CN204068748U

CN204068748U - 一种同步整流电路

Info

Publication number: CN204068748U
Application number: CN201420423776.XU
Authority: CN
Inventors: 艾敬尧; 郭静静
Original assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Current assignee: Anhui Jianghuai Automobile Group Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-07-29

Abstract

本实用新型公开了一种同步整流电路，包括两个同步整流单元，及驱动信号发生器，各同步整流单元的变压器副边电路利用副边续流二极管为电感续流；驱动信号发生器分别向两个同步整流单元的所有MOS管输出第一和第二驱动信号，驱动信号发生器的设置要求使得一个同步整流单元的所有MOS管和另一个同步整流单元的所有MOS管交错导通。本实用新型基于释放电流在电感的释放回路的开关器件上损耗有限的特点，采用了副边续流二极管形成电感的释放回路，由于二极管的单向导通特性，无需像现有同步整流电路一样，利用驱动信号控制释放回路上的MOS管，也无需进行防短路设计，因此，本实用新型具有结构简单、效率较二极管整流电路高、及成本低的优点。

Description

一种同步整流电路

技术领域

本实用新型涉及直流-直流变换器领域，尤其涉及直流-直流变换器的同步整流电路。

背景技术

在汽车领域，高效、节能和环保的新能源汽车已经成为汽车行业的必然发展趋势之一。新能源汽车的电驱动系统主要包括电机、电机控制器、直流-直流变换器(DC-DC变换器)和减速器，其中的直流-直流变换器与传统燃油车上的发电机相似，其作用是将车上的高压电转换成通常为12V的低压直流电，支持低压电器运作。

对于新能源汽车，直流-直流变换器的效率直接关系到汽车的性能，因此，提高直流-直流变换器的效率已成为研发工作中的一项重要任务。直流-直流变换器的损耗主要包括三部分，分别为功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，及输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，由于输出端的整流二极管的导通压降较高，导通电阻较大，使得输出端整流管的损耗就尤为突出，这体现为快恢复二极管和超快恢复二极管的导通压降为1.0～1.2V，即使是导通压降较低的肖特基二极管也有0.6V的压降。为了提高直流-直流变换器的效率，目前提出了采用同步整流的思路，同步整流即用通态损耗低的MOS管代替输出端的整流二极管及续流二极管，虽然同步整流电路具有较高的效率，但由于需要进行输入端和输出端的MOS管的同步控制，及输出端的起续流作用的MOS管的协调控制，因此，电路结构相对复杂，电路成本也相对较高，不利于进行成本控制。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是为了解决现有直同步整流电路存在的成本高的问题，提供一种兼具考虑成本与效率的同步整流电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种同步整流电路，包括电感和两个同步整流单元，每个同步整流单元包括：变压器，变压器原边电路连接于正、负高压输入端子之间，变压器副边电路连接于正、负低压输出端子之间，所述变压器副边电路包括变压器的副边绕组和副边MOS管，所述副边MOS管的漏极与所述副边绕组的异名端连接，所述副边MOS管的源极与所述负低压输出端子连接，其特征在于，所述变压器副边电路还包括副边续流二极管，所述副边续流二极管的阳极与所述负低压输出端子连接，所述副边续流二极管的阴极经所述电感与所述正低压输出端子连接；所述同步整流电路还包括驱动信号发生器，所述驱动信号发生器向一个同步整流单元的所有MOS管的栅极输出第一驱动信号，并向另一个同步整流单元的所有MOS管的栅极输出第二驱动信号，所述驱动信号发生器设置要求使得一个同步整流单元的所有MOS管和另一个同步整流单元的所有MOS管交错导通。

优选的是，所述变压器副边电路包括至少两个并联连接的所述副边MOS管。

优选的是，所述变压器副边电路具有相同数量的所述副边MOS管和所述副边续流二极管，各副边续流二极管之间并联连接。

优选的是，所述变压器副边电路包括至少两个并联连接的所述副边续流二极管。

优选的是，所述同步整流电路为双管正激同步整流电路。

优选的是，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号和第二驱动信号的周期相同。

优选的是，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号的占空比大于等于0.4，小于0.5，及/或使得所述第二驱动信号的占空比大于等于0.4，小于0.5。

