CN209488469U - 比较器型的单边调整器和调整系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子电路技术领域，提供了一种比较器型的单边调整器和调整系统，包括驱动模块、比较模块以及下拉模块，通过输出驱动信号以控制副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态；然后根据比较信号判断当副边输出电压高于基准电压时，控制副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使副边输出电压下降；并当副边输出电压低于基准电压时，则控制副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，副边输出电压急剧变化时，控制副边场效应管关断，并将副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零。不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿；实现快速响应，调制电压的纹波更小；并且有效的避免了额外功耗，提升了系统效率。

Description

比较器型的单边调整器和调整系统

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉比较器型的单边调整器和调整系统。

背景技术

反激式AC/DC电源是电子设备如手机、笔记本电脑、平板电脑、电视常用的拓扑结构，图1示出了现有技术中涉及的副边同步整流控制的反激式AC/DC的示例电路图。近年来，随着USB PD的普及，以及更严格的能效标准如欧洲CoC和美国DOE6级的推出，对支持CCM工作模式(连续导通模式)的副边同步整流控制方案的需求越来越强烈，以实现在高功率输出的情况下，提升系统效率，满足能效要求。

对于工作在CCM模式下的AC/DC电源，面临的一个关键问题是当原边MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，场效晶体管)开始导通时，需尽快关断副边MOSFET,以防止原副边直通导致副边MOSFET VDS应力过高，甚至于损坏副边MOSFET。

为了达到快速关断副边MOSFET的目的，目前通常采取的电路实现方式是带负反馈环路的闭环VDS调整器，如图2所示。

图3示出了带VDS调整功能的理想波形图，当副边MOSFET导通时，随着Isd电流的逐渐降低，VDS电压逐渐接近0V，当Isd电流降低到一定程度(t0时刻)，VDS调整器将VDS稳定在一个固定电压附近，即Vref，如-50mV。在t0～t1的过程中，随着Isd的降低，为维持VDS为恒定电压，反馈环路将使得Vgs逐渐降低。

当t1时刻原边MOSFET开始导通时，副边MOSFET的VDS电压将急剧上升，从而有利于副边快速响应并关断副边MOSFET；同时，由于副边MOSFET的Vgs在t0～t1期间被调整至较低电压，MOSFET的关断速度也会更快。因此，副边MOSFET关断后的VDS应力尖峰电压将得到有效的降低。

但在实际的反激式AC/DC系统以及电路实现过程中，由于负反馈环路的带宽限制，以及系统的寄生电容、变压器漏感等的影响，VDS调整的实际波形将如图4或图5所示。

以图4为例:在t0～t1的VDS调整过程中，t0时刻Vgs开始下降，MOSFET的等效阻抗增大，从而VDS电压变低。由于受负反馈环路的响应速度所限，VDS调整电压会存在过调现象，即VDS下降电压将低于参考电压Vref。因此，反馈环路将重新使Vgs上升来消除过调。同理，当Vgs电压上升后，负反馈环路的响应速度再度使得VDS偏离理想调整电压，即VDS大于参考电压Vref,因此，Vgs将再次下降，如此反复。在整个VDS调整过程中，Vgs将存在反复的充放电行为，从而带来额外的系统功耗，降低系统效率。

在不同的应用系统中，由于采用的MOSFET以及系统的漏感、寄生电容等都不一样，甚至会出现图5所示的波形，VDS调整过程中的纹波很大甚至接近0V，导致副边MOSFET提前误关断，带来系统效率的损失。

另外，带负反馈环路的VDS调整器需考虑反馈系统的稳定性，而对于不同的应用系统，外部MOSFET以及漏感的不同使得负反馈系统的补偿变得复杂，很难兼容所有系统的稳定性。同时，为了获得足够快的调整速度，负反馈系统需要牺牲更大的功耗实现，进一步降低了系统效率。

因此，现有的带负反馈环路的调整器技术存在着补偿方式较为复杂，难以兼容所有系统的稳定性和降低了系统效率的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供比较器型的单边调整器和调整系统，旨在解决现有的带负反馈环路的调整器技术存在着补偿方式较为复杂，难以兼容所有系统的稳定性和降低了系统效率的问题。

本实用新型第一方面提供了一种比较器型的单边调整器，所述单边调整器包括：

与副边场效应管连接，用于输出驱动信号以控制所述副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态的驱动模块；

