CN114531014B

CN114531014B - 同步整流器的供电电路、装置及设备

Info

Publication number: CN114531014B
Application number: CN202210429425.9A
Authority: CN
Inventors: 张亮
Original assignee: Shenzhen Injoinic Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Injoinic Technology Co Ltd
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2042-04-22
Also published as: CN116979819A; CN114531014A; WO2023202697A1

Abstract

本申请实施例提供一种同步整流器的供电电路、装置及设备，所述供电电路包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组、第一电容C1、第二电容C2、开关模块、比较器和MOS管Q3，能够在变换器占空比较小时，产生稳定的充电电流以对供电电容进行充电，从而保证了供电电容的电量，提升了同步整流器启动时的可靠性。

Description

同步整流器的供电电路、装置及设备

技术领域

本申请涉及电路结构技术领域，具体涉及一种同步整流器的供电电路、装置及设备。

背景技术

在开关电源中，经常需要用到二极管进行续流，但由于其导通压降较大，开关电源的效率会受到很大的影响。同步整流器用开关管取代二极管，由于可以将开关管导通阻抗做的很小，当电流通过开关管时的压降也会很低，因而效率会有极大的提升。但是同步整流电路需要驱动去控制开关管的开启与关断，因而电路较为复杂，使得电路的成本较高。

现有方案中在解决高成本问题时，通常采用自供电电路对同步整流电路进行供电，但现有方案在变换器的占空比较小时，会导致供电不足，从而影响同步整流器启动的可靠性。

发明内容

本申请实施例提供一种同步整流器的供电电路、装置及设备，能够在变换器占空比较小时，产生稳定的充电电流以对供电电容进行充电，从而保证了供电电容的电量，提升了同步整流器启动时的可靠性。

本申请实施例的第一方面提供了一种同步整流器的供电电路，所述供电电路包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组、第一电容C1、第二电容C2、开关模块、比较器和MOS管Q3，其中，

所述第一二极管D1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一二极管D1的第二端与所述MOS管Q3的栅极、所述第一三极管Q1的第一端、所述第二二极管D2的第一端、所述第一电容C1的第一端、所述二极管组的第一端相连接，

所述MOS管Q3的源极与所述二极管组的第二端、所述第一电容C1的第二端、所述第三二极管D3的第一端相连接，所述第三二极管D3的第二端与所述第二二极管的第二端、所述第二电容C2的第一端、所述第二三极管Q2的第一端、所述比较器的第一端、同步整流器的供电端口相连接，

所述第二三极管Q2的第二端与所述第二三极管Q2的第三端、所述第一三极管Q1的第二端相连接，所述第一三极管Q1的第三端与开关模块的第一端相连接，所述开关模块的控制端口与所述比较器的第二端口相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括第一电阻R1,其中，所述第一电阻R1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一二极管D1的第一端相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括第二电阻R2,其中，所述第二电阻R2的第一端与所述第一二极管的第二端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二二极管的第一端相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述二极管组包括K个二极管，其中，所述K个二极管串联。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括滤波模块，其中，

所述滤波模块的第一端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述滤波模块的第二端与所述同步整流器的供电端口相连接。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括保护模块，所述保护模块包括第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3，其中，

所述四二极管D4的第一端与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第四二极管D4的第二端与所述第五二极管D5的第一端相连接，所述第五二极管D5的第二端与所述第三电容C3的第一端相连接，所述第三电容C3的第二端接地。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括温度检测模块，其中，所述温度检测模块用于检测所述MOS管Q3的温度。

