[發明專利]一種適用于開關電源功率管驅動電路的零電壓切換電路

無效

• 申請號: 201010186467.1
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101834515A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 蔡曙江;許海峰;皮常明;李文宏
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種適用于開關電源功率管驅動電路的零電壓切換電路。

背景技術

小近年來，電子產品的使用愈來愈廣泛，電能已成為當今主要的能量利用形態。合理而有效地利用電能(或者稱為電源管理)成為各種電子應用領域的共同關注點。為了提高電能利用率，既需要提高供電系統(電源電路)的效率，也需要提高受電系統的效率。對于功率較小的消費類電子產品，尤其是便攜式電池供電類電子產品而言，電源電路的效率高低，對于整個系統的效率影響更大。盡量降低電源電路自身的功耗具有良好的應用價值和現實意義。

開關電源作為一種常見的電源電路結構，以斷續方式從外部電源中獲取功率，并將獲取的功率暫時儲存在內部儲能器件(電感，電容)中，然后對功率在時間上進行重新分布后，連續地輸出到負載上。因此，功率的獲取過程和輸出過程在某種程度上是分離的。得益于這種分離，在理想情況下，開關電源在機制上是無損耗的。這也使得開關電源能夠擁有高效率的優點。

在實際情況下，開關電源中的功率管開關網絡由于器件尺寸較大，具有較大的寄生電容(電阻)。這些寄生電容(電阻)使得在開關功率管時需要花費許多功耗。其中之一就是打開N型功率管時，可能存在的導通功耗。如果在N型功率管漏端電壓不為零時，打開功率管，則將同時存在漏端電壓和漏電流，此時將有一些能量耗散在N型功率管身上。為了避免這種耗散，可以在N型功率管漏端電壓降為零時，打開功率管，此時將不存在導通功耗。這種過程稱為零電壓切換。完成此功能的電路稱為零電壓切換電路。零電壓切換電路可以有效地提高開關電源效率，也已成為高性能功率管驅動電路的必要組成部分。

發明內容

小本發明的目的在于提出一種適用于開關電源功率管驅動電路的零電壓切換電路(ZVS，Zero-Voltage?Switching)，以實現高性能功率管驅動，提高開關電源的效率。

開關電源功率管及其驅動電路示意圖如圖1所示。ZVS電路(1.1)位于N型功率管的緩沖器鏈(1.2)之前。它可以實現N型功率管的零電壓切換。具體地說，在需要打開N型功率管時，ZVS電路跟蹤N型功率管漏端電壓Vx，在其降至零后，再打開N型功率管。在需要關閉N型功率管時，立即關閉N型功率管。

本發明提出的適用于開關電源功率管驅動電路的零電壓切換電路，由比較器(2.2，2.3)，開關管Ms及其控制邏輯(2.1)和一個帶有異步低電平復位端的D觸發器(2.4)組成，具體電路如圖2所示。比較器采用MOS管源端作為輸入端，可以實現過零比較，采用推挽結構可以擁有較大增益，繼而連接一個兩級反相器鏈，有助于迅速得出比較結果，并以高低電平形式輸出該結果。在電源和比較器之間加入開關管Ms及控制邏輯，用以設置比較器的工作時間，只在開啟N型功率管時打開比較器，而其它時間比較器則處于關閉狀態，以節省功耗。當需要打開N型功率管Mn時，比較器在N型功率管Mn漏端電壓Vx降至零時，向D觸發器發出上升沿信號，D觸發器進而輸出開啟信號。當需要關閉N型功率管Mn時，異步低電平復位端使得D觸發器立即輸出關閉信號。這使得ZVS電路不影響N型功率管的關閉過程。

本發明的零電壓切換電路結構簡單，功耗低，功能可靠，適用于開關電源功率管的驅動電路。

附圖說明

圖1.開關電源功率管及其驅動電路示意圖。

圖2.ZVS電路圖。

圖3.開啟N型功率管Mn時，主要節點信號波形圖。

圖4.關閉N型功率管Mn時，主要節點信號波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步的說明。

當需要開啟N型功率管Mn時，信號Vdrv由低電平跳變為高電平。隨后信號VGp由低電平跳變為高電平，P型功率管關閉。此時，Vdrv為高電平，VGn為低電平，開關管Ms控制邏輯輸出低電平，開關管Ms處于打開狀態，比較器也處于工作狀態。同時，信號Vx由高電平開始逐漸降低。當Vx降至零時，比較器輸出由低電平跳變為高電平，經兩級反相器鏈整形后，向D觸發器輸出上升沿信號。由于上升沿信號接入D觸發器的時鐘端，因此觸發器將輸出D端數據，即高電平。信號Vdrvn由低電平跳變為高電平，隨后信號VGn由低電平跳變為高電平，N型功率管開始打開。并且開關管Ms控制邏輯輸出由低電平跳變為高電平，開關管Ms進入關閉狀態，比較器也進入關閉狀態。可見，ZVS電路確保在漏端電壓Vx為零時打開N型功率管，并且比較器只在打開瞬間處于工作狀態，其余時間皆處于關閉狀態。打開N型功率管Mn時，主要節點信號波形如圖3所示。

當需要關閉N型功率管Mn時，信號Vdrv由高電平跳變為低電平。隨后信號VGp由高電平跳變為低電平，P型功率管打開。由于Vdrv接在D觸發器異步低電平復位端，觸發器將被復位，即Vdrvn由高電平跳變為低電平，隨后VGn由高電平跳變為低電平，N型功率管關閉。在此過程中，開關管Ms控制邏輯始終輸出高電平，開關管Ms處于關閉狀態，比較器也處于關閉狀態。可見，ZVS電路不影響N型功率管的關閉過程。關閉N型功率管Mn時，主要節點信號波形如圖4所示。