CN113541450A - 一种驱动电路、开关变换器和集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种驱动电路、开关变换器和集成电路。本发明通过控制驱动电路驱动开关管的开关状态，以使得在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。本发明实施例的电路结构简单，成本低，通过回收利用变压器主级电感电流，可以节约成本，提升系统效率。

Description

一种驱动电路、开关变换器和集成电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种驱动电路、开关变换器和集成电路。

背景技术

开关电源通过开关管的导通与截止将输入信号转换成输出信号。一般地，开关电源采用控制芯片来控制开关管的导通与截止。

图1为现有的一种开关变换器示意图，输入电压源(通常包括整流器，滤波电路等)输出一个不控直流母线电压Vbus，在开关管MP导通时，Vbus电压对变压器主级电感LP充电，电流流过主极电感LP和开关管MP到GND，在开关管MP截止时，变压器通过互感将主级电感LP上的能量耦合到变压器次级电感通过二极管D续流传递给负载，给负载提供所需的电压或电流。

以上传统的开关驱动电路中，变压器主级电感的充电电流都直接流到了GND，并没有加以利用，造成了能量浪费和效率降低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种驱动电路、开关变换器和集成电路，通过对变压器主级电感电流进行回收，可以有效利用资源，节约成本，提升开关电源的系统转换效率。

本发明所采用的的技术方案为：一种驱动电路，用于驱动具有一变压器和一输出电容器的开关变换器的功率晶体管，包括：功率晶体管控制端，适于与所述功率晶体管的栅极端连接；功率晶体管第二端，适于与所述功率晶体管的源极端连接；驱动开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端电耦接至功率晶体管第二端，用于控制所述功率晶体管第二端电压；馈电二极管，具有阳极和阴极，其中阳极电耦接至功率晶体管第二端，阴极电耦接至输出电容器；功率晶体管控制模块，第一输入端与一脉宽调制信号PWM电耦接，第二输入端与所述输出电容器第一端电耦接，输出端电耦接至所述功率晶体管控制端，被配置为根据脉宽调制信号PWM的高电平和低电平控制所述功率晶体管导通和截止；以及驱动开关控制模块，输入端与所述脉宽调制信号PWM电耦接，输出端与所述驱动开关管控制端电耦接，被配置为控制所述驱动开关管的开关状态，以使得在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述功率晶体管控制模块包括第一反相器，具有输入端和输出端，其中，输入端电耦接所述脉宽调制信号PWM；第一下拉开关，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器输出端电耦接，第一端电耦接至所述功率晶体管控制端，第二端电耦接到地，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，第一下拉开关导通将所述功率晶体管控制端下拉到地，控制所述功率晶体管截止，当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，第一下拉开关截止；上拉模块，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器输出端电耦接，第一端电耦接至所述输出电容器第一端，第二端电耦接至所述第一下拉开关第一端，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，上拉模块具有上拉能力，控制所述功率晶体管导通，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，上拉模块截止。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述上拉模块包括：切换模块，具有输入端和输出端，被配置为当输入端电压高于输出端电压时，输入端信号能传递到输出端，当输入端电压不高于输出端电压时，输入端信号不能传递到输出端；第一P型晶体管，与所述切换模块串联连接，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，P型晶体管具有上拉能力，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，P型晶体管截止。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述切换模块至少包含一二极管。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述P型晶体管电耦接在切换模块输出端和所述第一下拉开关第一端之间，所述P型晶体管被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关的控制端，源极端电耦接至所述切换模块输出端，漏极端电耦接到所述第一下拉开关第一端。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述P型晶体管电耦接在切换模块输入端和所述输出电容器第一端之间，所述P型晶体管被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关的控制端，源极端电耦接至所述输出电容器第一端，漏极端电耦接至切换模块输入端。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述驱动开关控制模块包括一反相器和一上升沿延时模块或下降沿延时模块。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述驱动开关控制模块在脉宽调制信号PWM切换成高电平或低电平时，控制所述驱动开关管处于导通状态，以使得功率晶体管控制模块能够驱动所述功率晶体管导通或截止。

根据本发明一实施例的一种驱动电路，所述驱动开关控制模块在所述功率晶体管导通期间，控制所述驱动开关管截止以使得所述驱动电路输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。

