專利名稱：一種同步整流器驅(qū)動信號的生成線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，特別是涉及一種直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路。
背景技術(shù)：
同步整流技術(shù)是現(xiàn)代電源設(shè)計中一項非常重要的新技術(shù)。它是在傳統(tǒng)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做整流開關(guān)器件時，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(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)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(xiàn)高功率和高功率密度的關(guān)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?？旎謴投O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(chǎn)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(zhuǎn)化效率是不可能的。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實現(xiàn)高效率及小體積的需要，成為制約直流-直流變換器發(fā)展的瓶頸。而同步整流技術(shù)可以大大減少開關(guān)電源輸出端的整流損耗，從而提高轉(zhuǎn)換效率，降低電源本身發(fā)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(shè)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?qū)ΨQ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的對稱結(jié)構(gòu)。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。上述兩種線路都是對稱的同步整流線路的例子。以圖2中的線路為例，原邊和副邊驅(qū)動信號的一種可行的時序如圖3所示。在圖3中可見，副邊同步整流開關(guān)器件Q202和Q203的驅(qū)動信號應與原邊下部開關(guān)器件Q102的控制信號時序相同；副邊同步整流開關(guān)器件Q201和Q204的驅(qū)動信號應與原邊下部開關(guān)器件Q104的控制信號時序相同。傳統(tǒng)的將原邊信號傳到副邊的方法是使用變壓器或隔離芯片。上述兩個信號就要用兩個隔離變壓器或芯片，成本高，體積大。在高密度電源模塊設(shè)計中不實用。本實用新型針對對稱同步整流拓撲提出一種簡便的方法將上述兩組原邊驅(qū)動信號傳到副邊用以驅(qū)動副邊的同步整流開關(guān)器件。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便的傳送兩個原邊驅(qū)動信號至副邊用以驅(qū)動副邊的同步整流開關(guān)器件的線路。CN 本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，該線路采用包含原邊線路和副邊線路的直流-直流變換器，原邊線路包含輸入電壓源、與輸入電壓源耦合的開關(guān)器件、由反饋經(jīng)控制器產(chǎn)生的原邊開關(guān)器件的驅(qū)動信號、耦合原邊線路和副邊線路的主變壓器、耦合原邊驅(qū)動信號和副邊驅(qū)動信號生成線路的輔助變壓器；副邊線路包含同步整流線路、由輔助變壓器副邊繞組和后續(xù)線路生成的副邊同步整流開關(guān)器件的驅(qū)動線路。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，原邊一個第一時序信號和一個原邊第二時序信號以差分形式加在輔助變壓器的原邊繞組上；輔助變壓器副邊繞組與一個第一電平移動線路耦合后再經(jīng)一個第一電平比較器產(chǎn)生副邊同步整流開關(guān)器件的一個第一驅(qū)動信號；輔助變壓器副邊繞組與一個第二電平移動線路耦合后再經(jīng)一個第二電平比較器產(chǎn)生副邊同步整流開關(guān)器件的一個第二驅(qū)動信號。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，輔助變壓器副邊具有一個第一副邊繞組和一個第二副邊繞組；所述第一和第二副邊繞組串聯(lián)連接，中點接副邊的地，第一和第二副邊繞組相對副邊的地產(chǎn)生反相的第一和第二交流信號。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，上述第一交流信號經(jīng)過由陽極接地的第一二極管和與輔助變壓器第一副邊繞組相接的一個第一電容器串聯(lián)構(gòu)成的一個第一電平移動線路在第一二極管的陰極產(chǎn)生一個第一單向脈沖信號；上述第二交流信號經(jīng)過由陽極接地的一個第二二極管和與輔助變壓器一個第二副邊繞組相接的一個第二電容器串聯(lián)構(gòu)成的一個第二電平移動線路在第二二極管的陰極產(chǎn)生一個第二單向脈沖信號；第一和第二單向脈沖信號與一個基準電平經(jīng)上述第一和第二比較器后產(chǎn)生適合于驅(qū)動副邊同步整流開關(guān)器件的第一和第二驅(qū)動信號。