CN101888189B

CN101888189B - 一种同步整流电路和通信设备

Info

Publication number: CN101888189B
Application number: CN2010101063917A
Authority: CN
Inventors: 杨丹; 白亚东
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101888189A

Abstract

本发明实施例提供了一种同步整流电路，包括：整流管；驱动电源，连接于所述续流管的栅极，用于为所述续流管提供驱动电压；续流管；续流管关断模块，连接第三副边绕组的第二端以及所述第二副边绕组的第一端，用于在所述第二副边绕组的第一端为高电平，所述整流管导通，并且所述第三副边绕组的第二端为低电平时，关断所述驱动电源；续流管开通模块，所述续流管开通模块连接于所述第三副边绕组的第二端，以及所述续流管的漏极，用于在所述第二副边绕组的第一端为低电平，所述整流管关闭，所述续流管的漏极为低电平，并且所述第三副边绕组的第二端为高电平时，开通所述驱动电源为所述续流管提供驱动电压；轻载续流管关断模块，连接所述续流管的漏极，在所述续流管的漏极由低电平转为高电平时，关断所述驱动电源。

Description

一种同步整流电路和通信设备

技术领域

本发明涉及通信模块电源领域，尤其涉及一种同步整流电路。

背景技术

现有的自驱动同步整流电路，如图1所示。其驱动电压采用变压器副端电压，图中Q2为整流管，Q1为续流管。连接两者栅极的电阻是为了延时导通时间，二极管是为了加速关断时间。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中同步整流管驱动方法至少存在如下问题：

该现有的自驱动同步整流电路在轻载下会进入CCM(Continuous Current Mode电流连续模式)模式，转换效率低。

发明内容

本发明的实施例提供了一种同步整流电路，以提高轻负载时，同步整流电路的效率。

本发明实施例提供如下方案：

一种同步整流电路，包括：

整流管，所述整流管的栅极连接变压器第一副边绕组的第一端，所述整流管的源极连接所述变压器的第二副边绕组的第一端，所述整流管的漏极连接续流管的漏极；

驱动电源，连接于所述续流管的栅极，用于为所述续流管提供驱动电压；

续流管，所述续流管的源极连接所述第三副边绕组的第一端；

续流管关断模块，连接第三副边绕组的第二端以及所述第二副边绕组的第一端，用于在所述第二副边绕组的第一端为高电平，所述整流管导通，并且所述第三副边绕组的第二端为低电平时，关断所述驱动电源；

续流管开通模块，所述续流管开通模块连接于所述第三副边绕组的第二端，以及所述续流管的漏极，用于在所述第二副边绕组的第一端为低电平，所述整流管关闭，所述续流管的漏极为低电平，并且所述第三副边绕组的第二端为高电平时，开通所述驱动电源为所述续流管提供驱动电压；

轻载续流管关断模块，连接所述续流管的漏极，在所述续流管的漏极由低电平转为高电平时，关断所述驱动电源；

其中，所述变压器的第一副边绕组，第二副边绕组，以及第三副边绕组设置于变压器的副边并且依次串联在一起；所述第一副边绕组，第二副边绕组，以及第三副边绕组的第一端互为同名端，并且所述第一副边绕组，第二副边绕组，以及第三副边绕组的第一端，与原边绕组的输入端互为同名端。

一种通信设备，包括隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路，所述隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路包括：同步整流电路，所述同步整流电路包括：

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，在本发明的实施例中，在轻负载时进入DCM(Discontinuous Current Mode电流非连续模式模式)，提高转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有的自驱动同步整流电路的示意图；

图2为本发明一种同步整流电路的实施例的示意图；

图3为本发明另一种同步整流电路的实施例的示意图；

图4为本发明一种同步整流系统的实施例的示意图；

图5为图4所述的整流系统输出3.2V的稳定后的仿真波形；

图6为图3所述同步整流电路的实施例的部分电路的示意图；

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图2所示，一种同步整流电路，包括：

整流管Q2，所述整流管Q2的栅极连接变压器第一副边绕组的第一端sp1，所述整流管Q2的源极连接所述变压器的第二副边绕组的第一端sp2，所述整流管Q2的漏极连接续流管Q1的漏极；