本发明还提供了一种开关变换器，包括：功率级电路，包括变压器、功率晶体管和整流部件，以及以上任一项所述的驱动电路。

根据本发明一实施例的一种开关变换器，所述开关变换器为浮地架构拓扑结构，所述功率级电路变压器主级电感第一端与地电耦接，主级电感第二端与电源输入端口第二端电耦接，所述功率晶体管第一端与电源输入端口第一端电耦接，所述整流部件电耦接在变压器次级电感第一端和输出端口第一端之间，变压器次级电感第二端和输出端口第二端短接并接地；或，所述功率级电路为实地架构拓扑结构，所述开关变换器变压器主级电感第一端与电源输入端口第一端电耦接，主级电感第二端与所述功率晶体管第一端电耦接，所述整流部件电耦接在变压器次级电感第一端和输出端口第一端之间，变压器次级电感第二端和输出端口第二端短接并接地，电源输入端口第二端与输出端口第二端短接。

本发明还提供了一种集成电路，用于控制所述开关变换器，包括：第一引脚，与变压器主极电感第二端电耦接；第二引脚，与电源输入端口第二端电耦接；第三引脚，与输出电容器第一端电耦接；以及以上任一项所述的驱动电路，输出电容器通过第三引脚回收变压器主级电感充电时的主级电感电流。或

一种集成电路，用于控制所述开关变换器，包括：第一引脚，与电源输入端口第一端电耦接；第二引脚，与变压器主级电感第一端电耦接；第三引脚，与输出电容器第一端电耦接；以及以上任一项所述的驱动电路，输出电容器通过第三引脚回收变压器主级电感充电时的主级电感电流。

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种驱动电路、开关变换器和集成电路。本发明通过控制驱动电路驱动开关管的开关状态，以使得在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。本发明实施例的电路结构简单，成本低，通过回收利用变压器主级电感电流，可以节约成本，提升系统效率。

附图说明

图1所示为一现有开关变换器示意图；

图2所示为本发明一实施例的开关变换器示意图；

图3A所示为本发明一实施例的一功率晶体管控制模块示意图；

图3B所示为本发明一实施例的另一功率晶体管控制模块示意图；

图3C所示为本发明一实施例的又一功率晶体管控制模块示意图；

图4A所示为本发明一实施例的开关变换器的可选工作波形示意图；

图4B所示为本发明另一实施例的开关变换器的可选工作波形示意图；

图5所示为本发明另一个实施例的开关变换器示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，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行本发明。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。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图2为本发明一实施例的开关变换器示意图，在本实施例中，所述驱动电路被应用于浮地架构拓扑结构的开关变换器。如图2所示，所述功率级电路变压器主级电感LP第一端与地电耦接，主级电感LP第二端与电源输入端口第二端IN2电耦接，所述功率晶体管Q1第一端VD1与电源输入端口第一端IN1电耦接(在本发明中，所述功率晶体管Q1第一端为功率晶体管的漏极端，其余等同)，所述整流部件D2电耦接在变压器次级电感LS第一端和输出端口第一端O1之间，变压器次级电感LS第二端和输出端口第二端O2短接并接地，输出端口第一端O1与输出电容器CO第一端短接，输出端口第二端O2与输出电容器CO第二端短接。可选地，还包括连接在开关变换器电源输入端口IN1/IN2上的输入电容器CI和在输出端口O1/O2之间的负载。

同时，所述驱动电路的驱动开关管Q2的第一端电耦接至功率晶体管Q1第二端VD2，用于控制所述功率晶体管Q1第二端VD2电压，驱动开关管Q2第二端电耦接到地或是通过一个电流检测电阻连接到地；馈电二极管D1，具有阳极和阴极，其中阳极电耦接至功率晶体管Q1第二端VD2；输出电容器CO，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至馈电二极管D1阴极，第二端电耦接到地，用于回收变压器主级电感LP电流。

同时，所述驱动电路还包括功率晶体管控制模块220，其第一输入端与一脉宽调制信号PWM电耦接，第二输入端VC2与所述输出电容器CO第一端VO电耦接，了描述方便，输出电容器CO上的电压VO同其第一端命令相同。功率晶体管控制模块220输出端电耦接至所述功率晶体管Q1控制端VG1，被配置为根据脉宽调制信号PWM的高电平和低电平控制所述功率晶体管Q1导通和截止。

