CN103036405A - 一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，用于为移相全桥电路的超前桥臂开关管及副边同步整流开关管提供驱动信号；所述方法包括：接收移相全桥电路的原边四个功率开关的驱动信号，对四个功率开关的驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。本发明还公开了一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置；采用本发明实施例，能够实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

Description

一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法及装置

技术领域

本发明涉及移相全桥软开关技术领域，特别是涉及一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法及装置。

背景技术

目前，开关电源正向着高功率密度和高效率发展，移相全桥拓扑因其优异的软开关特性，正被越来越多的使用。而移相全桥电路的副边同步整流技术也在输出低电压大电流的应用中替代了传统的二极管整流。

但是，现有技术中，对于移相全桥电路，无论是二极管整流还是利用MOSFET的同步整流，都存在一个明显的缺点：轻载时，滞后臂上的开关管难以实现软开关，导致其在轻载时损耗过高。因此，也限制了移相全桥电路在对负载轻载状态时效率要求较高的服务器电源中的应用。

因此，如何实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法及装置，能够实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

本发明提供一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，所述方法用于为移相全桥电路的超前臂开关管及副边同步整流开关管提供驱动信号；所述移相全桥电路包括：原边四个功率开关，分别构成原边全桥电路的超前臂和滞后臂；副边两个同步整流开关管；

所述方法包括以下步骤：

接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；

采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

优选地，所述采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流，包括：

采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小分析当前负载情况；

当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

当所述当前负载为轻载时，对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号和同步整流开关管的调整后驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关的调整后驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；或者，

对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

优选地，所述对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整包括：在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。

优选地，所述对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整包括：将原边全桥电路超前臂功率开关延时一定时间关断。

优选地，所述依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号，包括：对所述四个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；所述逻辑变换为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$

其中，DRV_E′和DRV_F′分别为副边2个同步整流开关管的初步驱动信号；DRV_A和DRV_B、分别为滞后臂功率开关的初步驱动信号；DRV_C′和DRV_D′分别为超前臂功率开关的初步驱动信号。

优选地，所述依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号，包括：对所述四个功率开关的初步驱动信号进行软件延时，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号。

本发明还提供一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置，所述装置用于为移相全桥电路的超前臂开关管及副边同步整流开关管提供驱动信号；所述移相全桥电路包括：原边四个功率开关，分别构成原边全桥电路的超前臂和滞后臂；副边两个同步整流开关管；

所述装置包括：

初步信号获取电路，用于接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；

输出采样电路，用于采样输出电流，输出至延时电路；

延时电路，用于依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

优选地，所述延时电路用于，

依据采样得到的输出电流的大小分析当前负载情况；

当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

当所述当前负载为轻载时，对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号和同步整流开关管的调整后驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关的调整后驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；或者，

对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

优选地，所述延时电路对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整包括：在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。

优选地，所述延时电路对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整包括：将所述副边两个同步整流开关管延时一定时间关断。

优选地，所述初步信号获取电路用于对所述四个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；所述逻辑变换为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$

其中，DRV_E′和DRV_F′分别为副边2个同步整流开关管的初步驱动信号；DRV_A和DRV_B分别为滞后臂功率开关的初步驱动信号；DRV_C′和DRV_D′分别为超前臂功率开关的初步驱动信号。

优选地，所述初步信号获取电路用于对所述四个功率开关的初步驱动信号进行软件延时，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例所述方法及装置，通过采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对负载情况进行判断，当负载为轻载时，通过调整原边全桥电路超前臂功率开关的时序或者调整原边超前臂开关和副边同步整流开关管的时序，增大原边滞后臂功率开关动作时辅助电感的电流，使得辅助电感在开关死区时间内能够将滞后臂功率开关的结电容存储的能量抽空，由此可以解决移相全桥电路在负载轻载时原边开关管处于硬开关状态，致使损耗过高的问题，从而实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

