CN110752755A - 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法 - Google Patents

同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110752755A
CN110752755A CN201911254525.7A CN201911254525A CN110752755A CN 110752755 A CN110752755 A CN 110752755A CN 201911254525 A CN201911254525 A CN 201911254525A CN 110752755 A CN110752755 A CN 110752755A
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous rectification
circuit
mode signal
rectification switch
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911254525.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110752755B (zh
Inventor
繆磊
王斯然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN201911254525.7A priority Critical patent/CN110752755B/zh
Priority to CN202110736786.3A priority patent/CN113346761B/zh
Publication of CN110752755A publication Critical patent/CN110752755A/zh
Priority to TW109139685A priority patent/TWI769582B/zh
Priority to US16/953,700 priority patent/US11356030B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN110752755B publication Critical patent/CN110752755B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0051Diode reverse recovery losses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

公开了一种同步整流的开关电源电路及其控制方法,通过检测同步整流开关漏源极电压转换速率,来防止电压振荡引起的误开通。其电路包括耦接至储能元件副边的同步整流开关和副边控制电路。副边控制电路包括开启控制电路、转换速率检测电路和栅极驱动器。开启控制电路将同步整流开关的漏源极检测电压与开启阈值相比较,产生开启控制信号。转换速率检测电路输出表示检测结果的模式信号。当模式信号为低电平时,表示快开模式,栅极驱动器在开启控制信号有效的第一延时后充电同步整流开关的栅极电压;当模式信号为高电平时,表示慢开模式,栅极驱动器在开启控制信号有效的第二延时后充电同步整流开关的栅极电压,其中第二延时大于第一延时。

Description

同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法
技术领域
本发明主要涉及一种电子电路,尤其但不排他地涉及用于同步整流的开关电源电路及其控制方法。
背景技术
副边同步整流方案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的开关管代替二极管以将输入电压转化为所需输出电压。因其具有较高的转换效率而被广泛应用。
在副边同步整流方案中,通常根据同步整流开关的漏源极电压来控制同步整流开关的导通与关断。同时,为避免因振荡导致的同步整流开关的误开通,现有技术中通常会同时检测同步整流开关的漏源极电压的斜率。然而,随着开关电源的开关频率的增大,同步整流开关的漏源极电压在振荡时的斜率和正常开通时的斜率越来越接近,采用现有的斜率检测方法已经不能够准确地控制同步整流开关的导通。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题,本发明的目的是提供一种用于同步整流的开关电源电路及其控制方法,其能采用简单电路的方式来消除副边同步整流开关的误开通,同时获得更好的效率。
在本发明的一个方面,提供一种同步整流开关的副边控制电路,包括:开启控制电路,将同步整流开关的漏源极检测电压与开启阈值相比较,产生开启控制信号;转换速率检测电路,输出表示转换速率检测结果的模式信号,该模式信号具有第一电平和第二电平;栅极驱动器,用于控制同步整流开关的开启与关断,其中当模式信号具有第一电平时,所述栅极驱动器在开启控制信号有效的第一延时后充电同步整流开关的栅极电压,当模式信号具有第二电平时,所述栅极驱动器在开启控制信号有效的第二延时后充电同步整流开关的栅极电压,其中第二延时大于第一延时。
在本发明的又一个方面,提供一种同步整流的开关电源电路,包括具有原边和副边的储能元件,耦接至储能元件副边的同步整流开关以及如前所述的副边控制电路。
在本发明的再一个方面,提供一种开关电源电路中同步整流开关的控制方法,该该开关电源电路包括耦接至储能元件副边的同步整流开关,该控制方法包括:将同步整流开关的漏源极检测电压与开启阈值相比较,产生开启控制信号;当漏源极检测电压大于检测阈值的时长小于窗口时长时,一模式信号从第一电平切换至第二电平;当同步整流开关导通时长的变化比超过一预设值时,该模式信号从第一电平切换至第二电平;当模式信号具有第一电平时,在开启控制信号有效的第一延时后充电同步整流开关的栅极电压;以及当模式信号具有第二电平时,在开启控制信号有效的第二延时后充电同步整流开关的栅极电压,其中第一延时小于第二延时。
