JP2018516531A - 同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源 - Google Patents

同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源 Download PDF

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Abstract

同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源であって、上記方法は、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出し、且つ前記出力電流に基づき、第1駆動信号を生成し、同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号(100)を取得すること、得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号(200)を取得すること、及び前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器(300)を駆動することを含む。【選択図】図1

Description

本発明の実施例はスイッチング電源分野に関するが、これに制限されなく、特に同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源に関する。
通信電源の高電力密度及び高効率の需用を満たすために、同期整流技術はDC−DC電力コンバータに幅広く応用される。しかしながら、整流ダイオードはかなり大きい導通損失があるため、トランジスタからなる整流回路は整流ダイオードからなる回路を取り替える。整流ダイオードを使用する回路に対して、トランジスタを使用して整流する回路の損失がより低く、効率がより高く、同時に、トランジスタを制御する信頼性要求もより高く、駆動による干渉や誤動作等の異常を除去する必要があり、これらの異常は同期整流回路の同一のブリッジアームにおける上下スイッチトランジスタの同時導通を引き起こすことでスイッチトランジスタを損壊してしまい、関連技術においてよく使用される同期整流制御方法は、一般的に、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出し、前記出力電流に基づき、第1駆動信号を生成し、第1駆動信号によって同期整流回路における整流器の通断を駆動することを含む。
電流サンプリングディバイスを使用して変圧器ユニットの二次巻線における出力電流、即ち同期整流器の寄生ボディダイオードを流す電流を検出し、電流を通過すると検出した際に同期整流器を開く。しかしながら、電流検出回路は寄生パラメータを有し、出力電流の信号を遅延しやすく、導通及び切断信号の遅延が発生しやすく、同時に、出力電流の信号から変換された第1駆動信号にも遅延現象が存在し且つ電力回路の影響を受けやすくて干渉信号が存在し、これらの干渉信号の振幅は同期整流器のベース駆動電圧閾値を超えた後に、同期整流器の誤導通を引き起こし、更に同期整流器の直接導通を引き起こし、同期整流器を損壊してしまう。
以下は、本文で詳しく説明した主題の概要である。本概要は請求項の範囲を制限するためのものではない。
本発明の実施例は同期整流器の導通及び切断を正確に制御することができる同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源を提供する。
本発明の実施例は、同期整流器駆動方法を提供し、同期整流器回路における整流器を駆動することに用いられ、前記同期整流器駆動方法は、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出し、且つ前記出力電流に基づき、第1駆動信号を生成し、前記方法は、
同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得すること、
得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得すること、及び
前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動することを含む。
選択的に、前記変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得することは、
変圧器ユニットの二次巻線の両端の第1電圧及び第2電圧を検出し、前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することを含む。
選択的に、保護信号は第1電圧信号inputA及び第2電圧信号inputBを含み、
前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することは、第1電圧Vが第2電圧Vより大きい際に、第1電圧信号inputAがハイレベル信号であり、第2電圧信号inputBがローレベル信号であり、第1電圧Vが第2電圧Vより小さい際に、第1電圧信号inputAがローレベル信号であり、第2電圧信号inputBがハイレベル信号であることを含む。
選択的に、前記得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得することは、
第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果を第2駆動信号とすることを含む。
本発明の実施例は、同期整流器回路を更に提供し、前記同期整流器回路は、変圧器ユニット、電流サンプリングユニット、第1信号処理ユニット、駆動ユニット、及び同期整流器ユニットを備え、前記電流サンプリングユニットは、前記変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出するように設定され、前記第1信号処理ユニットは、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流に基づき、第1駆動信号を生成するように設定され、前記同期整流器回路は、保護ユニット及び第2信号処理ユニットを更に備え、
前記保護ユニットは、同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得するように設定され、
