CN112511009B - 同步整流控制电路、控制方法及反激式开关电源 - Google Patents

同步整流控制电路、控制方法及反激式开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同步整流控制电路、控制方法及反激式开关电源，通过电压调节电路调节表征输出电压的第一电压信号的值，以使得在瞬态过程中，副边同步整流管漏源电压和输出电压之差的伏秒积可以被及时清零，不会发生误累积情况，因而在原边的开关管的开通期间，不会发生副边的整流管的导通现象，避免了原副边开关管同时导通的情况。

Description

同步整流控制电路、控制方法及反激式开关电源
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种同步整流控制电路、控制方法及开关电源。
背景技术
反激式开关电源拓扑结构包括有主功率开关管、变压器和副边整流管，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述主功率开关管与所述原边绕组连接，所述副边整流管与所述副边绕组连接，通常采用同步整流开关管作为副边整流管。
对于有源钳位反激式开关电源则是在原边的主功率开关管的漏极和输入电源之间连接一个电容和一个辅助开关管(记为Hi)，如图1所示，主功率开关管记为Li，同步整流管记为GT。在断续工作模式下，副边的同步整流管的漏源电压在续流断开之后会有一个振铃过程，如图2所示波形，为了避免在振铃过程中副边同步整流管的误开通，可通过设置一个阈值来区分在原边开通时副边同步整流管漏源电压和输出电压之差的伏秒积(S1)和在振铃过程中副边同步整流管漏源电压和输出电压之差的伏秒积(S2)，设定合理的阈值S，满足S2<S<S1。这里，在稳态条件下，一般通过RC滤波电路对同步整流管的漏源电压VDS_S信号进行滤波，经过滤波之后的电压VO_AVG即作为输出电压VO。为了实现原边主功率管(Li)的软开关导通通常会额外开一次辅助开关管(Hi)。在开关管Hi为高时辅助开关管开通，同时副边同步整流管关断，因为S>S2，因此在VDS_S振铃的过程中，同步整流管GT不会开通，能够避免在辅助开关管Hi开通期间副边同步整流管GT误开，进而避免辅助开关管Hi与副边同步整流共通进而导致管子被击穿的现象。
上述的有源钳位反激式开关电源能够根据上述的设置在稳定下正常工作，但是在瞬态过程中，比如启动、负载阶跃(空载切换至满载或者满载切换至空载)以及输出调压的过程中，因为经过RC滤波的电压VO_AVG会有一定延时，这个时间通常为百us级别或者ms级别，这会导致VO_AVG无法实时跟随外部的输出电压VO，那么在振铃幅值较小的阶段时无法满足VDS_S<VO_AVG，由于伏秒积S2会在VDS_S<VO_AVG要求时进行清零，这样导致伏秒积S2在振铃的后期阶段无法被清零，这会导致在振铃过程中伏秒一直被累积、如图2中图t2至t3时间段，可能发生伏秒积被满足的现象，伏秒积满足会使得达到副边同步整流管导通的条件，继而导致在辅助开关管Hi开通期间，副边同步整流管也开通的现象，由于同步整流最小导通时间的限制，在辅助开关管Hi关断之后，主功率管Li会开通，这会可能会导致主功率管Li和副边同步整流管共通，可能会导致副边SR被击穿。
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、控制方法及反激式开关电源，用以解决现有技术存在的在瞬态变化中主功率开关管和副边同步整流管共通的技术问题。
本发明公开了一种同步整流控制方法，用于控制反激式开关电源中副边的同步整流管，包括步骤：
检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征所述开关电源输出电压信息的第一电压信号；
调整所述第一电压信号的电压值大小，以获得第二电压信号；
将所述同步整流管的漏源两端电压与第二电压信号进行比较，当所述同步整流管的漏源两端电压大于所述第二电压信号时，将所述同步整流管的漏源两端电压与所述第一电压信号的差值进行积分，获得积分信号；当所述同步整流管的漏源两端电压小于所述第二电压信号时，停止积分，并且将所述积分信号清零；
设置一积分阈值，当所述积分信号未达到所述积分阈值时，所述同步整流管不导通。
优选地，所述第二电压信号的电压值设置为使得在所述同步整流管关断之后，在所述同步整流管漏源两端电压的每个谐振周期内，所述同步整流管的漏源两端电压能够小于所述第二电压信号。
优选地，所述积分信号与所述积分阈值的比较结果记为第一比较信号，当所述积分信号达到所述积分阈值时，所述第一比较信号为有效状态，并将所述有效状态的第一比较信号进行锁存获得第一锁存结果。