与所述副边场效应管连接，用于将副边输出电压与基准电压进行比较后，输出比较信号的比较模块；以及

与所述副边场效应管、所述驱动模块及所述比较模块连接，用于根据所述比较信号判断当所述副边输出电压高于所述基准电压时，控制所述副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使所述副边输出电压下降；并当所述副边输出电压低于所述基准电压时，则控制所述副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，所述副边输出电压急剧变化时，控制所述副边场效应管关断，并将所述副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零的下拉模块。

本实用新型第二方面提供了一种比较器型的调整系统，包括变压器和设于与所述变压器的初级线圈连接的原边场效应管，所述调整系统还包括：

设于与所述变压器的次级线圈连接的副边场效应管；和

如上述所述的单边调整器。

本实用新型提供的一种比较器型的单边调整器和调整系统，包括驱动模块、比较模块以及下拉模块，通过输出驱动信号以控制副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态；根据比较信号判断当副边输出电压高于基准电压时，控制副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使副边输出电压下降；并当副边输出电压低于基准电压时，则控制副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，副边输出电压急剧变化时，控制副边场效应管关断，并将副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零。由此通过比较模块决定是否下拉副边场效应管的栅极与源极间电压,不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿，更适应于不同的应用场合而不会带来稳定性的问题；同时，可在更低功耗的情况下实现快速响应，调制电压的纹波更小，更有效的避免出现提前误关断的行为；并且在调整过程中不会上拉副边场效应管的栅极与源极间电压，避免了副边场效应管的栅极反复充放电的行为，有效的避免了额外功耗，提升了系统效率，解决了现有的带负反馈环路的调整器技术存在着补偿方式较为复杂，难以兼容所有系统的稳定性和降低了系统效率的问题。

附图说明

图1涉及现有技术的副边同步整流控制的反激式AC/DC的示例电路图。

图2涉及现有技术的带负反馈环路的闭环VDS调整器的示例电路图。

图3是针对图2的带VDS调整功能的理想波形示意图。

图4是针对图2的带VDS调整功能的实际波形示意图。

图5是针对图2的带VDS调整功能的实际波形示意图。

图6是本实用新型一实施例提供的一种比较器型的单边调整器的模块结构示意图。

图7是本实用新型一实施例提供的一种比较器型的单边调整器的示例电路图。

图8是对应图7中单边调整器的波形示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

上述的一种比较器型的单边调整器和调整系统，包括驱动模块、比较模块以及下拉模块，通过输出驱动信号以控制副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态；根据比较信号判断当副边输出电压高于基准电压时，控制副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使副边输出电压下降；并当副边输出电压低于基准电压时，则控制副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，副边输出电压急剧变化时，控制副边场效应管关断，并将副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零。由此通过比较模块决定是否下拉副边场效应管的栅极与源极间电压,不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿，更适应于不同的应用场合而不会带来稳定性的问题；同时，可在更低功耗的情况下实现快速响应，调制电压的纹波更小，更有效的避免出现提前误关断的行为；并且在调整过程中不会上拉副边场效应管的栅极与源极间电压，避免了副边场效应管的栅极反复充放电的行为，有效的避免了额外功耗，提升了系统效率。该比较器型的单边调整器和调整系统不仅适用于反激式AC/DC系统，同样适用于所有具备单向特性的需要电压调整功能的电路或系统中。

图6示出了本实用新型一实施例提供的一种比较器型的单边调整器的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种比较器型的单边调整器，包括驱动模块101、比较模块102以及下拉模块103。

驱动模块101与副边场效应管104连接，用于输出驱动信号以控制副边场效应管104从关断变为导通，并维持导通状态。

比较模块102与副边场效应管104连接，用于将副边输出电压与基准电压进行比较后，输出比较信号。具体地，当副边输出电压高于基准电压时，输出高电平信号；当副边输出电压低于基准电压时，输出低电平信号。通过比较模块102决定是否下拉副边场效应管104的栅极与源极间电压,不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿，更适应于不同的应用场合而不会带来稳定性的问题。

下拉模块103与副边场效应管104、驱动模块101及比较模块102连接，用于根据比较信号判断当副边输出电压高于基准电压时，控制副边场效应管104的栅极与源极间电压下降，以使副边输出电压下降；并当副边输出电压低于基准电压时，则控制副边场效应管104的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，所述副边输出电压急剧变化时，控制副边场效应管104关断，并将副边场效应管104的栅极与源极间电压下拉至零。

