CN202261027U

CN202261027U - 一种全桥整流线路中同步整流器的驱动线路

Info

Publication number: CN202261027U
Application number: CN2011201692143U
Authority: CN
Inventors: 魏槐; 秦卫锋
Original assignee: JIANGSU ZHAONENG ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: JIANGSU ZHAONENG ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-05-25

Abstract

本实用新型提出一种全桥整流线路中同步整流器的驱动线路，其特征在于，该线路包含两个桥臂、两个同步信号、四个功率放大驱动器、和两个驱动信号保持和释放线路；两个桥臂的下端相连，为整流桥的地，两个桥臂的上端相连，为整流桥的正输出端；两个功率放大器经过两个驱动信号保持和释放线路分别与桥臂上部的两个功率开关器件耦合；另两个功率放大器与两个桥臂下部的两个功率开关器件耦合。本实用新型为驱动全桥整流线路中的功率开关器件提供了一个结构简单、成本低的方案，克服了上部开关驱动困难和驱动线路成本高的缺点，使其高性能的优势可以得到更广泛地发挥，为高新技术电子产品的性能提升做出贡献。

Description

一种全桥整流线路中同步整流器的驱动线路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别是涉及一种直流一直流全桥整流变换器中同步整流器的驱动线路。

背景技术

同步整流技术是现代电源设计中一项非常重要的新技术。它是在传统的电源拓扑中，采用功率MOSFET来取代整流二极管以降低整流损耗，提高电压变换器的效率。用功率MOSFET做整流器时，要求门极电压必须与被整流电压的相位保持同步，故称之为同步整流。

近年来，电子技术的发展，特别是数据处理和传输速度的快速提升，对电源的功率和功率密度的要求不断上升，使提高变换器的效率成为实现高功率和高功率密度的关键。整流二极管的导通损耗所占输出功率的比例(即对效率的影响)基本可以从整流二极管导通压降与输出电压的比例来确定。输出电压越低，二极管压降所带来的效率损失就越大。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管的导通压降约为1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管也会产生大约0.6V的压降。以5V输出电压为例，仅肖特基二极管导通损耗就占了大于输出功率的10％，因而获得大于90％转化效率是不可能的。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现高效率及小体积的需要，成为制约直流-直流变换器发展的瓶颈。而同步整流技术可以大大减少开关电源输出端的整流损耗，从而提高转换效率，降低电源本身发热，使高性能高功率密度成为可能。

在直流-直流变换器中，一般功率相对较小的设计多采用单端拓扑，比如单端正激或单端反激。对功率较大的应用，一般采用变压器双向工作的桥式或推挽拓扑比较适合。在此类双向拓扑中，副边一般可以是全桥或推挽结构。

图1是原边为全桥，副边为推挽同步整流的变换器。图2是原边为全桥，副边为全桥同步整流的变换器。副边的同步整流方案一般多采用推挽式拓扑，因为同步整流器的驱动信号可以用副边的地作为参考，驱动线路简单。而全桥同步整流拓扑由于其上部同步整流器的驱动需要是浮动驱动，比较复杂和高成本，而很少被实用。全桥整流拓扑的好处在于整流器的电压应力是推挽拓扑中整流器的一半。在某些设计中，如果不考虑上部同步整流器驱动的困难，全桥同步整流会使转换效率更高。因此如何能够比较简单地实现对全桥整流拓扑中同步整流器的驱动，全桥同步整流拓扑的优势就可以得到充分的发挥。

图3是全桥同步整流器的驱动波形。原边处于对角位置的开关器件的开关状态相同。Q101和Q104为一对，Q102和Q103为另一对。副边处于对角位置的开关器件的开关状态也相同。Q201和Q204为一对，Q202和Q203为另一对。在一对原边开关处于开通状态时，副边相应的对角同步整流开关器件也同样处于开通状态，实现同步整流。当全部原边开关器件都处于关断状态时，副边的全部同步整流器件都处于开通状态，为电感L中的电流提供低损耗的副边回流通路。图3中原边开关器件和副边开关器件的开通状态之间的死区时间用以保证不出现变压器被短路的现象。

