CN102157920B - 同步整流控制电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种同步整流控制电路及其控制方法，电路包括至少一个开关管、电流采样模块、触发信号接收模块、同步控制保护信号接收模块和同步整流控制模块，其中：所述同步整流控制模块用于在所述触发信号接收模块提供的所述触发信号的触发下，将所述同步控制保护信号接收模块提供的所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通，并对所述电流采样模块采集的电压或电流进行检测，当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。本发明还提供了一种同步整流控制方法。本发明消除了开关中寄生参数的影响，避免了在一个大信号上采样小信号所产生的失真，提高了控制效率。

Description

同步整流控制电路及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及开关电源技术，尤其涉及一种同步整流控制电路及其控制方法。

背景技术

同步整流技术是目前应用于开关电源领域中非常普遍的技术，其采用通态电阻极低的专用功率金属氧化层半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor；以下简称：MOSFET)取代整流二极管，以降低整流损耗。目前传统的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；以下简称：PWM)控制型的同步整流控制相对简单，通常利用原边驱动电压来进行同步整流控制，而若副边电流与原边电压的相位不一致，则使得同步整流控制的难度大大增加。

现有技术为了解决上述问题，利用专用芯片，如IR1167进行同步整流控制，或者通过检测变压器线圈电压进行互锁方式来进行同步整流控制。图1为现有技术中同步整流控制电路的结构示意图，如图1所示，IR1167为国际整流器(International Rectifier；以下简称：IR)公司为同步整流开发的专用芯片，每个IR1167分别控制一个MOSFET。其中，IR1167的工作原理如下：先检测同步整流MOSFET的源极和漏极两端的电压Vs和Vd，并对电平Vs和Vd进行比较，得到电压Vds的曲线如图2所示。当电压Vds达到Vth2时，产生同步整流驱动信号，并维持一个预设的最小导通时间(Minimum On Time；以下简称：MOT)；当Vds达到Vth1时，同步整流驱动信号关闭，且IR1167产生自锁，防止关断所产生的振荡电压使得同步整流MOSFET误导通；当Vds达到Vth3时，IR1167复位，从而又开始下一个周期的检测控制。

然而，发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中存在如下问题：现有技术中的同步整流控制通过采样MOSFET两端的电压来实现，而MOSFET本身具有等效电感、结电容等很多寄生参数，从而对MOSFET的开通或关断的控制的准确性造成影响，很难保证电路工作在最佳状态；且通过大信号采样小信号容易产生失真，使得控制效率降低。

发明内容

本发明实施例在于提供一种同步整流控制电路及其控制方法，消除MOSFET中寄生参数的影响，避免产生失真，提高控制效率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种同步整流控制电路，包括至少一个开关管、与所述开关管相连的电流采样模块、触发信号接收模块、同步控制保护信号接收模块和同步整流控制模块，其中：

所述电流采样模块连接在所述开关管的源极与同步整流控制电路的地极之间，用于采集所述开关管的电压或电流；

所述触发信号接收模块用于接收触发信号，并将所述触发信号提供给所述同步整流控制模块；

所述同步控制保护信号接收模块用于接收同步控制保护信号，并将所述同步控制保护信号提供给所述同步整流控制模块；

所述同步整流控制模块用于在所述触发信号接收模块提供的所述触发信号的触发下，将所述同步控制保护信号接收模块提供的所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通，并对所述电流采样模块采集的电压或电流进行检测，当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。

本发明实施例提供了一种同步整流控制方法，包括：

接收触发信号接收模块提供的触发信号和同步控制保护信号接收模块提供的同步控制保护信号；

在触发信号的触发下，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通；

检测连接在开关管的源极与同步整流控制电路的地极之间的电流采样模块采集的开关管的电压或电流；

当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。

本发明实施例提供的一种同步整流控制电路及其控制方法，同步整流控制模块通过外部提供的触发信号对开关管进行强制导通，并通过检测与开关管相连的电流采样模块两端的电压或电流来控制开关管关断，消除了开关中寄生参数的影响，在一个小信号上采样小信号，避免了在一个大信号上采样小信号所产生的失真，提高了控制效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为现有技术中同步整流控制电路的结构示意图；

