CN103501112B - 同步整流控制方法与控制电路以及开关型电压调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步整流控制方法，在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；执行与所述计数值相对应的时间延迟后产生一关断使能信号；根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管，并判断所述整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压的大小关系；根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号。本发明还提供了一种同步整流控制电路以及应用其的开关型电压调节器，具有精度高、调节灵活、开关损耗低并提高系统的转化效率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种同步整流控制方法与控制电路以及开关型电压调节器。
背景技术
在同步整流电路中，为了获得性能优越的开关电源，应将同步整流开关管控制在电感电流为零时关断，即尽量使开关电源工作在电感电流断续模式(Discontinuous Conduction Mode，简称DCM)模式下。在DCM模式下，需要控制整流开关管在电感电流为零时关断，因此开关电源可以消除输出滤波环流，减小磁损耗和开关损耗，同时防止反灌电流，从而提高可靠性。
为实现上述目的，通常需要对同步整流电路中的电感电流的零点进行检测，且在检测到其电感电流为零的时刻，控制关断整流开关管。现有技术多采用的方法是：在同步整流过程中，流经整流开关管的电感电流，通过整流开关管自身的导通电阻将电流信号转换为电压信号，因此当电感电流为零时，整流开关管的两端电压也为零；此时，利用过零比较器(参考电压为零的比较器)对整流开关管的两端电压进行检测，并在检测到电压达到零点时，过零比较器发生跳转并输出一个信号来控制整流开关管的关断，从而实现在电感电流为零的时刻，同步关断整流开关管。
现有技术中的采用零电压值为参考电压，并在整流开关管接入的被测电压为零时，比较器才发生跳转和控制整流开关管完全关断。由于实际应用中的比较器存在输入失调电压，如0.03V(伏)，当整流开关管的导通电阻非常小时，其导通压降可能会低于比较器的失调电压，因此，过零检测的精度会受到很大的影响，从而降低了同步整流电路的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种同步整流控制方法与控制电路以及开关型电压调节器，用于控制同步整流电路中的整流开关管，在同步整流电路中的电感电流为零的时刻，同步控制所述整流开关管的关断，并避免比较器的失调电压对控制过程的影响，提高同步整流电路的性能。
为解决以上技术问题，一方面，本发明提供一种同步整流控制方法，用于控制同步整流电路中的整流开关管，包括：
S1：在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；
S2：执行与所述计数值相对应的延迟时间后产生一关断使能信号；
S3：根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管，并判断所述整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压的大小关系；
S4：根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号；
其中，所述步骤S4具体为：
当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生用于增加所述计数值的比较信号；
当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生用于减少所述计数值的比较信号。
其中，所述步骤S1包括：
当所述整流开关管被初次打开时，将所述计数值设置为一数值；
当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
在一种可实现方式中，所述步骤S4具体为：
在所述整流开关管被关断时，采集所述整流开关管的漏源电压；并将所述漏源电压与所述基准电压进行比较，包括：
当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生第一比较信号；
当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生第二比较信号。
进一步地，所述计数值的当前值为n，其中n＞0；
则所述当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新，包括：
若所述比较信号为所述第一比较信号，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；
若所述比较信号为所述第二比较信号，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间。
优选地，所述基准电压的电压值为小于所述整流开关管的体二极管的导通压降。
另一方面，本发明还提供了一种同步整流控制电路，用于控制同步整流电路中的整流开关管，包括：
计数电路，用于在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；
延时电路，与所述计数电路连接，用于接收所述计数值，并执行与所述计数值相对应的延迟时间后产生一关断使能信号；
主控电路，与所述延时电路连接，用于接收关断使能信号，并根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管；
比较电路，与所述主控电路及所述整流开关管连接，用于在所述主控电路控制关断所述整流开关管被关断后，判断所述整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压的大小关系；
所述比较电路，还用于根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号；并将所述比较信号传输给所述计数电路，以控制所述计数电路对所述计数值更新；