在一种实施例中，所述功率晶体管控制模块220包括第一反相器INV1，具有输入端和输出端，其中，输入端电耦接所述脉宽调制信号PWM；第一下拉开关MN1，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器INV1输出端电耦接，第一端电耦接至所述功率晶体管Q1控制端VG1，第二端电耦接到地，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，第一下拉开关MN1导通将所述功率晶体管Q1控制端VG1下拉到地，控制所述功率晶体管Q1截止，当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，第一反相器INV1输出低电平，控制第一下拉开关截止；上拉模块221，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器INV1输出端电耦接，第一端电耦接至所述输出电容器CO第一端VO，第二端电耦接至所述第一下拉开关MN1第一端，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，上拉模块221具有上拉能力，控制所述功率晶体管Q1导通，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，上拉模块221截止。

在一种实施例中，所述上拉模块221包括：切换模块2212，具有输入端VCI和输出端VCO，被配置为当输入端VCI电压高于输出端VCO电压时，输入端信号能传递到输出端，当输入端VCI电压不高于输出端VCO电压时，输入端信号不能传递到输出端；第一P型晶体管管MP1，与所述切换模块2212串联连接，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，P型晶体管管MP1具有上拉能力，控制所述功率晶体管Q1导通，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，P型晶体管管MP1截止。

在一种实施例中，如图3B所示，所述P型晶体管电耦接在切换模块2212输出端VCO和所述第一下拉开关MN1第一端之间，所述P型晶体管管MP1被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关MN1的控制端，源极端电耦接至所述切换模块2212输出端VCO，漏极端电耦接至所述第一下拉开关MN1第一端，切换模块2212输入端VCI电耦接至所述输出电容器CO第一端VO。

在一种实施例中，所述P型晶体管电耦接在切换模块2212输出端VCO和所述第一下拉开关MN1第一端之间，源极端电耦接至所述切换模块2212输出端VCO，漏极端电耦接至所述第一下拉开关MN1第一端，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，所述P型晶体管MP1控制端被上拉到其源端电压，MP1截止，当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，所述P型晶体管MP1控制端电压被设定为一固定偏置电压，MP1导通为一电流源。

在一种实施例中，如图3C所示，所述P型晶体管电耦接在切换模块2212输入端VCI和所述输出电容器CO第一端VO之间，所述P型晶体管MP1被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关MN1的控制端，源极端电耦接至所述输出电容器CO第一端VO，漏极端电耦接至切换模块2212输入端VCI，切换模块2212输出端VCO电耦接至所述第一下拉开关MN1第一端。

在一种实施例中，所述P型晶体管电耦接在切换模块2212输入端VCI和所述输出电容器CO第一端VO之间，其源极端电耦接至所述输出电容器CO第一端VO，漏极端电耦接至切换模块2212输入端VCI，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，所述P型晶体管MP1控制端被上拉到其源端电压，MP1截止，当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，所述P型晶体管MP1控制端电压被设定为一固定偏置电压，MP1导通为一电流源。

在一种实施例中，所述切换模块2212包含一二极管D4，二极管D4阳极端为切换模块2212输入端接VCI，二极管D4阴极端为切换模块2212输出端接VCO，当切换模块2212输入端电压VCI高于输出端电压VCO时，二极管D4导通，其输入端电压VCI约等于其输出端电压VCO，当切换模块2212输入端电压VCI不高于输出端电压VCO时，二极管D4截止，其输入端电压VCI和其输出端电压VCO二者无关，输入端信号VCI不能传递到输出端，所述切换模块2212中的二极管D4可以为独立二极管，也可为三极管BJT寄生二极管，或是晶体管寄生二极管。

在一种实施例中，所述切换模块2212包含一低压差调节器LDO和一二极管D5，其中低压差调节器LDO输入端为切换模块2212输入端接VCI，低压差调节器LDO输出端输出一低电压VCM，二极管D5阳极端电耦接至低电压VCM，二极管D5阴极端为切换模块2212输出端接VCO，当低压差调节器LDO输出端电压VCM高于切换模块2212输出端电压VCO时，切换模块2212中的二极管D5导通，低压差调节器LDO输出端电压VCM约等于切换模块2212输出端电压VCO，当低压差调节器LDO输出端电压VCM不高于切换模块2212输出端电压VCO时，切换模块2212中的二极管D5截止，切换模块2212输入端电压VCI和切换模块2212输出端电压VCO二者无关，所述切换模块2212中的二极管D5可以为独立二极管，也可以为三极管BJT寄生二极管，或是晶体管寄生二极管。