结合第一方面，在一个可能的实现方式中，第一电阻R1或第二电阻R2为可变电阻。

本申请实施例的第二方面提供了一种同步整流器的供电装置，所述供电装置包括电路板和如第一方面中任一项所述的同步整流器的供电电路。

本申请实施例的第三方面提供了一种同步整流器的供电设备，所述供电设备包括壳体和如第二方面所述的同步整流器的供电装置。

实施本申请实施例，至少具有如下有益效果：

同步整流器的供电电路包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组、第一电容C1、第二电容C2、开关模块、比较器和MOS管Q3，其中，所述第一二极管D1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一二极管D1的第二端与所述MOS管Q3的栅极、所述第一三极管Q1的第一端、所述第二二极管D2的第一端、所述第一电容C1的第一端、所述二极管组的第一端相连接，所述MOS管Q3的源极与所述二极管组的第二端、所述第一电容C1的第二端、所述第三二极管D3的第一端相连接，所述第三二极管D3的第二端与所述第二二极管的第二端、所述第二电容C2的第一端、所述第二三极管Q2的第一端、所述比较器的第一端、同步整流器的供电端口相连接，所述第二三极管Q2的第二端与所述第二三极管Q2的第三端、所述第一三极管Q1的第二端相连接，所述第一三极管Q1的第三端与开关模块的第一端相连接，所述开关模块的控制端口与所述比较器的第二端口相连接，因此，可以通过第二电容C2对同步整流器的供电端口进行供电，从而能够在变换器占空比较小时，产生稳定的充电电流以对第二电容C2进行充电，从而保证了第二电容C2的电量，提升了同步整流器启动时的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本申请实施例提供了一种同步整流器的供电电路的结构示意图；

图2 为本申请实施例提供了另一种同步整流器的供电电路的结构示意图；

图3 为本申请实施例提供了另一种同步整流器的供电电路的结构示意图；

图4 为本申请实施例提供了另一种同步整流器的供电电路的结构示意图；

图5 为本申请实施例提供了另一种同步整流器的供电电路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供了一种供电电路在小占空比下的VCC启动波形；

图7为本申请实施例提供了一种供电电路在小占空比下VCC稳定工作时的波形图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1 为本申请实施例提供了一种同步整流器的供电电路的结构示意图。如图1所示，该供电电路包括：

第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组10、第一电容C1、第二电容C2、开关模块20、比较器30和MOS管Q3，其中，

本示例中，同步整流器的供电电路包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组、第一电容C1、第二电容C2、开关模块、比较器和MOS管Q3，其中，所述第一二极管D1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一二极管D1的第二端与所述MOS管Q3的栅极、所述第一三极管Q1的第一端、所述第二二极管D2的第一端、所述第一电容C1的第一端、所述二极管组的第一端相连接，所述MOS管Q3的源极与所述二极管组的第二端、所述第一电容C1的第二端、所述第三二极管D3的第一端相连接，所述第三二极管D3的第二端与所述第二二极管的第二端、所述第二电容C2的第一端、所述第二三极管Q2的第一端、所述比较器的第一端、同步整流器的供电端口相连接，所述第二三极管Q2的第二端与所述第二三极管Q2的第三端、所述第一三极管Q1的第二端相连接，所述第一三极管Q1的第三端与开关模块的第一端相连接，所述开关模块的控制端口与所述比较器的第二端口相连接，因此，可以通过第二电容C2对同步整流器的供电端口进行供电，从而能够在变换器占空比较小时，产生稳定的充电电流以对第二电容C2进行充电，从而保证了第二电容C2的电量，提升了同步整流器启动时的可靠性。

在一个可能的实现方式中，如图2所示，所述供电电路还包括第一电阻R1,其中，所述第一电阻R1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一二极管D1的第一端相连接。

在一个可能的实现方式中，如图3所示，所述供电电路还包括第二电阻R2,其中，所述第二电阻R2的第一端与所述第一二极管的第二端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二二极管的第一端相连接。

在一个可能的实现方式中，如图3所示，所述二极管组包括K个二极管，其中，所述K个二极管串联。K为预设的固定数值，该数值通过经验值或历史数据设定。

在一个可能的实现方式中，如图4所示，所述供电电路还包括滤波模块40，其中，

所述滤波模块40的第一端与所述第二电容C2的第一端相连接，所述滤波模块40的第二端与所述同步整流器的供电端口相连接。

在一个可能的实现方式中，如图5所示，所述供电电路还包括保护模块，所述保护模块包括第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3，其中，

其中，在VD处电压高于一定阈值后，第四二极管D4导通从而对电容C3进行供电，第三电容C3充电，在第三电容C3充电达到充电阈值后，第五二极管D5则可以导通，进而对电路进行供电，从而实现对电路进行保护，也能对电路进行供电，提升了电路的可靠性。