传统的驱动全桥同步整流器的线路包括用驱动变压器对每个处于上部位置的开关器件进行驱动，或使用专门为驱动上部开关器件的驱动芯片。两种线路都存在复杂和/或成本高的缺点。

本实用新型针对全桥同步整流拓扑提出一种简便的、低成本的驱动同步整流器的线路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简便的、低成本的全桥同步整流器的驱动线路。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种全桥整流线路中同步整流器的驱动线路，其特征在于，该线路采用包含由位于上部的一个第一功率开关器件和位于下部的一个第二功率开关器件串联构成的一个第一桥臂、由位于上部一个第三功率开关器件和位于下部的一个第四功率开关器件串联构成的一个第二桥臂、由控制器产生的一个第一同步信号和一个第二同步信号、与第二同步信号耦合的一个第一功率放大驱动器和一个第二功率放大器、与第一同步信号耦合的一个第三功率放大器和一个第四功率放大器、与第一功率放大器和第二功率放大器耦合的一个第一驱动信号保持和释放线路、与第三功率放大器和第四功率放大器耦合的一个第二驱动信号保持和释放线路；第一和第二桥臂的下端相连，为整流桥的地，第一和第二桥臂的上端相连，为整流桥的正输出端；第一驱动信号保持和释放线路与第三功率开关器件耦合；第二驱动信号保持和释放线路与第一功率开关器件耦合；第一功率放大器与第二功率开关器件耦合；第三功率放大器与第四功率开关器件耦合。

优选地，上述的全桥整流线路中同步整流器的驱动线路，其特征在于，所述第一驱动信号保持和释放线路由一个第一二极管、一个第一保持电容、和一个第一放电开关构成；所述第二驱动信号保持和释放线路由一个第二二极管、一个第二保持电容、和一个第二放电开关构成；第一二极管的阳极与第一功率放大器的输出端相连，其阴极与所述第三功率开关器件的控制端相连；第一保持电容连接在第三功率开关器件的控制端与第二桥臂的中点之间；第一放电开关连接在第三功率开关器件的控制端和整流桥的地之间，其控制端与第二功率放大器的输出相连；第二二极管的阳极与第三功率放大器的输出端相连，其阴极与所述第一功率开关器件的控制端相连；第二保持电容连接在第一功率开关器件的控制端与第一桥臂的中点之间；第二放电开关连接在第二功率开关器件的控制端和整流桥的地之间，其控制端与第四功率放大器的输出相连。

本实用新型为驱动全桥整流线路中位于上部的功率开关器件提供了一个结构简单、成本低的方案，克服了全桥整流线路上部开关驱动困难和驱动线路成本高的缺点，使全桥整流线路的高性能优势可以得到更广泛地发挥，为高新技术电子产品的性能提升做出贡献。

附图说明

图1是原边全桥、副边推挽同步整流变换器示意图。

图2是原边全桥、副边全桥同步整流变换器示意图。

图3是副边全桥同步整流器的驱动时序图。

图4是采用本实用新型的全桥同步整流器实施例的结构示意图。

图5是采用本实用新型的全桥同步整流器实施例的驱动时序图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供一种用于全桥同步整流器的驱动线路。采用该驱动线路的全桥同步整流线路如图4所示。该全桥同步整流的直流-直流变换器包含原边线路20和副边线路30、耦合原边线路20和副边线路30的变压器T100，原边线路包含直流电压源21、开关线路22、变压器原边绕组23，副边线路包含变压器副边绕组31、与变压器副边绕组31耦合的第一开关器件Q201第二开关器件Q202第三开关器件Q203和第四开关器件Q204、驱动第二开关器件的第一功率放大器U1、驱动第四开关器件的第三功率放大器U3、驱动第一开关器件Q201的第二驱动信号保持和释放线路32、驱动第三开关器件Q203的第一驱动信号保持和释放线路33、和输出滤波器34。第一至第四开关器件都是MOSFET。第一同步驱动信号SyncA和第二同步驱动信号SyncB可由原边或副边的控制器产生，或由功率线路中的信号产生。图5是该实施例中信号的时序。