附图说明

图1为典型的移相全桥电路图；

图2为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法原理框图；

图3为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法流程图；

图4为本发明实施例的原边四个功率开关和副边整流开关管的开关时序图；

图5为本发明实施例的原边四个功率开关和副边整流开关管调整后的开关时序图；

图6为所述移相全桥电路在[t1′，t1]时间内的等效模态图；

图7为所述移相全桥电路在[t1，t2]时间内的等效模态图；

图8为所述移相全桥电路在[t4′，t4]时间内的等效模态图；

图9为所述移相全桥电路在[t4，t5]时间内的等效模态图；

图10为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法的另一方案原理框图；

图11为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置结构图；

图12为本发明实施例所述逻辑电路的一种实现方式结构图；

图13为本发明实施例所述输出采样电路的一种实现方式结构图；

图14为本发明实施例所述延时电路的一种实现方式结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法及装置，能够提供合适的驱动信号，以解决现有技术中移相全桥电路在负载轻载时原边开关管处于硬开关状态，致使损耗过高的问题，从而实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

参照图1，为典型的移相全桥电路图。如图1所示，所述移相全桥电路包括：一原边全桥电路、辅助电感、辅助电容、一变压器、一副边整流电路、一LC滤波器。所述全桥电路耦接于一输入电压，且包含4个功率开关；所述第一电感与第一电容串联后，耦接于所述全桥电路，受所述全桥电路的4个功率开关驱动；所述变压器，耦接于该谐振网络；所述整流电路，耦接于所述变压器；所述LC滤波器，耦接于所述整流电路及变压器。

如图1所示，所述全桥电路包括4个功率开关，分别为：第一功率开关A、第二功率开关B、第三功率开关C、第四功率开关D。其中，所述第一功率开关A和第二功率开关B构成所述全桥电路的滞后臂，所述第三功率开关C和第四功率开关D构成所述全桥电路的超前臂。

具体的，所述第一功率开关A的漏极作为所述滞后臂的上端接输入电压第一端Vi；所述第一功率开关A的源极和所述第二功率开关B的漏极短接，作为所述滞后臂的中点；所述第二功率开关B的源极作为所述滞后臂的下端接输入电压第二端AGND。

所述第三功率开关C的漏极作为所述超前臂的上端接输入电压第一端Vi；所述第三功率开关C的源极和所述第四功率开关D的漏极短接，作为所述超前臂的中点；所述第四功率开关D的源极作为所述超前臂的下端接输入电压第二端AGND。

所述辅助电容Cr的一端接所述滞后臂的中点，另一端接所述辅助电感Lr的一端；所述辅助电感Lr的另一端接所述变压器T1原边的异名端；所述变压器T1原边的同名端接所述超前臂的中点。

所述整流电路包括2个整流开关管，分别为：第一整流开关管E和第二整流开关管F。其中，所述第一整流开关管E的漏极接所述变压器T1次边的同名端；所述第二整流开关管F的漏极接所述变压器T1次边的异名端；所述第一整流开关管E的源极和所述第二整流开关管E的源极短接，作为所述移相全桥电路的第二输出端GND。

所述LC滤波器包括一滤波电感Lf和一滤波电容Cf。其中，所述滤波电感Lf的一端接所述变压器T1次边的中心抽头端，所述滤波电感Lf的另一端作为所述移相全桥电路的第一输出端Vo；所述滤波电容Cf并联接在所述移相全桥电路的第一输出端Vo和第二输出端GND之间。

参照图2，为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法原理框图；图3，为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法流程图。下面，结合图2和图3，对本发明实施例所述的方法进行详细介绍。

所述方法包括以下步骤：

步骤S31：接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号。

具体的，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号的方法很多。例如，可以通过对所述四个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；也可以通过对所述四个功率开关的初步驱动信号进行软件延时得到。本发明实施例中，仅以逻辑变换的方式为例进行说明。