同时，所述驱动电路还包括驱动开关控制模块230，其输入端与所述脉宽调制信号PWM电耦接，输出端与所述驱动开关管Q2控制端VG2电耦接。

在一种实施例中，所述驱动开关控制模块230包含串联连接的一上升沿延时模块和第三反相器INV3，其中所述上升沿延时模块的输入端电耦接所述脉宽调制信号PWM，上升沿延时模块的输出端输出上升沿延时Td后的脉宽调制信号PWMD与第三反相器INV3输入端电耦接，第三反相器INV3输出端电耦接至所述驱动开关管Q2控制端VG2。所述上升沿延时模块的延时时间Td为脉宽调制信号PWM从低电平切换到高电平时刻开始，所述驱动开关管Q2继续导通的时间，即脉宽调制信号PWM从低电平切换到高电平后，驱动开关管Q2还将继续导通Td的时间长度，经过Td时间以后，驱动开关管Q2从导通状态切换成截止状态，所述功率晶体管Q1第二端电压VD2升高，使得馈电二极管D1导通，驱动电路的输出电容器CO开始回收变压器主级电感电流ILP，因此所述上升沿延时模块的延时时间Td决定了馈电二极管电流ID1的起始点。

在一种实施例中，所述驱动开关控制模块230包括串联连接的第四反相器INV4和一下降沿延时模块，其中所述第四反相器INV4的输入端电耦接所述脉宽调制信号PWM，第四反相器INV4的输出端输出反相后的脉宽调制信号PWMB与所述下降沿延时模块输入端电耦接，下降沿延时模块输出端电耦接至所述驱动开关管Q2控制端VG2。所述下降沿延时模块的延时时间Td为脉宽调制信号PWM从低电平切换到高电平时刻开始，所述驱动开关管Q2继续导通的时间，即脉宽调制信号PWM从低电平切换到高电平后，驱动开关管Q2还将继续导通Td的时间长度，经过Td时间以后，驱动开关管Q2从导通状态切换成截止状态，所述功率晶体管Q1第二端电压VD2升高，使得馈电二极管D1导通，驱动电路的输出电容器CO开始回收变压器主级电感电流ILP，因此所述上升沿延时模块的延时时间Td决定了馈电二极管电流ID1的起始点。

在一种实施例中，所述驱动开关控制模块230输入端还与输出电容器CO第一端电压VO电耦接，通过取样VO电压调制所述延时模块231的延时时间Td来调整输出电容器CO第一端电压VO。

在一种实施例中，所述驱动开关控制模块230输入端还与输出电容器CO第一端电压VO电耦接，通过取样VO电压调制驱动开关管Q2开关的次数来调整输出电容器CO第一端电压VO。

如图2所示一种开关变换器的实施例中，在脉宽调制信号PWM切换成高电平后，脉宽调制信号PWM通过驱动开关控制模块230输出控制信号VG2为高电平，控制驱动开关管Q2导通，把功率晶体管Q1第二端电压VD2下拉到地，馈电二极管D1截止；同时，功率晶体管控制模块220中的第一反相器INV1输出端电压为低电平，第一下拉开关MN1截止，上拉模块221具有上拉能力，功率晶体管控制模块220对所述功率晶体管Q1的栅极电容Cgs充电，控制所述功率晶体管Q1导通。

在一种实施例中，所述切换模块2212只包含一二极管D4，功率晶体管控制模块220对所述功率晶体管Q1的栅极电容Cgs充电会使得切换模块2212输出端电压VCO低于输入端电压VCI，切换模块2212中的二极管D4导通，输出电容器CO上的电压VO传递到切换模块2212输出端VCO，功率晶体管控制模块220输出的控制信号VG1的电平和功率晶体管Q1栅极电容Cgs上的电压约等于切换模块2212输出电压VCO(此时VCO电压约等于输出电容器CO上的电压VO)(所有电压都以地为参考)，功率晶体管Q1导通，功率晶体管Q1第一端电压VD1和第二端电压VD2都近似为零电压，馈电二极管D1截止，电源输入端口第一端IN1和第二端IN2之间的固定电压差将通过输出端口O1O2、功率晶体管Q1和驱动开关管Q2对变压器主级电感LP充电，变压器主级电感LP上的电流线性增加。

