CN102142775A - 用于反激变换器的智能驱动电路及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于反激变换器的智能驱动及驱动方法,涉及采用同步整流技术的反激变换器,目的是可以快速关断同步整流管进而减小开关损耗,其采用一个跨导放大器来开通同步整流管,和一个比较器来快速关断同步整流管。

Description

用于反激变换器的智能驱动电路及驱动方法
技术领域
本发明涉及反激变换器,更具体的说是涉及采用同步整流技术的反激变换器。
背景技术
大部分笔记本电源适配器采用反激变换器结构,如图1所示。为了提高效率,大多数笔记本电源适配器生产商均使用同步整流管(SR)来取代一般的整流二极管,换句话说,即在图1所示的反激变换器中,用同步整流场效应晶体管(FET)代替变压器T的次级绕组T1侧的二极管D。然而,用SR代替整流二极管的主要缺点是成本较高,这与需要跨越隔离器件(如变压器)传送相关控制信号有关。
在一些现有技术系统中,控制信号可以由同步整流管上的电压信号导生出来,而不再跨越隔离器件传送控制信号。这样做的一个问题是:相比动态电压变化范围(几十伏),同步整流管上的电压信号(几毫伏)非常小。为了避免误触发,常常会牺牲其带宽,这将导致关断时间延长,效率降低。
在一些解决方案中,常使用跨导放大器来延迟同步整流的开通,这可以解决误触发的问题。但是,在连续导通模式(CCM)下,采用跨导放大器延迟同步整流管的开通的方法是无效的,同时,跨导放大器还将带来关断减缓的问题,这将导致更多的开关损耗。
因此,急需一个快速关断同步整流管进而减小开关损耗的解决方案,并且,此方案可以用在任何类型的反激变换器上(如连续导通模式(CCM)、非连续导通模式(DCM)、准谐振模式的反激变换器)。
发明内容
针对现有反激变换器同步整流驱动技术中的一个或多个问题,本发明提供了一种反激变换器同步整流的智能驱动方法和装置。
本发明提出了一种用于驱动同步整流管的驱动电路,包括跨导放大器和比较器。跨导放大器第一输入端连接第一直流偏置电压,第二输入端连接同步整流管的漏极,输出端连接同步整流管的栅极;比较器第一输入端连接第二直流偏置电压,第二输入端连接同步整流管的漏极,输出端通过一个开关连接同步整流管的栅极。
根据本发明的实施例,所述同步所述同步整流管的导通根据同步整流管的寄生二极管的导通状态决定;而当同步整流管导通后,所述寄生二极管关断。
根据本发明的实施例,如果所述同步整流管的漏极信号缓慢上升,跨导放大器将输出低电平来关断同步整流管;如果所述同步整流管的漏极信号急速上升,比较器将输出高电平,并通过所述开关来关断同步整流管。
根据本发明的实施例,所述第一直流偏置电压和第二直流偏置电压之间具有电压差。
根据本发明的实施例,如果所述比较器输出为高电平,所述开关导通;如果所述比较器输出为低电平,所述开关关断。
本发还提出了一种智能驱动器,包括跨导放大器和比较器。跨导放大器用于放大同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号,同时用放大信号控制同步整流管;比较器用于比较同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压之间的大小,并输出一个比较信号,同时用比较信号控制同步整流管。
本发明还提出了一种反激变换器的驱动方法,该驱动方法包括放大反激变换器中同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号,同时用该放大信号控制所述同步整流管;以及比较所述同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压并输出一个比较信号,同时用该比较信号控制所述同步整流管。
根据本发明的实施例,所述驱动方法更具体地包括:提供同步整流管的漏极信号至跨导放大器的第一输入端和提供第一直流偏置电压至跨导放大器的第二输入端,通过跨导放大器放大反激变换器中同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号;将跨导放大器输出的所述放大信号传送至同步整流管的栅极,以控制所述同步整流管;提供同步整流管的漏极信号至比较器的第一输入端和提供第二直流偏置电压至放大器的第二输入端,通过比较器比较所述同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压并输出一个比较信号;将比较器输出的所述比较信号通过一个开关传送至同步整流管的栅极,以控制所述同步整流管。
本发明还提出了一种智能驱动器,其包括:第一装置,用于通过放大同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值来控制同步整流管;第二装置,用于通过比较同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压来控制同步整流管。其中,第一装置在同步整流管的漏极信号为负值时将同步整流管导通,并在同步整流管的漏极信号缓慢上升时将同步整流管关断;第二装置在同步整流管的漏极信号急速上升时将同步整流管关断。
本发明还提出了又一种反激变换器的驱动方法,包括:当同步整流管的漏极信号为负值时,导通同步整流管;当所述漏极信号增大时,关断同步整流管。