附图说明
为了更好地理解本发明,将根据以下附图对本发明进行详细描述:
图1a是同步整流的反激变换器100的示意图;
图1b是在断续电流模式下时同步整流开关的工作波形图;
图2是根据本发明一实施例的开关电源电路200的电路原理图;
图3是根据本发明一实施例的图2所示的同步整流开关的开启方法300的流程图;
图4是根据本发明一实施例的图2所示转换速率检测电路203的电路原理图;
图5是根据本发明一实施例的图4所示转换速率检测电路203的工作流程图;
图6是根据本发明一实施例的栅极驱动器204A的电路原理图;
图7是根据本发明又一实施例的栅极驱动器204B的电路原理图;
图8是根据本发明一实施例的开关电源电路的工作波形图;
图9是根据本发明又一实施例的开关电源电路的工作波形图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的交流/直流转换装置及转换方法的具体实施例,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施本发明。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“连接到”或“耦接到”另一元件时,它可以是直接连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“直接连接到”或“直接耦接到”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1a是同步整流的反激变换器100的示意图。下面以反激变换器的同步整流开关为例来说明本发明要解决的问题。图1b是在断续电流模式下时同步整流开关的工作波形图,其中同步整流开关SR的漏源极电压VDS与副边控制信号CTRL分别如图1b所示。如图1b所示,在t0时刻,原边开关P1被关断,变压器T原边绕组中储存的能量转移至副边,在副边绕组产生的电流流过副边同步整流开关SR的体二极管,使体二极管正向导通,同步整流开关的漏源极电压VDS迅速减小至负值。当同步整流开关的漏源极电压VDS减小至开启阈值Vth_on时,副边控制信号CTRL迅速变高,控制同步整流开关SR导通。在t1时刻,当同步整流开关的漏源极电压VDS增大至关断阈值Vth_off时,副边控制信号CTRL迅速变低,控制同步整流开关SR关断。然而,在实际应用中,漏源极电压VDS通常会振荡。例如,在t2时刻,漏源极电压VDS振荡至开启阈值Vth_on之下,此时副边控制信号CTRL又跳变为高电平,同步整流开关SR被误触发。
至少为了解决同步整流开关SR被误触发的问题,图2示出了根据本发明一实施例的开关电源电路200的电路原理图。如图2所示,开关电源电路200包括储能元件T1、耦接至储能元件T1原边的原边开关S1、控制原边开关S1的原边控制芯片IC1、耦接至储能元件T1副边的同步整流开关SR以及控制同步整流开关SR的副边控制芯片IC2。副边控制电路集成于副边控制芯片IC2,包括:开启控制电路201、关断控制电路202、转换速率检测电路203以及栅极驱动器204。
开启控制电路201具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收同步整流开关SR的漏源极检测电压VDS,第二输入端接收开启阈值Vth_on,开启控制电路201将同步整流开关SR的漏源极检测电压VDS与开启阈值Vth_on相比较,产生开启控制信号SR_on。在一个实施例中,当漏源极检测电压VDS减小至开启阈值Vth_on时,开启控制电路201输出具有高电平的开启控制信号SR_on,开启控制信号SR_on有效。
关断控制电路202具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收同步整流开关的漏源极检测电压VDS,第二输入端接收关断阈值Vth_off,关断控制电路202将同步整流开关SR的漏源极检测电压VDS与关断阈值Vth_off相比较,产生关断控制信号SR_off。在一个实施例中,当漏源极检测电压VDS增大至关断阈值Vth_off时,关断控制电路202输出具有高电平的关断控制信号SR_off,关断控制信号SR_off有效。
转换速率检测电路203根据漏源极检测电压VDS或副边控制信号VG来判断漏源极检测电压的转换速率检测结果是否为负。当以下任一情形发生时,转换速率检测结果为负:1)任何瞬态的变化,例如,同步整流开关的导通时长变化比超过一预设值;2)同步整流开关的漏源极检测电压VDS大于检测阈值VDET-TH的时长TS小于窗口时长TW。如图2所示,转换速率检测电路203具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收同步整流开关的漏源极检测电压VDS,第二输入端接收同步整流开关的副边控制信号VG,转换速率检测电路203在输出端输出表示转换速率检测结果的模式信号MS。
栅极驱动器204具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端,其中第一输入端接收模式信号MS,第二输入端接收开启控制信号SR_on,第三输入端接收关断控制信号SR_off,其中栅极驱动器204基于模式信号MS和开启控制信号SR_on控制副边同步整流开关SR的开启,基于关断控制信号SR_off控制同步整流开关SR的关断。具体而言,当模式信号MS为低电平时,表示快开模式,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第一延时Td1后充电同步整流开关SR的栅极电压,直到栅极电压达到最大值Vmax;当模式信号MS为高电平时,表示慢开模式,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第二延时Td2后充电同步整流开关SR的栅极电压,直到栅极电压达到最大值Vmax。其中第二延时Td2大于第一延时Td1。此外,当关断控制信号SR_off有效时,栅极驱动器204导通耦接在同步整流开关栅极与地之间的放电开关管来产生一个放电路径,以减小栅极电压,同步整流开关管SR随之被关断。
