CN106787636A - 兼容ccm工作模式的同步整流控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，包括：供电模块、基准模块、比较器模组、原边开通判定单元、副边断续预估单元、逻辑单元、驱动单元、同步整流管Q10；所述比较器模组包括开通比较器和第一关断比较器；以及电压端D、供电端VCC、时间设置端AE、时间设置端BE、接地端GND；供电模块的输入端接同步整流控制电路的电压端D，输出端接同步整流控制电路的供电端VCC和基准模块的输入端；开通比较器的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第一基准源，输出端接逻辑单元；第一关断比较器的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第二基准源，输出端接逻辑单元；本发明对同步整流管开关的控制更加精确，使得同步整流芯片工作更稳定。

Description

兼容CCM工作模式的同步整流控制电路

技术领域

本发明涉及一种电源芯片电路，尤其是一种同步整流芯片中的同步整流控制电路。

背景技术

目前现有的同步整流芯片，其同步整流管的开关只靠电压判断，与前级芯片搭配麻烦，不易调试；死区时间短，同步整流控制芯片的可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，对同步整流管开关的控制更加精确，使得同步整流芯片工作更稳定。本发明采用的技术方案是：

一种兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，包括：

供电模块、基准模块、比较器模组、原边开通判定单元、副边断续预估单元、逻辑单元、驱动单元、同步整流管Q10；所述比较器模组包括开通比较器和第一关断比较器；

以及电压端D、供电端VCC、时间设置端AE、时间设置端BE、接地端GND；

供电模块的输入端接同步整流控制电路的电压端D，输出端接同步整流控制电路的供电端VCC和基准模块的输入端；开通比较器的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第一基准源，输出端接逻辑单元；第一关断比较器的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第二基准源，输出端接逻辑单元；

原边开通判定单元的一端接所述时间设置端AE，另一端作为输出端连接逻辑单元；副边断续预估单元的一端接所述时间设置端BE，另一端作为输出端接逻辑单元；所述逻辑单元的输出端通过驱动单元接同步整流管Q10的控制端；同步整流管Q10的电流流入端接同步整流控制电路的电压端D，Q10的电流流出端接同步整流控制电路的接地端GND；

所述供电模块，用于提供同步整流控制电路内所需电压；

所述基准模块，用于至少产生第一基准源和第二基准源；第一基准源的电位高于第二基准源；

所述开通比较器，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第一基准源对比；所述第一关断比较器，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第二基准源对比；

所述原边开通判定单元，用于根据时间设置端AE流入的电流获得电流的积分值，并将电流的积分值与设定值对比；

所述副边断续预估单元，用于根据原边开通判定单元6所获得的电流的积分值以及从时间设置端BE的放电电流预估同步整流管Q10导通所需时间；

所述逻辑单元，用于根据所述开通比较器的对比结果和原边开通判定单元的对比结果，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；以及，用于根据第一关断比较器的对比结果或副边断续预估单元的输出，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号；

所述驱动单元，用于根据所述逻辑单元所生成逻辑控制信号对同步整流管Q10进行驱动。

进一步地，所述逻辑单元，当原边开通判定单元判断出电流的积分值超过设定值，且此时同步整流控制电路的电压端D电压小于第一基准源，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；

当副边断续预估单元的输出给出需要关断同步整流管的信号，即同步整流管Q10导通实际时间达到预估同步整流管导通所需时间的结束点或同步整流控制电路的电压端D电压高于第二基准源，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号。

更进一步地，还包括第二关断比较器；第二关断比较器的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第三基准源，输出端接逻辑单元；

基准模块还产生第三基准源，第一基准源的电位高于第三基准源；

根据第一关断比较器的对比结果或第二关断比较器的对比结果或副边断续预估单元的输出，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号；

即当副边断续预估单元的输出给出需要关断同步整流管的信号，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第二基准源，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第三基准源，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号。

更进一步地，在同步整流管Q10导通的第一时间段内，第一开关比较器不做对比判断；在同步整流管Q10导通的第二时间段内，第二开关比较器不做对比判断；第一时间段长于第二时间段，且两者都短于同步整流管导通所需时间。

进一步地，所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，还包括一钳位电路，所述钳位电路的一端接同步整流管Q10的控制端，另一端接同步整流管Q10的电流流出端。