和现有技术相比,本发明可快速关断同步整流管进而减小开关损耗,并且可以用在任何一种工作模式的反激变换器上。
附图说明
附图作为说明书的一部分,对本发明实施例进行说明,并与实施例一起对本发明的原理进行解释。
图1所示为一个反激变换器框图。
图2所示电路100是本发明的一个具体实施例,包括开通一个同步整流管的跨导放大器和关断一个同步整流管的比较器。
具体实施方式
本发明将在下文中结合附图进行全面描述。虽然本发明结合实施例进行阐述,但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例中,相反,本发明意在涵盖由所附权利要求所界定的本发明精神和范围内所定义的各种替换、修改和等同变换。此外,在下面对本发明的详细描述中,为了更好的理解本发明,阐述了大量的细节。然而,本领域技术人员将理解,没有这些具体细节,本发明同样可以实施。在其他的一些实施例中,为了便于凸显本发明的主旨,对于大家熟知的方案、流程、元器件以及电路未作详细的描述。
参考图2,电路100中,使用跨导放大器U0来开通同步整流管M1,使用比较器U1来关断同步整流管M1。如图2所示,电路100包括跨导放大器U0,其同相端接收第一直流偏置电压V1,反相端接收信号VD,其中,信号VD是同步整流管M1的漏极信号;以及比较器U1,其同相端接收漏极信号VD,反相端接收第二直流偏置电压V2
跨导放大器U0的输出端直接连接到同步整流管M1的栅极,比较器U1的输出端通过一个内部开关S1连接到同步整流管M1的栅极。当比较器U1的输出为高电平时,内部开关S1导通,同步整流管M1的栅极电压为低电平。当比较器U1输出为低电平时,内部开关S1关断,同步整流管M1的栅极电压由跨导放大器U0的输出决定。二极管D1为同步整流管M1的寄生体二极管,用于在该体二极管D1导通期间,将漏极信号VD电压钳位在一个负值,比如-0.7V。
在工作过程中,如果反激变换器工作在连续导通模式下,当反激变换器初级绕组T0侧的主开关管关断时,二极管D1立刻导通,使得漏极信号VD变为负值,如-0.7V。因此,跨导放大器U0的输出,即VG信号,将逐渐增大,当VG升高到同步整流管M1的开通阀值,同步整流管M1导通,二极管D1关断。
当反激变换器中变压器初级绕组T0侧的主开关管导通时,次级绕组T1的感应电压使漏极信号VD快速跳变为高电平,使得跨导放大器U0的输出信号(即VG信号)为低电平。此时漏极信号VD的值大于第二直流偏置电压V2,比较器U1输出高电平信号,将内部开关S1导通,并将VG信号拉低,同步整流管M1被快速关断。
如果反激变换器工作在非连续导通模式或准谐振模式下,当反激变换器中变压器初级绕T0侧的主开关管关断时,电路100的工作原理和连续导通模式下的工作原理一致。但是,当反激变换器中变压器初级绕组T0侧的主开关管导通时,因工作于非连续导通模式或准谐振模式,漏极信号VD并非快速跳变而是缓慢上升后直到大于第一直流偏置电压V1,此时跨导放大器U0将使信号VG变为低电平,比较器U1不再控制VG,这种情况下依然会关断同步整流管M1
通过设置一个死区,以避免跨导放大器U0和比较器U1互相抵制,该死区为第一直流偏置电压V1和第二直流偏置电压V2之间的电压差。当漏极信号VD跌到低于第一直流偏置电压V1,跨导放大器U0通过调节VG使得漏极信号VD值保持在第一直流偏置电压V1。如果漏极信号VD变化太快,跨导放大器U0不能使漏极信号VD保持在第一直流偏置电压V1,漏极信号VD将上升并在某个时刻达到第二直流偏置电压V2。这种情况下,比较器U1将导通内部开关S1,迅速拉低VG,进而关断同步整流管M1,从而不再有电流流过,防止了同步整流管M1被击穿。
针对上面的发明技术,可能会有很多改进和变换例。因此必须明白,在本发明权利要求范围内可以使用别的具体方法实施本发明的功能。当然,先前的描述只是本发明的一个最优实施例,在不背离其发明实质和权利要求的范围,其他改进例同样可以实现这样的功能。

Claims (27)

1.一种用于驱动同步整流管的驱动电路,包括:
跨导放大器,其第一输入端耦接第一直流偏置电压,第二输入端耦接同步整流管的漏极,输出端耦接同步整流管的栅极;以及
比较器,其第一输入端耦接第二直流偏置电压,第二输入端耦接同步整流管的漏极,输出端通过一个开关耦接同步整流管的栅极。
2.如权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,所述同步整流管的导通根据同步整流管的寄生二极管的导通状态决定;而当同步整流管导通后,所述寄生二极管关断。
3.如权利要求1所述的驱动电路,其特征在于
如果所述同步整流管的漏极信号缓慢上升,跨导放大器将输出低电平来关断同步整流管;以及
如果所述同步整流管的漏极信号急速上升,比较器将输出高电平,并通过所述开关来关断同步整流管。
4.如权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,所述第一直流偏置电压和第二直流偏置电压之间具有电压差。
5.如权利要求1所述的驱动电路,其特征在于
如果所述比较器输出为高电平,所述开关导通;
如果所述比较器输出为低电平,所述开关关断。
6.一种智能驱动器,包括:
跨导放大器,用于放大同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号,同时用该放大信号控制所述同步整流管;以及