所述比较电路具体用于当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生用于增加所述计数值的比较信号；当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生用于减少所述计数值的比较信号。
具体地，所述比较电路包括：参考电压源和第一比较器；所述参考电压源，用于产生所述基准电压；
所述第一比较器包括第一输入端和第二输入端，其中，所述第一输入端通过所述参考电压源与所述整流开关管的源极连接；所述第二输入端与所述整流开关管的漏极连接；
所述第一比较器用于在所述整流开关管被关断时，采集所述整流开关管的漏源电压，并将所述漏源电压与所述基准电压进行比较，包括：当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生第一比较信号；当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生第二比较信号。
所述比较电路还包括用于锁定所述第一比较信号或所述第二比较信号的第一锁存器；
所述第一锁存器包括置位输入端、复位输入端和置位输出端；
其中，所述置位输入端与所述第一比较器的输出端连接；所述复位输入端与所述主控电路输出端连接；所述置位输出端与所述计数电路的输入端连接。
进一步地，所述计数电路包括一计数器；
所述计数器包括数据输入端、时钟端和计数输出端；其中，所述计数器的数据输入端与所述比较电路输出端连接，所述时钟端与所述主控电路输出端连接，所述计数输出端与所述延时电路的输入端连接；
所述计数器，用于在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值，包括：当所述整流开关管被初次打开时，将所述计数值设置为一数值；当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
优选地，所述计数器为加减计数器；
所述加减计数器，用于在接收到所述第一比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；在接收到所述第二比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间；其中，n为所述计数值的当前值，且n＞0。
再进一步地，所述延时电路包括：
数模转换器，用于接入所述计数器输出的计数值，对所述计数值进行数模转换，产生与所述计数值相对应的转换电压；
充电电路，用于接入所述转换电压，并将所述转换电压作为参考电压进行充电处理，以获得充电电压；当所述充电电压与所述转换电压的大小相等时，产生并输出所述关断使能信号至所述主控电路，以关断所述整流开关管。
其中，所述充电电路包括：电流源、第二比较器、电容器和场效应管；
所述电流源与所述电容器连接，用于对所述电容器进行充电，以获得充电电压；
所述第二比较器与所述数模转换器、所述电流源、所述电容器分别连接，用于对所述充电电压与所述转换电压进行比较，并在所述充电电压达到所述转换电压时产生所述关断使能信号；
所述场效应管的源极与所述第二比较器的输出端连接，漏极与所述电流源的输出端连接，栅极接地。
进一步地，所述第二比较器与所述数模转换器、所述电流源、所述电容器分别连接，具体为：
所述电容器一端接地，另一端与所述电流源的输出端连接后，连接在所述第二比较器的正相输入端上；所述第二比较器的反相输入端与所述数模转换器输出端连接；
或者，所述电容器一端接地，另一端与所述电流源的输出端连接后，连接在所述第二比较器的反相输入端上；所述第二比较器的正相输入端与所述数模转换器输出端连接。
再进一步地，所述主控电路包括用于产生关断信号的第二锁存器；且，
当所述电容器连接在所述第二比较器的反相输入端且所述数模转换器输出端与所述第二比较器的正相输入端连接时，所述第二比较器的输出端与所述第二锁存器的复位输入端连接，将所述关断使能信号传输至所述第二锁存器，所述第二锁存器产生所述关断信号；
当所述电容器连接在所述第二比较器的正相输入端且所述数模转换器输出端与所述第二比较器的反相输入端连接时，所述主控电路还包括一反相器；所述第二比较器的输出端通过所述反相器连接在所述第二锁存器的复位输入端上，将所述关断使能信号进行反相后传输至所述第二锁存器，所述第二锁存器产生所述关断信号。
在本发明提供的技术方案中，进一步地，本发明还提供了一种开关型电压调节器，包括开关电路和上述任一项所述同步整流控制电路；
所述开关电路至少包括功率开关管、电感、整流开关管；
所述同步整流控制电路用于控制所述整流开关管，并在所述电感所产生的电流为零的时刻，控制关断所述整流开关管。
实施本发明提供的技术方案，其有益效果是：通过在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值，执行与所述计数值相对应的时间延迟后产生一关断使能信号，控制关断所述整流开关管后对整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压进行比较，产生用于更新所述计数值的比较信号，以便于在下一执行周期中，所述整流开关管再次被打开时对所述计数值进行更新，从而可通过在多次控制所述整流开关管的通断过程中，使得在同步整流电路的电感电流为零的时刻，同步控制关断所述整流开关管，降低开关损耗，提高电路稳定性，并避免运算放大器的输入失调电压的影响，从而提高同步整流电路的整体性能。
附图说明
图1是一种开关型电压调节器的部分结构原理图；
图2是本发明实施例一提供的同步整流控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的同步整流控制方法流程示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种同步整流控制电路的结构示意图；
图5是本发明实施例五提供的一种开关型电压调节器的电路原理图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，均属于本发明保护的范围。
实施例一