如图2所示，所述原边四个功率开关A、B、C、D的初步驱动信号可以分别为：DRV_A、DRV_B、DRV_C′、DRV_D′。所述四个功率开关的初步驱动信号经逻辑电路按照一定的逻辑规则进行逻辑变换，得到副边同步整流开关管E和F的初步驱动信号DRV_E′和DRV_F′。

所述逻辑规则可以采用下述式1或式2所示：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$ (式1)

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$ (式2)

当然，式1和式2仅是本发明实施例的两个具体示例，在本发明其他实施例中，还可以采用其他逻辑式进行逻辑变换。

下面以式2所对应的功率开关时序为例进行说明。参照图4，为本发明实施例的原边四个功率开关和副边整流开关管的开关时序图。

对于移相全桥电路，其在全负载范围内很难实现ZVS(Zero VoltageSwitch，零电压开关)的原因在于：在轻载时，其辅助电感Lr的电流很小，难以在开关死区时间内将滞后臂功率开关(第一功率开关A和第二功率开关B)结电容所储能量抽空。

图4所示的开关时序图能够实现在负载为重载时的ZVS，但是当负载为轻载时，将无法实现ZVS。如图3所示，在图中[t2，t3]以及[t5，t6]区间内，所述滞后臂功率开关A和B执行开关动作时，因负载很轻，辅助电感Lr的电流i_Lr此时几乎等于变压器T1的励磁电流，具体如式3和式4所示：

$i_{\mathrm{Lr}-t2}\≈\frac{U_i}{\mathrm{Lm}}\·(t1-t0)$ (式3)

$i_{\mathrm{Lr}-t5}\≈\frac{U_i}{\mathrm{Lm}}\·(t4-t3)$ (式4)

不能满足式5和式6：

$\frac{1}{2}\·\mathrm{Lr}\·{i_{\mathrm{Lr}-t2}}^2\≥\frac{1}{2}\·C_{\mathrm{cq}}\·{U_i}^2$ (式5)

$\frac{1}{2}\·\mathrm{Lr}\·{i_{\mathrm{Lr}-t5}}^2\≥\frac{1}{2}\·C_{\mathrm{cq}}\·{U_i}^2$ (式6)

其中，C_cq为滞后臂功率开关等效结电容之和；U_i为输入电压；Lm为变压器的励磁电感。

因此，本发明实施例所述方法实现全负载范围内的ZVS的思路就在于：在负载为轻载时，通过调整原边全桥电路超前臂功率开关C和D的时序或者是调整副边同步整流开关管E和F的时序，增大滞后臂功率开关A和B开关时辅助电感Lr的电流，使得辅助电感Lr在开关死区时间内能够将滞后臂功率开关A和B的结电容存储的能量抽空。

具体的调整的过程如下述步骤S32所述。

步骤S32：采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

如图2所示，通过输出采样电路，撷取输出电流，分析得到当前负载的情况。依据当前负载的情况，确定是否需要对原边功率开关和副边同步整流开关管的开关时序进行调整，得到各开关管的驱动信号，对所述移相全桥电路进行同步整流。

本发明实施例所述方法，通过采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对负载情况进行判断，当负载为轻载时，通过调整原边全桥电路超前臂功率开关的时序或者是调整副边同步整流开关管的时序，增大原边滞后臂功率开关动作时辅助电感的电流，使得辅助电感在开关死区时间内能够将滞后臂功率开关的结电容存储的能量抽空，由此可以解决移相全桥电路在负载轻载时原边开关管处于硬开关状态，致使损耗过高的问题，从而实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

具体的，所述步骤S32可以包括以下步骤：

步骤S320：采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小对当前负载情况进行判断，当所述当前负载为重载时，进入步骤S321；当所述当前负载为轻载时，进入步骤S322；

步骤S321：当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

即为，当所述当前负载为重载时，不对原边功率开关A、B、C、D和副边同步整流开关管E、F的开关时序进行调整，此时，各开关管的时序图仍如图4所示，依据步骤S31中得到的原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

步骤S322：当所述当前负载为轻载时，对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

或者，

对所述原边超前臂功率开关和副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到原边超前臂功率开关调整后的驱动信号和同步整流开关管的调整后的驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关的调整后驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