在一种实施例中，所述切换模块2212包含一低压差调节器LDO和一二极管D5，功率晶体管控制模块220对所述功率晶体管Q1的栅极电容Cgs充电会使得切换模块2212输出端电压VCO低于切换模块2212内部LDO输出端电压VCM，切换模块2212中的二极管D5导通，切换模块2212内部LDO输出端电压VCM传递到VCO，功率晶体管控制模块220输出的控制信号VG1的电平和栅极电容Cgs上的电压约等于切换模块2212输出电压VCO(此时VCO电压约等于切换模块2212内部LDO输出端电压VCM)，功率晶体管Q1导通，功率晶体管Q1第一端电压VD1和第二端电压VD2都近似为零电压，馈电二极管D1截止，电源输入端口第一端IN1和第二端IN2之间的固定电压差将通过输出端口O1O2、功率晶体管Q1和驱动开关管Q2对变压器主级电感LP充电，变压器主级电感LP上的电流线性增加。

在脉宽调制信号PWM保持为高电平功率晶体管Q1导通期间，脉宽调制信号PWM经驱动开关控制模块230输出的控制信号VG2将延时Td时间后从高电平切换成低电平，使得驱动开关管Q2从导通状态变成截止状态，功率晶体管Q1第二端电压VD2将上升使得馈电二极管D1导通，功率晶体管Q1栅极电容Cgs下极板电压VD2上升到VO。

在一种实施例中，所述切换模块2212包含一二极管D4，在D4导通时，切换模块2212输出端电压VCO约等于其输入端电压VO，所以功率晶体管Q1栅极电容Cgs电容上下两个极板的电压差约等于VO，在功率晶体管Q1栅极电容Cgs下极板电压VD2上升到VO时，功率晶体管Q1栅极电容Cgs上极板电压将变成VO+VO，即功率晶体管Q1的控制端信号VG1的电平从VO变成VO+VO。由于上拉模块221中第一P型晶体管MP1在PWM高电平期间处于导通状态，如图3B所示，所以功率晶体管控制模块220输出端电压VG1会反向传输到切换模块2212输出端，使得切换模块2212输出端电压VO+VO高于切换模块2212输入端电压VCI电耦接的输出电容器CO上的电压VO，所以切换模块2212中的二极管D4截止，变压器主级电感LP上的电流将通过功率晶体管Q1和馈电二极管D1对输出电容器CO充电，实现了在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时回收主级电感LP电流。

在一种实施例中，所述切换模块2212包含一低压差调节器LDO和一二极管D5，在D5导通时，切换模块2212输出端电压VCO约等于低压差调节器LDO输出端电压VCM，所以功率晶体管Q1栅极电容Cgs电容上下两个极板的电压差约等于VCM，在功率晶体管Q1栅极电容Cgs下极板电压VD2上升到VO时，功率晶体管Q1栅极电容Cgs上极板电压将变成VO+VCM，即功率晶体管Q1的控制端信号VG1的电平变成VO+VCM。由于上拉模块221中的第一P型晶体管MP1在PWM高电平期间处于导通状态，如图3B所示，所以功率晶体管控制模块220输出端电压VG1会反向传输到切换模块2212输出端，使得切换模块2212输出端电压VO+VCM高于切换模块2212输入端电压VCI电耦接的输出电容器CO上的电压VO，所以切换模块2212中的二极管D5截止，变压器主级电感LP上的电流将通过功率晶体管Q1和馈电二极管D1对输出电容器CO充电，实现了在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时回收主级电感LP电流。

在脉宽调制信号PWM切换为低电平后，驱动开关控制模块230输出控制信号VG2切换为高电平，驱动开关管Q2导通，功率晶体管控制模块220中上拉模块221截止，第一下拉开关MN1导通对功率晶体管Q1的栅极电容Cgs放电到零，脉宽调制信号PWM通过功率晶体管控制模块220输出控制信号VG1为低电平，功率晶体管Q1截止，功率晶体管Q1第二端电压VD2被驱动开关管Q2下拉到地，馈电二极管D1截止，变压器主极能量耦合到变压器次级，使得变压器次级电感LS上的电流ILS通过所述开关变换器的整流部件D2对输出端口O1/O2中的输出电容器CO和负载进行放电。