前記第2信号処理ユニットは、得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得するように設定され、
前記駆動ユニットは、前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動するように設定される。
選択的に、前記変圧器ユニットは1つまたは複数の変圧器を含み、各変圧器がいずれも1つまたは複数の二次巻線を含み、前記電流サンプリングユニットは第1計器用変成器及び整流回路を含み、
第1計器用変成器の一次側は第1二次巻線に直列接続され、前記第1二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、第1計器用変成器の二次側は整流回路に接続され、整流回路は第1計器用変成器が出力した電流信号に基づき第1電圧信号VRleft及び第2電圧信号VRrightを生成する。
選択的に、前記第1信号処理ユニットは第1比較回路を含み、前記第1駆動信号は第3電圧信号Vleft及び第4電圧信号Vrightを含み、
第1比較回路に基準電圧Vref1が設定され、第1比較回路は第1電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、前記第3電圧信号Vleftを取得し、第2電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、前記第4電圧信号Vrightを取得する。第3電圧信号Vleft及び第4電圧信号Vrightはいずれも方形波信号である。
選択的に、前記保護ユニットは電圧検出回路及び第2比較回路を含み、前記保護信号は第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを含み、
前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ第2二次巻線の両端に接続され、且つ検出された第7電圧信号V及び第8電圧信号Vを前記第2比較回路に供給し、前記第2二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、
前記第2比較回路は検出された第7電圧信号V及び第8電圧信号Vに基づき、第7電圧信号Vと第8電圧信号Vを比較し、第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを取得する。
選択的に、保護信号は第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを含み、
前記第2比較回路は、第7電圧信号Vが第8電圧信号Vより大きい際に、出力した第5電圧信号inputAがハイレベル信号であり、出力した第6電圧信号inputBがローレベル信号であり、第7電圧信号Vが第8電圧信号Vより小さい際に、出力した第5電圧信号inputAがローレベル信号であり、出力した第6電圧信号inputBがハイレベル信号であるように設定される。
選択的に、前記第2信号処理ユニットは、
第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果を第2駆動信号とし、第2駆動信号が第1駆動信号outputA及び第2駆動信号outputBを含み、
第3電圧信号Vleft及び第5電圧信号inputAに対してAND演算を実行し、第1駆動信号outputAを取得し、第4電圧信号Vright及び第6電圧信号inputBに対してAND演算を実行して、第2駆動信号outputBを取得するように設定される。
本発明の実施例は、スイッチング電源を更に提供し、前記スイッチング電源は上記のいずれか1つの同期整流器回路を備える。
関連技術と比べて、本発明の実施例による技術的解決手段は、同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得し、保護信号は変圧器ユニットの一次巻線におけるレベル反転に基づき同期反転を発生すること、得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得すること、及び前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動すること、を含む。関連技術において第1駆動信号のみによって同期整流器の導通及び切断を制御し、本発明の実施例において保護信号は同期に変圧器ユニットの一次巻線におけるレベル反転に基づき同期反転を発生することができるため、保護信号で第1駆動信号を修正した後に得られた第2駆動信号によって、第1駆動信号が遅延領域におけるハイレベルを除去し、それにより第1駆動信号におけるレベル反転の遅延現象を取り消すことにより、同期整流器の誤導通の発生を避け、更に同期整流器が損壊される現象を減少し、同期整流器回路の性能を向上させ、同期整流器回路を含むスイッチング電源の性能を改善する。
図面及び詳しい説明を読んで理解した後に、その他の態様を分かることができる。
図1は、本発明の実施例1による同期整流器駆動方法を示すフローチャートである。 図2は、本発明の実施例2による同期整流器回路を示すブロック図である。 図3Aは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図3Bは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図3Cは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図3Dは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図3Eは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図3Fは、本発明の実用的な実施例による同期整流器回路を示す回路構造図である。 図4Aは、本発明の実用実施例による整流回路を示す回路構造図である。 図4Bは、本発明の実用実施例による第1比較回路を示す回路構造図である。 図4Cは、本発明の実用実施例による電圧検出回路を示す回路構造図である。 図4Dは、本発明の実用実施例による第2比較回路を示す回路構造図である。 図4Eは、本発明の実用実施例によるインターロッキング回路を示す回路構造図である。 図5は、上記同期整流器回路における複数の信号の対比模式図である。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。なお、矛盾が生じない場合に、本出願における実施例及び実施例における様々な方式を互いに組わせることができる。