进一步地，原边开通判定单元包括由NMOS管Q501和Q502组成的第一电流镜、由PMOS管Q503和Q504组成的第二电流镜、积分电容C505、下拉NMOS管Q506、比较器单元U507；所述第一电流镜的一个电流输入端接同步整流控制电路的时间设置端AE，另一电流输入端接第二电流镜的一个电流输出端；第一电流镜的电流输出端接接地端GND；第二电流镜的电流输入端接供电端VCC，第二电流镜的另一电流输出端接积分电容C505的一端和NMOS管Q506的漏极，以及比较器单元U507的同相输入端；积分电容C505的另一端接接地端GND，NMOS管Q506的栅极接控制信号PD，源极接接地端GND；比较器单元U507的反相输入端接第一基准电压Vref1，输出端接逻辑单元；

副边断续预估单元包括由PMOS管Q508和Q509组成的第三电流镜、由NMOS管Q510和Q511组成的第四电流镜、比较器单元U512和NPN三极管Q513；三极管Q513的基极接偏置电压信号Vbe，发射极接时间设置端BE，集电极接第三电流镜的一个电流输出端；第三电流镜的电流输入端接供电端VCC，另一个电流输出端接第四电流镜的一个电流输入端，第四电流镜的另一个电流输入端接积分电容C505的一端以及比较器单元U512的同相输入端；第四电流镜的电流输出端接接地端GND；比较器单元U512的反相输入端接第二基准电压Vref2，输出端接逻辑单元；

第一基准电压Vref1、第二基准电压Vref2由基准模块产生。

本发明进一步提出一种基于兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的控制装置，包括上述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，还包括变压器T302、电容C303、C304，时间常数设置电阻R305、R306，

变压器T302副边绕组的同名端接电阻R305和R306的一端、电容C304的一端，以及副边输出地；变压器T302的异名端接电容C303的一端和同步整流控制电路的接地端GND；电容C303的另一端接同步整流控制电路的供电端VCC；电阻R305的另一端接同步整流控制电路的时间设置端AE，电阻R306的另一端接同步整流控制电路的时间设置端BE；同步整流控制电路的电压端D接电容C304的另一端。

本发明的优点在于：本发明根据电流积分值预测同步整流管导通所需时间，并根据预测同步整流管导通所需时间来产生关断信号，当同步整流管实际导通所需时间超过屏蔽时间，控制同步整流管的关断。综上，本发明同时采用了精准的原边开通判定电路和副边断续预估电路，以及双电压的判定机制，保证同步整流管在面临复杂的系统工作情况下精准工作。

附图说明

图1为本发明的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的原理图。

图2为本发明的基于兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的控制装置的原理图。

图3为本发明的原边开通判定单元和副边断续预估单元原理图。

图4为本发明的DCM模式时工作波形图。

图5为本发明的CCM模式时工作波形图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，设置于同步整流芯片中，包括：供电模块1、基准模块5、比较器模组、原边开通判定单元6、副边断续预估单元7、逻辑单元8、驱动单元9、同步整流管Q10、钳位电路11；所述比较器模组包括开通比较器2和第一关断比较器3，还可以进一步包括第二关断比较器4；

以及电压端D、供电端VCC、时间设置端AE、时间设置端BE、接地端GND；

供电模块1的输入端接同步整流控制电路的电压端D，输出端接同步整流控制电路的供电端VCC和基准模块5的输入端；开通比较器2的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第一基准源，输出端接逻辑单元8；第一关断比较器3的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第二基准源，输出端接逻辑单元8；第二关断比较器4的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第三基准源，输出端接逻辑单元8；

原边开通判定单元6的一端接所述时间设置端AE，另一端作为输出端连接逻辑单元8；副边断续预估单元7的一端接所述时间设置端BE，另一端作为输出端接逻辑单元8；所述逻辑单元8的输出端通过驱动单元9接同步整流管Q10的控制端；同步整流管Q10的电流流入端接同步整流控制电路的电压端D，Q10的电流流出端接同步整流控制电路的接地端GND；同步整流管Q10本例中采用NMOS管，因此其控制端、电流流入端和电流流出端分别是NMOS管的栅极、漏极和源极，Q10也可以采用NPN型三极管；

所述供电模块1，用于提供同步整流控制电路内所需电压；如供给基准模块5输入端的电压；

所述基准模块5，用于至少产生第一基准源和第二基准源；第一基准源的电位高于第二基准源；基准模块5还产生第三基准源，第一基准源的电位高于第三基准源；第二基准源的电位与第三基准源相同或相近；基准模块5还产生第一基准电压Vref1、第二基准电压Vref2；

所述开通比较器2，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第一基准源对比；所述第一关断比较器3，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第二基准源对比；

