專利名稱：同步整流的外部驅(qū)動(dòng)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及邏輯集成電路，更具體地說，涉及用于DC-DC(直流-直流)功率變換器的簡(jiǎn)化的外部驅(qū)動(dòng)同步整流方案，所述方案易于適應(yīng)所有類型的電路布局。更具體地說，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)化了復(fù)雜的定時(shí)電路的同步整流方案。
同步整流指的是使用像MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)一類的有源器件來代替二極管作為電路中的整流元件。近來，在輸出電壓在5伏或以下的DC/DC模塊中，業(yè)界廣泛采用自驅(qū)動(dòng)同步方案作為驅(qū)動(dòng)同步整流器所需的方法。
大多數(shù)這類自驅(qū)動(dòng)方案在設(shè)計(jì)時(shí)使用一套非常特別的布局，稱為“D，1-D”(互補(bǔ)驅(qū)動(dòng))類布局。參考文獻(xiàn)有Cobos，J.A.等人的 Several alternatives for low out put voltageon board converters.IEEE APEC 98 Proceedings，pp163-169(板上低輸出電壓變換器的幾種可選方案，國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)APEC 98會(huì)議論文集，163-169頁)；還可以參考1996年12月31日頒發(fā)給Bowman等人的美國(guó)專利5 590 032號(hào)Self-synchronized Drive Circuit for a Synchronous Rectifier ina Clamped-Mode Power Converter(鉗位方式功率變換器中同步整流器所使用的自同步驅(qū)動(dòng)電路)；以及1993年12月28日頒發(fā)給Loftus的美國(guó)專利5 274 543號(hào)、題為Zero-voltage Switching PowerConverter with Lossless Synchronous Rectifier Gate Drive(使用無損同步整流器柵極驅(qū)動(dòng)的零電壓開關(guān)功率變換器)。在這些類型的變換器中，電源變壓器次級(jí)繞組的信號(hào)具有規(guī)整的波形和時(shí)序，能夠直接驅(qū)動(dòng)同步整流器，所需的修正最小。
在如硬開關(guān)半橋(HB)和全橋(FB)整流器、推挽布局和非“D，1-D”型布局(如帶被動(dòng)復(fù)位的前向鉗位)中，變壓器電壓具有可識(shí)別的零電壓間隔，使之無須實(shí)施自驅(qū)動(dòng)同步整流。其結(jié)果是，這些電路布局必須使用外部驅(qū)動(dòng)電路。使用變壓器電壓來驅(qū)動(dòng)同步整流器會(huì)造成同步整流器中所使用的MOSFET的寄生反并聯(lián)二極管在大部分空程時(shí)間中導(dǎo)通，對(duì)模塊的效率造成負(fù)面影響，這是我們不想遇到的。已經(jīng)有報(bào)道說，某些目驅(qū)動(dòng)實(shí)例已經(jīng)應(yīng)用到共振前向復(fù)位。在這方面可參考Murakami等人的“A highly efficient，low-profile 300Wpower pack for telecommunications systems”IEEE APEC 1995Proceedings，pp297-302(電信系統(tǒng)中使用的高效率低型300瓦供電源，IEEE APEC 1995會(huì)議論文集，297-302頁)。在這些實(shí)例中，已經(jīng)調(diào)整了共振復(fù)位時(shí)間間隔，可以在空程期間提供準(zhǔn)確的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所以，外部驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)在許多場(chǎng)合下提供了同步整流的較好的解決方案。但是外部驅(qū)動(dòng)同步整流的先有技術(shù)既復(fù)雜又昂貴。