在同步整流电路(通常为开关型电压调节器中的一部分)中，存在一个与电感连接的整流开关管。为了消除输出滤波环流，减小磁损耗和开关损耗，同时防止反灌电流，需要控制同步整流电路工作在电感电流断续模式，即DCM(Discontinuous Conduction Mode)模式下，因此为了保障以上所述的同步整流电路的整体性能，需要在电感电流为零时，控制关断所述整流开关管。
需要说明的是，所述同步整流电路包括但不限于BOOST结构电路、BUCK结构电路以及BOOST-BUCK结构电路。其中，BOOST结构的整流电路也称为升压式整流电路，BUCK结构的整流电路也称为降压式整流电路，BOOST-BUCK结构的整流电路也称为升降压式整流电路。
在同步整流电路中，整流开关管多采用金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写为MOSFET)。
参看图1，是一种开关型电压调节器的部分电路结构原理图。
如图1所示，整流开关管MOSFET实际上均存在一个体二极管。当同步整流开关管MOSFET被关断时，若同步整流电路中的电感L的电流尚未降为零，电感电流将会从体二极管流过，即体二极管导通，则此时整流开关管MOSFET的漏极D与源极S两端之间的压降值即为体二极管的导通电压值；若整流开关管被关断时，电感电流已经反向，则此时整流开关管MOSFET漏源两极之间的压降变为零值。
整流开关管MOSFET的体二极管的反向恢复性能与肖特基二极管相比，其反向恢复速度要低很多，反向恢复电荷也要大很多，因此反向恢复的特性较差。这样，导致二极管的开关损耗增加，降低系统的效率，同时，也会产生较高的振铃，影响功率整流开关管MOSFET的安全工作。因此，需要控制整流开关管MOSFET在流入的电感电流为零的时刻，将整流开关管MOSFET彻底关断(使得体二极管处于截止状态)。实际应用中，体二极管的导通电压值约为0.6V(硅管)或0.3V(锗管)以上。当整流开关管MOSFET关断时，若流经整流开关管MOSFET的电感电流还未降到零，则此时关管MOSFET的漏源两端电压差VDS的大小应该等于体二极管的导通电压。
因此，基于以上所述的开关型电压调节器的电路基础原理，可通过选取适当的基准电压作为参考电压并将其与整流开关管关断时的漏源电压进行比较，控制整流开关管在关断时的漏源电压值小于参考电压的时刻被关断，以实现在电感电流为零时关断所述整流开关管。
参见图2，是本发明实施例一提供的同步整流控制方法的流程示意图。
如图2所示，在本实施例提供的同步整流控制方法，用于控制同步整流电路中的整流开关管，可通过以下步骤实现：
步骤S1：在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值。所述计数值与整流开关管自打开至关断所需要的延迟时间具有映射关系。
步骤S2：执行与所述计数值相对应的时间延迟后产生一关断使能信号。所述计数值所对应的延迟时间实际上是整流开关管自被打开到被关断所经历的时间。
步骤S3：根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管，并判断所述整流开关管的漏源电压VDS与一预设的基准电压Vref的大小关系。
步骤S4：根据所述漏源电压VDS与所述基准电压Vref的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号。具体地，当所述漏源电压VDS大于所述基准电压Vref时，增加所述计数值，当所述漏源电压VDS小于所述基准电压Vref时，减小所述计数值。
优选地，所述基准电压的电压值小于所述整流开关管的体二极管的导通压降。整流开关管MOSFET的体二极管通常为硅管，其导通电压约为0.6伏，因此所述基准电压取值小于0.6伏，而具体实施时通常采用运算放大器来实现所述漏源电压与所述基准电压的比较，但非理想的运算放大器均存在输入失调电压值Vos，为了避免运算放大器失调电压值Vos对本发明的同步整流控制方法的影响，基准电压Vref的优选采用远大于失调电压Vos的电压值。因此，在本实施例中，需要将基准电压的电压值优选预设在0.2～0.5伏的范围内，以确保整流开关管的关断既不受运算放大器的失调电压值的影响，也能够在体二极管进入截止状态时(即电感电流为零的时刻)被关断。
具体实施时，所述步骤S1包括：
当所述整流开关管被初次打开时，将所述计数值设置为一数值。
当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
在本实施例中，所述整流开关管被初次打开时，需要对所述计数值进行设置，实际上该计数值可预设为任一正整数值，而在下一执行周期中再次打开整流开关管时，本实施例中的同步整流控制方法可根据整流开关管关断时的漏源电压VDS与基准电压Vref的比较结果，自动对该计数值进行更新，最终确定合适的计数值，即最终确定整流开关管在打开后经过多长时间被关断。
在本实施例提供是同步整流控制方法的工作原理是：当整流开关管在打开时，设置一个计数值，经过与所述设置的计数值所对应的延迟时间后关断所述整流开关管，将采集到的整流开关管被关断时的漏源电压VDS与0.2～0.5伏范围内的基准电压Vref进行比较；当所述漏源电压VDS大于该基准电压Vref时，说明整流开关管的体二极管上存在压降，电感电流还未降为零，则表示所述整流开关管被关早了，需要增加当前设置的计数值，以在下一个开关周期中延长整流开关管从打开到被关断的时间；当所述漏源电压VDS小于该基准电压Vref时，说明此时整流开关管的体二极管处于截止状态，即在控制关断整流开关管时，电感电流已经降为零或者反向，则此时关断整流开关管时间可能过晚，需要减小当前设置的计数值，缩短下一个开关周期中整流开关管从打开到被关断的延迟时间。
通过对所述计数值进行更新，以调整所述整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间，逐步控制整流开关管在电感电流下降为零的时刻被关断。
在本实施例中，通过根据整流开关管关断时的漏源电压与预设的基准电压的比较结果，不断地更新用于决定整流开关管从打开到关断所经过延迟时间的计数值，从而最终控制整流开关管再打开后经过一个合适的延迟时间后被关断，即使整流开关管在电感电流下降为零时被关断，有效的减少开关损耗，并提高电感电流的检测精度和系统的整体性能。
实施例二
