CN103368425B - 一种同步整流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种同步整流驱动电路，包括：获取并输出表征所述同步整流电路的输入电压大小的采样电压的采样电路、控制整流管和续流管交替导通的驱动主电路、当整流管导通时，钳位所述开关管的栅极电压的钳位电路和当所述续流管导通时，对所述整流管的栅极进行放电，以快速关断所述整流管的放电电路；所述驱动主电路包括第一电阻和开关管；本申请通过开关管的分压、钳位电路的钳位及放电电路的放电，实现了对整流管驱动电压的控制，避免了宽电压范围输入条件下整流管栅源极的正向高压及负向高压的形成，消除了因输入电压过高导致的整流管栅源击穿的隐患；另外，本申请实施例结构简单，成本低、可靠性高。因此，本申请实施例解决了现有技术的问题。

Description

一种同步整流驱动电路
技术领域
本申请涉及电源电子技术领域，尤其涉及一种同步整流驱动电路。
背景技术
在电子技术领域，同步整流技术的应用越来越广泛。同步整流技术的关键是驱动技术，常见驱动方式包括自驱、绕组直接驱动和它驱。其中，自驱和绕组直接驱动方式，在宽电压范围输入条件下很难兼顾正负向驱动电压，均可能存在正负向驱动电压过高的问题，导致整流管击穿，故只能应用于输入电压范围较窄的条件下；它驱方式的电路结构复杂、成本高、可靠性差。
因此，亟需一种结构简单、成本低、可应用于任意输入电压范围下的同步整流驱动电路。
发明内容
有鉴于此，本申请目的在于提供一种同步整流驱动电路，以解决现有自驱和绕组直接驱动方式输入电压范围窄以及它驱方式电路结构复杂、成本高、可靠性差的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种同步整流驱动电路，应用于一种同步整流电路；所述同步整流电路包括整流管和续流管；所述同步整流驱动电路包括：
采样电路，用于获取并输出表征所述同步整流电路的输入电压大小的采样电压；
驱动主电路，包括第一电阻和开关管，用于控制所述整流管和续流管交替导通；
钳位电路，用于当所述整流管导通时，钳位所述开关管的栅极电压；
放电电路，用于当所述续流管导通时，对所述整流管的栅极进行放电，以快速关断所述整流管；其中，
所述采样电路的第一输出端分别与所述第一电阻的一端和所述钳位电路的输入端连接；所述采样电路的第二输出端接于所述同步整流电路的负输出端；
所述第一电阻的另一端接于所述开关管的漏极，所述开关管的源极接于所述整流管的栅极；所述开关管的栅极接于所述钳位电路的输出端；
所述放电电路分别与所述整流管的栅极和所述续流管的漏极连接。
优选的，所述放电电路包括第一二极管；所述第一二极管的阳极接于所述整流管的栅极，所述第一二极管的阴极接于所述续流管的漏极。
优选的，所述钳位电路包括第三二极管、稳压二极管、第二电阻、第三电阻和电容；
所述第三二极管的阳极作为所述钳位电路的输入端；所述第三二极管的阴极接于所述第二电阻的一端；
所述稳压二极管的阴极作为所述钳位电路的输出端，并接于所述第二电阻的另一端；所述稳压二极管的阳极接于所述同步整流电路的负输出端；
所述第三电阻和电容分别与所述稳压二极管并联。
优选的，所述同步整流电路还包括具有原边绕组和次边绕组的变压器；
所述采样电路具体为所述次边绕组；所述次边绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述次边绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
优选的，所述同步整流电路还包括具有原边绕组和次边绕组的变压器；
所述采样电路具体为与所述原边绕组耦合的第一辅助绕组；所述第一辅助绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述第一辅助绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
优选的，所述驱动主电路还包括串接于所述采样电路的第一输出端和所述第一电阻之间的第二二极管，所述第二二极管的阳极接于所述采样电路的第一输出端，所述第二二极管的阴极接于所述第一电阻。
