CN102497092B - 一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，其采样触发电路由一接成两个R-S触发器状态的双D触发器，以及由第五电阻与第一电容、第六电阻与第二电容、第七电阻与第三电容、第八电阻与第四电容组成满足触发器逻辑的四路RC微分电路构成；驱动与输出电路是由第一～四电阻、第一～四三极管和脉冲变压器构成的桥式驱动与隔离输出电路。本发明的电路大大提高了系统电源的工作频率和转换效率，尤其是本电路设计简洁、价格低廉、体积小，可以配合全桥移相PWM软开关电路广泛用于150W以上的交流/直流、直流/直流变换器，特别适用于低压大电流输出的电脑电源、液晶电视机电源、大型LED广告屏驱动电源、电动汽车充电器、电焊机用电源。
Description
技术领域
本发明涉及整流控制电路，特别是涉及一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路。
背景技术
现有高频整流二极管在其工作过程中有三种损耗，一是开通损耗，二是关断损耗，三是通态损耗。由于二极管没有控制端，其开通损耗和关断损耗是固定且不可控的，而通态损耗即PN结损耗，是视其工作电压的高低不尽相同的。在低压大电流输出时高频整流二极管的PN结损耗就比较大，往往不能被人们所接受，因此，采用具有控制端、低通态电阻的MOSFET替代高频整流二极管的同步整流电路被广泛应用，出现了各种不同结构的同步整流芯片，这些芯片大多只是发挥了金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩略词为MOSFET)低通态电阻的优势，而忽略了MOSFET在开通和关断时的损耗，即同步整流MOSFET仍然工作在硬开关状态，而硬开关电路不利于工作频率的提高，其结果输出回路必须采用大电感、大电容滤波，无疑这种电路拓扑不利于功率密度的提高，与现代电子产品对电源的要求相悖。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路。
本发明基于同步整流MOSFET的工作环境直接影响到整个系统电源的质量，而MOSFET与整流二极管的区别是有控制端，是可控器件，就可以使同步整流MOSFET类似脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，缩略词为PWM)变换拓扑里的软开关电路一样也工作在软开关状态，即在电流未到达之前开通、在电流结束之后再关断，使其在工作过程中开通、关断的损耗为零，即实现零损耗开通和零损耗关断。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，包括两个触发器组成的两对互补对称的四路无死区间隔的输出电路、与所述四路无死区间隔的输出电路对应连接的独立的四路有死区间隔的延时电路、采样触发电路，以及与所述采样触发电路连接的驱动与输出电路，所述四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QA、QB、QC、QD，所述四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QA-T、QB-T、QC-T、QD-T，所述四路无死区间隔的输出电路的驱动信号QA、QB的输出端以及所述四路有死区间隔的延时电路的驱动信号QC-T、QD-T的输出端分别与所述采样触发电路的四个输入端对应连接。
这种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路的特点是：
所述采样触发电路由一个接成两个R-S触发器状态的双D触发器，以及由第五电阻与第一电容、第六电阻与第二电容、第七电阻与第三电容、第八电阻与第四电容组成满足触发器逻辑的四路RC微分电路构成；
第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的一端分别与四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QB的输出端、四路有死区间隔的延时电路输出驱动信号QD-T的输出端、四路有死区间隔的延时电路输出驱动信号QC-T的输出端，以及四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QA的输出端连接，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接；
第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻的一端接地，第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接；
双D触发器的3、5、7、9、11脚接地；14脚接VCC电源；
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述驱动与输出电路是由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管和驱动变压器构成的桥式驱动与隔离输出电路；
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻的一端分别与双D触发器的1、2、13、12脚连接，第一电阻的另一端与第四三极管的基极连接，第二电阻的另一端与第一三极管的基极连接，第三电阻的另一端与第二三极管的基极连接，第四电阻的另一个端与第三三极管的基极连接；
第一三极管的发射极和第三三极管的发射极都与VCC电源连接，第二三极管的发射极和第四三极管的发射极都与公共地连接；
