CN202550865U - 一种适用于电源模块的反激同步整流驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于电源模块的反激同步整流驱动电路，在反激同步整流驱动电路中PWM信号经第一电阻R1、第一二极管VD1、第一电容C1延时后给第一驱动器，进而驱动主开关管VM1的栅极；PWM信号经第二电容C2、第二变压器T2、第三电容C3、第三电阻R3、第二二极管VD2、第四电容C4延时后给第二驱动器，进而驱动同步整流开关管VM2的栅极。本实用新型设计的反激同步整流驱动电路能够实现PWM信号的隔离，且电路中使用分立器件和驱动芯片较少，在宽输入范围内驱动电压恒定，保证第一开关管VM1、第二开关管VM2没有共通，降低了损耗、提高电源模块的效率、增强了反激同步整流驱动电路的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种同步整流的驱动电路，具体涉及一种适用于电源模块(或者开关电源)的宽输入范围的反激同步整流驱动电路。
背景技术
当前开关电源已被广泛地应用于车载、航空航天、军用设备和通信系统等方面，供电电源有时需要日夜不停的连续运转，同时还要经受高温、低温以及开关机冲击等考验。这就要求电源不仅要有高的效率，而且所采用的元器件在电压应力、电流应力和使用功率等方面有足够的降额来满足可靠性要求。在开关电源中尤其是原副边采用变压器隔离的开关电源中，开关机过程往往会导致开关管和输出续流管承受电压应力远超出稳态的电压应力。
随着科学技术的不断进步和计算机、交通、通讯和网络等电子工业的飞速发展、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管)技术大幅度进步，低电压大电流功率变换器的应用需求不断增长的同时要求输入电压范围越来越宽，如果仍采用传统的二极管整流，那么整流二极管上的损耗会非常大，无法获得高的电源转换效率，因此开关电源技术中的同步整流技术给开关电源效率的提升带来了巨大的收益，促进了同步整流技术的不断发展创新，出现了多种同步整流器，如何有效控制同步整流开关管的导通和关断是同步整流技术的难题。
目前同步整流技术中关健的是驱动电路的设计，传统自驱动方式(如图1所示)结构简单，存在主开关管VM1和同步整流开关管VM2共通问题。传统自驱动技术采用第一变压器T1的4端来驱动同步整流开关管VM2。当主开关管VM1关断时，第一变压器T1的3端和4端上的电压变成上正下负，同步整流开关管VM2开通，第一变压器T1存储的能量通过3端和同步整流开在管VM2向负载(电阻R11)提供；当主开关管VM1开通时，因第一变压器T1的3端和4端上的电压需要变为上负下正，此过程需要时间(即称为死区调制时间)，从而使得主开关管VM1和同步整流开关管VM2共同导通，第一变压器T1的3端和4端被短路。尽管这个时间很短，但共同导通损耗仍很大，严重时将损坏主开关管VM1和同步整流开关管VM2。即使开关电源能正常工作，但因共同导通损耗很大，第一变压器T1的转换效率也不会很高。
发明内容
为了解决反激同步整流驱动电路的调节死区调制时间、驱动损耗和宽输入电压范围中存在的缺陷，本实用新型设计了一种适用于电源模块的反激同步整流驱动电路。该反激同步整流驱动电路结构简单、元气器件少、成本低、适用于宽输入范围的特点。
本实用新型的适用于电源模块的反激同步整流驱动电路，其电子元器件联接为：
开关电源输入端Vin一方面经电容C11接地，开关电源输入端Vin另一方面联接在第一变压器T1的1端上。
第一变压器T1的2端上联接有主开关管VN1的渐与漏极D；
第一变压器T1的3端第一方面经电容C12接地；
第一变压器T1的3端第二方面经电阻R11接地；
第一变压器T1的3端第三方面作为开关电源的输出端Vout；
第一变压器T1的4端上联接有同步整流开关管VM2的漏极D。
主开关管VM1的栅极G与第一驱动器的1端联接，主开关管VM1的漏极D与第一变压器T1的2端联接，主开关管VM1的源极S接地。
