CN112769323A - 同步整流软启动的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同步整流软启动的实现方法，包括如下步骤：产生或转换允许输出信号，输出整流开关管的驱动信号；所述驱动信号在通过脉冲前沿延迟组件后施加到所述整流开关管的控制极上，使得所述整流开关管的导通时间由所述驱动信号和所述脉冲前沿延迟组件的脉冲沿端延迟时间共同决定，实现所述整流开关管的软启动；其中，所述脉冲前端延迟组件的脉冲前沿延迟时间与所述允许输出信号存在的时间相关，所述允许输出信号存在的时间越长，所述脉冲前沿延迟时间越短。实施本发明的同步整流软启动的实现方法，具有以下有益效果：不容易出现过冲、开机波形单调上升。

Description

同步整流软启动的实现方法
技术领域
本发明涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种同步整流软启动的实现方法。
背景技术
输出同步整流是指在电源的输出端(例如，在变压器副边一端)将交流波形(通常是脉冲波形)整流为需要的直流电压并作为电源的输出电压提供到负载。在很多应用中，为了防止输出端能量反灌到变压器原边(特别是输出接大容性负载空载连续开关机以及多电源并机应用中)，导致功率器件损坏，同步整流需要在输出电压升到一定时(或者输出电压完全建立)后再打开。但是因为同步整流驱动直接完全打开时，容易产生过冲，这是由于整流管完全打开前，同步整流的整流管，通常是MOS管，工作于体二极管整流，此时MOS管的VDS压降(即MOS管漏极和源极之间的电压降)比工作于同步整流时VDS高；而在上述整流开关管的驱动信号到来时，由于整流的MOS管完全导通，导致开机波形不是单调上升，甚至影响使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述容易出现过冲、开机波形不是单调上升的缺陷，提供一种不容易出现过冲、开机波形单调上升的同步整流软启动的实现方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种同步整流软启动的实现方法，包括如下步骤：
A)产生或转换允许输出信号，输出整流开关管的驱动信号；
B)所述驱动信号在通过脉冲前沿延迟组件后施加到所述整流开关管的控制极上，使得所述整流开关管的导通时间由所述驱动信号和所述脉冲前沿延迟组件的脉冲沿端延迟时间共同决定，实现所述整流开关管的软启动；
其中，所述脉冲前端延迟组件的脉冲前沿延迟时间与所述允许输出信号存在的时间相关，所述允许输出信号存在的时间越长，所述脉冲前沿延迟时间越短。
更进一步地，所述脉冲前沿延迟组件在所述允许输出信号出现后对输入的驱动信号的脉冲前沿进行延迟，并将延迟后的驱动信号作为输出的驱动信号施加到所述整流开关管的控制极；所述输出的驱动信号的脉冲前沿较输入的驱动信号的脉冲前沿存在一个变化的延迟时间，所述输出的驱动信号的脉冲后沿与输入的驱动信号的脉冲后沿同步或对齐。
更进一步地，所述脉冲前沿延迟组件对所述输入的驱动信号的脉冲前沿的延迟时间由连接在所述脉冲前沿延迟组件的延迟时间设定端上且其阻值随所述允许输出信号出现的时间变化的延迟电阻决定；所述延迟电阻的阻值越小，所述延迟时间越短，所述输入的驱动信号和输出的驱动信号的波形差别越小。
更进一步地，所述延迟电阻通过一个阻值变化的可变电阻支路和固定电阻的并联实现其阻值的变化；所述可变电阻支路通过所述允许输出信号控制连接在所述可变电阻支路中的MOS管的导通状态，使得所述MOS管的导通电阻出现变化而实现所示可变电阻支路的阻值变化。
更进一步地，所述允许输出信号通过控制对并接在所述MOS管的控制极上的第一电容的充放电，使得所述电容上的电平出现变化，进而使得所述MOS管的控制极上的电平变化，从而使所述MOS管的导通状态发生变化，实现所述MOS管的导通电阻变化。
更进一步地，所述允许输出信号通过第一开关实现对所述第一电容的充放电控制。
更进一步地，所述允许输出信号使得所述第一开关导通时，所述第一电容放电，所述MOS管控制极被钳位至低电平，所述MOS管截止；所述允许输出信号使得所述第一开关截止时，所述第一电容开始充电，所述MOS管随所述第一电容上的电平升高而逐渐导通。
更进一步地，所述允许输出信号为低电平有效的信号，所述脉冲前沿延迟组件为由多个门电路单元构成的、输入的驱动信号和输出驱动信号隔离的信号处理模块。
