CN109327150B - 同步整流控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步整流控制电路及方法，通过增加自适应的最大导通时间电路，将上一个开关周期的续流时间减去死区时间来获得当前周期的最大导通时间，以实现自适应的关断保护功能，同步整流管会在原边开关管导通前关断，不会造成原副边直通，从而减小安全隐患，保证电路正常工作。并且，在原边开关频率的一致性存在较大偏差时，可以更好地实现同步整流管安全关断，有效地防止原副边直通的问题。

Description

同步整流控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于开关电源中的同步整流控制电路及控制方法。
背景技术
同步整流是采用通态电阻低的功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一种方法。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能。
开关电源根据工作模式，可分为DCM(断续电流模式)和CCM(连续电流模式)。同步整流应用在不同工作模式下其工作方式存在差别。同步整流在DCM工作状态时，其特征在于：原边开关管M1在副边同步整流电流到零之后，原边开关管M1才会开通。此时副边同步整流驱动在其电流为零时或者之前关断即可，不会发生原副边开关管直通现象。同步整流在CCM工作状态时，其特征在于：原边开关管M1在副边同步整流电流到零之前，原边开关管M1就会导通。在定频开关电源中，其原边开关管M1会在固定时刻导通。
现在市场上大部分小功率电源采用QR模式或者断续模式，同步整流大部分情况工作在断续模式。同步整流按照断续模式设计，但是在输出短路时刻，或者电路异常时刻，变压器二次侧绕组电流续流时间会变长，而变压器原边芯片由于功能设计，原边主开关管在关断后计时一段固定时间，再次导通，造成CCM工作模式，则电路原副边存在直通，不能做到安全关断。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种同步整流控制电路及控制方法，以解决现有的问题。
第一方面，提供一同步整流控制电路，包括：
最大导通时间电路，用以生成一个最大导通时间信号，以限制同步整流管的最大导通时间；
其中，当前开关周期的所述同步整流管的最大导通时间随着之前开关周期的同步整流续流时间而自适应地变化；
逻辑驱动电路，接收所述最大导通时间信号，并输出所述同步整流管的控制信号。
优选地，所述最大导通时间电路，在上一个开关周期的同步整流所述续流时间大于第一时间阈值时被使能。
优选地，所述当前周期的最大导通时间通过将上一个开关周期的同步整流所述续流时间减去死区时间获得。
优选地，所述最大导通时间电路包括：
第一计时电路，用以对所述上一个开关周期的所述同步整流续流时间进行计时，输出第一计时信号；
第二计时电路，用以对所述当前开关周期的同步整流管的导通时间进行计时，输出第二计时信号；
第一比较电路，用以将所述第一计时信号以及所述第二计时信号和所述死区时间的和进行比较，输出所述最大导通时间信号。
优选地，所述最大导通时间电路还包括：
采样保持电路，用以对所述第一计时信号进行采样保持至下一个开关周期；
判断电路，用以对所述第一计时信号进行判断，若其大于等于所述第一时间阈值，则使能所述最大导通时间电路输出所述最大导通时间信号；若其小于所述第一时间阈值，则禁止所述最大导通时间电路输出所述最大导通时间信号。
优选地，所述第一计时电路包括：
第一电流源；
第一开关，与所述第一电流源连接，并在检测电压小于第一参考电压时关断，其中，所述检测电压为所述同步整流管的漏源电压；
第一电容，与所述第一开关并联连接，并在其两端生成所述第一计时信号。
优选地，所述第二计时电路包括：
第二电流源；
第二开关，与所述第二电流源连接，并在所述同步整流管导通期间关断；
第二电容，与所述第二开关并联连接，并在其两端生成所述第二计时信号。
优选地，其特征在于，所述第一电流源和所述第二电流源具有相同的参数，且所述第一电容与所述第二电容也具有相同的参数。
第二方面，提供一种同步整流控制方法，包括：
生成一个最大导通时间信号，用以限制同步整流管的最大导通时间；
其中，当前开关周期的所述同步整流管的最大导通时间随着之前开关周期的续流时间而自适应地变化。
优选地，其特征在于，所述最大导通时间信号，在上一个开关周期的所述续流时间大于第一时间阈值时被使能。
优选地，其特征在于，所述当前周期的最大导通时间通过将上一个开关周期的所述续流时间减去死区时间获得。
本发明的同步整流控制电路及方法，通过增加一自适应的最大导通时间电路，并将上一个开关周期的续流时间减去死区时间来获得当前周期的最大导通时间，以实现自适应的关断保护功能，同步整流管会在原边开关管导通前关断，不会造成原副边直通，从而减小安全隐患，保证电路正常工作。并且，在原边的开关频率一致性存在较大偏差时，可以更好地实现同步整流管安全关断，有效地防止原副边直通问题的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为反激电路的结构框图；