所述原边开通判定单元6，用于根据时间设置端AE流入的电流获得电流的积分值，并将电流的积分值与设定值对比；

所述副边断续预估单元7，用于根据原边开通判定单元6所获得的电流的积分值以及从时间设置端BE的放电电流预估同步整流管Q10导通所需时间；

所述逻辑单元8，用于根据所述开通比较器2的对比结果和原边开通判定单元6的对比结果，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；以及，用于根据第一关断比较器3的对比结果或第二关断比较器4的对比结果或副边断续预估单元7的输出，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号；

所述驱动单元9，用于根据所述逻辑单元所生成逻辑控制信号对同步整流管Q10进行驱动。

如图2所示，基于兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的控制装置，包括变压器T302、电容C303、C304，时间常数设置电阻R305、R306，以及上述兼容CCM工作模式的同步整流控制电路；电容C303为旁路电路，电容C304为输出电容；

变压器T302副边绕组的同名端接电阻R305和R306的一端、电容C304的一端，以及副边输出地；变压器T302的异名端接电容C303的一端和同步整流控制电路的接地端GND；电容C303的另一端接同步整流控制电路的供电端VCC；电阻R305的另一端接同步整流控制电路的时间设置端AE，电阻R306的另一端接同步整流控制电路的时间设置端BE；同步整流控制电路的电压端D接电容C304的另一端；

旁路电容C303用于为同步整流控制电路提供稳定电压；时间常数设置电阻R305、R306分别用于设定原边开通的时间常数和同步整流管开通的时间常数；

本发明中的逻辑单元8，当原边开通判定单元6判断出电流的积分值超过设定值，且此时同步整流控制电路的电压端D电压小于第一基准源，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；

当副边断续预估单元7的输出给出需要关断同步整流管Q10的信号，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第二基准源，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第三基准源，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号。

本发明的工作原理是：

当原边控制器（图2中未画出，实际位于变压器T302的左侧）开始工作时，图2中同步整流控制电路的电压端出现高电压，通过供电模块1、供电端VCC建立稳定电压；当原边控制器开通时，电路的时间设置端AE和图2中的副边接地端，通过时间常数设置电阻R305作用，电流流入原边开通判定单元 6后获得电流的积分值，当所述电流的积分值超过设定值时，且此时同步整流控制电路的电压端D电压小于第一基准源，逻辑单元 8生成逻辑控制信号通过驱动单元 9导通同步整流管Q10；

副边断续预估单元 7的作用，通过时间常数设置电阻306，通过时间设置端BE产生放电电流，根据所述电流积分值，和时间设置端BE放电电流值，提前预测同步整流管Q10导通所需时间Tp，并根据预测同步整流管Q10导通所需时间Tp提前关断同步整流管，当同步整流管Q10导通实际时间达到预估同步整流管Q10导通所需时间Tp的结束点，则逻辑单元 8可生成逻辑控制信号通过驱动单元9关断同步整流管Q10；用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号还受到第一关断比较器3的对比结果和第二关断比较器4的对比结果影响，第一关断比较器3为快速比较器，在同步整流管Q10刚导通的3μS以内,不做判断，在3μS之后,如果电压端D的电压高于第二基准源，关断同步整流管Q10；第二关断比较器4为普通比较器，在同步整流管刚导通的1μS以内,不做判断，在1μS之后,如果电压端D的电压高于第三基准源电压，关断同步整流管Q10；

为了防止同步整流芯片上电时，同步整流管Q10因为自身寄生电容造成误开通，所述同步整流控制电路还可以包括钳位电路11，所述钳位电路11的一端接同步整流管Q10的栅极，另一端接所述同步整流控制电路的接地端GND，由此防止同步整流管Q10误开通；

对于电路中的原边开通判定单元6和副边断续预估单元7，本发明也给出了具体实施例，但不限于该种方式；如图3所示，

原边开通判定单元6包括由NMOS管Q501和Q502组成的第一电流镜、由PMOS管Q503和Q504组成的第二电流镜、积分电容C505、下拉NMOS管Q506、比较器单元U507；所述第一电流镜的一个电流输入端接同步整流控制电路的时间设置端AE，另一电流输入端接第二电流镜的一个电流输出端；第一电流镜的电流输出端接接地端GND；第二电流镜的电流输入端接供电端VCC，第二电流镜的另一电流输出端接积分电容C505的一端和NMOS管Q506的漏极，以及比较器单元U507的同相输入端；积分电容C505的另一端接接地端GND，NMOS管Q506的栅极接控制信号PD，源极接接地端GND；比较器单元U507的反相输入端接第一基准电压Vref1，输出端接逻辑单元8；当原边开关管（图中未画出）导通时，同步整流控制电路的时间设置端AE为高电位，由NMOS管Q501和Q502组成的第一电流镜开始产生电流，通过第二电流镜给积分电容C505充电；比较器单元U507比较积分电容C505的电压与基准模块产生的第一基准电压Vref1，当积分电容505的电压大于第一基准电压Vref1时，比较器单元U507输出高电位的信号PB。下拉NMOS管Q506的作用是同步整流管Q10的每个导通周期结束时清空积分电容C505上的电压。