実施例1
図1を参照して、本発明の実施例は、同期整流器駆動方法を提供し、同期整流器回路における整流器を駆動することに用いられ、前記同期整流器回路は変圧器ユニットを備え、前記同期整流器駆動方法は、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出し、且つ前記出力電流に基づき、第1駆動信号を生成することを含み、前記方法は、ステップ100〜ステップ300を含む。
ステップ100、変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得し、
前記保護信号は変圧器ユニットの一次巻線におけるレベル反転に基づき同期反転を発生し、
前記変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得することは、
変圧器ユニットの二次巻線の両端の第1電圧及び第2電圧を検出し、前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することを含む。
前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することは、保護信号が電圧信号inputA及び電圧信号inputBを含み、第1電圧Vが第2電圧Vより大きい際に、電圧信号inputAがハイレベル信号であり、電圧信号inputBがローレベル信号であり、第1電圧Vが第2電圧Vより小さい際に、電圧信号inputAがローレベル信号であり、電圧信号inputBがハイレベル信号であることを含む。
ステップ200、前記第1駆動信号及び前記保護信号(得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正する)に基づき、前記第2駆動信号を取得することは、
第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果を第2駆動信号とすることを含む。
ステップ300、前記第2駆動信号に基づき、同期整流回路における整流器を駆動する。
実施例2
上記の実施例と同じまたは類似の構想に基づいて、本発明の実施例は、同期整流器回路を更に提供し、図2は、本発明の実施例による同期整流器回路を示すブロック図であり、図2に示すように、本発明の実施例による同期整流器回路は、変圧器ユニット10、電流サンプリングユニット20、第1信号処理ユニット30、保護ユニット40、第2信号処理ユニット50、駆動ユニット60、及び同期整流器ユニット70を備え、
電流サンプリングユニット20は、変圧器ユニット10の二次巻線における出力電流を検出するように設定され、
第1信号処理ユニット30は、変圧器ユニット10の二次巻線における出力電流に基づき、第1駆動信号を生成するように設定され、
保護ユニット40は、同期整流器回路における変圧器ユニット10の二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得するように設定され、
第2信号処理ユニット50は、得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得するように設定され、
駆動ユニット60は、前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動するように設定される。
前記保護信号は変圧器ユニット10の一次巻線におけるレベル反転に基づき同期反転を発生する。
同期整流器ユニット70における同期整流器は変圧器ユニット10の二次巻線に接続される。
本発明の実施例において、変圧器ユニット10は1つまたは複数の変圧器を含み、各変圧器がいずれも1つまたは複数の二次巻線を含み、前記電流サンプリングユニット20は第1計器用変成器及び整流回路を含み、
第1計器用変成器の一次側は第1二次巻線に直列接続され、前記第1二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、第1計器用変成器の二次側は整流回路に接続され、整流回路は第1計器用変成器が出力した電流信号に基づき電圧信号VRleft及びVRrightを生成する。
本発明の実施例において、前記第1信号処理ユニット30は第1比較回路を含み、前記第1駆動信号は電圧信号Vleft及びVrightを含み、
第1比較回路に基準電圧Vref1が設定され、第1比較回路は電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vleftを取得し、電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vrightを取得する。電圧信号Vleft及びVrightはいずれも方形波信号である。
本発明の実施例において、前記保護ユニット40は電圧検出回路及び第2比較回路を含み、前記保護信号は電圧信号inputA及びinputBを含み、
前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ第2二次巻線の両端に接続され、且つ検出された電圧信号V及びVを前記第2比較回路に供給し、前記第2二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、
前記第2比較回路は検出された電圧信号V及びVに基づき、電圧信号VとVを比較して、電圧信号inputA及びinputBを取得する。前記第2比較回路は、電圧信号V(上記方法における前記第1電圧V)が電圧信号V(上記方法における前記第2電圧V)より大きい際に、出力した電圧信号inputAがハイレベル信号であり、出力した電圧信号inputBがローレベル信号であり、電圧信号Vが電圧信号Vより小さい際に、出力した電圧信号inputAがローレベル信号であり、出力した電圧信号inputBがハイレベル信号であるように設定される。
本発明の実施例において、前記第2信号処理ユニットは、
第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果を第2駆動信号とし、第2駆動信号が駆動信号outputA及び駆動信号outputBを含むように設定され、
電圧信号Vleft及び電圧信号inputAに対してAND演算を実行し、駆動信号outputAを取得し、電圧信号Vright及び電圧信号inputBに対してAND演算を実行し、駆動信号outputBを取得する。
以下でアプリケーションのシナリオを結合して説明する。
