CN104079190B - 一种同步整流控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种同步整流控制方法，包括同步整流的开关电路，所述开关电路包括主开关管和同步整流管，设定一时间阈值T1，所述时间阈值T1是同步整流管关断之后，主开关管开启之前，同步整流管B体二极管导通时间的目标值，将同步整流管的体二极管导通时间t维持在时间阈值T1的附近。本发明的有益效果：不需要主开关管开关信号的情况下，同步整流管可以根据负载电流自适应工作于连续电流模式或断续电流模式，使得系统效率可以大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种可适用于断续电流模式和连续电流模式的同步整流控制方法。
背景技术
为提高开关电路的效率，采用同步整流MOS管替代二极管。但某些情况下，同步整流MOS管的控制难以获得主开关管的开关信号。为避免主开关管和同步整流管直通，现有无主开关管开关信号的同步整流管只能工作于断续电流模式，影响系统效率。
发明内容
本发明提供了一种在不需要主开关管开关信号的情况下，既可以工作于断续电流模式，也可以工作于连续电流模式的同步整流控制方法，使得系统效率可以大大提高。
本发明采用的技术方案是：
一种同步整流控制方法，包括同步整流的开关电路，所述开关电路包括主开关管和同步整流管，其特征在于：设定一时间阈值T1，所述时间阈值T1是同步整流管关断之后，主开关管开启之前，同步整流管的体二极管导通时间的目标值，将同步整流管的体二极管导通时间t维持在时间阈值T1的附近。
进一步，所述同步整流管上连接有检测其导通期间电流的快速电流比较器，所述快速电流比较器内设有在同步整流管关断后检测同步整流管的体二极管导通时间t的反馈回路，通过调整同步整流管的电流阈值IBT来调整同步整流管的体二极管导通时间t，当体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则降低同步整流管的电流阈值IBT，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则增加同步整流管电流阈值IBT，从而延长体二极管导通时间t。
进一步，所述电流阈值IBT设有一上限值IBTH和一下限值IBTL。
或者，所述电流阈值IBT是一正值固定值或负值固定值。
进一步，所述同步整流管的电流IB在同步整流管和主开关管同时开通时，迅速变为负值，所述同步整流管通过快速电流比较器快速关断。
或者，所述同步整流管上设置有调整其导通时间TBON的反馈回路，通过调整同步整流管的导通时间TBON来调整同步整流管的体二极管导通时间t，当同步整流管的体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则延长同步整流管的导通时间TBON，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则缩短同步整流管的导通时间TBON，从而延长体二极管导通时间t。
本发明的原理：在同步整流管侧加入一个快速电流比较器，在同步整流管导通期间，检测流经同步整流管的电流IB。当IB低于其电流阈值IBT时，同步整流管关断，其中VGB为同步整流管的开通信号，VGA为主开关管的开通信号。电流IB通过同步整流管的体二极管(body diode)续流，同步整流管的漏端相对源端的电压VDS会有一个跌落。直到主开关管导通（或IB为零或为负）时，VDS才变成正值。同步整流管关断之后，VDS跌落的时间t为同步整流管的体二极管导通时间。快速电流比较器有一个反馈回路检测体二极管导通时间t，当t长于时间阈值T1时，则降低电流阈值IBT，从而缩短t；当t短于时间阈值T1时，则增加电流阈值IBT，从而延长t。通过这个反馈回路，使得同步整流管的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近。这样就确保当系统处于连续电流模式时，在主开关管导通之前同步整流管已经OFF，靠其体二极管续流，从而避免主开关管和同步整流管直通，使得同步整流的开关电路可以工作于连续电流模式。
本发明所述的控制方法也同样适用于电路工作于断续电流模式。同步整流管的体二极管导通时间反馈回路自动调整IBT使得体二极管在同步整流管关断之后的续流时间在时间阈值T1附近，从而保证同步整流管在电流为零附近关断。通过这种控制方法，在不需要主开关管开关信号的情况下，同步整流管就可以根据负载电流自适应工作于连续电流模式或断续电流模式。
当主开关管在同步整流管关断之前开通，同步整流管电流IB会迅速减小，低于电流阈值IBT，同步整流管通过快速电流比较器做出判断，快速关断。在这种情况下，同步整流管电流比较器的速度至关重要，足够快的电流比较器，可以减小主开关管和同步整流管直通的时间，从而减小主开关管和同步整流管直通的损耗。这种情况下，同步整流管的体二极管不导通，可以消除同步整流管的体二极管的导通损耗和反向恢复损耗。