由此，所述驱动开关控制模块230在脉宽调制信号PWM切换成高电平或低电平时，控制所述驱动开关管Q2导通，以使得功率晶体管控制模块220能够驱动所述功率晶体管Q1导通或截止。

由此，本发明的驱动电路和开关变换器可以实现在脉宽调制信号PWM高电平时间内，通过控制所述驱动开关管Q2的开关状态，输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时回收变压器主级电感电流ILP。

以下结合不同的可选实现方式的工作波形图对本发明实施例做进一步说明。

图4A和图4B是本发明实施例的开关变换器的可选实现方式的工作波形图。在本实现方式中，在脉宽调制信号PWM高电平时间内，通过控制所述驱动开关管Q2的开关状态，输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时回收变压器主级电感电流ILP。如图4A所示。

在时刻T0之前，驱动开关控制模块230输出控制信号VG2保持高电平控制驱动开关管Q2保持导通，功率晶体管Q1第二端电压VD2被下拉到近似零电压，功率晶体管控制模块220输出控制信号VG1保持低电平控制功率晶体管Q1保持截止，馈电二极管D1截止，其电流ID1为零。应理解，在时刻T0之前的变压器次级电感LS电流ILS可处于续流不为零状态，比如开关变换器工作在CCM连续导通模式或是BCM临界导通模式，或变压器次级电感LS电流ILS处于为零状态，比如开关变换器工作在DCM断续导通模式，都不会对阐述本发明的工作原理造成实质影响，因此本实施例将以开关变换器工作在BCM临界导通模式为例进行阐述。

在时刻T0，脉宽调制信号PWM从低电平切换成高电平，指示当前开关周期开始。

在时刻T0-时刻T1，脉宽调制信号PWM保持为高电平，功率晶体管Q1控制信号VG1和驱动开关管Q2控制信号VG2保持为高电平，功率晶体管Q1和驱动开关管Q2保持导通，变压器主级电感电流ILP持续上升，功率晶体管Q1第一端电压VD1和第二端电压VD2保持为近似零电压，馈电二极管D1截止，其电流ID1为零。

在一种实施例中，开关变换器中的切换模块2212只包含一二极管D4，其工作波形图如图4A所示，

在时刻T1-时刻T2，脉宽调制信号PWM保持为高电平，驱动开关控制信号VG2切换为低电平控制驱动开关Q2截止，功率晶体管Q1仍然保持导通，馈电二极管D1导通，且其电流ID1等于此区间变压器主级电感电流ILP，功率晶体管Q1第一端电压VD1和第二端电压VD2被抬高到接近VO电压，功率晶体管控制端信号VG1的电平从近似输出电压VO切换成近似VO+VO电压，输出电容器CO通过馈电二极管D1对变压器主级电感电流ILP进行回收，应理解，在时刻T1-时刻T2期间，由于电源输入端口IN1/IN2的端口电压对变压器主级电感LP充电的电压差需要减去输出电容器CO上的电压VO，变压器主级电感电流ILP斜率会有小的变化(图中未示出)，时刻T0-时刻T1区间的长度为Td决定了流过馈电二极管D1的电流ID1的起始点。

在一种实施例中，开关变换器中的切换模块2212包含一低压差调节器LDO和一二极管D5，其工作波形图如图4B所示，

在时刻T1-时刻T2，脉宽调制信号PWM保持为高电平，驱动开关控制信号VG2切换为低电平控制驱动开关Q2截止，功率晶体管Q1仍然保持导通，馈电二极管D1导通，且其电流ID1等于此区间变压器主级电感电流ILP，功率晶体管Q1第一端电压VD1和第二端电压VD2被抬高到接近VO电压，功率晶体管控制端信号VG1的电平从近似低压差调节器LDO输出的电压VCM切换成近似VO+VCM电压，输出电容器CO通过馈电二极管D1对变压器主级电感电流ILP进行回收，应理解，在时刻T1-时刻T2期间，由于电源输入端口IN1/IN2的端口电压对变压器主级电感LP充电的电压差需要减去输出电容器CO上的电压VO，变压器主级电感电流ILP斜率会有小的变化(图中未示出)，时刻T0-时刻T1区间的长度为Td决定了流过馈电二极管D1的电流ID1的起始点。