作为本实用新型一实施例，上述副边场效应管104设置于与变压器的次级线圈连接，相同地，在该变压器的初级线圈连接有原边场效应管。也即是，副边场效应管104与原边场效应管相对设置。并且，副边输出电压指的是变压器的次级线圈的输出电压。

作为本实用新型一实施例，上述下拉模块103既可以根据副边场效应管104导通的实际电压来调节下拉电流的能力，也可以是固定的下拉电流，抑或是电阻直接下拉的方式。通过设置下拉模块103，实现快速响应，调制电压的纹波更小，更有效的避免出现提前误关断的行为。并且在调整过程中不会上拉副边场效应管104的栅极与源极间电压，避免了副边场效应管的栅极反复充放电的行为，有效的避免了额外功耗，提升了系统效率。

图7示出了本实用新型一实施例提供的一种比较器型的单边调整器的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述驱动模块101包括三态驱动器T1，

三态驱动器T1的输入端接入输入信号，所述三态驱动器T1的输出端接副边场效应管104的栅极。该输入信号既可以是人为设置的控制信号，也可以是接入外部设备并由外部设备发出的控制信号。

作为本实用新型一实施例，上述比较模块102包括比较器COMP1，

比较器COMP1的正相输入端接入副边输出电压，比较器COMP1的反相输入端接入基准电压，比较器COMP1的输出端接下拉模块103。

作为本实用新型一实施例，上述下拉模块103包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、开关SW1以及偏置电流单元；

第一电阻R1的第一端接开关SW1的第一端，开关SW1的受控端接比较模块102，开关SW1的第二端接第一开关管Q1(图7采用场效应管表示)的输入端，第一开关管Q1的受控端与第二开关管Q2(图7采用场效应管表示)的受控端以及偏置电流单元的第一端共接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端以及偏置电流单元的第二端共接，第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的输出端以及第二电阻R2的第二端接地。

具体地，上述第一开关管Q1包括三极管或场效应管，

所述三极管的基极、集电极以及发射极分别为所述第一开关管Q1的受控端、输入端以及输出端；

所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述第一开关管Q1的受控端、输入端以及输出端。

具体地，上述第二开关管Q2包括三极管或场效应管，

所述三极管的基极、集电极以及发射极分别为所述第二开关管Q2的受控端、输入端以及输出端；

所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述第二开关管Q2的受控端、输入端以及输出端。

本实用新型还提供了一种比较器型的调整系统，包括变压器和设于与该变压器的初级线圈连接的原边场效应管，所述调整系统还包括：

设于与该变压器的次级线圈连接的副边场效应管；和

如上述所述的单边调整器。

图8示出了单边调整器的波形示意图，以下结合图6-图8对上述一种比较器型的单边调整器和调整系统的工作原理进行描述如下：

首先，当副边场效应管104需要从关断变成导通时，三态驱动器T1输出电平信号从0变为1，驱动Vgs升高，达到最高电压。然后，三态驱动器T1输出变成高阻状态，此时，Vgs维持高电平，副边场效应管104充分导通。

随着Isd电流的下降，副边输出电压逐渐靠近0V,从t0时刻起，开始进入VDS调整区域。当副边输出电压高于设置的参考电压Vref(如-50mV)时,Pull信号变高，下拉模块103将使得Vgs下降，从而副边场效应管104的等效阻抗增大，副边输出电压下降。当副边输出电压下降到参考电压Vref以下时，Pull信号变低，下拉模块103不再下拉Vgs,由于该下拉模块103为单边下拉，所以此时Vgs将维持之前的Vgs电压。待Isd继续降低，副边输出电压再度高于参考电压Vref时，Pull信号再次变高，下拉模块103将Vgs进一步降低，以此类推，在VDS的调整过程中，Vgs逐步降低。当到达t1时刻，原边场效应管导通时，副边输出电压急剧变化，副边电路将响应该变化，快速关断副边场效应管104，Vgs被下拉至零。

在反激式AC/DC系统中，当副边场效应管104导通后，Isd电流具有逐渐下降的单向特性。因此，针对带负反馈环路的VDS调整器的局限和不足，上述一种比较器型的单边调整器和调整系统充分利用了反激式开关电源中的副边电流波形的单调下降的特点，其也适用于其它类似电流波形的隔离型开关电源的副边同步整流控制。

