同步功率整流器的過電壓保護(hù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及與同步功率整流器相關(guān)的技術(shù)與電路。
【背景技術(shù)】
[0002]一些功率應(yīng)用包括一個(gè)或多個(gè)整流器，以將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。例如，無線功率接收器可依賴于整流器，將在接收線圈處接收到的AC電壓輸入轉(zhuǎn)換為DC電壓，該DC電壓依賴于無線功率接收器的一些其它部分(例如，功率變換器，負(fù)載等)。整流器可以是無源整流器或同步整流器(否則，稱為“有源整流器”)。無源整流器可包括無源元件(例如，二極管)，且同步整流器可包括有源元件(例如，可控開關(guān))。在任一種情況下，將無源整流器和同步整流器的元件布置在特定配置中(例如，半橋配置，H橋配置)以將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。與無源整流器相比，通過使用有源型元件而非無源型元件，同步整流器可具有降低的功率損耗量。
[0003]在一些示例中，同步整流器的有源類型元件可以是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)型開關(guān)，且每個(gè)開關(guān)包括寄生的體二極管。每個(gè)MOS型開關(guān)的體二極管可作為無源整流器的無源型元件。因此，甚至當(dāng)每個(gè)同步整流器的MOS型開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，該同步整流器仍可執(zhí)行無源整流。因此，當(dāng)MOS型開關(guān)關(guān)斷時(shí)，如果將較大AC電壓施加至同步整流器的輸入，則同步整流器仍可輸出較大的DC電壓(例如，DC電壓超過MOS型開關(guān)的擊穿電壓)，該電壓可破壞或至少損害同步整流器和/或周邊系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]總體上，本公開所述電路和技術(shù)可提供對(duì)同步整流器的保護(hù)，使其在不使用電壓鉗位(例如，位于整流器輸入處的高電壓電容器)或其它類型外部元件的情況下免于承受過電壓狀態(tài)。通過對(duì)整流器開關(guān)的控制，控制器可使整流器基于AC電壓輸入來輸出經(jīng)整流的DC電壓。然而，文中所述控制器不是簡單控制同步整流器的開關(guān)以執(zhí)行整流，而是可進(jìn)一步控制開關(guān)以阻止過電壓狀態(tài)損壞整流器。例如，基于整流器DC輸出的電壓電平，該控制器可確定是否調(diào)整整流器的一些開關(guān)的操作狀態(tài)，以使得整流器在保護(hù)模式下開始運(yùn)行，由此導(dǎo)致DC輸出電壓電平的降低。
[0005]在一個(gè)示例中，本公開涉及包括整流器的電路，其被配置為將來自AC輸入的DC輸出進(jìn)行整流；以及感測單元，其被配置為檢測DC輸出的電壓電平。該電路進(jìn)一步包括控制單元，其被配置為基于DC輸出的電壓電平通過以下方式控制整流器，該方式為通過至少將整流器控制為:如果DC輸出的電壓電平?jīng)]有指示電路處的過電壓狀態(tài)，則對(duì)來自AC輸入的DC輸出進(jìn)行整流；并且如果DC輸出的電壓電平指示過電壓狀態(tài)，則將來自AC輸入的電流進(jìn)行分流。
[0006]在另一個(gè)示例中，本公開涉及一種方法，該方法包括:檢測來自接收AC輸入的整流器的DC輸出的電壓電平；通過控制單元確定，是否電壓電平指示整流器處的過電壓狀態(tài)；并且，如果DC輸出的電壓電平?jīng)]有指示過電壓狀態(tài)，則使用整流器將DC輸出進(jìn)行整流。該方法進(jìn)一步包括，如果DC輸出的電壓電平?jīng)]有指示過電壓狀態(tài)，則使用整流器將來自AC輸入的電流進(jìn)行分流。
[0007]在另一個(gè)示例中，本公開涉及一種電路，該電路具有用于檢測來自接收AC輸入的整流器的DC輸出的電壓電平的裝置，用于確定在電壓電平是否指示整流器處的過電壓狀態(tài)的裝置，以及如果DC輸出的電壓電平?jīng)]有指示過電壓狀態(tài)時(shí)，用于將DC輸出進(jìn)行整流的裝置。該電路具有用于在DC輸出電壓電平?jīng)]有指示過電壓狀態(tài)時(shí)將來自AC輸入的電流進(jìn)行分流的裝置。