本实施例与实施例一的基本工作原理相同，其与实施例一的区别点在于：本实施例提供了对计数值进行更新的一种优选实现方式。
在本实施例中，在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；执行与所述计数值相对应的时间延迟后产生一关断使能信号；根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管，并判断所述整流开关管关断时的漏源电压VDS与一预设的基准电压Vref的大小关系。具体实施时，以上过程与实施例一相同，在此不再赘述。
进一步地，在本实施例中，所述根据所述漏源电压VDS与所述基准电压Vref的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号，具体为：
在所述整流开关管被关断时，采集所述整流开关管的漏源电压；并将所述漏源电压与所述基准电压进行比较，包括：
当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生第一比较信号；当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生第二比较信号。
进一步地，所述计数值的当前值为n，其中n＞0；
则所述当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新，包括：
若所述比较信号为所述第一比较信号，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；
若所述比较信号为所述第二比较信号，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间。
其中计数值的大小“1”代表1个单位时间，则其它计数值的大小则为单位时间的倍数。因此，可通过调整计数值的大小来改变其所代表的整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间。
基于与实施例一相同的基本技术原理，即当整流开关管在打开时，设置一个计数值，经过与所述设置的计数值所对应的延迟时间后关断所述整流开关管，当整流开关管关断时的漏源电压VDS大于该基准电压Vref时，说明电感电流还未将为零，则表示整流开关管被过早关断，需要延长下一个开关周期中整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间；反过来，当漏源电压VDS小于该基准电压Vref时，说明此时电感电流已经为零或反向，则表示整流开关管过晚关断，需要缩短整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间。
因此，在本实施例中，当所述漏源电压VDS大于所述基准电压Vref时，通过产生所述第一比较信号，以单位时间为步长控制增加所述计数值；当所述漏源电压VDS小于所述基准电压Vref时，通过产生所述第二比较信号，以单位时间为步长控制减小所述计数值，以调整所述整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间。
具体地，当接收到用于增加所述计数值的第一比较信号，控制所述计数值的当前值n更新为n+1个单位时间，即控制计数值“加1”，即n＝n+1；当接收到用于减小所述计数值的第二比较信号，控制所述计数值当前值更新为n-1个单位时间，即控制计数值“减1”，即n＝n-1。需要说明的是，首次打开所述整流开关管时，需要对所述计数值的初始值进行预设，且具体实施时将该计数值的初始值可设置为正整数。通过对所述计数值的当前值n的不断修正，可获得整流开关管自打开至电感电流为零的时刻所经过的延迟时间。
在本实施例中，通过多次的循环调整，即可实现在电感电流为零的时刻，控制关断所述整流开关管。理论上，采用本方法对所述计数值进行调整的单位时间越小，其调整的理论精度越高。
本发明提供的同步整流控制方法，通过产生用于设定所述延迟时间的计数值，实现对整流开关管自打开至电感电流为零的时刻所历经的时间与所述计数值所表示的延时时间的匹配，通过根据整流开关管关断时的漏源电压与预定的基准电压比较的结果，自动调节所述计数值的大小，以控制同步整流电路的整流开关管在打开后经过一个合适的延迟时间被关断，即使整流开关管在电感电流为零的时刻被关断，且零电流检测不受比较器的失调电压的影响，具有精度高、调节灵活、降低开关损耗，以及提高系统的电源转换效率等优点。
实施例三
本发明实施例还提供了一种同步整流控制电路，用于控制同步整流电路中的整流开关管。
具体地，本实施例以BOOST结构的同步整流电路为例，说明本发明提供的一种同步整流控制电路的工作原理。需要说明的是，本发明提供的同步整流电路可包括但不限于BOOST结构电路、BUCK结构电路以及BOOST-BUCK结构电路。
参看图3，是本发明实施例三提供的一种同步整流控制电路的结构示意图。
本实施例提供的同步整流控制电路，用于控制同步整流电路中的整流开关管MOSFET，包括：
计数电路301，用于在所述整流开关管MOSFET被打开时设置或更新一计数值；
延时电路302，与所述计数电路301连接，用于接收所述计数值，并执行与所述计数值相对应的时间延迟后产生一关断使能信号；
主控电路303，与所述延时电路302连接，用于接收关断使能信号，并根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管MOSFET；
比较电路304，与所述主控电路303及所述整流开关管MOSFET连接，用于在所述主控电路303控制关断所述整流开关管MOSFET被关断后，判断所述整流开关管MOSFET的漏源电压VDS与一预设的基准电压Vref的大小关系；具体地，所述基准电压Vref的电压值取值范围优选为0.2～0.5伏。
所述比较电路304，还用于根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号；并将所述比较信号传输给所述计数电路301，以控制所述计数电路301对所述计数值更新。
如图3所示，具体实施时，整流开关管MOSFET其内部实际上存在一个等效于体二极管的模块。