用于非“D，1-D”類型布局的外部驅(qū)動(dòng)實(shí)施方案需要以下部件定時(shí)網(wǎng)絡(luò)，它允許相對(duì)于主驅(qū)動(dòng)適當(dāng)調(diào)整同步整流器的驅(qū)動(dòng)脈沖；信號(hào)變壓器或光耦合器，用于在初級(jí)和次級(jí)之間傳遞定時(shí)信息；反相級(jí)；以及驅(qū)動(dòng)級(jí)。反相級(jí)是產(chǎn)生適合同步整流器使用的驅(qū)動(dòng)脈沖來處理空程電流所必需的。上述復(fù)雜而昂貴的外部驅(qū)動(dòng)方案阻礙了電子工業(yè)采納外部驅(qū)動(dòng)的同步整流器。因此，目前需要的是一個(gè)簡(jiǎn)化了的外部驅(qū)動(dòng)同步整流器實(shí)施方案。
在一個(gè)實(shí)施例中公開了用于DC-DC功率變換器的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路。所述電路包括具有初級(jí)和次級(jí)繞組的第一變壓器，其次級(jí)繞組具有第一端子和第二端子。所述電路包括第一同步整流器，它具有柵極，連接到所述第一變壓器的所述第二端子，并且具有控制端子；以及第二同步整流器，它連接到所述第一變壓器的所述第一端子并且具有控制端子。外部驅(qū)動(dòng)電路包括具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的第二變壓器，其次級(jí)繞組具有第一端子和第二端子。第一開關(guān)可控地連接到第二同步整流器的控制端子，第二開關(guān)也可控地連接到第二同步整流器的控制端子。所述電路還包括與第一變壓器的第一端子和電壓輸出端子相串聯(lián)的電感器以及與所述電感器串聯(lián)的電容器。由于第一同步整流器未連接到第二變壓器，故只有第二同步整流器才能從外部驅(qū)動(dòng)電路接收定時(shí)信息。
另一個(gè)實(shí)施例公開了用于DC-DC功率變換器的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路。所述電路與上述實(shí)施例相類似，但還包括第三和第四開關(guān)，第三開關(guān)連接到第二同步整流器而第四開關(guān)連接到第一同步整流器。每一個(gè)開關(guān)都包括柵極、漏極和源極。第二變壓器的次級(jí)繞組包括連接到所述電壓輸出端子的中心抽頭。第一開關(guān)的柵極與第二變壓器次級(jí)繞組的第一末端連接，而第二開關(guān)的柵極與第二變壓器的第二末端連接，因此，兩個(gè)開關(guān)都可以從外部驅(qū)動(dòng)電路接收定時(shí)信息，這樣，兩個(gè)同步整流器都可以從外部驅(qū)動(dòng)電路接收定時(shí)信息。
本發(fā)明的其它實(shí)施例包括全波整流器的實(shí)現(xiàn)。還有一些實(shí)施例包括使用限流電阻來限制電路的驅(qū)動(dòng)電流；附加開關(guān)來限制柵極電壓；以及附加電容器來將同步整流器兩端的電壓過沖減至最小。
還公開一種利用外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路對(duì)DC-DC功率變換器的可變DC信號(hào)進(jìn)行整流的方法，所述同步整流電路有一只具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的變壓器，其次級(jí)繞組具有第一和第二端子。所述方法包括以下步驟向變壓器的初級(jí)繞組提供變化的DC信號(hào)；第一同步整流器通過次級(jí)繞組的第二端子可控地傳導(dǎo)電流；以及第一開關(guān)控制所述第一同步整流器。第二同步整流器通過次級(jí)繞組的第一端子可控地傳導(dǎo)電流，而第一開關(guān)控制所述第二同步整流器，其中，當(dāng)次級(jí)繞組兩端的電壓趨近于零時(shí)所述第一和第二同步整流器導(dǎo)通。
圖4A和圖4B舉例說明使用本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)全橋布局的外部驅(qū)動(dòng)的同步整流器；圖4C示出在負(fù)電流流過輸出電感器時(shí)，全橋布局外部驅(qū)動(dòng)的同步整流器的電壓波形；圖5示出使用本發(fā)明的全橋?qū)嵤┓桨竿秸髌鞯膁c/dc變換器的實(shí)驗(yàn)波形；圖6顯示具有柵極電壓限制的MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)同步全波整流器的實(shí)施例；以及圖7A和7B顯示使用電容器來減小同步整流器兩端的電壓過沖的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例。
