在非同步模式中使用同步轉(zhuǎn)換器以防止在電池充電期間的電流反向的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)電池充電器，且更特定來說涉及一種在非同步模式中使用同步SMPS以防止在電池充電期間的電流反向的方式。
【背景技術(shù)】
[0002]高電力切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)電池充電器需要同步整流轉(zhuǎn)換器以達成高效率。然而，當同步整流轉(zhuǎn)換器在不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)中操作時，存在同步整流轉(zhuǎn)換器將從正在充電達短時間段的電池汲取電流并將所述電流注入到同步整流轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)(電源)中的可能性。另外，SMPS的效率受損，這是因為整流晶體管可在DCM操作期間使輸出電容器放電。此現(xiàn)象被稱作電池電流反向并可導(dǎo)致對SMPS的同步整流轉(zhuǎn)換器的損毀。當在非同步整流轉(zhuǎn)換器中使用二極管整流時，從不發(fā)生SMPS中的電池電流反向，這是因為與允許電流在兩個方向上流動的電力金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)相比，二極管僅使電流在一個方向(正確方向)上流動。但當在SMPS電池充電器中使用非同步整流轉(zhuǎn)換器來代替較高效同步整流轉(zhuǎn)換器時，效率是較差的。此在設(shè)計高電力電容電池充電器(例如，電動交通工具充電站)時是極重要的。
[0003]對電池電流反向的上述問題的現(xiàn)有技術(shù)解決方案是將電力二極管放置成與正在充電的電池串聯(lián)，但此并非理想解決方案，這是因為電力二極管將在高電流電池充電電平下耗散大量電力。另一現(xiàn)有技術(shù)解決方案是將高電流開關(guān)放置成與正在充電的電池串聯(lián)，但需要額外組件，其中高電力組件可為昂貴的。又一現(xiàn)有技術(shù)解決方案是迫使正常同步整流轉(zhuǎn)換器進入二極管仿真操作模式以便模擬其非同步操作。此需要極快速比較器來檢測SMPS電感器電流在何時下降到實質(zhì)上零且接著在其后同期地停用低側(cè)電力M0SFET，直到又存在電感器電流為止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，需要一種在可導(dǎo)致高電力SMPS電池充電器的不連續(xù)操作模式的低電流或無電流操作期間維持所述高電力SMPS電池充電器的高效率而不需要從正在充電的電池汲取電流的方式。
[0005]根據(jù)一實施例，一種具有可選擇非同步及同步轉(zhuǎn)換器模式的切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)可包括:尚側(cè)電力晶體管；低側(cè)電力晶體管，其與所述尚側(cè)電力晶體管串聯(lián)親合，其中所述高側(cè)電力晶體管還可耦合到電源且所述低側(cè)電力晶體管還可耦合到共用電源；電力二極管，其與所述低側(cè)電力晶體管并聯(lián)耦合；濾波電容器；電力電感器，其具有耦合到所述高側(cè)電力晶體管與所述低側(cè)電力晶體管之間的結(jié)的第一端及耦合到所述濾波電容器的第二端；電流傳感器；及電力控制器，其具有耦合到所述高側(cè)電力晶體管的控制輸入的高驅(qū)動輸出、耦合到所述低側(cè)電力晶體管的控制輸入的低驅(qū)動輸出、耦合到所述濾波電容器的電壓感測輸入及耦合到所述電流傳感器的電流感測輸入；其中當由所述電流傳感器測量的電流可能小于特定電流值時，所述電力控制器僅接通及關(guān)斷所述高側(cè)電力晶體管且使所述低側(cè)電力晶體管維持關(guān)斷，且當由所述電流傳感器測量的所述電流可能等于或大于所述特定電流值時，所述電力控制器接通及關(guān)斷所述高側(cè)電力晶體管且關(guān)斷及接通所述低側(cè)電力晶體管，借以當所述高側(cè)電力晶體管可能接通時，所述低側(cè)電力晶體管能夠關(guān)斷，且當所述高側(cè)電力晶體管可能關(guān)斷時，所述低側(cè)電力晶體管能夠接通。
[0006]根據(jù)另一實施例，當所述高側(cè)電力晶體管及所述低側(cè)電力晶體管兩者可能在所述電力晶體管中的一者可能被返回接通之前均是關(guān)斷時，所述控制器提供停滯時間。根據(jù)另一實施例，所述高側(cè)電力晶體管及所述低側(cè)電力晶體管可為電力金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)晶體管(FET)，且所述電力二極管包括所述低側(cè)電力MOSFET的主體二極管。根據(jù)另一實施例，所述電力控制器包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)產(chǎn)生器及雙電力晶體管驅(qū)動器。根據(jù)另一實施例，所述電力控制器包括微控制器。根據(jù)另一實施例，電池可耦合到所述電力電感器的所述第二端，其中借此可為所述電池充電。根據(jù)另一實施例，所述特定電流值可實質(zhì)上小于所述SMPS的最大電流值。根據(jù)另一實施例，所述特定電流值可大于零安培。根據(jù)另一實施例，當由所述電流傳感器測量的所述電流可能小于所述特定電流值時，所述SMPS可在所述非同步轉(zhuǎn)換器模式中操作。根據(jù)另一實施例，當由所述電流傳感器測量的所述電流可能等于或大于所述特定電流值時，所述SMPS可在所述同步轉(zhuǎn)換器模式中操作。
