CN100361376C - 降压型同步整流电路的磁能驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种降压型同步整流电路的磁能驱动装置，其中该降压型同步整流电路包括一产生脉冲信号的脉冲宽度调变器，相串接的第一及第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，以及一第一电感器；该磁能驱动装置包括一借该脉冲信号产生一第一驱动方波的图腾柱驱动电路，以及一绕设在第一电感器上的第二电感器，当该第一驱动方波使该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管反复产生导通及不导通动作时，在该第二电感器上会间断感应一负向电压，而产生一使该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管反复产生不导通及导通动作而且与该第一驱动方波反相的第二驱动方波。

Description

降压型同步整流电路的磁能驱动装置

【技术领域】

本发明涉及一种降压型同步整流电路的磁能驱动装置，特别是指一种可降低制造成本并可自行控制驱动能力的磁能驱动装置。

【背景技术】

一般在电讯及宽频网络传输中，需要用到一单相或多相的降压型同步整流电路做为一直流-直流转换器，且该电路需要一强而有力的外部驱动器去驱动它。如图1所示，是以往一种外部驱动器1，其主要是驱动降压型同步整流电路2中两个串接的N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(下称MOSFET)21、22，该外部驱动器1包括一用以产生脉冲信号的脉冲宽度调变器11及另一颗整合性驱动电路IC 12，该整合性驱动电路IC12将该脉冲信号适当放大后，输出两个互为反相的驱动方波，分别驱动该二N通道MOSFET 21、22，使轮流产生导通及不导通现象，以输出一可控制宽度的脉冲，然后经过一LC整流电路23整流后输出一直流电压。但是，由于以往外部驱动器1的整合性驱动电路IC 12的价钱较高，且其电路设计已经固定，应用者并无法自行控制或改变其驱动能力，使得使用上的弹性受到了限制。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种较为经济且可让使用者自行控制驱动能力的降压型同步整流电路的磁能驱动装置。

本发明降压型同步整流电路的磁能驱动装置，其中该降压型同步整流电路包括一产生脉冲信号的脉冲宽度调变器，相串接的一第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管及一第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，一第一电感器及一电容器，其中，该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接一电压源，其源极连接该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地，该第一电感器一端连接该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，另一端则经由该电容器接地。该磁能驱动装置则包括一图腾柱驱动器及一第二电感器。该图腾柱驱动电路分别与该脉冲宽度调变器及该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接，以根据该脉冲信号产生一驱动该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的第一驱动方波。该第二电感器是与上述第一电感器同相方式绕设于该第一电感器上，其一端连接上述电压源，另一端连接上述第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。因此，当该第一驱动方波令该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管反复产生导通及不导通时，该第一电感器上会有电流间断流过，并在该第二电感器上间断感应一负向电压，而产生一使该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管反复产生不导通及导通的第二驱动方波，且该第二驱动方波恰与该第一驱动方波反相，而借由既有电路所构成的图腾柱驱动电路及第二电感器的配合达到较为经济且可自行控制驱动能力的目的。

另外，该磁能驱动装置更包括一电阻、一第二二极管及一第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，而该第二电感器另一端是依序串接该电阻、该第二二极管后分别连接至该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极及该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极又连接至该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接至该脉冲宽度调变器的输出端，而该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地，借此，该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管会在该脉冲宽度调变器输出的脉冲信号的工作周期中该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管导通期间导通，以确保该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管于此期间不导通。

【附图说明】

下面通过最佳实施例及附图对本发明降压型同步整流电路的磁能驱动装置进行详细说明，附图中：

图1是驱动一降压型同步整流电路的一以往外部驱动器的电路方块图。

图2是本发明降压型同步整流电路的磁能驱动装置的一实施例。

图3是该实施例的图腾柱驱动电路所输出的驱动该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的第一驱动方波。

图4是该实施例的第二电感器所产生的驱动该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的第二驱动方波，且该第二驱动方波与图3中的第一驱动方波互为反相。