如無特別說明，不同的附圖中的對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部分。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明以下是對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法的說明。首先討論先有技術(shù)電路，然后介紹幾個(gè)本發(fā)明的最佳實(shí)施例以及可供選擇的方案，最后討論其優(yōu)點(diǎn)。
將同步整流方案用到傳統(tǒng)的前向布局的一個(gè)問題是在空程階段呈導(dǎo)通狀態(tài)的同步整流器在空程階段結(jié)束之前就斷開了。而且，如果同步整流器使用MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，MOSFET的寄生反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，損耗隨之增加。對(duì)于這些類型的變換器來說，為了有效實(shí)施同步整流方案，有必要在整個(gè)空程階段都讓MOSFET保持接通和導(dǎo)電，由此而獲得高效率。所述外部驅(qū)動(dòng)電路可以產(chǎn)生用于同步整流器的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖。先有技術(shù)已經(jīng)找到了解決空程電流問題的方法。
參閱

圖1A和圖1B，其中圖解說明了用于傳統(tǒng)的前向布局中的先有技術(shù)的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路10，連同圖1C所示電壓波形的相應(yīng)的時(shí)序圖。第一同步整流器SQ1的定時(shí)信號(hào)取自主變壓器16；而同步整流器SQ2從外部驅(qū)動(dòng)電路18提取其定時(shí)信號(hào)。主變壓器16的初級(jí)和次級(jí)繞組分別是20和22。
這樣，通過將信息從初級(jí)繞組20向次級(jí)繞組22傳遞來獲得同步整流電路10的某些定時(shí)信息。次級(jí)繞組22具有第一端子24和第二端子26。通過將第一同步整流器SQ1的柵極連接到第二端子26而將定時(shí)信息傳送到第一同步整流器SQ1。類似地，第二同步整流器SQ2從外部驅(qū)動(dòng)電路18接收其定時(shí)信息，后者包括定時(shí)電路28和第二變壓器30。第二變壓器30具有次級(jí)繞組32，后者具有第一端子34和第二端子36。第二變壓器初級(jí)繞組31接受定時(shí)信息并且將所述信息傳遞到次級(jí)繞組32。第二變壓器32的第一端子34與第二同步整流器SQ2的柵極連接。如圖1A所示，柵極38a和38b可以用來驅(qū)動(dòng)第二同步整流器SQ2的柵極。
先有技術(shù)的同步整流電路12的第二實(shí)施例如圖1B所示，它使用了外部驅(qū)動(dòng)電路18來向同步整流器SQ1和SQ2提供定時(shí)信息。第二同步整流電路12與上面所講的同步整流電路10相類似，不同的是，第一同步整流器SQ1的柵極連接到次級(jí)繞組32的第一端子34，就像第二同步整流器SQ2的連接一樣，以便接收定時(shí)信息。圖1C圖解說明第一同步整流器SQ1、第二同步整流器SQ2和開關(guān)Q1的柵-源電壓波形，后者是主變壓器16兩端電壓的函數(shù)。
雖然先有技術(shù)的整流電路10和12向第一同步整流器SQ1和第二同步整流器SQ2提供必要的定時(shí)信息以確保準(zhǔn)確的開關(guān)轉(zhuǎn)換，但實(shí)現(xiàn)起來既復(fù)雜又昂貴。因?yàn)閺?fù)雜和昂貴，先有技術(shù)的同步整流電路10和12從來沒有被工業(yè)界采納和大規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明為外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路提供了一個(gè)簡(jiǎn)化了的實(shí)施方案，電路的復(fù)雜性和費(fèi)用大為縮減。而且，本發(fā)明還有其它優(yōu)點(diǎn)，如消除了當(dāng)電流企圖從輸出端向輸入端流動(dòng)時(shí)所引起的同步整流器SQ1和SQ2死機(jī)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般會(huì)導(dǎo)致同步整流電路10和12損壞。