优选地，所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值进行比较，获得第二比较信号，当所述同步整流管的漏源两端电压降低至所述第一电压阈值时，所述第二比较信号为有效状态，
在将所述第一锁存结果进行锁存后的预定时长内，若所述第二比较信号未达到有效状态，则将所述第一锁存结果清零，其中，所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述同步整流管导通。
优选地，检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征输出电压信息的第一电压信号具体包括：
采样所述同步整流管的漏源两端电压，并对所述采样的漏源两端电压信号进行滤波，获得所述同步整流管的漏源两端电压的平均值，
所述同步整流管的漏源两端电压的平均值作为表征输出电压信息的第一电压信号。
优选地，增加所述第一电压信号的电压值大小，以获得所述第二电压信号。
优选地，设置至少一个参考电压信号，其中，
当所述参考电压信号为一个时，则所述第一电压信号和所述参考电压信号之和作为所述第二电压信号；
当所述参考电压信号为多个时，所述第一电压信号分别与多个所述参考电压信号相加获得多个中间电压信号，所述多个中间电压信号的最大值作为所述第二电压信号；或者是根据所述开关电源的工作状态将所述多个中间电压信号中的其中一个输出作为所述第二电压信号。
本发明还公开了一种同步整流控制电路，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源包括原边的主功率开关管和副边的同步整流管，所述控制电路包括，
输出电压产生电路，检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征输出电压信息的第一电压信号；
电压调节电路，接收所述第一电压信号，以对第一电压信号的电压值进行调节获得第二电压信号；
第一比较电路，比较所述同步整流管的漏源两端电压和所述第二电压信号，以获得比较信号，
积分电路，接收所述同步整流管的漏源两端电压和所述第一电压信号，并根据所述比较信号决定是否所述同步整流管的漏源两端电压和所述第一电压信号之差进行积分，
其中，所述第二电压信号的电压值设置为使得在所述同步整流管关断之后，在所述同步整流管漏源两端电压的每个谐振周期内，所述同步整流管的漏源两端电压能够小于所述第二电压信号。
优选地，当所述同步整流管的漏源两端电压大于所述第二电压信号时，所述积分电路将所述同步整流管的漏源两端电压与所述第一电压信号的差值进行积分，获得积分信号；当所述同步整流管的漏源两端电压小于所述第二电压信号时，所述积分电路停止积分，并且将所述积分信号清零。
优选地，所述控制电路还包括逻辑控制电路，
所述逻辑控制电路接收所述积分电路输出的所述积分信号，并设置一积分阈值，当所述积分信号未达到所述积分阈值时，所述逻辑控制电路控制所述同步整流管不导通。
优选地，所述积分电路将所述积分信号与所述积分阈值的比较结果记为第一比较信号，当所述积分信号达到所述积分阈值时，所述第一比较信号为有效状态，并将所述有效状态的第一比较信号进行锁存获得第一锁存结果。
优选地，所述控制电路包括第二比较电路，
所述第二比较电路将所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值进行比较，获得第二比较信号，当所述同步整流管的漏源两端电压降低至所述第一电压阈值时，第二比较信号为有效状态，
所述逻辑控制电路在将所述第一锁存结果进行锁存后的预定时长内，若所述第二比较信号未达到有效状态，则将所述第一锁存结果清零，所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述同步整流管导通。
优选地，所述输出电压产生电路包括采样电路和滤波电路，
所述采样电路采样所述同步整流管的漏源两端电压；
所述滤波电路对所述采样的漏源两端电压信号进行滤波，获得所述同步整流管的漏源两端电压的平均值，所述同步整流管的漏源两端电压的平均值作为表征输出电压信息的第一电压信号。
优选地，所述电压调节电路包括加法电路，设置一参考电压信号，所述加法电路将所述第一电压信号和所述参考电压信号相加之后作为所述第二电压信号。
优选地，所述电压调节电路包括加法电路和信号选择电路，
设置至少两个参考电压信号，所述加法电路将所述第一电压信号分别与多个所述参考电压信号相加获得多个中间电压信号，
所述信号选择电路选择所述多个中间电压信号的最大值作为所述第二电压信号；或者是所述信号选择电路根据所述开关电源的工作状态选择将所述多个中间电压信号中的其中一个输出作为所述第二电压信号。
