CN109039114A - 同步整流电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种同步整流电路和方法。所述同步整流电路包括：同步整流管，耦接至变压器的副边绕组，所述同步整流管根据逻辑驱动电路提供的驱动信号被周期性地导通和断开，以将变压器的原边绕组接收的输入电压转化为所需的输出电压；其中当同步整流电路持续第一设定时间未出现驱动信号时，驱动信号被闭锁，使所述同步整流电路进入轻载模式。所述同步整流电路及方法避免了轻载模式的反复进入与退出，有更好的轻载控制，同时提高了效率。

Description

同步整流电路和方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种同步整流电路及方法。
背景技术
随着电子技术的发展，同步整流电路由于其较高的转换效率而被广泛应用于笔记本电源适配器、无线通信设备、液晶屏电源管理、以太网电源等对转换效率要求较高的场合。
所谓同步整流电路通常指在变压器的原边接收输入电压，而在变压器的副边采用可控开关管代替二极管，以将输入电压转化为所需的输出电压。典型地，其拓扑包括如图1所示的反激变换器，或者如图2所示的LC(电感电容)/LLC 变换器。可控开关管通常包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
然而具有更高的效率和更好的性能一直是本领域的追求。
发明内容
因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的同步整流电路及方法。
根据本发明的实施例，提出了一种同步整流电路，包括：同步整流管，耦接至变压器的副边绕组，所述同步整流管根据逻辑驱动电路提供的驱动信号被周期性地导通和断开，以将变压器的原边绕组接收的输入电压转化为所需的输出电压；其中当同步整流电路持续第一设定时间未出现驱动信号时，驱动信号被闭锁，使所述同步整流电路进入轻载模式。
根据本发明的实施例，还提出了一种同步整流方法，包括：在变压器原边接收输入电压；周期性导通和断开耦接至变压器副边的同步整流管，提供输出电压；监测用以驱动同步整流管的驱动电压，当驱动电压持续第一设定时间未出现时，闭锁所述驱动电压，使系统进入轻载模式；否则，继续周期性导通和断开耦接至变压器副边的同步整流管。
根据本发明的实施例，还提出了一种同步整流电路，包括：同步整流管，耦接至变压器的副边绕组，所述同步整流管根据逻辑驱动电路提供的驱动信号被周期性地导通和断开，以将变压器的原边绕组接收的输入电压转化为所需的输出电压；轻载比较器，比较驱动信号和轻载阈值的大小，当驱动信号持续低于轻载阈值第一设定时间时，驱动信号被闭锁，使所述同步整流电路进入轻载模式。
根据本发明各方面的上述同步整流电路及方法避免了轻载模式的反复进入与退出，有更好的轻载控制，同时提高了效率。
附图说明
图1为典型的反激变换同步整流电路；
图2为典型的LC/LLC同步整流电路；
图3为根据本发明实施例的同步整流电路300的结构示意图；
图4为根据本发明实施例的同步整流电路400的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的同步整流电路500的结构示意图；
图6为根据本发明实施例的同步整流电路600的结构示意图；
图7示意性示出了同步整流电路进入轻载状态时同步整流管102两端的电压Vds和驱动信号VGS的时序波形图；
图8示意性示出了同步整流电路退出轻载状态时同步整流管102两端的电压Vds和驱动信号VGS的时序波形图；
图9为根据本发明实施例的同步整流电路900的结构示意图；
图10示意性示出了根据本发明实施例的同步整流方法的流程图1000。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/ 或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图3为根据本发明实施例的同步整流电路300的结构示意图。在图3所示实施例中，所述同步整流电路300包括：同步整流管102，耦接至变压器101 的副边绕组12，所述同步整流管102根据逻辑驱动电路103提供的驱动信号 VGS被周期性地导通和断开，以将变压器101的原边绕组11接收的输入电压 VIN转化为所需的输出电压VO；其中当同步整流电路300持续第一设定时间 TLL未出现驱动信号VGS时，驱动信号VGS被闭锁(latch off)，使同步整流电路300进入轻载模式。