由此可见，本发明实施例所述的方法中，可以通过两种方案实现轻载时的ZVS，即为通过调整原边超边超前臂功率开关C和D的时序及副边同步整流开关管E和F的时序或者是调整原边全桥电路超前臂功率开关C和D的时序，来实现轻载时的ZVS，下面对这两种调整方式分别进行详细描述。

第一种调整方案：调整原边超前臂功率开关C和D的驱动时序和副边同步整流开关管E和F的时序。图2所示原理框图即为第一种调整方案的原理图。

当所述当前负载为轻载时，对原边超前臂功率开关C和D及副边两个同步整流开关管E和F的时序进行调整，将其开关时序调整至图5所示。

在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。具体的，在超前臂功率开关D关断前，将同步整流开关管F提前一定时间Δt开通；在超前臂功率开关C关断前，将同步整流开关管E提前一定时间Δt开通。

在超前臂功率开关D关断前，将同步整流开关管F提前一定时间Δt开通，使移相全桥电路进入图5中[t1′，t1]所示驱动状态，此时移相全桥电路的第二功率开关B和第三功率开关C关断，第一功率开关A和第四功率开关D开通，所述第一整流开关管E和第二整流开关管F都处于开通状态，将变压器T1的副边线圈短路。通过变压器特性可知，此时变压器T1的原边线圈电压等于0，辅助电感Lr和辅助电容Cr承受输入电压Vi。又由电容特性可知，此时辅助电容Cr等效于短路状态，所以辅助电感Lr几乎承受所有的输入电压Vi，此时该移相全桥电路的等效模态如图6所示，在图5中的t1时刻，辅助电感Lr的电流近似等于：

$i_{\mathrm{Lr}-t1}\≈\frac{U_i}{\mathrm{Lm}}\·({t1}^{\′}-t0)+\frac{U_i}{\mathrm{Lr}}\·\mathrm{\Δt}$ (式7)

在此之后，移相全桥电路会进入环流阶段，具体时序见图5中[t1，t2]区间所示，此时所述移相全桥电路的等效模态如图7所示。

在环流阶段[t1，t2]结束时，如果在t2时刻辅助电感Lr所储存的能量能够满足式5，则移相全桥电路的滞后臂开关管A能够实现轻载时的ZVS。

在超前臂功率开关C关断前，将同步整流开关管E提前一定时间Δt开通，使移相全桥电路进入图5中[t4′，t4]所示驱动状态，此时移相全桥电路的第一功率开关A和第四功率开关D关断，第二功率开关B和第三功率开关C开通，所述第一整流开关管E和第二整流开关管F都处于开通状态，将变压器T1的副边线圈短路。通过变压器特性可知，此时变压器T1的原边线圈电压等于0，辅助电感Lr和辅助电容Cr承受输入电压Vi。又由电容特性可知，此时辅助电容Cr等效于短路状态，所以辅助电感Lr几乎承受所有的输入电压Vi，此时该移相全桥电路的等效模态如图8所示，在图5中的t4时刻，辅助电感Lr的电流近似等于：

$i_{\mathrm{Lr}-t4}\≈\frac{U_i}{\mathrm{Lm}}\·({t4}^{\′}-t3)+\frac{U_i}{\mathrm{Lr}}\·\mathrm{\Δt}$ (式8)

在此之后，移相全桥电路会进入环流阶段，具体时序见图5中[t4，t5]区间所示，此时所述移相全桥电路的等效模态如图9所示。

在环流阶段[t4，t5]结束时，如果在t5时刻辅助电感Lr所储存的能量能够满足式6，则移相全桥电路的滞后臂开关管B能够实现轻载时的ZVS。

在[t1′，t1]和[t4′，t4]时间内，由于辅助电感Lr承受输入电压Vi，在该时间内其电流按照U_i/Lr斜率急剧变化，使得在t2和t5时间内其存储的能量满足式5和式6，从而实现滞后臂开关管的ZVS。