[0008]結(jié)合下面附圖及說明書對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述。本公開的其它特征、目的以及優(yōu)點(diǎn)將通過說明書及附圖，以及權(quán)利要求書變得顯而易見。
【附圖說明】
[0009]圖1為示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的對(duì)來自AC電源的AC電壓進(jìn)行整流的示例系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖2為示出了圖1中所示示例系統(tǒng)的功率變換器的一個(gè)示例，其使用電壓鉗位用于過電壓保護(hù)。
[0011]圖3為示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖1中所示示例系統(tǒng)的具有過電壓保護(hù)的功率變換器的一個(gè)示例。
[0012]圖4A至4D為示出了圖3中所示功率變換器的整流器的可選示例的框圖。
[0013]圖5為示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的具有過電壓保護(hù)的示例功率變換器操作的示例的框圖。
[0014]圖6為示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例功率變換器電氣時(shí)序特性的時(shí)序圖。
[0015]圖7為具有無源整流器的示例無線功率接收器的框圖。
[0016]圖8A和SB為具有用于過電壓保護(hù)的同步整流器和電壓鉗位的示例無線功率接收器的電路圖。
[0017]圖9為示出了圖8中所示示例無線功率接收器的電氣時(shí)序特性的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]一些功率應(yīng)用包括一個(gè)或多個(gè)整流器，以將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。例如，無線功率接收器可依賴整流器將在接收線圈處接收到的AC電壓輸入轉(zhuǎn)換為DC電壓，該DC電壓依賴于無線功率接收器的一些其它部分(例如，升壓變換器或降壓變換器，負(fù)載等)。整流器可以是無源整流器或同步整流器(否則，稱為“有源整流器”)。無源整流器可包括無源元件(例如，二極管)且同步整流器可包括有源元件(例如，可控開關(guān))。在任一種情況中，將無源整流器和同步整流器的元件布置在特定配置中(例如，半橋，H橋配置)，以將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。通過使用有源類型元件而非無源類型元件，同步整流器與無源整流器相比可具有減小的功率損耗量。
[0019]在一些示例中，同步整流器的有源類型元件可包括金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)型開關(guān)，且每個(gè)開關(guān)包括寄生的體二極管。每個(gè)MOS型開關(guān)的體二極管可作為無源整流器的無源類型元件。因此，甚至當(dāng)每個(gè)同步整流器的MOS型開關(guān)工作在關(guān)斷狀態(tài)下時(shí)，同步整流器仍可實(shí)現(xiàn)無源整流。
[0020]參考回上述示例無線功率接收器，可將接收線圈暴露于可能的經(jīng)由空氣行進(jìn)的信號(hào)。如果無線功率接收器的整流器是依賴于MOS型開關(guān)的同步整流器，則甚至當(dāng)同步整流器關(guān)斷時(shí)，由接收線圈捕獲的任意信號(hào)都有可能被整流。例如，如果接收線圈在同步整流器關(guān)斷時(shí)接收較大的AC電壓，則可在同步整流器輸出處將對(duì)大的且非預(yù)期的DC電壓進(jìn)行整流。在整流器的輸出處的非預(yù)期DC電壓，特別是如果DC電壓超過了 MOS型開關(guān)的擊穿電壓，能夠毀壞或至少損害同步整流器和/或與同步整流器輸出耦合的無線功率接收器的部分。