图2a为现有技术的反激电路在DCM模式下的工作波形；
图2b为现有技术的反激电路在CCM模式下的工作波形；
图3为本发明的同步整流控制电路的结构图；
图4为最大导通时间电路的结构示意图；
图5为采用本发明的同步整流控制电路的反激电路的工作波形；
图6为本发明的同步整流控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
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。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图3为本发明的同步整流控制电路的结构图。如图3所示，同步整流控制电路30主要包括最大导通时间电路31以及逻辑驱动电路32。在本发明中，以反激电路为例，参考图1中反激电路的结构示意图，同步整流控制电路30用于控制同步整流管M2的通断。
具体地，最大导通时间电路31，用以生成一个最大导通时间信号Voff_max，以限制同步整流管M2的最大导通时间Tmax。在同步整流管M2的的导通时间到达预设的最大导通时间Tmax时，最大导通时间信号Voff_max为有效值，以通过逻辑驱动电路32关断同步整流管M2。其中，当前开关周期的同步整流管的最大导通时间Tmax随着之前开关周期的续流时间而自适应地变化。，当前开关周期的最大导通时间Tmax通过将上一个开关周期的所述续流时间Tfreew减去死区时间Tdead获得。需要说明的是，最大导通时间电路31，只有在上一个开关周期的续流时间Tfreew大于第一时间阈值T1时才被使能，此时才输出有用的最大导通时间信号Voff_max。
逻辑驱动电路32，接收所述最大导通时间信号Voff_max，并输出所述同步整流管M2的控制信号VGATE_SEC至同步整流管M2的栅极。
反激电路在正常工作情况下，同步整流控制电路30通过检测同步整流管M2的漏源电压Vds来生成同步整流管M2的关断信号Voff。本发明中，添加了最大导通时间电路31，若上一个开关周期的续流时间Tfreew大于第一时间阈值T1，则最大导通时间信号Voff_max为使能状态，以此限制当前周期同步整流的最大导通时间Tmax。当最大导通时间Tmax计时到，或者同步整流管M2的漏源电压Vds达到关断阈值条件，同步整流管M2都会被关断。
在每个开关周期，最大导通时间电路31都会检测同步整流的续流时间。若上一个开关周期的续流时间Tfreew大于第一时间阈值T1，则说明电路工作在异常状态。则需要限制当前周期同步整流的最大导通时间Tmax。若上一个开关周期的续流时间Tfreew小于第一时间阈值T1，则说明电路工作在正常状态。则不需要设置同步整流的最大导通时间。通过正常的关断信号Voff去关断同步整流管M2即可。
当电路在输出短路或者异常时，电路会进入CCM模式，导致同步整流管的续流时间变长。但原边开关管M1在开始导通计时一段固定时间后，将再次导通，这样，就可能存在同步整流管还未关断，但原边开关管M1已经导通的情况。原边开关管M1和副边同步整流管M2同时导通会引起开关管上的电压尖峰过大，严重时会对电路造成损坏。本发明的同步整流控制电路，通过将上一个开关周期的续流时间减去死区时间获得当前周期的最大导通时间，通过增加一自适应的最大导通时间电路，以实现自适应的关断保护功能，同步整流管M2会在原边开关管M1导通前关断，不会造成原副边直通，从而减小安全隐患，保证电路正常工作。并且，在原边的开关频率一致性存在较大偏差时，可以更好地实现同步整流管安全关断，有效地防止原副边直通的问题。
图4为最大导通时间电路的结构示意图。如图4所示，最大导通时间电路31包括：第一计时电路41、第二计时电路42以及第一比较电路43。
优选地，第一计时电路41，用以对上一个开关周期的续流时间Tfreew进行计时，输出第一计时信号V1。具体地，第一计时电路41包括第一电流源I1、第一开关S1、第一电容C1以及第二比较电路CMP2。其中，第一开关S1，其一端与第一电流源I1相连，另一端连接至地，并受控于第二比较电路CMP2的输出信号，即第二比较信号VC2。第一电容C1，与第一开关S1并联连接，并在其两端生成第一计时信号V1。第二比较电路CMP2，其同相输入端接收同步整流管的漏源电压Vds，反相输入端接收第一参考电压Vref1，输出端输出第二比较信号VC2，这里，第一参考电压Vref1可以是接近于零电压的值，当同步整流管的漏源电压Vds小于第一参考电压Vref1时，表征副边开始续流，此时第一开关S1关断，第一电流源I1开始对第一电容C1进行充电，直至续流结束，同步整流管的漏源电压Vds大于第一参考电压Vref1时为止。
