CN108336914A - 副边控制电路、控制方法及同步整流器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电子技术领域，提供了一种副边控制电路用于控制同步整流器的副边整流开关，包括：电压检测模块、参考电压模块、用于比较第一参考电压和副边检测电压的第一比较模块，第二比较模块与电压检测模块以及参考电压模块连接，第二比较模块比较第二参考电压和副边检测电压后输出第二比较结果，并对第二比较结果进行积分处理后得到积分电压，将积分电压和第三参考电压进行比较；锁存与输出模块与第一比较模块以及第二比较模块连接，控制副边整流开关的导通。利用原边整流开关的导通时间远远大于原边关断所需的时间的特点，区分副边检测电压的降低是原边关断还是电压振铃导致的，正确控制副边整流开关的导通，防止副边整流开关的误导通。

Description

副边控制电路、控制方法及同步整流器

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种副边控制电路、控制方法及同步整流器。

背景技术

随着对电源效率要求的提高，AC/DC充电器或适配器在副边采用同步整流器控制代替单纯的二极管整流已经越来越成为一种强制措施。市场上已知的同步整流器芯片，在非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)运行时，副边开关管关断后，管子两端会产生电压振铃，电压振铃大小取决于关断时刻的负载大小和电路布线的寄生参数大小。副边开关管关断后产生的电压振铃常常会达到负值，引起同步整流器控制电路误开通副边开关管。错误开通副边开关管会带来额外的损耗，还会产生不必要的副边电流，导致副边开关管在原边开关管开通时电压应力增大，还有击穿的危险。

因此，传统的技术方案中存在副边开关管关断后产生的电压振铃导致副边整流管误开通的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种副边控制电路、控制方法及同步整流器，旨在解决传统的技术方案中存在的副边开关管关断后产生的电压振铃导致副边整流管误开通的问题。

一种副边控制电路，用于控制同步整流器的副边整流开关，所述副边控制电路包括：

电压检测模块，用于检测所述同步整流器的副边绕组电压，并输出副边检测电压；

参考电压模块，用于提供第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压；

第一比较模块，与所述电压检测模块以及所述参考电压模块连接，用于比较所述第一参考电压和所述副边检测电压，输出第一比较结果；

第二比较模块，与所述电压检测模块以及所述参考电压模块连接，所述第二比较模块比较所述第二参考电压和所述副边检测电压后输出第二比较结果，并对所述第二比较结果进行积分处理后得到积分电压，将所述积分电压和所述第三参考电压进行比较，输出第三比较结果；

锁存与输出模块，与所述第一比较模块以及所述第二比较模块连接，用于根据所述第一比较结果和所述第三比较结果输出控制信号，以控制所述副边整流开关的导通。

此外，还提供了一种同步整流器，包括：

原边控制电路，原边整流开关、变压器、副边整流开关和上述的副边控制电路。

其中，所述变压器具有原边绕组和副边绕组，所述原边整流开关连接于所述原边绕组和接地端之间，所述副边整流开关连接于所述副边绕组和接地端之间；所述原边控制电路用于控制所述原边整流开关的导通和关断，所述副边控制电路用于控制所述副边整流开关的导通和关断，以进行同步整流，向负载输出稳定的电压或电流。

此外，还提供了一种副边控制方法，用于控制同步整流器的副边整流开关，所述副边控制方法包括：

比较副边检测电压和第一参考电压，输出第一比较结果；

比较副边检测电压和第二参考电压，输出第二比较结果；

对所述第二比较结果进行积分处理，输出积分电压，并比较积分电压与第三参考电压，输出第三比较结果；

根据所述第一比较结果和所述第三比较结果控制所述副边整流开关的导通。

上述的副边控制电路，通过电压检测模块检测副边检测电压，第一比较模块比较副边检测电压和第一参考电压，第二比较模块比较副边检测电压和第二参考电压，并对比较结果进行积分，并比较积分值和第三参考电压，利用原边整流开关的导通时间远远大于原边关断所需的时间的特点，区分副边检测电压的降低是原边关断还是电压振铃导致的，正确控制副边整流开关的导通，防止副边整流开关的误导通。

