CN212752133U - 一种同步整流控制电路及开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同步整流控制电路以及开关电源，当同步整流开关管的漏源电压下降至设定的第二阈值电压后，则通过脉冲式上拉信号对同步整流开关管的栅源电压进行上拉处理，所述脉冲式上拉信号的占空比大小根据同步整流开关管的漏源电压调整。通过本实用新型的阶梯式上拉栅源电压的方案，可防止上拉过快导致同步整流开关管漏源电压提前到达关断阈值，同步整流开关管提前关断的现象，并且可以快速调整栅源电压大小，适用性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种同步整流控制电路及开关电源。
背景技术
反激式开关电源是一种隔离式开关电源，广泛应用于交流直流(AC/DC) 和直流直流(DC/DC)转换，在输入级和输出级之间提供绝缘隔离。反激式开关电源一般包括主功率开关管、变压器和副边整流管，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述主功率开关管与所述原边绕组连接，所述副边整流管与所述副边绕组连接，其中有源钳位反激式开关电源是在原边的主功率开关管之漏极和输入电源之间连接一个电容和一个开关管，如图1所示，通过有源钳位电路对原边主功率开关管漏极电压钳位，达到降低主功率开关管的关断损耗的目的。为了进一步提高反激式开关电源的转化效率，通常采用同步整流开关管作为副边整流管，如图1中的同步整流开关管M1。
参考图1-1，为图1中有源钳位反激式开关电源的工作波形图，在有源钳位反激式开关电源的工作过程中，当副边同步整流开关管M1开通后，随着流过同步整流开关管的漏源两端电流Ids的变化，如图1-1中的类似正弦波形，同步整流开关管的漏源两端电压Vds也随之变化，当检测到同步整流开关管的漏源两端电压Vds达到预设的第一阈值电压Vth1时，通过一下拉电路拉低同步整流开关管的栅源电压Vgs，栅源电压Vgs随之减低并且维持在同步整流开关管的开启电压(Vgs(th))附近。因为栅源电压Vgs维持在开启电压(Vgs(th)) 附近，此时同步整流开关管的导通电阻较大，同步整流开关管的漏源两端电流 Ids的增大，漏源两端电压Vds也随之增大，这无疑增大了同步整流开关管的损耗，影响电源效率。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种同步整流控制电路及开关电源，用以解决现有技术存在的开关管的损耗大，效率低的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是依据本实用新型的一种同步整流控制电路，用于控制开关电源中的同步整流开关管，包括，
信号调节电路，所述信号调节电路检测所述同步整流开关管的漏源两端电压，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压大于等于预设的第一阈值电压时，所述信号调节电路输出一下拉信号以下拉所述同步整流开关管的栅源电压，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压小于预设的第二阈值电压时，所述信号调节电路输出一脉冲式上拉信号以上拉所述同步整流开关管的栅源电压，直至所述同步整流开关管的漏源两端电压大于预设的第二阈值电压或者直至所述同步整流开关管的栅源电压到达最大驱动电压值。
优选地，所述脉冲式上拉信号的占空比大小根据所述同步整流开关管的栅源电压自适应调整。
优选地，所述预设的第一阈值电压设置为在所述同步整流开关管达到关断前的电压值，并且，所述第一阈值电压的值大于所述第二阈值电压的值。
优选地，所述信号调节电路包括检测电路、脉冲电路和上拉电路，所述检测电路用于检测所述同步整流开关管的漏源两端电压，以输出开关信号传输给所述脉冲电路，所述脉冲电路用于产生一使能脉冲信号至所述上拉电路，所述脉冲电路接收所述开关信号，以根据所述开关信号的有效状态调整使能脉冲信号的占空比大小，所述上拉电路根据所述使能脉冲信号输出所述脉冲式上拉信号。
优选地，所述使能脉冲信号包括高电平有效状态和低电平无效状态，其中，所述低电平无效状态的时间常数根据所述开关信号的有效状态调整。
优选地，所述上拉电路包括场效应晶体管，所述场效应晶体管的控制端接收所述使能脉冲信号，漏极端接收供电电源，源极端的输出信号作为所述脉冲式上拉信号。
依据本实用新型的一种开关电源，包括原边主功率开关管、副边同步整流开关管以及钳位电路，所述钳位电路连接在所述主功率开关管和电源输入端之间，还包括上述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述副边同步整流开关管。
