CN101651425B - 一种同步整流驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了同步整流驱动装置，包括电流互感器、负向钳位复位单元、单向导通器件、正向钳位单元、驱动单元；电流互感器的原边与同步整流管第一端相连，负向钳位复位单元跨接在电流互感器的副边上，单向导通器件与正向钳位单元相连后跨接在电流互感器的副边上；电流互感器检测同步整流管中的电流，电流互感器副边根据检测结果相应输出电压控制信号，驱动单元根据电压控制信号产生相应的驱动信号耦合至同步整流管栅极；单向导通器件在电流互感器副边输出正向电流时导通，正向钳位单元用于对电流互感器副边输出的正向电压控制信号进行钳位；负向钳位复位单元用于对电流互感器副边输出的负向电压控制信号进行钳位并使电流互感器复位。

Description

一种同步整流驱动装置

技术领域

本发明涉及一种同步整流驱动装置。

背景技术

高效率是电能变换装置的一个重要的发展趋势，同步整流技术是低压大电流场合提高效率通常采用的一种方法，它的基本原理是采用低导通电阻的MOSFET替代整流二极管，以降低整流电路的导通损耗。在Buck硬开关变换及其衍生电路拓扑中，同步整流管的控制信号与主功率相同或反向，因此同步整流管驱动信号的获得较容易。但在工作于电流断续模式(DCM)的反激变换或LLC谐振变换等拓扑中，同步整流管驱动信号的获得则较为困难，若同步整流管直接采用与主功率管相同或反向的驱动信号，则会出现电流反灌等问题，严重影响电路的正常工作，通常可采用电流型驱动方案，即检测同步整流管电流信号的方向以控制其开通和关断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种同步整流驱动装置，可应用在工作于电流断续模式(DCM)的反激变换或LLC谐振变换等拓扑中。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种同步整流驱动装置，包括电流互感器、负向钳位复位单元、单向导通器件、正向钳位单元、驱动单元；所述电流互感器的原边与同步整流管第一端相连，所述负向钳位复位单元跨接在电流互感器的副边上，所述单向导通器件与正向钳位单元相连后跨接在电流互感器的副边上；所述电流互感器检测同步整流管中的电流，所述电流互感器副边根据检测结果输出相应的电压控制信号，所述驱动单元根据电压控制信号产生相应的驱动信号耦合至同步整流管栅极；所述单向导通器件在电流互感器副边输出正向电流时导通，所述正向钳位单元用于对电流互感器副边输出的正向电压控制信号进行钳位；所述负向钳位复位单元用于对电流互感器副边输出的负向电压控制信号进行钳位并使电流互感器复位。

所述负向钳位复位单元包括第五电阻和至少一个第五二极管，所述第五电阻和所有第五二极管相连后跨接在电流互感器的副边上，所述第五二极管的输出被耦合至驱动单元。

所述单向导通器件为第三二极管，所述正向钳位单元包括至少一个第四二极管，所述第三二极管和所有第四二极管同向连接后跨接在电流互感器的副边上，所述正向钳位单元的输出被耦合至驱动单元。

所述电流互感器的原边与同步整流管漏极相连。

所述驱动单元包括驱动器和比较器，所述驱动器连接在比较器和同步整流管之间，所述比较器接收电流互感器副边输出的电压控制信号，并将电压控制信号与基准电压进行比较得到同步整流开关控制信号输出至驱动器，所述驱动器根据同步整流开关控制信号生成相应的驱动信号。

所述比较器包括第一电阻、第一三极管、第一二极管和第二电阻，所述第二电阻第一端连接在单向导通器件与正向钳位单元之间，第二电阻第二端、第一二极管阳极和第一三极管基极汇接，所述第一二极管阴极、第一三极管集电极、第一电阻第一端汇接，第一电阻第二端接电源，所述第一三极管集电极和射极耦合到驱动器的输入。

所述比较器包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管和第一二极管；所述第二三极管射极连接在单向导通器件与正向钳位单元之间，第二三极管基极与第一三极管基极相连，所述第二三极管集电极经第一电阻与电源相连，所述第二三极管集电极与基极之间短接；所述第四电阻连接在电源与第二三极管射极之间；所述第一三极管集电极经第二电阻与电源相连，所述第一三极管射极接同步整流管源极；所述第一二极管阳极与第一三极管基极相连，所述第一二极管阴极与第一三极管集电极相连。