最后，本发明还公开了一种反激式开关电源，包括原边的主功率开关管和副边的同步整流管，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副边的同步整流管的工作状态。
采用本发明的控制电路方案，通过电压调节电路调节表征输出电压的电压信号值，以使得在瞬态过程中，副边同步整流管漏源电压和输出电压之差的伏秒积可以在振铃过程中被清零，不会发生累积情况，因而在原边开关管的开通期间，不会发生副边整流管的导通的现象，避免了原副边开关管同时导通的情况。
附图说明
图1为现有的一种有源钳位反激式开关电源的电路框图；
图2为依据图1的电路框图的工作波形图；
图3为依据本发明的同步整流控制电路的电路框图；
图4为图3中输出电压产生电路的一种实施例电路图；
图5为图3中电压调节电路的一种实施例电路图；
图6为依据本发明的同步整流控制电路的另一实施例的电路框图。
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。
本发明实施例提出了一种同步整流控制方法，下面结合图3、图4和图5的电路图对本发明的控制方法进行说明，用于控制反激式开关电源中副边的同步整流管，包括步骤1：检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征所述开关电源输出电压信息的第一电压信号。这里，参考图4所示的输出电压产生电路，所述输出电压产生电路包括采样电路和滤波电路，滤波电路可以为如图3所示的电阻和电容组成，所述采样电路采样所述同步整流管的漏源两端电压；所述滤波电路对所述采样的漏源两端电压VDS_S信号进行滤波，获得所述同步整流管的漏源两端电压的平均值VO_AVG，所述同步整流管的漏源两端电压的平均值作为表征输出电压信息的第一电压信号VO_AVG。
接着，所述控制方法包括步骤2：调整所述第一电压信号VO_AVG的电压值大小，以获得第二电压信号Vt。具体地，在一个实施例方式中，增加所述第一电压信号的电压值大小，以获得所述第二电压信号。具体地，可以设置至少一个参考电压信号，将所述第一电压信号与所述参考电压信号进行运算获得所述第二电压信号，其中，当所述参考电压信号为一个时，则所述第一电压信号和所述参考电压信号之和作为所述第二电压信号；当所述参考电压信号为多个时，所述第一电压信号分别与多个所述参考电压信号相加获得多个中间电压信号，所述多个中间电压信号的最大值作为所述第二电压信号；或者是根据所述开关电源的工作状态将所述多个中间电压信号中的其中一个输出作为所述第二电压信号。参考图5为电压调节电路一个实施例的电路图，A、B、C为大小不等的参考电压值，通过每一个参考电压与所述第一电压信号相加获得多个中间电压信号，多个中间电压信号通过二极管进行最大值筛选，或者是，通过开关管筛选，开关管的开关信号T或者T反与根据所述开关电源的工作状态相关，例如，当开关电源启动过程中，允许T导通与参考电压A对应的一路开关，以使A与所述第一电压信号相加的信号作为第二电压信号，当开关电源在输出动态时，允许B对应的一路开关导通，在对输出电压进行调节时，允许C对应地一路开关导通。如此，通过多个选择电路的控制，使得第二电压信号根据电源不同的场合自适应调整，一个电路即可实现适应于不同的场合需求。
之后，所述控制方法包括步骤3：将所述同步整流管的漏源两端电压与第二电压信号进行比较，当所述同步整流管的漏源两端电压大于所述第二电压信号时，将所述同步整流管的漏源两端电压与所述第一电压信号的差值进行积分，获得积分信号；当所述同步整流管的漏源两端电压小于所述第二电压信号时，停止积分，并且将所述积分信号清零。如图3所示，通过比较电路1实现所述同步整流管的漏源两端电压与第二电压信号的比较，比较电路可以为比较器等器件实现，积分电路为伏秒积分电路，其可以为现有技术中可以实现伏秒积分的电路实现。
所述控制方法还包括：设置一积分阈值，当所述积分信号未达到所述积分阈值时，所述同步整流管不导通。也即是，所述积分信号达到所述积分阈值为所述同步整流管的必要条件之一。
在一个实施例中，所述第二电压信号的电压值设置为使得在所述同步整流管关断之后，在所述同步整流管漏源两端电压的每个谐振周期内，所述同步整流管的漏源两端电压能够小于所述第二电压信号。这里，由于在同步整流管关断之后，所述同步整流管漏源两端电压呈振铃状态，如背景技术中所述，在现有技术中，由于同步整流管漏源两端电压在振铃状态的后阶段不能触碰到第一电压信号，因此，本申请中通过增大第一电压信号的值，使得在振铃状态的后阶段同步整流管漏源两端电压也能触碰到第二电压信号，从而让积分信号得以及时清掉，不会发生累积现象。