本实用新型的全桥同步整流器驱动线路包含以下运行步骤：

当SyncB信号在t1时刻变高时，因SyncA在此前为高，故Q204处在开通状态，使Q203的源极处于地电位。因此SyncB信号在经过驱动器U1开通Q202的同时通过二极管D1和Q204对电容C1充电，使Q203开通。在t1和t2之间，SyncA和SyncB都为高，故上述第一至第四开关器件都处于开通状态。在t2时刻SyncA变低，经U3关断Q204，同时经反相器U4使Q206开通，经处于导通状态的Q202释放Q201的门极电电荷，使Q201关断。经过一个由t2到t3的死区时间后，原边对角开关器件Q102和Q103被开通，输入电压经过变压器使Q201和Q204的漏极-源极电压快速上升，如图5中Vb波形所示，t4时刻原边Q102和Q103的驱动信号变低，使Q102和Q103关断，副边Vb电压下降至地电位，副边的同步整流进入回流阶段，t5时刻SyncA信号变高，其后的过程与t2至t5对称。

图4中的第一开关器件Q201、第二开关器件Q202、第三开关器件Q203和第四开关器件Q204都为MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)，这四个开关器件都包含反并联体二极管。全部开关器件也可以是其它类型的主动开关器件。原边和副边线路的拓扑都可以采用其它形式。

上述同步整流器驱动线路虽然只是对原边全桥拓扑进行的叙述，其原理对多种原边的拓扑结构同样适用。

上述描述中使用了MOSFET作为功率开关器件。该同步整流器驱动线路同样适用于任何其它具备开关特性的器件。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种全桥整流线路中同步整流器的驱动线路，其特征在于，该线路采用包含由位于上部的一个第一功率开关器件和位于下部的一个第二功率开关器件串联构成的一个第一桥臂、由位于上部一个第三功率开关器件和位于下部的一个第四功率开关器件串联构成的一个第二桥臂、由控制器产生的一个第一同步信号和一个第二同步信号、与第二同步信号耦合的一个第一功率放大驱动器和一个第二功率放大器、与第一同步信号耦合的一个第三功率放大器和一个第四功率放大器、与第一功率放大器和第二功率放大器耦合的一个第一驱动信号保持和释放线路、与第三功率放大器和第四功率放大器耦合的一个第二驱动信号保持和释放线路；第一和第二桥臂的下端相连，为整流桥的地，第一和第二桥臂的上端相连，为整流桥的正输出端；第一驱动信号保持和释放线路与第三功率开关器件耦合；第二驱动信号保持和释放线路与第一功率开关器件耦合；第一功率放大器与第二功率开关器件耦合；第三功率放大器与第四功率开关器件耦合。

2.如权利要求1所述的全桥整流线路中同步整流器的驱动线路，其特征在于，所述第一驱动信号保持和释放线路由一个第一二极管、一个第一保持电容、和一个第一放电开关构成；所述第二驱动信号保持和释放线路由一个第二二极管、一个第二保持电容、和一个第二放电开关构成；第一二极管的阳极与第一功率放大器的输出端相连，其阴极与所述第三功率开关器件的控制端相连；第一保持电容连接在第三功率开关器件的控制端与第二桥臂的中点之间；第一放电开关连接在第三功率开关器件的控制端和整流桥的地之间，其控制端与第二功率放大器的输出相连；第二二极管的阳极与第三功率放大器的输出端相连，其阴极与所述第一功率开关器件的控制端相连；第二保持电容连接在第一功率开关器件的控制端与第一桥臂的中点之间；第二放电开关连接在第二功率开关器件的控制端和整流桥的地之间，其控制端与第四功率放大器的输出相连。