所述驱动器包括第三三极管、第四三极管、第五三极管、第三电阻和第二二极管；所述第三三极管基极连接在第二电阻与第一三极管集电极之间，所述第三三极管集电极接电源，所述第三三极管射极与第四三极管、第五三极管基极、第二二极管阳极分别相连；第二二极管阴极连接在第二电阻与第一三极管集电极之间；所述第四三极管集电极经第三电阻与电源相连，第四三极管射极与第五三极管射极、同步整流管栅极分别相连，所述第五三极管集电极与同步整流管源极相连。

所述负向钳位复位单元还包括电容，所述电容跨接在第五电阻两端。

所述同步整流驱动装置是Buck或全桥或半桥或正激或反激或推挽或谐振电路拓扑的同步整流驱动电路。

本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明通过检测同步整流管电流信号，进行处理以获得同步整流管的驱动信号，本发明可以应用在各种电路拓扑中，尤其是工作于电流断续模式(DCM)反激变换或LLC谐振变换等电路拓扑。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的电路结构示意图；

图2是本发明具体实施方式二的电路结构示意图；

图3是本发明具体实施方式二的特征工作波形示意图；

图4是本发明具体实施方式三的电路结构示意图；

图5是本发明具体实施方式四的电路结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一

如图1所示，一种同步整流驱动装置，包括电流互感器CT、负向钳位复位单元2、单向导通器件、正向钳位单元3、驱动单元1。所述电流互感器CT的原边与同步整流管SR第一端相连。在图1中所述电流互感器CT的原边是与同步整流管SR的漏极相连的，当然也可使电流互感器CT的原边与同步整流管SR的源极相连。电流互感器CT的原边与同步整流管SR的漏极相连，可以减小干扰。所述负向钳位复位单元2跨接在电流互感器CT的副边上。所述单向导通器件与正向钳位单元3相连后跨接在电流互感器CT的副边上。

所述电流互感器CT检测同步整流管SR中的电流，所述电流互感器CT副边根据检测结果相应输出电压控制信号至驱动单元1，所述驱动单元1根据电压控制信号产生相应的驱动信号耦合至同步整流管SR栅极。所述单向导通器件在电流互感器SR副边输出正向电流时导通，所述正向钳位单元3用于对电流互感器CT副边输出的正向电压控制信号进行钳位。所述负向钳位复位单元2用于对电流互感器CT副边输出的负向电压控制信号进行钳位、并使电流互感器CT复位。通过正向钳位和负向钳位，可以控制电流互感器CT输出的电压控制信号，从而可以控制损耗大小。

所述负向钳位复位单元包括第五电阻R5和至少一个第五二极管D5(本具体实施方式为简单起见，以只有一个第五二极管D5为例进行说明)，所述第五电阻R5和第五二极管D5相连后跨接在电流互感器CT的副边上，所述第五二极管D5的输出被耦合至驱动单元。所述负向钳位复位单元还可包括电容C，所述电容C跨接在第五电阻R5。通过设置电容C可以减小二极管上的尖峰电压。

在本具体实施方式中所述单向导通器件为第三二极管D3，当然也可采用其它形式的单向导通器件。

所述正向钳位单元3包括n(n为非零自然数)个第四二极管D4，所述第三二极管D3和所有第四二极管D4同向连接后跨接在电流互感器CT的副边上。同向连接是指第三二极管D3和所有第四二极管D4的电流流向相同。所述正向钳位单元3的输出被耦合至驱动单元1。

上述同步整流驱动装置的原理为：采用电流互感器CT检测同步整流管SR的电流，电流互感器CT的输出电压采用二极管进行箝位。当同步整流管SR中的电流从源极流向漏极时，电流互感器CT副边电流流过n+1个串联的二极管，检测出正电平信号，输出幅值为n*Vd的电压控制信号至驱动单元，其中，Vd为二极管的管压降；当同步整流管SR中的电流从漏极流向源极时，电流互感器CT检测出负电平信号，输出幅值为-Vd的电压控制信号至驱动单元。驱动单元根据电压控制信号产生相应的驱动信号输出至同步整流管SR栅极。