本发明通过一个反馈回路控制同步整流管体二极管导通时间t的方法还可以是通过调整同步整流管的导通时间TBON实现。当同步整流管的体二极管导通时间t长于某时间阈值T1时，则延长同步整流管的导通时间TBON，从而缩短t；当t短于时间阈值T1时，则缩短同步整流管的导通时间TBON，从而延长t。通过这个反馈回路，使得同步整流管的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近。
本发明的有益效果：不需要主开关管开关信号的情况下，同步整流管可以根据负载电流自适应工作于连续电流模式或断续电流模式，使得系统效率可以大大提高。
附图说明
图1是本发明的同步整流的反激电路的结构示意图。
图2是本发明的实施例一的一种情况原理图。
图3是本发明的实施例一的另一种情况原理图。
图4是本发明的实施例一的另一种情况原理图。
图5是本发明的实施例二的原理图。
图6是本发明应用于非隔离降压电路的结构示意图。
图7是实现本发明的一种电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例一
参照图1、图2，一种同步整流控制方法，包括同步整流的开关电路，所述开关电路上包括主开关管A和同步整流管B，设定一时间阈值T1，所述时间阈值T1是同步整流管B关断之后，主开关管A开启之前，同步整流管B体二极管导通时间的目标值，将同步整流管B的体二极管导通时间t维持在时间阈值T1的附近。
本实施例中的所述同步整流管B上连接有检测其导通期间电流的快速电流比较器，所述快速电流比较器内设有在同步整流管B关断后检测同步整流管B的体二极管导通时间t的反馈回路，通过调整同步整流管B的电流阈值IBT来调整同步整流管B的体二极管导通时间t，当体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则降低同步整流管B的电流阈值IBT，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则增加同步整流管B电流阈值IBT，从而延长体二极管导通时间t。通过这个反馈回路，使得同步整流管的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近。
可以在本发明所述的控制方法中对电流阈值IBT的调整范围加入上限或下限的限定，所述电流阈值IBT设有一上限值IBTH和一下限值IBTL，IBT最高不能超过某一个上限值IBTH；或IBT最低不能低于某一个下限值IBTL。
也可以设定一个固定的电流阈值IBT。IBT可以为正值，也可以为负值。
当主开关管在同步整流管关断之前开通，所述同步整流管B的电流IB会迅速减小，低于电流阈值IBT，所述同步整流管B通过快速电流比较器快速关断。
本发明的原理：在同步整流管B侧加入一个快速电流比较器，在同步整流管B导通期间，检测流经同步整流管B的电流IB。当IB低于其电流阈值IBT时，同步整流管B关断，如图2所示，其中VGB为同步整流管B的开通信号，VGA为主开关管A的开通信号。当同步整流管的电流IB为正值，同步整流管关断后，电流IB通过同步整流管B的体二极管(body diode)续流，同步整流管B的漏端D相对源端S的电压VDS会有一个跌落。直到主开关管A导通（或IB为零或为负）时，VDS才变成正值。从同步整流管B关断之后VDS跌落的时间t为同步整流管B的体二极管导通时间t。快速电流比较器有一个反馈回路检测体二极管导通时间t，当t长于时间阈值T1时，该时间阈值T1是同步整流管关断之后，主开关开启之前，同步整流管体二极管导通时间的目标值，则降低电流阈值IBT，从而缩短t；当t短于时间阈值T1时，则增加电流阈值IBT，从而延长t。通过这个反馈回路，使得同步整流管B的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近。当负载比较大，系统处于连续电流模式的情况，这种控制方法可以确保在主开关管A导通之前同步整流管已经OFF，靠其体二极管续流，从而避免主开关管A和同步整流管B直通，使得同步整流的开关电路可以工作于连续电流模式，如图2所示。
本发明所述的控制方法也同样适用于电路工作于断续电流模式。当负载比较小，系统处于断续电流模式的情况，同步整流管B的体二极管导通时间反馈回路自动调整IBT使得体二极管在同步整流管B关断之后的续流时间在时间阈值T1附近，从而保证同步整流管B在电流为零附近关断，如图3所示。