附图说明

图1为本发明实施例提供的副边控制方法的具体流程图；

图2为本发明实施例提供的副边控制电路结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的副边控制电路结构示意图；

图4为图3所示的副边控制电路的工作波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的同步整流器的副边控制方法的流程图，如图1所示，本发明实施例基于如下流程来控制副边整流开关以避免其误导通：

本发明实施例提供一种同步整流器的副边控制方法，用于控制副边整流开关，包括：

步骤S100，比较副边检测电压Vds和第一参考电压Vth_ON，输出第一比较结果。

其中，副边检测电压Vds用于表示所述同步整流器的副边绕组电压，可以与副边绕组电压成比例关系。第一参考电压Vth_ON为一预设定值，在原边整流开关从导通状态变为关断状态过程中，副边检测电压Vds会从大于第一参考电压Vth_ON的稳定电压值逐渐减少，并经过一段较短的第一时间减少到第一参考电压Vth_ON的位置。副边检测电压Vds大于第一参考电压Vth_ON时，第一比较结果为高电平，副边检测电压Vds小于第一参考电压Vth_ON时，第一比较结果为低电平。

步骤S200，比较副边检测电压Vds和第二参考电压Vref，输出第二比较结果。

其中，第二参考电压Vref为定值，且第二参考电压Vref大于第一参考电压Vth_ON，步骤S100和步骤S200没有先后关系，原边整流开关关断时，副边检测电压Vds在下降期间会从大于第二参考电压Vref向小于第一参考电压Vth_ON变化，副边检测电压Vds大于第二参考电压Vref时，第二比较结果为高电平，副边检测电压Vds小于第二参考电压Vref时，第二比较结果为低电平。

步骤S300，对所述第二比较结果进行积分处理，输出积分电压Vint，并比较积分电压Vint与第三参考电压Vreset，输出第三比较结果。

其中，第三参考电压Vreset提供积分处理的基准电压，优选地，第三参考电压Vreset为0.5V，在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况对第三参考电压Vreset做适应性调整。原边整流开关导通时，副边检测电压Vds始终大于第二参考电压Vref，第二比较结果为高电平，积分电压Vint会一直增大，原边整流开关关断时，副边检测电压Vds在下降期间，会从大于第二参考电压Vref向小于第一参考电压Vth_ON变化，依次穿过第二参考电压Vref和第一参考电压Vth_ON，副边检测电压Vds在第二参考电压Vref到第一参考电压Vth_ON变化期间，副边检测电压Vds始终小于第二参考电压Vref，第二比较结果为低电平，积分电压Vint会一直减小。

步骤S400，根据所述第一比较结果和所述第三比较结果控制所述副边整流开关的导通。

具体来说，第一比较结果由高电平转换为低电平时，判断第三比较结果，若第三比较结果为高电平时，认为原边整流开关已关断，此时控制所述副边整流开关的导通。因为原边整流开关的导通时间远远大于第二参考电压Vref到第一参考电压Vth_ON变化期间的时间，副边检测电压Vds减小到等于第一参考电压Vth_ON时，积分电压Vint累积的正向电压远远大于反向电压，积分电压Vint为一个大于第三参考电压Vreset的相对较大的电压值，第三比较结果为高电平。而电压振铃表现为逐渐衰减的振荡信号，在此期间，副边检测电压Vds大于第二参考电压Vref的时间与副边检测电压Vds在第二参考电压Vref到第一参考电压Vth_ON期间的时间都相对较短，且大致相等，此时积分电压Vint累积的正向电压和反向电压大致相等，甚至反向电压大于正向电压，积分电压Vint为一个小于第三参考电压Vreset的相对较小的电压值，第三比较结果为低电平，此时保持副边整流开关关断，防止副边整流开关误导通。且每当副边检测电压小于第一参考电压时，对积分值进行清零，为下一次判断做准备。