驱动变压器初级的一端分别与第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接，驱动变压器初级的另一端分别与第三三极管的集电极和第四三极管的集电极连接。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述桥式驱动与隔离输出电路的输出拓扑，包括功率变压器、两个同步整流管、续流电感和跨接在输出端的输出电容，功率变压器的初级与主功率变换桥路的两桥臂的中点连接，而两个次级的一端分别与两个同步整流管的S端连接，两个次级的中心端与公共地连接，两个同步整流管的D端与续流电感的一端连接，续流电感的另一端与电路输出端连接，续流电感用于阻断隔离两个同步整流管在超前导通、滞后关断时期输出电容反向电流流过功率变压器次级。合理调节续流电感的电感量可以使电路工作在最佳状态。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的电路使同步整流管真正做到了零电流开通和零电流关断，大大提高了系统电源的工作频率和转换效率，尤其是本电路设计简洁、价格低廉、体积小，可以配合全桥移相PWM软开关电路广泛用于150W以上的交流/直流、直流/直流变换器，特别适用于低压大电流输出的电脑电源、液晶电视机电源、大型发光二极管(Light Emitting Diode，缩略词为LED)广告驱动电源、电动汽车充电器、电焊机用电源。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的采样触发电路依据的波形图；
图2是本发明具体实施方式的组成方框图；
图3是图2中采样触发电路和驱动电路的电路图；
图4是图3电路的输出拓扑电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
具体实施方式一
一种如图1～3所示的零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，包括两个触发器组成的两对互补对称的四路无死区间隔的输出电路1、与所述四路无死区间隔的输出电路对应连接的独立的四路有死区间隔的延时电路2、采样触发电路3，以及与所述采样触发电路连接的驱动与输出电路4，四路无死区间隔的输出电路1输出驱动信号QA、QB、QC、QD，四路有死区间隔的延时电路2输出延时T的驱动信号QA-T、QB-T、QC-T、QD-T，四路无死区间隔的输出电路1的驱动信号QA、QB的输出端以及四路有死区间隔的延时电路2的驱动信号QC-T、QD-T的输出端分别与采样触发电路3的四个输入端对应连接。
采样触发电路3由一个接成两个R-S触发器状态的双D触发器CD4013，以及由第五电阻R5与第一电容C1、第六电阻R6与第二电容C2、第七电阻R7与第三电容C3、第八电阻R8与第四电容C4组成满足触发器逻辑的四路RC微分电路构成；
第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的一端分别与四路无死区间隔的输出电路1输出驱动信号QB的输出端、四路有死区间隔的延时电路2输出驱动信号QD-T的输出端、四路有死区间隔的延时电路2输出驱动信号QC-T的输出端，以及四路无死区间隔的输出电路1输出驱动信号QA的输出端连接，
第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接；
第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8的一端接地，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接；
双D触发器的3、5、7、9、11脚接地；14脚接VCC电源；
驱动与输出电路4是由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和驱动变压器T1构成的桥式驱动与隔离输出电路；第一三极管Q1、第三三极管Q3采用型号为MMBT3906的三极管，第二三极管Q2、第四三极管Q4采用型号为MMBT3904的三极管。
第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的一端分别与双D触发器的1、2、13、12脚连接，第一电阻R1的另一端与第四三极管Q4的基极连接，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第三电阻R3的另一端与第二三极管Q2的基极连接，第四电阻R4的另一个端与第三三极管Q3的基极连接；
第一三极管Q1的发射极和第三三极管Q3的发射极都与VCC电源连接，第二三极管Q2的发射极和第四三极管Q4的发射极都与公共地连接；
驱动变压器T1初级的一端分别与第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极连接，驱动变压器T1初级的另一端分别与第三三极管Q3的集电极和第四三极管Q4的集电极连接，驱动变压器T1的两个次级的一端分别与同步整流管Q5、Q6的G端连接，两次级的另一端分别与同步整流管Q5、Q6的S端相接。同步整流管Q5、Q6采用型号为IRF3205的MOSFET。
本具体实施方式实现零电流开通和零电流关断的设计原则如下：
如果要求同步整流管Q5在占空比DUTY2期间导通，其对应的区间是从四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QB-T的上升沿到四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QC-T的下降沿；要使同步整流管Q5在电流未到达之前开通，就要求采用比QB-T的上升沿超前一个死区时间T的四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QB的上升沿作为开通信号；同理，要使同步整流管Q5在电流结束之后再关断，就要求采用比四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QC-T的下降沿滞后了一个死区时间T的四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QD-T的上升沿作为关断信号；以此类推，如果要求同步整流管Q6在占空比DUTY1期间导通，其对应的区间是从四