对于IBTH比较低，或固定IBT的情况，当同步整流管B电流的最小值为正值且低于IBT的情况，其工作波形与图2相同。当同步整流管B电流IB的最小值高于IBT的情况，主开关管A会在同步整流管B关断之前开通，同步整流管B的电流IB会迅速减小，低于IBT，通过快速电流比较器做出判断，快速关断，其工作波形如图4。在这种情况下，同步整流管B电流比较器的速度至关重要，足够快的电流比较器，可以减小主开关管A和同步整流管B直通的时间，从而减小主开关管A和同步整流管B直通的损耗。这种情况下，同步整流管B的体二极管不导通，可以消除同步整流管的体二极管的导通损耗和反向恢复损耗。
实施例二
参照图5，本实施例与实施例一的不同之处在于所述同步整流管B上设置有调整其导通时间TBON的反馈回路，通过调整同步整流管B的导通时间TBON来调整同步整流管B的体二极管导通时间t，当同步整流管B的体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则延长同步整流管B的导通时间TBON，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则缩短同步整流管B的导通时间TBON，从而延长体二极管导通时间t。
本实施例通过一个反馈回路控制同步整流管B体二极管导通时间t的方法还可以是通过调整同步整流管B的导通时间TBON实现。当同步整流管B的体二极管导通时间t长于某时间阈值T1时，则延长同步整流管B的导通时间TBON，从而缩短t；当t短于时间阈值T1时，则缩短同步整流管B的导通时间TBON，从而延长t。通过这个反馈回路，使得同步整流管B的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近。
图1以反激电路为例描述本发明，但本发明也可以应用于反激电路以外的其他隔离或非隔离电路的同步整流管控制。图6所示的同步整流非隔离降压电路，其中的同步整流管B，也可以采用本发明，在不需要主开关管开关信号的情况下，同步整流管可以自适应工作于连续电流模式或断续电流模式。
图7所示的是本发明的一种实现电路，比较器K1通过比较同步整流管B两端的电压，在同步整流管B关断之后，获得同步整流管体二极管的导通信号S1，脉宽为t。K3根据S1产生一个上升沿和S1同步,脉宽固定为T1的信号S2。K4是相位比较器，比较S1，S2的下降沿,产生一个滤波的电压信号V1。V1控制一个压控电流源I1。I1的电流经过一个阻值和同步整流管B的导通电阻Rdson成正比的电阻R1，电阻R1的另一端接同步整流管的漏极。电流比较器K2通过比较电阻R1的一端和同步整流管的源极，产生RST信号用于关断同步整流管。压控电流源I1和电阻R1调整了同步整流管的关断阈值IBT。通过这个反馈回路，可以使得同步整流管体B的二极管导通脉宽t接近于信号S2的固定脉宽T1，从而达到同步整流管B的体二极管导通时间t维持在其阈值T1附近的目的。
Claims (5)
1.一种同步整流控制方法，包括同步整流的开关电路，所述开关电路包括主开关管和同步整流管，其特征在于：设定一时间阈值T1，所述时间阈值T1是同步整流管关断之后，主开关管开启之前，同步整流管的体二极管导通时间的目标值，将同步整流管的体二极管导通时间t维持在时间阈值T1的附近；所述同步整流管上连接有检测其导通期间电流的快速电流比较器，所述快速电流比较器内设有在同步整流管关断后检测同步整流管的体二极管导通时间t的反馈回路，通过调整同步整流管的电流阈值IBT来调整同步整流管的体二极管导通时间t，当体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则降低同步整流管的电流阈值IBT，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则增加同步整流管电流阈值IBT，从而延长体二极管导通时间t。
2.根据权利要求1所述的同步整流控制方法，其特征在于：所述电流阈值IBT设有一上限值IBTH和一下限值IBTL。
3.根据权利要求1所述的同步整流控制方法，其特征在于：所述电流阈值IBT是一正值固定值或负值固定值。
4.根据权利要求1~3之一所述的同步整流控制方法，其特征在于：所述同步整流管的电流IB在同步整流管和主开关管同时开通时，迅速变为负值，所述同步整流管通过快速电流比较器快速关断。
5.根据权利要求1所述的同步整流控制方法，其特征在于：所述同步整流管上设置有调整其导通时间TBON的反馈回路，通过调整同步整流管的导通时间TBON来调整同步整流管的体二极管导通时间t，当同步整流管的体二极管导通时间t长于时间阈值T1时，则延长同步整流管的导通时间TBON，从而缩短体二极管导通时间t；当体二极管导通时间t短于时间阈值T1时，则缩短同步整流管的导通时间TBON，从而延长体二极管导通时间t。
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