同步整流开关管VM2的栅极G与第二驱动器的1端联接，同步整流开关管VM2的漏极D与第一变压器T1的4端联接，同步整流开关管VM2的源极S接地。
开关电源的脉冲信号PWM一方面经第一延时处理电路后联接在第一驱动器的2端上；开关电源的脉冲信号PWM另一方面经隔离变压电路、第二延时处理电路后联接在第二驱动器的2端上。
所述第一延时处理电路由第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管VD1构成，第一二极管VD1并联在第一电阻R1的两端，第一电阻R1的一端与脉冲信号PWM联接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端联接，第一电容C1的另一端接地。第一电阻R1的另一端还与第一驱动器的2端联接。
所述第二延时处理电路由第三电阻R3、第四电容C4和第二二极管VD2构成，第二二极管VD2并联在第三电阻R3的两端，第三电阻R3的一端与第三电容C3的另一端联接，第三电阻R3的另一端与第四电容C4的一端联接，第四电容C4的另一端接地。第三电阻R3的另一端还与第二驱动器的2端联接。
所述隔离变压电路由第二电容C2、第二变压器T2和第三电容C3构成，第二变压器T2的1端与第二电容C2的另一端联接，第二电容C2的一端与脉冲信号PWM联接，第二变压器T2的3端与第三电容C3的一端联接，第三电容C3的另一端联接与第三电阻R3一端联接，第二变压器T2的2端接地，第二变压器T2的4端接地。
本实用新型反激同步整流驱动电路的优点在于：
①本实用新型设计的电路结构不同于其它同步整流的驱动电路的设计，本电路的适应能力强，驱动的延时准确可靠，保证第一开关管VM1、第二开关管VM2无共同导通且可以通过调整驱动器的电压来改善驱动损耗，从而进一步提升效率。
②本实用新型设计的反激同步整流驱动电路，其电路结构简单、元气器件少、成本低、适用于宽输入范围。
附图说明
图1是传统自驱动方式的电路原理图。
图2是本实用新型反激同步整流驱动电路的电路原理图。
图3是本实用新型的死区时间的时序关联关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型进行详细的说明。
在本实用新型中，反激同步整流驱动电路包括两部分内容，即反激同步整流电路和反激同步整流驱动控制电路。反激同步整流电路中：主开关管VM1连接第一变压器T1原边绕组，第一变压器T1副边绕组连接同步整流开关管VM2和输出电容C12。反激同步整流驱动控制电路包括有两个延时驱动电路和一个隔离变压电路。第一个延时驱动电路中：第一电阻R1、第一二极管VD1与第一电容C1串联到输入地，PVM信号经阻容延时进入第一驱动器输入端，经第一驱动器延迟、放大输出给主开关管VM1。隔离变压电路中第二电容C2连接到隔离驱动变压器T2的原边，经T2隔离反相后经C3输出。第二延时电路中：电阻R3与二极管VD2并联与电容C4串联到输出地，PWM信号经阻容延时进入第二驱动器输入端，经第二驱动器延迟、放大输出给同步整流开关管VM2。
参见图2所示，本实用新型的反激同步整流驱动电路中各电子元器件的联接为：
开关电源输入端Vin一方面经电容C11接地，开关电源输入端Vin另一方面联接在第一变压器T1的1端上。
第一变压器T1的2端上联接有主开关管VN1的渐与漏极D；
第一变压器T1的3端第一方面经电容C12接地；
第一变压器T1的3端第二方面经电阻R11接地；
第一变压器T1的3端第三方面作为开关电源的输出端Vout；
第一变压器T1的4端上联接有同步整流开关管VM2的漏极D。
主开关管VM1的栅极G与第一驱动器的1端联接，主开关管VM1的漏极D与第一变压器T1的2端联接，主开关管VM1的源极S接地。
同步整流开关管VM2的栅极G与第二驱动器的1端联接，同步整流开关管VM2的漏极D与第一变压器T1的4端联接，同步整流开关管VM2的源极S接地。
开关电源的脉冲信号PWM一方面经第一延时处理电路后联接在第一驱动器的2端上；开关电源的脉冲信号PWM另一方面经隔离变压电路、第二延时处理电路后联接在第二驱动器的2端上。