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QA-T的上升沿到四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QD-T的下降沿；要使同步整流管Q6在电流未到达之前开通，就要求采用比QA-T的上升沿超前一个死区时间T的四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QA的上升沿作为开通信号；同理，要使同步整流管Q6在电流结束之后再关断，就要求采用比四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QD-T的下降沿滞后了一个死区时间T的四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QC-T的上升沿作为关断信号；这样同步整流控制信号SR1、SR2就比占空比DUTY1、占空比DUTY2正好前后都多一个死区时间T，使同步整流管Q5、Q6在电流未到达之前开通、电流结束之后再关断。
具体实施方式二
一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，基本组成同具体实施方式一，区别在于桥式驱动与隔离输出电路4的输出拓扑电路如图4所示，其包括功率变压器T2、两个同步整流管Q5、Q6、续流电感L1和跨接在输出端的输出电容C5，功率变压器T2的初级端Npri与主功率变换桥路的两桥臂的中点连接，而两个次级的一端分别与两个同步整流管Q5、Q6的S端连接，两个次级的中心端与公共地连接，两个同步整流管Q5、Q6的D端与续流电感L1的一端连接，续流电感L1的另一端与电路输出端连接，续流电感L1用于阻断隔离两个同步整流管Q5、Q6在超前导通、滞后关断时期输出电容反向电流流过功率变压器T2次级。合理调节续流电感的电感量可以使电路工作在最佳状态。
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做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (3)
1.一种零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，包括两个触发器组成的两对互补对称的四路无死区间隔的输出电路、与所述四路无死区间隔的输出电路对应连接的独立的四路有死区间隔的延时电路、采样触发电路，以及与所述采样触发电路连接的驱动与输出电路，所述四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QA、QB、QC、QD，所述四路有死区间隔的延时电路输出延时T的驱动信号QA-T、QB-T、QC-T、QD-T，所述四路无死区间隔的输出电路的驱动信号QA、QB的输出端以及所述四路有死区间隔的延时电路的驱动信号QC-T、QD-T的输出端分别与所述采样触发电路的四个输入端对应连接，其特征在于：
所述采样触发电路由一接成两个R-S触发器状态的双D触发器，以及由第五电阻与第一电容、第六电阻与第二电容、第七电阻与第三电容、第八电阻与第四电容组成满足触发器逻辑的四路RC微分电路构成，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的一端分别与四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QB的输出端、四路有死区间隔的延时电路输出驱动信号QD-T的输出端、四路有死区间隔的延时电路输出驱动信号QC-T的输出端，以及四路无死区间隔的输出电路输出驱动信号QA的输出端连接，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接，第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻的一端接地，第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻的另一端分别与双D触发器的6、4、10、8脚连接，双D触发器的3、5、7、9、11脚接地；14脚接VCC电源。
2.如权利要求1所述的零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，其特征在于：
所述驱动与输出电路是由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管和驱动变压器构成的桥式驱动与隔离输出电路，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻的一端分别与双D触发器的1、2、13、12脚连接，第一电阻的另一端与第四三极管的基极连接，第二电阻的另一端与第一三极管的基极连接，第三电阻的另一端与第二三极管的基极连接，第四电阻的另一个端与第三三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第三三极管的发射极都与VCC电源连接，第二三极管的发射极和第四三极管的发射极都与公共地连接，驱动变压器初级的一端分别与第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接，驱动变压器初级的另一端分别与第三三极管的集电极和第四三极管的集电极连接。
3.如权利要求2所述的零电流开通和零电流关断的同步整流控制电路，其特征在于：
所述桥式驱动与隔离输出电路的输出拓扑，包括功率变压器、两个同步整流管、续流电感和跨接在输出端的输出电容，功率变压器的初级与主功率变换桥路的两桥臂的中点连接，而两个次级的一端分别与两个同步整流管的S端连接，两个次级的中心端与公共地连接，两个同步整流管的D端与续流电感的一端连接，续流电感的另一端与电路输出端连接，续流电感用于阻断隔离两个同步整流管在超前导通、滞后关断时期输出电容反向电流流过功率变压器次级。
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