更进一步地，所述脉冲前沿延迟组件通过数字信号隔离器实现所述输入的驱动信号和输出驱动信号隔离；所述所述脉冲前沿延迟组件包括多个独立的信号通道，每个信号通道用于处理一个输入的驱动信号并得到其对应的输出驱动信号。
更进一步地，所述脉冲前沿延迟组件包括同步整流驱动集成电路，所述允许输出信号包括所述同步整流集成电路的使能信号；所述延迟电阻包括连接在所述同步整流集成电路的延迟设定端上的延迟电阻。
实施本发明的同步整流软启动的实现方法，具有以下有益效果：由于对输入的驱动信号的脉冲前沿采用延迟输出的方式(输入的驱动信号的脉冲后沿并不会被延迟)，使得所述输出驱动波形的驱动脉冲的宽度减少；实际上改变了输入的驱动信号的波形的占空比；与此同时，上述延迟的时间随允许输出信号的出现时间变化，允许输出信号出现的时间越长，上述延迟时间越短，输出驱动信号的占空比越大；也就是说，该方法使得输出同步整流MOS管驱动逐渐打开，实现了其消除或减小同步整流MOS打开时的过冲的目的。因此，其不容易出现过冲、开机波形单调上升。
附图说明
图1是本发明同步整流软启动的实现方法实施例的方法流程图；
图2是所述实施例中输入驱动信号波形和输出驱动信号波形的示意图；
图3是所述实施例中一种情况下的脉冲前沿延迟组件的结构示意图；
图4是所述实施例中一种情况下的同步整流电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
如图1所示，在本发明的一种同步整流软启动的实现方法实施例中，该方法包括如下步骤：
步骤S11允许输出信号有效，产生输入的驱动信号：在本实施例中，同步整流用于电源的输出端整流，在电源使用高频变压器的情况下，上述同步整流部分(例如，同步整流的开关管)是位于上述高频变压器的副边的，而对于大多数控制信号而言，通常是位于上述高频变压器的原边的，因为这些信号设置在原边更便于方便和简单。在本步骤中，在需要整流时，位于上述高频变压器的原边一侧的控制单元使得控制同步整流开始工作的允许输出信号有效，也就是使得上述允许输出信号由一个设定的电平调节到另一个设定的电平，表明允许或使能上述同步整流部分开始工作，在本实施例中，这一允许或使能使得同步整流的驱动信号能够传输到同步整流开关管，使其开始工作。具体来讲，在本实施例中，上述允许输出信号在不允许或未使能的情况下，其电平为高电平，在允许或使能时，其电平为低电平，所以，低电平就是上述允许输出信号的有效电平。在检测上述允许输出信号的有效电平或上述下降沿时，上述控制单元产生并传输输入的驱动信号(即整流开关管的驱动信号，对于上述控制单元而言，该信号是输出到脉冲前沿延迟组件的)到脉冲前沿延迟组件。在本实施例中，上述脉冲前沿延迟组件可以是一个由门电路实现的、具有多个对应的功能端口的功能模块，也可以是现有的实现同步整流的驱动和信号传输等功能的专用集成电路。
步骤S12脉冲前沿延迟组件确定当前的脉冲前沿延迟时间：在本步骤中，当输入的驱动信号输入到脉冲前沿延迟组件的信号输入端后，与上述允许输出信号一起，通过多个门电路处理和运算，输出到一个单独的与门电路和由该脉冲沿延迟组件的延迟时间设定端口上的电阻决定的电平信号进行与运算，运算的结果通过隔离后传输到上述高频变压器的副边作为控制信号，在上述副边一侧通过门电路产生波形一致的输出驱动信号并传输到整流开关管的控制极，请参见图3，图3中，延迟时间设定端口用DT表示。在这个过程中，上述脉冲前沿延迟组件的延迟时间是上述DT端口上的电阻决定的，该电阻决定了输出到上述与门的电平跳变时间，从而决定了当前的脉冲前沿延迟时间。
步骤S13将输入的驱动信号的脉冲前沿延迟当前的脉冲前沿延迟时间后输出到整流开关管：在本步骤中，输入的驱动信号在所述脉冲前沿延迟组件通过上述处理后施加到所述整流开关管的控制极上，使得所述整流开关管的导通时间由所述驱动信号和所述脉冲前沿延迟组件的脉冲沿端延迟时间共同决定，实现所述整流开关管的软启动；
其中，所述脉冲前端延迟组件的脉冲前沿延迟时间与所述允许输出信号存在的时间相关，所述允许输出信号存在的时间越长，所述脉冲前沿延迟时间越短。在本实施例中，如前所述，所述脉冲前沿延迟组件在所述允许输出信号出现后对输入的驱动信号的脉冲前沿进行延迟，并将延迟后的驱动信号作为输出的驱动信号施加到所述整流开关管的控制极；这就使得所述输出的驱动信号的脉冲前沿较输入的驱动信号的脉冲前沿存在一个变化的延迟时间，所述输出的驱动信号的脉冲后沿与输入的驱动信号的脉冲后沿同步或对齐。而所述脉冲前沿延迟组件对所述输入的驱动信号的脉冲前沿的延迟时间由连接在所述脉冲前沿延迟组件的延迟时间设定端上且其阻值随所述允许输出信号出现的时间变化的延迟电阻决定；所述延迟电阻的阻值越小，所述延迟时间越短，所述输入的驱动信号和输出的驱动信号的波形差别越小。与此同时，在本实施例中，所述允许输出信号为低电平有效的信号，所述脉冲前沿延迟组件为由多个门电路单元构成的、输入的驱动信号和输出驱动信号隔离的信号处理模块。
