CN112821768B - 一种反激同步整流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反激同步整流电路，包括：第一同步整流模块，用于产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号；第二同步整流模块，用于根据副边MOSFET的漏极电平和源极电平产生同步整流控制信号；同步整流信号处理模块，用于采集副边驱动控制信号的和同步整流控制信号，并根据所述副边驱动控制信号的上升沿和所述驱动控制信号的下降沿得到所述副边MOSFET的驱动信号；副边驱动模块，所述副边驱动模块用于利用驱动信号驱动所述副边MOSFET。整个反激同步整流电路可以在开始导通和关断时刻均提高反激电路的效率，既可以提高轻载时的效率也可以提高重载时的效率；同时可以抑制次级侧的电压尖峰，提高电路可靠性。

Description

一种反激同步整流电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种反激同步整流电路。
背景技术
同步整流电路应用广泛，能显著提高电源模块的转换效率。当同步整流电路在轻载或空载时，电感电流不连续，此时完全与输入反向的同步整流信号会导致输出出现反向电流，在电路中产生多余的环流，增加轻载和空载损耗，在并联时还可能在次级产生电压尖峰，对同步整流管造成损伤；而检测输出与变压器电平关系的同步整流技术，由于采样以及信号产生延时，会使同步整流在开启前出现二极管导通，增加损耗。
四川甘华电源科技有限公司在其专利申请文件“同步整流切换电路及同步整流电路”中公开了一种同步整流切换电路及同步整流电路，该电路通过比较同步整流电路中的输出电压或输入电流与基准值的大小，并可以通过控制电路根据比较结果以及PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)时钟控制信号，输出开启信号或关闭信号。由于控制电路的输出信号与PWM时钟控制信号相关，使得控制电路可以在PWM信号结束时输出控制信号，从而使得同步整流电路可以在电流为正向被关闭。使同步整流电路在轻载或空载时不会出现环流，在关闭时刻也不会出现电压尖峰，位于次级的场效应管也就不会出现被电压尖峰击穿的情况。同时在轻载或空载时关闭同步整流，可以提高同步整流电路的可靠性，并降低同步整流电路的空载损耗。该电路电压开启时间由取样电路和基准值比较得到，延时较大，导致开启时同步整流MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的体二极管导通损耗较大，关断时采用检测输入电流和输出电平，时间较长，关断时间会晚于实际零电流时刻，会产生小的环流。
因此，研制一种电路开启时间准确，降低同步整流MOSFET体二极管导通时间，关断时间准确，最高限度降低环流的同步整流技术已经成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种反激同步整流电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种反激同步整流电路，包括：
第一同步整流模块，所述第一同步整流模块用于产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号；
第二同步整流模块，所述第二同步整流模块用于根据副边MOSFET的漏极电平和源极电平产生同步整流控制信号；
同步整流信号处理模块，所述第一同步整流模块和所述第二同步整流模块连接所述同步整流信号处理模块，所述同步整流信号处理模块用于采集副边驱动控制信号的和同步整流控制信号，并根据所述副边驱动控制信号的上升沿和所述驱动控制信号的下降沿得到所述副边MOSFET的驱动信号；
副边驱动模块，所述同步整流信号处理模块连接所述副边驱动模块，所述副边驱动模块用于利用驱动信号驱动所述副边MOSFET。
在本发明的一个实施例中，所述第一同步整流模块具体用于通过隔离方式产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述第一同步整流模块包括反相器F1、数字电容隔离器、两级反相器链，所述反相器连接PWM信号端，所述反相器F1连接所述数字电容隔离器，所述数字电容隔离器连接所述两级反相器链，所述两级反相器链连接所述同步整流信号处理模块。