所述第一延时处理电路由第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管VD1构成，第一二极管VD1并联在第一电阻R1的两端，第一电阻R1的一端与脉冲信号PWM联接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端联接，第一电容C1的另一端接地。第一电阻R1的另一端还与第一驱动器的2端联接。
所述第二延时处理电路由第三电阻R3、第四电容C4和第二二极管VD2构成，第二二极管VD2并联在第三电阻R3的两端，第三电阻R3的一端与第三电容C3的另一端(即第二路驱动信号VG2)联接，第三电阻R3的另一端与第四电容C4的一端联接，第四电容C4的另一端接地。第三电阻R3的另一端还与第二驱动器的2端联接。
所述隔离变压电路由第二电容C2、第二变压器T2和第三电容C3构成，第二变压器T2的1端与第二电容C2的另一端联接，第二电容C2的一端与脉冲信号PWM联接，第二变压器T2的3端与第三电容C3的一端联接，第三电容C3的另一端联接与第三电阻R3一端联接，第二变压器T2的2端接地，第二变压器T2的4端接地。
在本实用新型中，开关管的类型为NMOS管。可以选取FAIRCHILD公司生产的FQD18N20V2TM型号。
在本实用新型中，驱动器可以选取FAIRCHILD公司生产的FAN3100CSX型号驱动器。
在本实用新型中，反激同步整流驱动电路的脉冲信号PWM流向为：
情况一：脉冲信号PWM由低变高，经第一电阻R1给第一电容C1充电，达到第一驱动器输入控制信号VG1电平时，第一驱动器输出高电平信号，并使主开关管VM1开通和第一变压器T1的1端和2端(即第一变压器T1的原边绕组)导通，此时第一变压器T1的1端和2端电压变成上正下负(同名端为正)，开关电源将能量储存于第一变压器T1中；同时脉冲信号PWM经第二C2使第二变压器T2的1端和2端(即第二变压器T2的原边绕组)电压变成上正下负(同名端为正)，因而第二变压器T2的3端电压变成上负下正(同名端为正)，并通过第四电容C4、第二二极管VD2快速放电至低电位，使第二驱动器输入控制信号VG3(即第二路方波信号VG3)变为低电平，因此第二驱动器输出低电平控制同步整流开关管VM2不导通。
情况二：脉冲信号PWM由高变低，第一电容C1经第一二极管VD1快速放电至低电位，致使第一驱动器输入控制信号VG1(即第一路方波信号VG1)为低电位，则第一驱动器输出低电平控制主开关管VM1关断；同时脉冲信号PWM通过第二电容C2使第二变压器T2的1端和2端(即第二变压器T2的原边绕组)电压变成上负下正(同名端为正)，因此第二变压器T2的3端电压变成上正下负(同名端为正)，并经第三电容C3通过第三电阻R3给第四电容C4充电，达到第一驱动器输入控制信号VG1为高电平，致使第二驱动器输出高电平信号控制同步整流开关管VM2开通，将储存于第一变压器T1中的能量通过第一变压器T1的3端和同步整流开关管VM2提供给输出电容C12和电阻R11，从而完成一个工作周期。
本实用新型的反激同步整流驱动电路：第二变压器T2隔离传输PWM信号；第一延时电路调节主开关管VM1的上升时间；第一驱动器将传输来的信号整形、延迟转换控制主开关管VM1和同步整流开关管VM2的导通和关断，控制死区时间，避免同时导通，从而提高转换效率。
由上述工作原理可见，主开关管VM1和同步整流开关管VM2之间的开通和关断死区可以通过两个延时电路进行调节，从而控制主开关管VM1和同步整流开关管VM2共同导通时间，降低损耗，提高变换器的效率。这种驱动器驱动电路只需要将原边的PWM方波信号传到副边，隔离变压电路不需传递功率。这个特点使得这种同步整流管驱动电路中的隔离变压电路体积小，高功率密度容易实现，且适合用于原副边需高隔离耐压的场合。
利用集成驱动器设计的同步整流驱动电路的好处：电路的一致性好、控制时序准确、电路可靠性高、适用范围广泛、还可以通过控制驱动器的供电电压来来改变驱动电压为更好改善驱动损耗等。
通过调整时序、死区时间可以实现零电压导通，大大减小和降低导通损耗，效率提升明显。适合更宽输入电压范围的反激同步整流电路。