总体上来看，在本实施例中，通过设置一个其阻值随所述允许输出信号(或使能信号)的脉冲下降沿的存在时间而变化的延迟电阻，使得和输入的驱动信号进行运算或处理的电平发生翻转的时间(即延迟时间)发生变化，从而使得输出驱动信号的脉冲宽度在输入的驱动信号的脉冲宽度上得到调节；在启动时，其脉冲宽度较小，而在后续的时间里逐渐加大其脉冲宽度，从而使得整流开关管在开始工作时输出的整流电压值较小，从而起到抑制过冲的效果。也就是说，在本实施例中，实现同步整流软启动的方法是通过一个随允许输出信号的有效边沿的出现时间的变化而变化的电阻值，使得脉冲前沿延迟组件中的一个参与信号处理的电平出现翻转的时间发生变化，从而实现对上述脉冲前沿延迟组件的输出信号的控制，最后实现同步整流的软启动。
在本实施例中，如前所述，上述脉冲前沿延迟组件可以是通过分离的逻辑门电路和相应的功能模块搭建出来的功能模块，也可以是现有的用于同步整流的集成电路。图4示出了本实施例中一种情况下，使用集成电路作为上述脉冲前沿延迟组件时的具体的电路图。在图4中，上述集成电路在使用时，大多数连接关系和现有的使用时一样的，但是，其不同之处在于连接在DT端上的延迟电阻是完全不同的。在通常的使用中，上述DT端连接的是一个固定的延迟电阻，但是在本实施例中，所述延迟电阻通过一个阻值变化的可变电阻支路(由图4中的Q2、电阻R4和Q1等部件构成)和固定电阻(电阻R5)的并联实现其阻值的变化；而且这种电阻值的变化是和允许输出信号(具体而言是允许输出信号的有效边沿的出现时间)相关的；所述可变电阻支路通过所述允许输出信号控制连接在所述可变电阻支路中的MOS管(图4中的Q2)的导通状态，使得所述MOS管的导通电阻(图4中Q2的源极和漏极之间的等效电阻)出现变化而实现所示可变电阻支路的阻值变化。
在图4中，上述MOS管Q2的导通状态是由第一电容C2正极的电平决定的，上述第一电容C2的负极接地，其正极通过一个较大阻值的电阻连接到电源端；而上述第一电容C2的正极的电平，又和第一开关Q1的导通状态有关。当上述第一开关Q1导通时，上述第一电容C2的正极被导通的第一开关Q1连接到地电位，于是第一电容C2放电，其正极上为地电位。当上述第一开关Q1截止时，上述电源通过上述较大阻值的电阻对上述第一电容C2充电，使得上述第一电容C2正极的电位缓慢升高。而上述第一开关Q1的导通和截止，是由上述允许输出信号控制的。由于允许输出信号在未使能时，是高电平，在使能时，是低电平；所以，当上述允许输出信号无效时，上述第一开关Q1导通；而当上述允许输出信号有效时，上述第一开关Q1截止。因此，在本实施例中，所述允许输出信号通过控制对并接在所述MOS管Q2的控制极(栅极)上的第一电容C2的充放电，使得所述电容上的电平出现变化，进而使得所述MOS管Q2的控制极上的电平变化，从而使所述MOS管Q2的导通状态发生变化，实现所述MOS管Q2的导通电阻变化。在所述允许输出信号使得所述第一开关Q1导通时，所述第一电容C2放电，所述MOS管Q2的控制极被钳位至低电平，所述MOS管Q2截止；所述允许输出信号出现有效的低电平从而使得所述第一开关Q1截止时，所述第一电容C2通过连接在该电容和电源之间的电阻开始充电，所述MOS管Q2随所述第一电容上的电平升高而逐渐导通。
在本实施例中，由于上述输入的驱动信号和输出驱动信号分别来自或输出到上述高频变压器的原边和副边，所以需要对两个信号之间的传输或处理途径进行隔离，通常所述脉冲前沿延迟组件通过数字信号隔离器(例如，靠近的两条导线或线圈进行电磁耦合)实现所述输入的驱动信号和输出驱动信号隔离。与此同时，如图4所示，所述所述脉冲前沿延迟组件包括多个独立的信号通道，每个信号通道用于处理一个输入的驱动信号并得到其对应的输出驱动信号。图4中包括两个独立的驱动信号，分别输出到不同的整流开关管上。
