CN113938036B - 用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，包括功率变换电路和控制驱动电路；功率变换电路中功率变压器T1输入端连接的输入滤波电路L1、Cin和前级功率开关MOS管Q1，功率变压器T1输出端连接的同步整流MOS管Q2和输出滤波电容Co；控制驱动电路包括PWM控制器、前级控制电路、隔离变压器和后级控制电路。通过主变压器辅助绕组实现同步整流MOS管的开通，通过磁隔离开关电源变换器中原有的反馈信号隔离变压器，将前级PWM同步关断信号隔离传递到次级侧，实现同步整流MOS管的关断控制。本发明实现了同步整流MOS管的隔离关断控制和磁隔离反馈控制、供电、同步整流驱动三者合一。

Description

用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路
技术领域
本发明涉及开关电源整流驱动电路，特别是一种单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路。
背景技术
同步整流技术是提升开关电源转换效率的有效手段，采用开关MOS管替代传统肖特基二极管进行输出整流可大幅提升DC/DC变换器转换效率。由于二极管为被动整流器件，其导通与否只与二极管两端电压相关，而开关MOS管需采用合适的驱动电压来控制MOS管的开合，因此开关电源中同步整流应用的核心技术为同步整流MOS管的驱动信号的获取。
隔离式单端反激同步整流功率拓扑为常见的功率变换方案，在日常应用广泛，同步整流驱动技术方案也较多。如外驱动技术中的集成控制器、自驱动技术中的电压型自驱动和电流型自驱动。其基本原理为：检测变压器次级绕组电压或次级绕组电流，通过绕组电压或电流变化情况来控制驱动同步整流MOS管的通断。
(1)单端反激同步整流外驱动技术
通过集成控制器检测同步整流MOS管(Q2)的源-漏间电压差，通过该电压差控制实现同步整流MOS管(Q2)的驱动。此类器件如TI公司的单端反激同步整流控制器(UCC24612)，典型应用如图1(a)所示。当前级开关MOS管Q1导通时，次级侧MOS管Q2关断，变压器异名端电压升高，同名端电压下降，变压器次级侧无输出，变压器初级绕组电流上升，变压器储存能量。当前级开关MOS管Q1关断时，次级开关MOS管Q2开通，变压器初级绕组同名端电压升高，次级绕组同名端电压升高，变压器储存的能量通过次级绕组向输出传递。反激变换器同步整流中前级开关MOS管Q1与次级开关MOS管Q2驱动信号互补，并保持一定死区时间。
工作波形如图1(b)所示，ISD为变压器次级绕组电流，VDS为开关MOS管Q2的漏源间压降，VGATE为控制器的输出驱动波形。由工作波形可知，当次级电流ISD流过开关MOS管Q2,并逐渐上升时，由于MOS管的导通电阻Rdson的作用，使得VDS电压绝对值上升，当该电压大于阈值电压VTHVGON,并经tr-VG延迟后，控制器输出VG高电平；随着变压器次级电流ISD下降，VDS电压绝对值下降，当低于阈值VTHGOFF时，控制器输出低电平。
根据UCC24612的工作原理，由于变压器次级电流流经MOS管时会产生电压降，通过检测该电压降来控制Q2的通断。存在问题：①当Q2开通时，由于开关MOS管的Rdson值极小，通常为毫欧级，因此VDS电压幅值极小，检测难度大。②当开关MOS管Q1导通时，变压器异名端电压上升，通常可达到几十伏甚至上百伏，该电压计算为：VDS＝(Vin×Ns)/Np+Vo，在高压输出场合对控制器信号检测端(VD)耐压要求极高，因此该芯片的设计工艺难度极大，导致器件成本增加。③UCC24612为美国TI公司生产，为塑封器件无法满足国内高可靠、高等级产品应用需求。
(2)单端反激同步整流自驱动技术(电流型)
单端反激同步整流自驱动技术方案较多、应用成熟，通常包含电压型和电流型两种。其基本原理为：检测变压器次级绕组电压或次级绕组电流，通过绕组电压或电流变化情况来控制驱动同步整流MOS管的通断。以专利《DC to DC convertor》(专利号：US7,894,217B2)为例进行说明，该文章提出了一种电流型自驱动同步整流技术方案，线路原理与工作波形如图2(a)、图2(b)所示。通过电流互感器T2将变压器次级侧电流采样放大，后通过三极管Q3、Q4、Q5放大后驱动同步整流MOS管Q2。该方案以通过MOS管(Q2)的电流作为触发信号，实现同步整流驱动，可有效避免前级开关(Q1)与同步整流开关(Q2)的共通，线路结构简单，实用性强。不利因素在于：①由于开关MOS管(Q2)反向恢复特性，以及功率回路中的电感、电容特性，在MOS管开关瞬间将产生极大的电压尖峰振铃，进而误触发开关MOS管(Q2)。②电流互感器(T2)的应用导致成本增加、体积增大。
