CN208094444U - 自驱动同步整流电路 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及自驱动同步整流电路。根据本公开内容的一个实施方式，该自驱动同步整流电路响应于电力输入端处的输入电压，在第一输出端与副边地之间输出输出电压。自驱动同步整流电路包括：电源电路，其包括经由主变压器耦合的原边电路和副边电路，副边电路包括整流管、续流管以及副边储能电感，续流管和与续流管串联连接的副边储能电感电连接在第一输出端与副边地之间；其中电源电路包括开关元件，其响应于指示自驱动同步整流电路关机的关机状态信号而关断电源电路中的共振回路。本公开内容的技术方案具有至少如下有益技术效果之一：在自驱动同步整流电路关机后，迅速终止整流电路中的共振；以及减小整流管的栅极上的电压应力。

Description

自驱动同步整流电路

技术领域

本公开内容总体上涉及整流电路，具体地，涉及能够使终止整流电路关机后整流电路中的共振的自驱动同步整流电路。

背景技术

目前，自驱同步整流电路广泛应用于电源电路中。图1是常规自驱动同步整流电路1的示例性电路图。如图1所示，自驱动整流电路1在电力输入端Te0处接收到输入电压Vin后，在第一输出端Te1与副边地sGND之间输出输出电压Vo。自驱动整流电路1包括：原边漏感电感器Lr、主变压器T1、整流管Q3、续流管Q4、电容Co以及副边储能电感Lo。主变压器T1具有原边绕组n1、副边绕组n2，其中，原边绕组n1的电感为Lm。

实用新型内容

在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。以下概述并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些构思，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

图1中的自驱动整流电路1存在如下问题：当输入电压Vin的范围较宽时，整流管Q3的栅极电压高，该栅极可能经受较高的应力。另外，在自驱动整流电路1关机后，由于存在原边漏感电感器Lr、主变压器T1、副边储能电感Lo、电容Co，在自驱动整流电路1中会产生共振，共振能量在电路中来回流动，并通过主变压器T1的副边绕组n2，驱使整流管Q3异常接通和关闭，而此时整流管Q3实际应该被关断。

考虑到上述问题，设计出下面的技术方案。

根据本公开内容的一方面，提供了一种自驱动同步整流电路，其响应于电力输入端处的输入电压，在第一输出端与副边地之间输出输出电压，自驱动同步整流电路包括：电源电路，其包括经由主变压器耦合的原边电路和副边电路，副边电路包括整流管、续流管以及副边储能电感，续流管和与续流管串联连接的副边储能电感电连接在第一输出端与副边地之间；其中电源电路包括开关元件，其响应于指示自驱动同步整流电路关机的关机状态信号而关断电源电路中的共振回路。

本公开内容的技术方案具有至少如下之一的有益技术效果：在自驱动同步整流电路关机后，迅速终止整流电路中的共振；以及减小整流管的栅极上的电压应力。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解。应当明白的是附图不必按比例绘制。在附图中：

图1是常规自驱动同步整流电路的示例性电路图；

图2是根据本公开内容的一个实施方式的自驱动同步整流电路的示例性电路图；

图3是根据本公开内容的一个实施方式的自驱动同步整流电路的示例性电路图；

图4是根据本公开内容的另一实施方式的自驱动同步整流电路的示例性电路图；以及

图5是根据本公开内容的又一实施方式的自驱动同步整流电路的示例性电路图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该理解，在开发任何这种实际实施方式的过程中可以做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。

在此，还需要注意的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。

本公开内容提供一种能够使终止整流电路关机后整流电路中的共振的自驱动同步整流电路。

具体而言，本公开内容提供一种自驱动同步整流电路，其响应于电力输入端处的输入电压，在第一输出端与副边地之间输出输出电压，自驱动同步整流电路包括：电源电路，其包括经由主变压器耦合的原边电路和副边电路，副边电路包括整流管、续流管以及副边储能电感，续流管和与续流管串联连接的副边储能电感电连接在第一输出端与副边地之间；其中电源电路包括开关元件，其响应于指示自驱动同步整流电路关机的关机状态信号而关断电源电路中的共振回路。