图2为本发明实施例提供的同步整流器的电路示意图，如图2所示，同步整流器包括原边控制电路，原边整流开关、变压器、副边整流开关和副边控制电路。

其中，变压器具有原边绕组和副边绕组，原边整流开关连接于原边绕组和接地端之间，副边整流开关连接于副边绕组和接地端之间。原边控制电路用于控制原边整流开关的导通和关断，原边控制电路可以采用现有的控制电路结构。副边控制电路用于控制副边整流开关的导通和关断，进行同步整流器，向负载输出稳定的电压或电流。

优选地，原边整流开关和副边整流开关均可以采用现有的可控制电子开关实现，本实施例中，原边整流开关和副边整流开关均采用场效应管(MOS管)实现。

如图2和图3所示，副边控制电路包括电压检测模块(未图示)、参考电压模块10、第一比较模块20、第二比较模块30以及锁存与输出模块40。

电压检测模块用于实时获取副边检测电压Vds，其中，该副边检测电压Vds表示副边整流开关的漏极电压，即副边检测电压Vds与副边整流开关的漏源极电压成比例关系。电压检测模块采用现有的电压采样电路，对副边整流开关的漏源极电压进行采样，在一优选实施例中，电压检测模块使用采样电阻对副边整流开关的漏源极电压进行采样。

参考电压模块10用于提供第一参考电压Vth_ON、第二参考电压Vref和第三参考电压Vreset，其中，第一参考电压Vth_ON、第二参考电压Vref和第三参考电压Vreset均为预设定值，

第二参考电压Vref大于第一参考电压Vth_ON，实际的副边检测电压Vds的电压变化过程中，副边检测电压Vds会由正常电压变化到第二参考电压Vref，再从第二参考电压Vref变化到小于第一参考电压Vth_ON。

第一比较模块20与电压检测模块以及参考电压模块10连接，用于比较副边检测电压Vds和第一参考电压Vth_ON，输出第一比较结果。具体的，第一比较模块20包括第一比较器21，第一比较器21的第一输入端连接参考电压模块10，第一比较器21的第二输入端连接电压检测模块，第一比较器21的输出端连接锁存与输出模块40，第一比较器21比较副边检测电压Vds和第一参考电压Vth_ON，并输出第一比较结果。当副边检测电压Vds大于第一参考电压Vth_ON时，第一比较结果为高电平；当副边检测电压Vds小于第一参考电压Vth_ON时，第一比较结果为低电平，第一比较结果整体呈现为一串由高、低电平组成的数字波形。

第二比较模块30与所述电压检测模块以及所述参考电压模块10连接，第二比较模块30比较第二参考电压Vref和副边检测电压Vds后输出第二比较结果，并对第二比较结果进行积分处理后得到积分电压Vint，将积分电压Vint和第三参考电压Vreset进行比较，最终输出第三比较结果。具体的，第二比较模块30包括第二比较器31、第三比较器33和积分器32；其中，第二比较器31的第一输入端连接参考电压模块10，第二比较器31的第二输入端连接电压检测模块，第二比较器31的输出端连接积分器32的输入端，第二比较器31用于比较第二参考电压Vref和副边检测电压Vds，并输出第二比较结果，具体的，当副边检测电压Vds大于第二参考电压Vref，比较器输出高电平，当副边检测电压Vds小于第二参考电压Vref，比较器输出低电平。积分器32与第二比较器31的输出端连接，对第二比较结果进行积分处理并输出积分电压Vint，第三比较器33的第一输入端连接参考电压模块10，第三比较器33的第二输入端连接第二比较器31的输出端，第三比较器33的输出端连接锁存与输出模块40，第三比较器33用于比较积分电压Vint与第三参考电压Vreset，并输出第三比较结果，具体的，当积分电压Vint大于第三参考电压Vreset时，第三比较器33输出高电平；当积分电压Vint小于第三参考电压Vreset时，第三比较器33输出低电平，同样，第三比较结果整体呈现为一串由高、低电平组成的数字波形。

