CN220693008U - 一种同步整流控制电路 - 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，包括用于控制同步整流上桥MOS管导通或关闭的上桥MOS管控制电路，以及用于控制同步整流下桥MOS管导通或关闭的下桥MOS管控制电路，所述上桥MOS管控制电路连接同步整流上桥MOS管，所述下桥MOS管控制电路连接同步整流下桥MOS管，上桥MOS管控制电路，包括DS电压应力检测电路一和G极驱动输出电路一，下桥MOS管控制电路包括DS电压应力检测电路二和G极驱动输出电路二。本实用新型使用最基本的电阻、二极管和三极管搭建电路，成本低，可实现性强，可满足DC\DC变换器的大规模生产需求，功能易实现；电路简单，受干扰影响小，适配性强，兼容性高；所有参数外置，便于调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及同步整流技术领域，具体涉及一种同步整流控制电路。
背景技术
同步整流技术是一种用低导通压降的MOS管，做为变压器输出的整流方式，因MOS管的导通和关断，跟变压器副边绕组的导通和关断同步，故得名为同步整流。同步整流技术是市场上常见的DC\DC变换器输出实现方式，同步整流使用阻抗较低的MOS管，替代原有的高阻抗二极管对变压器的输出进行整流，极大地降低了开关管的导通损耗，从而使DC\DC变换器更加高效。半导体行业对DC\DC变换器有着高效率和高功率密度的要求，同步整流凭借其特有的高效率优势，已成为半导体行业首选的DC\DC变换器输出实现方式。
市面上现有的同步整流控制方案有以下两种：
1、使用专业芯片品牌的驱动控制芯片来实现，有的使用两颗芯片分别控制同步整流的上桥和下桥MOS管，有的使用单颗芯片同时控制同步整流的上桥和下桥MOS管的导通和关断，这些方案因使用专业芯片品牌的驱动控制芯片来实现，成本较高，在量产时也会受特定芯片的交期和价格影响，不利于DC\DC变换器的大规模量产；
2、将上桥和下桥MOS管的漏源两极电压做为同步整流控制芯片的输入信号，控制芯片本身对信号进行处理后，输出相应的驱动信号，连接同步整流上桥和下桥MOS管，对MOS管进行控制，因控制芯片本身对信号较为敏感，故该方案的实现，需要严格控制MOS管漏源两极的输入电压信号，保证信号的完整性。该方案虽然实现电路简单，器件较少，但是对核心控制芯片和电路板布局和走线性能要求高，且容易受DC\DC变换器输出端负载的影响，负载越小，越容易产生异常的同步整流驱动波形，在工程应用上，常常不易达到较好的同步整流控制效果；并且驱动控制芯片本身对整个电路板的功率布局和走线性能要求高，这就导致相同的控制芯片，在不同的电路板上，所起的效果会有所差异，因芯片本身内部集成度高，外部参数的调节范围有限，在电路板的同步整流控制效果较差时，也不易通过调节芯片外围参数来达到较好的控制效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种同步整流控制电路。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种同步整流控制电路，包括用于控制同步整流上桥MOS管导通或关闭的上桥MOS管控制电路，以及用于控制同步整流下桥MOS管导通或关闭的下桥MOS管控制电路，所述上桥MOS管控制电路连接同步整流上桥MOS管，所述下桥MOS管控制电路连接同步整流下桥MOS管，其中；
上桥MOS管控制电路，包括：
DS电压应力检测电路一，用于检测上桥MOS管的D极和S极电平后控制上桥MOS管的导通或关闭；
G极驱动输出电路一，用于检测上桥MOS管的G极电平后控制上桥MOS管的导通或关闭；
下桥MOS管控制电路，包括：
DS电压应力检测电路二，用于检测下桥MOS管的D极和S极电平后控制下桥MOS管的导通或关闭；
G极驱动输出电路二，用于检测下桥MOS管的G极电平后控制下桥MOS管的导通或关闭。
进一步地，所述DS电压应力检测电路一包括双二极管D1、二极管D3、双三极管Q1、电阻R1、R2、R7，所述双二极管D1中一个输入端通过电阻R7连接上桥MOS管的源极，双二极管D1中另一个输入端连接上桥MOS管的漏极，且双二极管D1的输出端与双三极管Q1的发射极连接，所述双三极管Q1的集电极与基极之间连接有电阻R1、R2、二极管D3。