比较器,用于比较同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压并输出一个比较信号,同时用该比较信号控制所述同步整流管。
7.如权利要求6所述的智能驱动器,其特征在于,所述比较器通过一个开关来控制所述同步整流管。
8.如权利要求6所述的智能驱动器,其特征在于,所述同步整流管包含一个寄生二极管,当该寄生二极管导通时,所述同步整流管的漏极信号为负值。
9.如权利要求8所述的智能驱动器,其特征在于
所述同步整流管的导通根据寄生二极管的导通状态决定;以及
所述同步整流管导通后,所述寄生二极管关断。
10.如权利要求7所述的智能驱动器,其特征在于
如果所述同步整流管的漏极信号缓慢上升,所述放大信号关断所述同步整流管;以及
如果所述同步整流管的漏极信号急速上升,所述比较信号通过所述开关关断所述同步整流管。
11.如权利要求6所述的智能驱动器,其特征在于,所述第一直流偏置电压和第二直流偏置电压之间具有电压差。
12.如权利要求7所述的智能驱动器,其特征在于
如果所述比较信号为高电平,所述开关导通;
如果所述比较信号为低电平,所述开关关断。
13.一种反激变换器的驱动方法,包括:
放大反激变换器中同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号,同时用该放大信号控制所述同步整流管;以及
比较所述同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压并输出一个比较信号,同时用该比较信号控制所述同步整流管。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于
提供同步整流管的漏极信号至跨导放大器的第一输入端和提供第一直流偏置电压至跨导放大器的第二输入端,通过跨导放大器放大反激变换器中同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值,并输出一个放大信号;
将跨导放大器输出的所述放大信号传送至同步整流管的栅极,以控制所述同步整流管;
提供同步整流管的漏极信号至比较器的第一输入端和提供第二直流偏置电压至放大器的第二输入端,通过比较器比较所述同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压并输出一个比较信号;
将比较器输出的所述比较信号通过一个开关传送至同步整流管的栅极,以控制所述同步整流管。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,进一步包括:
将所述同步整流管的源极耦合到一个低参考电平。
16.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述同步整流管包括一个寄生二极管,当该寄生二极管导通时,同步整流管的漏极信号为负值。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于
同步整流管的导通由寄生二极管的导通状态决定;以及
当该同步整流管导通后,寄生二极管关断。
18.如权利要求14所述的方法,其特征在于,进一步包括:
如果所述同步整流管的漏极信号缓慢上升,由跨导放大器的输出来关断该同步整流管;以及
如果所述同步整流管的漏极信号急速上升,由比较器的输出来关断该同步整流管。
19.一种智能驱动器,包括
第一装置,用于通过放大同步整流管的漏极信号和第一直流偏置电压之间的差值来控制同步整流管;
第二装置,用于通过比较同步整流管的漏极信号和第二直流偏置电压来控制同步整流管;
其中,第一装置在同步整流管的漏极信号为负值时将同步整流管导通,并在同步整流管的漏极信号缓慢上升时将同步整流管关断;第二装置在同步整流管的漏极信号急速上升时将同步整流管关断。
20.如权利要求19所述的智能驱动器,其特征在于
所述第二装置通过一个开关来关断同步整流管。
21.如权利要求19所述的智能驱动器,其特征在于,所述第一直流偏置电压和第二直流偏置电压之间具有电压差。
22.如权利要求19所述的智能驱动器,其特征在于,所述同步整流管包含一个寄生二极管,当该寄生二极管导通时,同步整流管的漏极信号为负值;当同步整流管导通时,该寄生二极管关断。
23.一种反激变换器的驱动方法,包括:
当同步整流管的漏极信号为负值时,导通同步整流管;以及
当所述漏极信号增大时,关断同步整流管。
24.如权利要求23所述的方法,其特征在于
当所述漏极信号增加缓慢时,通过跨导放大器来关断同步整流管;以及
当所述漏极信号急速增加时,通过比较器来关断同步整流管。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,所述比较器通过一个开关管来关断同步整流管。
26.如权利要求24所述的方法,其特征在于,进一步包括:
由跨导放大器比较所述漏极信号和第一直流偏置电压;以及
由比较器比较所述漏极信号和第二直流偏置电压;其中
所述第一直流失调电压和第二直流偏置电压之间有压差。
27.如权利要求23所述的方法,其特征在于,所述同步整流管包含一个寄生二极管,当该寄生二极管导通时,所述漏极信号为负值;当所述同步整流管导通时,该寄生二极管关断。
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