积分器32的基准电压为第三参考电压Vreset，在实际使用过程中，由于积分器32的值会出现负值，且积分器32会受噪声信号的影响，为了使第二比较器31的判定结果更加准确，积分器32设有以第三参考电压Vreset为基准的基准电压，且该第三参考电压Vreset的为正值，优选地，第三参考电压Vreset为0.5V，在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况对第三参考电压Vreset做适应性调整。

锁存与输出模块40与第一比较模块20以及第二比较模块30连接，用于根据第一比较结果和第三比较结果输出控制信号，以控制副边整流开关的导通。具体来说，副边检测电压Vds会从大于第一参考电压Vth_ON继续减小，变为低于第一参考电压Vth_ON，此时第一比较结果由高电平变为低电平，即第一比较结果处于下降沿时，锁存与输出模块40判断第三比较结果，若第三结果为高电平，则输出控制信号，控制副边整流开关的导通。

在原边整流开关在关断时，副边产生的副边检测电压Vds会在较短的时间内从一个较高的电压依次减小为小于第二参考电压Vref、小于第一参考电压Vth_ON，而原边整流开关导通的时间会远远大于副边检测电压Vds从第二参考电压Vref减小到第一参考电压Vth_ON的时间，在积分器32上，体现为积分器32的正向积分远远大于积分器32的负向积分，积分器32会输出一个较大的正向的积分电压Vint，此时积分电压Vint大于第三参考电压Vreset，第三比较结果为高电平，锁存与输出模块40判断原边整流开关关断，副边整流开关的导通，同步整流器的副边输出一个稳定的电压或电流给负载。同样，副边产生的电压振铃也有可能会从大于第一参考电压Vth_ON继续减小，变为低于第一参考电压Vth_ON，但电压振铃为周期和幅值逐渐衰减的电压，电压振铃大于第一参考电压Vth_ON的时间与小于第一参考电压Vth_ON的时间较为接近，在积分器上体现为积分器32的正向积分大致与积分器32的负向积分相等，积分器32会输出一个接近于零的积分电压Vint，且该积分电压Vint小于第三参考电压Vreset，而此时第三比较结果为低电平，锁存与输出模块40判断为非原边关断信号，锁存与输出模块40不动作。

还包括计数计时模块50，计数计时模块50与第一比较模块20、积分器32以及锁存与输出模块40连接，用于控制积分器32和锁存与输出模块40的工作状态。计数计时模块50记录第一比较结果，计数计时模块50接收第一比较结果，当第一比较结果处于下降沿时，对积分器32进行清零，为下一次判断做准备。积分器32从第二比较结果的上升沿开始累积积分，以此构成积分器32的积分和清零循环。在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况调整积分器32清零时序以实现积分和清零循环。计数计时模块50也可控制锁存与输出模块40的输出，具体的，当计数计时模块50判断副边关断的时间大于预设的额定时间，那么当第一比较模块20输出为低电平时，计数计时模块50也可以输出导通信号OVER通过锁存与输出模块40控制副边整流开关导通。