如前所述，所述脉冲前沿延迟组件包括同步整流驱动集成电路，所述允许输出信号包括所述同步整流集成电路的使能信号；所述延迟电阻包括连接在所述同步整流集成电路的延迟设定端上的延迟电阻。也就是说，对于上述例子而言，实际上是在现有的同步整流集成电路的基础上，增加一个按照使能信号出现的时间而变化的可变电阻支路来实现上述同步整流的软启动的。这样的实现方法，不仅在性能上实现了软启动，而且其适用范围较广，结构较为简单，具有很强的适用性和可操作性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种同步整流软启动的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)产生或转换允许输出信号，输出整流开关管的驱动信号；
B)所述驱动信号在通过脉冲前沿延迟组件后施加到所述整流开关管的控制极上，使得所述整流开关管的导通时间由所述驱动信号和所述脉冲前沿延迟组件的脉冲沿端延迟时间共同决定，实现所述整流开关管的软启动；
其中，所述脉冲前端延迟组件的脉冲前沿延迟时间与所述允许输出信号存在的时间相关，所述允许输出信号存在的时间越长，所述脉冲前沿延迟时间越短。
2.根据权利要求1所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述脉冲前沿延迟组件在所述允许输出信号出现后对输入的驱动信号的脉冲前沿进行延迟，并将延迟后的驱动信号作为输出的驱动信号施加到所述整流开关管的控制极；所述输出的驱动信号的脉冲前沿较输入的驱动信号的脉冲前沿存在一个变化的延迟时间，所述输出的驱动信号的脉冲后沿与输入的驱动信号的脉冲后沿同步或对齐。
3.根据权利要求2所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述脉冲前沿延迟组件对所述输入的驱动信号的脉冲前沿的延迟时间由连接在所述脉冲前沿延迟组件的延迟时间设定端上且其阻值随所述允许输出信号出现的时间变化的延迟电阻决定；所述延迟电阻的阻值越小，所述延迟时间越短，所述输入的驱动信号和输出的驱动信号的波形差别越小。
4.根据权利要求3所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述延迟电阻通过一个阻值变化的可变电阻支路和固定电阻的并联实现其阻值的变化；所述可变电阻支路通过所述允许输出信号控制连接在所述可变电阻支路中的MOS管的导通状态，使得所述MOS管的导通电阻出现变化而实现所示可变电阻支路的阻值变化。
5.根据权利要求4所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述允许输出信号通过控制对并接在所述MOS管的控制极上的第一电容的充放电，使得所述电容上的电平出现变化，进而使得所述MOS管的控制极上的电平变化，从而使所述MOS管的导通状态发生变化，实现所述MOS管的导通电阻变化。
6.根据权利要求5所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述允许输出信号通过第一开关实现对所述第一电容的充放电控制。
7.根据权利要求6所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述允许输出信号使得所述第一开关导通时，所述第一电容放电，所述MOS管控制极被钳位至低电平，所述MOS管截止；所述允许输出信号使得所述第一开关截止时，所述第一电容开始充电，所述MOS管随所述第一电容上的电平升高而逐渐导通。
8.根据权利要求7所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述允许输出信号为低电平有效的信号，所述脉冲前沿延迟组件为由多个门电路单元构成的、输入的驱动信号和输出驱动信号隔离的信号处理模块。
9.根据权利要求8所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述脉冲前沿延迟组件通过数字信号隔离器实现所述输入的驱动信号和输出驱动信号隔离；所述所述脉冲前沿延迟组件包括多个独立的信号通道，每个信号通道用于处理一个输入的驱动信号并得到其对应的输出驱动信号。
10.根据权利要求9所述的同步整流软启动的实现方法，其特征在于，所述脉冲前沿延迟组件包括同步整流驱动集成电路，所述允许输出信号包括所述同步整流集成电路的使能信号；所述延迟电阻包括连接在所述同步整流集成电路的延迟设定端上的延迟电阻。
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