CN108631620B - 一种具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统。同步整流控制器包括电压采样模块、控制模块、驱动模块、轻载模式检测模块、电流供应模块和储能电路。电压采样模块采样同步整流MOS管的漏端电压；控制模块和驱动模块通过采样的漏端电压来控制同步整流MOS管的开通和关断；轻载模式检测模块通过检测采样的同步整流MOS管的漏端电压对储能电路进行充电或使储能电路进行放电，并在放电时同时通过检测储能电路的接入端电压判断是否进入轻载模式；电流供应模块在轻载模式时减小同步整流控制器的工作电流。本发明能够在轻载模式下使系统能耗更小，可以满足更高能效标准的要求。

Description

一种具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统
技术领域
本发明涉及基本电子电路技术领域，特别是涉及一种具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统。
背景技术
同步整流技术可以提高系统工作效率，特别在某些大电流输出的大功率应用下，因而同步整流技术在逐步提高的能效标准中应用得越来越广泛。在大电流应用中，同步整流系统在正常工作模式下，同步整流MOS管面积较大，从而同步整流MOS管的栅端寄生电容较大，为了驱动同步整流MOS管，同步整流控制器的工作电流通常设置得较大。然而在轻载模式下，同步整流控制器的电流消耗使系统的待机损耗增大，效率降低，且无法满足能效标准对于轻载待机能耗的要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统，能够在轻载模式下使系统能耗更小，可以满足更高能效标准的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具备轻载模式的同步整流控制器，包括电压采样模块、控制模块、驱动模块、轻载模式检测模块、电流供应模块和储能电路；所述电压采样模块用于采样同步整流MOS管的漏端电压；所述控制模块用于在所述漏端电压高于第一阈值电压时，生成关断控制信号，以及在所述漏端电压低于第一阈值电压时，生成开通控制信号；所述驱动模块用于根据所述关断控制信号驱动所述同步整流MOS管关断或者根据所述开通控制信号驱动所述同步整流MOS管开通；所述轻载模式检测模块用于在所述漏端电压低于第二阈值电压时，对所述储能电路进行充电，以及在所述漏端电压高于第二阈值电压时，使所述储能电路进行放电，同时将所述储能电路的接入端电压与第三阈值电压进行比较，在所述接入端电压低于第三阈值电压时，向所述电流供应模块和控制模块输出检测信号；所述电流供应模块用于在接收到所述检测信号时，进入轻载供电模式为所述同步整流控制器供电，以降低能耗，以及在没有接收到所述检测信号时，进入正常供电模式为所述同步整流控制器供电。
作为本发明的一个实施例，所述轻载模式检测模块包括反相器、场效应管和比较器，所述反相器的输入端连接所述电压采样模块，所述反相器的输出端连接所述场效应管的栅端，所述场效应管的漏端连接偏置电源，所述场效应管的源端连接所述储能电路以及所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端输入所述第三阈值电压，所述比较器的输出端连接所述控制模块和电流供应模块；所述反相器用于在所述漏端电压低于第二阈值电压时，控制所述场效应管开通，以使得所述偏置电源对所述储能电路进行充电，以及在所述漏端电压高于第二阈值电压时，控制所述场效应管关断，以使得所述储能电路进行放电；所述比较器用于将所述储能电路的接入端电压与所述第三阈值电压进行比较，在所述接入端电压低于所述第三阈值电压时，向所述电流供应模块和控制模块输出检测信号。
作为本发明的一个实施例，所述储能电路包括储能电容和放电电阻，所述储能电容的两端分别连接参考地以及所述场效应管的源端，所述放电电阻并联在所述储能电容的两端。
作为本发明的一个实施例，所述开通控制信号为模拟信号，所述控制模块还用于根据所述开通控制信号的幅值大小控制所述同步整流MOS管的开通状态。
作为本发明的一个实施例，所述电压采样模块还用于在采样漏端电压时，对采样到的所述漏端电压进行钳位。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种同步整流系统，所述同步整流系统包括变压器、同步整流MOS管以及根据前述任一种所述的同步整流控制器，所述同步整流MOS管的漏端连接所述变压器的副边的一端以及所述电压采样模块，所述同步整流MOS管的源端接地，所述同步整流MOS管的栅端连接所述驱动模块，所述变压器的副边的另一端用于对所述储能电路进行充电。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过采样同步整流MOS管的漏端电压，对同步整流MOS管进行开通和关断控制，并通过检测采样到的漏端电压，对轻载模式检测模块连接的储能电路进行充电或者使储能电路进行放电，在放电的同时检测储能电路的接入端电压以判定电流供应模块是否进入轻载供电模式，从而能够在轻载模式下使系统能耗更小，可以满足更高能效标准的要求，而且不影响正常工作状态下同步整流MOS管的关断和开通速度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具备轻载模式的同步整流控制器的原理示意图。