[0007]根據(jù)另一實施例，一種具有可選擇非同步及同步轉(zhuǎn)換器模式的切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)可包括:高側(cè)電力晶體管；低側(cè)電力晶體管，其與所述高側(cè)電力晶體管串聯(lián)耦合；電力二極管，其與所述低側(cè)電力晶體管并聯(lián)耦合；濾波電容器，其與所述串聯(lián)連接的高側(cè)電力晶體管及低側(cè)電力晶體管并聯(lián)耦合；電力電感器，其具有耦合到所述高側(cè)電力晶體管與所述低側(cè)電力晶體管之間的結(jié)的第一端及耦合到電源的第二端；電流傳感器；及雙電力晶體管驅(qū)動器，其具有耦合到所述高側(cè)電力晶體管的控制輸入的高驅(qū)動輸出、耦合到所述低側(cè)電力晶體管的控制輸入的低驅(qū)動輸出及適于接收三個電壓電平的脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸入，其中當所述PWM輸入可能處于低邏輯電平時，可斷言所述低驅(qū)動輸出且所述低側(cè)電力晶體管可為接通的，當所述PWM輸入可能處于高邏輯電平時，可斷言所述高驅(qū)動輸出且所述高側(cè)電力晶體管可為接通的，且當所述PWM輸入可能處于半邏輯電平時，可撤銷斷言所述高驅(qū)動輸出及所述低驅(qū)動輸出兩者且所述高側(cè)電力晶體管及所述低側(cè)電力晶體管兩者可為關(guān)斷的；第一電阻器及第二電阻器，其具有耦合到所述雙電力晶體管驅(qū)動器的所述PWM輸入的第一端，其中所述第一電阻器及所述第二電阻器可為實質(zhì)上相同的電阻；及微控制器，其具有耦合到所述第一電阻器的第二端的PWM輸出、耦合到所述第二電力電阻器的第二端的數(shù)字輸出、耦合到所述濾波電容器的電壓感測輸入及耦合到所述電流傳感器的電流感測輸入；其中所述微控制器從其所述PWM輸出供應(yīng)PWM信號且具有通過將所述濾波電容器上的電壓與電壓參考進行比較而確定的工作循環(huán)；其中當由所述電流傳感器測量的電流可能小于特定電流值時，來自所述數(shù)字輸出的邏輯電平可與來自所述PWM輸出的邏輯電平相反且所述PWM輸入可處于所述半邏輯電平，且當由所述電流傳感器測量的所述電流可能等于或大于所述特定電流值時，來自所述數(shù)字輸出的所述邏輯電平可處于與來自所述PWM輸出的所述邏輯電平相同的邏輯電平，且所述PWM輸入可處于與來自所述微控制器的所述PWM輸出相同的邏輯電平。
[0008]根據(jù)另一實施例，所述高側(cè)電力晶體管及所述低側(cè)電力晶體管是電力金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)晶體管(FET)，且所述電力二極管包括所述低側(cè)電力MOSFET的主體二極管。根據(jù)另一實施例，電池可耦合到所述濾波電容器，其中借此可為所述電池充電。根據(jù)另一實施例，所述特定電流值可實質(zhì)上小于所述SMPS的最大電流值。根據(jù)另一實施例，所述特定電流值可大于零安培。根據(jù)另一實施例，當由所述電流傳感器測量的所述電流可能小于所述特定電流值時，所述SMPS可在所述非同步轉(zhuǎn)換器模式中操作。根據(jù)另一實施例，當由所述電流傳感器測量的所述電流可能等于或大于所述特定電流值時，所述SMPS可在所述同步轉(zhuǎn)換器模式中操作。
[0009]根據(jù)又一實施例，一種用于優(yōu)化切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)的效率的方法可包括以下步驟:當正從所述SMPS供應(yīng)的電流可能小于特定電流值時，在非同步模式中操作所述SMPS ;及當正從所述SMPS供應(yīng)的所述電流可能等于或大于所述特定電流值時，在同步模式中操作所述SMPS。
[0010]根據(jù)所述方法的另一實施例，當所述SMPS可能在所述同步模式中操作時，高側(cè)電力晶體管及低側(cè)電力晶體管能夠交替地接通及關(guān)斷。根據(jù)所述方法的另一實施例，當所述SMPS可能在所述非同步模式中操作時，僅所述高側(cè)電力晶體管能夠接通及關(guān)斷且所述低側(cè)電力晶體管可保持關(guān)斷。
【附圖說明】
[0011]參考連同附圖一起進行的以下描述可更完全地理解本發(fā)明，附圖中:
[0012]圖1圖解說明具有非