在图2所示的实施例中,副边控制芯片IC2包括引脚P0~P3。引脚P0和P1分别耦接至副边同步整流开关SR的漏端和源端,以提供同步整流开关SR的漏源极检测电压VDS。引脚P2连接转换速率检测电路203的第三输入端和一分立的片外电阻R1。电阻R1上的电压信号VTW为窗口时长调节信号,该电压信号VTW可通过改变片外电阻R1的阻值来进行调整,以控制窗口时长TW。引脚P3输出副边控制信号VG至同步整流开关SR的控制端,以控制同步整流开关SR的通断。在一个实施例中,同步整流开关SR集成于副边控制芯片IC2中。
需要指出的是,尽管本发明的一个实施例以反激变换器的同步整流开关为例来说明,其他结构的同步整流也同样适用于本发明,例如LLC变换器的同步整流。
图3是根据本发明一实施例的图2所示的同步整流开关的开启方法300的流程图。如前所述,模式信号MS指示转换速率的检测结果是否为负,其中当转换速率的检测结果为正,模式信号MS具有第一电平。当检测结果为负,模式信号MS具有第二电平。如图3所示,当模式信号MS为低电平时,表示快开模式,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第一延时Td1后充电同步整流开关SR的栅极电压,栅极电压快速增大至最大值Vmax,以快速开启同步整流开关SR。在其中一个实施例中,第一延时Td1为50ns。当模式信号MS为高电平时,表示慢开模式,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第二延时Td2后充电同步整流开关SR的栅极电压,以开启同步整流开关SR。在其中一个实施例中,第二延时Td2为150ns。
根据本发明,在检测到漏源极检测电压VDS的振荡可能会引起误触发,即检测结果为负时,模式信号MS具有从低电平切换至高电平。当模式信号MS具有高电平时,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效后的第二延时后才充电同步整流开关SR的栅极电压,以避免误触发。
在进一步的实施例中,当模式信号MS为低电平时,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第一延时Td1后以第一开启电流IG1充电同步整流开关SR的栅极电压,以快速开启同步整流开关SR。在其中一个实施例中,第一开启电流IG1为2A。当模式信号MS为高电平时,栅极驱动器204在开启控制信号SR_on有效的第二延时Td2后以第二开启电流IG2充电同步整流开关SR的栅极电压,以缓慢开启同步整流开关SR。在其中一个实施例中,第二开启电流IG2为0.25A。
图4是根据本发明一实施例的图2所示转换速率检测电路203的电路原理图。如图4所示,转换速率检测电路203包括第一检测判断电路405、第二检测判断电路406、门电路407、逻辑电路408以及定时电路409。第一检测判断电路405具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收漏源极检测电压VDS,第二输入端接收窗口时长调节信号VTW,第一检测判断电路405将漏源极检测电压VDS大于检测阈值VDET-TH的时长TS与窗口时长TW相比较,根据比较结果在输出端提供第一模式信号MS1。在一个实施例中,当检测到同步整流开关的漏源极检测电压VDS大于检测阈值VDET-TH的时长TS小于窗口时长TW时,第一检测判断电路405产生具有高电平的第一模式信号MS1,表示慢开模式。在图4所示的实施例中,第一检测判断电路405包括窗口时长设定电路411、第一比较电路412和第一判断电路413。其中窗口时长设定电路411耦接以接收窗口时长调节信号VTW,以设定振荡检测的窗口时长TW。第一比较电路412具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收同步整流开关的漏源极检测电压VDS,第二输入端接收检测阈值VDET-TH。第一判断电路413具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端耦接至窗口时长设定电路411以接收窗口时长TW,第二输入端耦接至第一比较电路412的输出端,第一判断电路413用于记录漏源极检测电压VDS大于检测阈值VDET-TH的时长TS,并将该时长TS与窗口时长TW相比较,根据比较结果输出第一模式信号MS1。
第二检测判断电路406具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收副边控制信号VG,第二输入端接收一预设值K1,该预设值为预设的导通时长变化比。在一个实施例中,预设值K1=5%。第二检测判断电路406逐周检测副边控制信号VG的导通时长,以得到导通时长变化比,并将该变化比与预设值K1相比较,根据比较结果在输出端提供第二模式信号MS2。在一个实施例中,其中当检测到同步整流开关导通时长的变化比超过预设值K1时,第二检测判断电路406产生具有高电平的第二模式信号MS2,表示慢开模式。