图2为现有技术中同步整流控制电路的检测电压的曲线示意图；

图3为本发明同步整流控制电路实施例一的结构示意图；

图4为本发明同步整流控制电路实施例二的结构示意图一；

图5为本发明同步整流控制电路实施例二的结构示意图二；

图6为本发明同步整流控制电路实施例二中同步整流控制模块的结构示意图；

图7为本发明同步整流控制电路实施例二中的控制时序图；

图8为本发明同步整流控制电路实施例二中同步控制保护信号的时序关系图；

图9为本发明同步整流控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明同步整流控制电路实施例一的结构示意图，如图3所示，本实施例提供了一种同步整流控制电路，可以具体包括至少一个开关管1、电流采样模块2、触发信号接收模块3、同步控制保护信号接收模块4和同步整流控制模块5，其中，电流采样模块2与开关管1相连，当开关管1为MOSFET管时，电流采样模块2可以具体连接在开关管1的源极与同步控制电路的地极之间，用于采集开关管1的电压或电流。本实施例中的开关管1可以具体为MOSFET管、绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；以下简称：IGBT)等。电流采样模块2可以具体为电流采样电阻、分流器等。当然，本实施例的同步整流控制电路还可以包括其他本领域技术人员熟知的其他元件，如电源、负载等，其连接方式和功能与现有类似，此次不再赘述，此处仅对本发明的主要内容进行说明。其中，触发信号接收模块3用于接收触发信号，并将该触发信号提供给同步整流控制模块5，以触发开关管1强制导通；同步控制保护信号接收模块4用于接收同步控制保护信号，并将该同步控制保护信号提供给同步整流控制模块5，该同步控制保护信号用于交替地控制该同步整流控制电路中的多个开关管1。同步整流控制模块5用于根据触发信号接收模块3接收的触发信号和同步控制保护信号接收模块4接收的同步控制保护信号控制一个开关管1导通，具体为在触发信号的触发下，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通；并用于对电流采样模块2采集的电压或电流进行检测，根据电压或电流检测结果和同步控制保护信号控制开关管1关断，具体为当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。其中，电流采样模块2连接在各开关管1的源极与同步整流控制电路的地极之间，预设检测结果可以根据实际情况具体设定，可以为0或可以为某个特定的电压或电流值，例如特定的电压可以设定为0.1V，特定的电流值可以设定为0.5A。本实施例中的触发信号和同步控制保护信号可以具体由数字信号处理(DigitalSignal Processing；以下简称：DSP)发送。

在本实施例中，同步整流控制模块5根据触发信号接收模块3提供的触发信号来控制开关管1的导通，当接收到触发信号后，在触发信号的触发下，对同步控制保护信号当前所对应的开关管1进行强制导通，并进行导通延时，即使得开关管1维持一定的导通时间，以防止电路振荡所造成的导通不稳定的影响。本实施例中的同步整流控制电路可以具体位于整流电路的副边，本实施例中的同步控制保护信号可以与原边控制信号保持一定的时序关系，还可以与原边控制信号相同，当电路中包括多个开关管时，该同步控制保护信号为交替地对各开关管分别进行控制的信号，即当前时间段内控制一组开关管，下一个时间段内则控制另外一个开关管，因此，上述的同步控制保护信号当前所对应的开关管为同步控制保护信号在当前时间段内所控制的开关管。本实施例通过外部DSP发送的触发信号对开关管进行导通控制，而非现有技术中的通过检测开关管的源-漏极电压来控制其导通，避免了因开关管内部的寄生参数对导通控制的影响。

本实施例中的同步整流控制模块5对与开关管1相连的电流采样模块2两端的电压或电流进行检测，具体可以通过检测电流采样模块2两端的电压来获取流过该模块的电流，或者可以直接检测电流采样模块2的电流，并根据电压或电流检测结果来对开关管1的关断进行控制，当电流采样模块2上的电流变为零或某预设的特定值时，例如，该预设的特定值可以为0.5A，同步整流控制模块5向相应的开关管1发送关断信号，将开关管1进行关断处理。本实施例通过对与开关管相连的电流采样模块进行电流采样，即在一个小信号上采样小信号，而非现有技术中在开关管两端直接采样，从而可以避免在大信号上采样小信号所产生的失真。