优选的，所述同步整流电路还包括输出电感，以及具有原边绕组和次边绕组的变压器；所述输出电感的同名端与所述次边绕组的同名端连接，所述输出电感的异名端作为所述同步整流电路的正输出端；
所述采样电路具体为与所述输出电感耦合的第二辅助绕组；所述第二辅助绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述第二辅助绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
优选的，所述驱动主电路还包括串接于所述采样电路的第一输出端和所述第一电阻之间的第二二极管，所述第二二极管的阳极接于所述采样电路的第一输出端，所述第二二极管的阴极接于所述第一电阻。
优选的，所述同步整流电路的拓扑结构具体为正激原边有源钳位电路拓扑、正激副边有源钳位电路拓扑或电容复位正激电路拓扑。
从上述的技术方案可以看出，本申请通过开关管Q5的分压、钳位电路的钳位及放电电路的放电，实现了对整流管Q2驱动电压的控制，避免了宽电压范围输入条件下整流管Q2栅源极的正向高压及负向高压的形成，消除了因输入电压Vin过高导致的整流管Q2栅源击穿的隐患；另外，本申请实施例结构简单，成本低、可靠性高。因此，本申请实施例解决了现有技术的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一提供的同步整流驱动电路的结构图；
图2为本申请实施例二提供的同步整流驱动电路的结构图；
图3（a）为本申请实施例提供的以次边绕组为采样电路的同步整流驱动电路的结构图；
图3（b）为本申请实施例提供的以第一辅助绕组为采样电路的同步整流驱动电路的结构图；
图3（c）为本申请实施例提供的以第二辅助绕组为采样电路的同步整流驱动电路的结构图；
图4为本申请实施例提供的同步整流驱动电路应用于正激原边有源钳位拓扑副边同步整流电路的示意图；
图5为本申请实施例提供的同步整流驱动电路应用于电容复位正激拓扑副边同步整流电路电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例公开了一种同步整流驱动电路，以解决现有自驱和绕组直接驱动方式输入电压范围窄以及它驱方式电路结构复杂、成本高、可靠性差的问题。
本申请实施例一提供了一种同步整流驱动电路，应用于一种同步整流电路。一般的，同步整流电路100包括变压器T1、整流管Q2和续流管Q3，如图1所示。本实施例提供的同步整流驱动电路包括采样电路110、驱动主电路120、钳位电路130和放电电路140。其中，驱动主电路120包括第一电阻R1和开关管Q5。
采样电路110的第一输出端分别与第一电阻R1的一端和钳位电路130的输入端连接；采样电路110的第二输出端接于同步整流电路100的负输出端；第一电阻R1的另一端接于开关管Q5的漏极，开关管Q5的源极接于整流管Q2的栅极；开关管Q5的栅极接于钳位电路130的输出端；放电电路140分别与整流管Q2的栅极和续流管Q3的漏极连接。
上述采样电路110用于获取并输出表征同步整流电路100输入电压Vin大小的采样电压；驱动主电路120用于控制整流管Q2和续流管Q3交替导通；钳位电路130用于当整流管Q2导通时，将开关管Q5的栅极电压钳位至预设值；放电电路140用于当续流管Q3导通时，对整流管Q2的栅极进行放电。
上述同步整流驱动电路通过驱动整流管Q2和续流管Q3的导通/关断，来控制同步整流电路的工作状态（整流/续流），即：当同步整流电路100的变压器T1的同名端为正时，整流管Q2首先通过体二极管导通，从而将续流管Q3的栅源电压钳位到零电位，续流管Q3关断；同时，驱动主电路120为整流管Q2栅源极结电容充电，使整流管Q2导通，同步整流电路100处于整流阶段；当变压器T1的同名端为负时，续流管Q3导通，将变压器T1副边绕组T1A同名端电压钳位到零电位，整流管Q2的栅极电荷通过放电电路140迅速放电，整流管Q2的栅源电压被二极管D1钳位到零电位，实现整流管Q2的可靠关断，从而同步整流电路100处于续流阶段。