通過加入包括兩個(gè)開關(guān)SQ3和SQ4的第一驅(qū)動(dòng)電路52，與先有技術(shù)的同步整流電路10和12相比，本發(fā)明提供了一個(gè)復(fù)雜性和費(fèi)用都較低的方案。圖2A展示了帶有被動(dòng)復(fù)位布局50的正向變換器同步整流電路。作為開關(guān)SQ3和SQ4的MOSFET最好小于作為同步整流器SQ1和SQ2的MOSFET。開關(guān)SQ3和SQ4的作用是驅(qū)動(dòng)同步整流器SQ2。如圖2A所示，已經(jīng)利用SQ2、SQ3和SQ4將倒相級(jí)和驅(qū)動(dòng)電路52合并。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)主變壓器16的電壓轉(zhuǎn)換極性時(shí)同步整流器SQ1和SQ2被斷開。同步整流器SQ2通過反并聯(lián)二極管D1導(dǎo)通。由于定時(shí)信息來自主變壓器16，所以定時(shí)電路18不用于使同步整流器SQ1和SQ2導(dǎo)通。同步整流器SQ2連接到定時(shí)電路18以提供適當(dāng)?shù)年P(guān)斷時(shí)間。所以，定時(shí)電路18可以比用于同步整流電路10和12中的定時(shí)電路簡(jiǎn)單得多。電感器Lo串聯(lián)在第一端子24和輸出電壓端子48之間以平滑電流的紋波，而跨接在輸出電壓端子48之間的電容器Co的作用是平滑輸出電壓Vo。
本發(fā)明的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路50的另一個(gè)好處是，附加的開關(guān)SQ3和SQ4對(duì)用來驅(qū)動(dòng)整流器SQ2的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來說起到有源阻尼器的作用。開關(guān)SQ3和SQ4為同步整流器SQ2的柵極信號(hào)提供緩沖以防止寄生振蕩，由于雜散電感和半導(dǎo)體器件的輸出電容相互作用的緣故，這種振蕩通常出現(xiàn)在主變壓器16的次級(jí)繞組22。
圖2B舉例說明根據(jù)本發(fā)明的同步整流電路55的另一個(gè)實(shí)施例，其中無論SQ1還是SQ2都不是自驅(qū)動(dòng)的。倒相級(jí)和驅(qū)動(dòng)級(jí)也已經(jīng)合并成為第一和第二驅(qū)動(dòng)級(jí)52和57，由開關(guān)SQ3、SQ4、SQ5和SQ6代表。具體地說，開關(guān)SQ3和SQ4用來向同步整流器SQ2提供來自外部驅(qū)動(dòng)電路18的關(guān)斷電壓。某些來自主變壓器16的定時(shí)信息用來為同步整流器SQ1和SQ2提供關(guān)斷電壓。由于外部驅(qū)動(dòng)電路18只提供整流器SQ1和SQ2的關(guān)斷時(shí)間，故定時(shí)電路28的復(fù)雜性就大為降低了。
本發(fā)明的用于全波整流器的實(shí)現(xiàn)方案與半波整流器的相類似，如圖3中總的用標(biāo)號(hào)60表示的。然而，同步整流器SQ1和SQ2的關(guān)斷取決于來自外部驅(qū)動(dòng)電路(圖30中沒有標(biāo)出)的第二變壓器30的信號(hào)，而導(dǎo)通定時(shí)取決于主變壓器16所產(chǎn)生的電壓。如果所述驅(qū)動(dòng)方案在如推挽、半橋和全橋等布局中使用，那么，當(dāng)發(fā)生傳統(tǒng)的功率流反轉(zhuǎn)的情況時(shí)，所觀察到的一個(gè)有趣的現(xiàn)象是最終會(huì)毀壞電源模塊。本發(fā)明的全波整流器60包括自糾正機(jī)制來防止反方向形成電流。