(3)单端反激同步整流自驱动技术(电压型)
专利《DC-DC flyback converter having a synchronous rectification self-driven circuit》(US 2007/0121351 A1)，描述了一种单端反激电压型自驱动同步整流技术，线路原理如图3所示。工作原理为：当S1关断、Q1基极为低电平，Q1截止，变压器同名端电压升高，MOS管(SR3)栅极电压升高，SR3开通，进而同步整流MOS管(SR2)栅极电压升高，SR2导通；当S2开通，Q1基极电压升高，Q1导通，此时变压器同名端电压下降，SR2、SR3栅极电压通过Q1迅速拉低，同步整流MOS管(SR2)关断。线路中变压器T2为主功率变压器，T1为同步整流关断PWM信号隔离传递的关键器件，用于实现同步整流MOS管(Q2)的关断。通过对前级MOS管驱动信号的延时，使得同步整流关断信号实现一定的超前，进而实现单端反激同步整流开关管与次级侧同步整流管的驱动死区时间，确保电路工作的可靠性。该技术实用性强，但存在线路复杂的问题，如信号隔离变压器(T1)仅仅用于同步整流关断信号的传递，体积大、成本高。
综上，现有技术存在以下问题：(1)由于开关MOS管的Rdson值极小，通常为毫欧级，因此VDS电压幅值极小，检测难度大容易被干扰；当开关MOS管Q1导通时，变压器异名端电压上升，通常可达到几十伏或上百伏，无法应用于高压输出场合；元器件成本较高，高可靠领域无法应用。(2)通过电流互感器获取次级侧电流信息，无法避免开关瞬间电压尖峰振铃问题，电流互感器的应用导致成本、体积增加。(3)线路复杂、元器件(变压器)的利用率过低等问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于单端反激同步整流驱动的控制电路，通过主变压器辅助绕组实现同步整流MOS管的开通，通过磁隔离开关电源变换器中原有的反馈信号隔离变压器，将前级PWM同步关断信号隔离传递到次级侧，实现同步整流MOS管的关断控制。电路中通过延迟电路与门电路的组合应用，实现了两路驱动信号的互补和死区控制。采用常见的元器件，借助开关电源变换器中反馈信号隔离变压器实现了同步整流MOS管的隔离关断控制。同时基于本发明，实现开关电源中的磁隔离反馈控制、供电、同步整流驱动三者合一。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，包括功率变换电路和控制驱动电路；输入端连接的输入滤波电路
所述功率变换电路包括功率变压器T1输入端连接的输入滤波电路L1、Cin和前级功率开关MOS管Q1，功率变压器T1输出端连接的同步整流MOS管Q2和输出滤波电容Co；
所述控制驱动电路包括依次连接的PWM控制器、前级控制电路、隔离变压器和后级控制电路；前级控制电路连接前级功率开关MOS管Q1，后级控制电路连接同步整流MOS管Q2；
后级控制电路包括运算放大器IC6-1、与门IC4、稳压管Z1、二极管D5、D7、电容C4、主功率变压器辅助绕组和电阻R1、R2、R3；
隔离变压器T2的次级绕组异名端T2-4绕组连接电阻R1、并联的电阻R2和稳压管Z1，并一同连接到与门IC4的输入端；与门IC4的输入端连接运算放大器IC6-1的输出端，与门IC4的输出端连接功率变换电路同步整流MOS管的栅极；运算放大器IC6-1的反相端接内部基准电压Vref，运算放大器IC6-1的同相端连接并联的电阻R3、二极管D7，并联的电阻R3、二极管D7一端接主功率变压器，另一端接电容C4后接地。
作为优选，所述输入滤波电路L1、Cin连接功率变压器T1初级绕组同名端，功率变压器T1初级绕组异名端连接前级功率开关MOS管Q1；功率变压器T1次级绕组同名端连接同步整流MOS管Q2，输出滤波电容Co并联在功率变压器T1次级绕组同名端。
作为优选，所述前级控制电路包括晶体管P1、与门IC3和电阻R5、R6；与门IC3输入端分别连接PWM控制器输出端，与门IC3的输出端连接前级MOS管栅极；晶体管P1发射极与电阻R5连接内部供电端Vcc1，电阻R5与晶体管P1基极及电阻R6相连，电阻R6另一端连接PWM控制器的OUT2端，P1的集电极连接变压器初级同名端绕组。