実用例1
図3Aを参照して、上記実施例に挙げられた同期整流器回路に基づいて、本実施例は同期整流器回路を提供する。図3Aに示すように、同期整流器回路において、前記変圧器ユニット10は1つの変圧器T1を含み、変圧器T1は1つの二次巻線を含み、同期整流器ユニット70は4つの同期整流器を含み、それぞれ整流器SR1、SR2、SR3及びSR4であり、SR1及びSR3は同一のブリッジアームに位置し、SR2及びSR4は同一のブリッジアームに位置する。
前記電流サンプリングユニット20は第1計器用変成器(本例において変流器T2である)及び整流回路を含み、変流器T2の一次側は変圧器T1の二次巻線に直列接続され、変流器T2の二次側は整流回路に接続される。変流器T2は変圧器T1の二次巻線に直列接続された後にフルブリッジ同期整流器SR1のソースに接続され、変流器T2の一次側が検出した電流は交流電流信号であり、変流器T2の二次側の両端は整流回路に接続される。整流回路は第1計器用変成器T2が出力した電流信号に基づき電圧信号VRleft及びVRrightを生成する。
第1比較回路(本例において比較回路1である)に基準電圧Vref1が設定され、第1比較回路は電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vleftを取得し、電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vrightを取得する。電圧信号Vleft及びVrightはいずれも方形波信号である。
保護ユニット40は電圧検出回路及び第2比較回路を含み(本例において比較回路2である)、前記保護信号は電圧信号inputA及びinputBである。前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ第2二次巻線の両端に接続され、電圧検出回路はそれぞれ同期整流器SR1のソースA点と同期整流器SR4のドレインB点が接地する電圧を検出し、電圧信号V及びVを取得し、電圧検出回路は検出された電圧信号V及びVを比較回路2に供給し、前記第2比較回路は検出された電圧信号V及びVに基づき、電圧信号VとVを比較し、電圧信号inputA及びinputB(保護信号)を取得する。
前記第1電圧と第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することは、保護信号は電圧信号inputA及びinputBを含み、電圧信号Vが電圧信号Vより大きい際に、inputAがハイレベル信号であり、inputBがローレベル信号であり、電圧信号Vが電圧信号Vより小さい際に、inputAがローレベル信号であり、inputBがハイレベル信号である。
第2信号処理ユニット50(本例においてインターロッキング回路である)は、前記第1駆動信号及び前記保護信号に基づき、前記第2駆動信号(outputA及びoutputB信号)を取得するように設定される。Vleft 及びVrightはインターロッキング回路によってそれぞれ保護信号inputA及びinputBに対して論理「AND」演算処理を実行し、outputA及びoutputB信号を生成する。
駆動ユニット60(本例において駆動回路である)は、前記第2駆動信号に基づき、前記同期整流器ユニット70におけるすべての整流器を駆動するように設定される。Vleft信号は変換された後に最終的に同期整流器SR1とSR4のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1、SR4)に対応し、つまり、outputA信号を変換して、V(SR1、SR4)を取得し、V(SR1、SR4)は同期整流器SR1及びSR4を駆動することに用いられ、Vright信号は変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR3のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR3)に対応し、つまり、outputB信号を変換して、V(SR2、SR3)を取得し、V(SR2、SR3)は同期整流器SR2及びSR3を駆動することに用いられる。
実用例2
図3Bを参照して、上記の実施例に挙げられた同期整流器回路と同じまたは類似の構想に基づいて、本実施例は、同期整流器回路を提供する。図3Bに示すように、同期整流器回路において、前記変圧器ユニット10は1つの変圧器T1を含み、各変圧器がいずれも2つの二次巻線を含み、それぞれIS12及びIS13であり、2つの巻線IS12及びIS13は並列接続関係であり、各二次巻線はそれぞれ1つのフルブリッジ同期整流回路に接続される。同期整流器ユニット70は8つの同期整流器を含み、それぞれ整流器SR1、SR2、SR3、SR4、SR5、SR6、SR7及びSR8であり、SR1及びSR3が同一のブリッジアームに位置し、SR2及びSR4が同一のブリッジアームに位置し、SR5及びSR6が同一のブリッジアームに位置し、SR7及びSR8が同一のブリッジアームに位置する。
前記電流サンプリングユニット20は第1計器用変成器(本例において変流器T2である)及び整流回路を含み、変流器T2の一次側は変圧器T1の二次巻線IS12に直列接続され、変流器T2の二次側は整流回路に接続される。変流器T2は変圧器T1の二次巻線IS12に直列接続された後にフルブリッジ同期整流器SR1のソースに接続され、変流器T2の二次側の両端は整流回路に接続される。整流回路は第1計器用変成器T2が出力した電流信号に基づき電圧信号VRleft及びVRrightを生成する。
第1比較回路(本例において比較回路1である)に基準電圧Vref1が設けられ、第1比較回路は電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vleftを取得し、電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vrightを取得する。電圧信号Vleft及びVrightはいずれも方形波信号である。
保護ユニット40は電圧検出回路及び第2比較回路を含み(本例において比較回路2である)、前記保護信号は電圧信号inputA及び電圧信号inputBである。前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ二次巻線IS13の両端に接続され、電圧検出回路はそれぞれ同期整流器SR5のソースA点と同期整流器SR8のドレインB点が接地する電圧を検出し、電圧信号V及びVを取得し、電圧検出回路は検出された電圧信号V及びVを比較回路2に供給し、前記第2比較回路は検出された電圧信号V及びVに基づき、電圧信号V及びVを比較し、保護信号(電圧信号inputA及び電圧信号inputB)を取得する。