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，上述第一二極管并聯(lián)一個第一電阻；上述第二二極管并聯(lián)一個第二電阻。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，在上述第一電容與上述第一二極管之間串接一個第一可控開關(guān)器件，在上述第二電容與上述第二二極管之間串接一個第二可控開關(guān)器件。優(yōu)選地，上述直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，第一和第二可控開關(guān)器件是M0SFET。本實用新型提供了一個結(jié)構(gòu)簡單、成本低的由原邊信號生成副邊同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的方案，降低了由原邊向副邊傳遞快速信號的成本，使使同步整流技術(shù)的應用更為廣泛，為高新技術(shù)電子產(chǎn)品的性能提升做出貢獻。

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原邊全橋開關(guān)器件和副邊同步整流開關(guān)器件的驅(qū)動時序。圖4副邊同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號生成時序。圖5副邊同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號生成線路1。圖6副邊同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號生成線路2。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術(shù)方案。本實用新型提供一種直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路。采用該驅(qū)動信號生成線路如圖5所示，包含原邊驅(qū)動信號Va和Vb，耦合原邊驅(qū)動信號和副邊線路30的變壓器T100，變壓器原邊繞組21，副邊線路包含變壓器副邊繞組31、32， 與變壓器副邊繞組31耦合的第一電平移動線路33，與變壓器副邊繞組32耦合的第二電平移動線路34，第一和第二比較器35和36，電平移動線路由電容和二極管構(gòu)成，圖4是該實施例中信號的時序。本實用新型的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路按照以下步驟運行圖4中，tl時刻Va由零變高時，Vb仍然為高，故Vc由負變到零，因電容Cl上保持一個等于Vc負值的電壓(Vc為負值時經(jīng)過二極管Dl對Cl充電)，故信號Ve由零變到第一高電平Vl ；Vl高于設(shè)定的Vref，故比較器35的輸出Vaa在tl時刻由零變高，與原邊信號 Va相同；Vd由正變到零，因電容C2上保持一個等于Vd負值的電壓(Vd為負值時經(jīng)過二極管D2對C2充電)，故Vf由第二高電平V2降至第一高電平VI。因Vf仍高于Vref，故比較器36的輸出Vbb不變，仍為高，狀態(tài)與Vb信號相同。tl至t2階段，Vaa和Vbb都為高，全部同步整流開關(guān)器件開通，是回流狀態(tài)。t2時刻Vb由高變零，Vc由零變正，Ve由第一高電平Vl跳變至第二高電平V2，比較器35輸出Vaa維持高電平；Vd由零變負，Vf由第一高電平Vl變到零，比較器36的輸出 Vbb由高變零，與Vb相同。t2至t3階段，Vaa為高，Vbb為零，同步整流開關(guān)器件Q202和Q203導通，為整流狀態(tài)。t3時刻Vb由零變高，Vc由正變零，Ve由第二高電平V2降至第一高電平VI，比較器35的輸出Vaa維持高電平；Vd由負變零，Vf由零上升到第一高電平VI，故比較器36的輸出Vbb由零變高，與Vb相同。t3至t4階段，Vaa為高，Vbb也為高，全部同步整流開關(guān)器件開通，是回流狀態(tài)。t4時刻Va由高變零，故Vc由零變負，Ve由第一高電平Vl降至零，比較器35的輸出Vaa由高變零，與Va相同；Vd由零變正，Vf由第一高電平Vl上升至第二高電平V2，比較器36的輸出VIA保持為高。t4至t5階段，Vaa為零，Vbb為高，同步整流開關(guān)器件Q201和Q204導通，為整流狀態(tài)。t5開始下一個周期，重復上述過程。在上述一個周期內(nèi)，Vaa與Va的狀態(tài)相同；Vbb與Vb的狀態(tài)相同，因而實現(xiàn)了將 Va和Vb信號通過一個變壓器傳到副邊的目標，生成了驅(qū)動同步整流開關(guān)器件的信號Vaa和 Vbb。在實際設(shè)計中，考慮到關(guān)機時需要盡快關(guān)閉全部同步整流開關(guān)器件。圖5線路中的Vaa和Vbb中至少有一個會在關(guān)機時維持相當時間的高電平，使相應的同步整流開關(guān)器件保持導通狀態(tài)。