作为优选，电阻R2的另一端与稳压管Z1的阳极接地。
作为优选，隔离变压器T2的次级绕组同名端绕组接二极管D5的阴极，二极管D5阳极接地。
作为优选，进一步，控制驱动电路包括：PWM控制器、前级控制电路U1、后级控制电路U2、变压器T2、前级整流滤波D1、C1、供电整流滤波U3、误差放大电路U4和二极管D3、D5；
PWM控制器输出端连接前级控制电路U1，PWM控制器输出端FB连接前级整流滤波二极管D1、电容C1，电容C1接地，二极管D1连接隔离变压器T2的初级绕组同名端，隔离变压器T2的次级绕组异名端连接后级控制电路U2、二极管D3和供电整流滤波U3；隔离变压器T2的次级绕组同名端连接二极管D5和误差放大电路U4。
作为优选，反馈控制电路包括次级侧误差放大电路U4、二极管D3、变压器T2和整流滤波电路D1、C1。
作为优选，误差放大电路U4包括接输出端Vo电阻R9、R10，电阻R9、R10共同连接到运放IC6-2反相端，运算放大器IC6-2同相端接基准电压；运算放大器IC6-2的输出端连接二极管D6的阴极，二极管D6阳极连接串联电阻R8、电容C3后连接到运算放大器IC6-2的反相端；二极管D6阳极接电阻R7，电阻R7的一端连接次级供电Vcc2；二极管D6阳极连接三极管P2基极，三极管P2集电极接地、发射极连接二极管D4阴极，二极管D4阳极连接D5阴极后连接变压器次级端。
作为优选，供电整流滤波U3包括连接在变压器次级端的二极管D2、电容C2，电容C2接地，二极管D2阴极和电容C2接次级供电Vcc2。
与现有方法相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明磁隔离单端反激开关电源同步整流驱动电路，利用PWM控制器两路输出信号(outA：脉宽控制信号、outB：隔离变压器驱动信号)的逻辑关系、以及信号隔离变压器的端口信号逻辑，通过延迟电路、逻辑门电路等组合应用，最终获得开关电源前级侧主开关MOS管与次级侧同步整流开关MOS管的驱动信号，并借助开关电源中的反馈信号隔离变压器实现两路驱动信号的隔离和信号间的死区控制。在磁隔离开关电源同步整流驱动应用中，实现了反馈信号隔离变压器的多重功能复用(包含反馈误差信号隔离传递、次级侧供电、次级侧同步整流控制)。
本发明适用于磁隔离型开关电源同步整流控制，包含常见的单端反激同步整流、单端正激同步整流。
本发明可实现单端反激变换器前级开关MOS管与同步整流MOS管的驱动，两路驱动信号相互隔离、互补、具有死区时间，可实现单端反激变换器同步整流控制驱动。另一方面，该方案采用的隔离变压器(T2)可同时实现变换器次级侧供电，以及次级侧反馈控制信号的隔离传递。方案中采用的器件为常见的运算放大器、门电路、二三极管等，相比现有集成控制器件具有明显的低成本优势。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1(a)、(b)分别为同步整流控制器UCC24612的典型应用及工作波形；图2(a)、(b)分别为自驱动同步整流原理图与波形图；
图3为单端反激自驱动同步整流驱动线路原理；
图4为本发明实施例1电路图；
图5为控制驱动电路原理图；
图6为PWM控制器输出OUT1、OUT2工作波形；
图7为前级控制电路(U1)的工作波形；
图8为隔离变压器控制电路(U1)的工作波形；
图9为同步整流驱动电路(U2)的端口波形；
图10为隔离驱动控制单元的完整波形；
图11为本发明控制驱动电路扩展应用电路图；
图12为供电电路工作波形；
图13为反馈控制电路工作波形；
图14为本发明实施例2电路图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参阅图4，本发明提供了一种单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，包括功率变换电路和控制驱动电路。
(1)功率变换电路：
采用单端反激功率拓扑结构，具体包括输入滤波电路L1、Cin、前级功率开关MOS管Q1、功率变压器T1、同步整流MOS管Q2和输出滤波电容Co。
输入滤波电路L1、Cin连接在功率变压器T1初级绕组同名端T1-1，功率变压器T1初级绕组异名端T1-2连接前级功率开关MOS管Q1；功率变压器T1次级绕组同名端T1-4连接步整流MOS管Q2，输出滤波电容Co并联在功率变压器T1次级绕组同名端T1-4。