图2是本发明实施例提供的同步整流系统的电路结构示意图。
图3是本发明实施例提供的同步整流系统在轻载模式时，同步整流MOS管的漏端电压，储能电路的接入端电压、同步整流MOS管的栅端电压以及同步整流控制器电源端电流的控制时序图。
具体实施例
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，是本发明实施例提供的具备轻载模式的同步整流控制器的原理示意图。本实施例的同步整流控制器10包括电压采样模块11、控制模块12、驱动模块13、轻载模式检测模块14、电流供应模块15和储能电路16。
电压采样模块11用于采样同步整流MOS管的漏端电压。
控制模块12用于在漏端电压高于第一阈值电压时，生成关断控制信号，以及在漏端电压低于第一阈值电压时，生成开通控制信号。其中，第一阈值电压例如为0V。
驱动模块13用于根据关断控制信号驱动同步整流MOS管关断或者根据开通控制信号驱动同步整流MOS管开通。
轻载模式检测模块14用于在漏端电压低于第二阈值电压时，对储能电路16进行充电，以及在漏端电压高于第二阈值电压时，使储能电路16进行放电，同时将储能电路16的接入端电压与第三阈值电压进行比较，在接入端电压低于第三阈值电压时，向电流供应模块15和控制模块12输出检测信号。其中，在漏端电压低于第二阈值电压时，轻载模式检测模块14可以通过外部输入的偏置电源对储能电路16进行充电，在漏端电压高于第二阈值电压时，可以切断该偏置电源，从而储能电路16自行进行放电。第二阈值电压例如为2V。在储能电路16放电的同时，轻载模式检测模块14将储能电路16的接入端电压与第三阈值电压进行比较，如果接入端电压低于第三阈值电压，则轻载模式检测模块14输出检测信号，表明同步整流控制器10需要工作在轻载模式，而轻载模式检测模块14没有输出检测信号，则表明同步整流控制器10需要工作在正常模式。第三阈值电压例如为2V。
电流供应模块15用于在接收到检测信号时，进入轻载供电模式为同步整流控制器10供电，以降低能耗，以及在没有接收到检测信号时，进入正常供电模式为同步整流控制器10供电。其中，电流供应模块15进入轻载供电模式后，同步整流控制器10的电流消耗极大的减小，仅保留较少必备功能的电流供应，从而在轻载模式下使系统能耗更小，进一步提高效率，可以满足更高能效标准的要求。而电流供应模块15进入正常供电模式，可以提供充足的电流满足响应速度和驱动能力要求，从而不影响正常工作状态下同步整流MOS管的关断和开通速度。
在本实施例中，轻载模式检测模块14包括反相器INV、场效应管M和比较器COMP，反相器INV的输入端连接电压采样模块11，反相器INV的输出端连接场效应管M的栅端，场效应管M的漏端连接偏置电源VCC，场效应管M的源端连接储能电路16以及比较器COMP的第一输入端，比较器COMP的第二输入端输入第三阈值电压Vth，比较器COMP的输出端连接控制模块12和电流供应模块15。
反相器INV用于在漏端电压低于第二阈值电压时，控制场效应管M开通，以使得偏置电源VCC对储能电路16进行充电，以及在漏端电压高于第二阈值电压时，控制场效应管M关断，以使得储能电路16进行放电。
比较器COMP用于将储能电路16的接入端电压与第三阈值电压Vth进行比较，在接入端电压低于第三阈值电压Vth时，向电流供应模块15和控制模块12输出检测信号。储能电路16的接入端电压也就是场效应管M的源端电压。
储能电路16可以为常规的RC充放电电路，例如，储能电路16包括储能电容C和放电电阻R，储能电容C的两端分别连接参考地以及场效应管M的源端，放电电阻R并联在储能电容C的两端。通过合理组合储能电容C和放电电阻R的乘积大小以及第三阈值电压Vth的大小，可以设定进入轻载模式所需的时间。
本实施例的同步整流控制器10在具体应用时，开通控制信号可以为模拟信号，控制模块12还用于根据开通控制信号的幅值大小控制同步整流MOS管的开通状态，也就是说，控制模块12可以通过线性调整同步整流MOS管的导通电阻来使同步整流系统工作在更合理的工作状态。
在本实施例中，电压采样模块11还用于在采样漏端电压时，对采样到的漏端电压进行钳位，以保证同步整流控制器10的正常工作。
请参见图2，是本发明实施例提供的同步整流系统的电路结构示意图。本实施例的同步整流系统包括前述实施例的同步整流控制器10，还包括变压器20、同步整流MOS管30。同步整流MOS管30的漏端连接变压器20的副边的一端以及电压采样模块11，同步整流MOS管30的源端接地，同步整流MOS管30的栅端连接驱动模块13，变压器20的副边的另一端用于对储能电路16进行充电，换言之，变压器20的副边的另一端作为偏置电源VCC。