图2是根据本公开内容的一个实施方式的自驱动同步整流电路Ca的示例性电路图。下面将对自驱动同步整流电路Ca的组成、连接关系、工作原理进行描述。

自驱动同步整流电路Ca响应于在电力输入端Te0处的输入电压Vin，在第一输出端Te1与副边地sGND之间输出输出电压Vo。该自驱动同步整流电路Ca包括电源电路13。电源电路13包括经由主变压器T1耦合的原边电路131和副边电路133。副边电路133包括整流管Q3、续流管Q4以及副边储能电感Lo。如图2中所示，续流管Q4和与续流管Q4串联连接的副边储能电感Lo电连接在第一输出端Te1与副边地sGND之间。电源电路13包括开关元件。开关元件能够响应于指示自驱动同步整流电路Ca关机的关机状态信号Ss0而关断电源电路13中的共振回路。在图2中，开关元件为示例性的钳位管Q5。

如图2中所示，在副边电路133中，副边储能电感Lo、主变压器T1的第一副边绕组n2以及整流管Q3串联连接在第一输出端Te1与副边地sGND之间。

同步整流电路Ca还包括驱动电路11。驱动电路11包括隔离驱动变压器T2和PWM控制器111。作为示例，PWM控制器111各引脚作用如下：标识了Vcc1的引脚用于为PWM控制器111供电(Vcc1可以例如由未示出的原边辅助电源提供)；标识了pGND的引脚用于接原边地；引脚1用于接收输入电压Vin；引脚2(其标识有ramp)用于反馈调节；引脚3(其标识有rt)用于控制同步整流电路Ca的开关频率(例如，信号outA、信号outB、信号outSR的频率)；引脚4(其标识有ref)用于输出基准电压；引脚5用于输出控制第一开关Q1的第一输出信号outA；引脚6用于输出控制第二开关Q2的第二输出信号outB；引脚7输出用于驱动副边电路的信号outSR；引脚8(其标识有comp)用于输入脉宽调制信号。PWM控制器111与隔离驱动变压器T2电连接。隔离驱动变压器T2的副边绕组的输出端Te2与续流管Q4的栅极电连接。隔离驱动变压器T2的副边绕组的输出端Te2响应于指示自驱动同步整流电路Ca的状态的状态信号Ss而输出续流控制信号outSSR或切断信号。状态信号Ss包括指示自驱动同步整流电路Ca处于整流状态的整流状态信号Ss1和指示自驱动同步整流电路Ca关机的关机状态信号Ss0。作为示例，可以将电力输入端Te0处的电压信号输入PWM控制器111的引脚1，以将电力输入端Te0处的电压信号作为指示自驱动同步整流电路Ca的状态的信号。PWM控制器111经由第四电容器C4与隔离驱动变压器T2的原边绕组连接。在状态信号Ss为整流状态信号Ss1的情况下(即，自驱动同步整流电路Ca电力输入端Te0接收到高电平的输入电压Vin时)，隔离驱动变压器T2的副边绕组经由第三电容器C3在副边绕组的输出端Te2输出用于整流的续流控制信号outSSR。在状态信号Ss为关机状态信号Ss0的情况下(即，自驱动同步整流电路Ca关机，电力输入端Te0处的电压低于预定值时)，状态信号Ss为关机状态信号Ss0，相应的，输出端Te2输出用于切断共振回路的切断信号Sc。PWM控制器111电连接原边地pGND。

同步整流电路Ca的主变压器T1还包括第二副边绕组n3。第二副边绕组n3与整流管Q3的栅极以及副边地sGND电连接。

在同步整流电路Ca中，隔离驱动变压器T2的副边绕组的输出端Te2与钳位管Q5的栅极电连接；钳位管Q5具有钳位整流管Q3的栅极电压的作用，以便于减小整流管Q3上的由于栅极高电压引起的电压应力，这有利于扩大输入电压Vin的范围。第二副边绕组n3经由钳位管Q5与整流管Q3的栅极电连接。作为示例，在图2中，第二副边绕组n3的上端子接钳位管Q5的漏极，第二副边绕组n3的下端子接副边地sGND，钳位管Q5的源极与整流管Q3的栅极直接电连接。

也就是说，在自驱动同步整流电路Ca关机时，本实施方式使用钳位管Q5的栅极控制信号来快速关断整流管Q3。钳位管Q5的接收响应于关机状态信号Ss0的切断信号Sc而关断，这又导致整流管Q3关断，从而切断副边电路133中的共振回路，相应的，共振也就停止了。作为示例，自驱动同步整流电路Ca关机时，PWM控制器111检测到电力输入端Te0处的电压低于预定电压(即，状态信号Ss为关机状态信号Ss0)后，PWM控制器111的引脚7处的信号outSR响应于关机状态信号Ss0而被迅速拉低，使得隔离驱动变压器T2副边绕组的输出端Te2产生切断信号Sc，致使第一电容器C1通过第一电阻器R1放电，钳位管Q5的栅极电压迅速减小，钳位管Q5关断；钳位管Q5关断又会导致整流管Q3关断；从而当同步整流电路Ca关机时副边电路133中的共振回路被关断。在这里，第一电容器C1的电容可以选择的很小，以使得关断钳位管Q5的时间很短，从而快速关断整流管Q3、关断共振回路。