在本发明的一个实施例中，所述第二同步整流模块具体用于采集所述副边MOSFET的漏极电平和源极电平，并比较所述副边MOSFET的漏极电平和源极电平以得到电平差，当所述电平差由正变负时产生高电平，当所述电平差由负变正时，产生低电平，从而产生所述同步整流控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述第二同步整流模块包括稳压器、第一迟滞比较器C1、第二迟滞比较器C2和RS触发器RS1，其中，所述稳压器的输入端连接VDD端，所述稳压器的输出端连接REG端，所述第一迟滞比较器C1的同相输入端和所述第二迟滞比较器C2的反相输入端均连接所述副边MOSFET的漏极，所述第一迟滞比较器C1的地端和所述第二迟滞比较器C2的地端均连接所述副边MOSFET的源极，所述第一迟滞比较器C1的输出端和所述第二迟滞比较器C2的输出端均连接所述RS触发器RS1，所述RS触发器RS1连接所述同步整流信号处理模块。
在本发明的一个实施例中，所述同步整流信号处理模块具体用于采集所述副边驱动控制信号和所述同步整流控制信号，且在所述副边驱动控制信号处于上升沿、所述同步整流控制信号处于下降沿时，产生与所述第一同步整流模块同时开启、与所述第二同步整流模块同时关断的所述同步整流控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述同步整流信号处理模块包括第一主从触犯器和第二主从触犯器，所述第一主从触犯器的输入端连接所述第一同步整流模块，所述第二主从触犯器的输入端连接所述第二同步整流模块，所述第一主从触犯器的输出端和所述第二主从触犯器的输出端连接所述副边驱动模块。
在本发明的一个实施例中，所述副边驱动模块具体用于将所述同步整流信号处理模块输出的所述驱动信号进行增强以驱动所述副边MOSFET。
在本发明的一个实施例中，所述副边驱动模块包括四级反相器链，所述四级反相器链连接所述同步整流信号处理模块。
本发明的有益效果：
本发明第一同步整流模块产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号，第二同步整流模块比较副边MOSFET的源极和漏极的电平差，在电平差小于0且达到开启阈值时产生高电平，当电平差下降至关闭阈值时，产生低电平。同步整流信号处理模块在第一同步整流模块的上升沿有效、第二同步整流模块的下降沿有效，第二同步整流模块产生的下降沿信号经过第二同步整流模块和同步整流信号处理模块的延时，使副边MOSFET的源漏电平差达到关闭阈值时输出低电平输出驱动信号，经过副边驱动模块输出驱动功率开关。由于开启信号与控制信号互补，故副边MOSFET开启早，体二极管导通时间非常短，在该时间段产生的功耗非常小；且位于次级的MOSFET不会出现电压尖峰，也不会出现输出电流反向流动的情况。整个反激同步整流电路可以在开始导通和关断时刻均提高反激电路的效率，既可以提高轻载时的效率也可以提高重载时的效率；同时可以抑制次级侧的电压尖峰，提高电路可靠性。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种反激同步整流电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种反激型低端同步整流电路应用的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种反激型高端同步整流电路应用的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种第一同步整流模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种第一同步整流模块的信号时序示意图；
图6为本发明实施例提供的一种第二同步整流模块的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种第二同步整流模块的信号时序示意图；
图8为本发明实施例提供的一种同步整流信号处理模块的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种同步整流信号处理模块的信号时序示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种反激同步整流电路的结构示意图。本实施例提供一种反激同步整流电路，该反激同步整流电路包括第一同步整流模块、第二同步整流模块、同步整流信号处理模块和副边驱动模块，第一同步整流模块和第二同步整流模块连接同步整流信号处理模块，同步整流信号处理模块连接副边驱动模块，其中，第一同步整流模块用于产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号；第二同步整流模块用于根据副边MOSFET的漏极电平和源极电平产生同步整流控制信号；同步整流信号处理模块用于采集副边驱动控制信号的和同步整流控制信号，并根据所述副边驱动控制信号的上升沿和驱动控制信号的下降沿得到副边MOSFET的驱动信号；副边驱动模块用于利用驱动信号驱动副边MOSFET。