驱动电源，连接于所述续流管Q1的栅极，用于为所述续流管Q1提供驱动电压；

续流管Q1，所述续流管Q1的源极连接所述第三副边绕组的第一端sp3；

续流管关断模块，连接第三副边绕组的第二端sm3以及所述第二副边绕组的第一端sp2，用于在所述第二副边绕组的第一端sp2为高电平，所述整流管Q2导通，并且所述第三副边绕组的第二端sm3为低电平时，关断所述驱动电源；

续流管开通模块，所述续流管开通模块连接于所述第三副边绕组的第二端sm3，以及所述续流管Q1的漏极，用于在所述第二副边绕组的第一端sp2为低电平，所述整流管Q2关闭，所述续流管Q1的漏极为低电平，并且所述第三副边绕组的第二端sm3为高电平时，开通所述驱动电源为所述续流管Q1提供驱动电压；

轻载续流管关断模块，连接所述续流管Q1的漏极，在所述续流管Q1的漏极由低电平转为高电平时，关断所述驱动电源，此时，在所述同步整流电路工作在轻负载状态。

在本发明的实施例中，在轻负载时进入DCM(Discontinuous CurrentMode电流非连续模式)，提高转换效率。例如：负载0.6A时，效率为75％，提高15％以上，更轻负载时效率提高更多。

进一步地，当整流管栅极电压从正值降为0时开通续流管，既可以防止整流管和续流管同时导通，又可以提前导通续流管，自调节死区时间，降低续流管的体二极管的损耗降。

进一步地，通过检测第三副边绕组的第二端的电压变为低电平时的下降沿，关断续流管和开通整流管，使电路系统在重载下，即CCM模式下，仍然正常工作。

进一步地，本发明采用续流管漏极电压检测，损耗较小。

在本发明的另一实施例中，在所述整流管的栅极与所述变压器第一副边绕组的第一端之间还可以设置有反向截至模块，所述整流管的栅极连接在所述反向截至模块的输入端，所述反向截至模块的输出端连接在所述变压器第一副边绕组的第一端。

所述反向截至模块，用于在电流从输入端正向输入时通过，反向输入时截至的模块，所述反向截止模块可以包括二极管或者包括并联的二极管和电阻。

如图3所示，在本发明的另一实施例中，所述轻载续流管关断模块包括：至少四个电阻，至少两个比较器，反相器，或模块，或非模块，电容模块，以及锁存器；

所述四个电阻包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，以及第四电阻R4；所述两个比较器包括第一比较器cmp1，以及第二比较器cmp2；

所述第一比较器cmp1的正极连接所述续流管Q1的漏极，所述第一比较器cmp1的负极连接所述第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第一比较器cmp1的输出连接或模块OR1的一个输入端，所述或模块OR1的输出端连接锁存器Latch的R端；

所述第一电阻R1的一端连接在所述第三副边绕组的第二端sm3，所述第一电阻R1的另一端连接所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端接地；所述第二比较器cmp2的负极连接在所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间；所述第三电阻R3的一端连接所述第二比较器cmp2的正极，所述第三电阻R3的另一端接地；

所述第二比较器cmp2的输出端连接或模块OR1的另一个输入端；或非模块NOR1的一个输入端，以及反相器inv1的输入端，所述反相器inv1的输出端连接所述或非模块NOR1的另一个输入端，所述反相器inv1的输出端进一步连接有电容模块C1的一端，所述电容模块C1的另一端接地，所述或非模块NOR1的输出端连接锁存器Latch的S端；

所述锁存器Latch的Q端连接有开关模块，所述开关模块，用于在所述锁存器Latch的Q端为高电平时，关断所述驱动电源V+与所述续流管栅极的连接，并且在所述锁存器Latch的Q端为低电平时，连通所述驱动电源V+与所述续流管栅极。

在该实施例中，在提高轻负载转换效率的同时，如图6所示，由于采用判断续流管漏极电压过0，来确认输出电感模块的负电流产生时刻，并且采用RS锁存器进行锁存，以保证续流管关闭后不会频繁开启产生振荡。