第二种调整方案：调整原边全桥电路超前臂功率开关C和D的时序。第二种调整方案的原理框图可以如图10所示。

当所述当前负载为轻载时，对原边超前臂功率开关C和D的时序进行调整，将其开关时序调整至图5所示。

将原边全桥电路超前臂功率开关延时一定时间关断。

具体的，将原边全桥电路的超前臂的第三功率开关C延时一定时间Δt关断，使移相全桥电路进入图5中[t1′，t1]所示驱动状态，此时移相全桥电路的第二功率开关B和第三功率开关C关断，第一功率开关A和第四功率开关D开通，第一整流开关管E和第二整流开关管F都处于开通状态，将变压器T1的副边线圈短路。通过变压器特性可知，此时变压器T1的原边线圈电压等于0，辅助电感Lr和辅助电容Cr承受输入电压Vi。又由电容特性可知，此时辅助电容Cr等效于短路状态，所以辅助电感Lr几乎承受所有的输入电压Vi，此时该移相全桥电路的等效模态如图6所示。

将原边全桥电路的超前臂的第三功率开关D延时一定时间Δt关断，使移相全桥电路进入图5中[t4′，t4]所示驱动状态，此时移相全桥电路的第一功率开关A和第四功率开关D关断，第二功率开关B和第三功率开关C开通，所述第一整流开关管E和第二整流开关管F都处于开通状态，将变压器T1的副边线圈短路。通过变压器特性可知，此时变压器T1的原边线圈电压等于0，辅助电感Lr和辅助电容Cr承受输入电压Vi。又由电容特性可知，此时辅助电容Cr等效于短路状态，所以辅助电感Lr几乎承受所有的输入电压Vi，此时该移相全桥电路的等效模态如图8所示。

对应于本发明实施例提供的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，本发明实施例还提供一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置。参照图11，为本发明实施例的移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置结构图。所述装置用于为移相全桥电路的整流开关管提供驱动信号。

如图11所示，所述装置包括：初步信号获取电路101、采样电路102、延时电路103。

所述初步信号获取电路101，用于接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号，并发送至所述延时电路103。

所述输出采样电路102，用于采样输出电流，输出至所述延时电路103。

所述延时电路103，用于依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

本发明实施例所述装置，通过采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对负载情况进行判断，当负载为轻载时，通过调整原边全桥电路超前臂功率开关的时序或者是调整副边同步整流开关管的时序，增大原边滞后臂功率开关动作时辅助电感的电流，使得辅助电感在开关死区时间内能够将滞后臂功率开关的结电容存储的能量抽空，由此可以解决移相全桥电路在负载轻载时原边开关管处于硬开关状态，致使损耗过高的问题，从而实现移相全桥电路在全负载范围内的软开关技术，达到降低轻载损耗，提高效率的目的。

具体的，所述延时电路103，用于

依据采样得到的输出电流的大小分析当前负载情况；

当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

当所述当前负载为轻载时，对所述原边超前臂功率开关和副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到原边超前臂功率开关调整后驱动信号、同步整流开关管的调整后驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关调整后的驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；或者，

对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

优选地，所述延时电路103对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整包括：在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。

优选地，所述延时电路103对所述副边2个同步整流开关管的时序进行调整包括：将所述副边2个同步整流开关管延时一定时间关断。

优选地，所述初步信号获取电路101用于对所述4个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边2个同步整流开关管的初步驱动信号包括：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$

其中，DRV_E′和DRV_F′分别为副边2个同步整流开关管的初步驱动信号；DRV_A和DRV_B分别为滞后臂功率开关的初步驱动信号；DRV_C′和DRV_D′分别为超前臂功率开关的初步驱动信号。

本发明实施例所述装置对各开关管驱动信号进行调整的详细过程和原理与方法实施例相同，在此不再赘述。

参照图12，为本发明实施例所述逻辑电路的一种实现方式结构图。当然，图12仅为本发明实施例所述逻辑电路的一种具体的实现方式，在本发明其他实施例中，所述逻辑电路不限于采用该电路形式实现。

