassen, dass die Spannung am Knoten N2 auf die gleiche Spannung wie der Knoten N1 gesetzt wird. Dies kann zum Beispiel durch ein analoges Mittel, ein digitales Mittel oder eine Kombination aus einem analogen und einem digitalen Mittel erreicht werden.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements 400 eines Stromrichters darstellt, der als ein Beispiel des Elements 300 aus 3 eingesetzt werden kann. Das Element 400 umfasst außerdem einen Pulldown-Schalter M3, der zwischen die Knoten N1 und N2 geschaltet ist. Das Element 400 umfasst außerdem einen Wechselrichter 470 als eine optionale Komponente, die bei einigen Beispielen des Elements 400 nicht enthalten ist.
Der Pulldown-Schalter M3 muss keinen niedrigen Durchlasswiderstand aufweisen, da während der Ausschaltzeit kein Strom durch den Pulldown-Schalter M3 fließt. Bei einigen Beispielen weist der Pulldown-Schalter M3 einen relativ hohen Durchlasswiderstand auf.
Der Pulldown-Schalter M3 verhindert, dass der Knoten N2 potenzialfrei wird, wenn der Synchrongleichrichter (Leistungstransistor M1) ausgeschaltet ist. Wenn das Drain-Potenzial an dem Synchrongleichrichter von dem (in 4 nicht gezeigtem) Wandler genau vor dem Einschalten herabgesetzt wird, gibt es einen Verschiebungsstrom, der durch die Hauptdiode (welche entweder die Körperdiode des Leistungstransistors M1 oder eine externe Diode sein kann) und durch die parasitäre Kapazität zwischen dem Drain und der Mess-Source fließt. Dieser Strom fließt auch durch den Pulldown-Schalter M3 und veranlasst aufgrund des relativ hohen Durchlasswiderstands des Schalters M3 auch einen Abfall der Messlinie im Vergleich zu der Source des Leistungstransistors M1. Bei einigen Beispielen kann der negative Spannungsabfall durch eine (in 4 nicht gezeigte) Sourcebezogene Vergleichseinrichtung gemessen werden und verwendet werden, um das Einschalten des Synchrongleichrichters zu ermitteln.
Bei einigen Beispielen ist der Schwellenwert der Vergleichseinrichtung feststehend und gleich ein paar Hundert mV, wenn das Gesamtprodukt für Server-PSUs und Telekommunikations-SMPS vorgesehen ist, wohingegen der Schwellenwert bei Niedrigenergieanwendungen wie zum Beispiel Ladegeräten und Adapter mit der Last variieren kann. Bei einigen Beispielen kann eine angemessene Variation des Schwellenwerts dank der zur Verfügung stehenden Strommessinformationen einfach eingestellt werden.
Bei verschiedenen Beispielen kann das Ausschalten des Schalters M1 entweder sofort nach dem Erkennen der Schwellenwertüberquerung oder verzögert gemäß einiger andere Steuerschemen durchgeführt werden.
Eines dieser Steuerschemen beruht auf dem Überwachen der Stromsteigung. Bei Anwendungen wie zum Beispiel LLC, wo ein Betrieb oberhalb der Resonanzfrequenz auftreten kann, funktioniert die Steigungserkennung gut im Zusammenwirken mit dem Erkennen einer Überquerung eines festen oder variablen Schwellenwerts. Oberhalb der Resonanzfrequenz fällt der Strom, der durch die Vorrichtung fließt, tatsächlich schnell ab, was die alleinige Verwendung einer Stromschwellenwertüberquerung wirkungslos macht, da es der Schaltung zu wenig Zeit zum Reagieren gibt.
Bei Beispielen die eine Steigungserkennung einsetzen, wird die Schaltung frühzeitig genug gewarnt, um die Vorrichtung auszuschalten. Da aber der Steigungsgradient selbst durch die dominante Induktivität der Topologie – der resonanten Spule in dem Fall der LLC-Topologie – begrenzt wird, kann die Schaltung die Vorrichtung zu früh ausschalten, wenn sie sofort reagiert, wenn der eingestellte Schwellenwert für den Steigungsgradienten überschritten wird. Aus diesem Grund stellt das regelmäßige Überwachen des Steigungswerts durch die Schaltung kritische Informationen für eine optimale Zeitgebung des Abschaltmechanismus bereit.