副边断续预估单元7包括由PMOS管Q508和Q509组成的第三电流镜、由NMOS管Q510和Q511组成的第四电流镜、比较器单元U512和NPN三极管Q513；三极管Q513的基极接偏置电压信号Vbe（可由基准模块产生），发射极接时间设置端BE，集电极接第三电流镜的一个电流输出端；第三电流镜的电流输入端接供电端VCC，另一个电流输出端接第四电流镜的一个电流输入端，第四电流镜的另一个电流输入端接积分电容C505的一端以及比较器单元U512的同相输入端；第四电流镜的电流输出端接接地端GND；比较器单元U512的反相输入端接第二基准电压Vref2，输出端接逻辑单元8；当同步整流管Q10导通时，同步整流控制电路的时间设置端BE为低电位，通过NPN三极管Q513实现钳位零，此时由PMOS管Q508和Q509组成的第三电流镜开始产生电流，电流通过由NMOS管Q510和Q511组成的第四电流镜开始给积分电容C505放电；比较器单元U512比较积分电容C505的电压与基准模块产生的第二基准电压Vref2，当积分电容C505的电压低于第二基准电压Vref2时，比较器单元U512输出低电位的信号SB通过逻辑单元和驱动单元去关断同步整流管Q10。

第一基准电压Vref1和第二基准电压Vref2是各自独立的，分别影响同步整流管何时导通、何时关断；

根据本发明的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路和基于兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的控制装置，可获得图4和图5所示的波形图。其中pwm信号为原边功率管的驱动信号；gnd信号为副边输出地对同步整流控制电路接地端GND的波形，其中gnd信号的阴影部分积分面积大于一定值是打开同步整流管的必要条件，防止DCM干扰时的误判断；D信号为同步整流管Q10漏极对同步整流控制电路接地端的GND波形，DRV信号为图1中同步整流管Q10的驱动信号。图4中兼容CCM工作模式的同步整流控制电路工作于DCM模式（电流断续模式），图5中兼容CCM工作模式的同步整流控制电路工作于CCM模式（电流连续模式）。

综上，本发明同时采用了精准的原边开通判定电路和副边断续预估电路，以及双电压的判定机制，保证同步整流管在面临复杂的系统工作情况下精准工作。

Claims (7)

1.一种兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，包括：

供电模块(1)、基准模块(5)、比较器模组、原边开通判定单元(6)、副边断续预估单元(7)、逻辑单元(8)、驱动单元(9)、同步整流管Q10；所述比较器模组包括开通比较器(2)和第一关断比较器(3)；

以及电压端D、供电端VCC、时间设置端AE、时间设置端BE、接地端GND；

供电模块(1)的输入端接同步整流控制电路的电压端D，输出端接同步整流控制电路的供电端VCC和基准模块(5)的输入端；开通比较器(2)的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第一基准源，输出端接逻辑单元(8)；第一关断比较器(3)的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第二基准源，输出端接逻辑单元(8)；

原边开通判定单元(6)的一端接所述时间设置端AE，另一端作为输出端连接逻辑单元(8)；副边断续预估单元(7)的一端接所述时间设置端BE，另一端作为输出端接逻辑单元(8)；所述逻辑单元(8)的输出端通过驱动单元(9)接同步整流管Q10的控制端；同步整流管Q10的电流流入端接同步整流控制电路的电压端D，Q10的电流流出端接同步整流控制电路的接地端GND；

所述供电模块(1)，用于提供电压；

所述基准模块(5)，用于至少产生第一基准源和第二基准源；第一基准源的电位高于第二基准源；

所述开通比较器(2)，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第一基准源对比；所述第一关断比较器(3)，用于同步整流控制电路的电压端D电压与第二基准源对比；

