[發明專利]一種高效率BUCK同步整流控制電路

在審

• 申請號: 201910512820.1
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110336461A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 倪惠清;成祥;陳照平
• 申請（專利權）人: 無錫獵金半導體有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 黃冠華

本發明是一種高效率BUCK同步整流控制電路，包括利用檢測SW電位的狀態來感知高位開關的開啟閉合狀態，以及利用檢測低位開關的門極電位來感知低位開關的開啟閉合狀態。避免了不同電源域之間信號傳輸的延時和干擾問題，做到Buck同步整流的實時檢測和反應，在確保系統安全的前提下，把高位和低位開關同時關閉的死區時間降至理論最小值，實現穩定，可靠，高效率的Buck同步整流線路。

技術領域

本發明涉及降壓型DC-DC電路領域，具體涉及一種高效率BUCK同步整流控制電路。

背景技術

BUCK是DC-DC的基本拓撲之一，主要實現直流到直流的降壓轉換，通常需要PWM邏輯電路控制兩個MOS管的輪流導通來實現電壓轉換，PWM邏輯電路的占空比調節直流輸出電，功能框圖如圖1所示，當上面的高位開關導通時，輸入端電源通過高位開關及電感L對負載、電感L充電儲能，電感L相當于一個恒流源，起到傳遞能量的作用，電容相當于恒壓源，在電路里面起到平滑濾波的作用；當上面的高位開關關斷、下面的低位開關導通時，電感L通過負載和低位開關形成電流回路釋放能量，繼續為負載供電。

電路正常工作時以較高的頻率持續輸出PWM信號，通常頻率范圍為30KHZ到4MHz，其輸出端電壓有微小的紋波和較大的直流分量組成，從宏觀上看其輸出電壓是恒定的。電路穩態時PWM的占空比(用D表示，含義為上高位開關導通時間與周期的比例)、輸入電壓(VIN)、和輸出電壓(VOUT)的關系為：VOUT＝VIN*D；實際電路中從高位開關開啟、低位開關關斷到高位開關關斷、到低位開關開啟的判斷偵測方法不同，其切換的中間狀態即死區時間各有不同。

傳統方式一：PWM以固定的開關頻率工作，高位開關關斷后加固定的延時時間T1再開啟低位開關，低位開關關斷后加固定的延時時間T2再開啟高位開關，來確保不會產生上下MOS管同時導通的可能，但這種結構中延時時間必須設置有一定余量，這個余量需要考慮生產工藝波動，MOS管的結電容分布，驅動電流大小波動等多種因素，所有延時時間設置相對較長。在高位開關關斷，低位開關沒有開啟之前，以及低位開關關斷，高位開關沒有開啟之前，回路電流通過低位開關的寄生二極管形成電流回路，此時電感的峰值電流最大，低位開關的寄生二極管上產生的正向壓降也最大，典型值為0.6V到1V之間，系統產生的損耗很大，導致整體轉換效率降低。由于PWM開關信號一直工作，輸出空載下開關損耗有10mA以上，不符合新一代綠色能源的需求，高位開關和低位開關的驅動波形如圖2所示。

傳統方式二：是在傳統方式一的基礎上改進優化，通過檢測高位開關的門極信號，當檢測到高位開關的門極信號由開啟變為關斷后，將高位開關關斷的信號通知給同步整流邏輯控制電路，之后再產生低位開關的開啟信號，同理，當檢測到低位開關的門極信號由開啟變為關斷后，將低位開關關斷的信號通知給同步整流邏輯線路模塊，之后再產生高位開關的開啟信號。這種相對于傳統方式一對死區時間的控制更為精確些，但仍存在一定的不足，對于高壓的Buck線路，高位開關的驅動和門極檢測線路是在獨立電源域，因此檢測高位開關關斷后需要通過level-shift線路將高位開關已關斷的信號通知給同步整流控制邏輯，同步整流控制邏輯線路再產生低位開關開啟的信號，但是level-shift信號傳輸本身是有延時的，而且延時的時長會受到輸入電壓，溫度，噪聲等很多不確定因素的影響，甚至在個別極端情況下level-shift信號傳輸可能會發生錯誤。因此此種方式雖然一定程度改善的高低位開關的死區時間控制，但并不作為高壓Buck的優選，一方面會因為level-shift傳輸增加死區時間，另一方面level-shift一旦發生信號傳輸錯誤的話，可能會直接導致高低位開關同時開啟，進而導致系統燒毀，其實現的原理圖如圖3所示。

發明內容

針對上述現有技術的缺點，本發明提供一種高效率BUCK同步整流控制電路，能有效提升系統轉換效率，可以有效檢測高位開關和低位開關的關斷信號，最大程度減小死區延時，同時又避免高位開關和低位開關同時導通的風險。

本發明的目的與解決其技術問題可采用以下技術方案來實現。