隔离驱动变压器T2的副边绕组的输出端Te2还依次经由第一二极管D1和第一节点nod1与钳位管Q5的栅极电连接。副边电路133还包括第一电容器C1和第一电阻器R1。第一电容器C1与第一电阻器R1并联连接在第一节点nod1与副边地sGND之间。

自驱动同步整流电路Ca的原边电路131包括漏感电感器Lr、原边绕组n1(其电感为Lm)、钳位电感器Cp、受PWM控制器111的第一输出信号outA控制的第一开关Q1以及受PWM控制器111的第二输出信号outB控制的第二开关Q2。

在整流周期的正半周期，第二副边绕组n3的上端子处于高电压。这意味着钳位管Q5的漏极为高电压。由于第一电容器C1，钳位管Q5的栅极电压也为高。此时，钳位管Q5导通。钳位管Q5工作在线性区。钳位管Q5的源极电压低于钳位管Q5的栅极电压。这意味着这整流管Q3的栅源极之间的栅源电压被钳位管Q5的栅极电压钳位，其中，钳位管Q5的栅极电压远低于钳位管Q5的漏极电压。但是，整流管Q3的栅源电压大于其导通阈值电压。可见，此时整流管Q3经受低电压应力。

在整流周期的负半周期，钳位管Q5的漏极电压为负值，续流控制信号outSSR为高电平，第一电容器C1被充电，钳位管Q5的源极电压将变为负，钳位管Q5工作在饱和导通情况，钳位管Q5的源极电压基本等于钳位管Q5的漏极电压，因此，整流管Q3的栅极电压为负值，整流管Q3被同步关断。

副边电路133还包括设置在钳位管Q5的源极与钳位管Q5的栅极之间的第一齐纳二极管DZ1。第一齐纳二极管DZ1可以在钳位管Q5的源极电压为负值时阻止钳位管Q5的栅源极之间的栅源电压过大而损坏。

自驱动同步整流电路Ca的主变压器T1还包括第三副边绕组n4。副边电路133还包括副边辅助电源331。副边辅助电源331经由第三副边绕组n4与原边电路131耦合。副边辅助电源331包括第二二极管D2、第二电容器C2、第四电阻器R4、第六开关元件Q6、第二齐纳二极管DZ2、辅助电容器Cs。副边辅助电源331在其输出端Te3提供电源电压VCCS，以供副边电路133中未示出的需要电源的器件使用。

第一开关Q1、第二开关Q2、整流管Q3、续流管Q4、钳位管Q5可以为MOSFET。

图3是根据本公开内容的一个实施方式的自驱动同步整流电路Cb的示例性电路图。下面将对自驱动同步整流电路Cb的组成、连接关系、工作原理进行描述。

与自驱动整流电路Ca相同，自驱动同步整流电路Cb响应于在电力输入端Te0处的输入电压Vin，在第一输出端Te1与副边地sGND之间输出输出电压Vo。与自驱动整流电路Ca不同，自驱动整流电路Cb的响应于关机状态信号Ss0生成的切断信号Sc由副边辅助电源331产生。并且不再使用第一二极管D1、第一电阻器R1及第一电容器C1。自驱动同步整流电路Cb的副边辅助电源331经由第三副边绕组n4与原边电路131耦合。副边辅助电源331还包括电连接在副边辅助电源331的输出端Te3与副边地sGND之间的第七开关Q7。第七开关Q7的基极被输入指示自驱动同步整流电路Cb的状态的状态信号Ss。在状态信号Ss为整流状态信号Ss1的情况下(即，自驱动同步整流电路Cb电力输入端Te0接收到高电平的输入电压Vin时)，第七开关Q7为断开状态；副边辅助电源331在其输出端Te3提供电源电压VCCS。在稳定状态，电源电压VCCS保持高电平以保持钳位管Q5导通而钳位整流管Q3。在状态信号Ss为关机状态信号Ss0的情况下(即，自驱动同步整流电路Cb关机，电力输入端Te0处的电压低于预定值时)，第七开关Q7响应于从其基极输入的关机状态信号Ss0而导通，从而副边辅助电源331响应于关机状态信号Ss0而生成输出至钳位管Q5的栅极的切断信号Sc。

