CN105978304B - 一种同步整流控制驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步整流控制驱动器，现有技术不是体积大成本高就是损耗加大，尤其是在整流电流相差较大的情况下电阻的取值难予兼顾。本发明包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R0、第五电阻Rg、比较器U、第一同步整流管Q1、第二同步整流管Q2和同步整流MOSFET；本发明既实现了同步整流管关闭期反向电压可靠阻断，同时又实现了同步整流管电流方向的高速、精密探测的采样、闭环控制、驱动的一体结构。

Description

一种同步整流控制驱动器

技术领域

本发明涉及电源变换技术领域的一种同步整流技术，尤其是一种能高速、准确检测同步整流管电流方向的同步驱动控制器。

背景技术

采用MOSFET管替代常规整流二极管实现同步整流，可大大提高变换器的整体效率，这项技术已成为整个电源行业广泛推广的新技术。近十年间一直是电源技术的研发热点，一项成熟的技术原理却引起整个行业专家、学者投身多年的研发，其主要原因在于如何使之通用于不同的电源变换器拓扑和不同的导电模式。从整流二极管的工作状态可以得知，它不仅能整流而且能续流，真正符合整流二极管运行规律的同步控制点应为整流回路的电流方向转换点。因此，电流型同步才是最理想的同步，要检测整流回路的电流换向点主要有两种做法：1.采用电流互感器；2.串入检流电阻。然而这两种方案各有利弊，前者体积大成本高；后者损耗加大，尤其是在整流电流相差较大的情况下电阻的取值难予兼顾。最新的技术则是直接利用同步整流MOSFET管的导通内阻替代检流电阻，这一技术可获得最简洁的电路和最小的损耗。传统的电压或电流同步检测多为电阻分压型，在同步整流管关闭期间采样输入端将承受较高反向电压的冲击，需采用较大取值的采样电阻并设钳位电路来降低损耗，这样又会造成响应速度的下降。最新的技术是在采样端串入一个二极管来阻断反向电压，这的确是一个好办法。然而，由于二极管正向导通压降受批量特性差异的影响和随环境温度而变化的固有特性，都会使控制精度和运行的可靠性大为降低。尤其是在采用超低导通内阻的同步整流管时问题更为突出。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种采用一对孪生二极管既实现了同步整流管关闭期反向电压可靠阻断，同时又实现了同步整流管电流方向的高速、精密探测的采样、闭环控制、驱动的一体结构。

本发明为一种同步整流控制驱动器，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R0、第五电阻Rg、比较器U、第一同步整流驱动管Q1和第二同步整流驱动管Q2；

所述的第一二极管D1阴极接外部同步整流MOSFET的源极，阳极与第三二极管D3阳极、第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端、比较器U的同向输入端连接，第一电阻R1的另一端与电容CO的一端、第二电阻R2的一端、比较器U的正电源端、第四电阻R0的一端连接，电容CO的另一端接外部同步整流MOSFET管的漏极，第二电阻R2的另一端与比较器U的反向输入端、第三二极管D3的阴极、第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与比较器U的负电源端、第二同步整流驱动管Q2的集电极连接并接外部同步整流MOSFET管的漏极，第三电阻R3的另一端与第二同步整流驱动管Q2的基极、第一同步整流驱动管Q1的基极、比较器U的输出端连接，第四电阻R0的另一端与第一同步整流驱动管Q1的集电极连接并接VCC，第一同步整流驱动管Q1发射极与第二同步整流驱动管Q2的发射极、第五电阻Rg的一端连接，第五电阻Rg的另一端接外部同步整流MOSFET管的栅极。

有益效果：

1、本项技术将高速电压比较器的两个输入端分别设置为基准和采样比较端，其电位数值由高度对称的两个二极管的正向偏置点电位确定，最佳的做法是采用一对孪生二极管。从同一正电源通过等值的电阻分别为这两个二极管施加正向电流偏置即可获得互为温度补偿且压差极小的两个偏置电压，一旦将这两个偏置电压的“零”点分别建立在同步整流管的源、漏两端，即可将其流经沟道内阻的电流所形成的压降，包括电流大小和方向等电压信息直接转换到比较器的两个输入端,这样的电路结构不仅大大地提高了采样的精度并基本消除了环境温度对可靠性的影响；

2、在同步整流管关闭初期，处于采样端的二极管会随反向电压由负变正、由低变高的过程使二极管偏置电流逐步降低，直至反向电压上升到高于控制器的供电电压时，二极管才进入反向阻断。因此，比较器采样输入端的电平会跳高至供电电压，对有输入共模电压范围限制的比较器是不可行的，即使采用轨对轨的比较器来避免对器件造成伤害，同样存在比较器输入端因过大的电压摆幅会造成控制响应速度变慢。本项技术在比较器两个输入端之间设置了一个肖特基二极管来对此上跳电压实现导通钳位，使采样端电压摆幅限制在0.2V以内，有效地提高了控制器的响应速度；