或门电路407具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收第一模式信号MS1,第二输入端接收第二模式信号MS2。逻辑电路408包括触发器FF1,其中触发器FF1具有置位端、复位端和输出端,其中置位端耦接至或门电路407的输出端,输出端提供模式信号MS,同时该输出端经定时电路409耦接至触发器FF1的复位端。在一个实施例中,当第一模式信号MS1或第二模式信号MS2具有高电平时,触发器FF1的置位端被置位,触发器FF1输出具有高电平的模式信号MS。在进一步的实施例中,当模式信号MS高电平的时间超过定时电路409的预设时长时,触发器FF1的复位端被复位,触发器FF1输出具有低电平的模式信号MS,即模式信号MS从高电平切换至低电平。
图5是根据本发明一实施例的转换速率检测电路203的工作流程图。如图5所示,该工作流程包括步骤501~509。
一方面,在步骤501,模式信号MS保持低电平,表示快开模式。
在步骤502,记录同步整流开关SR的当前导通时长为TN
在步骤503,将同步整流开关SR的当前导通时长TN与上一个导通时长TN-1相比较。
在步骤504,将同步整流开关的导通时长变化比|TN-TN-1|/TN-1与导通时长变化比的预设值K1相比较,如果检测到|TN-TN-1|/TN-1>K1,则进入步骤508,否则返回步骤501。在一个实施例中,预设值K1为5%。也就是说,当检测到TN>105%TN-1,或者TN<95%TN-1时,进入步骤508。
在步骤508,模式信号MS由低电平跳变为高电平,表示慢开模式。
另一方面,在步骤505,将同步整流开关的漏源极检测电压VDS与检测阈值VDET-TH相比较。
在步骤506,记录漏源极检测电压VDS大于检测阈值VDET-TH的时长为TS。
在步骤507,将时长TS与窗口时长TW相比较,如果TS<TW,则进入步骤508,否则返回步骤501。
在步骤508,模式信号MS为高电平,表示慢开模式。
在步骤509,等待模式信号MS的高电平持续时间达到预设时长时,模式信号由高电平跳变为低电平,进入步骤501。
注意,在上文描述的流程图中,框中所标注的功能也可以按照不同于图5中所示的顺序发生。例如,两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这取决于所涉及的具体功能。
图6是根据本发明一实施例的栅极驱动器204A的电路原理图。如图6所示,栅极驱动器204A包括电流源IS0、选择延时电路241A、逻辑电路242A和放电开关管244A。电流源IS0具有供电端和输出端,其中供电端耦接至供电电压VDD,电流源IS0在输出端提供开启电流IG。逻辑电路242AB包括触发器FF2,触发器FF2具有置位端、复位端、输出端和反向输出端,其中置位端接收开启控制信号SR_on,复位端接收关断控制信号SR_off。选择延时电路241A具有输入端、选择控制端、使能端和输出端,其中输入端耦接至电流源IS0的输出端,选择控制端接收模式信号MS,使能端耦接至触发器FF2的输出端,输出端耦接至同步整流开关SR的栅极以提供开启电流充电同步整流开关的的栅极电压。当模式信号MS为低电平时,选择延时电路241A在开启控制信号SR_on有效的第一延时Td1后充电同步整流开关的栅极电压,以快速开启同步整流开关SR;当模式信号MS为高电平,选择延时电路241A在开启控制信号SR_on有效的第二延时Td2后充电同步整流开关的栅极电压,以缓慢开启同步整流开关SR。放电开关管244A耦接在同步整流开关的栅极与地之间,控制端耦接至触发器FF2的反向输出端。当关断控制信号SR_off有效时,放电开关管244A被导通以提供放电路径,栅极电压减小,以关断同步整流开关SR。
图7是根据本发明又一实施例的栅极驱动器204B的电路原理图。在图7所示的实施例中,栅极驱动器204B包括信号延时电路241B、逻辑电路242B、电流源IS1和IS2、选择电路243B、放电开关管244B。其中信号延时电路241B具有输入端、控制端和输出端,其中输入端接收开启控制信号SR_on,控制端接收模式信号MS,基于模式信号MS,信号延时电路241B对开启控制信号SR_on进行相应的延时,在输出端提供开启控制延时信号SR_on1。具体地,若模式信号MS具有低电平,开启控制延时信号SR_on1滞后开启控制信号SR_on第一延时Td1,若模式信号MS具有高电平,开启控制延时信号SR_on1滞后开启控制信号SR_on第二延时Td2。
逻辑电路242B包括触发器FF3,触发器FF3具有置位端、复位端、输出端和反向输出端,其中置位端耦接至信号延时电路241B的输出端以接收开启控制延时信号SR_on1,复位端接收关断控制信号SR_off。
电流源IS1和IS2分别具有供电端和输出端,其中供电端耦接至供电电压VDD,输出端分别提供第一开启电流IG1和第二开启电流IG2。选择电路243B具有第一输入端、第二输入端、选择控制端、使能端和输出端,其中第一输入端耦接至电流源IS1的输出端,第二输入端耦接至电流源IS2的输出端,选择控制端耦接至模式信号MS,使能端耦接至触发器FF3的输出端,基于模式信号MS,选择电路242B在开启控制延时信号SR_on1有效时选择将第一开启电流IG1或第二开启电流IG2提供至同步整流开关SR的栅极。当模式信号MS具有低电平,选择电路243B提供第一开启电流IG1至同步整流开关SR的栅极,以充电同步整流开关的栅极电压;当模式信号MS具有高电平,选择电路243B提供第二开启电流IG2至同步整流开关SR的栅极,以充电同步整流开关的栅极电压。放电开关管244B耦接在同步整流开关的栅极与地之间,控制端耦接至触发器FF3的反向输出端。当关断控制信号SR_off有效时,放电开关管244B被导通以提供放电路径,栅极电压减小,以关断同步整流开关SR。
图8是根据本发明一实施例的开关电源电路的工作波形图。如图8所示,在时刻t11,模式信号MS为低电平,漏源极检测电压VDS减小至开启阈值Vth_on,开启控制信号SR_on有效,栅极驱动器在第一延时Td1后以第一开启电流IG1充电同步整流开关的栅极电压,栅极电压迅速增大到最大值Vmax,同步整流开关SR被快速导通。在一个实施例中,第一延时Td1为50ns,第一开启电流IG1为2A。