现有自驱方式和绕组直接驱动方式，直接用副边绕组T1A的输出电压驱动整流管Q2。当变压器T1原边输入电压较高时，副边绕组T1A的输出电压也较高，整流管Q2的栅源极将出现正向高压（变压器T1的同名端为正时）或负向高压（变压器T1的同名端为负时），可能会导致整流管Q2栅源击穿，因此可靠性较低。
而本申请实施例提供的同步整流驱动电路则可避免整流管Q2的驱动电压过高，消除栅源击穿的隐患，原理如下：
当同步整流电路100的变压器T1的同名端为正，即同步整流电路100处于整流阶段时，由于开关管Q5的存在，采样电路110采集到的电压并未直接施加于整流管Q2的栅源极之间，而是通过开关管Q5的漏源极和整流管Q2的栅源极共同承担，输入电压Vin越高，采样电路110采集到的电压越高，开关管Q5的漏源极电压VQ5_ds和整流管Q2的栅源极电压VQ2_gs也越高；同时，钳位电路130将开关管Q5的栅极电压VQ5_g钳位到预设值，整流管Q2的栅极电压VQ2_g等于开关管Q5的源极电压VQ5_s，即VQ2_g=VQ5_s=VQ5_g-VQ5_gs；其中，VQ5_gs为开关管Q5的栅源电压。当VQ2_g随输入电压Vin升高时，由于VQ5_g保持在上述预设值，故VQ5_gs相应降低，当输入电压Vin过高，导致VQ5_gs小于开关管Q5的门限电压Vth时，开关管Q5关断，从而避免了整流管Q2栅源极的正向高压。
当变压器T1的同名端为负，即同步整流电路100处于续流阶段时，整流管Q2的栅极通过放电电路140迅速放电，整流管Q2的栅极电压VQ2_g被钳位到零电位，既实现了整流管Q2的快速、可靠关断，又避免了整流管Q2的栅源极之间负向电压的形成。
由上述结构和工作原理可知，本申请实施例通过开关管的分压、钳位电路的钳位及放电电路的放电，避免了宽电压范围输入条件下整流管Q2栅源极的正向高压及负向高压的形成，消除了因输入电压Vin过高导致的整流管Q2栅源击穿的隐患；另外，本申请实施例结构简单，成本低、可靠性高。因此，本申请实施例解决了现有技术的问题。
进一步的，上述实施例中，可通过改变钳位电路130的电位电压预设值或选用不同门限电压Vth的开关管Q5，设置整流管Q2的驱动电压的上限值，以适应不同的输入电压范围。
本申请实施例二提供了另一种应用于同步整流电路的同步整流驱动电路。参照图2，同步整流电路200包括整流管Q2和续流管Q3。该同步整流驱动电路包括采样电路210、驱动主电路220、钳位电路230和放电电路240。
其中，驱动主电路220包括第一电阻R1和开关管Q5；钳位电路230包括第三二极管D3、稳压二极管D4、第二电阻R2、第三电阻R3和电容C；放电电路240包括第一二极管D1。
上述各元件之间的连接关系为：采样电路210的第一输出端分别与第一电阻R1的一端和第三二极管D3的阳极（即钳位电路230的输入端）连接；采样电路210的第二输出端接于同步整流电路100的负输出端；第一电阻R1的另一端接于开关管Q5的漏极。第三二极管D3的阴极接于第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端接于稳压二极管D4的阴极，同时稳压二极管D4的阴极作为钳位电路230的输出端接于开关管Q5的栅极；稳压二极管D4的阳极接于同步整流电路200的负输出端；第三电阻R3和电容C分别与稳压二极管D4并联。开关管Q5的源极接于整流管Q2的栅极；第一二极管D1的阳极接于整流管Q2的栅极，第一二极管D1的阴极接于续流管Q3的漏极。
上述采样电路210用于获取并输出表征同步整流电路输入电压Vin大小的采样电压；驱动主电路220用于控制整流管Q2和续流管Q3交替导通；当同步整流电路200的变压器T1的同名端为正，即同步整流电路200处于整流阶段时，第一二极管D1反向截止，第三二极管D3导通，通过第二电阻R2对电容C充电至稳压二极管D4的稳压值，从而将开关管Q5的栅极电压钳位至上述稳压值（即钳位电路230的钳位电压预设值）；当变压器T1的同名端为负，即同步整流电路200处于续流阶段时，变压器T1副边绕组T1A同名端电压被续流管Q3钳位到零电位，第一二极管D1正向导通，对整流管Q2的栅极进行放电，最终将整流管Q2的栅源电压钳位到零，从而实现整流管Q2的快速、可靠关断，且防止整流管Q2的栅源极之间出现负向电压。