进一步地，所述G极驱动输出电路一包括三极管Q3、Q7、Q9、Q12、二极管D7、电阻R5、R9、R13，所述二极管D7与电阻R13并联后一端连接上桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q7与Q12的发射极，所述三极管Q7、Q12的基极通过电阻R5接入三极管Q3与Q9的发射极，所述电阻R9的一端接入R5与三极管Q7、Q12的基极之间，所述三极管Q3与Q9的基极与DS电压应力检测电路一相连接。
进一步地，所述上桥MOS管控制电路还包括上下桥驱动信号互锁电路，上下桥驱动信号互锁电路包括二极管D4、D5、三极管Q5、电阻R11、R16，所述三极管Q5的集电极与DS电压应力检测电路一和G极驱动输出电路一连接，且三极管Q5的基极与发射极通过电阻R11连接后接入二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极通过R16接入R9与R5之间，所述二极管D5的阳极与R16连接，且二极管D5的阴极接入DS电压应力检测电路一的输出端；
当下桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将上桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低；当上桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将下桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低，用于控制上桥或下桥MOS管控制电路单独导通。
进一步地，所述DS电压应力检测电路二包括双二极管D2、二极管D8、双三极管Q2、电阻R3、R4、R8，所述双二极管D2中一个输入端通过电阻R8连接下桥MOS管的源极，双二极管D2中另一个输入端连接下桥MOS管的漏极，且双二极管D2的输出端与双三极管Q2的发射极连接，所述双三极管Q2的集电极与基极之间连接有电阻R3、R4、二极管D8。
进一步地，所述G极驱动输出电路二包括三极管Q11、Q8、Q4、Q10、二极管D10、电阻R6、R10、R14，所述二极管D10与电阻R14并联后一端连接下桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q11与Q8的发射极，所述三极管Q11、Q8的基极通过电阻R6接入三极管Q4与Q10的发射极，所述电阻R10的一端接入R6与三极管Q11、Q8的基极之间，所述三极管Q4与Q11的基极与DS电压应力检测电路二相连接。
由上述技术方案可知，本实用新型具有如下有益效果：
1、低成本，功能易实现；使用最基本的电阻、二极管和三极管搭建电路，相比专业芯片品牌的控制芯片方案，成本更低，可实现性强，可满足DC\DC变换器的大规模生产需求；
2、电路简单，受干扰影响小，适配性强；本方案不涉及芯片类器件，受电路板主功率布局和走线的影响小，在不同的电路板方案中均可使用，从而可以兼容绝大部分电路板的使用场景，兼容性高；
3、所有参数外置，便于调节；本方案所有电路均为基础元器件搭建而成，每一个器件的参数都可以进行调节，来适应恶劣场景的高效控制要求，相比于现有的控制芯片集成方案，可调节幅度更大，调节效果更优。
附图说明
图1为本实用新型整体电路图；
图2为本实用新型上桥MOS管控制电路图；
图3为本实用新型下桥MOS管控制电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种同步整流控制电路，包括上桥MOS管控制电路和下桥MOS管控制电路，上桥MOS管控制电路连接同步整流上桥MOS管，下桥MOS管控制电路连接同步整流下桥MOS管，具体为，上桥MOS管控制电路包括DS电压应力检测电路一、G极驱动输出电路一和上下桥驱动信号互锁电路；
DS电压应力检测电路一包括双二极管D1、二极管D3、双三极管Q1、电阻R1、R2、R7，双二极管D1中一个输入端通过电阻R7连接上桥MOS管的源极，双二极管D1中另一个输入端连接上桥MOS管的漏极，且双二极管D1的输出端与双三极管Q1的发射极连接，双三极管Q1的集电极与基极之间连接有电阻R1、R2、二极管D3。此电路专门用于检测方波信号；D1内部集成了两个二极管，使用这种双二极管器件可以保证两个二极管的一致性，同理，Q1内部集成了两个三极管，使用这种双三极管器件可以保证两个三极管的一致性。