在时刻T2-时刻T3，脉宽调制信号PWM从高电平切换成低电平，驱动开关控制信号VG2从低电平切换为高电平，控制驱动开关管Q2由截止切换为导通，功率晶体管Q1控制信号VG1从高电平切换成低电平，控制功率晶体管Q1由导通切换为截止，变压器主级电感LP充电结束，变压器主级电感LP中的储存的能量通过变压器互感耦合到变压器次级电感LS中，变压器次级电感电流ILS通过整流部件D2进入续流状态，变压器次级电感电流ILS持续下降。应理解，在时刻T2-时刻T3期间，当功率晶体管Q1从导通状态切换成截止状态以后，驱动开关管Q2的开关状态并不影响所述驱动电路的工作状态，所以驱动开关控制模块230输出的控制信号VG2可以为高电平也可以为低电平，在图4A和图4B中驱动开关控制模块230输出的控制信号VG2保持为高电平。功率晶体管Q1的第一端电压VD1上升到接近电源输入端口IN1/IN2的端口电压，功率晶体管Q1的第二端电压VD2保持为近似零电压。

由此，本发明可以通过控制所述驱动开关管Q2的开关状态，以使得在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时回收变压器主级电感电流ILP。本发明实施例的电路结构简单，成本低，通过回收利用变压器主级电感电流ILP，可以节约成本，提升系统效率。

以上部分以浮地架构拓扑结构的开关变换器为例对本发明进行了说明。本发明的驱动电路还可以应用于其它类型的开关变换器。

图5是本发明另一个实施例的开关变换器的电路图。在本实施例中，所述驱动电路被应用于实地架构拓扑结构的开关变换器。如图5所示，所述功率级电路变压器主级电感LP第一端与电源输入端口第一端IN1电耦接，所述主级电感LP第二端与所述功率晶体管Q1第一端VD1电耦接，所述整流部件D2连接在变压器次级电感LS第一端和输出端口第一端O1之间，变压器次级电感LS第二端和输出端口第二端O2短接并接地，电源输入端口第二端IN2接地；可选地，还包括连接在开关变换器电源输入端口IN1/IN2上的输入电容器CI和在输出端口O1/O2之间的负载。驱动开关管Q2的第一端与功率晶体管Q1的第二端VD2电耦接，驱动开关管Q2的第二端与电源输入端口第二端IN2短接接地，或通过一个电流检测电阻后与电源输入端口第二端IN2短接并接地。在本实施例中，开关变换器在脉宽调制信号PWM为高电平，功率晶体管Q1导通期间，通过控制所述驱动开关管Q2的开关状态，输出电容器CO能经馈电二极管D1在变压器主级电感LP充电时，实现对变压器主级电感电流ILP进行回收。

应当理解，上述实施例中，所述开关变换器除输出电容器CO和变压器以外的部分，可全部或部分集成在同一集成电路中，以方便使用者快速搭建具有电流回收功能的开关变换器。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种驱动电路，用于驱动具有一变压器和一输出电容器的开关变换器的功率晶体管，其特征在于，包括：

功率晶体管控制端，适于与所述功率晶体管的栅极端连接；

功率晶体管第二端，适于与所述功率晶体管的源极端连接；

驱动开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端电耦接至功率晶体管第二端，用于控制所述功率晶体管第二端电压；

馈电二极管，具有阳极和阴极，其中阳极电耦接至功率晶体管第二端，阴极电耦接至输出电容器；

功率晶体管控制模块，第一输入端与一脉宽调制信号PWM电耦接，第二输入端与所述输出电容器第一端电耦接，输出端电耦接至所述功率晶体管控制端，被配置为根据脉宽调制信号PWM的高电平和低电平控制所述功率晶体管导通和截止；以及

驱动开关控制模块，输入端与所述脉宽调制信号PWM电耦接，输出端与所述驱动开关管控制端电耦接，被配置为控制所述驱动开关管的开关状态，以使得在脉宽调制信号PWM高电平时间内输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。