当开关Q1导通时，输入电源通过变压器初级绕组将电能转化为磁能，存储在变压器中，此时输出功率开关Q2关断；当开关Q1关断时，输出功率开关Q2开通，变压器存储的磁能通过次级线圈传递到输出端。
(2)控制驱动电路
如图5所示，控制驱动电路包括PWM控制器、前级控制电路、隔离变压器和后级控制电路。
PWM控制器：
PWM控制器包括两路输出OUT1、OUT2，该器件为双输出集成控制器，OUT1为输出占空比信号，OUT2为固定占空比信号。工作过程为：OUT1的输出占空比大小根据输出电压动态调节，OUT2为固定占空比信号(占空比约90％)，且OUT1与OUT2频率同步，工作波形如图6所示。
前级控制电路：
前级控制电路包括晶体管P1、与门IC3和电阻R5、R6。与门IC3的输入端分别连接PWM控制器的输出端OUT1和OUT2，IC3的输出端连接功率变换电路中的前级MOS管的栅极。同时晶体管P1为P型管，其发射极与电阻R5的一端连接内部供电端Vcc1，电阻R5的另一端与晶体管P1的基极以及电阻R6一端相连，电阻R6的另一端连接PWM控制器的OUT2端，P1的集电极连接变压器初级同名端T2-1绕组。
PWM信号OUT1和固定占空比信号OUT2与逻辑后，产生上升沿延迟的PWM信号，经IC3o输出，驱动前级开关MOS管。固定占空比信号OUT2经三极管P1反向放大后形成窄脉冲信号，通过隔离变压器T2初级同名端T2-1引脚驱动隔离变压器T2。工作波形如图7所示。
信号运算逻辑：OUT1·OUT2＝IC3o，
Figure GDA0004233732050000091
隔离变压器：
隔离变压器T2为脉冲变压器，包括初、次级两个绕组，用于实现同步整流MOS管关断信号的隔离传递。同时该变压器可实现次级侧隔离供电，和次级侧反馈信号的隔离传递，具体在应用实例中进行说明。变压器各个端口的工作波形如图8所示。
其中T2-1、T2-3分别为隔离变压器T2的初级绕组同名端和次级绕组同名端，初级绕组同名端T2-1接前级控制电路晶体管P1的集电极，初级绕组异名端T2-2接地，次级绕组同名端T2-3接后级控制电路的二极管D5的阴极，次级绕组异名端T2-4接后级控制电路中的电阻R1一端。
后级控制电路：
后级控制电路包括运算放大器IC6-1、与门IC4、稳压管Z1、二极管D5、D7、电容C4、主功率变压器辅助绕组和电阻R1、R2、R3。隔离变压器T2的次级绕组异名端T2-4绕组连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和稳压管Z1的阴极相连接，并一同连接到与门IC4的输入端。电阻R2的另一端与稳压管Z1的阳极接地，二极管D5的阴极接隔离变压器T2的次级绕组同名端绕组T2-3、阳极接地。主功率变压器同名端绕组T1-6接地，主功率变压器异名端T1-5接电阻R3的一端和二极管D7的阴极。电阻R3的另一端和二极管D7的阳极以及电容C4的一端共通连接到运算放大器IC6-1的同相端。运算放大器IC6-1的反相端接内部基准电压Vref，运算放大器IC6-1的输出端和与门IC4的输入端相连接，与门IC4的输出端连接功率变换电路同步整流MOS管的栅极。
T2-4的大占空比信号经电阻R1、R2、Z1分压稳压后输入到IC4的一输入端；主功率变压器辅助绕组T1-5信号经过延迟电路R3、D7、C4形成慢升快降的信号，该信号与基准电压Vref比较后在运放的输出端形成上升沿延迟、下降沿不变的方波信号，该信号好输入到IC4的另一输入端。最终通过IC4输出的方波信号IC4o与IC3o为带有死区时间的互补信号。各个节点工作波形如图9所示。
T1-5信号取自主功率变压器辅助绕组异名端，与前级开关MOS管驱动IC3o互补，IC6o上升沿延迟时间(t3-t2)：
Figure GDA0004233732050000101
(IC6o)·(T2-4)＝IC4o。
最终OUT1、OUT2信号经隔离变换后再与T1-5信号运算，形成IC3o与IC4o的带有死区时间的互补信号，分别驱动前级开关MOS管与同步整流MOS管。IC3o的关断与IC4o的开通死区时间为t2-t3，IC3o的开通与IC4o的关断死区时间为t1-t0。
驱动信号IC3o驱动前级开关MOS管Q1，驱动信号IC4o驱动同步整流开关MOS管Q2。且两路输出信号的开通和关断死区时间可调整。
图10为隔离驱动控制单元的完整波形。
进一步，在本发明另一个实施例中，将本发明电路进行扩展应用。