如图12所示，所述逻辑电路101包括：第一非门N1、第二非门N2、第三非门N3、第四非门N4、第一或门OR1、第二或门OR2。

所述移相全桥电路的原边4个功率开关A、B、C、D的初步驱动信号DRV_A、DRV_B、DRV_C′、DRV_D′可以由一UCC3895芯片产生，如图11中所述，分别通过该UCC3895芯片的管脚OUTA、OUTB、OUTC、OUTD输出。

所述第一非门N1耦接于所述UCC3895芯片的OUTB管脚，所述第二非门N2耦接于所述UCC3895芯片的OUTC管脚，所述第三非门N3耦接于所述UCC3895芯片的OUTA管脚，所述第四非门N4耦接于所述UCC3895芯片的OUTD管脚。

所述第一或门OR1的输入端分别接所述第一非门N1的输出端和第二非门N2的输出端，所述第一或门OR1的输出端输出第一整流开关管E的初步驱动信号；所述第二或门OR2的输入端分别接所述第三非门N3和第四非门N4的输入端，所述第二或门OR2的输出端输出第二整流开关管F的初步驱动信号。

参照图13，为本发明实施例所述输出采样电路的一种实现方式结构图。当然，图13仅为本发明实施例所述输出采样电路的一种具体的实现方式，在本发明其他实施例中，所述输出采样电路不限于采用该电路形式实现。

如图13所示，所述输出采样电路102包括：分流器R101、第二电容C101、差分放大器U101。

所述分流器R101串联接于输出回路中，所述第二电容C101与所述分流器R101并联，起滤波作用。所述差分放大器U101的同相输入端和反相输入端分别接所述分流器R101的两端，所述差分放大器U101的输出端接所述延时电路103的输入端，输出采样电流信号。

参照图14，为本发明实施例所述延时电路的一种实现方式结构图。当然，图14仅为本发明实施例所述延时电路的一种具体的实现方式，在本发明其他实施例中，所述延时电路不限于采用该电路形式实现。

所述延时电路103包括：第一延时芯片U102和第二延时芯片U103。

其中，所述第一延时芯片U102的输入端分别耦接于所述第三功率开关C的初步驱动信号DVR_C′和输出电流信号Io，所述第一延时芯片U102的输出端输出调整后的第三功率开关C的驱动信号DVR_C。

所述第二延时芯片U103的输入端分别耦接于所述第四功率开关D的初步驱动信号DVR_D′和输出电流信号Io，所述第二延时芯片U103的输出端输出调整后的第四功率开关D的驱动信号DVR_D。

当负载较轻时，输出电流信号Io的电压较小，此时第一延时芯片U102和第二延时芯片U103分别对驱动信号DRV_C′和DRV_D′延时图5中所示的Δt时间后，输出调整后的驱动信号DVR_C和DVR_D；当负载变大时，所述延时电路中的输出电流信号Io也会变大，此时第一延时芯片U102和第二延时芯片U103在检测到输出电流信号Io的电压后，将延时时间Δt缩小；当负载增加至较重状态时，此时因为移相全桥电路原边的辅助电感Lr在原边功率开关A和B关断时所储能量很充足，即使功率开关的驱动信号DRV_C′和DRV_D′不经延时直接驱动功率开关C和D，也能够在原边功率开关A和B开通时实现ZVS，所以，此时第一延时芯片U102和第二延时芯片U103不对DRV_C′和DRV_D′进行延时处理。

图14中仅以对原边全桥电路超前臂功率开关C和D进行调整为例进行说明，该电路还可以用于对原边超前臂功率开关及副边2个同步整流开关管E和F的时序进行调整，其结构和工作原理相同，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法和装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述方法用于为移相全桥电路的超前臂开关管及副边同步整流开关管提供驱动信号；所述移相全桥电路包括：原边四个功率开关，分别构成原边全桥电路的超前臂和滞后臂；副边两个同步整流开关管；