优选的是，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号和第二驱动信号具有相同的占空比。

本实用新型的有益效果为：对于同步整流电路，电感在副边MOS管截止期间释放能量的释放电流相对变压器副边电路在副边MOS管导通期间的电流小很多，这使得释放电流在电感的释放回路的开关器件上损耗的能量有限，基于该特点，本实用新型同步整流电路中的变压器副边电路采用副边续流二极管形成电感的释放回路，由于二极管具有单向导通特性，使得本实用新型的同步整流电路无需像现有同步整流电路一样，利用驱动信号控制连接于释放回路上的MOS管按照设定的规律导通和截止，也无需针对用于控制不同回路上的MOS管的驱动信号进行防短路的时延设计等，这使得本实用新型的同步整流电路具有效率比二极管整流电路高、结构简单及成本低的优点。

附图说明

图1示出了根据本实用新型所述同步整流电路的一种实施方式的电路结构示意图；

图2示出了第一驱动信号和第二驱动信号的一种可实施的时序波形图。

附图标记说明：

Vin+：正高压输入端子； Vin-：负高压输入端子；

Vout+：正低压输出端子； Vout-：负低压输出端子；

T1、T2：变压器； Q1～Q4：原边MOS管；

Q11、Q12、Q13：副边MOS管； Q21、Q22、Q23：副边MOS管；

D11、D12、D13：副边续流二极管； D21、D22、D23：副边续流二极管；

D1～D4：原边续流二极管； DRV_A：第一驱动信号；

DRV_B：第二驱动信号； L：电感。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型的同步整流电路包括电感L和两个同步整流单元，两个同步整流单元分别为图1中位于上方的第一同步整流单元和位于下方的第二同步整流单元，每个同步整流单元包括变压器，变压器原边电路连接于正、负高压输入端子Vin+、Vin-之间，变压器副边电路连接于正、负低压输出端子Vout+、Vout-之间，该变压器副边电路包括变压器T1的副边绕组和副边MOS管(图1所示的实施例中设置有三个副边MOS管Q11、Q12、Q13)，副边MOS管的漏极与副边绕组的异名端连接，副边MOS管的源极与负低压输出端子Vout-连接，即使副边MOS管在负低压输出端子Vout-与副边绕组的异名端之间反接，变压器副边电路还包括在副边MOS管截止期间为同步整流电路的电感L续流的副边续流二极管(图1所示的实施例中设置有三个副边续流二极管D11、D12、D13)，根据副边续流二极管的作用，该副边续流二极管的阳极与负低压输出端子Vout-连接，该副边续流二极管的阴极经电感L与正低压输出端子Vout+连接。另外，本实用新型的同步整流电路采用外驱动技术，而并非采用现有同步整流电路惯常采用的驱动信号取自变压器副边电路的自驱动技术，因此，本实用新型的同步整流电路还包括驱动信号发生器，驱动信号发生器的一个输出端与第一同步整流单元的所有MOS管(包括第一同步整流单元的变压器原边电路的所有原边MOS管及第一同步整流单元的变压器副边电路的所有副边MOS管)的栅极连接，以使驱动信号发生器输出的第一驱动信号DRV_A输入至第一同步整流单元的所有MOS管的栅极，进而控制第一同步整流单元的所有MOS管同步动作，而驱动信号发生器的另一个输出端与第二同步整流单元的所有MOS管(包括第二同步整流单元的变压器原边电路的所有原边MOS管及第二同步整流单元的变压器副边电路的所有副边MOS管)的栅极连接，以使驱动信号发生器输出的第二驱动信号DRV_B输入至第二同步整流单元的所有MOS管的栅极，进而控制第二同步整流单元的所有MOS管同步动作，为了保证同步整流的顺利进行，该驱动信号发生器的设置要求使得第一同步整流单元的所有MOS管和第二同步整流单元的所有MOS管交错导通，实现两个同步整流单元的顺向交错运行，完成相应的同步整流工作，为了保证两个同步整流单元的顺向交错运行，该第一驱动信号DRV_A的占空比α1和第二驱动信号DRV_B的占空比α2应该均小于0.5，该种运行方式中两个同步整流单元各承受一部分功率，能够使输出电流更加平稳，并降低元器件的损耗。为了便于设计满足上述驱动要求的驱动信号发生器，该驱动信号发生器的设置特别是要求使得第一驱动信号和第二驱动信号的周期相同，进一步特别是要求使得第一驱动信号和第二驱动信号具有相同的占空比，以使两个同步整流单元各承受一半功率，这不仅可以使电流的平稳性进一步升高，而且还可以延长元器件的使用寿命。在此，该驱动信号发生器可以包括两个单独的驱动信号发生模块，两个模块进行单独设置；该驱动信号发生器也可以为一个驱动信号发生模块，通过设置第一驱动信号与第二驱动信号之间的相位差输出两路驱动信号。

