CN101902136A - 同步整流管驱动装置和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步整流管驱动装置，用于产生同步整流MOSFET的驱动信号，包括：电压检测隔离电路，用于获取同步整流MOSFET的漏极、源极电压；比较电路，用于比较同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；和驱动电路，用于根据比较的结果生成驱动信号并提供给同步整流MOSFET的栅极。还公开了一种同步整流管驱动方法，包括以下步骤：检测同步整流MOSFET的源极、漏极电压；比较同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；根据比较的结果生成驱动信号并提供给同步整流MOSFET的栅极。本发明能简单有效地获得工作于电流断续模式的变换电路拓扑中的同步整流管驱动信号。

Description

同步整流管驱动装置和驱动方法
技术领域
本发明涉及同步整流技术，特别是涉及一种同步整流管驱动装置和驱动方法。
背景技术
获取更高的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(金属氧化物半导体场效应晶体管)替代整流二极管，以降低整流电路的导通损耗。在Buck(降压型)硬开关变换电路及其衍生电路拓扑中，同步整流管的控制信号与主功率管相同或反向，因此同步整流管驱动信号的获得较容易。但是，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。对此，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。
因此，如何检测同步整流管电流信号的方向，进行处理以获得同步整流管的驱动信号，使其体现出二极管单向导电特性，是工作于电流断续模式的电路拓扑(例如反激变换或LLC谐振变换等)实现同步整流的关键。
发明内容
本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种同步整流管驱动装置和驱动方法，能够简单有效地获得同步整流管的驱动信号。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种同步整流管驱动装置，用于产生同步整流MOSFET的驱动信号，其特征在于，包括：
电压检测隔离电路，用于获取所述同步整流MOSFET的漏极、源极电压；
比较电路，用于比较所述同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；和
驱动电路，用于根据所述比较的结果生成驱动信号并提供给所述同步整流MOSFET的栅极。
优选地，所述电压检测隔离电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极耦合到所述同步整流MOSFET的漏极，所述第一二极管的阳极耦合到所述比较器的反相输入端，所述第二二极管的阴极耦合到所述同步整流MOSFET的源极，所述第二二极管的阳极耦合到所述比较器的同相输入端。
优选地，所述驱动电路包括具有第三三极管和第四三极管的推挽电路，所述第三三极管和第四三极管的基极耦合到所述比较电路的输出端，所述第三三极管和第四三极管的发射极耦合到所述同步整流MOSFET的栅极，所述第三三极管的集电极耦合到辅助电源，所述第四三极管的集电极耦合到所述同步整流MOSFET的源极。
优选地，所述驱动电路包括集成驱动IC，所述集成驱动IC的输入端耦合到所述比较电路的输出端，所述集成驱动IC的输出端耦合到所述同步整流MOSFET的栅极。
一种同步整流电路，包括同步整流MOSFET和如上所述的同步整流管驱动装置。
优选地，所述同步整流电路为Buck、全桥、半桥、正激、反激、推挽或谐振电路拓扑。
一种同步整流管驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.检测同步整流MOSFET的源极、漏极电压；
B.比较所述同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；
C.根据所述比较的结果生成驱动信号并提供给所述同步整流MOSFET的栅极。
优选地，所述步骤A包括用相互匹配的两个二极管对同步整流MOSFET的漏极、源极电压进行检测和隔离。
优选地，所述步骤C中采用推挽电路或集成驱动IC来生成所述驱动信号。
本发明有益的技术效果是：
本发明的同步整流管驱动装置包括电压检测隔离电路、比较电路和驱动电路，电压检测隔离电路获取同步整流MOSFET的漏极、源极电压，比较电路比较同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小，驱动电路则根据比较的结果生成驱动信号并提供给同步整流MOSFET的栅极，这样，通过对同步整流MOSFET漏极、源极电压的检测，就能够判断出其漏极、源极间电流信号的方向，并据此产生相应的自驱动信号，以使得同步整流MOSFET体现出二极管单向导电特性，从而满足同步整流电路在电流断续模式下工作的要求。
采用本发明的同步整流管驱动装置和驱动方法，能简单而有效地实现在例如反激变换或LLC谐振变换等各类电路拓扑下的同步整流，并能由此降低产品的成本。
附图说明
图1本发明同步整流管驱动装置的电路原理图；
图2为图1所示电路的特征工作波形图；
图3为本发明同步整流管驱动装置一种实施例的电路原理图；
图4为本发明同步整流管驱动装置另一种实施例的电路原理图；
图5为本发明同步整流管驱动方法的基本流程图。
以下通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，同步整流管驱动装置包括电压检测隔离电路TEST、比较电路CMP和驱动电路DRV三个部分。其中，电压检测隔离电路TEST的输入端耦合到同步整流MOSFET的漏极和源极，电压检测隔离电路TEST的输出端耦合到比较电路CMP同相输入端+和反相输入端-，比较电路CMP的输出端耦合到驱动电路DRV的输入端，而驱动电路DRV的输出端耦合到同步整流MOSFET的栅极。电压检测隔离电路TEST用于获取同步整流MOSFET的漏极、源极电压Vds，如下文将述及，优选可采用高压精确匹配的双二极管来实现该信号的检测。比较电路CMP用于比较同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小，比较结果反映同步整流MOSFET漏极电流Id的流向。驱动电路DRV则用于根据该比较结果生成驱动信号Vdrv并送往同步整流MOSFET的栅极。根据本发明的电路的特征工作波形由图2示意性地展示。
本文中的术语“匹配”是指，当两个二极管通过相同的正向电流时，其管压降基本相等。在实际应用中，常常将两个二极管做在一个封装中，构成精确匹配的二极管对。
实施例一
如图3所示，电压检测隔离电路TEST优选包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的阴极接同步整流MOSFET SR的漏极，第二二极管D2的阴极接同步整流MOSFET SR的源极，第一二极管D1和第二二极管D2的阳极分别接比较器CMP的反相输入端-和同相输入端+。
比较电路CMP优选包括第三二极管D3、第一三极管Q1和第二三极管Q2，其中第一三极管Q1的发射极接第一二极管D1的阳极，第一三极管Q1的集电极通过第一电阻R1接辅助电源Vcc，第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极与第三二极管D3的阳极相接，第三二极管D3的阴极与第二三极管Q2的集电极通过第二电阻R2接辅助电源Vcc，第二三极管Q2的发射极接同步整流MOSFET SR的源极。
驱动电路优选采用推挽电路，该推挽电路包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极与第三二极管D3的阴极、第二三极管Q2的集电极相接，第三三极管Q3和第四三极管Q4的发射极接同步整流MOSFET SR的栅极，第三三极管Q3的集电极接辅助电源Vcc，第四三极管Q4的集电极接同步整流MOSFET SR的源极。
请参考图2、3，根据本实施例，由高压精确匹配二极管对(即第一、二二极管)D1、D2检测和隔离同步整流管SR的漏极、源极电压Vds，所得的信号送往由精确匹配三极管对(即第一、二三极管)Q1、Q2、第三二极管D3以及第一、二电阻R1、R2构成的比较电路，经比较后，再送往由第三、四三极管Q3、Q4构成的推挽驱动电路，后者生成的驱动信号送往同步整流MOSFET SR的栅极。典型地，当比较结果为漏极电压小于源极电压即Vds为负时，驱动信号Vdrv为高电平信号，该信号驱动同步整流MOSFET SR导通，此时源极电流Id为正。
实施例二
如图4所示，与前一实施例的不同仅在于，其驱动电路采用集成驱动IC芯片，替代图3中由第三、四三极管Q3、Q4所构成的推挽电路。集成驱动IC的输入端耦合到比较电路CMP的输出端，其输出端耦合到同步整流MOSFET的栅极。
本发明所提供的同步整流管驱动装置可应用于采用Buck、全桥、半桥、正激、反激、推挽、谐振等各类电路拓扑的同步整流电路中。
在另一方面，本发明还提供了一种同步整流管驱动方法。
如图5所示，该方法包括以下处理步骤：
步骤A.检测同步整流MOSFET SR的源极、漏极电压；
步骤B.比较同步整流MOSFET SR漏极和源极的电压大小；
步骤C.根据比较的结果生成驱动信号并提供给同步整流MOSFET的栅极。
优选的实施例中，步骤A包括用相互匹配的两个二极管对同步整流MOSFET SR的漏极、源极电压进行检测和隔离。
优选的实施例中，步骤C中采用推挽电路或集成驱动IC来生成驱动信号。
在又一方面，本发明还提供了一种同步整流电路，包括同步整流MOSFET和如上的同步整流管驱动装置。在不同实施例中，同步整流电路可为Buck、全桥、半桥、正激、反激、推挽或谐振等电路拓扑中的任何一种。
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 (9)