本実施例において、Vleft信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR1、SR4、SR5、SR8のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1、SR4、SR5、SR8)に対応し、Vright信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR3、SR6、SR7のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR3、SR6、SR7)に対応する。
本実施例において、変流器は二次巻線IS12に直列接続され、電圧検出回路は二次巻線IS13に並列接続され、なお、変流器及び電圧検出回路は同一のフルブリッジ同期整流回路に位置する方式によって実現されることもでき、つまり、変流器と電圧検出回路とはいずれも同一の二次巻線IS12に接続され、或いは変流器と電圧検出回路とはいずれも同一の二次巻線IS13に接続される。
実用例3
図3Cを参照し、上記の実施例に挙げられた同期整流器回路と同じまたは類似の構想に基づいて、本実施例は、同期整流器回路を提供する。図3Cに示すように、同期整流器回路において、前記変圧器ユニット10は変圧器T1及びT2を含み、変圧器T1及びT2の一次巻線は直列接続関係であり、各変圧器はいずれも1つの二次巻線を含み、変圧器T1に対応する二次巻線が二次巻線IS12であり、変圧器T2に対応する二次巻線が二次巻線IS13であり、各二次巻線はそれぞれ1つのフルブリッジ同期整流回路に接続される。同期整流器ユニット70は8つの同期整流器を含み、それぞれ整流器SR1、SR2、SR3、SR4、SR5、SR6、SR7及びSR8であり、SR1とSR3とは同一のブリッジアームに位置し、SR2とSR4とは同一のブリッジアームに位置し、SR1、SR2、SR3、及びSR4からなる同期整流器ユニット70は二次巻線IS12に接続され、SR5とSR6とは同一のブリッジアームに位置し、SR7とSR8とは同一のブリッジアームに位置し、SR5、SR6、SR7及びSR8からなる同期整流器ユニット70は二次巻線IS13に接続される。
前記電流サンプリングユニット20は第1計器用変成器(本例において変流器T2である)及び整流回路を含み、変流器T2の一次側は変圧器T1の二次巻線IS12に直列接続され、変流器T2の二次側は整流回路に接続される。変流器T2は変圧器T1の二次巻線IS12に直列接続された後にフルブリッジ同期整流器SR1のソースに接続され、変流器T2の二次側の両端は整流回路に接続される。整流回路は第1計器用変成器T2が出力した電流信号に基づき電圧信号VRleft及びVRrightを生成する。
第1比較回路(本例において比較回路1である)に基準電圧Vref1が設定され、第1比較回路は電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vleftを取得し、電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、電圧信号Vrightを取得する。電圧信号Vleft及びVrightはいずれも方形波信号である。
保護ユニット40は電圧検出回路及び第2比較回路を含み(本例において比較回路2である)、前記保護信号は電圧信号inputA及びinputBである。前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ二次巻線IS13の両端に接続され、電圧検出回路はそれぞれ同期整流器SR5のソースA点と同期整流器SR8のドレインB点が接地する電圧を検出し、電圧信号V及びVを取得し、電圧検出回路は検出された電圧信号V及びVを比較回路2に供給し、前記第2比較回路は検出された電圧信号V及びVに基づき、電圧信号V及びVを比較し、電圧信号inputA及びinputB(保護信号)を取得する。
本実施例において、Vleft信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR1、SR4、SR5、SR8のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1、SR4、SR5、SR8)に対応し、Vright信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR3、SR6、SR7のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR3、SR6、SR7)に対応する。
2つの変圧器T1及びT2を直列接続して使用することによって、同じ電力出力を実現する場合に、図3Aにおける同期整流器回路の構造に対して、本例において、単一の変圧器が担う電力は小さくなるため、変圧器のタイプ選択がより柔軟であり、同時に図1の同期整流器ユニット70に対して、本例において8つの同期整流器によって同期整流を実現し、単一の同期整流器の電力が減少し、効率がより高く、同時にタイプ選択がより柔軟であり、上記の要素をまとめ、同期整流器回路の効率が高くなる。
本実施例において、変流器は二次巻線IS12に直列接続され、電圧検出回路は二次巻線IS13に並列接続され、なお、変流器及び電圧検出回路は同一のフルブリッジ同期整流回路に位置する方式によって実現されることもでき、つまり、変流器と電圧検出回路とはいずれも同一の二次巻線IS12に接続され、或いは変流器と電圧検出回路とはいずれも同一の二次巻線IS13に接続される。
実用例4
図3Dを参照し、上記の実施例に挙げられた同期整流器回路と同じまたは類似の構想に基づいて、本実施例は、同期整流器回路を提供する。本実施例による同期整流器回路と図3Aに示す同期整流器回路との区別は本実施例による同期整流器回路は1つの全波倍電圧同期整流回路である。
図3Dに示すように、同期整流器回路において、前記変圧器ユニット10は1つの変圧器T1を含み、変圧器T1が1つの二次巻線を含み、同期整流器ユニット70は2つの同期整流器SR1、SR2及び2つのコンデンサC1、C2を含む。
