[發明專利]一種全橋整流線路中同步整流器的控制線路和方法

有效

• 申請號: 201110136376.1
• 申請日: 2011-05-25
• 公開（公告）號: CN102801323A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 魏槐;秦衛鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇兆能電子有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/217
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及開關電源領域，特別是涉及一種直流-直流全橋整流變換器中同步整流器的控制線路和方法。

背景技術

同步整流技術是現代電源設計中一項非常重要的新技術。它是在傳統的電源拓撲中，采用功率MOSFET來取代整流二極管以降低整流損耗，提高電壓變換器的效率。用功率MOSFET做整流器時，要求門極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步，故稱之為同步整流。

近年來，電子技術的發展，特別是數據處理和傳輸速度的快速提升，對電源的功率和功率密度的要求不斷上升，使提高變換器的效率成為實現高功率和高功率密度的關鍵。整流二極管的導通損耗所占輸出功率的比例(即對效率的影響)基本可以從整流二極管導通壓降與輸出電壓的比例來確定。輸出電壓越低，二極管壓降所帶來的效率損失就越大。快恢復二極管(FRD)或超快恢復二極管的導通壓降約為1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管也會產生大約0.6V的壓降。以5V輸出電壓為例，僅肖特基二極管導通損耗就占了大于輸出功率的10％，因而獲得大于90％轉化效率是不可能的。因此，傳統的二極管整流電路已無法滿足實現高效率及小體積的需要，成為制約直流-直流變換器發展的瓶頸。而同步整流技術可以大大減少開關電源輸出端的整流損耗，從而提高轉換效率，降低電源本身發熱，使高性能高功率密度成為可能。

在直流-直流變換器中，一般功率相對較小的設計多采用單端拓撲，比如單端正激或單端反激。對功率較大的應用，一般采用變壓器雙向工作的橋式或推挽拓撲比較適合。在此類雙向拓撲中，副邊一般可以是全橋或推挽結構。

圖1是原邊為全橋，副邊為推挽同步整流的變換器。圖2是原邊為全橋，副邊為全橋同步整流的變換器。副邊的同步整流方案一般多采用推挽式拓撲，因為同步整流器的驅動信號可以用副邊的地作為參考，驅動線路簡單。而全橋同步整流拓撲由于其上部同步整流器的驅動需要是浮動驅動，比較復雜和高成本，而很少被實用。全橋整流拓撲的好處在于整流器的電壓應力是推挽拓撲中整流器的一半。在某些設計中，如果不考慮上部同步整流器驅動的困難，全橋同步整流會使轉換效率更高。因此如何能夠比較簡單地實現對全橋整流拓撲中同步整流器的驅動，全橋同步整流拓撲的優勢就可以得到充分的發揮。

圖3是全橋同步整流器的驅動波形。原邊處于對角位置的開關器件的開關狀態相同。Q101和Q104為一對，Q102和Q103為另一對。副邊處于對角位置的開關器件的開關狀態也相同。Q201和Q204為一對，Q202和Q203為另一對。在一對原邊開關處于開通狀態時，副邊相應的對角同步整流開關器件也同樣處于開通狀態，實現同步整流。當全部原邊開關器件都處于關斷狀態時，副邊的全部同步整流器件都處于開通狀態，為電感L中的電流提供低損耗的副邊回流通路。圖3中原邊開關器件和副邊開關器件的開通狀態之間的死區時間用以保證不出現變壓器被短路的現象。

傳統的驅動全橋同步整流器的方法包括用驅動變壓器對每個處于上部位置的開關器件進行驅動，或使用專門為驅動上部開關器件的驅動芯片。兩種方法都存在復雜和/或成本高的缺點。

本發明針對全橋同步整流拓撲提出一種簡便的驅動同步整流器的方案和線路。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種簡便的全橋同步整流器驅動的方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種全橋同步整流器的驅動方法和線路，該方法采用包含由控制器或其它方式產生的同步信號、同步信號功率放大驅動器、全橋拓撲中上部整流器的驅動信號保持線路和釋放線路；其特征在于，同步信號驅動器輸出的上升沿經過保持線路和仍在導通的下部同步整流器加到所需驅動的上部同步整流器的控制端，使該上部同步整流器開通，并在其下部同步整流器關斷后仍保持開通狀態；同步驅動信號的下降沿經過仍在導通的下部同步整流器和釋放線路對在所需驅動的上部同步整流器的控制端進行放電，使其關斷。

優選地，上述功率開關器件都采用MOSFET。

優選地，上述功率放大功能由驅動芯片或分立器件組成。

優選地，上述上部開關器件驅動信號保持線路由與驅動信號串聯的二極管和與同步整流器控制端并聯的電容構成。

優選地，上述上部開關器件驅動信號釋放線路由一個驅動信號反相器和受其控制的與上部同步整流器控制端并聯的受控開關器件構成。

附圖說明

圖1是原邊全橋、副邊推挽同步整流變換器示意圖。

圖2是原邊全橋、副邊全橋同步整流變換器示意圖。

圖3是副邊全橋同步整流器的驅動時序圖。