在另一实施例中，本发明的控制方法还包括所述积分信号与所述积分阈值的比较结果记为第一比较信号，当所述积分信号达到所述积分阈值时，所述第一比较信号为有效状态，并将所述有效状态的第一比较信号进行锁存获得第一锁存结果。结合图6，通过锁存电路对第一比较信号进行锁存，以获得第一锁存结果。
在一实施例中，本发明的控制方法还包括所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值进行比较，获得第二比较信号，当所述同步整流管的漏源两端电压降低至所述第一电压阈值时，所述第二比较信号为有效状态，在将所述第一锁存结果进行锁存后的预定时长内，若所述第二比较信号未达到有效状态，则将所述第一锁存结果清零，其中，所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述同步整流管导通。继续参考图6，通过比较电路2实现对所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值的比较，逻辑控制电路接收第一锁存结果和第二比较信号，在所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述逻辑控制电路输出信号VGT控制所述同步整流管导通。
本发明还公开了一种同步整流控制电路，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源包括原边的主功率开关管和副边的同步整流管，所述控制电路包括输出电压产生电路、电压调节电路、比较电路和积分电路，各电路的结构和功能在上述内容中已经阐述，在此不再赘述。
根据上述的电路结构和控制方法，本发明实施例的同步整流控制方案可方便获得不同的第二电压信号大小值，并根据开关电源的工作状态切换，使得开关电源电路不论在什么场合都可以防止积分信号误满足，不会发生原边开关管和副边开关管同时导通的现象。
需要补充的是，本发明实施例中的，电压调节电路调节第一电压信号，这里，调节的幅度可以为零，通过锁存结果在预定的时长内，对第二比较信号的有效状态进行判断，将锁存结果清零，如果也可以使得误满足积分的情况不会出现，防止原副边的开关管同时导通。
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 (16)

1.一种同步整流控制方法，用于控制反激式开关电源中副边的同步整流管，其特征在于，包括步骤：
检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征所述开关电源输出电压信息的第一电压信号；
增大所述第一电压信号的电压值大小，以获得第二电压信号；
将所述同步整流管的漏源两端电压与第二电压信号进行比较，当所述同步整流管的漏源两端电压大于所述第二电压信号时，将所述同步整流管的漏源两端电压与所述第一电压信号的差值进行积分，获得积分信号；当所述同步整流管的漏源两端电压小于所述第二电压信号时，停止积分，并且将所述积分信号清零；
设置一积分阈值，当所述积分信号未达到所述积分阈值时，所述同步整流管不导通。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第二电压信号的电压值设置为使得在所述同步整流管关断之后，在所述同步整流管漏源两端电压的每个谐振周期内，所述同步整流管的漏源两端电压能够小于所述第二电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述积分信号与所述积分阈值的比较结果记为第一比较信号，当所述积分信号达到所述积分阈值时，所述第一比较信号为有效状态，并将所述有效状态的第一比较信号进行锁存获得第一锁存结果。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值进行比较，获得第二比较信号，当所述同步整流管的漏源两端电压降低至所述第一电压阈值时，所述第二比较信号为有效状态，
在将所述第一锁存结果进行锁存后的预定时长内，若所述第二比较信号未达到有效状态，则将所述第一锁存结果清零，其中，所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述同步整流管导通。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征输出电压信息的第一电压信号具体包括：
采样所述同步整流管的漏源两端电压，并对所述采样的漏源两端电压信号进行滤波，获得所述同步整流管的漏源两端电压的平均值，
所述同步整流管的漏源两端电压的平均值作为表征输出电压信息的第一电压信号。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，增加所述第一电压信号的电压值大小，以获得所述第二电压信号。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，设置至少一个参考电压信号，其中，