在图3中，如果没有第七开关Q7，当自驱动同步整流电路Cb关机后，由于第二电容器C2、辅助电容器Cs缓慢放电，导致整流管Q3还会被副边辅助电源331的输出端Te3输出的信号驱动。因此，在图3中，第七开关Q7被使用。当接收到关机状态信号Ss0后，第七开关Q7导通，第二电容器C2和辅助电容器Cs迅速放电，使得输出端Te3输出用于切断共振回路的切断信号Sc。也就是说：在图3公开的实施方式中，开关元件包括钳位管Q5和第七开关Q7。

对于图3中与图2中的自驱动同步整流电路Ca其余相同结构，其相关描述可参考本公开内容对图2的描述，在此不再赘述。

图4是根据本公开内容的另一实施方式的自驱动同步整流电路Cc的示例性电路图。下面将对自驱动同步整流电路Cc的组成、连接关系、工作原理进行描述。

与自驱动整流电路Ca相同，自驱动同步整流电路Cc响应于在电力输入端Te0处的输入电压Vin，在第一输出端Te1与副边地sGND之间输出输出电压Vo。与自驱动整流电路Ca不同，自驱动整流电路Cc的响应于关机状态信号Ss0生成的切断信号Sc由隔离电路15产生。具体而言，隔离电路15包括隔离器151。隔离器151的主边输入指示自驱动同步整流电路Cc的状态的状态信号Ss。响应于该工作状态信号Ss，隔离器151的副边输出隔离器输出信号So。在工作状态信号Ss为指示整流工作状态的整流状态信号Ss1时，输出信号So为整流控制信号：在整流控制信号的控制下，整流管Q3正常通断以实现整流。在工作状态信号Ss为指示关机状态的关机状态信号Ss0时，输出信号So为切断信号Sc：在切断信号Sc的控制下，整流管Q3会迅速关断，从而切断副边电路133中的共振回路。工作状态信号Ss可以通过多种方式获得，例如由PWM控制器111产生，或由微处理单元产生。也就是说：在图4公开的实施方式中，开关元件包括钳位管Q5。

对于图4中与图2中的自驱动同步整流电路Ca其余相同结构，其相关描述可参考本公开内容对图2的描述，在此不再赘述。

图5是根据本公开内容的又一实施方式的自驱动同步整流电路Cd的示例性电路图。下面将对自驱动同步整流电路Cd的组成、连接关系、工作原理进行描述。

与自驱动整流电路Ca相同，自驱动同步整流电路Cd响应于在电力输入端Te0处的输入电压Vin，在第一输出端Te1与副边地sGND之间输出输出电压Vo。与自驱动整流电路Ca不同，自驱动同步整流电路Cd不使用图2中的第一二极管D1、第一电容器C1、第一电阻器R1以及钳位管Q5，而是使用钳位电容Cp和第八开关Q8。第八开关Q8基极被输入指示自驱动同步整流电路Cd的状态的状态信号Ss。状态信号Ss包括指示自驱动同步整流电路Cd处于整流状态的整流状态信号Ss1和指示自驱动同步整流电路Cd关机的关机状态信号Ss0。第八开关Q8电连接在第二开关Q2的栅极与第一开关Q1之间。在状态信号Ss为整流状态信号Ss1的情况下(即，自驱动同步整流电路Cd电力输入端Te0接收到高电平的输入电压Vin时)，第一开关Q1正常通断以实现整流。在工作状态信号Ss为关机状态信号Ss0的情况下(即，自驱动同步整流电路Cd关机，电力输入端Te0处的电压低于预定值时)，第八开关Q8响应于该关机状态信号Ss0而关断第一开关Q1，从而切断所述原边电路131中的共振回路。也就是说：在图5公开的实施方式中，开关元件包括第八开关Q8。

对于图5中与图2中的自驱动同步整流电路Ca其余相同结构，其具体描述可参考本公开内容对图2的描述，在此不再赘述。

本公开内容的实施方式不限于上述具体实施方式。本领域技术人员能够明了，在不偏离本公开内容的原理的情况下，可以做出适当修改。例如，可以用另一类型的开关元件替换图2-5中所示类型的开关元件，并适当修改电连接关系和控制逻辑，从而实现相同的整流及关断共振回路的功能。进一步的，例如，自驱动整流电路Ca、Cb和Cc中的原边电路也可以被替换为自驱动整流电路Cd中的包括第八开关Q8的原边电路。