上述实施例二中提供了钳位电路及放电电路的具体结构，实现了：当整流管Q2导通时，通过钳位电路230钳位开关管Q5的栅极电压；当续流管Q3导通时，通过放电电路240对整流管Q2的栅极进行放电。从而避免了整流管Q2栅源极的正向高压及负向高压的形成，消除了因输入电压Vin过高导致的整流管Q2栅源击穿的隐患；另外，本申请实施例结构简单，成本低、可靠性高。因此，本申请实施例解决了现有技术的问题。
参照图3（a）、图3（b）和图3（c），本申请实施例提供了采样电路的三种具体结构。需要说明的是，采样电路对同步整流电路的输入电压Vin的采样方式有多种，相应的采样电路的结构也各不相同，本申请不仅局限于上述三种结构。
如图3（a）所示，采样电路310a直接采用同步整流电路300中变压器T1的次边绕组T1A，极大的简化了电路结构。具体的，次边绕组T1A的同名端作为采样电路310a的第一输出端，分别与驱动主电路320a和钳位电路330连接；次边绕组T1A的异名端作为采样电路310a的第二输出端，接于同步整流电路300的负输出端。
如图3（b）所示，采样电路310b采用与变压器T1原边绕组耦合的第一辅助绕组T1B；其中，第一辅助绕组T1B的同名端作为采样电路310b的第一输出端，分别与驱动主电路320b和钳位电路330连接；第一辅助绕组T1B的异名端作为采样电路310b的第二输出端，接于同步整流电路300的负输出端。
如图3（c）所示，采样电路310c采用与同步整流电路300的输出电感L1耦合的第二辅助绕组L1A；其中，输出电感L1的同名端与次边绕组T1A的同名端连接，输出电感L1的异名端作为同步整流电路300c的正输出端；第二辅助绕组L1A的同名端作为采样电路310c的第一输出端，分别与驱动主电路320c和钳位电路330连接；第二辅助绕组L1A的异名端作为采样电路310c的第二输出端，接于同步整流电路300的负输出端。
当采样电路采用上述第一辅助绕组T1B或第二辅助绕组L1A时，驱动主电路中除第一电阻R1和开关管Q5外，还包括第二二极管D2，用于当变压器T1的同名端为负时，防止开关管Q5的漏源极之间和整流管的栅源极之间形成反向电压。
如图3（b）中驱动主电路320b和图3（c）中驱动主电路320c所示，第二二极管D2串接于采样电路的第一输出端和第一电阻R1之间：第二二极管D2的阳极接于采样电路的第一输出端，阴极接于第一电阻R1。当变压器T1的同名端为正时，第二二极管D2正向导通，驱动主电路正常工作；当变压器T1的同名端为负时，第二二极管D2反向截止，开关管Q5的漏源极之间和整流管的栅源极之间不会产生反向电压。
另外，若采样电路直接采用变压器的次边绕组T1A，当变压器T1的同名端为负时，次边绕组T1A的同名端电位被导通的续流管Q3钳位至零电位，故驱动主电路320a中不需要增加防反向的元件。
上述采样电路的三种结构各有优点：图3（a）所示的采样电路320a，由于直接采用变压器的次边绕组，且驱动主电路320a中不需要增加防反向的元件，故大大简化了电路结构，提高了电路的可靠性；图3（b）所示的采样电路320b及图3（c）所示的采样电路320c，可分别通过改变第一辅助绕组T1B及第二辅助绕组L1A的匝数，灵活设置驱动电压值，另外，当输入电压较高时，可分别通过减少第一辅助绕组T1B及第二辅助绕组L1A的匝数来降低驱动电压，避免了过多的能量损耗在开关管Q5上，提高了同步整流电路的转换效率。
上述所有实施例所述的同步整流驱动电路均可用于多种拓扑结构的同步整流电路，如正激副边有源钳位电路拓扑、图4所示的正激原边有源钳位电路拓扑400和图5所示的电容复位正激电路拓扑500。其中，原边开关管Q1导通时，变压器T1的同名端为正，同步整流电路处于整流阶段；当原边开关管Q1关断时，变压器T1的同名端为负，同步整流电路处于续流阶段。
需要说明的是，作为本申请的具体实施方式，图4和图5中同步整流驱动电路均采用图3（b）所示的结构；实际上，对于任一拓扑结构的同步整流电路，同步整流驱动电路均可采用上述任一实施例所述的结构。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种同步整流驱动电路，其特征在于，应用于一种同步整流电路；所述同步整流电路包括整流管和续流管；所述同步整流驱动电路包括：