当同步整流开关管MOSFET被关断时，若同步整流电路中的电感L的电流还未降为零，电感电流将会从体二极管流过，则此时整流开关管MOSFET的漏极D与源极S两端之间的存在压降，且其值为体二极管的导通压降大小；若整流开关管被关断时，电感电流已经反向，则此时整流开关管MOSFET漏源两端之间的压降变为零。
为了控制整流开关管MOSFET在电感电流为零的时刻被关断，降低开关损耗和提高降低系统效率，本实施例提供的同步整流控制电路的具体过程为：
整流开关管MOSFET被关断时，计数电路301中的首个计数值需要预先进行设置，其预设值可为任意非负值；并在下一执行周期中接收到比较电路304的比较信号后对计数值的预设值进行更新，获得新的计数值；通过多次循环执行，不断地对计数值的当前值进行更新，可对所述计数值所代表的时间值进行调整；延时电路302执行与所述计数值相应的时间延迟后，产生关断使能信号并发送给主控电路303；主控电路303根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管MOSFET，并进一步控制比较电路304执行漏源电压VDS与基准电压Vref的比较，并根据比较结果对所述计数值进行更新，如此循环，可使得整流开关管MOSFET在零电流时被关断。
在本实施例中，所述基准电压Vref的电压值小于所述整流开关管的体二极管的导通电压值。由于在开关管器件中，其体二极管通常为硅管，导通电压值约为0.6V，因此将基准电压Vref优选设置为小于0.6V的电压值。同时，由于具体实施时通常需要采用运算放大器来参与所述漏源电压VDS与所述基准电压Vref的比较，而非理想的运算放大器均存在输入失调电压值Vos，因此，为了避免运算放大器失调电压值Vos对本发明的同步整流控制电路的影响，具体实施时，基准电压Vref的需要取值除了需要小于二极管的导通电压以外，还需远大于失调电压Vos的电压值，通常优选将基准电压的取值范围设为0.2～0.5伏。
在本实施例中，所述的同步整流控制电路的基本工作原理是：当整流开关管在打开时，设置一个计数值，经过与所述设置的计数值所对应的延迟时间后关断所述整流开关管，将采集到的整流开关管MOSFET的漏源电压VDS与上述取值范围内的基准电压Vref进行比较，当漏源电压VDS大于该基准电压Vref时，说明电感电流还未降为零，则表示整流开关管关断过早，需要延长整流开关管从打开到关断所经过的延迟时间(即增大所述计数值)；当漏源电压VDS小于该基准电压Vref时，说明电感电流已经为零或者可能反向，则表示整流开关管关断过晚，需要缩短整流开关管的导通时间(即减小所述计数值)。因此，在本实施例中，将基准电压Vref控制在小于二极管的导通电压的范围内，并根据比较电路的比较结果，对所述计数值进行更新，以调整所述整流开关管在打开后经过一个合适德延迟时间被关断，即控制其在电感电流为零的时刻同步被关断。具体地，所述计数电路301在整流开关管MOSFET被打开时，才从所述比较电路304接入所述比较信号，对所述计数值进行更新。
因此，具体实施时，需要通过对整流开关管MOSFET的循环控制，即多次打开和关断所述整流开关管MOSFET，不断更新所述计数值，使整流开关管在电感电流下降为零时刻被关断。
具体实施时，主控电路303产生关断使能信号来控制关断所述整流开关管MOSFET。具体地，可采用高电平信号为所述关断使能信号，当所述主控电路接收到所述关断使能信号时，并产生关断信号控制整流开关管MOSFET被关断。
本实施例通过在整流开关管MOSFET被打开时，通过计数电路301设定或者更新一计数值，通过延时电路302执行与所述计数值所对应的延时时间后产生关断使能信号，并将所述关断使能信号传输给主控电路303，使主控电路产生关断信号控制整流开关管MOSFET被关断，并通过比较电路304比较被关断时整流开关管MOSFET的漏源电压与预设的一基准电压的大小，再将比较的结果传输给计数电路301，使计数电路301更新比较结果更新当前的计数值，以调整整流开关管MOSFET从打开到关断所经过的延迟时间，最终控制整流开关管在电感电流下降为零时刻被关断。
实施例四
参看图4，是本发明实施例四提供的一种同步整流控制电路的电路原理图。
本实施例与实施例四的基本工作原理相同。与实施例四不同的是，本实施例提供了同步整流控制电路的一种具体实现方式。
在本实施例中，所述的同步整流控制电路包括计数电路401、延时电路402、主控电路403和比较电路404。
其中，所述比较电路404包括：参考电压源U1和第一比较器Q1；
所述参考电压源U1，用于产生所述基准电压Vref；所述基准电压的电压值大于所述第一比较器的失调电压值且小于整流开关管体二极管的导通电压值。
在本实施例中，参考电压源U1输出的基准电压值的取值范围与实施例三的有关基准电压的内容相同，在此不再赘述。具体地，参考电压源U1所产生的基准电压值取值为远大于第一比较器Q1的输入失调电压并小于整流开关管MOSFET的体二极管的导通电压，优选为0.2～0.5伏的电压值。
所述第一比较器Q1包括第一输入端IN1和第二输入端IN2，其中，所述第一输入端IN1通过所述参考电压源与所述整流开关管MOSFET的源极S连接；所述第二输入端IN2与所述整流开关管MOSFET的漏极D连接，用于在所述整流开关管MOSFET被关断时，采集所述整流开关管MOSFET的漏源电压。
所述第一比较器Q1用于在所述整流开关管MOSFET被关断时，采集所述整流开关管MOSFET的漏源电压VDS，并将所述漏源电压VDS与所述基准电压Vref进行比较，包括：当所述漏源电压VDS大于所述基准电压Vref时，产生第一比较信号；当所述漏源电压VDS小于所述基准电压Vref时，产生第二比较信号。
优选地，第一比较器Q1的第一输入端IN1为第一比较器Q1的正相输入端“+”，与所述参考电压源U1输出端连接；第一比较器Q1的第二输入端IN2为第一比较器Q1的反相输入端“-”，用于接入整流开关管MOSFET的漏源电压VDS。
在一种可实现方式中，第一比较器Q1在产生第一比较信号或第二比较信号时，可将低电平信号作为所述第一比较信号，将高电平信号作为所述第二比较信号。具体实施时，第一比较器Q1可采用运算放大器进行实现。
进一步地，所述比较电路404还包括用于锁定所述第一比较信号或所述第二比较信号的第一锁存器SR1；
所述第一锁存器SR1包括置位输入端S、复位输入端R和置位输出端Q；
