CN111786563A - 同步整流控制电路及开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步整流控制电路及开关电源，在下拉信号下拉同步整流开关管的栅源电压过程中，检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压到达预设的第一阈值电压时通过快速调节电路快速停止下拉信号的下拉动作，可控制同步整流开关管的栅源电压不被拉到太低，使得同步整流开关管的漏源电压维持在预设的第一阈值电压附近，本发明方案开关管的导通损耗小，系统效率得到提高。

Description

同步整流控制电路及开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种同步整流控制电路及开关电源。
背景技术
反激式开关电源常用于交流直流、直流直流等电源转换场合，如图1所示为反激式开关电源的示意框图，反激式开关电源包括隔离变压器T，原边主开关管M1，输入电容C1和输出电容C2，为了提高开关电源的转化效率，副边通常采用同步整流开关管替代整流二极管，如图1中副边整流开关管M1。在反激式开关电源工作过程中，为了防止副边电流变小时出现开关管提前关断从而导致效率低的问题，通常采用的控制方法为在整流开关管M1的栅极连接一个下拉电路，当检测到整流开关管M1的漏源两端压降VDS触碰到预设的第一阈值电压Vref时，通过下拉电路下拉整流开关管M1的栅源电压，漏源两端电压随之降低。
现有技术中下拉电路通常采用运算放大器和下拉开关管实现，由于运算放大器的速度的限制，当整流开关管M1的漏源两端压降VDS触碰到预设的第一阈值电压Vref时，运算放大器的输出会有一段延迟时间，下拉开关管不会立即关掉，由于此时整流开关管M1下拉电流较大，在延迟时间段内，整流开关管M1的栅源电压被下拉较多，导通电阻变大过多，漏源两端压降VDS偏离第一阈值电压Vref过多。现有的同步整流控制方式存在的问题是受限于运算放大器速度和精度，在调节漏源两端压降过程漏源两端压降常常会偏离预设电压值Vref较多，导致电源效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步整流控制电路及开关电源，用以解决现有技术存在的运算速度慢导致的效率低技术问题。
本发明的技术解决方案是提供一种同步整流控制电路，用于控制开关电源中的同步整流开关管，包括：
下拉电路，所述下拉电路接收所述同步整流开关管的漏源两端电压信号，当所述同步整流开关管的漏源两端电压上升至预设的第一阈值电压时，则输出一下拉信号以调整所述同步整流开关管的栅源电压，
快速调节电路，与所述下拉电路连接，所述快速调节电路接收所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，并根据所述漏源两端电压信号和所述第一阈值电压的比较结果快速控制所述下拉信号的下拉动作。
优选地，当所述漏源两端电压信号下降至所述第一阈值电压时，所述快速调节电路中止所述下拉信号的下拉动作。
优选地，所述快速调节电路包括比较电路和开关电路，
所述比较电路的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，输出一比较信号，
所述开关电路接收所述比较信号，并根据所述比较信号控制开关电路的通断状态。
优选地，所述下拉电路包括运算放大器和下拉开关管，
所述运算放大器的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，以输出运算放大信号至所述下拉开关管的控制端，
所述开关电路包括第一开关管，所述第一开关管控制端接收所述比较信号，第一功率端连接至所述运算放大器输出端和下拉开关管控制端之间，第二功率端接地，
所述下拉开关管的第一功率端接同步整流开关管栅极，第二功率端接地。
优选地，所述第一阈值电压的电压值设置为小于所述同步整流开关管关
断时对应的漏源电压值。
优选地，所述下拉电路还包括下拉电阻，所述下拉电阻与所述下拉开关管串联连接在所述同步整流管的栅极和源极之间。
第二方面，公开了一种开关电源，包括原边主功率开关管和副边同步整流开关管，还包括上述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述同步整流开关管的开关状态。
采用本发明的同步整流电路结构及开关电源，在下拉信号对同步整流开关管的栅源电压下拉过程中，当检测所述同步整流开关管的漏源两端电压到达预设的第一阈值电压时通过快速调节电路快速停止下拉信号的下拉动作，可控制同步整流开关管的栅源电压不被拉到太低，使得同步整流开关管的漏源电压维持在预设的第一阈值电压附近，与现有技术相比，本发明方案导通损耗小，系统效率得到提高。
附图说明
图1为现有技术的反激式开关电源的示意框图；
图2为本发明同步整流控制电路的电路结构图；
图3为依据图2的同步整流控制电路的工作波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，为本发明同步整流控制电路的电路结构图，所述同步整流控制电路可用于如图1所示的反激式开关电源中，M1为同步整流开关管，这里同步整流开关管M1为晶体管，所述同步整流控制电路包括下拉电路1和快速调节电路2，所述下拉电路1包括运算放大器OP和下拉开关管M0，所述运算放大器OP的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源电压信号VDS和所述预设的第一阈值电压Vref，这里，运算放大器的正向输入端接收所述漏源电压信号VDS，反向输入端接收所述第一阈值电压Vref，以输出运算放大信号Vf至所述下拉开关管M0。本发明实施方式中，所述同步整流开关管M1的源极接地，所述下拉开关管的漏极连接至所述同步整流管的栅极，源极连接至所述同步整流开关管M1的源极，也即接地。
这里，所述第一阈值电压Vref的值设置为比所述同步整流开关管达到关断时的漏源电压值小的某一电压值，例如，当所述同步整流开关管的漏源电压达到关断阈值电压Voff-10mv时，所述同步整流开关管达到关断，则所述第一阈值电压Vref设置为-40mv至-60mv之间的值。