如上所述，采用本实用新型的同步整流控制电路以及开关电源，当同步整流开关管的漏源电压下降至设定的较低阈值电压后，则通过脉冲式上拉信号对同步整流开关管的栅源电压进行上拉处理，并检测同步整流开关管的漏源电压，一旦检测到漏源电压上升到设定的较低阈值电压后，则延长所述脉冲式上拉信号的无效状态。通过本实用新型的阶梯式上拉栅源电压的方案，不至于上拉过快导致同步整流开关管漏源电压提前到达关断阈值，同步整流开关管提前关断的现象，还可以快速调整栅源电压大小。
附图说明
图1为有源钳位反激式开关电源的结构框图；
图1-1为图1中有源钳位反激式开关电源的工作波形图；
图2为本实用新型的同步整流控制电路的电路框图；
图2-1为图2中上拉电路的电路结构图；
图2-2为图2中同步整流开关管的工作波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
依据本实用新型的同步整流控制方案，用于控制开关电源中的同步整流开关管，优选地，用于控制有源钳位反激式开关电源中的副边同步整流开关管如图2所示，为一种常见的有源钳位反激式开关电源的电路框图，功率级电路与背景技术中相同，副边同步整流开关管为M1。具体地，所述控制方法检测所述同步整流开关管M1的漏源两端电压VDS，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS大于等于预设的第一阈值电压时Vth1，所述信号调节电路输出一下拉信号Id2以下拉所述同步整流开关管的栅源电压VGS，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS小于预设的第二阈值电压Vth2时，所述信号调节电路输出一脉冲式上拉信号Id1以上拉所述同步整流开关管的栅源电压 VGS，直至所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS大于预设的第二阈值电压Vth2，这里，所述预设的第一阈值电压Vth1设置为在所述同步整流开关管到达关断前的电压值，例如，当同步整流开关管的漏源两端电压VDS到达某一值时关断，如-10mv，则所述第一阈值电压Vth1设置为小于这某一值，如-40mv，使得所述同步整流开关管达到关断之前状态，这里所述第二阈值电压Vth2的值小于所述第一阈值电压Vth1的值，第二阈值电压设置为较低的阈值电压，可保证在需要同步整流管关断时，能达到快速调整的目的，第二阈值电压可设为 -40mv至-80mv之间的值。
下面结合如图2、图2-1为本实用新型的同步整流控制电路的电路框图以及上拉电路的电路结构图阐述本实用新型的控制方案。如图2所示，所述同步整流控制电路包括信号调节电路1，信号调节电路1检测所述同步整流开关管 M1的漏源两端电压VDS，以输出一下拉信号和脉冲式上拉信号至同步整流开关管M2的栅极以调整所述同步整流开关管的栅源电压VGS。
本实用新型实施例中，所述控制方法还包括所述脉冲式上拉信号的一个工作周期包括第一时间段Δt1和第二时间段Δt2，在第一时间段Δt1，所述脉冲式上拉信号的信号值保持为一恒定值(可记为有效状态)，在第二时间段Δt2，所述脉冲式上拉信号的信号值为零(可记为无效状态)，第二时间段Δt2与第一时间段Δt1和第二时间段Δt2之和的商值为脉冲式上拉信号的占空比。并且，在每一个工作周期的所述第二时间段Δt2内，比较所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS与所述第二阈值电压Vth2的大小，当所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS小于所述第二阈值电压Vth2时，则输出下一周期的所述脉冲式上拉信号，当所述同步整流开关管的漏源两端电压大于等于所述第二阈值电压时，或者所述所述同步整流开关管的栅源电压达到最大驱动电压值，则延长所述脉冲式上拉信号第二时间段的时间常数。上述的控制方法通过对脉冲式上拉信号的占空比大小的控制，使得同步整流开关管的栅源电压呈阶梯式上升，这样可严密监控同步整流开关管的漏源两端电压VDS变化，使其不小于第二阈值电压 Vth2，不至于达到同步整流开关管的关断阈值附近，并且可根据电路结构迅速调整占空比的大小，适应性好，该控制方法可靠性好，控制结果准确。
具体地，参考图2以及图2-1，结合具体的电路实施方式阐述本实用新型方案，所述信号调节电路包括检测电路1-1和上拉电路1-2，所述上拉电路包括脉冲电路1-2-1以及电流源电路1-2-2，所述检测电路1-1用于检测所述同步整流开关管的漏源两端电压，以输出开关信号Vf传输给所述上拉电路，所述检测电路可由比较器等器件实现。
所述脉冲电路1-2-1产生使能脉冲信号GEN至所述电流源电路1-2-2，并接收所述开关信号Vf，以根据所述开关信号Vf的有效状态决定调整使能脉冲信号GEN的占空比，具体地，在上一周期中，所述使能脉冲信号GEN为低电平时，且所述开关信号Vf的状态为有效状态时则延长所述使能脉冲信号的低电平无效状态。