在时刻t12,检测到同步整流开关的漏源极检测电压VDS增大至关断阈值Vth_off,关断控制信号有效,放电开关管243A被导通,栅极电压减小,同步整流开关SR被关断。
在时刻t13,检测到同步整流开关的漏源极检测电压VDS超过检测阈值VDET-TH的时长TS小于窗口时长TW,模式信号MS从低电平跳变为高电平。
在时刻t14,开启信号SR_on再次有效,此时模式信号MS为高电平,栅极驱动器在第二延时Td2后以第二开启电流IG2充电同步整流开关SR的栅极电压,栅极电压以较慢的斜率增大至最大值Vmax。在一个实施例中,第二延时Td2为150ns,第二开启电流IG2为250mA。
图9是根据本发明又一实施例的开关电源电路的工作波形图。如图9所示,在时刻t21,开启控制信号SR_on有效,模式信号MS为低电平,栅极驱动器在第一延时Td1后以第一开启电流IG1充电同步整流开关SR的栅极电压,开启同步整流开关SR。在一个实施例中,第一延时Td1为50ns,第一开启电流IG1为2A。
在时刻t22,漏源极检测电压VDS大于关断阈值Vth_off,同步整流开关SR被关断,同时当前同步整流开关的导通时长被记录TN,若检测到TN>105%TN-1,或者TN<95%TN-1,模式信号MS从低电平跳变为高电平。
在时刻t23,开启信号SR_on有效,模式信号MS为高电平,栅极驱动器在第二延时Td2后以第二开启电流IG2充电同步整流开关SR的栅极电压,以控制同步整流开关的开启。在一个实施例中,第二延时Td2为150ns,第二开启电流IG2为250mA。
在说明书中,相关术语例如第一和第二等可以只是用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开,而不必或不意味着在这些实体或动作之间的任意实体这种关系或者顺序。数字顺序例如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅指的是多个中的不同个体,并不意味着任何顺序或序列,除非权利要求语言有具体限定。在任何一个权利要求中的文本的顺序并不意问这处理步骤必须以根据这种顺序的临时或逻辑顺序进行,除非权利要求语言有具体规定。在不脱离本发明范围的情况下,这些处理步骤可以按照任意顺序互换,只要这种互换不会是的权利要求语言矛盾并且不会出现逻辑上荒谬。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明,这些实施例不是完全详尽的,并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的,其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (13)

1.一种同步整流开关的副边控制电路,包括:
开启控制电路,将同步整流开关的漏源极检测电压与开启阈值相比较,产生开启控制信号;
转换速率检测电路,产生表示转换速率检测结果的模式信号,其中模式信号具有第一电平和第二电平;以及
栅极驱动器,用于控制同步整流开关的开启与关断,其中当模式信号具有第一电平时,所述栅极驱动器在开启控制信号有效的第一延时后充电同步整流开关的栅极电压,当模式信号具有第二电平时,所述栅极驱动器在开启控制信号有效的第二延时后充电同步整流开关的栅极电压,其中第二延时大于第一延时。
2.如权利要求1所述的副边控制电路,其中当转换速率检测电路检测到同步整流开关的漏源极检测电压大于一检测阈值的时长小于窗口时长时,模式信号从第一电平切换至第二电平。
3.如权利要求1所述的副边控制电路,其中当转换速率检测电路检测到同步整流开关导通时长的变化比超过一预设值时,模式信号从第一电平切换至第二电平。
4.如权利要求1所述的副边控制电路,进一步包括:
关断控制电路,将同步整流开关的漏源极检测电压与关断阈值相比较,产生关断控制信号,以控制同步整流开关的关断。
5.如权利要求4所述的副边控制电路,其中所述栅极驱动器包括:
电流源,具有供电端和输出端,其中供电端耦接至供电电压;
逻辑电路,具有置位端、复位端、输出端和反向输出端,其中置位端接收开启控制信号,复位端接收关断控制信号;
选择延时电路,具有输入端、使能端、控制端和输出端,其中输入端耦接至电流源的输出端,使能端耦接至逻辑电路的输出端,控制端接收模式信号,输出端耦接至同步整流开关的栅极,基于模式信号,选择延时电路选择在开启控制信号有效的第一延时或第二延时后充电同步整流开关的栅极电压;以及
放电开关管,耦接在同步整流开关的栅极与地之间,放电开关管的控制端耦接至逻辑电路的反向输出端。
6.如权利要求1所述的副边控制电路,其中当模式信号第二电平的持续时间超过预设时长时,模式信号从第二电平切换至第一电平。
7.如权利要求1所述的副边控制电路,其中当模式信号具有第一电平时,栅极驱动器以第一开启电流充电同步整流开关的栅极电压,当模式信号具有第二电平时,栅极驱动器以第二开启电流充电同步整流开关的栅极电压,其中第一开启电流大于第二开启电流。
8.如权利要求7所述的副边控制电路,其中所述栅极驱动器包括:
信号延时电路,具有输入端、控制端和输出端,其中输入端接收开启控制信号,控制端接收模式信号,基于模式信号,信号延时电路对开启控制信号进行相应的延时,在输出端提供开启控制延时信号;
逻辑电路,具有置位端、复位端、输出端和反向输出端,其中置位端耦接至信号延时电路的输出端,复位端耦接以接收关断控制信号;
第一和第二电流源,分别具有供电端和输出端,其中供电端均耦接至供电电压,输出端分别提供第一开启电流和第二开启电流;
选择电路,具有第一输入端、第二输入端、使能端、控制端和输出端,其中第一输入端耦接至第一电流源的输出端,第二输入端耦接至第二电流源的输出端,使能端耦接至逻辑电路的输出端,控制端接收模式信号,输出端耦接至同步整流开关的栅极,其中基于模式信号,选择电路在开启控制延时信号有效时选择以第一开启电流或第二开启电流充电同步整流开关的栅极电压;以及