当所述参考电压信号为一个时，则所述第一电压信号和所述参考电压信号之和作为所述第二电压信号；
当所述参考电压信号为多个时，所述第一电压信号分别与多个所述参考电压信号相加获得多个中间电压信号，所述多个中间电压信号的最大值作为所述第二电压信号；或者是根据所述开关电源的工作状态将所述多个中间电压信号中的其中一个输出作为所述第二电压信号。
8.一种同步整流控制电路，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源包括原边的主功率开关管和副边的同步整流管，其特征在于，所述控制电路包括，
输出电压产生电路，检测所述同步整流管的漏源两端电压，以获得表征输出电压信息的第一电压信号；
电压调节电路，接收所述第一电压信号，以对第一电压信号的电压值进行增大获得第二电压信号；
第一比较电路，比较所述同步整流管的漏源两端电压和所述第二电压信号，以获得比较信号，
积分电路，接收所述同步整流管的漏源两端电压和所述第一电压信号，并根据所述比较信号决定是否所述同步整流管的漏源两端电压和所述第一电压信号之差进行积分，
其中，所述第二电压信号的电压值设置为使得在所述同步整流管关断之后，在所述同步整流管漏源两端电压的每个谐振周期内，所述同步整流管的漏源两端电压能够小于所述第二电压信号。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，当所述同步整流管的漏源两端电压大于所述第二电压信号时，所述积分电路将所述同步整流管的漏源两端电压与所述第一电压信号的差值进行积分，获得积分信号；当所述同步整流管的漏源两端电压小于所述第二电压信号时，所述积分电路停止积分，并且将所述积分信号清零。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括逻辑控制电路，
所述逻辑控制电路接收所述积分电路输出的所述积分信号，并设置一积分阈值，当所述积分信号未达到所述积分阈值时，所述逻辑控制电路控制所述同步整流管不导通。
11.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述积分电路将所述积分信号与所述积分阈值的比较结果记为第一比较信号，当所述积分信号达到所述积分阈值时，所述第一比较信号为有效状态，并将所述有效状态的第一比较信号进行锁存获得第一锁存结果。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括第二比较电路，
所述第二比较电路将所述同步整流管的漏源两端电压与第一电压阈值进行比较，获得第二比较信号，当所述同步整流管的漏源两端电压降低至所述第一电压阈值时，第二比较信号为有效状态，
所述逻辑控制电路在将所述第一锁存结果进行锁存后的预定时长内，若所述第二比较信号未达到有效状态，则将所述第一锁存结果清零，所述第一锁存结果非零和所述第二比较信号有效状态时，所述同步整流管导通。
13.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述输出电压产生电路包括采样电路和滤波电路，
所述采样电路采样所述同步整流管的漏源两端电压；
所述滤波电路对所述采样的漏源两端电压信号进行滤波，获得所述同步整流管的漏源两端电压的平均值，所述同步整流管的漏源两端电压的平均值作为表征输出电压信息的第一电压信号。
14.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述电压调节电路包括加法电路，设置一参考电压信号，所述加法电路将所述第一电压信号和所述参考电压信号相加之后作为所述第二电压信号。
15.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述电压调节电路包括加法电路和信号选择电路，
设置至少两个参考电压信号，所述加法电路将所述第一电压信号分别与多个所述参考电压信号相加获得多个中间电压信号，
所述信号选择电路选择所述多个中间电压信号的最大值作为所述第二电压信号；或者是所述信号选择电路根据所述开关电源的工作状态选择将所述多个中间电压信号中的其中一个输出作为所述第二电压信号。
16.一种反激式开关电源，包括原边的主功率开关管和副边的同步整流管，其特征在于，还包括上述权利要求8-15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副边的同步整流管的工作状态。
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