在本發(fā)明中，在發(fā)生功率流反轉(zhuǎn)期間，流過電感器Lo的電流減小并變負(fù)，因此，流過有源開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3和SQ4的電流也改變極性并且流過它們的反并聯(lián)二極管。所以，當(dāng)開關(guān)SQ1和SQ3企圖關(guān)斷時(shí)，由于電流繼續(xù)在它們的反并聯(lián)二極管中流動(dòng)，結(jié)果什么都沒有發(fā)生。實(shí)際上，只有當(dāng)反并聯(lián)二極管自然地轉(zhuǎn)換成關(guān)斷后，開關(guān)SQ1和SQ3才會(huì)關(guān)斷。當(dāng)反射負(fù)載電流與磁化電流的總和等于零或略微正時(shí)，反并聯(lián)二極管才會(huì)最后關(guān)斷。因此，一直到主變壓器16的電壓下降為零時(shí)第二同步整流器SQ2才會(huì)導(dǎo)通，使得不會(huì)產(chǎn)生沖突的情況。一般說來，這種自糾正機(jī)制只對(duì)推挽布局起作用，因?yàn)槿绱蠖鄶?shù)其它布局一樣，開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3和SQ4等的關(guān)斷并不決定同步整流器SQ1和SQ2的關(guān)斷。
圖4A舉例說明一般用標(biāo)號(hào)65表示的全橋布局的外部驅(qū)動(dòng)同步整流器的實(shí)施方案，以及圖4C中的在全橋布局中發(fā)生功率流反轉(zhuǎn)情況時(shí)相應(yīng)的電壓波形。這種情況可能發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)模塊并聯(lián)工作、其中在模塊導(dǎo)通階段期間使用非常松散的電流共享方案，而另一個(gè)模塊已經(jīng)接通(或模塊啟動(dòng)進(jìn)入工作電壓狀態(tài)，熱插入)的時(shí)候。對(duì)于外部驅(qū)動(dòng)電路18既決定同步整流器SQ1和SQ2的導(dǎo)通時(shí)間又決定其關(guān)斷時(shí)間的應(yīng)用，不允許典型的同步整流器自糾正，開關(guān)一接通，兩個(gè)同步整流器SQ1和SQ2都會(huì)即時(shí)導(dǎo)通并允許電感器中建立反向電流。最后，電感器Lo中的電流沿反方向增長(zhǎng)到令模塊不能工作的程度。即使模塊沒有失效，但從系統(tǒng)的角度來看，這不是我們需要的工作方式。
對(duì)于D和1-D型布局，這個(gè)問題更加嚴(yán)重，因?yàn)樾〉姆聪螂娏鲗?huì)造成主開關(guān)“擊穿”，容易導(dǎo)致模塊失效。一般說來，在將有同步整流功能的模塊并聯(lián)時(shí)，“O”型環(huán)二極管(oring diode)是必須的。更加復(fù)雜的解決方案會(huì)導(dǎo)致在電感器內(nèi)出現(xiàn)負(fù)電流時(shí)令同步整流器SQ1和SQ2不工作。這表明需要有精確測(cè)量電流并迅速中止電路工作的手段。
圖5表示使用本發(fā)明的全橋同步整流器65去驅(qū)動(dòng)3.3V總線、沒有“O”型環(huán)二極管和有源電流共享的dc/dc變換器的波形。跡線1表示輸出電壓，跡線2表示輸出電流，跡線3表示同步整流器SQ1和SQ2的柵極驅(qū)動(dòng)，而跡線4表示第二偏置電壓。可以看到，dc/dc模塊的輸出電流(跡線2)在開始時(shí)輕微走負(fù)，然后增大，由此證實(shí)了所期待的全波同步整流器65的自糾正特征。
如果擊穿電流干擾了電路65的正常工作，可以附加任選電阻R1和R2，如圖4B所示。通過在SQ4和SQ6開關(guān)中使用p-FET(p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和在開關(guān)SQ3和SQ5中使用n-FET(n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)器件，反相級(jí)和驅(qū)動(dòng)級(jí)也已經(jīng)合并成為一級(jí)。由于這些器件的導(dǎo)通和截止特性，在導(dǎo)通和截止期間，擊穿電流將在外部驅(qū)動(dòng)電路中形成。附加與p-FET器件、即開關(guān)SQ4和SQ6串聯(lián)的限流電阻R1和R2，將把擊穿電流的影響減至最小。
在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，為了不超過柵極的擊穿電壓，需要將柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)鉗位到預(yù)先確定的值。同步整流電路10和12的電壓由經(jīng)過整流的峰值變壓器電壓產(chǎn)生，造成供電電壓易受輸入電壓變化的影響。圖6中示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中將柵極電壓限定到預(yù)先確定的值。在此實(shí)施例中，加入了一對(duì)電壓限定開關(guān)SQ7和SQ8，最好包括已經(jīng)附加的、用來將同步整流器SQ1和SQ2的柵極電壓限制到VCCS2-柵極減去閾電壓(1到2伏特)的N型MOSFET。