G极驱动输出电路一包括三极管Q3、Q7、Q9、Q12、二极管D7、电阻R5、R9、R13，二极管D7与电阻R13并联后一端连接上桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q7与Q12的发射极，三极管Q7、Q12的基极通过电阻R5接入三极管Q3与Q9的发射极，电阻R9的一端接入R5与三极管Q7、Q12的基极之间，三极管Q3与Q9的基极与DS电压应力检测电路一相连接。R5、R13起限流电阻的作用，R9起静态下拉作用，可以防止三极管误导通，D7是快速关断二极管，可增加同步整流上桥MOS管的关断速度，Q3和Q9组成第一级推挽放大电路，可以增强A点电压的驱动能力，Q7和Q12组成第二级推挽放大电路，可以再次放大驱动电流，使得此电流可以应用在大功率MOS管的驱动中。
上下桥驱动信号互锁电路包括二极管D4、D5、三极管Q5、电阻R11、R16，三极管Q5的集电极与DS电压应力检测电路一和G极驱动输出电路一连接，且三极管Q5的基极与发射极通过电阻R11连接后接入二极管D4的阴极，二极管D4的阳极通过R16接入R9与R5之间，二极管D5的阳极与R16连接，且二极管D5的阴极接入DS电压应力检测电路一的输出端；
当下桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将上桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低；当上桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将下桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低，用于控制上桥或下桥MOS管控制电路单独导通。
下桥MOS管控制电路包括DS电压应力检测电路二和G极驱动输出电路二，DS电压应力检测电路二包括双二极管D2、二极管D8、双三极管Q2、电阻R3、R4、R8，双二极管D2中一个输入端通过电阻R8连接下桥MOS管的源极，双二极管D2中另一个输入端连接下桥MOS管的漏极，且双二极管D2的输出端与双三极管Q2的发射极连接，双三极管Q2的集电极与基极之间连接有电阻R3、R4、二极管D8。
G极驱动输出电路二包括三极管Q11、Q8、Q4、Q10、二极管D10、电阻R6、R10、R14，二极管D10与电阻R14并联后一端连接下桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q11与Q8的发射极，三极管Q11、Q8的基极通过电阻R6接入三极管Q4与Q10的发射极，电阻R10的一端接入R6与三极管Q11、Q8的基极之间，三极管Q4与Q11的基极与DS电压应力检测电路二相连接。
工作原理：在上桥MOS管控制电路中，S1、D1、G1分别是同步整流上桥MOS管的源极、漏极和栅极，上桥MOS管控制电路的关键电压点为A点，为便于说明，已在图2中标出；在下桥MOS管控制电路中，S2、D2、G2分别是同步整流下桥MOS管的源极、漏极和栅极，VDD则是外部给整个同步整流控制方案的供电电源；
以上桥MOS管控制电路为例，当同步整流上桥MOS管的G极驱动电压为高电平时，MOS管导通，同步整流上桥MOS管的D极电压为低电平；当同步整流上桥MOS管的G极驱动电压为低电平时，MOS管关断，同步整流上桥MOS管的D极电压为高电平。当同步整流MOS管正常工作时，S1和D1的信号波形为方波，S1保持为低电平，D1在低电平和高电平之间变换。在此控制电路中，当关键A点为低电平，此电路输出G1信号为低电平，即同步整流上桥MOS管不导通；当关键A点为高电平，此电路输出G1信号为高电平，即同步整流上桥MOS管导通；
在DS电压应力检测电路一中，S1保持为低电平，当D1极电压跟随变压器为高电平时，二极管D1中的下方二极管反向截止，此时VDD电压通过R2驱动三极管Q1，三极管Q1导通。三极管Q1导通使得A点电压被D1中的上方二极管和R7钳位在低电平，A点为低电平意味着此时上桥MOS管不导通，使D1极电压保持在高电平的状态；当D1极电压跟随变压器为低电平时，D1中的下方二极管正向导通，R2右侧电压被钳位至低电平，则此时三极管Q1截止，VDD通过电阻R1，使得A点电压变为高电平，A点为高电平意味着此时上桥MOS管导通，使D1极电压保持在低电平的状态。通过跟随变压器电压的输出，来实现同步整流上桥MOS管的导通或关断。
下桥MOS管控制电路的关键电压点为B点，已在图3中标出，若B点电压为高电平，则下桥MOS管控制电路的G2输出信号在两极推挽电路的作用下，也为高电平，下桥MOS管导通；若B点电压为低电平，则下桥MOS管控制电路的G2输出信号在两极推挽电路的作用下也为低电平，下桥MOS管关断。下桥MOS管控制电路与上桥MOS管控制电路的工作原理相同，故不做过多赘述。