本实施例提供了一种同步整流控制电路，同步整流控制模块通过外部提供的触发信号对开关管进行强制导通，并通过检测与开关管相连的电流采样模块两端的电压来控制开关管关断，消除了开关中寄生参数的影响，在一个小信号上采样小信号，避免了在一个大信号上采样小信号所产生的失真，提高了控制效率。

图4为本发明同步整流控制电路实施例二的结构示意图一，如图4所示，本实施例提供了一种同步整流控制电路，可以具体包括至少一个开关管，本实施例以一个具体的应用实例对本发明的同步整流控制电路的结构进行具体说明，当然该同步整流控制电路的结果并不限于本实施例的这种形式，本领域技术人员还可以根据其掌握的专业知识选择采用其他的类似形式，只要能实现上述各模块的功能即可。此处以包括两个MOSFET管Q1和Q2为例进行说明，两个MOSFET管Q1和Q2连接在电路的副边，原边包括相互连接的电源源V1、功率器件C1、L1、L2等，副边包括并联连接的负载电阻R1、负载电容C3。本实施例中的同步整流控制电路中还设置有电流采样模块，本实施中的电流采样模块可以具体为电流采样电阻R2，该电流采样电阻R2连接在MOSFET管Q1、Q2的源极与地极之间，即MOSFET管Q1、Q2导通后的电流均经过电流采样电阻R2。本实施例中的同步整流控制电路中还包括触发信号接收模块3、同步控制保护信号接收模块4和同步整流控制模块5，其中，触发信号接收模块3用于向同步整流控制模块5提供触发信号，以触发MOSFET管Q1或Q2强制导通；同步控制保护信号接收模块4用于向同步整流控制模块5提供同步控制保护信号。同步整流控制模块5用于根据触发信号接收模块3接收的触发信号和同步控制保护信号接收模块4接收的同步控制保护信号控制MOSFET管Q1或Q2导通，对电流采样电阻R2两端的电压进行检测，根据电压检测结果和同步控制保护信号控制MOSFET管Q1或Q2关断。

图5为本发明同步整流控制电路实施例二的结构示意图二，如图5所示，本实施中的电流采样模块可以具体为电流互感器CT1、CT2，电流互感器CT1、CT2分别连接在MOSFET管Q1、Q2的源极与地极之间。同步整流控制模块5用于根据触发信号接收模块3接收的触发信号和同步控制保护信号接收模块4接收的同步控制保护信号控制MOSFET管Q1或Q2导通，分别对电流互感器CT1、CT2两端的电流进行检测，根据电流检测结果和同步控制保护信号控制MOSFET管Q1或Q2关断。

图6为本发明同步整流控制电路实施例二中同步整流控制模块的结构示意图，如图6所示，本实施例中的同步整流控制模块可以具体包括比较单元和至少一个逻辑单元，比较单元用于检测图5中电阻R2两端的电压或电流，通过检测获取电阻R2两端的压降，或获取流过电阻R2电流大小，至少一个逻辑单元用于将比较单元的检测结果和外部提供的同步控制信号(PWM_DSP1或PWM_DSP2)进行合并处理，以分别向至少一个开关管提供相应的导通或关断的控制信号(PWM_SR1或PWM_SR2)。此处的比较单元具体以比较器X1为例进行说明，逻辑单元具体以与门控制器为例进行说明，本领域技术人员可以根据其掌握的专业知识选择其他形式的同步整流控制模块中的比较单元和逻辑单元，其具体形式并不限于比较器和与门控制器。由于上述图4中包括两个MOSFET管Q1和Q2，则此处相应地包括两个与门控制器U1和U2。比较器X1的正相输入端和反向输入端分别连接电流采样电阻R2的两端，具体地，可以将X1的正相输入端连接到R2的与MOSFET管连接的一端上，而将其反向输入端连接到R2的另一端上。具体地，比较器X1的正相输入端与输出端之间设置有正反馈单元，此处以正反馈单元具体为正反馈电阻R3为例进行说明，其用于对X1翻转后的电平进行死锁，防止振荡电平的干扰。触发信号接收模块3所提供的触发信号(TRIG)输入到比较器X1的输入端，具体地，触发信号接收模块3接收的触发信号可以为正脉冲形式或负脉冲形式，选择不同形式的触发信号将对应不同的电路连接方式。当选择负脉冲形式的触发信号时，则将触发信号接收模块3的输出端与比较器X1的反向输入端相连，将触发信号从比较器X1的反相输入端输入，图6中以触发信号连接到比较器X1的反相输入端为例进行说明。当选择正脉冲形式的触发信号为时，则将触发信号接收模块3的输出端与比较器X1的正相输入端相连，将触发信号从比较器X1的正向输入端输入。