其中，所述置位输入端S与所述第一比较器Q1的输出端连接；所述复位输入端R与所述主控电路403输出端连接；所述置位输出端Q与所述计数电路401的输入端U/D连接。
所述第一锁存器SR1，从第一比较器Q1输出端接入所述第一比较信号或所述第二比较后，将所述第一比较信号或所述第二比较信号进行锁定。由于模拟电路中传输的信号往往因电路环境或线路布局等问题产生震荡，因此可产生信号跳变等现象，因此，通过第一锁存器SR1，可先将第一比较器Q1的比较结果，即第一比较信号或第二比较信号进行锁定，再将其传输给延时电路402。
具体地，第一锁存器SR1可采用SR锁存器实现。SR锁存器也称为RS触发器，具体实施时，把两个与非门的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器。因此，SR锁存器具有两个输入端，分别为置位输入端S和复位输入端R。
进一步地，所述计数电路401包括计数器T1。
所述计数器T1包括数据输入端U/D、时钟端CLK和计数输出端Y1～YN；其中，所述计数器T1的数据输入端U/D与所述比较电路输出端连接，即与所述第一锁存器SR1的置位输出端S连接，所述时钟端CLK与所述主控电路403输出端连接，所述计数输出端Y1～YN与所述延时电路402的输入端连接；其中N＞1。
所述计数器T1用于在所述整流开关管MOSFET被打开时设置或更新一计数值，包括：当所述整流开关管MOSFET被初次打开时，将所述计数值设置为一数值；当所述整流开关管MOSFET被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
优选地，所述计数器T1为加减计数器。
所述加减计数器，用于在接收到所述第一比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；在接收到所述第二比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间；其中，n为所述计数值的当前值，且n＞0。
具体地，加减计数器只有在整流开关管为导通状态时才开始接收第一锁存器SR1的锁存数据。加减计数器的数据输入端与第一锁存器SR1的输出端Q连接；加减计数器的时钟输入端与主控电路403的输出端连接，以接受主控电路403的控制。
在本实施例中，加减计数器更新计数值的基本原理与实施例二所记载的相应内容相同，在此不再赘述。
在一种可实现方式中，所述延时电路402包括：
数模转换器DAC1，用于接入所述计数器T1输出的计数值，对所述计数值进行数模转换，产生与所述计数值相对应的转换电压；
充电电路，用于接入所述转换电压，并将所述转换电压作为参考电压进行充电处理，以获得充电电压；当所述充电电压与所述转换电压的大小相等时，产生并输出所述关断使能信号至所述主控电路，以关断所述整流开关管。
优选地，所述充电电路包括：电流源I1、第二比较器Q2、电容器C1和场效应管D1。
其中，所述电流源I1与所述电容器C1连接，用于对所述电容器C1进行充电，以获得充电电压。
所述第二比较器Q2与所述数模转换器DAC1、所述电流源I1、所述电容器分别连接，用于对所述充电电压与所述转换电压进行比较，并产生所述关断使能信号。
所述场效应管D1的源极与所述第二比较器Q2的输出端连接，漏极与所述电流源I1的输出端连接，栅极接地。
在本实施例中，其执行与所述计数值相对应的时间延迟的工作过程是：先将计数值转换为与之对应的电压信号，不同的计数值对应映射为不同的转换电压值；然后将该转换电压值作为参考电压值对电容器C1进行充电，以获得充电电压；当所述充电电压与该转换电压的大小相等时，实际上此时刚好完成了与所述计数值相对应的时间延迟。
具体实施时，可采用数模转换器DAC1将计数值转换为相应的转换电压，通过电流源I1对电容器C1进行充电，以及通过第二比较器Q2实现转换电压与充电电压的比较。具体地，数模转换器DAC1将计数值与相应的电压值进行映射时，应考虑电容器C1的充电效率或其所需充电时间，在理想情况下，电容器C1充电至所述转换电压值所需要的时间应与所述计数值所对应的延迟时间相等。
在本实施例中，所述第二比较器Q2与所述数模转换器DAC1、所述电流源I1、所述电容器C1分别连接，可采用多种连接方式，其中：
在一种连接方式中，所述电容器C1一端接地，另一端与所述电流源I1的输出端连接后，连接在所述第二比较器Q2的正相输入端上；所述第二比较器Q2的反相输入端与所述数模转换器DAC1输出端连接。
或者，在另一种连接方式中，所述电容器C1一端接地，另一端与所述电流源I1的输出端连接后，连接在所述第二比较器Q2的反相输入端上；所述第二比较器Q2的正相输入端与所述数模转换器DAC1输出端连接。
进一步地，所述主控电路403包括用于产生关断信号的第二锁存器SR2。且，
当所述电容器C1连接在所述第二比较器Q2的反相输入端且所述数模转换器DAC1输出端与所述第二比较器Q2的正相输入端连接时，所述第二比较器Q2的输出端与所述第二锁存器SR2的复位输入端连接，将所述关断使能信号传输至所述第二锁存器SR2，所述第二锁存器SR2产生所述关断信号。
当所述电容器C1连接在所述第二比较器Q2的正相输入端且所述数模转换器DAC1输出端与所述第二比较器Q2的反相输入端连接时，所述主控电路504还包括一反相器Inv1；所述第二比较器Q2的输出端通过所述反相器Inv1连接在所述第二锁存器Q2的复位输入端上，将所述关断使能信号进行反相后传输至所述第二锁存器SR2，所述第二锁存器SR2产生所述关断信号。
在本实施例中，与第一锁存器SR1相同，所述第二锁存器SR2可同样采用SR锁存器或RS触发器进行实现。
具体实施时，第二锁存器SR2可以通过在置位输入端接入外部控制信号，根据电路的实际运行情况，产生并控制所述第二锁存器SR2输出信号的电平值，或在复位输入端接入的第二比较器Q2输出的关断使能信号，以控制第二锁存器SR2的输出信号，从而控制整流开关管的工作状态。
具体实施时，当数模转换器DAC1的输出端OUT与第二比较器Q2的反相输入端进行连接，且第二比较器Q2的同相输入端与电流源I1连接时，第二比较器Q2的输出端所输出的关断使能信号将为高电平信号，此时，由于第二比较器Q2输出的关断使能信号将输出至在第二锁存器SR2的复位输入端R上，而第二锁存器SR2的复位输入端R为低电平有效端，因此，需要将所述关断使能信号的电平进行翻转处理，因此，需要添置以反相器Inv1，对延时电路402产生的关断使能信号进行预处理。