所述快速调节电路2包括比较电路和开关电路，这里，比较电路包括比较器CMP，开关电路包括开关管S2，开关管S2可以晶体管或者其他具有开关功能的开关管，比较器CMP的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源两端电压信号VDS和所述预设的第一阈值电压Vref，本实施例方式中比较器CMP的反向端输入漏源两端电压信号VDS，正向端输入第一阈值电压Vref，输出一比较信号Vc，所述开关管S2的控制端接收所述比较信号Vc，并根据所述比较信号控制开关管的通断。
下面结合图2中电路结构图和图3中的工作波形图阐述本发明实施方式，在t0至t2期间，副边电流通过整流开关管M1的体二极管D2流过，当逻辑控制电路检测到整流开关管M1的漏源两端压降VDS足够小达到导通电压Von(这里为负值)，则输出脉冲信号控制开关S0导通(对应图2中t0～t2时段)，整流开关管M1导通，电流通过整流开关管M1，整流开关管M1的漏源电流IDS较大，在t3时刻，漏源两端电压VDS上升至第一阈值电压Vref，一般来说，第一阈值电压Vref设置为在t3时刻，导通电阻与漏源电流IDS的乘积，如在-40mv左右。运算放大器OP的输出会有一段延迟时间，下拉开关管并没有立即导通，整流开关管M1的导通电阻变大，漏源两端电压VDS增大，漏源两端电压VDS超过第一阈值电压Vref一段时间后，下拉开关管M0导通，产生下拉电流拉低整流开关管M1的栅极电压，整流开关管M1漏源两端电源VDS减小，当漏源两端电压VDS下降至第一阈值电压Vref时，这时，比较器CMP输出的比较信号Vc变为高电平有效状态控制第一开关管S2导通，第一开关管S2迅速将下拉开关管M0的栅极电压拉低，下拉开关管M0关断，如图3中t5时刻，由于下拉开关管保持M0关闭，同步整流开关管M1的漏源两端电压基本维持在第一阈值电压Vref附近。直到漏源两端电流IDS再次减小到漏源两端电压VDS稍大于第一阈值电压Vref时，下拉开关管M0再次产生下拉电流拉低同步整流开关管M1的栅极电压，增大导通电阻Rdson，这样不断调节导通电阻Rdson，使得漏源两端电压VDS保持在第一阈值电压Vref附近，如此循环，直到t14时刻，漏源两端电压VDS触碰到关断阈值电压Voff(如-10mv)时，逻辑控制电路控制同步整流开关管M1直接关断(图2中未示出，如可以通过一个开关管连接在整流开关管M1和地之间，逻辑控制电路控制开关管导通以控制同步整流开关管M1直接关断)。
在图3中，实线表征本发明的方案对应的工作波形图，虚线为现有技术中的方案对应的工作波形图，可见，现有技术中，因为运算放大器的延迟，在t5时刻，不能立即关断下拉开关管，导致同步开关管M1的栅极电压被下拉过多，导通电阻大，漏源两端电压VDS偏离第一阈值电压较多，这样影响了系统效率。而在本发明实施方案中，通过比较器能够快速响应比较结果，达到快速关断下拉开关管的效果，使得漏源两端电压VDS维持第一阈值电压附近，系统损耗小，效率得到提高。
优选地，所述下拉电路还可以包括一下拉电阻，所述下拉电阻与所述下拉开关管串联连接在所述同步整流管的栅极和源极之间。这样，下拉电流的大小可根据电阻的阻值控制，不至于在下拉前期下拉电流太大导致的同步开关管栅极电压被下拉太多，影响系统效率。
最后，本发明公开了一种开关电源，包括原边主功率开关管和副边同步整流开关管，还包括述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述同步整流开关管。同理，本发明的开关电源响应速度快，同样可达到漏源两端电压VDS维持第一阈值电压附近，系统损耗小，效率得到提高的有益效果。
本领域技术人员可知本发明的同步整流控制电路不限于上述实施例开关电源方式，存在相同技术问题的开关电源领域，本发明的同步整流控制电路都可应用。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同步整流控制电路，用于控制开关电源中的同步整流开关管，其特征在于，包括：
下拉电路，所述下拉电路接收所述同步整流开关管的漏源两端电压信号，当所述同步整流开关管的漏源两端电压上升至预设的第一阈值电压时，则输出一下拉信号以调整所述同步整流开关管的栅源电压，
快速调节电路，与所述下拉电路连接，所述快速调节电路接收所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，并根据所述漏源两端电压信号和所述第一阈值电压的比较结果快速控制所述下拉信号的下拉动作。
2.根据根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当所述漏源两端电压信号下降至所述第一阈值电压时，所述快速调节电路中止所述下拉信号的下拉动作。
3.根据根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述快速调节电路包括比较电路和开关电路，
所述比较电路的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，输出一比较信号，
所述开关电路接收所述比较信号，并根据所述比较信号控制开关电路的通断状态。
4.根据根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述下拉电路包括运算放大器和下拉开关管，
所述运算放大器的输入端分别接受所述同步整流开关管的漏源两端电压信号和所述预设的第一阈值电压，以输出运算放大信号至所述下拉开关管的控制端，
所述开关电路包括第一开关管，所述第一开关管控制端接收所述比较信号，第一功率端连接至所述运算放大器输出端和下拉开关管控制端之间，第二功率端接地，
所述下拉开关管的第一功率端接同步整流开关管栅极，第二功率端接地。
5.根据根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一阈值电压的电压值设置为小于所述同步整流开关管关断时对应的漏源电压值。
6.根据根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述下拉电路还包括下拉电阻，所述下拉电阻与所述下拉开关管串联连接在所述同步整流管的栅极和源极之间。
7.一种开关电源，包括原边主功率开关管和副边同步整流开关管，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述同步整流开关管的开关状态。
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