放电开关管,耦接在同步整流开关的栅极与地之间,放电开关管的控制端耦接至逻辑电路的反向输出端。
9.一种同步整流的开关电源电路,包括:
储能元件,具有原边和副边;
同步整流开关,耦接至该储能元件的副边;以及
如权利要求1~8任一权利要求所述的副边控制电路。
10.一种开关电源电路中同步整流开关的控制方法,该开关电源电路包括耦接至储能元件副边的同步整流开关,该方法包括:
将同步整流开关的漏源极检测电压与开启阈值相比较,产生开启控制信号;
当漏源极检测电压大于检测阈值的时长小于窗口时长时,一模式信号从第一电平切换至第二电平;
当同步整流开关导通时长的变化比超过一预设值时,该模式信号从第一电平切换至第二电平;
当模式信号具有第一电平时,在开启控制信号有效的第一延时后充电同步整流开关的栅极电压;以及
当模式信号具有第二电平时,在开启控制信号有效的第二延时后充电同步整流开关的栅极电压,其中第一延时小于第二延时。
11.如权利要求10所述的方法,进一步包括:当模式信号第二电平的持续时间达到预设时长时,该模式信号从第二电平切换至第一电平。
12.如权利要求10所述的方法,其中当模式信号具有第一电平时,以第一开启电流充电同步整流开关的栅极电压,当模式信号具有第二电平时,以第二开启电流充电同步整流开关的栅极电压,其中第一开启电流大于第二开启电流。
13.如权利要求10所述的方法,进一步包括:将同步整流开关的漏源极检测电压与关断阈值相比较,产生关断控制信号,以控制同步整流开关的关断。
CN201911254525.7A 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法 Active CN110752755B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911254525.7A CN110752755B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法
CN202110736786.3A CN113346761B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法
TW109139685A TWI769582B (zh) 2019-12-10 2020-11-13 同步整流的開關電源電路、副邊控制電路及其方法
US16/953,700 US11356030B2 (en) 2019-12-10 2020-11-20 Switching power supply circuit with synchronous rectification and associated control circuit and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911254525.7A CN110752755B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110736786.3A Division CN113346761B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110752755A true CN110752755A (zh) 2020-02-04
CN110752755B CN110752755B (zh) 2021-07-20

Family

ID=69285823

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911254525.7A Active CN110752755B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法
CN202110736786.3A Active CN113346761B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110736786.3A Active CN113346761B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11356030B2 (zh)
CN (2) CN110752755B (zh)
TW (1) TWI769582B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193407A (zh) * 2020-03-02 2020-05-22 上海南芯半导体科技有限公司 一种同步整流控制方法及其控制电路
CN112134465A (zh) * 2020-09-09 2020-12-25 深圳市必易微电子股份有限公司 同步整流控制电路及电压变换器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11303217B2 (en) * 2019-06-24 2022-04-12 Semiconductor Components Industries, Llc Adaptive SR turn-on control in an LLC resonant converter
CN111064366B (zh) * 2019-12-11 2021-03-09 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路和方法以及谐振变换模块
US11601061B2 (en) * 2020-02-06 2023-03-07 Dialog Semiconductor Inc. System for turning off a synchronous rectifier based on a primary switch turn-on detection