本实施例提供的同步整流控制电路的信号控制过程为：
计数电路401中的加减计数器T1在整流开关管MOSFET首次被打开时，将其预设的计数值传输给数模转换器DAC1；在整流开关管MOSFET被再次打开时，加减计数器T1根据第一锁存器SR1的输出值对计数值进行更新，并将更新后的计数值输出给数模转换器DAC1；数模转换器DAC1将所述计数值换算为相应的转换电压信号；第二比较器Q2将该转换电压信号与电流源I1对电容器C1的充电电压进行比较，在电容器C1的充电电压充满至转换电压的大小时，完成了与所述计数值相应的时间延迟，从而产生关断使能信号传输给第二锁存器SR2；第二锁存器SR2产生关断信号控制关断整流开关管MOSFET，同时，控制第一比较器Q1执行整流开关管MOSFET关断时的漏源电压VDS与参考电压Vref的比较，并根据比较结果产生一个控制所述计数值进行更新的比较信号。该比较信号在整流开关管MOSFET再次被打开时，被输出到加减计数器T1中，以实现对计数值的更新。
通过循环执行以上的工作过程，使整流开关管被最终在电感电流已经下降为零时被关断，即比较精准的实现了零电流关断目的。
本发明提供的同步整流控制电路，先将整流开关管在打开后经过一定时间的精准延迟后，然后将关断后的整流开关管的漏源电压与一个基准电压进行比较，通过比较的结果，判断前一个开关周期中，整流开关管是否在电感电流为零的时刻被关断并根据判断结果调整下一个开关周期中整流开关管打开到关断所经过的延迟时间，最终控制整流开关管在电感电流下降为零时被关断。由于基准电压远大于比较器失调电压且小于二极管的导通电压，因此，本发明提供的同步整流控制电路的零电流检测不受比较器失调电压的影响，因而进一步提高了电路控制的精度。应用本发明提供的同步整流控制电路，精度高、调节灵活、开关损耗低，可使得开关电源的转换效率大大提高。
实施例五
本发明还提供了一种开关型电压调节器，包括开关电路和实施例三或实施例四任一项所述同步整流控制电路。
参看图5，是本发明实施例五提供的一种开关型电压调节器的电路原理图。
所述开关电路至少包括功率开关管SW、电感L、整流开关管MOSFET。本实施例以BOOST结构的开关电路为例，说明本发明提供的一种开关型电压调节器原理。具体实施时，功率开关管SW被关断时，控制整流开关管MOSFET打开。需要说明的是，本发明提供的开关电路可包括但不限于BOOST结构电路、BUCK结构电路以及BOOST-BUCK结构电路。
所述同步整流控制电路包括计数电路501、延时电路502、主控电路503和比较电路504，用于控制所述整流开关管MOSFET，并在所述电感L所产生的电流为零的时刻，同步控制关断所述整流开关管MOSFET。
在本实施例中，通过本发明以上实施例提供的同步整流控制电路，来实现对开关电路中的整流开关管MOSFET进行开关控制，其控制的基本原理与实施例三或实施例四相同，在此不再赘述。
本发明通过采用改进的同步整流控制电路，实现对整流开关管的控制，降低整流开关管的开关损耗，提高了整流开关管的开关精度，从而提高开关型电压调节器的整体工作效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种同步整流控制方法，用于控制同步整流电路中的整流开关管，其特征在于，包括：
S1：在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；
S2：执行与所述计数值相对应的延迟时间后产生一关断使能信号；
S3：根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管，并判断所述整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压的大小关系；
S4：根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号；
其中，所述步骤S4具体为：
当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生用于增加所述计数值的第一比较信号；
当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生用于减少所述计数值的第二比较信号。
2.如权利要求1所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
当所述整流开关管被初次打开时，将所述计数值设置为一数值；
当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
3.如权利要求2所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
在所述整流开关管被关断时，采集所述整流开关管的漏源电压；并将所述漏源电压与所述基准电压进行比较，包括：
当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生所述第一比较信号；
当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生所述第二比较信号。
4.如权利要求3所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述计数值的当前值为n，其中n＞0；
则所述当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新，包括：
若所述比较信号为所述第一比较信号，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；
若所述比较信号为所述第二比较信号，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间。
5.如权利要求1～4任一项所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述基准电压的电压值小于所述整流开关管的体二极管的导通压降。
6.一种同步整流控制电路，用于控制同步整流电路中的整流开关管，其特征在于，包括：