比较器X1的输出端分为两个分支，分别输入到与门控制器U1的一个输入端和与门控制器U2的一个输入端，而与门控制器U1和U2的另一个输入端可以分别输入同步控制保护信号接收模块4所接收的同步控制保护信号PWM_QSP1和PWM_QSP2。与门控制器U1和U2的输出端分别连接到MOSFET管Q1和Q2的栅极，与门控制器U1在将比较器X1的输出信号和同步控制保护信号PWM_QSP1相与后，将输出的同步整流控制信号PWM_SR1输入到Q1的栅极，以对Q1的导通或关断进行控制；与门控制器U2在将比较器X1的输出信号和同步控制保护信号PWM_QSP2相与后，将输出的同步整流控制信号PWM_SR2输入到Q2的栅极，以对Q2的导通或关断进行控制。

图7为本发明同步整流控制电路实施例二中的控制时序图，如图7所示，Vi为比较器X1检测到的电流采样电阻R2两端的电压，TRIG为触发信号，SR_ENA为最终输出的同步整流控制信号，可以包括PWM_SR1和PWM_SR2。在电路工作时，当触发信号接收模块3接收的触发信号为负脉冲时，该负脉冲输入到X1中，将X1的反相输入端的电平拉低，使得X1的正相输入端的电平大于反相输入端的电平，则X1的输出信号翻转为高电平，在正反馈电阻R3的正反馈作用下进一步将X1正相输入端的电平拉高，进而对X1输出的高电平产生死锁作用。比较器X1输出的高电平在分别与同步控制保护信号PWM_QSP1和PWM_QSP2相与后，进而得到MOSFET管Q1或Q2的同步整流控制信号，由于电路中MOSFET管Q1和Q2处于交替工作状态，则对二者进行控制的同步控制保护信号PWM_QSP1和PWM_QSP2也为交替的脉冲信号，如图8所示为本发明同步整流控制电路实施例二中同步控制保护信号的时序关系图，当PWM_QSP1为高电平时，PWM_QSP2为低电平，否则当PWM_QSP1为低电平时，PWM_QSP2为高电平。因此，当比较器X1输出高电平时，经过与门控制器U1和U2的控制，进而使得同步整流控制信号PWM_SR1或PWM_SR2为高电平，使得相应的MOSFET管Q1或Q2强制导通。

当触发信号接收模块3接收的触发信号为正脉冲时，该正脉冲输入到X1中，将X1的正相输入端的电平拉高，使得X1的正相输入端的电平大于反相输入端的电平，则X1的输出信号翻转为高电平，在正反馈电阻R3的正反馈作用下进一步将X1正相输入端的电平拉高，进而对X1输出的高电平产生死锁作用。后续的输出控制与上述负脉冲时类似，此处不再赘述。

进一步地，本实施例中的触发信号和同步控制保护信号均可以由外部设备提供，则触发信号接收模块3和同步控制保护信号接收模块4均可以设置在本发明的同步整流控制电路外部。在本实施例中，在通过外部提供的触发信号对MOSFET管Q1或Q2进行强制导通后，同步整流控制模块中的比较器X1可以从电流采样电阻R2两端检测到电平，电流采样电阻R2两端的电压分别输入到比较器X1的两个输入端。当正相输入端的电压大于反相输入端的电压，即采样电阻R2上存在流向MOSFET管的电流时，X1仍输出高电平，进而控制相应的MOSFET管维持导通状态。当正相输入端的电压等于或小于反相输入端的电压，即采样电阻R2上不存在电流，或者不存在流向MOSFET管的电流时，X1翻转输出低电平，进而控制该MOSFET管关断，直到下一个触发信号对电路进行触发；同时，在X1翻转之后，在正反馈电阻R3的正反馈作用下对MOSFET管的关断状态进行自锁，以避免振荡电路所产生的误导通影响。