3、本项技术采用了具有低失调电流的高精度高速比较器，即使采用内阻低至几毫欧的MOS同步整流管也不会产生同步控制的误动；

4、为消除高速比较器在状态转换点产生震荡，本项技术特别设置了闭环正反馈，以改变基准端二极管偏置电流的方式来微量地加入正反馈电压，有效地消除了有害的震荡。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种同步整流控制驱动器，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R0、第五电阻Rg、比较器U、第一同步整流管Q1、第二同步整流管Q2和同步整流MOSFET；第一同步整流驱动管Q1、第二同步整流驱动管Q2共同组成图腾柱驱动外部的同步整流MOSFET管；

所述的第一二极管D1阴极接外部同步整流MOSFET管的源极，阳极与第三二极管D3阳极、第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端、比较器U的同向输入端连接，第一电阻R1的另一端与电容CO的一端、第二电阻R2的一端、比较器U的正电源端、第四电阻R0的一端连接，电容CO的另一端接外部同步整流MOSFET管的漏极，第二电阻R2的另一端与比较器U的反向输入端、第三二极管D3的阴极、第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与比较器U的负电源端、第二同步整流驱动管Q2集电极连接并接外部同步整流MOSFET管的漏极，第三电阻R3的另一端与第二同步整流驱动管Q2的基极、第一同步整流管Q1的基极、比较器U的输出端连接，第四电阻R0的另一端与第一同步整流驱动管Q1的集电极连接并接VCC，第一同步整流驱动管Q1发射极与第二同步整流驱动管Q2的发射极、第五电阻Rg的一端连接，第五电阻Rg的另一端接外部同步整流MOSFET管的栅极。

本发明同步整流控制驱动器是以一个高速电压比较器为控制核心；驱动器是由比较器的输出端直接推动一个图腾柱形成；外部同步整流管电流方向探测是由两个对称的电阻和二极管串联支路，每个支路由等值的电阻为二极管提供正向偏置，并将此受偏置所建立的两个二极管正向压降分别接至比较器的同向和反向输入端，两个支路的偏置电流流出端分别接入外部同步整流MOSFET的源极和漏极两端，这样的对称电平平移支路即可将流经外部MOSFET源-漏沟道内阻的电流及其极性所形成的压降，精密地转换为比较器两个输入端的采样信号，在电流极性转换瞬间，几个毫伏的变化就能精确地识别。

同步整流控制含有正反馈闭环回路，由反馈电阻R3连接在比较器的输出和同向输入端之间；既实现了上电初始输出关闭优先，又能有效地消除状态转换时的震荡；

所述的同步整流控制含有一个采样输入钳位二极管可有效提高控制的响应速度；

所述的同步检测所采用的孪生双二极管亦可采用两个同批次并检测其相同偏置电流条件下正向电压误差＜5mV的单二极管，紧靠贴装后在其顶面加隔热封胶，使它们处于相对的等温体内，同样可以获得与孪生对管相近的使用效果。

Claims (1)

1.一种同步整流控制驱动器，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R0、第五电阻Rg、比较器U、第一同步整流驱动管Q1和第二同步整流驱动管Q2；

其特征在于：所述的第一二极管D1阴极接外部同步整流MOSFET的源极，阳极与第三二极管D3阳极、第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端、比较器U的同向输入端连接，第一电阻R1的另一端与电容CO的一端、第二电阻R2的一端、比较器U的正电源端、第四电阻R0的一端连接，电容CO的另一端接外部同步整流MOSFET管的漏极，第二电阻R2的另一端与比较器U的反向输入端、第三二极管D3的阴极、第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与比较器U的负电源端、第二同步整流驱动管Q2的集电极连接并接外部同步整流MOSFET管的漏极，第三电阻R3的另一端与第二同步整流驱动管Q2的基极、第一同步整流驱动管Q1的基极、比较器U的输出端连接，第四电阻R0的另一端与第一同步整流驱动管Q1的集电极连接并接VCC，第一同步整流驱动管Q1发射极与第二同步整流驱动管Q2的发射极、第五电阻Rg的一端连接，第五电阻Rg的另一端接外部同步整流MOSFET管的栅极；将所述比较器的两个输入端分别设置为基准和采样比较端，其电位数值由一对孪生二极管的正向偏置点电位确定；在所述比较器两个输入端之间设置了二极管D3来实现所述比较器输入端的电平跳高至供电电压时，导通钳位。