對(duì)傳統(tǒng)的半波或全波整流器結(jié)構(gòu)實(shí)施此驅(qū)動(dòng)方案可能會(huì)造成同步整流器SQ1和SQ2的柵極電壓浮動(dòng)。因此，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)開關(guān)的柵極信號(hào)作電平移動(dòng)。圖7A和圖7B中示出驅(qū)動(dòng)開關(guān)中的驅(qū)動(dòng)電壓電平移動(dòng)。電容器CC2和CC3提供沖擊吸收機(jī)制、以便將同步整流器兩端的電壓過沖以及同步整流器SQ1和SQ2的定時(shí)電路18的偏置電壓減至最小。
本發(fā)明的外部驅(qū)動(dòng)同步整流器方案的新穎的方法和系統(tǒng)提供以下優(yōu)點(diǎn)有效地為DC/DC功率變換器提供外部驅(qū)動(dòng)同步整流，其中，當(dāng)變壓器次級(jí)繞組兩端的電壓趨近于零時(shí)同步整流器導(dǎo)通。本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以將方案變通，使之適合于具有各種布局的變換器。本發(fā)明再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)SQ3和SQ4起柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的有源減震器的作用，為同步整流器的柵極信號(hào)提供減震緩沖，防止寄生振蕩，無須另加元件去抑制這種振蕩。
雖然已經(jīng)參照說明性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，不應(yīng)該狹義地去理解以上的描述。對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，閱讀本說明后結(jié)合以上說明性的實(shí)施例以及其它實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改將是顯而易見的事情。例如，同步整流器SQ1和SQ2，開關(guān)SQ3，SQ4，SQ5和SQ6；以及電壓驅(qū)動(dòng)器SQ7和SQ8在這里表示為MOSFET；但是，可以預(yù)期，其它類型的FET或開關(guān)器件都適合在本發(fā)明中使用。所以，后面所附的權(quán)利要求書中將包括任何這樣的修改和具體實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于直流-直流功率變換器的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，所述電路包括具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的主變壓器，所述次級(jí)繞組具有第一端子和第二端子；工作時(shí)與所述主變壓器的所述第二端子連接的第一同步整流器；工作時(shí)與所述主變壓器的所述第一端子連接的第二同步整流器；和工作時(shí)與所述主變壓器的所述初級(jí)繞組連接并且適合于為所述第一和第二同步整流器提供關(guān)斷信號(hào)的外部驅(qū)動(dòng)電路；以及工作時(shí)與所述第二同步整流器連接的第一驅(qū)動(dòng)電路；從而，所述第一驅(qū)動(dòng)電路適合于為所述第二同步整流器提供導(dǎo)通信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于還包括工作時(shí)與所述第二同步整流器連接的第二驅(qū)動(dòng)電路，從而所述第二驅(qū)動(dòng)電路適合于為所述第二同步整流器提供接通信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第一驅(qū)動(dòng)電路包括工作時(shí)與所述第二同步整流器連接的第一開關(guān)；以及工作時(shí)與所述第二同步整流器連接的第二開關(guān)；從而，通過將所述驅(qū)動(dòng)電路與所述倒相第一同步整流器合并，利用所述第一和第二開關(guān)來提供簡(jiǎn)化了的整流方案。