所述原边开通判定单元(6)，用于根据时间设置端AE流入的电流获得电流的积分值，并将电流的积分值与设定值对比；

所述副边断续预估单元(7)，用于根据原边开通判定单元(6)所获得的电流的积分值以及从时间设置端BE的放电电流预估同步整流管Q10导通所需时间；

所述逻辑单元(8)，用于根据所述开通比较器(2)的对比结果和原边开通判定单元(6)的对比结果，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；以及，用于根据第一关断比较器(3)的对比结果或副边断续预估单元(7)的输出，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号；

所述驱动单元(9)，用于根据所述逻辑单元所生成逻辑控制信号对同步整流管Q10进行驱动。

2.如权利要求1所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，

所述逻辑单元(8)，当原边开通判定单元(6)判断出电流的积分值超过设定值，且此时同步整流控制电路的电压端D电压小于第一基准源，生成用于导通同步整流管Q10的逻辑控制信号；

当副边断续预估单元(7)的输出给出需要关断同步整流管的信号，即同步整流管Q10导通实际时间达到预估同步整流管导通所需时间的结束点或同步整流控制电路的电压端D电压高于第二基准源，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号。

3.如权利要求2所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，

还包括第二关断比较器(4)；第二关断比较器(4)的一个输入端接所述电压端D，另一输入端接第三基准源，输出端接逻辑单元(8)；

基准模块(5)还产生第三基准源，第一基准源的电位高于第三基准源；

根据第一关断比较器(3)的对比结果或第二关断比较器(4)的对比结果或副边断续预估单元(7)的输出，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号；

即当副边断续预估单元(7)的输出给出需要关断同步整流管的信号，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第二基准源，或同步整流控制电路的电压端D电压高于第三基准源，生成用于关断同步整流管Q10的逻辑控制信号。

4.如权利要求3所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，

在同步整流管Q10导通的第一时间段内，第一开关比较器(3)不做对比判断；

在同步整流管Q10导通的第二时间段内，第二开关比较器(4)不做对比判断；第一时间段长于第二时间段，且两者都短于同步整流管导通所需时间。

5.如权利要求1所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，还包括一钳位电路(11)，所述钳位电路(11)的一端接同步整流管Q10的控制端，另一端接同步整流管Q10的电流流出端。

6.如权利要求1～5中任一项所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，其特征在于，

原边开通判定单元(6)包括由NMOS管Q501和Q502组成的第一电流镜、由PMOS管Q503和Q504组成的第二电流镜、积分电容C505、下拉NMOS管Q506、比较器单元U507；所述第一电流镜的一个电流输入端接同步整流控制电路的时间设置端AE，另一电流输入端接第二电流镜的一个电流输出端；第一电流镜的电流输出端接接地端GND；第二电流镜的电流输入端接供电端VCC，第二电流镜的另一电流输出端接积分电容C505的一端和NMOS管Q506的漏极，以及比较器单元U507的同相输入端；积分电容C505的另一端接接地端GND，NMOS管Q506的栅极接控制信号PD，源极接接地端GND；比较器单元U507的反相输入端接第一基准电压Vref1，输出端接逻辑单元(8)；

副边断续预估单元(7)包括由PMOS管Q508和Q509组成的第三电流镜、由NMOS管Q510和Q511组成的第四电流镜、比较器单元U512和NPN三极管Q513；三极管Q513的基极接偏置电压信号Vbe，发射极接时间设置端BE，集电极接第三电流镜的一个电流输出端；第三电流镜的电流输入端接供电端VCC，另一个电流输出端接第四电流镜的一个电流输入端，第四电流镜的另一个电流输入端接积分电容C505的一端以及比较器单元U512的同相输入端；第四电流镜的电流输出端接接地端GND；比较器单元U512的反相输入端接第二基准电压Vref2，输出端接逻辑单元(8)；

第一基准电压Vref1、第二基准电压Vref2由基准模块(5)产生。

7.一种基于兼容CCM工作模式的同步整流控制电路的控制装置，包括如权利要求1～6中任一项所述的兼容CCM工作模式的同步整流控制电路，还包括变压器T302、电容C303、C304，时间常数设置电阻R305、R306，

变压器T302副边绕组的同名端接电阻R305和R306的一端、电容C304的一端，以及副边输出地；变压器T302的异名端接电容C303的一端和同步整流控制电路的接地端GND；电容C303的另一端接同步整流控制电路的供电端VCC；电阻R305的另一端接同步整流控制电路的时间设置端AE，电阻R306的另一端接同步整流控制电路的时间设置端BE；同步整流控制电路的电压端D接电容C304的另一端。