第二计时电路42，用以对当前开关周期的同步整流管的导通时间Ton进行计时，输出第二计时信号V2。具体地，第二计时电路42包括第二电流源I2、第二开关S2、第二电容C2以及非门421。其中，第二开关S2，其一端与第二电流源I2相连，另一端连接至地，并受控于同步整流管M2的控制信号VGATE_SEC。第二电容C2，与第二开关S2并联连接，并在其两端生成第二计时信号V2。第二开关S2，在所述同步整流管M2导通期间关断，因此将同步整流管M2的控制信号VGATE_SEC通过一非门421连接至第二开关S2的控制端，在第二开关S2关断期间，第二电流源I2对第二电容C2进行充电，直至同步整流管M2关断。
需要说明的是，这里，第一电流源I1和第二电流源I2具有相同的参数，且第一电容C1与第二电容C2也具有相同的参数。这样做的目的在于，可以在不同的计时电路中，用同一个电压值，表征同样的时间，以便于做时间的比较。
第一比较电路43，用以将第一计时信号V1，以及第二计时信号V2和表征所述死区时间Tdead的第二参考电压Vref2的和Vref2+V2进行比较，并输出第一比较信号VC1作为最大导通时间信号Voff_max。在当前开关周期，当第二计时信号V2和死区时间Tdead的和Tdead+V2上升到第一计时信号V1时，第一比较信号VC1为高电平，在同步整流管M2的导通时间Ton达到了设定的最大导通时间Tamx的工况下，最大导通时间信号Voff_max为高电平，此时，需要关断同步整流管M2。
进一步地，最大导通时间电路31还包括采样保持电路44、判断电路45以及使能电路46。
优选地，采样保持电路44，用以对所述第一计时信号V1进行采样保持至下一个开关周期。采样保持电路44接收第一计时信号V1，输出采样保持信号V3。由于当前开关周期的最大导通时间Tmax通过将上一个开关周期的所述续流时间Tfreew减去死区时间Tdead获得，第一计时信号V1即用来表征上一个开关周期的所述续流时间Tfreew，故需要将其采样保持至当前周期，以便于与表征当前开关周期的同步整流管的导通时间Ton的第二计时信号V2进行比较。
优选地，判断电路45，用以对第一计时信号V1进行判断。判断电路45接收采样保持信号V3，输出判断信号V5，判断信号V5用以表征上一个开关周期的所述续流时间Tfreew是否大于第一时间阈值T1。若第一计时信号V1大于等于第一时间阈值T1，此时判断信号V5为有效值，则使能最大导通时间电路31输出最大导通时间信号Voff_max；若第一计时信号V1小于第一时间阈值T1，此时判断信号V5为无效值，则禁止最大导通时间电路输出最大导通时间信号Voff_max。
优选地，使能电路46，用以根据所述判断信号V5，使能或者禁止最大导通时间电路31输出最大导通时间信号Voff_max。
具体地，最大导通时间电路31的工作原理为：当同步整流管的漏源电压Vds小于第一参考电压Vref1时，第二比较电路CMP2输出低电平的第二比较信号VC2，此时第一开关S1从导通状态变为关断状态，则第一电流源I1开始给第一电容C1充电；当同步整流管的漏源电压Vds大于第一参考电压Vref1时，充电结束，在充电结束后，采样保持电路44将第一计时信号V1采样保持，输出采样保持信号V3。判断电路45将采样保持信号V3进行判断处理，采样保持信号V3大于第一时间阈值T1，则使能输出。下一个开关周期的同步整流管开通信号来临时，则第二开关S2断开，第二电流源I2对第二电容C2进行充电，开始对同步整流管M2的导通时间计时，若第二计时信号V2串联第二参考电压Vref2超过采样保持信号V3时，则说明同步整流管M2的最大导通时间Tmax已经达到上一个开关周期的续流时间Tfreew减去死区时间Tdead，则此时第一比较电路CMP1输出高电平的第一比较信号VC1，经过使能电路46处理，输出最大导通时间信号Voff_max，通过逻辑电路32来关断同步整流管M2。
图5为采用本发明的同步整流控制电路的反激电路的工作波形，如图所示：
在t1时刻，原边开关管M1关掉，同步整流管M2开始流过电流，同步整流管对的漏源电压Vds小于开通阈值，同步整流管M2导通。并开始计时同步整流管的导通时间；
在t2时刻，同步整流管M2的最大导通时间Tmax计时到达，该计时为上一个开关周期的续流时间Tfreew减去一段死区时间Tdead，同步整流管M2关掉；
在t3时刻，原边开关管M1导通，由于同步整流管M2已经提前关断，则原副边开关管不存在直通情况。当同步整流管M2的漏源电压Vds大于第一参考电压Vref1时，当前开关周期的续流时间检测结束。
t4时刻，原边开关管M1关掉，一个开关周期结束。
另外，本发明还公开了一种同步整流控制方法，包括：生成一个最大导通时间信号，用以限制同步整流管的最大导通时间；其中，当前开关周期的所述同步整流管的最大导通时间随着之前开关周期的续流时间而自适应地变化。进一步地，所述最大导通时间信号，在上一个开关周期的所述续流时间大于第一时间阈值时被使能。具体地，所述当前周期的最大导通时间通过将上一个开关周期的所述续流时间减去死区时间获得。
图6为本发明的自适应同步整流控制方法的流程图。包括：
61：采样上一个开关周期同步整流管的续流时间；
62：判断上一个开关周期的同步整流管的续流时间是否大于第一时间阈值；
63：若是，说明电路工作在异常状态，则将上一个开关周期的续流时间减去一个死区时间，作为当前周期的同步整流管的最大导通时间。