4.如權(quán)利要求3所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第二驅(qū)動(dòng)電路包括工作時(shí)與所述第一同步整流器連接的第三開關(guān)；以及工作時(shí)與所述第一同步整流器連接的第四開關(guān)；從而，通過將所述驅(qū)動(dòng)電路與所述倒相第一同步整流器合并，利用所述第三和第四開關(guān)來提供簡(jiǎn)化了的整流方案。
5.如權(quán)利要求1所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述外部驅(qū)動(dòng)電路包括定時(shí)電路和定時(shí)變壓器，所述定時(shí)變壓器具有初級(jí)和次級(jí)繞組，所述次級(jí)繞組具有第一端子和第二端子，從而，所述外部驅(qū)動(dòng)電路適合于為所述第一和第二同步整流器提供關(guān)斷信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第一變壓器的所述第一端子是所述主變壓器的所述次級(jí)繞組的第一末端；所述第一變壓器的所述第二端子是所述主變壓器的所述次級(jí)繞組的第二末端；所述第二變壓器的所述第一端子是所述定時(shí)變壓器的所述次級(jí)繞組的第一末端；所述第一變壓器的所述第二端子是所述定時(shí)變壓器的所述次級(jí)繞組的第二末端；以及所述第一和第二同步整流器包括MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
7.如權(quán)利要求3所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第一和第二開關(guān)包括具有柵極的MOSFET，其中所述第一開關(guān)的所述柵極連接到所述定時(shí)變壓器的所述第一末端，以及其中所述第二開關(guān)的所述柵極連接到所述主變壓器的所述第一末端。
8.如權(quán)利要求4所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第三和第四開關(guān)包括具有柵極的MOSFET，其中所述第三開關(guān)的所述柵極連接到所述定時(shí)變壓器的所述第二末端，以及其中所述第四開關(guān)的所述柵極連接到所述主變壓器的所述第二末端。
9.如權(quán)利要求1所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于包括輸出電壓端子和返回電壓端子；與所述主變壓器的所述次級(jí)繞組的所述第一末端和所述輸出電壓端子串聯(lián)連接的第一電感器；以及與所述輸出電壓端子和所述返回電壓端子并聯(lián)連接的電容器。
10.如權(quán)利要求5所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述定時(shí)變壓器的所述次級(jí)繞組包括連接到所述返回電壓端子的中心抽頭。
11.如權(quán)利要求5所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述外部驅(qū)動(dòng)電路還包括與所述定時(shí)變壓器的所述初級(jí)繞組以及所述定時(shí)電路串聯(lián)連接的電容器。
12.如權(quán)利要求1所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述外部驅(qū)動(dòng)電路還包括使用可能的加權(quán)調(diào)制。
13.如權(quán)利要求5所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述主變壓器的所述次級(jí)繞組還包括中心抽頭。
14.如權(quán)利要求13所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于還包括輸出電壓端子和返回電壓端子；與所述主變壓器的所述次級(jí)繞組的所述中心抽頭和所述輸出電壓端子串聯(lián)連接的第一電感器；以及與所述輸出電壓端子和所述返回電壓端子并聯(lián)連接的電容器。
15.如權(quán)利要求1所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述電路可適應(yīng)于全橋布局。
16.如權(quán)利要求4所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于還包括與所述第二開關(guān)串聯(lián)連接的第一電阻以及與所述第四開關(guān)串聯(lián)連接的第二電阻，從而，所述第一和第二電阻限制所述電路的驅(qū)動(dòng)電流。