在一个可能的实现方式中，所述供电电路还包括温度检测模块（图中未示出），其中，所述温度检测模块用于检测所述MOS管Q3的温度。

在一个可能的实现方式中，第一电阻R1或第二电阻R2为可变电阻。

在一个具体的实施例中，下面为本申请实施例提供的同步整流器的供电电路的工作原理进行介绍。此处以图3-图5中的供电电路为例进行说明。图3-图5中R1为限流电阻，限制通过R1的静态电流；D1为二极管，防止VD为低时MOS管Q3的栅压向VD漏电；MOS管Q3为高压功率管，用于耐压和生成充电电流Ic；DM为二极管串，主要用于产生基本恒定的MOS管Q3的栅压，以使得充电电流Ic恒定；D3为二极管，防止VD为低时VCC向VD漏电；C2为储能电容，在VD为高电位充电时储能，在VD为低时为同步整流器供电；D2为二极管，防止VA向VCC漏电，R2为限流电阻，限流VCC向VA供电时的电流，C1为电荷泵的电容，D2、R2、C1、DM与MOS管Q3共同构成电荷泵，使MOS管Q3的栅源电压始终都保持在Vth（DM），以便VD为高电位时能够迅速充电；比较器30，迟滞为Vhys，主要用于保持VCC电压在VREF的附近；Q1与Q2构成钳位电路，当开关模块20下拉VA时，将VA的最高电压钳位于VCC附近。为了清楚的说明其工作原理，下面将从启动和稳定工作两个阶段进行说明。

（1）启动阶段。刚启动时VCC电压为地电位VSS，因而无法通过电荷泵向VA充电，VA只能通过R1，D1的路径充电，充电电流为：

IR1=(VD-VA-Vth（D1）)/R1 （3.1）

式中，Vth（D1）为D1的开通阈值。VD为高电位时，由式（3.1）所示的电流为C1充电，VD为低电位时，由于D1的单向导通特性，VA将保持不变，不会向VD漏电流，因而VA电压会逐渐上升。多个周期之后，VA电压上升到MOS管Q3的开通阈值Vth，则MOS管Q3将会导通，VCC电压开始上升，此后在VD低电位时段内，VCC也会为VA进行充电，启动速度会进一步加快。当VA电压继续上升，MOS管Q3的栅源电压将被钳位到Vth（DM），VD为高时充电电流Ic基本保持不变，VCC也将继续升高。当VCC上升到VREF时，代表启动结束，进入稳定工作阶段。

图6是本发明自供电电路在小占空比下的VCC启动波形。通过图6中可以看出，起始时VA电压为低电位，VDS（VD相对VSS的电压）每个周期的高电位时段通过式（3.1）所示的电流为其充电，VDS每个周期低电位时段由于D1的单向导通特性保持不变，因而VA逐渐上升，VCC一直为低电位；多个周期后VA上升到MOS管Q3的开启阈值Vth，此时Ic开始有电流，VCC电压上升，此时VA除了VDS每个周期的高电位时段通过公式(3.1)所示的电流为其充电之外，在VDS每个周期的低电位时段VCC也将为其充电，即电荷泵开始工作，因而VA加快上升，充电电流Ic也持续增加；当VA上升到Vth（DM）+Vth（D2）+VCC时，MOS管Q3的栅源电压将保持在Vth（DM），充电电流Ic每个周期充电时段将保持不变，VCC继续上升；当VA上升到Vth（DM）+Vth（D2）+VREF，即VCC上升到VREF时，比较器输出ENDN跳变为高，VA最高电压将被钳位于VCC，MOS管Q3在VDS的高电位时段关断，此时启动过程结束。

（2）稳定工作阶段。进入稳定工作阶段后，如果VCC小于VREF-Vhys，则需要电路继续为VCC充电。当一个周期内VDS为低电位时，由于MOS管Q3开通，因而VB电压为低，VCC将通过D3与R2为C1进行充电，以维持MOS管Q3的栅源电压保持在Vth（DM）；当VDS为高时，VB电压升高，由于电容两端的电压差不能突变，因而VA的电压也相应升高，MOS管Q3的栅源电压（即C1电容两端的压差）将保持在Vth（DM），因而充电电流Ic将迅速上升并保持不变，VCC上升。可以看出，VDS的小占空比及高电位电压大小并不会对其造成限制。