前記電流サンプリングユニット20は第1計器用変成器(本例において変流器T2である)及び整流回路を含み、変流器T2の一次側は変圧器T1の二次巻線に直列接続され、変流器T2の二次側は整流回路に接続される。変流器T2は変圧器T1の二次巻線に直列接続された後にフルブリッジ同期整流器SR1のソースに接続され、変流器T2の一次側が検出した電流は交流電流信号であり、変流器T2の二次側の両端は整流回路に接続される。整流回路は第1計器用変成器T2が出力した電流信号に基づき電圧信号VRleft及びVRrightを生成する。
保護ユニット40は電圧検出回路及び第2比較回路を含み(本例において比較回路2である)、前記保護信号は電圧信号inputA及び電圧信号inputBである。前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ第2二次巻線の両端に接続され、電圧検出回路はそれぞれ同期整流器SR1のソースA点が接地する電圧及びコンデンサC2の両端の電圧を検出し、電圧信号V及びVを取得し、電圧検出回路は検出された電圧信号V及びVを比較回路2に供給し、前記第2比較回路は検出された電圧信号V及びVに基づき、電圧信号V及びVを比較し、電圧信号inputA及び電圧信号inputB(保護信号)を取得する。
駆動ユニット60(本例において駆動回路である)は、前記第2駆動信号に基づき、前記同期整流器ユニット70におけるすべての整流器を駆動するように設定される。Vleft信号が変換された後に最終的に同期整流器SR1のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1)に対応し、つまり、outputA信号を変換してV(SR1)を取得し、V(SR1)は同期整流器SR1を駆動することに用いられ、Vright信号が変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR3のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR3)に対応し、つまり、outputB信号を変換してV(SR2)を取得し、V(SR2)は同期整流器SR2を駆動することに用いられる。
実用例5
図3Eを参照し、上記の実施例に挙げられた同期整流器回路と同じまたは類似の構想に基づいて、本実施例は、同期整流器回路を提供する。本実施例による同期整流器回路と図3Dに示す同期整流器回路との区別は本実施例による同期整流器回路において、主変圧器T1の二次側に2つの上巻線が接続され、該2つの巻線は並列接続関係であり、各二次巻線はそれぞれ1つの全波倍電圧同期整流回路に接続される。
図3Eに示すように、電流サンプリングディバイスである変流器T2は第1全波倍電圧同期整流回路に接続され、電圧検出回路は第2全波倍電圧同期整流回路における二次巻線の両端の電圧を検出する。
本実施例におけるVleft信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR1、SR3のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1、SR3)に対応し、Vright信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR4のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR4)に対応する。
本実施例も変流器及び電圧検出回路が同一の全波倍電圧同期整流回路に位置する方式によって実現することができる。
本実施例において、主変圧器T1の二次側に2つ以上の二次巻線が接続されることもでき、これらの巻線の間は並列接続関係であり、各二次巻線はそれぞれ1つの全波倍電圧同期整流回路に接続され、電流サンプリング及び電圧検出は同一の全波倍電圧同期整流回路内に位置することができ、それぞれ2つの全波倍電圧同期整流回路に位置してもよい。
実用例6
図3Fを参照して、上記の実施例に挙げられた同期整流器回路と同じまたは類似の構想に基づいて、本実施例は、同期整流器回路を提供する。本実施例による同期整流器回路と図3Dに示す同期整流器回路との区別は本実施例による同期整流器回路において、2つの主変圧器を有し、それぞれ主変圧器T1及び主変圧器T3であり、2つの主変圧器の二次側にそれぞれ1つの全波倍電圧同期整流回路が接続され、2つの主変圧器の一次巻線は直列関係である。
図3Fに示すように、電流サンプリングディバイスである変流器T2は第1全波倍電圧同期整流回路に接続され、電圧検出回路は第2全波倍電圧同期整流回路における二次巻線の両端の接地電圧を検出する。
本実施例において、Vleft信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR1、SR3のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR1、SR3)に対応し、Vright信号は回路変換された後に最終的に同期整流器SR2、SR4のベースとソースとの間の駆動電圧信号V(SR2、SR4)に対応する。
本実施例も変流器及び電圧検出回路が同一のフルブリッジ整流回路に位置する方式によって実現することができる。
本発明の実施例において、電流サンプリングユニット20における電流サンプリングディバイスに使用されるのは変流器であり、その他の方式で二次巻線の電流信号を検出してもよく、例えば、二次巻線に1つの抵抗が直列接続され、二次巻線の電流信号の検出を実現することもできる。
本発明の実施例において、変圧器ユニット10における変圧器の数は2つ以上であってよく、これらの主変圧器の一次巻線の間にいずれも直列接続関係であり、各主変圧器の二次巻線はそれぞれ1つの全波倍電圧同期整流回路に接続され、電流サンプリングユニット20と電圧検出回路とは同一のフルブリッジ同期整流回路内に設定されてよく、それぞれ異なる2つのフルブリッジ同期整流回路に設定してもよい。
実用例7
図4Aを参照し、本実施例による整流回路の回路構造図は、図4Aに示すように、変流器T2の二次IS11側は同時に整流ダイオードD1の陽極及び整流ダイオードD4の陰極に接続され、変流器T2の二次IS12側は同時に整流ダイオードD2の陰極及び整流ダイオードD3の陽極に接続され、ダイオードD1の陰極とダイオードD2の陽極との間に検出抵抗R1が接続され、ダイオードD3の陰極とダイオードD4の陽極との間に検出抵抗R2が接続され、ダイオードD2及びD4の陽極は同時にグランド信号に接続され、ダイオードD1の陰極とグランドとの間にVRright信号を発生し、ダイオードD3の陰極とグランドとの間にVRleft信号を発生する。
実用例8