具体实施方式二

如图2所示，本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于，本具体实施方式的驱动单元1包括驱动器11和比较器12，而具体实施方式一不需要比较器。

如图2所示，所述驱动器11连接在比较器12和同步整流管SR之间，所述比较器12接收电流互感器CT副边输出的电压控制信号，并将电压控制信号与基准电压Vref进行比较得到同步整流开关控制信号(SR控制信号)输出至驱动器11，所述驱动器11根据同步整流开关控制信号(SR控制信号)生成相应的驱动信号对对同步整流管SR进行驱动。

如图3所示，当电压控制信号大于基准电压Vref时，所述比较器12生成的整流开关控制信号(SR控制信号)为1，驱动器11相应生成高电平的驱动信号对对同步整流管SR进行驱动；当电压控制信号小于基准电压Vref时，所述比较器12生成的整流开关控制信号(SR控制信号)为0，驱动器11相应生成低电平的驱动信号对对同步整流管SR进行驱动。

具体实施方式三

如图4所示，本具体实施方式与具体实施方式二的不同之处在于，本具体实施方式的比较器12采用分立元件构成。

如图4所示，所述比较器12包括第一电阻R1、第一三极管Q1、第一二极管D1和第二电阻R2。所述第二电阻R2第一端连接在单向导通器件与正向钳位单元之间。第二电阻R2第二端、第一二极管D1阳极和第一三极管Q1栅极汇接。所述第一二极管D1阴极、第一三极管Q1集电极、第一电阻R1第一端汇接。第一电阻R1第二端接电源Vcc，所述第一三极管Q1集电极和射极耦合到驱动器的输入。本具体实施方式中的比较器12的基准电压为第一三极管Q1的基极、射极之间的电压(一般为0.6V-0.7V)。

具体实施方式四

如图5所示，本具体实施方式与具体实施方式三的不同之处在于，本具体实施方式的驱动器11也采用分立元件构成，而比较器12的电路结构也与具体实施方式三不同。本具体实施方式电路简单可靠、成本低。

如图5所示，所述比较器12包括第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一二极管D1。所述第二三极管Q2射极连接在单向导通器件与正向钳位单元之间，第二三极管Q2基极与第一三极管Q1基极相连，所述第二三极管Q2集电极经第一电阻R1与电源Vcc相连。所述第四电阻连接在电源Vcc与第二三极管Q2射极之间。所述第一三极管Q1集电极经第二电阻R2与电源Vcc相连，所述第一三极管Q1射极接同步整流管SR栅极；所述第一二极管D1阳极与第一三极管Q1基极相连，所述第一二极管D1阴极与第一三极管Q1集电极相连。本具体实施方式的比较器的基准电压Vref为0。

所述驱动器11包括第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第三电阻R3和第二二极管D2。所述第三三极管Q3基极连接在第二电阻R2与第一三极管Q1集电极之间，所述第三三极管Q3集电极接电源Vcc，所述第三三极管Q3射极与第四三极管Q4、第五三极管Q5基极、第二二极管D2阳极分别相连。第二二极管D2阴极连接在第二电阻R2与第一三极管Q1集电极之间。所述第四三极管Q4集电极经第三电阻R3与电源Vcc相连，第四三极管Q4射极与第五三极管Q5射极相连、同步整流管栅极分别相连，所述第五三极管Q5集电极与同步整流管源极相连。

上述同步整流驱动装置是Buck或全桥或半桥或正激或反激或推挽或谐振电路拓扑的同步整流驱动电路。即可应用于Buck、全桥、半桥、正激、反激、推挽、谐振等电路拓扑的同步整流电路中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种同步整流驱动装置，其特征在于：包括电流互感器(CT)、负向钳位复位单元(2)、单向导通器件、正向钳位单元(3)、驱动单元(1)；所述电流互感器(CT)的原边与同步整流管(SR)第一端相连，所述负向钳位复位单元(2)跨接在电流互感器(CT)的副边上，所述单向导通器件与正向钳位单元(3)相连后跨接在电流互感器(CT)的副边上；所述电流互感器(CT)检测同步整流管(SR)中的电流，所述电流互感器(CT)副边根据检测结果输出相应的电压控制信号，所述驱动单元(1)根据电压控制信号产生相应的驱动信号耦合至同步整流管(SR)栅极；所述单向导通器件在电流互感器(CT)副边输出正向电流时导通，所述正向钳位单元(3)用于对电流互感器(CT)副边输出的正向电压控制信号进行钳位；所述负向钳位复位单元(2)用于对电流互感器(CT)副边输出的负向电压控制信号进行钳位并使电流互感器(CT)复位。