所述方法包括以下步骤：

接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；

采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

2.根据权利要求1所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流，包括：

采样输出电流，依据采样得到的输出电流的大小分析当前负载情况；

当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

当所述当前负载为轻载时，对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号和同步整流开关管的调整后驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关的调整后驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；或者，

对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

3.根据权利要求2所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整包括：

在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。

4.根据权利要求2所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整包括：

将原边全桥电路超前臂功率开关延时一定时间关断。

5.根据权利要求1至4任一项所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号，包括：

对所述四个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；所述逻辑变换为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$

其中，DRV_E′和DRV_F′分别为副边2个同步整流开关管的初步驱动信号；DRV_A和DRV_B、分别为滞后臂功率开关的初步驱动信号；DRV_C′和DRV_D′分别为超前臂功率开关的初步驱动信号。

6.根据权利要求1至4任一项所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号，包括：

对所述四个功率开关的初步驱动信号进行软件延时，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号。

7.一种移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置，其特征在于，所述装置用于为移相全桥电路的超前臂开关管及副边同步整流开关管提供驱动信号；

所述移相全桥电路包括：原边四个功率开关，分别构成原边全桥电路的超前臂和滞后臂；副边两个同步整流开关管；

所述装置包括：

初步信号获取电路，用于接收所述移相全桥电路的原边四个功率开关的初步驱动信号，依据所述四个功率开关的初步驱动信号，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；

输出采样电路，用于采样输出电流，输出至延时电路；

延时电路，用于依据采样得到的输出电流的大小，对原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整或者对副边两个同步整流开关管的时序进行调整后，对所述移相全桥电路进行同步整流。

8.如权利要求7所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置，其特征在于，所述延时电路用于，

依据采样得到的输出电流的大小分析当前负载情况；

当所述当前负载为重载时，依据所述原边四个功率开关的初步驱动信号和所述副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；

当所述当前负载为轻载时，对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号和同步整流开关管的调整后驱动信号，依据所述滞后臂功率开关的初步驱动信号、所述超前臂功率开关的调整后驱动信号和所述同步整流开关管的调整后驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流；或者，

对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整，得到超前臂功率开关的调整后驱动信号，依据滞后臂功率开关的初步驱动信号、超前臂功率开关的调整后驱动信号、以及副边两个同步整流开关管的初步驱动信号对所述移相全桥电路进行同步整流。

9.根据权利要求7所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动装置，其特征在于，所述延时电路对所述原边超前臂功率开关及副边两个同步整流开关管的时序进行调整包括：

在构成原边全桥电路超前臂的功率开关关断前，将所述功率开关对应的同步整流开关管提前一定时间开通。

10.根据权利要求7所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述延时电路对构成原边全桥电路超前臂的功率开关的时序进行调整包括：

将所述副边两个同步整流开关管延时一定时间关断。

11.根据权利要求7至10任一项所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述初步信号获取电路用于对所述四个功率开关的初步驱动信号进行逻辑变换，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号；所述逻辑变换为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}\end{array}\right.$

或者，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{DRV}\_E}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_B}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_C}^{\′}}\\ {\mathrm{DRV}\_F}^{\′}=\stackrel{\‾}{\mathrm{DRV}\_A}+\stackrel{\‾}{{\mathrm{DRV}\_D}^{\′}}\end{array}\right.$

其中，DRV_E′和DRV_F′分别为副边2个同步整流开关管的初步驱动信号；DRV_A和DRV_B分别为滞后臂功率开关的初步驱动信号；DRV_C′和DRV_D′分别为超前臂功率开关的初步驱动信号。

12.根据权利要求7至10任一项所述的移相全桥电路的同步整流开关管驱动方法，其特征在于，所述初步信号获取电路用于对所述四个功率开关的初步驱动信号进行软件延时，得到副边两个同步整流开关管的初步驱动信号。

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