根据以上说明可知，本实用新型的同步整流电路采用副边续流二极管形成电感L的释放回路，而并非如现有同步整流电路一样采用MOS管形成电感L的释放回路，由于二极管具有单向导通特性，因此，本实用新型的同步整流电路无需像现有同步整流电路一样，利用驱动信号控制连接于释放回路上的MOS管按照设定的规律导通和截止，也无需针对用于控制不同回路上的MOS管的驱动信号进行防短路的时延设计等，这使得本实用新型的同步整流电路能够兼具效率高及成本低和电路结构的特点。

由于同步整流电路为低电压、大电流输出，因此，考虑副边MOS管所能承受的最大电流，该变压器副边电路设置至少两个并联连接的所述副边MOS管，在图1所示的实施例中，第一同步整流单元设置三个并联连接的副边MOS管Q11、Q12、Q13，第二同步整流单元设置三个并联连接的副边MOS管Q21、Q22、Q23。考虑二极管所能承受的最大电流，该变压器副边电路根据释放电流的大小通常包括至少两个并联连接的副边续流二极管，在图1所示的实施例中，第一同步整流单元设置三个并联连接的副边续流二极管D11、D12、D13，第二同步整流单元设置三个并联连接的副边续流二极管D21、D22、D23。基于结构特性的考虑，通常设计为该变压器副边电路具有相同数量的副边MOS管和副边续流二极管。

本实用新型的同步整流电路特别是为图1所示的双管正激同步整流电路，其中双管即为变压器原边电路具有两个原边MOS管，其中，第一同步整流单元具有原边MOS管Q1、Q2，第二同步整流单元具有原边MOS管Q3、Q4，正激是第一同步整流单元的变压器T1和第二同步整流单元的变压器T2的工作方式，在此，由于采用双管正激的变压器原边电路为现有结构，本实用新型未对该部分做出改进，因此，不再对同步整流单元的变压器原边电路的结构进行赘述，具体结构可参见图1。

图2示出了一种可实施的能够满足上述驱动要求的第一驱动信号DRV_A和第二驱动信号DRV_B的时序波形图，现以该时序波形图为例说明本实用新型的同步整流电路的工作原理：

在时刻t1，第一驱动信号DRV_A出现上升沿，使第一驱动信号DRV_A的电压V_{DRV_A}成为高电平，直至时刻t2，第一驱动信号DRV_A出现下降沿，使第一驱动信号DRV_A的电压V_{DRV_A}为低电平(具体为0V)，而在时刻t1至时刻t2，第二驱动信号DRV_B的电压V_{DRV_B}为低电平，因此，在时刻t1至时刻t2，第一同步整流单元工作，在此期间，第一同步整流单元的原边MOS管Q1、Q2及副边MOS管Q11、Q12、Q13均导通，变压器T1的副边绕组产生电压V_T1，电流由变压器T1的副边绕组流到正低压输出端子Vout+，再由负低压输出端子Vout-经副边MOS管Q11、Q12、Q13流回电压器T1的副边绕组，直至时刻t2，第一同步整流单元的原边MOS管Q1、Q2截止，原边续流二极管D1、D2为变压器T1的原边绕组上的电流续流，这时变压器T1的副边绕组产生的电压为负，副边MOS管Q11、Q12、Q13截止，副边续流二极管D11、D12、D13为电感L续流，此时电流由电感L流向正低压输出端子Vout+，到达负低压输出端子Vout-后，一支路经第一同步整流单元的副边续流二极管D11、D12、D13流回电感L，另一支路经第二同步整流单元的副边续流二极管D21、D22、D23流回电感L。