CN113507215B (zh) * 2021-06-21 2022-09-20 艾科微电子(深圳)有限公司 同步整流控制装置、电源供应器以及同步整流控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142775A (zh) * 2010-02-01 2011-08-03 成都芯源系统有限公司 用于反激变换器的智能驱动电路及驱动方法
CN102231605A (zh) * 2011-06-30 2011-11-02 上海新进半导体制造有限公司 一种开关电源副边的同步整流控制电路及反激式开关电源
CN105978341A (zh) * 2016-06-01 2016-09-28 西安矽力杰半导体技术有限公司 副边控制电路、控制方法及应用其的反激式变换器
CN106130378A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 广州金升阳科技有限公司 同步整流控制电路及方法
CN106941321A (zh) * 2017-03-22 2017-07-11 深圳市稳先微电子有限公司 一种同步整流管的控制电路
CN107342691A (zh) * 2017-07-11 2017-11-10 成都芯源系统有限公司 用于同步整流管的控制装置和方法
CN107425732A (zh) * 2017-09-12 2017-12-01 广州金升阳科技有限公司 一种同步整流管开通控制方法及电路

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM301461U (en) * 2006-05-09 2006-11-21 Hipro Electronics Taiwan Co Lt Half-bridge LLC resonant transformer having a synchronizing rectifying function
CN101572485B (zh) 2008-04-30 2012-06-06 杭州茂力半导体技术有限公司 用于副边同步整流管的智能驱动控制方法及装置
JP5463787B2 (ja) * 2008-12-02 2014-04-09 富士電機株式会社 スイッチング電源装置およびスイッチング電源制御回路
JP5278224B2 (ja) * 2008-12-08 2013-09-04 富士電機株式会社 スイッチング電源装置、およびスイッチング電源制御回路
US8358522B2 (en) * 2010-07-15 2013-01-22 International Business Machines Corporation Synchronous rectifier gate drive timing to compensate for transformer leakage inductance
CN102195492B (zh) 2011-05-24 2014-04-16 成都芯源系统有限公司 同步整流开关电源及其控制电路和控制方法
WO2014183095A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Rompower Energy Systems, Inc. Resonant transition controlled flyback
CN103326581B (zh) 2013-06-24 2016-04-13 成都芯源系统有限公司 Llc谐振变换器、控制电路及驱动方法
CN103490648B (zh) 2013-10-10 2015-12-09 成都芯源系统有限公司 隔离式开关变换器及其控制方法
EP2876798B1 (en) * 2013-11-26 2019-09-18 Nxp B.V. Synchronous rectifier controller
CN103746566B (zh) 2014-01-21 2016-09-07 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
US9768703B2 (en) * 2014-12-31 2017-09-19 Apple Inc. Shoot-through prevention in switched-mode power supplies
CN108155799B (zh) * 2016-12-06 2020-09-11 台达电子企业管理(上海)有限公司 用于反激变换器电路的控制方法及控制装置
US9991803B1 (en) * 2017-01-18 2018-06-05 Semiconductor Components Industries, Llc Reduction of electromagnetic interference in a flyback converter
CN107248817B (zh) 2017-06-28 2019-06-18 成都芯源系统有限公司 一种准谐振控制的开关电路及方法
CN107979289A (zh) 2017-11-27 2018-05-01 成都芯源系统有限公司 一种同步整流的开关电源电路及其控制方法
CN108173434B (zh) * 2018-01-15 2020-06-09 昂宝电子(上海)有限公司 开关电源电路
US20190296647A1 (en) * 2018-03-20 2019-09-26 Sanken Electric Co., Ltd. Device and Method for Controlling Power Supply with Delay Behavior in a Power Circuit
CN108649805B (zh) * 2018-06-14 2023-11-10 成都信息工程大学 基于隔离和延迟技术的大功率dc-dc电源转换电路