図4Bを参照して、本実施例による第1比較回路の回路構造図は、図4Bに示すように、VRleft信号はコンパレータ1の入力「+」端に接続され、VRright信号はコンパレータ2の入力「+」端に接続され、Vref1信号は同時にコンパレータ1及びコンパレータ2の「-」端に接続され、コンパレータ1の出力信号はVleft信号であり、コンパレータ2の出力信号はVright信号である。
実用例9
図4Cを参照し、本実施例による電圧検出回路の回路構造図は、図4Cに示すように、検出抵抗R3とR4とは直列接続された後にA点とグランド信号との間に接続され、検出抵抗R5とR6とは直列接続された後にB点とグランド信号との間に接続され、検出抵抗R3とR4との接続点にV信号を生成し、検出抵抗R5とR6の接続点にV信号を生成する。
実用例10
図4Dを参照し、本実施例による第2比較回路の回路構造図は、図4Dに示すように、V信号が同時にコンパレータ1の入力「−」端及びコンパレータ2の入力「+」端に接続され、V信号が同時にコンパレータ1の入力「+」端及びコンパレータ2の入力「−」端に接続され、コンパレータ1の出力端信号はinputBであり、コンパレータ2の出力端信号はinputAである。
実用例11
図4Eを参照し、本実施例によるインターロッキング回路の回路構造図は、図4Eに示すように、インターロッキング回路は2つのANDゲートを含み、信号inputA及び信号VrightはそれぞれANDゲート1の2つの入力端に接続され、信号inputBと信号VleftとはそれぞれANDゲート2の2つの入力端に接続され、ANDゲート1の出力端信号はoutputAであり、ANDゲート2の出力端信号はoutputBである。
以下、図3Aに示す同期整流器回路を結合して、主変圧器T1の二次電流の1つの正弦電流周期を例として回路の作動過程を分析する。図5を参照し、上記同期整流器回路における複数の信号の対比模式図である。図5に示すように、主変圧器の二次側電流Iは二次側のドット端末から流れ出し、電流Iは正の半周で零から増長し、整流回路の出力電圧VRleftは基準電圧Vref1より低い際に、Vleft信号がローレベル信号であり、同期整流器SR1及びSR4は駆動電圧がなく、電流IはSR1及びSR4のボディ内寄生ダイオードによって流れ、電流Iが一定の値まで増加する際に、整流回路の出力電圧VRleftは基準電圧Vref1より高い際に、Vleft信号がハイレベル信号であり、この時、該ハイレベルのタイプは駆動回路によって同期整流器SR1及びSR4の導通を駆動し、電流信号Iが次第に零に減少する際に、整流回路の出力電圧VRleftは基準電圧Vref1より小さい場合に、Vleft信号がローレベル信号であり、同期整流器SR1及びSR4を切断する。
主変圧器電流Iは正の半周から負の半周まで変化した後に、整流回路の出力電圧VRrightは基準電圧Vref1より小さい際に、Vright信号がローレベル信号であり、同期整流器SR2及びSR3に駆動電圧がなく、電流IはSR2及びSR3のボディ内寄生ダイオードによって流れ、電流Iが一定の値まで増加する際に、整流回路の出力電圧VRrightは基準電圧Vref1より高い場合に、Vright信号がハイレベル信号になり、この時、該ハイレベルのタイプは駆動回路によって同期整流器SR2及びSR3の導通を駆動し、電流信号Irightは次第に零に減少する際に、整流回路の出力電圧VRrightは基準電圧Vref1より低い場合に、Vright信号がローレベル信号であり、同期整流器SR2及びSR3を切断する。
しかし、信号処理回路1に遅延現象が存在するため、変流器の一次電流が零に降下した際に、コンパレータ1とコンパレータ2の出力信号VleftやVrightにもヒステリシス遅延が存在し、図5におけるVleft及びVright信号の点線で示される。Vleft及びVrightにおいて、この遅延信号を処理しなければ同一のブリッジアームにおける同期整流器SR1及びSR3又はSR2及びSR4を同時に導通させ直接導通現象を発生してしまい、直接導通は同期整流器の損壊を引き起こす。
本発明の実施例は電圧検出回路を利用して図におけるA点及びB点が接地する電圧V及びVを検出し、変圧器の二次側で電流Iが正であり、変圧器の二次側のドット端末から流れ出す際に、A点接地電圧VはB点接地電圧Vより高く、コンパレータ3の出力inputBはローレベルであり、コンパレータ4の出力inputAはハイレベルであり、電流は正の半周から負の半周まで変換する際に、A点接地電圧VはB点接地電圧Vより低く、コンパレータ3の出力inputBはローレベルからハイレベルまで変化し、コンパレータ4の出力inputAはハイレベルからローレベルに変化し、変圧器の二次電流に遅延が発生しないため、inputA及びinputB信号は変圧器の一次電流のゼロ交差に伴って正確に反転し、波形を図5に示す。
インターロッキング回路はinputA及びinputBをそれぞれVleft 及びVrightと「AND」操作し、inputA及びinputBは正確で遅延が発生しないため、Vleft及びVrightに遅延が発生してVleftとVrightが同時にハイレベルである時点があるとしても、図5における網掛け領域に示すように、inputA及びinputBをそれぞれVleft及びVrightと「AND」操作した後に、出力信号outputA及びoutputB信号は関連技術における同時にハイレベルである領域がなく、このように、outputA信号を使用して同期整流器SR1、SR4の導通を駆動し、outputB信号は同期整流器SR2、SR3の導通を駆動して同一のブリッジアームにおける2つのスイッチトランジスタの同時導通を発生しなく、同期整流器の損壊を避ける。
上記の実施例と同じまたは類似の構想に基づいて、本発明の実施例はスイッチング電源を更に提供し、前記スイッチング電源は上記実施例によるいずれか1つの同期整流器回路を含む。
本発明の実施例において保護信号は同期に変圧器ユニットの一次巻線におけるレベル反転に基づき同期反転を発生することができるため、保護信号で第1駆動信号を修正した後に得られた第2駆動信号によって、第1駆動信号が遅延領域におけるハイレベルを除去し、それにより第1駆動信号におけるレベル反転の遅延現象を取り消すことにより、同期整流器の誤導通の発生を避け、更に同期整流器が損壊される現象を減少し、同期整流器回路の性能を向上させ、同期整流器回路を含むスイッチング電源の性能を改善する。

Claims (11)