為解決此問題，圖6的線路在電容Cl和C2上各串聯(lián)一個MOSFET。MOSFET 的門極信號Vg可以在關(guān)機時被迅速拉低，使Cl和C2與其后的線路隔離，因而使比較器的輸入信號在很短的時間內(nèi)下降至低，使比較器輸出變低，關(guān)斷全部同步整流開關(guān)器件。上述雖然只是對原邊全橋和副邊全橋拓撲進行的敘述，其原理對多種原副邊對稱運行的拓撲結(jié)構(gòu)同樣適用。雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改。因此，本實用新型的保護范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求1.一種直流_直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，該線路采用包含原邊線路和副邊線路的直流-直流變換器，原邊線路包含輸入電壓源、與輸入電壓源耦合的開關(guān)器件、由反饋經(jīng)控制器產(chǎn)生的原邊開關(guān)器件的驅(qū)動信號、耦合原邊線路和副邊線路的主變壓器、耦合原邊驅(qū)動信號和副邊驅(qū)動信號生成線路的輔助變壓器；副邊線路包含同步整流線路、由輔助變壓器副邊繞組和后續(xù)線路生成的副邊同步整流開關(guān)器件的驅(qū)動線路。
2.如權(quán)利要求1所述的直流_直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，原邊一個第一時序信號和一個原邊第二時序信號以差分形式加在輔助變壓器的原邊繞組上；輔助變壓器副邊繞組與一個第一電平移動線路耦合后再經(jīng)一個第一電平比較器產(chǎn)生副邊同步整流開關(guān)器件的一個第一驅(qū)動信號；輔助變壓器副邊繞組與一個第二電平移動線路耦合后再經(jīng)一個第二電平比較器產(chǎn)生副邊同步整流開關(guān)器件的一個第二驅(qū)動信號。
3.如權(quán)利要求2所述的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，輔助變壓器副邊具有一個第一副邊繞組和一個第二副邊繞組；所述第一和第二副邊繞組串聯(lián)連接，中點接副邊的地，第一和第二副邊繞組相對副邊的地產(chǎn)生反相的第一和第二交流信號。
4.如權(quán)利要求2所述的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，上述第一交流信號經(jīng)過由陽極接地的第一二極管和與輔助變壓器第一副邊繞組相接的一個第一電容器串聯(lián)構(gòu)成的一個第一電平移動線路在第一二極管的陰極產(chǎn)生一個第一單向脈沖信號；上述第二交流信號經(jīng)過由陽極接地的一個第二二極管和與輔助變壓器一個第二副邊繞組相接的一個第二電容器串聯(lián)構(gòu)成的一個第二電平移動線路在第二二極管的陰極產(chǎn)生一個第二單向脈沖信號；第一和第二單向脈沖信號與一個基準電平經(jīng)上述第一和第二比較器后產(chǎn)生適合于驅(qū)動副邊同步整流開關(guān)器件的第一和第二驅(qū)動信號。
5.如權(quán)利要求4所述的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，上述第一二極管并聯(lián)一個第一電阻；上述第二二極管并聯(lián)一個第二電阻。
6.如權(quán)利要求4所述的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，在上述第一電容與上述第一二極管之間串接一個第一可控開關(guān)器件，在上述第二電容與上述第二二極管之間串接一個第二可控開關(guān)器件。
7.如權(quán)利要求6所述的直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路， 其特征在于，第一和第二可控開關(guān)器件是M0SFET。
專利摘要本實用新型提出一種直流-直流變換器中同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的生成線路，其特征在于，該線路采用包含原邊線路和副邊線路的直流-直流變換器，原邊線路包含輸入電壓源、與輸入電壓源耦合的開關(guān)器件、由反饋經(jīng)控制器產(chǎn)生的原邊開關(guān)器件的驅(qū)動信號、耦合原邊線路和副邊線路的主變壓器、耦合原邊驅(qū)動信號和副邊驅(qū)動信號生成線路的輔助變壓器；副邊線路包含同步整流線路、由輔助變壓器副邊繞組和后續(xù)線路生成的副邊同步整流開關(guān)器件的驅(qū)動線路。本實用新型提供了一個結(jié)構(gòu)簡單、成本低的由原邊信號生成副邊同步整流開關(guān)器件驅(qū)動信號的方案，降低了由原邊向副邊傳遞快速信號的成本，使使同步整流技術(shù)的應用更為廣泛，為高新技術(shù)電子產(chǎn)品的性能提升做出貢獻。
文檔編號H02M7/217GK202231628SQ20112016923
公開日2012年5月23日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者秦衛(wèi)鋒, 魏槐 申請人:江蘇兆能電子有限公司