2.根据权利要求1所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述负向钳位复位单元包括第五电阻(R5)和至少一个第五二极管(D5)，所述第五电阻(R5)和所有第五二极管(D5)相连后跨接在电流互感器(CT)的副边上，所述第五二极管(D5)的输出被耦合至驱动单元。

3.根据权利要求2所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述单向导通器件为第三二极管(D3)，所述正向钳位单元(3)包括至少一个第四二极管(D4)，所述第三二极管(D3)和所有第四二极管(D4)同向连接后跨接在电流互感器(CT)的副边上，所述正向钳位单元(3)的输出被耦合至驱动单元(1)。

4.根据权利要求1所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述电流互感器(CT)的原边与同步整流管(SR)漏极相连。

5.根据权利要求1-4任一所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述驱动单元包括驱动器(11)和比较器(12)，所述驱动器(11)连接在比较器(12)和同步整流管(SR)之间，所述比较器(12)接收电流互感器(CT)副边输出的电压控制信号，并将电压控制信号与基准电压(Vref)进行比较得到同步整流开关控制信号输出至驱动器(11)，所述驱动器(11)根据同步整流开关控制信号生成相应的驱动信号。

6.根据权利要求5所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述比较器包括第一电阻(R1)、第一三极管(Q1)、第一二极管(D1)和第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)第一端连接在单向导通器件与正向钳位单元之间，第二电阻(R2)第二端、第一二极管(D1)阳极和第一三极管(Q1)基极汇接，所述第一二极管(D1)阴极、第一三极管(Q1)集电极、第一电阻(R1)第一端汇接，第一电阻(R1)第二端接电源(Vcc)，所述第一三极管(Q1)集电极和射极耦合到驱动器的输入。

7.根据权利要求5所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述比较器包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第四电阻(R4)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)和第一二极管(D1)；所述第二三极管(Q2)射极连接在单向导通器件与正向钳位单元之间，第二三极管(Q2)基极与第一三极管(Q1)基极相连，所述第二三极管(Q2)集电极经第一电阻(R1)与电源相连，所述第二三极管(Q2)集电极与基极之间短接；所述第四电阻连接在电源与第二三极管(Q2)射极之间；所述第一三极管(Q1)集电极经第二电阻(R2)与电源(Vcc)相连，所述第一三极管(Q1)射极接同步整流管(SR)源极；所述第一二极管(D1)阳极与第一三极管(Q1)基极相连，所述第一二极管(D1)阴极与第一三极管(Q1)集电极相连。

8.根据权利要求7所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述驱动器包括第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)、第三电阻(R3)和第二二极管(D2)；所述第三三极管(Q3)基极连接在第二电阻(R2)与第一三极管(Q1)集电极之间，所述第三三极管(Q3)集电极接电源(Vcc)，所述第三三极管(Q3)射极与第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)基极、第二二极管(D2)阳极分别相连；第二二极管(D2)阴极连接在第二电阻(R2)与第一三极管(Q1)集电极之间；所述第四三极管(Q4)集电极经第三电阻(R3)与电源(Vcc)相连，第四三极管(Q4)射极与第五三极管(Q5)射极、同步整流管(SR)栅极分别相连，所述第五三极管(Q5)集电极与同步整流管(SR)源极相连。

9.根据权利要求2或3所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述负向钳位复位单元还包括电容，所述电容跨接在第五电阻(R5)两端。

10.根据权利要求1-3任一所述的同步整流驱动装置，其特征在于：所述同步整流驱动装置是Buck或全桥或半桥或正激或反激或推挽或谐振电路拓扑的同步整流驱动电路。

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