图5是在该实施例的节点40所产生的一输出脉冲波形。

【具体实施方式】

本发明的前述以及其它技术内容、特点与优点，在以下配合参考图式的一实施例的详细说明中，将可清楚的明白。

参阅图2所示，是本发明降压型同步整流电路的磁能驱动装置3的一实施例，本发明的磁能驱动装置3主要是做为一降压型同步整流电路4的驱动器，该降压型同步整流电路4包括一脉冲宽度调变器41、两个串接的N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(下称MOSFET)Q1、Q2，一第一电感器L1，一电容器C及一第一二极管D1，其中，该脉冲宽度调变器41是用以产生一脉冲信号输出，该MOSFET Q1的漏极连接一电压源Vin，其源极连接该MOSFET Q2的漏极，而MOSFET Q2的源极接地，该第一电感器L1一端连接MOSFET Q1的源极(即Q2的漏极)，另一端连接该电容器C一端，而电容器C的另一端接地，该第一二极管D1连接于该MOSFETQ1的源极，以当该MOSFET Q1、Q2同时关闭通道时，做为一电流回路。而该磁能驱动装置3主要是用以驱动该降压型同步整流电路4中的MOSFET Q1、Q2，其主要包括一图腾柱驱动电路31、一第二电感器L2，以及一电阻R、一第二二极管D2和一第三MOSFET Q3。其中，该图腾柱驱动电路31分别与上述脉冲宽度调变器41的输出端及MOSFET Q1的栅极连接，以根据该脉冲宽度调变器41输出的脉冲信号产生一驱动该MOSFET Q1的第一驱动方波33，其波形如图3所示，每一脉冲具有一工作周期(duty cycle)D，且该工作周期D可随着该脉冲宽度调变器41所输出的脉冲信号的脉冲宽度改变。

该第二电感器L2是以与上述第一电感器L1同相的方式绕设在第一电感器L1上，其一端连接上述电压源Vin，另一端则依序串接该电阻R、该第二二极管D2及该MOSFET Q3的漏极，且该MOSFET Q3的漏极又连接至该第二MOSFET Q2的栅极，其栅极连接至该脉冲宽度调变器41的输出端，而其源极则接地。

因此，一并参阅图2及图3，当该图腾柱驱动电路31输出第一驱动方波33至MOSFET Q1时，在第一驱动方波33的工作周期D期间，MOSFET Q1被导通，电流从MOSFET Q1的源极流至第一电感器L1，于节点40(即MOSFETQ1的源极)产生一约等于电压源Vin的正电压，此时，绕设在第一电感器L1上的第二电感器L2受该电流感应，产生一负向电压，特别是，该第二电感器L2绕线的匝数以及其受该MOSFET Q1导通所流过的电流，恰使得该负向电压值等于该电压源Vin的电压值，即-Vin，使得正、负电压恰相抵消为0伏特，MOSFET Q2因此不导通。而且，在MOSFET Q1导通期间，由于该脉冲宽度调变器41所输出的脉冲信号与该第一驱动方波33同相，所以MOSFET Q3亦会同时被导通，而将该MOSFET Q2的栅极拉至接地端，以确保在MOSFET Q1导通的同一时间，MOSFET Q2不会导通。而当过了第一驱动方波33的工作周期D，MOSFET Q1及Q3变成不导通，此时，第一电感器L1不再有电流流过，第二电感器L2上没有感应到负向电压-Vin，电压源Vin于是直接由第二电感器L2流经电阻R、第二二极管D2而使该MOSFET Q2导通，并于节点40产生一接近0伏电压，直到第一驱动方波33的下一脉冲的工作周期D开始，MOSFET Q1才又被导通，此时，第二电感器L2上再度感应一负向电压-Vin，使MOSFET Q2不导通。因此，借由第二电感器L2根据MOSFET Q1导通、不导通所产生的感应电压0及-Vin，即形成一驱动该MOSFET Q2的第二驱动方波34，如图4所示，且该第二驱动方波34恰与该第一驱动方波33反相。MOSFET Q1及Q2即被该第一及第二驱动方波33、34反复驱动，轮流产生导通及不导通，而在节点40产生如第五图所示的输出脉冲35，其相位比该第一驱动方波33稍微落后，而其峰值则相当于电压源Vin，且该输出脉冲35的脉冲宽度可随该第一驱动方波33的脉冲宽度而改变。然后该脉冲35经过该第一电感器L1及电容器C的整流后，即于输出端Vout产生一振幅小于该电压源Vin的直流电压。