电流源电路1-2-2接收所述使能脉冲信号GEN，以根据所述使能脉冲信号状态输出所述脉冲式上拉信号Id1。本实施方式中，所述电流源电路包括场效应晶体管M3，所述场效应晶体管M3的控制端接收所述使能脉冲信号GEN，漏极端接收供电电源Vcc，源极端的输出信号作为所述脉冲式上拉信号Id1，根据上述的电路可知，本实用新型实施例中，所述使能脉冲信号为高电平有效状态时，则晶体管M3导通，脉冲式上拉信号输出的信号峰值为恒定值，当所述使能脉冲信号为无效状态时，则晶体管M3关断，脉冲式上拉信号为零值，如此可知，所述脉冲式上拉信号与所述使能脉冲信号的占空比为一致。
补充说明的是，在上述控制方案中：当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压大于等于预设的第一阈值电压时，所述信号调节电路输出一下拉信号以下拉所述同步整流开关管的栅源电压。这里可以为，通过检测电路接收同步整流开关管的漏源两端电压VDS和预设的第一阈值电压Vth1，当漏源两端电压 VDS到达第一阈值电压Vth1，则通过下拉电路下拉所述同步整流开关管的栅源电压，从而使得所述同步整流开关管的漏源两端电压VDS维持在所述第一阈值电压Vth1附近。本实施方式中，当所述同步整流开关管的栅源电压下降至预设电压值时，则控制所述下拉信号减小，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压等于预设的第一阈值电压时，所述同步整流开关管的栅源电压值记为第一电压值，所述预设电压值大于一固有电压值小于等于所述第一电压值，其中，所述固有电压值为0.5V-0.7V中的某一值。
下面参考图2-2为图2中同步整流开关管的工作波形图。在t0时刻，副边同步整流开关管M1导通，同步整流开关管M1的漏源电流IDS开始按照类正弦变化，到t1时刻，所述同步整流开关管M1的漏源两端电压VDS到达第一阈值电压Vth1，信号调节电路输出所述下拉信号对所述同步整流开关管M1的栅极电压进行下拉处理，同步整流开关管M1的栅源电压被下拉至关断阈值附近，所述同步整流开关管M1的漏源两端电压VDS开始下降，到t2时刻，同步整流开关管M1的漏源两端电压VDS下降至第二阈值电压Vth2，这时，检测电路1-1 输出的开关信号Vf为高电平有效状态，脉冲电路2-2-1接收所述开关信号Vf 并输出使能脉冲信号GEN至所述所述场效应晶体管M3，所述所述场效应晶体管M3导通，通过供电电压Vcc对同步整流开关管M1的栅源电压进行上拉处理。使能脉冲信号GEN的一个工作周期包括高电平有效状态和低电平无效状态，使能脉冲信号GEN的前一个工作周期中，在低电平时间段，检测同步整流开关管的漏源两端电压VDS与第二阈值电压Vth2的大小，当同步整流开关管的漏源两端电压VDS小于第二阈值电压Vth2，开关信号为有效状态，脉冲电路输出下一周期的使能脉冲信号GEN至所述同步整流开关管M1，依此循环，可以理解，所述同步整流开关管M1的源极电压信号即所述上拉信号为脉冲式信号。如图2-2中所示，在t2-t3时间段，所述同步整流开关管的栅源电流IDS为脉冲式信号，当上拉进行几个周期后，到t3时刻，检测电路检测到同步整流开关管的漏源两端电压VDS等于大于第二阈值电压Vth2，则开关信号为无效状态，脉冲电路延长使能脉冲信号的无效状态。之后，在t3-t4阶段，同步整流开关管的栅源两端电压VGS维持在大于关断阈值的一个值，同步整流开关管的漏源两端电压VDS随着漏源电流IDS的变化会有一点波动，如图2-2，会稍微下降一点，到t4时刻，同步整流开关管的漏源两端电压VDS到达关断阈值，则下拉同步整流开关管的栅源两端电压VGS关断开关管。根据同步整流开关管的开关特性，当同步整流开关管的栅源两端电压VGS被上拉至最大驱动电压值，则无需再上拉栅源电压，这时使能脉冲信号为保持为低电平无效状态。
从上述过程可以看出，采用本实施方案在同步整流开关管的漏源电压下降至设定的较低阈值电压后，则通过脉冲式上拉信号对同步整流开关管的栅源电压进行上拉处理，并一直监测同步整流开关管的漏源电压，一旦检测到漏源电压上升到设定的较低阈值电压后，则延长脉冲式上拉信号的无效状态。通过本实用新型的阶梯式上拉栅源电压的方案，不至于上拉过快导致同步整流开关管漏源电压提前到达关断阈值，同步整流开关管提前关断的现象，并且可使得电路的上拉信号根据漏源电压自适应调整，电路调整快，适应性好。
最后，本实用新型公开了一种开关电源，包括原边主功率开关管、副边同步整流开关管以及钳位电路，所述钳位电路连接在所述主功率开关管和电源输入端之间，上述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述副边同步整流开关管。利用上述的同步整流控制方案，可防止上拉过快导致同步整流开关管漏源电压提前到达关断阈值，同步整流开关管提前关断的现象，提高开关电源的稳定性和效率，并且调整时间快，效果好。