17.如權(quán)利要求16所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于還包括串聯(lián)連接在所述第二開關(guān)和所述第一電阻之間的第五開關(guān)；以及串聯(lián)連接在所述第四開關(guān)和所述第二電阻之間的第六開關(guān)；從而，所述第五和第六開關(guān)分別限制所述第一和第二同步整流器的柵極電壓。
18.如權(quán)利要求17所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第五和第六開關(guān)是具有柵極的MOSFET，所述第五和第六開關(guān)的所述柵極連接到電壓源。
19.如權(quán)利要求6所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述定時(shí)變壓器的所述次級(jí)繞組包括第一和第二子繞組，所述第一子繞組具有第一端子和第二端子，以及所述第二子繞組具有第一端子和第二端子。
20.如權(quán)利要求19所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于還包括具有輸入端和輸出端的第一二極管；具有輸入端和輸出端的第二二極管；具有第一和第二端子的第一電容器；以及具有第一和第二端子的第二電容器；從而，所述電路能夠適合于傳統(tǒng)的半波和全波整流器配置。
21.如權(quán)利要求20所述的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路，其特征在于所述第一二極管的所述輸出端直接連接到所述第一開關(guān)；所述第二二極管的所述輸出端直接連接到所述第三開關(guān)；所述第一電容器直接連接到所述第一電容器的所述第一末端，所述第一電容器的所述第二末端連接到所述第一子繞組的所述第一端子；以及所述第二電容器直接連接到所述第二電容器的所述第一末端，所述第二電容器的所述第二末端連接到所述第一子繞組的所述第一端子；從而限制所述第一和第二整流器的所述電壓以避免電壓過沖。
22.一種利用具有主變壓器、第一和第二同步整流器、外部驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出端子的外部驅(qū)動(dòng)同步整流電路對(duì)直流-直流功率變換器中的可變直流信號(hào)整流的方法，所述方法包括以下述步驟將可變直流信號(hào)提供給所述主變壓器以便為所述第一和第二同步整流器提供接通定時(shí)；將可變直流信號(hào)提供給所述外部驅(qū)動(dòng)電路，以便為所述第一和第二同步整流器提供關(guān)斷定時(shí)；利用所述第一和第二同步整流器將所述信號(hào)反相；以及將所述反相信號(hào)輸送到所述輸出端子。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于還包括下述步驟第一電壓限制器控制所述第一同步整流器；以及第二電壓限制器控制所述第二同步整流器。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于還包括下述步驟利用第一電容器控制電壓過沖；以及利用第二限流器控制電壓過沖。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于還包括下述步驟利用第一限流電阻限制所述電流；以及利用第二限流電阻限制所述電流。
全文摘要
一種用于直流－直流功率變換器的自驅(qū)動(dòng)同步整流電路(50)。所述電路包括主變壓器(16)、與主變壓器(16)連接的第一同步整流器(SQ1)、與主變壓器(16)連接的第二同步整流器(SQ2)、外部驅(qū)動(dòng)電路(18)。電路(50)還包括多個(gè)開關(guān)(SQ3,SQ4),這些開關(guān)可控地連接到第二同步整流器(SQ2)。外部驅(qū)動(dòng)電路(18)為兩個(gè)同步整流器(SQ1,SQ2)提供關(guān)斷信號(hào)。第一同步整流器(SQ1)的接通信號(hào)由主變壓器(16)提供,而第二同步整流器(SQ2)的接通信號(hào)由外部驅(qū)動(dòng)電路(18)提供。
文檔編號(hào)H02M7/21GK1387694SQ00815448
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者R·W·法林頓, C·斯瓦茲約, W·哈特 申請(qǐng)人:艾利森公司