在本实施例中，例如图2和图3的电路结构，连接变压器T1左边的MOSFET即为原边MOSFET，连接变压器T1右边的MOSFET即为副边MOSFET，副边MOSFET为同步整流MOSFET。
在一个具体实施中，第一同步整流模块接收PWM信号，从而第一同步整流模块便可以通过PWM信号产生一与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号。
具体地，第一同步整流模块具体用于通过隔离方式产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号。
进一步地，请参见图4，第一同步整流模块包括反相器F1、数字电容隔离器、两级反相器链，反相器连接PWM信号端，反相器连接数字电容隔离器，数字电容隔离器连接两级反相器链，两级反相器链连接同步整流信号处理模块。其中，两级反相器链由两个反相器组成，且两个反相器的宽长比逐渐增大。
另外，第一同步整流模块还连接VCC(电源电压)端、GND(接地)端、VDD(工作电压)端、VSS端，其中，PWM信号端为电源管理IC的PWM信号短，VCC端为原边电源VCC信号端，GND端为原边的GND信号端，VDD端为电源外部供电VDD，VSS端为MOSFET源极信号。
在本实施例中，PWM信号经过反相器F1后转换为反向驱动信号，然后再经过数字电容隔离器进行隔离处理，之后再经过两级反相器链进行驱动，便可以通输出端口OUT1输出与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号，第一同步整流模块的信号处理如图5所示。
在一个具体实施中，第二同步整流模块具体用于采集副边MOSFET的漏极电平和源极电平，并比较副边MOSFET的漏极电平和源极电平以得到电平差，当电平差由正变负时产生高电平，当电平差由负变正时，产生低电平，从而产生同步整流控制信号，即第二同步整流模块处于低电平时，才会产生同步整流控制信号。其中，电平差为漏极电平和源极电平之间的电平之差。
具体地，第二同步整流模块的第一输入端和第二输入端2分别接副边MOSFET的漏极(VD)和源极(VS)，输出端接同步整流信号处理模块。
进一步地，请参见图6，第二同步整流模块包括稳压器、第一迟滞比较器C1、第二迟滞比较器C2和RS触发器RS1，其中，稳压器的输入端连接VDD端，稳压器的输出端连接REG端，第一迟滞比较器C1的同相输入端和第二迟滞比较器C2的反相输入端均连接副边MOSFET的漏极，第一迟滞比较器C1的地端和第二迟滞比较器C2的地端均连接副边MOSFET的源极，第一迟滞比较器C1的输出端和第二迟滞比较器C2的输出端均连接RS触发器RS1，RS触发器RS1连接同步整流信号处理模块。第一迟滞比较器C1的反相输入端和第二迟滞比较器C2的同相输入端均连接外接电平端，且第一迟滞比较器C1的反相输入端对应开启阈值，第二迟滞比较器C2的同相输入端对应关闭阈值，开启阈值和关闭阈值均为负值，且开启阈值大于关闭阈值，例如，开启阈值为-5v，关机阈值为-10v。因此，请参见图7，当电平差大于0时，不导通，当电平差小于0且达到开启阈值时，开始出现高电平，当电平差下降至关闭阈值时，便会变成低电平，然后第二同步整流模块便会产生同步整流控制信号。
另外，第二同步整流模块还连接VDD端和REG端。
在一个具体实施中，同步整流信号处理模块具体用于采集第一同步整流模块输出的副边驱动控制信号和第二同步整流模块输出的同步整流控制信号，且在副边驱动控制信号处于上升沿、同步整流控制信号处于下降沿时，产生与第一同步整流模块同时开启、与第二同步整流模块同时关断的同步整流控制信号。
也就是说，同步整流信号处理模块处理第一同步整流模块和第二同步整流模块的输入至同步整流信号处理模块处理的信号，同步整流信号处理模块处理对第一同步整流模块产生的信号上升沿有效，对第二同步整流模块产生的信号下降沿有效，即同步整流信号处理模块处理将产生与第一同步整流模块同时开启，与第二同步整流模块同时关断的控制信号。
进一步地，请参见图8，同步整流信号处理模块包括第一主从触犯器和第二主从触犯器，第一主从触犯器的输入端连接第一同步整流模块，第二主从触犯器的输入端连接第二同步整流模块，第一主从触犯器的输出端和第二主从触犯器的输出端连接副边驱动模块。同步整流信号处理模块的信号处理如图9所示。
在一个具体实施中，副边驱动模块具体用于将同步整流信号处理模块输出的驱动信号进行增强以驱动副边MOSFET。