64：若否，则说明电路工作在正常状态。则不设置同步整流管的最大导通时间。
至此可见，本发明的同步整流控制电路及方法，通过增加一自适应的最大导通时间电路，并将上一个开关周期的续流时间减去死区时间来获得当前周期的最大导通时间，以实现自适应的关断保护功能，同步整流管会在原边开关管导通前关断，不会造成原副边直通，从而减小安全隐患，保证电路正常工作。并且，在原边的开关频率存在较大偏差时，可以更好地实现同步整流管安全关断，有效地防止原副边直通的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种同步整流控制电路，其特征在于，包括：
最大导通时间电路，用以生成一个最大导通时间信号，以限制同步整流管的最大导通时间；
其中，当前开关周期的所述同步整流管的最大导通时间随着之前开关周期的同步整流续流时间而自适应地变化；
逻辑驱动电路，接收所述最大导通时间信号，并输出所述同步整流管的控制信号。
2.根据权利要求1所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述最大导通时间电路，在上一个开关周期的同步整流所述续流时间大于第一时间阈值时被使能。
3.根据权利要求1所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述当前开关周期的最大导通时间通过将上一个开关周期的同步整流所述续流时间减去死区时间获得。
4.根据权利要求3所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述最大导通时间电路包括：
第一计时电路，用以对所述上一个开关周期的所述同步整流续流时间进行计时，输出第一计时信号；
第二计时电路，用以对所述当前开关周期的同步整流管的导通时间进行计时，输出第二计时信号；
第一比较电路，用以将所述第一计时信号以及所述第二计时信号和所述死区时间的和进行比较，输出所述最大导通时间信号。
5.根据权利要求4所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述最大导通时间电路还包括：
采样保持电路，用以对所述第一计时信号进行采样保持至下一个开关周期；
判断电路，用以对所述第一计时信号进行判断，若其大于等于第一时间阈值，则使能所述最大导通时间电路输出所述最大导通时间信号；若其小于所述第一时间阈值，则禁止所述最大导通时间电路输出所述最大导通时间信号。
6.根据权利要求4所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述第一计时电路包括：
第一电流源；
第一开关，与所述第一电流源连接，并在检测电压小于第一参考电压时关断，其中，所述检测电压为所述同步整流管的漏源电压；
第一电容，与所述第一开关并联连接，并在其两端生成所述第一计时信号。
7.根据权利要求6所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述第二计时电路包括：
第二电流源；
第二开关，与所述第二电流源连接，并在所述同步整流管导通期间关断；
第二电容，与所述第二开关并联连接，并在其两端生成所述第二计时信号。
8.根据权利要求7所述的同步整流控制电路，其特征在于，所述第一电流源和所述第二电流源具有相同的参数，且所述第一电容与所述第二电容也具有相同的参数。
9.一种同步整流控制方法，其特征在于，包括：
生成一个最大导通时间信号，用以限制同步整流管的最大导通时间；
其中，当前开关周期的所述同步整流管的最大导通时间随着之前开关周期的续流时间而自适应地变化。
10.根据权利要求9所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述最大导通时间信号，在上一个开关周期的所述续流时间大于第一时间阈值时被使能。
11.根据权利要求9所述的同步整流控制方法，其特征在于，所述当前开关周期的最大导通时间通过将上一个开关周期的所述续流时间减去死区时间获得。
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Application publication date: 20190212

Assignee: Silergy Corp.

Assignor: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

Contract record no.: X2021990000823

Denomination of invention: Synchronous rectification control circuit and control method

Granted publication date: 20201211

License type: Common License

Record date: 20211227

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