图4为上述的副边控制电路的工作波形图，以下结合图3和图4说明本发明提供的副边控制电路的工作过程。

在上电后，变压器开始通电，变压器的副边检测电压Vds随原边整流开关的导通和关断上升和下降。第二比较器31在副边检测电压Vds大于第二参考电压Vref时输出高电平，此时积分电压Vint为正向积分Sp，积分电压Vint逐渐上升，第二比较器31在副边检测电压Vds小于第二参考电压Vref时输出低电平，此时积分电压Vint为反向积分Sn，积分电压Vint逐渐下降，当副边检测电压Vds降低到等于第一参考电压Vth_ON，即副边检测电压Vds从大于第一参考电压Vth_ON降低到小于第一参考电压Vth_ON时，若积分电压Vint大于第三参考电压Vreset，锁存与输出模块40的输出为高电平，控制副边整流开关导通，并对积分电压Vint进行清零；若积分电压Vint小于第三参考电压Vreset，锁存与输出模块40的输出为低电平，控制副边整流开关保持关断，并对积分电压Vint进行清零。当计数计时模块50判断副边整流开关关断的时间大于设定的额定时间时，即第一比较模块20输出为高电平的时间大于设定的额定时间时，计数计时模块50输出的导通信号OVER为高，锁存与输出模块40接收该导通信号OVER，当第一比较器20输出为低时，锁存与输出模块40控制副边整流开关导通，副边整流开关导通后，导通信号OVER重新变为低电平，等待下一次计数计时。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种副边控制电路，用于控制同步整流器的副边整流开关，其特征在于，所述副边控制电路包括：

电压检测模块，用于检测所述同步整流器的副边绕组电压，并输出副边检测电压；

参考电压模块，用于提供第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压；

第一比较模块，与所述电压检测模块以及所述参考电压模块连接，用于比较所述第一参考电压和所述副边检测电压，输出第一比较结果；

第二比较模块，与所述电压检测模块以及所述参考电压模块连接，所述第二比较模块比较所述第二参考电压和所述副边检测电压后输出第二比较结果，并对所述第二比较结果进行积分处理后得到积分电压，将所述积分电压和所述第三参考电压进行比较，输出第三比较结果；

锁存与输出模块，与所述第一比较模块以及所述第二比较模块连接，用于根据所述第一比较结果和所述第三比较结果输出控制信号，以控制所述副边整流开关的导通。

2.如权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于，所述第一比较模块包括第一比较器，所述第一比较器用于比较副边检测电压和所述第一参考电压，并输出所述第一比较结果。

3.如权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于，所述第二比较模块包括第二比较器、第三比较器和积分器；所述第二比较器用于比较副边检测电压和所述第二参考电压，所述积分器用于对所述第二比较结果进行积分处理，所述第三比较器用于比较所述积分电压和所述第三参考电压，并输出所述第三比较结果。

4.如权利要求3所述的副边控制电路，其特征在于，所述第三参考电压还用于提供所述积分器的基准值。

5.如权利要求3所述的副边控制电路，其特征在于，还包括计数计时模块，所述计数计时模块与所述第一比较模块以及所述积分器连接，所述计数计时模块根据所述第一比较结果对所述积分器清零，以及控制锁存与输出模块的输出。

6.如权利要求1或2所述的副边控制电路，其特征在于，所述第一比较结果为数字波形信号。

7.如权利要求1或2所述的副边控制电路，其特征在于，所述副边整流开关为场效应管，所述副边检测电压为所述场效应管的漏源极电压。

8.一种同步整流器，其特征在于，包括：

原边控制电路、原边整流开关、变压器、副边整流开关和如权利要求1至7中任一项所述的副边控制电路。

其中，所述变压器具有原边绕组和副边绕组，所述原边整流开关连接于所述原边绕组和接地端之间，所述副边整流开关连接于所述副边绕组和接地端之间；所述原边控制电路用于控制所述原边整流开关的导通和关断，所述副边控制电路用于控制所述副边整流开关的导通和关断，以进行同步整流，向负载输出稳定的电压或电流。

9.一种同步整流器的副边控制方法，用于控制同步整流器的副边整流开关，其特征在于，所述副边控制方法包括：

比较副边检测电压和第一参考电压，输出第一比较结果；

比较副边检测电压和第二参考电压，输出第二比较结果；

对所述第二比较结果进行积分处理，输出积分电压，并比较积分电压与第三参考电压，输出第三比较结果；

根据所述第一比较结果和所述第三比较结果控制所述副边整流开关的导通。

10.如权利要求9所述的同步整流器的副边控制方法，其特征在于，还包括：当所述副边检测电压小于所述第一参考电压时，对所述积分值进行清零。