上桥MOS管控制电路和下桥MOS管控制电路互为对称，互相补充，整体电路只允许上桥或下桥MOS管控制电路单独导通，符合同步整流控制的单边导通要求，实现了互锁保护防止上下桥直通的功能。
本电路通过上桥MOS管控制电路和下桥MOS管控制电路分别控制同步整流电路的上管和下管，通过两部分子电路的组合和协同工作，实现了同步整流电路的高效控制，且整体方案具有上下桥互锁防直通功能，可靠性高，可以应用于DC\DC变换器的同步整流输出方案中。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种同步整流控制电路，其特征在于，包括用于控制同步整流上桥MOS管导通或关闭的上桥MOS管控制电路，以及用于控制同步整流下桥MOS管导通或关闭的下桥MOS管控制电路，所述上桥MOS管控制电路连接同步整流上桥MOS管，所述下桥MOS管控制电路连接同步整流下桥MOS管，其中；
上桥MOS管控制电路，包括：
DS电压应力检测电路一，用于检测上桥MOS管的D极和S极电平后控制上桥MOS管的导通或关闭；
G极驱动输出电路一，用于检测上桥MOS管的G极电平后控制上桥MOS管的导通或关闭；
下桥MOS管控制电路，包括：
DS电压应力检测电路二，用于检测下桥MOS管的D极和S极电平后控制下桥MOS管的导通或关闭；
G极驱动输出电路二，用于检测下桥MOS管的G极电平后控制下桥MOS管的导通或关闭。
2.根据权利要求1所述的一种同步整流控制电路，其特征在于：所述DS电压应力检测电路一包括双二极管D1、二极管D3、双三极管Q1、电阻R1、R2、R7，所述双二极管D1中一个输入端通过电阻R7连接上桥MOS管的源极，双二极管D1中另一个输入端连接上桥MOS管的漏极，且双二极管D1的输出端与双三极管Q1的发射极连接，所述双三极管Q1的集电极与基极之间连接有电阻R1、R2、二极管D3。
3.根据权利要求2所述的一种同步整流控制电路，其特征在于：所述G极驱动输出电路一包括三极管Q3、Q7、Q9、Q12、二极管D7、电阻R5、R9、R13，所述二极管D7与电阻R13并联后一端连接上桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q7与Q12的发射极，所述三极管Q7、Q12的基极通过电阻R5接入三极管Q3与Q9的发射极，所述电阻R9的一端接入R5与三极管Q7、Q12的基极之间，所述三极管Q3与Q9的基极与DS电压应力检测电路一相连接。
4.根据权利要求3所述的一种同步整流控制电路，其特征在于：所述上桥MOS管控制电路还包括上下桥驱动信号互锁电路，上下桥驱动信号互锁电路包括二极管D4、D5、三极管Q5、电阻R11、R16，所述三极管Q5的集电极与DS电压应力检测电路一和G极驱动输出电路一连接，且三极管Q5的基极与发射极通过电阻R11连接后接入二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极通过R16接入R9与R5之间，所述二极管D5的阳极与R16连接，且二极管D5的阴极接入DS电压应力检测电路一的输出端；
当下桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将上桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低；当上桥MOS管控制电路的驱动电平为高，上下桥驱动信号互锁电路则会将下桥MOS管控制电路的驱动电平强行置低，用于控制上桥或下桥MOS管控制电路单独导通。
5.根据权利要求1所述的一种同步整流控制电路，其特征在于：所述DS电压应力检测电路二包括双二极管D2、二极管D8、双三极管Q2、电阻R3、R4、R8，所述双二极管D2中一个输入端通过电阻R8连接下桥MOS管的源极，双二极管D2中另一个输入端连接下桥MOS管的漏极，且双二极管D2的输出端与双三极管Q2的发射极连接，所述双三极管Q2的集电极与基极之间连接有电阻R3、R4、二极管D8。
6.根据权利要求5所述的一种同步整流控制电路，其特征在于：所述G极驱动输出电路二包括三极管Q11、Q8、Q4、Q10、二极管D10、电阻R6、R10、R14，所述二极管D10与电阻R14并联后一端连接下桥MOS管的栅极，另一端连接三极管Q11与Q8的发射极，所述三极管Q11、Q8的基极通过电阻R6接入三极管Q4与Q10的发射极，所述电阻R10的一端接入R6与三极管Q11、Q8的基极之间，所述三极管Q4与Q11的基极与DS电压应力检测电路二相连接。
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