5 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Elements 500 eines Stromrichters darstellt, das als ein Beispiel des Elements 400 aus 4 eingesetzt werden kann. Der Strommessschaltkreis 530 umfasst eine Aus-Vergleichseinrichtung 540, eine Ein-Vergleichseinrichtung 550 und eine SR-Steuerlogik 560. Der Leistungstransistor M1 und der Messtransistor M2 funktionieren zusammen als Synchrongleichrichter 580, während die Treiberschaltung 520, der Pulldown-Schalter M3, der Wechselrichter 570, der Ausgabeschaltkreis 510 und der Strommessschaltkreis 530 zusammen als Treiber 590 funktionieren. Obwohl die SR-Steuerlogik 560 bei verschiedenen Beispielen gezeigt wird, kann die SR-Steuerlogik 560 durch eine andere analoge und/oder digitale Vorrichtung oder eine Vielzahl von analogen und/oder digitalen Vorrichtungen ersetzt werden, um eine Steuerfunktion bereitzustellen, und daher kann darauf in einigen Fällen einfach als ein Steuerblock 560 Bezug genommen werden.
Die Aus-Vergleichseinrichtung 540 ist ausgelegt, um die Ausschaltzeit des Leistungstransistors M1 und des Messtransistors M2 aufgrund des Nulldurchgangs des Leistungstransistorstroms zu ermitteln. Die Ein-Vergleichseinrichtung 550 ist ausgelegt, um den Messanschluss am Knoten N2 so zu überwachen, dass die Einschaltzeit des Leistungstransistors M1 und des Messtransistors M2 ermittelt wird.
Die Aus-Vergleichseinrichtung 540 und die Ein-Vergleichseinrichtung 550 können in verschiedener Weise konfiguriert sein und können innerhalb des Umfangs und des Erfindungsgedankens dieser Offenbarung konfiguriert sein, die Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten bei verschiedenen Beispielen in verschiedener Weise zu erkennen. Zum Beispiel ist es bei einigen Beispielen der Ein-Vergleichseinrichtung 550 nicht notwendig, den Pulldown-Schalter M3 einzusetzen.
Bei verschiedenen Beispielen kann der Stromvergleich stromseitig durchgeführt werden, indem zum Beispiel der Messtransistorstrom gespiegelt wird und eine Stromvergleichseinrichtung eingesetzt wird, um den gespiegelten Messstrom mit einem Bezugsstrom zu vergleichen, oder er kann spannungsseitig durchgeführt werden, indem zum Beispiel der Messstrom in eine Spannung gewandelt wird, wie zum Beispiel, indem der Messstrom gespiegelt wird, der gespiegelte Messstrom auf einen Widerstand angewandt und der Widerstandsstrom durch den Einsatz einer Spannungsvergleichseinrichtung mit einer Bezugsspannung verglichen wird. Bei einigen Beispielen können Offsets eingesetzt werden.
Bei einigen Beispielen kann, wie oben erörtert wurde, die Aus-Vergleichseinrichtung 540 eingesetzt werden, um einen Nulldurchgang des Leistungstransistorstroms zu erkennen. Bei einigen Anwendungen kann der Stromrichter jedoch einen Schwellenwert ungleich Null benötigen, der gemäß der Last bei einigen Beispielen variabel sein kann. Bei diesen Beispielen kann die Aus-Vergleichseinrichtung 540 eingesetzt werden, um den Schwellenwert ungleich Null zu erkennen, anstatt einen Nulldurchgang des Stroms zu erkennen. Bei verschiedenen Beispielen können Verfahren zum Ermitteln der Ausschaltzeit gemäß den Betriebsbedingungen des Stromrichters ausgewählt werden. Bei einigen Beispielen für LLC-Stromrichter kann das Erkennen eines festen Stromschwellenwerts unterhalb der Resonanzfrequenz verwendet werden, während die Stromsteigungsinformationen ausgenutzt werden können, wenn er oberhalb der Resonanzfrequenz betrieben wird.
Die SR-Steuerlogik 560 ist ausgelegt, um die Zeitpunkte des Einschaltens und des Ausschaltens des Leistungstransistors M1 und des Messtransistors M2 aufgrund der Ausgänge der Aus-Vergleichseinrichtung 540 und der Ein-Vergleichseinrichtung 550 zu steuern. Bei einigen Beispielen kann die SR-Steuerlogik 560 nur aus einem Set-Reset-Flipflop (Set-Reset latch, SR-Flipflop) bestehen, wobei der SR-Flipflop zum Beispiel aus zwei NAND-Gattern oder zwei NOR-Gattern bestehen kann. Die Zustände des SR-Flipflops können durch den Ausgang der Aus-Vergleichseinrichtung und den Ausgang der Ein-Vergleichseinrichtung definiert werden. Weitere Beispiele der SR-Steuerlogik 560 können einen SR-Flipflop mit einer anderen Schaltung umfassen. Bei einigen Beispielen können Merkmale wie zum Beispiel Energiesparmerkmale und eine Stromversorgungsaufbereitung als Teil einer SR-Steuerlogik 560 eingesetzt werden. Bei einigen Beispielen kann die SR-Steuerlogik 560 eine Verzögerungs- und eine Dunkeltastungsschaltung für eine optimale Leistungsfähigkeit umfassen. Die SR-Steuerlogik 560 kann eine analoge oder eine digitale Schnittstelle umfassen, um der Systemplatine strombezogenen Informationen zur Verfügung zu stellen.