在时刻t3，第二驱动信号DRV_B出现上升沿，使第二驱动信号DRV_B的电压V_{DRV_B}为高电平，直至时刻t5，第二驱动信号DRV_B出现下降沿，使第二驱动信号DRV_B的电压V_{DRV_B}为低电平(具体为0V)，而在时刻t3至时刻t5，第一驱动信号DRV_A的电压V_{DRV_A}为低电平，因此，在时刻t3至时刻t5，第二同步整流单元工作，在此期间，第二同步整流单元的原边MOS管Q3、Q4，及副边MOS管Q21、Q22、Q23导通，变压器T2的副边绕组产生电压V_T2，电流由变压器T2的副边绕组流到正低压输出端子Vout+，再由负低压输出端子Vout-经副边MOS管Q21、Q22、Q23流回电压器T2的副边绕组，在时刻t3至第一同步整流单元的变压器T1的原边绕组续流结束的时刻t4期间，副边MOS管Q21、Q22、Q23两端的电压为V_T2-V_T1，而在时刻t4至时刻t5期间，副边MOS管Q21、Q22、Q23两端的电压为V_T2。在时刻t5，第二同步整流单元的原边MOS管Q3、Q4截止，原边续流二极管D3、D4为变压器T2的原边绕组上的电流续流，这时变压器T2的副边绕组的电压为负，副边MOS管Q21、Q22、Q23截止，副边续流二极管D21、D22、D23为电感L续流，此时电流由电感L流向正低压输出端子Vout+，到达负低压输出端子Vout-后，一支路经第一同步整流单元的副边续流二极管D11、D12、D13流回电感L，另一支路经第二同步整流单元的副边续流二极管D21、D22、D23流回电感L。

由此可见，副边续流二极管进行续流是在第一同步整流单元和第二同步整流单元的所有MOS管均截止的时间段，也就是在时刻t2至时刻t3，因此，在第一驱动信号DRV_A和第二驱动信号DRV_B的周期时间相同的情况下，第一同步整流单元和第二同步整流单元的副边续流二极管的续流时间占第一驱动信号或者第二驱动信号的周期时间的比值β＝1-α1-α2。由此可见，只要调节第一驱动信号和第二驱动信号的占空比的大小，就可以控制副边续流二极管导通的时间，副边续流二极管导通的时间越短，损耗就越小，因此，如果将第一驱动信号的占空比α1和第二驱动信号的占空比α2调节为略小于0.5，例如调节为大于等于0.4，小于0.5，特别是调节为大于等于0.45，小于0.5，则将现有同步整流电路的释放回路上的MOS管替换为二极管对同步整流电路的效率基本无影响，而本实用新型的同步整流电路的结构确相对现有同步整流电路的结构简单很多，成本也相应地有较大的降低，因此，本实用新型的同步整流电路，在该种实施例的情况下可进一步获得更好的效果。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种同步整流电路，包括电感和两个同步整流单元，每个同步整流单元包括：变压器，变压器原边电路连接于正、负高压输入端子之间，变压器副边电路连接于正、负低压输出端子之间，所述变压器副边电路包括变压器的副边绕组和副边MOS管，所述副边MOS管的漏极与所述副边绕组的异名端连接，所述副边MOS管的源极与所述负低压输出端子连接，其特征在于，所述变压器副边电路还包括副边续流二极管，所述副边续流二极管的阳极与所述负低压输出端子连接，所述副边续流二极管的阴极经所述电感与所述正低压输出端子连接；所述同步整流电路还包括驱动信号发生器，所述驱动信号发生器向一个同步整流单元的所有MOS管的栅极输出第一驱动信号，并向另一个同步整流单元的所有MOS管的栅极输出第二驱动信号，所述驱动信号发生器设置要求使得一个同步整流单元的所有MOS管和另一个同步整流单元的所有MOS管交错导通。

2.根据权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边电路包括至少两个并联连接的所述副边MOS管。

3.根据权利要求2所述的同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边电路具有相同数量的所述副边MOS管和所述副边续流二极管，各副边续流二极管之间并联连接。

4.根据权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边电路包括至少两个并联连接的所述副边续流二极管。

5.根据权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于，所述同步整流电路为双管正激同步整流电路。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的同步整流电路，其特征在于，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号和第二驱动信号的周期相同。

7.根据权利要求6所述的同步整流电路，其特征在于，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号的占空比大于等于0.4，小于0.5，及/或使得所述第二驱动信号的占空比大于等于0.4，小于0.5。

8.根据权利要求7所述的同步整流电路，其特征在于，所述驱动信号发生器的设置要求使得所述第一驱动信号和第二驱动信号具有相同的占空比。