本发明控制驱动电路中，基于一个隔离变压器T2还可用于同时实现三种功能：隔离式开关电源中的次级侧隔离供电、同步整流驱动的反馈控制信号的隔离传递和次级侧误差信号的隔离传递。
具体线路原理如图11所示。其中，在扩展应用中包括：PWM控制器、前级控制电路U1、后级控制电路U2、变压器T2、前级整流滤波D1、C1、供电整流滤波U3、误差放大电路U4、以及二极管D3、D5。
PWM控制器输出端OUT1、OUT2连接前级控制电路U1，PWM控制器输出端FB连接前级整流滤波二极管D1、电容C1，电容C1接地，二极管D1连接隔离变压器T2的初级绕组同名端T2-1，隔离变压器T2的次级绕组异名端T2-4连接后级控制电路U2、二极管D3和供电整流滤波U3；隔离变压器T2的次级绕组同名端T2-3连接二极管D5和误差放大电路U4。
反馈控制电路：由次级侧误差放大电路U4、二极管D3、变压器T2以及整流滤波电路D1、C1组成。误差放大电路U4包括二极管D4、三极管P2、二极管D6、电阻R7、R8、R9、R10、电容C3和运放IC6-2；输出电压Vo经电阻R9、R10采样分压后输入到运放IC6-2的反相端，运算放大器IC6-2同相端接地；二极管D6的阴极连接到运算放大器IC6-2的输出端，电阻R8、电容C3串联后分别连接运算放大器IC6-2的反相端和二极管D6的阳极，构成相位增益补偿；电阻R7一端连接次级供电Vcc2，R7的另一端连接二极管D6的阳极，构成信号上拉。三极管P2基极连接二极管D4的阳极，集电极接地，发射极连接二极管D4的阴极，二极管D3、D4与变压器T2-4、T2-3连接，构成信号通路。
次级侧供电：PWM控制器OUT2输出固定占空比信号，经过电阻R5、R6、P1将前几Vcc1电源反向放大后输入到变压器绕组T2-1，变压器绕组T2-4与T2-1为异名端，耦合到T2-4的信号再次反向，而后经过D2、D5整流、C2滤波形成稳定的次级侧供电电压Vcc2。具体波形如图12所示。T2-4波形占空比为90％，Vcc2的平均值为：VVCC2＝90％VT2-4。
反馈控制电路各节点波形如图13所示，输出电压Vo与基准电压比较形成误差信号，误差信号再次经过运放IC6-2放大后形成误差放大信号(低频小信号)，最后通过三极管P2、二极管D4传递到隔离变压器T2-3。T2-3为高频窄脉冲信号，低频误差信号经高频信号调制后，形成幅值不同的高频信号，该高频信号经变压器T2隔离传递到初级侧，通过T2-1输出，T2-1输出的信号包含高频载波信号与低频误差信号。最后通过D1、C1将高频载波信号滤除，还原误差信号，反馈到PWM控制器的FB端。途中P2c放大的低频误差信号，T2-3为高频载波信号与低频信号的调制过程，T2-1与T2-3为同名端，FB为解调后的低频误差信号。
图14示出了本发明实施例2三合一功能的控制驱动电路连接功率变换电路，示出了误差信号的传递电路。
本发明应用于厚膜混合集成小功率DC/DC电源模块产品，实施例中：DC/DC变换器：Vin：16V～40V，Vo：5V，Io：6A，转换效率88％。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，包括功率变换电路和控制驱动电路；
所述功率变换电路包括功率变压器T1输入端连接的输入滤波电路L1、Cin和前级功率开关MOS管Q1，功率变压器T1输出端连接的同步整流MOS管Q2和输出滤波电容Co；
所述控制驱动电路包括依次连接的PWM控制器、前级控制电路、隔离变压器和后级控制电路；前级控制电路连接前级功率开关MOS管Q1，后级控制电路连接同步整流MOS管Q2；
后级控制电路包括运算放大器IC6-1、与门IC4、稳压管Z1、二极管D5、D7、电容C4、主功率变压器辅助绕组和电阻R1、R2、R3；
隔离变压器T2的次级绕组异名端T2-4绕组连接电阻R1、并联的电阻R2和稳压管Z1，一同连接到与门IC4的输入端；与门IC4的输入端连接运算放大器IC6-1的输出端，与门IC4的输出端连接功率变换电路同步整流MOS管的栅极；运算放大器IC6-1的反相端接内部基准电压Vref，运算放大器IC6-1的同相端连接并联的电阻R3、二极管D7，并联的电阻R3、二极管D7一端接主功率变压器辅助绕组异名端，另一端接电容C4后接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，所述输入滤波电路L1、Cin连接功率变压器T1初级绕组同名端，功率变压器T1初级绕组异名端连接前级功率开关MOS管Q1；功率变压器T1次级绕组同名端连接同步整流MOS管Q2，输出滤波电容Co并联在功率变压器T1次级绕组同名端。