6 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Stromrichters 601 darstellt, der das Wechsel/Gleichstromelement umfasst, das in jedem der Elemente der vorhergehenden Figuren dargestellt ist. Bei einigen Beispielen kann jedes der in 6 gezeigten Elemente 600 einen Synchrongleichrichter 680, der beispielhaft als Gleichrichter 580 aus 5 umgesetzt werden kann, und einen Treiber 690 umfassen, der beispielhaft als Treiber 590 aus 5 umgesetzt werden kann. Verschiedene Beispiele des Stromrichters 601 können Zeilen- und LLC-Topologien umfassen, aber diese Offenbarung ist nicht auf diese beschränkt. Außerdem können bei verschiedenen Beispielen die Synchrongleichrichter auf der Hochspannungsseite angebracht werden. 6 stellt ein Beispiel eines Stromrichters dar, der eine isolierte Topologie aufweist und der in verschiedenen Beispielen dieser Offenbarung eingesetzt werden kann. Jedoch können auch andere Topologien in weiteren Beispielen eingesetzt werden, die mit dem Umfang und dem Erfindungsgedanken dieser Offenbarung im Einklang stehen.
7 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Prozesses 729 darstellt, der zum Beispiel durch ein Beispiel des Elements 110 aus 1A eingesetzt werden kann.
Nach einem Startblock geht der Prozess weiter zum Block 721, wo ein Leistungstransistor (z.B. der Transistor M1) verwendet wird, um eine Synchrongleichrichtung auf einer Sekundärseite eines Stromrichters (z.B. des Stromrichters 601) durchzuführen, der eine isolierte Topologie aufweist. Der Leistungstransistor umfasst einen Gate-Anschluss, einen ersten Drain/Source-Anschluss und einen zweiten Drain/Source-Anschluss.
Der Prozess geht dann zum Block 722, wo ein Messtransistor (z.B. der Transistor M2), der in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem Leistungstransistor ausgelegt sein kann, verwendet wird, um einen Messstrom zu erzeugen, der eine skalierte Version eines Stroms durch den Leistungstransistor ist, sodass der Messtransistor einen Gate-Anschluss, der mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist, einen ersten Drain/Source-Anschluss, der mit dem ersten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist, und einen zweiten Drain/Source-Anschluss umfasst.
Der Prozess geht dann weiter zum Block 723, wo ein Strom an den zweiten Drain/Source-Anschluss des Spiegels geliefert wird, sodass eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors im Wesentlichen gleich ist wie eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors.
Der Prozess geht dann weiter zu einem Rückkehrblock, wo ander Prozesse wieder aufgenommen werden.