电源控制信号VPWM对变压器20原边的功率开关进行控制，当功率开关开通时，能量被存储在变压器20中，同时同步整流MOS管30的漏端电压VDS变为高，同步整流控制器10的驱动模块13输出控制信号VGATE使同步整流MOS管30关断。当功率开关关断时，同步整流MOS管30的漏端电压VDS迅速降低使同步整流MOS管30的寄生二极管导通，实现续流，此时同步整流控制器10通过检测同步整流MOS管30的漏端电压VDS对同步整流MOS管30进行控制。
如图3所示，当同步整流MOS管30的漏端电压VDS低于第二阈值电压时，同步整流控制器10的场效应管M开通，偏置电源VCC对储能电容C进行充电，同步整流控制器10进入正常工作模式，电流供应模块15提供充足的电流IVCC给同步整流控制器10，使系统反应速度加快，同步整流MOS管30的开关速度提高，从而保证系统总体效率提升；当同步整流MOS管30的漏端电压VDS高于第二阈值电压时，同步整流控制器10的场效应管M关断，放电电阻R对储能电容C进行放电，放电一段时间后，储能电路16的接入端电压VLM(即图中节点LM处的电压)低于第三阈值电压Vth，比较器COMP向电流供应模块15和控制模块12输出检测信号，检测信号例如是高电平信号，则电流供应模块15进入轻载供电模式，即同步整流控制器10进入轻载模式，同步整流控制器10的电流IVCC的消耗极大的减小，从而能够在轻载模式下使系统能耗更小，进一步提高系统效率，可以满足更高能效标准的要求。
通过上述方式，本发明实施例的具备轻载模式的同步整流控制器及同步整流系统通过采样同步整流MOS管的漏端电压，对同步整流MOS管进行开通和关断控制，并通过检测采样到的漏端电压，对轻载模式检测模块连接的储能电路进行充电或者使储能电路进行放电，在放电的同时检测储能电路的接入端电压以判定电流供应模块是否进入轻载供电模式，从而能够在轻载模式下使系统能耗更小，可以满足更高能效标准的要求，而且不影响正常工作状态下同步整流MOS管的关断和开通速度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具备轻载模式的同步整流控制器，其特征在于，包括电压采样模块、控制模块、驱动模块、轻载模式检测模块、电流供应模块和储能电路；
所述电压采样模块用于采样同步整流MOS管的漏端电压；
所述控制模块用于在所述漏端电压高于第一阈值电压时，生成关断控制信号，以及在所述漏端电压低于第一阈值电压时，生成开通控制信号；
所述驱动模块用于根据所述关断控制信号驱动所述同步整流MOS管关断或者根据所述开通控制信号驱动所述同步整流MOS管开通；
所述轻载模式检测模块用于在所述漏端电压低于第二阈值电压时，对所述储能电路进行充电，以及在所述漏端电压高于第二阈值电压时，使所述储能电路进行放电，同时将所述储能电路的接入端电压与第三阈值电压进行比较，在所述接入端电压低于第三阈值电压时，向所述电流供应模块和控制模块输出检测信号；
所述电流供应模块用于在接收到所述检测信号时，进入轻载供电模式为所述同步整流控制器供电，以降低能耗，以及在没有接收到所述检测信号时，进入正常供电模式为所述同步整流控制器供电。
2.根据权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，所述轻载模式检测模块包括反相器、场效应管和比较器，所述反相器的输入端连接所述电压采样模块，所述反相器的输出端连接所述场效应管的栅端，所述场效应管的漏端连接偏置电源，所述场效应管的源端连接所述储能电路以及所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端输入所述第三阈值电压，所述比较器的输出端连接所述控制模块和电流供应模块；
所述反相器用于在所述漏端电压低于第二阈值电压时，控制所述场效应管开通，以使得所述偏置电源对所述储能电路进行充电，以及在所述漏端电压高于第二阈值电压时，控制所述场效应管关断，以使得所述储能电路进行放电；
所述比较器用于将所述储能电路的接入端电压与所述第三阈值电压进行比较，在所述接入端电压低于所述第三阈值电压时，向所述电流供应模块和控制模块输出检测信号。
3.根据权利要求2所述的同步整流控制器，其特征在于，所述储能电路包括储能电容和放电电阻，所述储能电容的两端分别连接参考地以及所述场效应管的源端，所述放电电阻并联在所述储能电容的两端。
4.根据权利要求1所述的同步整流控制器，其特征在于，所述开通控制信号为模拟信号，所述控制模块还用于根据所述开通控制信号的幅值大小控制所述同步整流MOS管的开通状态。
5.根据权利要求1至4任一项所述的同步整流控制器，其特征在于，所述电压采样模块还用于在采样漏端电压时，对采样到的所述漏端电压进行钳位。
6.一种同步整流系统，其特征在于，所述同步整流系统包括变压器、同步整流MOS管以及根据权利要求1至5任一项所述的同步整流控制器，所述同步整流MOS管的漏端连接所述变压器的副边的一端以及所述电压采样模块，所述同步整流MOS管的源端接地，所述同步整流MOS管的栅端连接所述驱动模块，所述变压器的副边的另一端用于对所述储能电路进行充电。
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