3.根据权利要求1所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，所述前级控制电路包括晶体管P1、与门IC3和电阻R5、R6；与门IC3输入端分别连接PWM控制器输出端，与门IC3的输出端连接前级MOS管栅极；晶体管P1发射极与电阻R5连接内部供电端Vcc1，电阻R5与晶体管P1基极及电阻R6相连，电阻R6另一端连接PWM控制器的OUT2端，P1的集电极连接变压器初级同名端绕组。
4.根据权利要求1所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，电阻R2的另一端与稳压管Z1的阳极接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，隔离变压器T2的次级绕组同名端绕组接二极管D5的阴极，二极管D5阳极接地。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，进一步，控制驱动电路包括：PWM控制器、前级控制电路U1、后级控制电路U2、变压器T2、前级整流滤波D1、C1、供电整流滤波U3、误差放大电路U4和二极管D3、D5；
PWM控制器输出端连接前级控制电路U1，PWM控制器输出端FB连接前级整流滤波二极管D1、电容C1，电容C1接地，二极管D1连接隔离变压器T2的初级绕组同名端，隔离变压器T2的次级绕组异名端连接后级控制电路U2、二极管D3和供电整流滤波U3；隔离变压器T2的次级绕组同名端连接二极管D5和误差放大电路U4。
7.根据权利要求6所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，反馈控制电路包括次级侧误差放大电路U4、二极管D3、变压器T2和整流滤波电路D1、C1。
8.根据权利要求6所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，误差放大电路U4包括接输出端Vo电阻R9、R10，电阻R9、R10共同连接到运放IC6-2反相端，运算放大器IC6-2同相端接基准电压；运算放大器IC6-2的输出端连接二极管D6的阴极，二极管D6阳极连接串联电阻R8、电容C3后连接到运算放大器IC6-2的反相端；二极管D6阳极接电阻R7，电阻R7的一端连接次级供电Vcc2；二极管D6阳极连接三极管P2基极，三极管P2集电极接地、发射极连接二极管D4阴极，二极管D4阳极连接D5阴极后连接变压器次级端。
9.根据权利要求6所述的一种用于单端反激同步整流驱动的磁隔离互补信号发生电路，其特征在于，供电整流滤波U3包括连接在变压器次级端的二极管D2、电容C2，电容C2接地，二极管D2阴极和电容C2接次级供电Vcc2。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115133779B (zh) * 2022-07-25 2024-03-19 西安微电子技术研究所 一种隔离供电、电流采样控制电路

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6069802A (en) * 1998-07-31 2000-05-30 Priegnitz; Robert A. Transformer isolated driver and isolated forward converter
CN1481066A (zh) * 2003-06-19 2004-03-10 艾默生网络能源有限公司 一种含有同步整流驱动电路的buck变换器
CN1564445A (zh) * 2004-03-24 2005-01-12 伊博电源（杭州）有限公司 一种反激变换器同步整流管的自驱动电路
CN1822483A (zh) * 2005-11-28 2006-08-23 伊博电源（杭州）有限公司 一种三绕阻反激变换器同步整流管的自驱动电路
CN101917121A (zh) * 2010-07-15 2010-12-15 电子科技大学 一种有源钳位同步整流正激变换器