Verschiedene Beispiele sind beschrieben worden. Diese und weitere Beispiele liegen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Vorrichtung, umfassend: einen Stromrichter, der eine isolierte Topologie aufweist, umfassend: einen Leistungstransistor, der einen Gate-Anschluss, einen ersten Drain/Source-Anschluss und einen zweiten Drain/Source-Anschluss umfasst; einen Messtransistor, der eine Gate-Anschluss, einen ersten Drain/Source-Anschluss und einen zweiten Drain/Source-Anschluss umfasst, wobei der Messtransistor in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem Leistungstransistor so ausgelegt ist, dass der Gate-Anschluss des Messtransistors mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist und der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors mit dem ersten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist; und einen Ausgabeschaltkreis, der mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors und dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden ist, wobei der Ausgabeschaltkreis so ausgelegt ist, dass er an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors eine Spannung veranlasst, die im Wesentlichen gleich ist wie eine Spannung an dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors der Drain des Leistungstransistors ist, wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors die Source des Leistungstransistors ist, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Drain des Messtransistors ist und wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Messtransistors die Source des Messtransistors ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors die Source des Leistungstransistors ist, wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors der Drain des Leistungstransistors ist, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors die Source des Messtransistors ist und wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Drain des Messtransistors ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Klemme des Leistungstransistors die Basis des Leistungstransistors ist, wobei die erste Drain/Source-Klemme des Leistungstransistors der Kollektor des Leistungstransistors ist, wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors der Emitter des Leistungstransistors ist, wobei der Gate-Anschluss des Messtransistors die Basis des Messtransistors ist, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Kollektor des Messtransistors ist und wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Emitter des Messtransistors ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Klemme des Leistungstransistors die Basis des Leistungstransistors ist, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors der Emitter des Leistungstransistors ist, wobei der zweite Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors der Kollektor des Leistungstransistors ist, wobei der Gate-Anschluss des Messtransistors die Basis des Messtransistors ist, wobei der erste Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Emitter des Messtransistors ist und wobei dre zweite Drain/Source-Anschluss des Messtransistors der Kollektor des Messtransistors ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausgabeschaltkreis einen ersten Transkonduktanzverstärker umfasst, der einen ersten Eingang, der mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden ist, und einen Ausgang umfasst, der mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromrichter außerdem einen Pulldown-Schalter umfasst, der zwischen den zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors und den zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromrichter außerdem einen Strommessschaltkreis umfasst, der mit dem zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Strommessschaltkreis ausgelegt ist, den Zeitablauf einer Synchrongleichrichtung für den Leistungstransistor aufgrund eines Stroms durch den Messtransistor zu steuern, wobei der Strom durch den Strommessschaltkreis erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Strommessschaltkreis ausgelegt ist, eine Überstromerfassung aufgrund eines Stroms durch den Messtransistor zu steuern, wobei der Strom durch den Strommessschaltkreis erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Strommessschaltkreis ausgelegt ist, eine Strommodussteuerung einer Ausgangsgleichspannung aufgrund eines Stroms durch den Messtransistor zu steuern, wobei der Strom durch den Strommessschaltkreis erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Strommessschaltkreis eine Ein-Vergleichseinrichtung, eine Aus-Vergleichseinrichtung und einen Steuerblock umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Steuerblock einen SR-Flipflop umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Stromrichter außerdem eine Treiberschaltung umfasst und wobei die Steuerlogik und die Treiberschaltung ausgelegt sind, den Leistungstransistor und den Messtransistor einzuschalten, wenn eine Ausgabe der Ein-Vergleichseinrichtung bestätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Aus-Vergleichseinrichtung ausgelegt ist, eine Stromschwellenwertüberquerung eines Stroms zu erfassen, der dem Messtransistor zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Stromschwellenwertüberquerung ein Nulldurchgang ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Stromrichter außerdem eine Treiberschaltung umfasst, wobei die Steuerlogik und die Treiberschaltung ausgelegt sind, den Leistungstransistor und den Messtransistor auszuschalten, wenn die Aus-Vergleichseinrichtung die Stromschwellenwertüberquerung des Stroms erfasst, der dem Messtransistor zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Steuerblock mindestens einen aus der Stromschwellenwertüberquerung oder einer Ausbreitungsverzögerung von mindestens einer aus der Ein-Vergleichseinrichtung und der Aus-Vergleichseinrichtung aufgrund mindestens eines Parameters einstellt.
Verfahren, umfassend: Verwenden eines Leistungstransistors, um eine Synchrongleichrichtung auf einer Sekundärseite eines Stromrichters durchzuführen, der eine isolierte Topologie aufweist, wobei der Leistungstransistor einen Gate-Anschluss, einen ersten Drain/Source-Anschluss und einen zweiten Drain/Source-Anschluss umfasst; Verwenden eines Messtransistors, der in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem Leistungstransistor ausgelegt ist, um einen Messstrom zu erzeugen, der eine skalierte Version eines Stroms durch den Leistungstransistor ist, sodass der Messtransistor einen Gate-Anschluss, der mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist, einen ersten Drain/Source-Anschluss, der mit dem ersten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist, und einen zweiten Drain/Source-Anschluss umfasst; und Liefern eines Stroms an den zweiten Drain/Source-Anschluss des Spiegels, sodass eine Spannung an den zweiten Drain/Source-Anschluss des Messtransistors im Wesentlichen gleich ist wie eine Spannung an den zweiten Drain/Source-Anschluss des Leistungstransistors.
Vorrichtung, umfassend: einen Stromrichter mit einer isolierten Topologie, umfassend: einen Leistungstransistor; und ein Mittel zum Erzeugen einer korrekt skalierten Version eines Stroms durch den Leistungstransistor.