多个周期后，当VCC上升到VREF时，比较器30输出ENDN跳变为高，将开关模块20导通对VA进行放电，为了防止VCC再次充电时，VA经历长时间的上升过程，此处通过Q1与Q2对VA的放电进行了电压钳位。Q1的基极电位为：

VC=VCC-Vth（Q2）（3.2）

其中Vth（Q2）为第二三极管Q2的开通阈值电压，当开关模块20导通时，第一三极管Q1导通需要的VA电压为：

VC=VCC-Vth（Q2）+Vth（Q1）约为VCC （3.3）

式中Vth（Q1）为第一三极管Q1的开通阈值电压，与第二三极管Q2的开通阈值电压Vth（Q2）近似相等，因而VA下降到小于VCC时第一三极管Q1将关断，即VA的最高电压被钳位于VCC附近。这样，当VDS为高电位时，由于VA钳位于VCC，因而MOS管Q3不会导通，无充电电流Ic，当VDS为低电位时，VCC仍然为C1供电使MOS管Q3的栅源电压保持为Vth（DM），VCC由于同步整流内部耗电而缓慢降低。当VCC电压下降到小于VREF-Vhys后，需要再次为VCC充电，由于此时VDS为低电位时，MOS管Q3的栅源电压为Vth（DM），因而当VDS为高电位时，VA会迅速上升并产生恒定的充电电流Ic为VCC充电，直到VCC重新上升至VREF，重复前面的过程。

图7为本发明自供电电路在小占空比下VCC稳定工作时的波形图。图7中可以看出，当VCC电压低于VCC-Vhys时，自供电电路需要对VCC进行充电。当VDS电压为低时，VA的电压等于MOS管Q3的栅压，保持在Vth（DM）；当VDS电压为高时，由于C1电容两边电压不能突变，VA电压迅速上升并保持MOS管Q3的栅压为Vth（DM），因而迅产生恒定的充电电流Ic，VCC电压升高。多个周期后，VCC电压高于VREF后，COMP的输出ENDN将跳变为高，开关模块20导通将VA的最高电压钳位。此时当VDS为高时，VA的电压钳位于VCC，因而MOS管Q3不会导通，不会有Ic产生；当VDS为低时，VCC为VA供电使MOS管Q3的栅源电压保持在Vth（DM）。由于整个周期均无充电电流，同步整流内部耗电会导致VCC缓慢下降，当其下降到低于VREF-Vhys后将会再次对VCC进行充电，重复前面的过程。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在申请明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种同步整流器的供电电路，其特征在于，所述供电电路包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、二极管组、第一电容C1、第二电容C2、开关模块、比较器和MOS管Q3，其中，

所述第二三极管Q2的第二端与所述第二三极管Q2的第三端、所述第一三极管Q1的第二端相连接，所述第一三极管Q1的第三端与开关模块的第一端相连接，所述开关模块的控制端口与所述比较器的第二端口相连接，所述开关模块的第二端与所述第二电容C2的第二端相连接且接地。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括第一电阻R1,其中，所述第一电阻R1的第一端与所述MOS管Q3的漏极相连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一二极管D1的第一端相连接。

3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括第二电阻R2,其中，所述第二电阻R2的第一端与所述第一二极管D1的第二端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二二极管D2的第一端相连接。

4.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述二极管组包括K个二极管，其中，所述K个二极管串联。

5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括滤波模块，其中，

6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括保护模块，所述保护模块包括第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3，其中，

所述第四二极管D4的第一端与第一电阻R1的第一端相连接，所述第四二极管D4的第二端与所述第五二极管D5的第一端相连接，所述第五二极管D5的第二端与所述第三电容C3的第一端相连接，所述第三电容C3的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括温度检测模块，其中，所述温度检测模块用于检测所述MOS管Q3的温度。

8.根据权利要求2或3所述的供电电路，其特征在于，第一电阻R1或第二电阻R2为可变电阻。

9.一种同步整流器的供电装置，其特征在于，所述供电装置包括电路板和如权利要求1-8任一项所述的同步整流器的供电电路。

10.一种同步整流器的供电设备，其特征在于，所述供电设备包括壳体和如权利要求9所述的同步整流器的供电装置。