因此，本发明借由该图腾柱驱动电路31产生一驱动该降压型同步整流电路4的第一MOSFET Q1的第一驱动方波33，并借由在该第一电感器L1上绕设一组同相的第二电感器L2，且该第二电感器L2的一端连接该电压源Vin，另一端连接该第二MOSFET Q2的栅极，使得借由该第一驱动方波33驱动该第一MOSFET Q1产生导通及不导通时，借由磁能感应在该第二电感器L2上产生一负向电压-Vin，而借由第二电感器L2产生一驱动该第二MOSFET Q2的第二驱动方波34，使得该第二MOSFET Q2与该第一MOSFETQ1轮流产生导通及不导通现象，而在节点40产生一输出脉冲35，经过LC电路(即第一电感器L1及电容C)整流降压后输出一直流电压。

再者，由于该图腾柱驱动电路31的架构较以往的整合性驱动电路IC12简单，且为一般既有的电路(由数颗晶体管构成)，可直接布局(layout)在电路板上，所以其价格相较于该整合性驱动电路IC 12便宜许多，而且，由于该图腾柱驱动电路31是在设计时，才布局在电路板上，因此，其可因应使用者设计上的需求去做改变，让设计者可自行控制其驱动能力，使用上较以往的整合性驱动电路IC 12更具弹性。另外，利用该第二电感器L2以与第一电感器L1同相绕线方式绕设在第一电感器L1上，即可在第一电感器L1被通以电流时，感应一负向电压-Vin，然后再经由一正向偏压Vin，即可得到一恰与该第一驱动方波33反相的第二驱动方波34，而此第一、二驱动方波33、34正可以做为该降压型同步整流电路的第一、第二MOSFET Q1及Q2的驱动来源。

另外，在此值得一提的是，虽然本实施例中所例举的降压型同步整流电路4是一单相降压型同步整流电路，但是对于多相降压型同步整流电路而言，其不同之处只在于该多相降压型同步整流电路是以一个脉冲宽度调变器输出多个脉冲至多个驱动器以分别驱动连接其后的各个降压型同步整流电路而已，因此，在多相降压型同步整流电路中，只是根据其中的降压型同步整流电路的数量，对应增加图腾柱驱动电路31及第二电感器L2的数量，且其所能达致的功效与单相降压型同步整流电路相同。

归纳上述，本发明降压型同步整流电路的磁能驱动装置3，利用该以既有电路形成的图腾柱驱动电路31产生该第一驱动方波33驱动该降压型同步整流电路4的第一MOSFET Q1，并利用该第二电感器L2以同相方式绕设在第一电感器L1上，而借由磁能感应产生一驱动该第二MOSFET Q2的第二驱动方波34，使得此一磁能驱动装置3于应用上更为经济实惠，加上该图腾柱驱动电路31的驱动能力可以为设计者自行控制，使得本发明于实用上较具弹性。

Claims (3)

1.一种降压型同步整流电路的磁能驱动装置，其中该降压型同步整流电路包括一产生脉冲信号的脉冲宽度调变器，相串接的一第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管及一第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，一第一电感器及一电容器，其中，该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接一电压源，其源极连接该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地，该第一电感器一端连接该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，另一端则经由该电容器接地；其特征在于：

该磁能驱动装置包括：

一图腾柱驱动电路，分别与上述脉冲宽度调变器及该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接，以根据该脉冲信号产生一驱动该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的第一驱动方波；及

一第二电感器，以与上述第一电感器同相方式绕设于该第一电感器上，其一端连接上述电压源，另一端连接上述第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极；

当该第一驱动方波令该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管导通时，流经该第一电感器的电流在该第二电感器上感应一负向电压，使该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管不导通，当该第一驱动方波令该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管不导通时，该电压源即经由该第二电感器使该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管导通，借此，产生一驱动该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管且恰与该第一驱动方波反相的第二驱动方波。

2.如权利要求1所述降压型同步整流电路的磁能驱动装置，其特征在于：该第二电感器在第一电感器上绕线的匝数，以及因该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管导通而从该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极流至该第一电感器的电流，恰使得在该第二电感器上产生的负向电压值等于该电压源的电压值。

3.如权利要求1所述降压型同步整流电路的磁能驱动装置，其特征在于：该磁能驱动装置更包括一电阻、一第二二极管及一第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，而该第二电感器另一端是依序串接该电阻、该第二二极管后分别连接至该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极及该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，且该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极又连接至该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接至该脉冲宽度调变器的输出端，而该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地，借此，该第三N通道金属氧化物半导体场效应晶体管会在该脉冲宽度调变器输出的脉冲信号的工作周期中该第一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管导通期间导通，以确保该第二N通道金属氧化物半导体场效应晶体管于此期间不导通。

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