进一步地，副边驱动模块包括四级反相器链，四级反相器链连接同步整流信号处理模块，其中，四级反相器链由四个反相器组成，且四个反相器的宽长比逐渐增大，以将同步整流信号处理模块输出的控制信号通过四级反相器链增强控制信号的驱动能力，以驱动副边MOSFET。
本实施例的反激同步整流电路的输入信号包括电源管理IC的PWM信号、原边电源VCC信号、原边的GND信号、副边的同步MOS漏极信号VD，源极信号VS，电源信号VDD，地信号VSS。输出信号为栅极信号VG。其输出信号示意图如图9所示。
本发明的第一同步整流模块产生与控制信号互补的副边驱动控制信号，第二同步整流模块比较同步整流电路中场效应晶体管源极和漏极的电平差，在电平差小于0且达到开启阈值时产生高电平，当电平差下降至关闭阈值时，产生低电平。同步整流信号处理模块在第一同步整流模块上升沿有效，第二同步整流模块下降沿有效，第二同步整流模块产生的下降沿信号经过第二同步整流模块和同步整流信号处理模块的延时，使副边MOSFET的源漏电平差达到关闭阈值时输出低电平，输出驱动信号，经过第二同步整流模块输出驱动功率开关。由于开启信号与控制信号互补，故MOSFET开启早，体二极管导通时间非常短，在该时间段产生的功耗非常小；且位于次级的MOSFET不会出现电压尖峰，也不会出现输出电流反向流动的情况。整个同步整流电路可以在开始导通和关断时刻均提高反激电路的效率，既可以提高轻载时的效率也可以提高重载时的效率；同时可以抑制次级侧的电压尖峰，提高电路可靠性。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种反激同步整流电路，其特征在于，包括：
第一同步整流模块，所述第一同步整流模块用于通过隔离产生与原边MOSFET的控制信号互补的副边驱动控制信号；
第二同步整流模块，所述第二同步整流模块用于采集副边MOSFET的漏极电平和源极电平，并比较所述副边MOSFET的漏极电平和源极电平以得到电平差，当所述电平差由正变负时产生高电平，当所述电平差由负变正时，产生低电平，从而产生同步整流控制信号；
同步整流信号处理模块，所述第一同步整流模块和所述第二同步整流模块连接所述同步整流信号处理模块，所述同步整流信号处理模块用于采集副边驱动控制信号和同步整流控制信号，并根据所述副边驱动控制信号的上升沿和所述同步整流控制信号的下降沿得到所述副边MOSFET的驱动信号；
副边驱动模块，所述同步整流信号处理模块连接所述副边驱动模块，所述副边驱动模块用于利用驱动信号驱动所述副边MOSFET；
所述第一同步整流模块包括反相器F1、数字电容隔离器、两级反相器链，所述反相器F1的输入端连接PWM信号端，所述反相器F1的输出端连接所述数字电容隔离器，所述数字电容隔离器连接所述两级反相器链，所述两级反相器链连接所述同步整流信号处理模块；
所述第二同步整流模块包括稳压器、第一迟滞比较器C1、第二迟滞比较器C2和RS触发器RS1，其中，所述稳压器的输入端连接VDD电源端，所述稳压器的输出端连接REG稳压电源端，所述第一迟滞比较器C1的同相输入端和所述第二迟滞比较器C2的反相输入端均连接所述副边MOSFET的漏极，所述第一迟滞比较器C1的反相输入端连接开启阈值端，所述第二迟滞比较器C2的同相输入端连接关闭阈值端，所述第一迟滞比较器C1的地端和所述第二迟滞比较器C2的地端均连接所述副边MOSFET的源极，所述第一迟滞比较器C1的输出端和所述第二迟滞比较器C2的输出端均连接所述RS触发器RS1，所述RS触发器RS1连接所述同步整流信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的反激同步整流电路，其特征在于，所述同步整流信号处理模块具体用于采集所述副边驱动控制信号和所述同步整流控制信号，且在所述副边驱动控制信号处于上升沿、所述同步整流控制信号处于下降沿时，产生与所述第一同步整流模块同时开启、与所述第二同步整流模块同时关断的所述同步整流控制信号。
3.根据权利要求2所述的反激同步整流电路，其特征在于，所述同步整流信号处理模块包括第一主从触发器和第二主从触发器，所述第一主从触发器的输入端连接所述第一同步整流模块，所述第二主从触发器的输入端连接所述第二同步整流模块，所述第一主从触发器的输出端和所述第二主从触发器的输出端连接所述副边驱动模块。
4.根据权利要求1所述的反激同步整流电路，其特征在于，所述副边驱动模块具体用于将所述同步整流信号处理模块输出的所述驱动信号进行增强以驱动所述副边MOSFET。
5.根据权利要求4所述的反激同步整流电路，其特征在于，所述副边驱动模块包括四级反相器链，所述四级反相器链连接所述同步整流信号处理模块。
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