计数电路，用于在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值；
延时电路，与所述计数电路连接，用于接收所述计数值，并执行与所述计数值相对应的延迟时间后产生一关断使能信号；
主控电路，与所述延时电路连接，用于接收关断使能信号，并根据所述关断使能信号控制关断所述整流开关管；
比较电路，与所述主控电路及所述整流开关管连接，用于在所述主控电路控制关断所述整流开关管被关断后，判断所述整流开关管的漏源电压与一预设的基准电压的大小关系；
所述比较电路，还用于根据所述漏源电压与所述基准电压的大小关系，产生用于更新所述计数值的比较信号；并将所述比较信号传输给所述计数电路，以控制所述计数电路对所述计数值更新；
所述比较电路具体用于当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生用于增加所述计数值的第一比较信号；当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生用于减少所述计数值的第二比较信号。
7.如权利要求6所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述比较电路包括：参考电压源和第一比较器；所述参考电压源，用于产生所述基准电压；
所述第一比较器包括第一输入端和第二输入端，其中，所述第一输入端通过所述参考电压源与所述整流开关管的源极连接；所述第二输入端与所述整流开关管的漏极连接；
所述第一比较器用于在所述整流开关管被关断时，采集所述整流开关管的漏源电压，并将所述漏源电压与所述基准电压进行比较，包括：当所述漏源电压大于所述基准电压时，产生所述第一比较信号；当所述漏源电压小于所述基准电压时，产生所述第二比较信号。
8.如权利要求7所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述比较电路还包括用于锁定所述第一比较信号或所述第二比较信号的第一锁存器；
所述第一锁存器包括置位输入端、复位输入端和置位输出端；
其中，所述置位输入端与所述第一比较器的输出端连接；所述复位输入端与所述主控电路输出端连接；所述置位输出端与所述计数电路的输入端连接。
9.如权利要求8所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述计数电路包括一计数器；
所述计数器包括数据输入端、时钟端和计数输出端；其中，所述计数器的数据输入端与所述比较电路输出端连接，所述时钟端与所述主控电路输出端连接，所述计数输出端与所述延时电路的输入端连接；
所述计数器，用于在所述整流开关管被打开时设置或更新一计数值，包括：当所述整流开关管被初次打开时，将所述计数值设置为一数值；当所述整流开关管被再次打开时，根据所述比较信号对所述计数值的当前值进行更新。
10.如权利要求9所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述计数器为加减计数器；
所述加减计数器，用于在接收到所述第一比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n+1，以延长所述延迟时间；在接收到所述第二比较信号时，将所述计数值的当前值更新为n-1，以缩短所述延迟时间；其中，n为所述计数值的当前值，且n＞0。
11.如权利要求10所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述延时电路包括：
数模转换器，用于接入所述计数器输出的计数值，对所述计数值进行数模转换，产生与所述计数值相对应的转换电压；
充电电路，用于接入所述转换电压，并将所述转换电压作为参考电压进行充电处理，以获得充电电压；当所述充电电压与所述转换电压的大小相等时，产生并输出所述关断使能信号至所述主控电路，以关断所述整流开关管。
12.如权利要求11所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述充电电路包括：电流源、第二比较器、电容器和场效应管；
所述电流源与所述电容器连接，用于对所述电容器进行充电，以获得充电电压；
所述第二比较器与所述数模转换器、所述电流源、所述电容器分别连接，用于对所述充电电压与所述转换电压进行比较，并在所述充电电压达到所述转换电压时产生所述关断使能信号；
所述场效应管的源极与所述第二比较器的输出端连接，漏极与所述电流源的输出端连接，栅极接地。
13.如权利要求12所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述第二比较器与所述数模转换器、所述电流源、所述电容器分别连接，具体为：
所述电容器一端接地，另一端与所述电流源的输出端连接后，连接在所述第二比较器的正相输入端上；所述第二比较器的反相输入端与所述数模转换器输出端连接；
或者，所述电容器一端接地，另一端与所述电流源的输出端连接后，连接在所述第二比较器的反相输入端上；所述第二比较器的正相输入端与所述数模转换器输出端连接。
14.如权利要求13所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述主控电路包括用于产生关断信号的第二锁存器；且，
当所述电容器连接在所述第二比较器的反相输入端且所述数模转换器输出端与所述第二比较器的正相输入端连接时，所述第二比较器的输出端与所述第二锁存器的复位输入端连接，将所述关断使能信号传输至所述第二锁存器，所述第二锁存器产生所述关断信号；
当所述电容器连接在所述第二比较器的正相输入端且所述数模转换器输出端与所述第二比较器的反相输入端连接时，所述主控电路还包括一反相器；所述第二比较器的输出端通过所述反相器连接在所述第二锁存器的复位输入端上，将所述关断使能信号进行反相后传输至所述第二锁存器，所述第二锁存器产生所述关断信号。
15.一种开关型电压调节器，其特征在于，包括开关电路和权利要求6～14任一项所述同步整流控制电路；
所述开关电路至少包括功率开关管、电感、整流开关管；
所述同步整流控制电路用于控制所述整流开关管，并在所述电感所产生的电流为零的时刻，控制关断所述整流开关管。
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