根据上述描述可知，本公开内容的技术方案具有至少如下之一的有益技术效果：在自驱动同步整流电路关机后，迅速终止整流电路中的共振；以及减小整流管的栅极上的电压应力。

应该理解的是，如果没有相反指示，在可行的情况下，本文描述的不同实施方式或特征可以进行组合。

尽管上面已经通过对本公开内容的具体实施方式的描述对本公开内容进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本公开内容的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开内容的保护范围内。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素或组件的存在或附加。

Claims (11)

1.一种自驱动同步整流电路，其响应于电力输入端处的输入电压，在第一输出端与副边地之间输出输出电压，所述自驱动同步整流电路包括：

电源电路，其包括经由主变压器耦合的原边电路和副边电路，所述副边电路包括整流管、续流管以及副边储能电感，所述续流管和与所述续流管串联连接的所述副边储能电感电连接在所述第一输出端与所述副边地之间；

其中所述电源电路包括开关元件，其响应于指示所述自驱动同步整流电路关机的关机状态信号而关断所述电源电路中的共振回路。

2.根据权利要求1所述的自驱动同步整流电路，其中，所述副边储能电感、所述主变压器的第一副边绕组以及所述整流管串联连接在所述第一输出端与所述副边地之间。

3.根据权利要求2所述的自驱动同步整流电路，还包括：驱动电路，其包括隔离驱动变压器和PWM控制器，所述PWM控制器与所述隔离驱动变压器电连接，所述隔离驱动变压器的副边绕组的输出端与所述续流管的栅极电连接，所述隔离驱动变压器的副边绕组的输出端响应于指示自驱动同步整流电路处于整流状态的整流状态信号而向所述续流管的栅极输出续流控制信号。

4.根据权利要求3所述的自驱动同步整流电路，其中，所述主变压器还包括第二副边绕组，所述第二副边绕组与所述整流管的栅极以及所述副边地电连接。

5.根据权利要求4所述的自驱动同步整流电路，其中，所述开关元件包括设置在副边电路中的括钳位管，所述第二副边绕组经由所述钳位管与所述整流管的栅极电连接；并且

所述钳位管接收响应于所述关机状态信号的切断信号而关断，导致所述整流管关断，从而切断所述副边电路中的共振回路。

6.根据权利要求5所述的自驱动同步整流电路其中，所述隔离驱动变压器的副边绕组的输出端还依次经由第一二极管和第一节点与所述钳位管的栅极电连接；所述副边电路还包括第一电容器和第一电阻器；所述第一电容器与所述第一电阻器并联连接在所述第一节点与所述副边地之间。

7.根据权利要求6所述的自驱动同步整流电路，其中，所述隔离驱动变压器的副边绕组的输出端响应于所述关机状态信号而输出所述切断信号。

8.根据权利要求5所述的自驱动同步整流电路，其中，所述主变压器还包括第三副边绕组，所述副边电路还包括副边辅助电源，所述副边辅助电源经由所述第三副边绕组与所述原边电路耦合，所述开关元件还包括电连接在所述副边辅助电源的输出端与所述副边地之间的第七开关，所述第七开关响应于所述关机状态信号而导通，从而所述副边辅助电源响应于所述关机状态信号而生成输出至所述钳位管的栅极的所述切断信号。

9.根据权利要求5所述的自驱动同步整流电路，还包括隔离电路，其中，所述隔离电路包括隔离器，所述隔离器响应于所述关机状态信号而在所述隔离器的副边输出所述切断信号。

10.根据权利要求5至9中的一项所述的自驱动同步整流电路，其中，所述副边电路还包括设置在所述钳位管的源极与所述钳位管的栅极之间的第一齐纳二极管。

11.根据权利要求4所述的自驱动同步整流电路，其中，所述开关元件包括设置在所述原边电路中的第八开关，所述原边电路包括原边绕组、钳位电容、受所述PWM控制器控制的第一开关以及受所述PWM控制器控制的第二开关，所述第八开关电连接在所述第二开关的栅极与所述第一开关之间，其响应于所述关机状态信号而关断所述第一开关，从而切断所述原边电路中的共振回路。