CN109039114B (zh) 2018-07-18 2020-10-30 成都芯源系统有限公司 同步整流电路和方法
CN109274272B (zh) * 2018-10-19 2020-11-17 成都芯源系统有限公司 一种开关电源电路、同步整流控制电路及其控制方法
CN109756135A (zh) * 2019-01-31 2019-05-14 深圳市力生美半导体股份有限公司 一种同步整流控制电路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102142775A (zh) * 2010-02-01 2011-08-03 成都芯源系统有限公司 用于反激变换器的智能驱动电路及驱动方法
CN102231605A (zh) * 2011-06-30 2011-11-02 上海新进半导体制造有限公司 一种开关电源副边的同步整流控制电路及反激式开关电源
CN105978341A (zh) * 2016-06-01 2016-09-28 西安矽力杰半导体技术有限公司 副边控制电路、控制方法及应用其的反激式变换器
CN106130378A (zh) * 2016-08-31 2016-11-16 广州金升阳科技有限公司 同步整流控制电路及方法
CN106941321A (zh) * 2017-03-22 2017-07-11 深圳市稳先微电子有限公司 一种同步整流管的控制电路
CN107342691A (zh) * 2017-07-11 2017-11-10 成都芯源系统有限公司 用于同步整流管的控制装置和方法
CN107425732A (zh) * 2017-09-12 2017-12-01 广州金升阳科技有限公司 一种同步整流管开通控制方法及电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111193407A (zh) * 2020-03-02 2020-05-22 上海南芯半导体科技有限公司 一种同步整流控制方法及其控制电路
CN112134465A (zh) * 2020-09-09 2020-12-25 深圳市必易微电子股份有限公司 同步整流控制电路及电压变换器

Also Published As

Publication number Publication date
US11356030B2 (en) 2022-06-07
TW202127786A (zh) 2021-07-16
CN110752755B (zh) 2021-07-20
CN113346761A (zh) 2021-09-03
CN113346761B (zh) 2022-03-22
US20210175817A1 (en) 2021-06-10
TWI769582B (zh) 2022-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113346761B (zh) 同步整流的开关电源电路、副边控制电路及其方法
CN109245569B (zh) 反激式变换器及其控制电路
US6995991B1 (en) PWM controller for synchronous rectifier of flyback power converter
KR100593410B1 (ko) 스위칭 전원장치
US10205377B1 (en) Active clamp flyback converter control with reduced current
TWI626824B (zh) System and method with timing control for synchronous rectification controller
TW201238219A (en) Switching controller with valley-lock switching and limited maximum frequency for quasi-resonant power converters
CN101009465A (zh) 电源控制器及其方法
JP2006204091A (ja) スイッチング電源から出る出力電力を制御するための方法と装置
JP2006514521A (ja) 適応立上りエッジブランキング回路
TW200406977A (en) DC-DC converter
KR101542645B1 (ko) 온 시간 샘플링 방지
CN107834849B (zh) 开关电源控制电路及控制方法
US10164543B2 (en) System and method for controlling power converter with adaptive turn-on delay
JP2003009514A (ja) 駆動信号供給回路
TW202230952A (zh) 隔離式開關變換器及其控制器和控制方法
CN110138220B (zh) 一种电源及其开关电源电路
KR101837164B1 (ko) 스위치 제어기, 스위치 제어 방법, 및 스위치 제어기를 포함하는 전력 공급 장치
CN107872158B (zh) 多模式开关电源的同步整流控制系统和方法
CN110277914B (zh) 一种适用于Boost变换器的反流比较器
JPWO2014167938A1 (ja) パワーデバイスの駆動回路
JP2006304485A (ja) スイッチング電源
TW201412005A (zh) 切換式穩壓器
TWI497894B (zh) 可使電源供應器在電壓波谷之谷底切換之電源控制器以及相關之控制方法
CN113783402A (zh) 一种自适应控制电路及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant