CN102185483B - 一种反激变换器的同步整流驱动电路 - Google Patents

一种反激变换器的同步整流驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种反激变换器的同步整流驱动电路，包括同步整流驱动变压器、耦合电容、同步整流驱动器，所述同步整流驱动变压器为三绕组变压器；同步整流驱动器的输入端接入脉宽调制信号，同步整流驱动器的输出端通过耦合电容连接到同步整流驱动变压器原边绕组的同名端，同步整流驱动变压器原边绕组和第一副边绕组的异名端接地；同步整流驱动变压器第一副边绕组的同名端输出信号用于驱动反激变换器中的开关管；同步整流驱动变压器第二副边绕组的同名端和异名端输出信号用于驱动反激变换器中的同步整流管；脉宽调制信号通过同步整流驱动变压器控制反激变换器中的开关管和同步整流管按脉宽调制信号的占空比交替导通。

Description

一种反激变换器的同步整流驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种反激变换器的同步整流驱动电路。
背景技术
在开关电源领域，同步整流技术已成为低压大电流DC/DC整流的主要关键技术之一。输出整流管采用MOSFET作同步整流管，可满足产品对效率、温升、噪声等参数的要求，非常显著地降低整流损耗，符合节能环保的理念。单端反激变换器是应用最为广泛的DC-DC变换电路拓扑，因其结构简单、工作可靠、易于设计生产，在小功率场合应用较多。
如图1所示为现今应用最多的单端反激变换器电路原理图。单端反激变换器包括滤波电容C1，由开关管Q1、功率变压器T1和同步整流管Q2连接组成的变换器部分，输出电容CL，由同步整流驱动变压器T3、耦合电容C2和同步整流驱动器U2连接组成的驱动电路，PWM芯片U1和延时电路U3；开关管Q1的栅极为单端反激变换器的输入控制端，接收高/低电平信号以控制单端反激变换器蓄能/截止；同步整流管Q2的栅极和源极为单端反激变换器的输出控制端，接收高/低电平信号以控制单端反激变换器输出/截止；PWM芯片输出的脉宽调制信号同时作为开关管Q1和同步整流管Q2的开关信号和驱动信号，脉宽调制信号经同步整流驱动器U2放大、耦合电容C2输入同步整流驱动变压器T3，隔离耦合反相输出至同步整流管Q2的栅极并控制同步整流管Q2工作，因同步整流驱动变压器T3会产生一定的延时，故PWM芯片U1输出的脉宽调制信号须先经延时电路U3作适当延时后再驱动开关管Q1；这样就可以使到达同步整流管Q2的波形与开关管Q1的波形相位刚好反向，满足反激变换器对开关管和同步整流管驱动信号时序的要求；本电路的缺点在于延时电路的延时时间需要根据同步整流驱动变压器的延时作响应调整，而且当参数设置不当时会影响电路的效率或可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可靠性、精确控制、高效率、免调试、电路简单、应用简便的反激变换器的同步整流驱动电路。
本发明的目的可以通过以下技术措施来实现：一种反激变换器的同步整流驱动电路，包括同步整流驱动变压器、耦合电容和同步整流驱动器，其特征在于：所述同步整流驱动变压器为三绕组变压器；同步整流驱动器的输入端接入脉宽调制信号，同步整流驱动器的输出端通过耦合电容连接到同步整流驱动变压器原边绕组的同名端，同步整流驱动变压器原边绕组和第一副边绕组的异名端接地；同步整流驱动变压器第一副边绕组的同名端输出用于驱动反激变换器中开关管的驱动信号；同步整流驱动变压器第二副边绕组的异名端输出用于驱动反激变换器中同步整流管的驱动信号，第二副边绕组的同名端用于连接反激变换器中的负载输出参考端；脉宽调制信号通过同步整流驱动变压器控制驱动反激变换器中的开关管和同步整流管按脉宽调制信号的占空比交替导通。
所述同步整流驱动器采用脉冲放大器。
因应反激变换器在实际运用中输入、输出信号的不同，开关管和同步整流管将有不同的参数选择，而其导通时积累在其级间电容上的电荷将有可能影响其导通的可靠性，从而使反激变换器不能实现同步整流，所以可分别针对开关管和同步整流管设置放电加速电路，提高可靠性。
还包括开关管放电加速电路；同步整流驱动变压器第一副边绕组的同名端连接开关管放电加速电路的输入端，开关管放电加速电路的输出端用于连接反激变换器中的开关管；脉宽调制信号控制开关管导通时，开关管放电加速电路不起作用，脉宽调制信号控制开关管截止时，开关管极间电容上的电荷通过开关管放电加速电路迅速释放。
还包括同步整流管放电加速电路；同步整流驱动变压器第二副边绕组的异名端连接同步整流管放电加速电路的输入端，同步整流管放电加速电路的输出端用于连接反激变换器中的同步整流管；脉宽调制信号驱动同步整流管导通时，同步整流管放电加速电路不起作用，脉宽调制信号驱动同步整流管截止时，同步整流管极间电容上的电荷通过同步整流管放电加速电路迅速释放。
所述开关管放电加速电路包括二极管、双极型晶体管、基极电阻和功率电阻；二极管的阴极与双极型晶体管的发射极相连，基极电阻并接在二极管的阳极与双极型晶体管的基极之间，功率电阻并接在双极型晶体管的发射极与集电极之间，双极型晶体管的集电极用于连接开关管的源极并接地，二极管阳极和阴极分别为开关管放电加速电路的输入端和输出端。
所述同步整流管放电加速电路包括二极管、双极型晶体管、基极电阻和功率电阻；二极管的阴极与双极型晶体管的发射极相连，基极电阻并接在二极管的阳极与双极型晶体管的基极之间，功率电阻并接在双极型晶体管的发射极与集电极之间，双极型晶体管的集电极用于连接同步整流管的源极和反激变换器中的负载输出参考端，二极管阳极和阴极分别为同步整流管放电加速电路的输入端和输出端。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)因脉宽调制信号经过三绕组变压器后分别驱动开关管和同步整流管，利用三绕组变压器可实现开关管和同步整流管的控制信号相互倒相的功能，并且具有相同的延时时间，所以此驱动电路具有精确控制、效率高、无需作延时响应调试、电路简单、应用简便的特点。
(2)因驱动电路可加入放电加速电路，使开关管和同步整流管分别在截止时通过放电加速电路迅速释放导通时存储在栅极与源极之间等效电容上的电荷，使开关管和同步整流管能快速、可靠的关断，所以此驱动电路具有高可靠性的特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为现有的单端反激变换器的电路原理图；
图2为本发明最优具体实施例的电路原理图；
图3为本发明的波形图；
具体实施方式
图2为应用本发明所述同步整流驱动电路最优具体实施方式的反激变换器的电路原理图。反激变换器包括输入部分、变换器部分、输出部分、驱动电路和PWM芯片U1。输入部分、变换器部分和输出部分为现有技术，驱动电路为本发明所要保护的对象，本发明所要保护的内容不仅限于应用于本实施例所述变换器的驱动电路，本发明所要保护的驱动电路可应用于所有采用同步整流方式的反激变换器。
输入部分包括滤波电容C1；所述变换器部分包括功率变压器T1、开关管Q1和同步整流管Q2；所述输出部分包括输出电容CL；滤波电容C1一端接地、另一端与功率变压器T1原边绕组的同名端1相连接，功率变压器T1原边绕组的异名端与开关管Q1的漏极相连，功率变压器T1副边绕组的异名端连接到输出电容CL的一端，功率变压器T1的同名端连接到同步整流管Q2的漏极，同步整流管Q2的源极连接到输出电容CL的参考端；电源从滤波电容C1的两端输入，输出电容CL为反激变换器的输出端，为负载RL提供电流。
驱动电路包括同步整流驱动变压器T2、耦合电容C2、脉冲放大器U2、由第一二极管D1、第一双极型晶体管Q3、第一基极电阻R1和第一功率电阻R2连接组成的开关管放电加速电路和由第二二极管D2、第二双极型晶体管Q4、第二基极电阻R3和第二功率电阻R4连接组成的同步整流管放电加速电路；
第一二极管D1的阴极与第一双极型晶体管Q3的发射极相连，第一基极电阻R1并接在第一二极管D1的阳极与第一双极型晶体管Q3的基极之间，第一功率电阻R2并接在第一双极型晶体管Q3的发射极与集电极之间，第一双极型晶体管Q3的集电极与开关管Q1的源极相连接，第一二极管D1的阳极和阴极分别为开关管放电加速电路的输入端和输出端，第一二极管D1的阴极连接到开关管Q1的栅极。
第二二极管D2的阴极与第二双极型晶体管Q4的发射极相连，第二基极电阻R3并接在第二二极管D2的阳极与第二双极型晶体管Q4的基极之间，第二功率电阻R4并接在第二双极型晶体管Q4的发射极与集电极之间，第二双极型晶体管Q4的集电极与同步整流管Q2的源极相连接，第二二极管D2的阳极和阴极分别为同步整流管放电加速电路的输入端和输出端，第二二极管D2的阴极连接到同步整流管Q2的栅极。
PWM芯片U1的输出端与脉冲放大器U2的输入端相连接，脉冲放大器U2的输出端通过耦合电容C2连接到同步整流驱动变压器T2原边绕组的同名端6，同步整流驱动变压器T2原边绕组和第一副边绕组的异名端1和2接地，同步整流驱动变压器T2第一副边绕组的同名端5连接到第一二极管D1的阳极，同步整流驱动变压器T2第二副边绕组的同名端3和异名端4分别连接到同步整流管Q2的源极和第二二极管D2的阳极。
本发明的工作原理如下：如图3，假设在t0时刻，PWM芯片U1输出的脉宽调制信号从低电平跃变为高电平，此高电平经脉冲放大器U2放大后再经耦合电容C2从原边绕组的同名端6输入同步整流驱动变压器T2，因同步整流驱动变压器T2原边绕组的同名端6、第一副边绕组的同名端5和第二副边绕组的同名端3为同名端，所以同步整流驱动变压器T2第一副边绕组的同名端5输出高电平，经过延时时间td，在t1时刻输出高电平经开关管放电加速电路中第一二极管D1控制开关管Q1正偏导通，第二副边绕组的同名端3和异名端4在t0时刻分别输出高电平和低电平，经过延时时间td，在t1时刻经同步整流管放电加速电路控制同步整流管Q2反偏截止，并在此时第二双极型晶体管Q4正偏导通，同步整流管Q2在上一次导通时极间电容存储的电荷通过第二双极型晶体管Q4和第二功率电阻R4组成的回路迅速放电；同理，在PWM芯片U1输出的脉宽调制信号从高电平跃变为低电平时，同步整流管Q2正偏导通，开关管Q1反偏截止并迅速释放极间电容存储的电荷；此后电路如上所述，开关管Q1和同步整流管Q2交替导通，实现了开关管Q1和同步整流管Q2的控制信号相互倒相的目的，并且具有相同的延时时间，并且通过放电加速电路对开关管和同步整流管的极间电容上的电荷进行放电，使开关管和同步整流管能快速、可靠的关断。
另外，上述实施例驱动电路中同步整流驱动变压器T2第一副边绕组的同名端5、第二副边绕组的同名端3和异名端4可以不通过开关管放电加速电路和同步整流管放电加速电路直接连接到开关管Q1的栅极、同步整流管Q2的源极和栅极，甚或只开关管Q1或同步整流管Q2其中一端根据实际需要连接放电加速电路，同样能实现倒相控制和相同延时的功能；上述实施例中放电加速电路也可采用MOSFET管等以多种方式构成，所以本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，由本发明的技术启示得到的替换方式，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种反激变换器的同步整流驱动电路，包括同步整流驱动变压器、耦合电容和同步整流驱动器，其特征在于：所述同步整流驱动变压器为三绕组变压器；同步整流驱动器的输入端接入脉宽调制信号，同步整流驱动器的输出端通过耦合电容连接到同步整流驱动变压器原边绕组的同名端，同步整流驱动变压器原边绕组异名端和第一副边绕组的异名端接地；同步整流驱动变压器第一副边绕组的同名端输出用于驱动反激变换器中开关管的驱动信号；同步整流驱动变压器第二副边绕组的异名端输出用于驱动反激变换器中同步整流管的驱动信号，第二副边绕组的同名端用于连接反激变换器中的负载输出参考端；脉宽调制信号通过同步整流驱动变压器控制驱动反激变换器中的开关管和同步整流管按脉宽调制信号的高低电平变化交替导通。
2.根据权利要求1所述反激变换器的同步整流驱动电路，其特征在于：所述同步整流驱动器采用脉冲放大器。
3.根据权利要求1或2所述反激变换器的同步整流驱动电路，其特征在于：还包括开关管放电加速电路；同步整流驱动变压器第一副边绕组的同名端连接开关管放电加速电路的输入端，开关管放电加速电路的输出端用于连接反激变换器中的开关管；脉宽调制信号控制开关管导通时，开关管放电加速电路不起作用，脉宽调制信号控制开关管截止时，开关管极间电容上的电荷通过开关管放电加速电路迅速释放。
4.根据权利要求1或2所述反激变换器的同步整流驱动电路，其特征在于：还包括同步整流管放电加速电路；同步整流驱动变压器第二副边绕组的异名端连接同步整流管放电加速电路的输入端，同步整流管放电加速电路的输出端用于连接反激变换器中的同步整流管；脉宽调制信号驱动同步整流管导通时，同步整流管放电加速电路不起作用，脉宽调制信号驱动同步整流管截止时，同步整流管极间电容上的电荷通过同步整流管放电加速电路迅速释放。
5.根据权利要求3所述反激变换器的同步整流驱动电路，其特征在于：所述开关管放电加速电路包括二极管、双极型晶体管、基极电阻和功率电阻；二极管的阴极与双极型晶体管的发射极相连，基极电阻串接在二极管的阳极与双极型晶体管的基极之间，功率电阻并接在双极型晶体管的发射极与集电极之间，双极型晶体管的集电极用于连接开关管的源极并接地，二极管阳极和阴极分别为开关管放电加速电路的输入端和输出端。
6.根据权利要求4所述反激变换器的同步整流驱动电路，其特征在于：所述同步整流管放电加速电路包括二极管、双极型晶体管、基极电阻和功率电阻；二极管的阴极与双极型晶体管的发射极相连，基极电阻串接在二极管的阳极与双极型晶体管的基极之间，功率电阻并接在双极型晶体管的发射极与集电极之间，双极型晶体管的集电极用于连接同步整流管的源极和反激变换器中的负载输出参考端，二极管阳极和阴极分别为同步整流管放电加速电路的输入端和输出端。
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