本领域技术人员可知，本实用新型实施例的同步整流控制电路和控制方法可用于任何适合的开关电源电路，如还可应用于LLC谐振开关电路等。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种同步整流控制电路，用于控制开关电源中的同步整流开关管，其特征在于，包括，
信号调节电路，所述信号调节电路检测所述同步整流开关管的漏源两端电压，当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压大于等于预设的第一阈值电压时，所述信号调节电路输出一下拉信号以下拉所述同步整流开关管的栅源电压，
当检测到所述同步整流开关管的漏源两端电压小于预设的第二阈值电压时，所述信号调节电路输出一脉冲式上拉信号以上拉所述同步整流开关管的栅源电压，直至所述同步整流开关管的漏源两端电压大于预设的第二阈值电压或者直至所述同步整流开关管的栅源电压到达最大驱动电压值。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述脉冲式上拉信号的占空比大小根据所述同步整流开关管的栅源电压自适应调整。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述预设的第一阈值电压设置为在所述同步整流开关管达到关断前的电压值，
并且，所述第一阈值电压的值大于所述第二阈值电压的值。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述信号调节电路包括检测电路、脉冲电路和上拉电路，
所述检测电路用于检测所述同步整流开关管的漏源两端电压，以输出开关信号传输给所述脉冲电路，
所述脉冲电路用于产生一使能脉冲信号至所述上拉电路，所述脉冲电路接收所述开关信号，以根据所述开关信号的有效状态调整使能脉冲信号的占空比大小，
所述上拉电路根据所述使能脉冲信号输出所述脉冲式上拉信号。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述使能脉冲信号包括高电平有效状态和低电平无效状态，
其中，所述低电平无效状态的时间常数根据所述开关信号的有效状态调整。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述上拉电路包括场效应晶体管，所述场效应晶体管的控制端接收所述使能脉冲信号，漏极端接收供电电源，源极端的输出信号作为所述脉冲式上拉信号。
7.一种开关电源，包括原边主功率开关管、副边同步整流开关管以及钳位电路，所述钳位电路连接在所述主功率开关管和电源输入端之间，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一所述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述副边同步整流开关管。
Priority Applications (1)
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| CN202021183426.2U CN212752133U (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 一种同步整流控制电路及开关电源 |
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|---|---|
| CN (1) | CN212752133U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11817792B2 (en) | 2020-10-30 | 2023-11-14 | Joulwatt Technology Co., Ltd. | Switching-type regulation driver and regulation driving method thereof |
-
2020
- 2020-06-23 CN CN202021183426.2U patent/CN212752133U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11817792B2 (en) | 2020-10-30 | 2023-11-14 | Joulwatt Technology Co., Ltd. | Switching-type regulation driver and regulation driving method thereof |
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