1.一种同步整流管驱动装置，用于产生同步整流MOSFET的驱动信号，其特征在于，包括：
电压检测隔离电路，用于获取所述同步整流MOSFET的漏极、源极电压；
比较电路，用于比较所述同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；和
驱动电路，用于根据所述比较的结果生成驱动信号并提供给所述同步整流MOSFET的栅极。
2.如权利要求1所述的同步整流管驱动装置，其特征在于，所述电压检测隔离电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极耦合到所述同步整流MOSFET的漏极，所述第一二极管的阳极耦合到所述比较器的反相输入端，所述第二二极管的阴极耦合到所述同步整流MOSFET的源极，所述第二二极管的阳极耦合到所述比较器的同相输入端。
3.如权利要求1或2所述的同步整流管驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括具有第三三极管和第四三极管的推挽电路，所述第三三极管和第四三极管的基极耦合到所述比较电路的输出端，所述第三三极管和第四三极管的发射极耦合到所述同步整流MOSFET的栅极，所述第三三极管的集电极耦合到辅助电源，所述第四三极管的集电极耦合到所述同步整流MOSFET的源极。
4.如权利要求1或2所述的同步整流管驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括集成驱动IC，所述集成驱动IC的输入端耦合到所述比较电路的输出端，所述集成驱动IC的输出端耦合到所述同步整流MOSFET的栅极。
5.一种同步整流电路，包括同步整流MOSFET，其特征在于，还包括如权利要求1所述的同步整流管驱动装置。
6.如权利要求5所述的同步整流电路，其特征在于，所述同步整流电路为Buck、全桥、半桥、正激、反激、推挽或谐振电路拓扑。
7.一种同步整流管驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.检测同步整流MOSFET的源极、漏极电压；
B.比较所述同步整流MOSFET漏极和源极的电压大小；
C.根据所述比较的结果生成驱动信号并提供给所述同步整流MOSFET的栅极。
8.如权利要求7所述的同步整流管驱动方法，其特征在于，所述步骤A包括用相互匹配的两个二极管对同步整流MOSFET的漏极、源极电压进行检测和隔离。
9.如权利要求7或8所述的同步整流管驱动方法，其特征在于，所述步骤C中采用推挽电路或集成驱动IC来生成所述驱动信号。
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