参见图3所示，在本实用新型中，为了实现死区时间的调节，采用了如下时序关联关系：
在本实用新型中，第一驱动器输出的信号记为第一路方波信号VG1；第二驱动器输出的信号记为第二路方波信号VG3；PWM输出信号经隔离变压电路后输出的信号记为隔离信号VG2。
以PWM输出信号的导通起始时间记为t0，导通截止时间点记为t1，PWM波周期截止时间点记为t5。
第一路方波信号VG1的导通起始时间点记为t11，导通截止时间点记为t2，第一路方波信号的周期截止时间点记为t6。
隔离信号VG2的导通起始时间点记为t3，导通截止时间点记为t7。
第二路方波信号VG3的导通起始时间点记为t4，导通截止时间点记为t8。
(A)PWM输出信号与第一路方波信号之间存在有第一死区时间Δt1＝t11-t0，该第一死区时间通过电阻R1、二极管VD1、电容C1进行调节，以使在导通截止时间点上保持同步，且周期截止时间点t6延迟一个Δt1＝t11-t0结束。
(B)PWM输出信号的导通截止时间点t1与隔离信号的导通起始时间点t3保持同步，PWM波周期截止时间点t5与导通截止时间点t7保持同步。在本实用新型中，第一路方波信号VG1与PWM输出信号的同步，有利于驱动信号的准确性，可靠性。
(C)隔离信号VG2的导通起始时间点t3与第二路方波信号VG3的导通起始时间点t4之间存在有第二死区时间Δt2＝t4-t3，该第二死区时间Δt2＝t4-t3通过第三电阻R3、第二二极管VD2、第四电容C4进行调节，以使在导通截止时间点t7和t8上保持同步。是保证主开关管与VM1与同步整流开关管VM2之间在导通时无共通时间，这有利于提高整体电源模块的效率和可靠性。
Claims (1)
1.一种适用于电源模块的反激同步整流驱动电路，其特征在于反激同步整流驱动电路的电子元器件联接为：
开关电源输入端Vin一方面经电容C11接地，开关电源输入端Vin另一方面联接在第一变压器T1的1端上；
第一变压器T1的2端上联接有主开关管VN1的渐与漏极D；
第一变压器T1的3端第一方面经电容C12接地；
第一变压器T1的3端第二方面经电阻R11接地；
第一变压器T1的3端第三方面作为开关电源的输出端Vout；
第一变压器T1的4端上联接有同步整流开关管VM2的漏极D；
主开关管VM1的栅极G与第一驱动器的1端联接，主开关管VM1的漏极D与第一变压器T1的2端联接，主开关管VM1的源极S接地；
同步整流开关管VM2的栅极G与第二驱动器的1端联接，同步整流开关管VM2的漏极D与第一变压器T1的4端联接，同步整流开关管VM2的源极S接地；
开关电源的脉冲信号PWM一方面经第一延时处理电路后联接在第一驱动器的2端上；开关电源的脉冲信号PWM另一方面经隔离变压电路、第二延时处理电路后联接在第二驱动器的2端上；
所述第一延时处理电路由第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管VD1构成，第一二极管VD1并联在第一电阻R1的两端，第一电阻R1的一端与脉冲信号PWM联接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端联接，第一电容C1的另一端接地；第一电阻R1的另一端还与第一驱动器的2端联接；
所述第二延时处理电路由第三电阻R3、第四电容C4和第二二极管VD2构成，第二二极管VD2并联在第三电阻R3的两端，第三电阻R3的一端与第三电容C3的另一端联接，第三电阻R3的另一端与第四电容C4的一端联接，第四电容C4的另一端接地；第三电阻R3的另一端还与第二驱动器的2端联接；
所述隔离变压电路由第二电容C2、第二变压器T2和第三电容C3构成，第二变压器T2的1端与第二电容C2的另一端联接，第二电容C2的一端与脉冲信号PWM联接，第二变压器T2的3端与第三电容C3的一端联接，第三电容C3的另一端联接与第三电阻R3一端联接，第二变压器T2的2端接地，第二变压器T2的4端接地。
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