在一个实施例中，所述同步整流电路300还包括：第一计时器104，被驱动信号VGS复位。当驱动信号VGS未出现时，由于第一计时器104未被复位，该第一计时器104在持续计时。当计时达到第一设定时间TLL时，所述逻辑驱动电路103被第一计时器104产生的轻载信号LL去使能(disabled)，以将驱动信号VGS闭锁。
在一个实施例中，所述变压器101的原边可耦接反激电路(如同步整流电路包括图1所示的反激变换器)，或者变压器101的原边可耦接LC电路(如同步整流电路包括图2所示的LC变换器)。因此，所述输入电压VIN包括方波信号。
在一个实施例中，所述同步整流管102包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该MOSFET包括体二极管。本领域技术人员应当意识到，同步整流管102还可以包括其他可控半导体器件，如IGBT、BJT等等。
图4为根据本发明实施例的同步整流电路400的结构示意图。图4所示同步整流电路400与图3所示同步整流电路300类似，与图3所示同步整流电路 300不同的是，在图4所示实施例中，所述同步整流电路400进一步包括：锁存器105，所述轻载信号LL经由该锁存器105后，对逻辑驱动电路103进行去使能。
在一个实施例中，所述锁存器105包括RS触发器。当同步整流电路持续第一设定时间TLL未出现驱动信号VGS时，所述RS触发器被置位，从而使逻辑驱动电路103被去使能，以将驱动信号VGS闭锁。
图5为根据本发明实施例的同步整流电路500的结构示意图。图5所示同步整流电路500与图4所示同步整流电路400类似，与图4所示同步整流电路 400不同的是，在图5所示实施例中，所述同步整流电路500进一步包括：退出比较器106，比较同步整流管102两端的电压Vds与退出阈值Vex的大小，当同步整流管102两端的电压Vds持续低于退出阈值Vex第二设定时间Tex时，驱动信号VGS解闭锁(即被释放)，同步整流电路500退出轻载模式。
在一个实施例中，所述当同步整流管102两端的电压Vds持续低于退出阈值Vex第二设定时间Tex时，退出比较器106将产生退出信号EX，以将RS触发器复位，从而释放逻辑驱动电路103。
图6为根据本发明实施例的同步整流电路600的结构示意图。图6所示同步整流电路600与图3所示同步整流电路300类似，与图3所示同步整流电路 300不同的是，在图6所示实施例中，所述同步整流电路600进一步包括：放大器108，将同步整流管102两端的电压Vds与导通阈值VON之间的差值放大，产生导通信号ON；断开比较器109，比较同步整流管102两端的电压Vds与断开阈值VOFF的大小，产生断开信号OFF；所述逻辑驱动电路103根据所述导通信号ON和断开信号OFF产生驱动信号VGS，以将同步整流管102周期性导通和断开：当同步整流管102两端的电压Vds小于导通阈值VON时，同步整流管102开始被导通；当同步整流管102两端的电压Vds大于断开阈值VOFF时，同步整流管102被断开。
在一个实施例中，放大器108可被比较器替换。即图6所示同步整流电路 600进一步包括：导通比较器108，比较同步整流管102两端的电压Vds与导通阈值VON的大小，产生导通信号ON；断开比较器109，比较同步整流管102 两端的电压Vds与断开阈值VOFF的大小，产生断开信号OFF；所述逻辑驱动电路103根据所述导通信号ON和断开信号OFF产生驱动信号VGS，以将同步整流管102周期性导通和断开：当同步整流管102两端的电压Vds小于导通阈值 VON时，同步整流管102被导通；当同步整流管102两端的电压Vds大于断开阈值VOFF时，同步整流管102被断开。