  1. 同期整流器回路における整流器を駆動することに用いられ、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出し、且つ前記出力電流に基づき、第1駆動信号を生成することを含む同期整流器駆動方法であって、前記方法は、
    同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得すること、
    得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得すること、及び
    前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動することを含むことを特徴とする同期整流器駆動方法。
  2. 前記変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得することは、
    変圧器ユニットの二次巻線の両端の第1電圧及び第2電圧を検出し、前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することを含む請求項1に記載の同期整流器駆動方法。
  3. 保護信号は第1電圧信号inputA及び第2電圧信号inputBを含み、
    前記第1電圧及び第2電圧の比較結果に基づき、前記保護信号を取得することは、第1電圧Vが第2電圧Vより大きい際に、第1電圧信号inputAがハイレベル信号であり、第2電圧信号inputBがローレベル信号であり、第1電圧Vが第2電圧Vより小さい際に、第1電圧信号inputAがローレベル信号であり、第2電圧信号inputBがハイレベル信号である請求項2に記載の同期整流器駆動方法。
  4. 前記得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得することは、
    第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果を第2駆動信号とすることを含む請求項2に記載の同期整流器駆動方法。
  5. 変圧器ユニット、電流サンプリングユニット、第1信号処理ユニット、駆動ユニット、及び同期整流器ユニットを備え、前記電流サンプリングユニットは、前記変圧器ユニットの二次巻線における出力電流を検出するように設定され、前記第1信号処理ユニットは、変圧器ユニットの二次巻線における出力電流に基づき、第1駆動信号を生成するように設定される同期整流器回路であって、前記同期整流器回路は、保護ユニット及び第2信号処理ユニットを更に備え、
    前記保護ユニットは、同期整流器回路における変圧器ユニットの二次巻線の電圧信号に基づき、保護信号を取得するように設定され、
    前記第2信号処理ユニットは、得られた保護信号を利用して前記第1駆動信号を修正して第2駆動信号を取得するように設定され、
    前記駆動ユニットは、前記第2駆動信号に基づき同期整流回路における整流器を駆動するように設定されることを特徴とする同期整流器回路。
  6. 前記変圧器ユニットは1つまたは複数の変圧器を含み、各変圧器がいずれも1つまたは複数の二次巻線を含み、前記電流サンプリングユニットは第1計器用変成器及び整流回路を含み、
    第1計器用変成器の一次側は第1の二次巻線に直列接続され、前記第1の二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、第1計器用変成器の二次側は整流回路に接続され、整流回路は第1計器用変成器が出力した電流信号に基づき第1電圧信号VRleft及び第2電圧信号VRrightを生成する請求項5に記載の同期整流器回路。
  7. 前記第1信号処理ユニットは第1比較回路を含み、前記第1駆動信号は第3電圧信号Vleft及び第4電圧信号Vrightを含み、
    第1比較回路に基準電圧Vref1が設定され、第1比較回路は第1電圧信号VRleftと基準電圧Vref1を比較することによって、前記第3電圧信号Vleftを取得し、第2電圧信号VRrightと基準電圧Vref1を比較することによって、前記第4電圧信号Vrightを取得し、第3電圧信号Vleft及び第4電圧信号Vrightはいずれも方形波信号である請求項6に記載の同期整流器回路。
  8. 前記保護ユニットは電圧検出回路及び第2比較回路を含み、前記保護信号は第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを含み、
    前記電圧検出回路の入力端はそれぞれ第2の二次巻線の両端に接続され、且つ検出された第7電圧信号V及び第8電圧信号Vを前記第2比較回路に供給し、前記第2の二次巻線はいずれか1つの変圧器に対応する二次巻線の中の1つであり、
    前記第2比較回路は検出された第7電圧信号V及び第8電圧信号Vに基づき、第7電圧信号Vと第8電圧信号Vを比較し、第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを取得する請求項6に記載の同期整流器回路。
  9. 保護信号は第5電圧信号inputA及び第6電圧信号inputBを含み、
    前記第2比較回路は、第7電圧信号Vが第8電圧信号Vより大きい際に、出力した第5電圧信号inputAがハイレベル信号であり、出力した第6電圧信号inputBがローレベル信号であり、第7電圧信号Vが第8電圧信号Vより小さい際に、出力した第5電圧信号inputAがローレベル信号であり、出力した第6電圧信号inputBがハイレベル信号であるように設定される請求項8に記載の同期整流器回路。
  10. 前記第2信号処理ユニットは、
    第1駆動信号及び保護信号に対してAND演算を実行し、AND演算の結果は第2駆動信号とされ、第2駆動信号は第1駆動信号outputA及び第2駆動信号outputBを含み、
    第3電圧信号Vleft及び第5電圧信号inputAに対してAND演算を実行して、第1駆動信号outputAを取得し、第4電圧信号Vright及び第6電圧信号inputBに対してAND演算を実行して、第2駆動信号outputBを取得するように設定される請求項8に記載の同期整流器回路。
  11. 請求項5〜10のいずれか一項に記載の同期整流器回路を備えるスイッチング電源。
JP2017562250A 2015-06-01 2015-10-26 同期整流器駆動方法、同期整流器回路及びスイッチング電源 Active JP6541280B2 (ja)

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