采样电路，用于获取并输出表征所述同步整流电路的输入电压大小的采样电压；
驱动主电路，包括第一电阻和开关管，用于控制所述整流管和续流管交替导通；
钳位电路，用于当所述整流管导通时，钳位所述开关管的栅极电压；
放电电路，用于当所述续流管导通时，对所述整流管的栅极进行放电，以快速关断所述整流管；其中，
所述采样电路的第一输出端分别与所述第一电阻的一端和所述钳位电路的输入端连接；所述采样电路的第二输出端接于所述同步整流电路的负输出端；
所述第一电阻的另一端接于所述开关管的漏极，所述开关管的源极接于所述整流管的栅极；所述开关管的栅极接于所述钳位电路的输出端；
所述放电电路分别与所述整流管的栅极和所述续流管的漏极连接；
所述钳位电路包括第三二极管、稳压二极管、第二电阻、第三电阻和电容；
所述第三二极管的阳极作为所述钳位电路的输入端；所述第三二极管的阴极接于所述第二电阻的一端；
所述稳压二极管的阴极作为所述钳位电路的输出端，并接于所述第二电阻的另一端；所述稳压二极管的阳极接于所述同步整流电路的负输出端；
所述第三电阻和电容分别与所述稳压二极管并联。
2.根据权利要求1所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述放电电路包括第一二极管；所述第一二极管的阳极接于所述整流管的栅极，所述第一二极管的阴极接于所述续流管的漏极。
3.根据权利要求1～2任一项所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述同步整流电路还包括具有原边绕组和次边绕组的变压器；
所述采样电路具体为所述次边绕组；所述次边绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述次边绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
4.根据权利要求1～2任一项所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述同步整流电路还包括具有原边绕组和次边绕组的变压器；
所述采样电路具体为与所述原边绕组耦合的第一辅助绕组；所述第一辅助绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述第一辅助绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
5.根据权利要求4所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述驱动主电路还包括串接于所述采样电路的第一输出端和所述第一电阻之间的第二二极管，所述第二二极管的阳极接于所述采样电路的第一输出端，所述第二二极管的阴极接于所述第一电阻。
6.根据权利要求1～2任一项所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述同步整流电路还包括输出电感，以及具有原边绕组和次边绕组的变压器；所述输出电感的同名端与所述次边绕组的同名端连接，所述输出电感的异名端作为所述同步整流电路的正输出端；
所述采样电路具体为与所述输出电感耦合的第二辅助绕组；所述第二辅助绕组的同名端作为所述采样电路的第一输出端，所述第二辅助绕组的异名端作为所述采样电路的第二输出端。
7.根据权利要求6所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述驱动主电路还包括串接于所述采样电路的第一输出端和所述第一电阻之间的第二二极管，所述第二二极管的阳极接于所述采样电路的第一输出端，所述第二二极管的阴极接于所述第一电阻。
8.根据权利要求1～2任一项所述的同步整流驱动电路，其特征在于，所述同步整流电路的拓扑结构具体为正激原边有源钳位电路拓扑、正激副边有源钳位电路拓扑或电容复位正激电路拓扑。
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