在上述各同步整流电路运行时，当副边绕组12接收的感应电压为上正下负时，同步整流管102的体二极管被导通。此时同步整流管102两端的电压 Vds为体二极管的导通压降，并且极性为负。因此，在放大器108处，同步整流管102两端的电压Vds小于导通阈值VON。导通信号ON开始增大，经由逻辑驱动电路103后将同步整流管102由断开状态逐渐导通，能量被传递至变压器副边，以提供输出电压VO。随着导通信号ON的增大，同步整流管102的导通被加强，导通电阻逐渐减小。在变压器101的副边，副边绕组12、输出电容和同步整流管102形成电流回路，副边电流IO的方向如图6所示。同步整流管102导通后，副边电流由最大值开始减小，此时同步整流管102两端电压 Vds为负值。当副边电流减小到零后转为负向，此时同步整流管102两端电压 Vds转为正值。相应地，在放大器108处，导通信号ON开始减小，驱动信号 VGS也减小，同步整流管102的导通电阻变大，使得同步整流管102两端的电压Vds正向增大。当其增大到大于断开阈值VOFF时，断开信号OFF经由逻辑驱动电路103后将同步整流管102断开。
若负载变轻，则副边电流IO减小。当同步整流电路进入轻载状态时，驱动信号VGS将不出现。第一计时器104持续计时。若在第一计时器104计时的第一设定时间TLL内，驱动电压VGS始终未出现，则轻载信号LL将对逻辑驱动电路103执行去使能动作，使得逻辑驱动电路103不产生驱动信号VGS，即驱动信号VGS被闭锁。相应地，同步整流电路进入轻载模式，同步整流管102 被长时间断开，功率损耗被减小。此过程对应的同步整流管102两端的电压 Vds和驱动信号VGS的时序波形图参见图7。如图7所示，同步整流电路在t0时刻进入轻载模式。
若在轻载模式下，同步整流电路的负载变大，副边将有电流流过。由于驱动信号VGS被闭锁，同步整流管102被断开，此时副边电流将从同步整流管102 的体二极管流过，使得同步整流管102两端电压Vds为体二极管的压降。该压降为负值。退出比较器106检测到该负值压降，并将其与退出阈值Vex进行比较，当该压降小于退出阈值Vex时，第二计时器107开始计时。若在第二计时器107计时的第二设定时间Tex内，同步整流管102两端电压Vds始终小于退出阈值Vex，则退出信号EX将对逻辑驱动电路103取消去使能限制，使得逻辑驱动电路103被释放，从而继续产生驱动信号VGS，即驱动信号VGS被解闭锁。相应地，同步整流管102被重新控制导通与断开，同步整流电路退出轻载模式，进入正常运行模式。此过程对应的同步整流管102两端的电压Vds和驱动信号VGS的时序波形图参见图8。如图8所示，在t1时刻，同步整流电路的负载开始变大，但是直至t2时刻，即当同步整流管102两端电压Vds持续小于退出阈值Vex第二设定时间Tex时，同步整流电路才退出轻载模式，以避免因扰动等引起的轻载模式的反复进入与退出。
图9为根据本发明实施例的同步整流电路900的结构示意图。在图9所示实施例中，所述同步整流电路900包括：同步整流管102，耦接至变压器101 的副边绕组12，所述同步整流管102根据逻辑驱动电路103提供的驱动信号 VGS被周期性地导通和断开，以将变压器101的原边绕组11接收的输入电压 VIN转化为所需的输出电压VO；轻载比较器110，比较驱动信号VGS和轻载阈值VLL的大小，当驱动信号VGS持续低于轻载阈值VLL第一设定时间TLL时，驱动信号VGS被闭锁(latch off)，使同步整流电路900进入轻载模式。
在一个实施例中，所述同步整流电路900还包括第一计时器104，当驱动信号VGS持续低于轻载阈值VLL第一设定时间TLL时，所述第一计时器104计时达到第一设定时间TLL，产生轻载信号LL以对逻辑驱动电路103去使能 (disabled)，使得驱动信号VGS被闭锁。
图10示意性示出了根据本发明实施例的同步整流方法的流程图1000。所述方法包括：
步骤1001，在变压器原边接收输入电压。
步骤1002，周期性导通和断开耦接至变压器副边的同步整流管，提供输出电压。