CN105006974A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 广州金升阳科技有限公司 同步整流控制方法、控制装置及开关电源
CN105048836A (zh) * 2015-09-01 2015-11-11 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种开关电源反激同步整流自驱动电路
CN105450029A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 广州金升阳科技有限公司 开关电源的反馈控制方法及电路
CN205911961U (zh) * 2016-07-15 2017-01-25 深圳南云微电子有限公司 开关电源的副边控制电路
CN208094444U (zh) * 2018-05-10 2018-11-13 雅达电子国际有限公司 自驱动同步整流电路
CN109802573A (zh) * 2019-01-30 2019-05-24 西安微电子技术研究所 一种电流型脉宽调制控制器及基于其的磁隔离反馈驱动电路和dc/dc变换器
CN111711367A (zh) * 2020-07-23 2020-09-25 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种包含同步整流时序传递的双向磁隔离反馈电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9608532B2 (en) * 2015-04-04 2017-03-28 Joulwatt Technology Inc. Limited Body diode conduction optimization in MOSFET synchronous rectifier

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6069802A (en) * 1998-07-31 2000-05-30 Priegnitz; Robert A. Transformer isolated driver and isolated forward converter
CN1481066A (zh) * 2003-06-19 2004-03-10 艾默生网络能源有限公司 一种含有同步整流驱动电路的buck变换器
CN1564445A (zh) * 2004-03-24 2005-01-12 伊博电源（杭州）有限公司 一种反激变换器同步整流管的自驱动电路
CN1822483A (zh) * 2005-11-28 2006-08-23 伊博电源（杭州）有限公司 一种三绕阻反激变换器同步整流管的自驱动电路
CN101917121A (zh) * 2010-07-15 2010-12-15 电子科技大学 一种有源钳位同步整流正激变换器
CN105006974A (zh) * 2015-07-30 2015-10-28 广州金升阳科技有限公司 同步整流控制方法、控制装置及开关电源
CN105048836A (zh) * 2015-09-01 2015-11-11 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种开关电源反激同步整流自驱动电路
CN105450029A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 广州金升阳科技有限公司 开关电源的反馈控制方法及电路
CN205911961U (zh) * 2016-07-15 2017-01-25 深圳南云微电子有限公司 开关电源的副边控制电路
CN208094444U (zh) * 2018-05-10 2018-11-13 雅达电子国际有限公司 自驱动同步整流电路
CN109802573A (zh) * 2019-01-30 2019-05-24 西安微电子技术研究所 一种电流型脉宽调制控制器及基于其的磁隔离反馈驱动电路和dc/dc变换器
CN111711367A (zh) * 2020-07-23 2020-09-25 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种包含同步整流时序传递的双向磁隔离反馈电路

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