本实施例提供了一种同步整流控制电路，同步整流控制模块通过外部提供的触发信号对MOSFET管进行强制导通，并通过检测与MOSFET管相连的电流采样电阻两端的电压来控制MOSFET管关断，消除了MOSFET中寄生参数的影响，在一个小信号上采样小信号，避免了在一个大信号上采样小信号所产生的失真，提高了控制效率。

图9为本发明同步整流控制方法实施例的流程图，如图9所示，本实施例提供了一种同步整流控制方法，可以具体应用于上述图3-图6中所示的电路中，工作原理类似，此处不再赘述。本实施例提供的同步整流控制方法可以具体包括如下步骤：

步骤901，接收触发信号接收模块提供的触发信号和同步控制保护信号接收模块提供的同步控制保护信号；

步骤902，在触发信号的触发下，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通；

步骤903，检测连接在开关管的源极与同步整流控制电路的地极之间的电流采样模块采集的开关管的电压或电流；

步骤904，当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。

本实施例提供了一种同步整流控制方法，通过接收外部提供的触发信号和同步控制保护信号，根据触发信号和同步控制保护信号对开关管进行强制导通，并通过检测与开关管相连的电流采样模块两端的电压或电流和同步控制保护信号来控制开关管关断，消除了开关中寄生参数的影响，在一个小信号上采样小信号，避免了在一个大信号上采样小信号所产生的失真，提高了控制效率。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种同步整流控制电路，其特征在于，包括多个开关管、与所述开关管相连的电流采样模块、触发信号接收模块、同步控制保护信号接收模块和同步整流控制模块，其中： 

所述电流采样模块连接在各所述开关管的源极与同步整流控制电路的地极之间，用于采集各所述开关管的电压或电流； 

所述触发信号接收模块用于接收触发信号，并将所述触发信号提供给所述同步整流控制模块； 

所述同步控制保护信号接收模块用于接收同步控制保护信号，并将所述同步控制保护信号提供给所述同步整流控制模块； 

所述同步整流控制模块用于在所述触发信号接收模块提供的所述触发信号的触发下，将所述同步控制保护信号接收模块提供的所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通，并对所述电流采样模块采集的电压或电流进行检测，当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将所述同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。 

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述同步整流控制模块包括比较单元和至少一个逻辑单元，其中： 

所述比较单元的正相输入端和反相输入端分别与所述电流采样模块的两端相连，所述触发信号接收模块的输出端与所述比较单元的正相输入端或反相输入端相连；所述比较单元的输出端分别连接在各所述逻辑单元的一个输入端上，所述同步控制保护信号接收模块的输出端分别连接在各所述逻辑单元的另一个输入端上；所述各逻辑单元的输出端分别与各所述开关管相连。 

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述同步整流控制模块还包括正反馈单元，所述正反馈单元的两端分别与所述比较单元的正相输入端和输出端连接，用于当所述比较单元翻转后对所述开关管进行自锁处理，直到所述比较单元接收到下一个所述触发信号。 

4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，当所述触发信号为负脉冲时，所述触发信号接收模块的输出端与所述比较单元的反相输入端相连； 

当所述触发信号为正脉冲时，所述触发信号接收模块的输出端与所述比较单元的正相输入端相连。 

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述同步控制保护信号与原边控制信号的时序保持一致。 

6.一种同步整流控制方法，其特征在于，包括： 

接收触发信号接收模块提供的触发信号和同步控制保护信号接收模块提供的同步控制保护信号； 

在触发信号的触发下，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行强制导通； 

检测连接在多个开关管的源极与同步整流控制电路的地极之间的电流采样模块采集的各开关管的电压或电流； 

当电压或电流检测结果达到预设检测结果时，将同步控制保护信号当前所控制的开关管进行关断处理。 

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