步骤1003，监测用以驱动同步整流管的驱动电压，当驱动电压持续第一设定时间未出现时，进入步骤904；否则，返回步骤902。
步骤1004，闭锁驱动电压，使系统进入轻载模式。
在一个实施例中，所述方法还包括：监测同步整流管两端的电压，当同步整流管两端的电压小于退出阈值并持续小于退出阈值第二设定时间时，解闭锁驱动电压，使系统退出轻载模式。
在一个实施例中，根据同步整流管两端的电压，产生所述驱动电压。具体地，在一个实施例中，将同步整流管两端的电压与导通阈值之间的差值放大，产生导通信号；比较同步整流管两端的电压与断开阈值的大小，产生断开信号；根据所述导通信号和断开信号产生驱动信号。当同步整流管两端的电压小于导通阈值时，同步整流管开始被导通；当同步整流管两端的电压大于断开阈值时，同步整流管被断开。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种同步整流电路，包括：
同步整流管，耦接至变压器的副边绕组，所述同步整流管根据逻辑驱动电路提供的驱动信号被周期性地导通和断开，以将变压器的原边绕组接收的输入电压转化为所需的输出电压；其中当同步整流电路持续第一设定时间未出现驱动信号时，驱动信号被闭锁，使所述同步整流电路进入轻载模式。
2.如权利要求1所述的同步整流电路，还包括：
第一计时器，被所述驱动信号复位；其中当该第一计时器计时达到第一设定时间时，所述逻辑驱动电路被第一计时器产生的轻载信号去使能，以将驱动信号闭锁。
3.如权利要求2所述的同步整流电路，进一步包括：
锁存器，所述轻载信号经由该锁存器后，对逻辑驱动电路进行去使能。
4.如权利要求1所述的同步整流电路，进一步包括：
退出比较器，比较同步整流管两端的电压与退出阈值的大小，当同步整流管两端的电压持续低于退出阈值第二设定时间时，驱动信号被解闭锁，使所述同步整流电路退出轻载模式。
5.如权利要求1所述的同步整流电路，进一步包括：
放大器，将同步整流管两端的电压与导通阈值之间的差值放大，产生导通信号；
断开比较器，比较同步整流管两端的电压与断开阈值的大小，产生断开信号；其中所述逻辑驱动电路根据所述导通信号和断开信号产生所述驱动信号：
当同步整流管两端的电压小于导通阈值时，同步整流管开始被导通；
当同步整流管两端的电压大于断开阈值时，同步整流管被断开。
6.如权利要求1所述的同步整流电路，进一步包括：
导通比较器，比较同步整流管两端的电压与导通阈值的大小，产生导通信号；
断开比较器，比较同步整流管两端的电压与断开阈值的大小，产生断开信号；其中所述逻辑驱动电路根据所述导通信号和断开信号产生所述驱动信号：
当同步整流管两端的电压小于导通阈值时，同步整流管被导通；
当同步整流管两端的电压大于断开阈值时，同步整流管被断开。
7.一种同步整流方法，包括：
在变压器原边接收输入电压；
周期性导通和断开耦接至变压器副边的同步整流管，提供输出电压；
监测用以驱动同步整流管的驱动电压，当驱动电压持续第一设定时间未出现时，闭锁所述驱动电压，使系统进入轻载模式；否则，继续周期性导通和断开耦接至变压器副边的同步整流管。
8.如权利要求7所述的同步整流方法，还包括：
监测同步整流管两端的电压，当同步整流管两端的电压小于退出阈值并持续小于退出阈值第二设定时间时，解闭锁所述驱动电压，使系统退出轻载模式。
9.如权利要求7所述的同步整流方法，还包括：
将同步整流管两端的电压与导通阈值之间的差值放大，产生导通信号；
比较同步整流管两端的电压与断开阈值的大小，产生断开信号；
根据所述导通信号和断开信号产生所述驱动信号；其中当同步整流管两端的电压小于导通阈值时，同步整流管开始被导通；当同步整流管两端的电压大于断开阈值时，同步整流管被断开。
10.一种同步整流电路，包括：
同步整流管，耦接至变压器的副边绕组，所述同步整流管根据逻辑驱动电路提供的驱动信号被周期性地导通和断开，以将变压器的原边绕组接收的输入电压转化为所需的输出电压；
轻载比较器，比较驱动信号和轻载阈值的大小，当驱动信号持续低于轻载阈值第一设定时间时，驱动信号被闭锁，使所述同步整流电路进入轻载模式。
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