2.根据权利要求1所述的一种驱动电路，其特征在于，所述功率晶体管控制模块包括：

第一反相器，具有输入端和输出端，其中，输入端电耦接所述脉宽调制信号PWM；

第一下拉开关，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器输出端电耦接，第一端电耦接至所述功率晶体管控制端，第二端电耦接到地，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，第一下拉开关导通将所述功率晶体管控制端下拉到地，控制所述功率晶体管截止，当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，第一下拉开关截止；

上拉模块，具有第一端，第二端和控制端，其中，控制端与所述第一反相器输出端电耦接，第一端电耦接至所述输出电容器第一端，第二端电耦接至所述第一下拉开关第一端，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，上拉模块具有上拉能力，控制所述功率晶体管导通，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，上拉模块截止。

3.根据权利要求2所述的一种驱动电路，其特征在于，所述上拉模块包括：

切换模块，具有输入端和输出端，被配置为当输入端电压高于输出端电压时，输入端信号能传递到输出端，当输入端电压不高于输出端电压时，输入端信号不能传递到输出端；

第一P型晶体管，与所述切换模块串联连接，被配置为当所述脉宽调制信号PWM为高电平时，P型晶体管具有上拉能力，当所述脉宽调制信号PWM为低电平时，P型晶体管截止。

4.根据权利要求3所述的一种驱动电路，其特征在于，所述切换模块至少包含包括一二极管。

5.根据权利要求3所述的一种驱动电路，其特征在于，所述P型晶体管电耦接在切换模块输出端和所述第一下拉开关第一端之间，所述P型晶体管被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关的控制端，源极端电耦接至所述切换模块输出端，漏极端电耦接到所述第一下拉开关第一端。

6.根据权利要求3所述的一种驱动电路，其特征在于，所述P型晶体管电耦接在切换模块输入端和所述输出电容器第一端之间，所述P型晶体管被配置为一开关，其控制端电耦接至所述第一下拉开关的控制端，源极端电耦接至所述输出电容器第一端，漏极端电耦接至切换模块输入端。

7.根据权利要求1所述的一种驱动电路，其特征在于，所述驱动开关控制模块包括一反相器和一上升沿延时模块或一下降沿延时模块。

8.根据权利要求1所述的一种驱动电路，其特征在于，所述驱动开关控制模块在脉宽调制信号PWM切换成高电平或低电平时，控制所述驱动开关管处于导通状态，以使得功率晶体管控制模块能够驱动所述功率晶体管导通或截止。

9.根据权利要求1所述的一种驱动电路，其特征在于，所述驱动开关控制模块在所述功率晶体管导通期间，控制所述驱动开关管截止以使得所述驱动电路输出电容器能经馈电二极管在变压器主级电感充电时回收变压器主级电感电流。

10.一种开关变换器，其特征在于，包括：

功率级电路，包括变压器、功率晶体管和整流部件；以及

如权利要求1-9中任一项所述的驱动电路。

11.根据权利要求10所述的一种开关变换器，其特征在于，所述开关变换器为浮地架构拓扑结构，

所述功率级电路变压器主级电感第一端与地电耦接，主级电感第二端与电源输入端口第二端电耦接，所述功率晶体管第一端与电源输入端口第一端电耦接，所述整流部件电耦接在变压器次级电感第一端和输出端口第一端之间，变压器次级电感第二端和输出端口第二端短接并接地；或，所述开关变换器为实地架构拓扑结构，

所述功率级电路变压器主级电感第一端与电源输入端口第一端电耦接，主级电感第二端与所述功率晶体管第一端电耦接，所述整流部件电耦接在变压器次级电感第一端和输出端口第一端之间，变压器次级电感第二端和输出端口第二端短接并接地，电源输入端口第二端与输出端口第二端短接。

12.一种集成电路，用于控制所述开关变换器，其特征在于，包括：

第一引脚，与变压器主极电感第二端电耦接；

第二引脚，与电源输入端口第二端电耦接；

第三引脚，与输出电容器第一端电耦接；

如权利要求1-9中任一项所述的驱动电路；

输出电容器通过第三引脚回收变压器主级电感充电时的主级电感电流。

13.一种集成电路，用于控制所述开关变换器，其特征在于，包括：

第一引脚，与电源输入端口第一端电耦接；

第二引脚，与变压器主级电感第一端电耦接；

第三引脚，与输出电容器第一端电耦接；

如权利要求1-9中任一项所述的驱动电路；

输出电容器通过第三引脚回收变压器主级电感充电时的主级电感电流。

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