进一步地，该实施例所采用的电路简单，器件少，也可以作成集成电路芯片实现。

在该实施例中，所述开关模块可以包括第二反相器inv2，至少两个可控开关，所述锁存器Latch的Q端连接第一可控开关以及所述第二反相器inv2的输入端，所述第二反相器inv2的输出端连接第二可控开关，所述第一可控开关的一端连接驱动电源V+，另一端连接所述续流管的栅极，所述第二可控开关一端连接所述续流管的栅极，另一端接地。

所述第一可控开关用于在所述锁存器Latch的Q端为高电平时连通，在所述锁存器Latch的Q端为低电平时关断；所述第二可控开关，用于在所述反相器的输出端为高电平时连通，在所述反相器的输出端为低电平时关断。

所述或模块，用于实现将两个输入进行“或”运算的模块，可以由“或”门实现；所述或非模块，用于实现将两个输入进行“或非”运算的模块，可以由“或非”门实现。所述电容模块用于实现电容的功能，可以为一个或多个电容。

在本发明的另一实施例中，所述续流管开通模块可以采用与所述轻载续流管关断模块一样的电路结构，所述续流管关断模块，也可以采用与所述轻载续流管关断模块一样的电路结构。或者，如图3所示，所述续流管开通模块，所述续流管关断模块，以及所述轻载续流管关断模块可以集成在一起，采用上述轻载续流管关断模块的电路结构。

如图3所示，在上述本发明的一种同步整流电路的实施例中，R1、R2、R3和cmp2组成第二个比较器电路，用于判断续流管的工作状态；R4和cmp1组成过零比较器电路，用于判断输出电感Lo输出电流反相时刻；inv1、C1、NOR1组成单脉冲产生电路；Latch锁存器用于锁存过零时刻。

本发明所述同步整流电路的工作原理如下：

(1)当变压器的Vsp2电压为正时，整流管Q2导通；负端电压经过R1和R2分压后，和零电压比较后cmp2输出高电平；置位RS锁存器输出为0，通过驱动电路关掉续流管Q1，电路进入整流状态。

(2)当变压器的Vsp2电压为负时，整流管Q2关闭，续流管Q1通过体二极管续流，Q1的D端电压变为负值。cmp1输出变为低电平；cmp2输出从高电平变为低电平后，下降沿信号触发单脉冲产生电路产生S脉冲信号，锁存器输出为高电平，从而导通续流管Q1进行续流，输出电感的输出电流开始线性下降。

(3)若输出电阻Ro的值较大，即电路为轻载。输出电感中电流在某时刻降为负值，发生反相。电流开始从续流管Q1的D端流向S端且绝对值不断增加，则D端电压值会从负值向正值过渡，通过过零比较器cmp1输出高电平，判断出电流反相时刻，RS锁存器锁存信号，并输出为0，通过inv2后输出为高电平，把Q1的栅极电压拉低，关掉续流管。

(4)若电路工作在重载时，输出电感中电流不会反相，因此只有在当副边正端电压为高电平，负端电压为低电平时，关掉续流管。

本发明的实施例可以应用于隔离型具有同步整流的所有BUCK型的拓扑结构电源电路中，例如：半桥、全桥拓扑、以及有源箝位等结构的自驱动同步整流电路。

如图4所示，本发明还提供一种同步整流系统，将前述实施例中的整流电路应用于有源钳位拓扑结构上。

所述同步整流系统包括：处理模块1，误差放大器error，以及整流电路，

所述处理模块1，用于根据误差放大器error产生的误差信号，对有源钳位的主开关管S1和钳位开关管S2进行开关控制。

所述处理模块1可以为电压PWM模式的有源钳位控制芯片。

所述整流系统的工作原理：假设S1管的驱动信号PWM的周期为T，主开关管S1驱动信号的占空比为d，T0为周期初始时刻。

T0时，主开关管S1导通，钳位开关管S2关断，则pm端电压Vpm为零，pp端电压为Vin，sp2端电压Vsp2电压为正，整流管Q2导通，Q1关闭。变压器初级电感及输出电感中电流线性上升，通过变压器传输负载能量，直至T0+dT时刻。