[0021]為防止在這種同步整流器關(guān)斷時(shí)同步整流器產(chǎn)生非預(yù)期的DC電壓輸出，一些無線功率接收器和其它類型的功率應(yīng)用可依賴于電壓鉗位以阻止非預(yù)期的AC電壓到達(dá)同步整流器。例如，本文中的電壓鉗位可以是高電壓電容器的形式，該高電壓電容器耦合至地面并與開關(guān)和同步整流器相應(yīng)的輸入端串聯(lián)。同步整流器的每個(gè)輸入端可具有一個(gè)或多個(gè)電壓鉗位。當(dāng)控制器引起同步整流器的MOS型開關(guān)關(guān)斷和/或當(dāng)控制器在同步整流器的輸出處感測到過電壓時(shí)，控制器同樣引起每個(gè)電壓鉗位的對(duì)應(yīng)的開關(guān)閉合，本質(zhì)上，將該輸入端地接至同步整流器。通過激活每個(gè)電壓鉗位，將任何可能進(jìn)入或否則已經(jīng)進(jìn)入到同步整流器的電流從輸入端分流離開，并分流至每個(gè)接地電容器。電壓鉗位的缺點(diǎn)諸如存在需要用于其實(shí)現(xiàn)方式的額外管腳、開關(guān)、部件等。額外的部件及連接可導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的尺寸、面積、成本和/或復(fù)雜性的增加?？稍O(shè)計(jì)用于電壓鉗位的這種類型的高電壓電容器以承受異常的高電壓或高電流。對(duì)于一些應(yīng)用，這些高電壓電容器可能特別是成本過高的。
[0022]總體上，本公開的電路和技術(shù)可對(duì)同步整流器提供保護(hù)，以防止過電壓狀態(tài)，而不使用電壓鉗位(例如，在整流器輸入處的高電壓電容器)或其它類型外部部件。例如，通過向整流器提供引起開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)在導(dǎo)通與關(guān)斷工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的信號(hào)，控制器通?？煽刂仆秸髌鞯拈_關(guān)的操作。通過對(duì)開關(guān)的控制，控制器可基于AC電壓輸入使整流器輸出經(jīng)整流的DC電壓。
[0023]根據(jù)本公開的電路和技術(shù)，控制器并非僅僅控制同步整流器的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)整流，而是控制器可根據(jù)本公開的電路和技術(shù)以一種方式進(jìn)一步控制整流器的開關(guān)，以防止在整流器處的過電壓狀態(tài)對(duì)整流器產(chǎn)生損害?？刂破骺纱_定整流器輸出處的電壓電平，并根據(jù)該輸出電壓電平確定是否調(diào)節(jié)開關(guān)中的任意開關(guān)的操作狀態(tài)。當(dāng)控制器確定在整流器處過電壓正在發(fā)生或即將發(fā)生的情況下，控制器可使整流器開始在保護(hù)模式下運(yùn)行。在保護(hù)模式期間，將整流器配置為將電流從整流器的AC輸入分流離開，以降低整流器DC輸出的電壓電平。
[0024]例如，控制器可在輸出處將電壓電平與閾值電壓進(jìn)行比較以確定是否可能存在過電壓狀態(tài)(例如，如果存在于整流器處可能損害整流器的電壓)。如果基于該比較，控制器確定在輸出處的經(jīng)整流的電壓電平接近與過電壓狀態(tài)相關(guān)的電壓電平，則控制器部分地或完全地將整流器的開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)禁用(例如，高側(cè)開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè))并可部分地或完全地將整流器的啟用其他開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(例如，低側(cè)開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè))，以將經(jīng)整流的電壓電平降低到可容許的電平。
[0025]通過在控制同步整流器開關(guān)的操作狀態(tài)中基于經(jīng)整流的輸出電壓，控制器可防止整流器發(fā)生過電壓狀態(tài)，否則該過電壓狀態(tài)會(huì)損害整流器。通過這種方式，整流器可具備過電壓狀態(tài)保護(hù)而無需使用昂貴的外部部件。根據(jù)本公開的電路和技術(shù)，控制同步整流器的功率變換器可比一些依賴于如高電壓電容器的外部保護(hù)部件的其它功率變換器更廉價(jià)和/或具有更小的尺寸。
[0026]圖1是示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的用于將來自AC電源的AC電壓進(jìn)行整流的示例系統(tǒng)的框圖。圖1示出了具有四個(gè)分開且不同的部件的系統(tǒng)1，不同