上述比较器型的单边VDS调整器相比于传统负反馈环路型VDS调整器的优点体现在以下几点:

1、基于比较器型的单边VDS调制，由于是通过比较器来决定是否下拉Vgs,不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿，因此更适应于不同的应用场合而不会带来稳定性的问题；

2、由于不需要环路补偿，比较器型的单边VDS调制可以在更低功耗的情况下实现快速响应，VDS调制电压的纹波更小，更有效的避免出现提前误关断的行为；

3、单边VDS调整器在VDS调整过程中不会上拉Vgs，避免了副边场效应管的栅极反复充放电的行为，有效的避免了额外功耗，提升了系统效率。

综上，本实用新型实施例提供的一种比较器型的单边调整器和调整系统，包括驱动模块、比较模块以及下拉模块，通过输出驱动信号以控制副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态；根据比较信号判断当副边输出电压高于基准电压时，控制副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使副边输出电压下降；并当副边输出电压低于基准电压时，则控制副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，副边输出电压急剧变化时，控制副边场效应管关断，并将副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零。由此通过比较模块决定是否下拉副边场效应管的栅极与源极间电压,不需要传统负反馈环路型调制器的环路稳定性补偿，更适应于不同的应用场合而不会带来稳定性的问题；同时，可在更低功耗的情况下实现快速响应，调制电压的纹波更小，更有效的避免出现提前误关断的行为；并且在调整过程中不会上拉副边场效应管的栅极与源极间电压，避免了副边场效应管的栅极反复充放电的行为，有效的避免了额外功耗，提升了系统效率，解决了现有的带负反馈环路的调整器技术存在着补偿方式较为复杂，难以兼容所有系统的稳定性和降低了系统效率的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种比较器型的单边调整器，其特征在于，所述单边调整器包括：

与副边场效应管连接，用于输出驱动信号以控制所述副边场效应管从关断变为导通，并维持导通状态的驱动模块；

与所述副边场效应管连接，用于将副边输出电压与基准电压进行比较后，输出比较信号的比较模块；以及

与所述副边场效应管、所述驱动模块及所述比较模块连接，用于根据所述比较信号判断当所述副边输出电压高于所述基准电压时，控制所述副边场效应管的栅极与源极间电压下降，以使所述副边输出电压下降；并当所述副边输出电压低于所述基准电压时，则控制所述副边场效应管的栅极与源极间电压维持不变；以及当经过预设时间后，所述副边输出电压急剧变化时，控制所述副边场效应管关断，并将所述副边场效应管的栅极与源极间电压下拉至零的下拉模块。

2.如权利要求1所述的单边调整器，其特征在于，所述驱动模块包括三态驱动器，

所述三态驱动器的输入端接入输入信号，所述三态驱动器的输出端接所述副边场效应管的栅极。

3.如权利要求1所述的单边调整器，其特征在于，所述比较模块包括比较器，

所述比较器的正相输入端接入所述副边输出电压，所述比较器的反相输入端接入所述基准电压，所述比较器的输出端接所述下拉模块。

4.如权利要求1所述的单边调整器，其特征在于，所述下拉模块包括：

第一电阻、第二电阻、第一开关管、第二开关管、开关以及偏置电流单元；

所述第一电阻的第一端接所述开关的第一端，所述开关的受控端接所述比较模块，所述开关的第二端接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的受控端与所述第二开关管的受控端以及所述偏置电流单元的第一端共接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端以及所述偏置电流单元的第二端共接，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输出端以及所述第二电阻的第二端接地。

5.如权利要求4所述的单边调整器，其特征在于，所述第一开关管包括三极管或场效应管，

所述三极管的基极、集电极以及发射极分别为所述第一开关管的受控端、输入端以及输出端；

所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述第一开关管的受控端、输入端以及输出端。

6.如权利要求4所述的单边调整器，其特征在于，所述第二开关管包括三极管或场效应管，

所述三极管的基极、集电极以及发射极分别为所述第二开关管的受控端、输入端以及输出端；

所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述第二开关管的受控端、输入端以及输出端。

7.一种比较器型的调整系统，包括变压器和设于与所述变压器的初级线圈连接的原边场效应管，其特征在于，所述调整系统还包括：

设于与所述变压器的次级线圈连接的副边场效应管；和

如权利要求1至6任一项所述的单边调整器。