T0+dT时，钳位开关管S2导通，主开关管S1关断，则pp端电压Vin，pm端电压Vpm为Vc＝Vin/(1-d)。因为Vc＞Vin，所以Vsp2电压为负，sm3端电压Vsm3为正，整流管Q2关闭，续流管Q1导通续流，输出电感L0中电流线性下降，直到此周期结束，进入下一个循环。

对于轻载情况，从T0+dT时刻到此周期结束，续流管Q1续流，当输出电感L0中的电流发生反相时，会进行抑制，使系统工作在DCM，提高转换效率。

如图5所示，为所述整流系统输出3.2V的稳定后的仿真波形，续流管Q1漏端电压较低，是可以接受的，而且可以有效解决交叉导通、全范围输入电压导致的续流管驱动电压过高的问题。负载0.6A时，效率为75％，提高15％以上，更轻负载时效率会提高更多。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种同步整流电路，其特征在于，所述同步整流电路包括：

续流管，所述续流管的源极连接所述变压器的第三副边绕组的第一端；

续流管关断模块，连接所述第三副边绕组的第二端以及所述第二副边绕组的第一端，用于在所述第二副边绕组的第一端为高电平，所述整流管导通，并且所述第三副边绕组的第二端为低电平时，关断所述驱动电源；

2.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述轻载续流管关断模块包括：至少四个电阻，至少两个比较器，反相器，或模块，或非模块，电容模块，以及锁存器；

所述四个电阻包括第一电阻，第二电阻，第三电阻，以及第四电阻；所述两个比较器包括第一比较器，以及第二比较器；

所述第一比较器的同相输入端连接所述续流管的漏极，所述第一比较器的反相输入端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述第一比较器的输出端连接所述或模块的一个输入端，所述或模块的输出端连接所述锁存器的R端；

所述第一电阻的一端连接在所述第三副边绕组的第二端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地；所述第二比较器的反相输入端连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间；所述第三电阻的一端连接所述第二比较器的同相输入端，所述第三电阻的另一端接地；

所述第二比较器的输出端连接所述或模块的另一个输入端、所述或非模块的一个输入端、以及所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接所述或非模块的另一个输入端，所述反相器的输出端进一步连接有所述电容模块的一端，所述电容模块的另一端接地，所述或非模块的输出端连接所述锁存器的S端；

所述锁存器的Q端连接有开关模块，所述开关模块，用于在所述锁存器的Q端为高电平时，关断所述驱动电源与所述续流管栅极的连接，并且在所述锁存器的Q端为低电平时，连通所述驱动电源与所述续流管栅极。

3.如权利要求2所述的同步整流电路，其特征在于，所述开关模块包括第二反相器，至少两个可控开关，所述锁存器的Q端连接第一可控开关以及所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接第二可控开关，所述第一可控开关的一端连接驱动电源，另一端连接所述续流管的栅极，所述第二可控开关一端连接所述续流管的栅极，另一端接地；

所述第一可控开关用于在所述锁存器的Q端为高电平时连通，在所述锁存器的Q端为低电平时关断；所述第二可控开关，用于在所述反相器的输出端为高电平时连通，在所述反相器的输出端为低电平时关断。

4.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述续流管关断模块包括：至少四个电阻，至少两个比较器，反相器，或模块，或非模块，电容模块，以及锁存器；

5.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述续流管开通模块包括：至少四个电阻，至少两个比较器，反相器，或模块，或非模块，电容模块，以及锁存器；

6.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述续流管开通模块，所述续流管关断模块，以及所述轻载续流管关断模块集成在一起。

7.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路，所述隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路包括：权利要求1至6中任一项中所述的同步整流电路。

8.如权利要求7所述的通信设备，其特征在于，所述隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路为有源钳位拓扑结构电源电路，所述隔离型具有同步整流的BUCK型的拓扑结构电源电路还包括：处理模块，误差放大器，主开关管和钳位开关管，所述处理模块，用于根据误差放大器产生的误差信号，对所述主开关管和所述钳位开关管进行开关控制。