TW201406030A - 同步整流裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本案係關於一種同步整流裝置及其控制方法，該裝置包括：變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；原邊電路，電性耦接於原邊繞組；整流電路，電性耦接於副邊繞組；自驅動電路，電性耦接於整流電路，以輸出自驅動信號；脈寬調制控制電路，電性耦接於原邊電路，輸出切換控制信號和輔助控制信號；以及輔助控制模組，包括輔助控制電路和輔助繞組，輔助控制電路包括輔助開關，電性耦接於脈寬調制控制電路和變壓器；在切換控制信號控制切換開關導通前，輔助控制信號控制輔助開關導通，藉由自驅動信號控制同步整流管關斷。藉此可保證直流變換電源的效率。

Description

同步整流裝置及其控制方法
本發明涉及直流變換（DC-DC）電源領域，特別涉及一種同步整流裝置及其控制方法。
隨著科學技術的不斷進步，DC-DC電源朝著高效率、高功率密度、高可靠性、高輸出電流和低成本的方向發展。由於低壓功率場效應晶體管（MOSFET）具有很小的導通電阻，電流經過時的電壓降很小，因此可以代替二極管作爲整流器件，這大大提高了DC-DC電源的效率。在使用功率MOSFET作整流器件時，其栅源極電壓的相位必須與被整流電壓的相位保持一致，才能完成整流功能，因此稱爲同步整流。同步整流由於低導通損耗在低電壓大電流的DC-DC電源産品中得到了廣泛應用。
根據驅動方式的不同，同步整流可以分爲外驅動同步整流和自驅動同步整流。其中，外驅動同步整流是指整流管的驅動信號直接來源於外部的電路，例如，脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）控制電路。外驅動同步整流可以實現更好的同步驅動信號的波形和時序，但PWM控制電路設置在原邊側，輸出同步驅動信號至副邊側，以驅動輸出端的整流管，此時需要用到隔離器件，從而增加了元件的數量，提高了成本。自驅動同步整流是指將變壓器或輸出電感輸出的電壓進行適當處理後驅動整流管。自驅動同步整流以其元件數量少、結構簡單和成本低等優點而被大量應用。
如圖1所示，傳統的自驅動同步整流裝置包括具有切換開關的原邊電路、PWM控制電路、具有原邊繞組Wp和副邊繞組Ws的變壓器、具有至少一整流管的整流電路、濾波電路以及自驅動電路。其中，原邊電路電性耦接於變壓器的原邊繞組Wp和PWM控制電路，整流電路電性耦接於變壓器的副邊繞組Ws、自驅動電路以及濾波電路。由於寄生參數的影響，在原邊電路的切換開關導通時，整流電路中的一個整流管仍處於導通狀態，此時另一個整流管（可以是同步整流管或二極管）開始導通，兩個整流管發生直通，從而將變壓器的副邊繞組Ws瞬間短路，造成額外的功率損耗和不必要的電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI），影響了DC-DC電源的效率。
爲了解決傳統的自驅動同步整流裝置中的直通問題，本申請提供了一種創新的同步整流裝置及其控制方法，其中：
本申請的一個方案提供了一種同步整流裝置，包括
變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；
原邊電路，包括至少一切換開關，該原邊電路電性耦接於該原邊繞組；
整流電路，包括至少一同步整流管，該整流電路電性耦接於該副邊繞組；
自驅動電路，電性耦接於該整流電路，用於輸出自驅動信號；
脈寬調制控制電路，電性耦接於該原邊電路，輸出至少一切換控制信號和至少一輔助控制信號；以及
輔助控制模組，包括至少一輔助控制電路和至少一輔助繞組，其中該輔助控制電路包括至少一輔助開關，該輔助控制電路通過該輔助開關電性耦接於該脈寬調制控制電路和該輔助繞組，該輔助繞組電性耦接於該變壓器；
其中，在該切換控制信號控制該切換開關導通前，該輔助控制信號控制該輔助開關導通，藉由該自驅動信號控制該整流電路的同步整流管關斷。
本申請的另一個方案提供了一種同步整流裝置的控制方法，該同步整流裝置包括變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；原邊電路，包括至少一切換開關，該原邊電路電性耦接於該原邊繞組；整流電路，包括至少一同步整流管，該整流電路電性耦接於該副邊繞組；自驅動電路，電性耦接於該整流電路，用於輸出自驅動信號；脈寬調制控制電路，電性耦接於該原邊電路，輸出至少一切換控制信號和至少一輔助控制信號，該方法包括：
提供一包括至少一輔助控制電路和至少一輔助繞組的輔助控制模組，該輔助控制電路包括至少一輔助開關，該輔助控制電路通過該輔助開關電性耦接於該脈寬調制控制電路和該輔助繞組，該輔助繞組電性耦接於該變壓器；
在該切換控制信號控制該切換開關導通前，該輔助控制信號控制該輔助開關導通，藉由該自驅動信號控制該整流電路的同步整流管關斷。
本申請在傳統的自驅動同步整流裝置中增加了輔助控制模組，該輔助控制模組可以在PWM控制電路的控制下，在原邊電路的切換開關導通前，關斷同步整流管，從而有效地解決了傳統的自驅動同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾，保證了DC-DC電源的效率。
下面結合圖式詳細描述本申請的具體實施例。應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本申請。
如圖2所示，本申請的同步整流裝置包括變壓器、原邊電路、整流電路、自驅動電路、脈寬調制控制電路、以及輔助控制模組。其中，變壓器包括原邊繞組Wp和副邊繞組Ws；原邊電路包括至少一切換開關，且原邊電路電性耦接於該變壓器的原邊繞組Wp；整流電路，包括至少一同步整流管，且電性耦接於該變壓器的副邊繞組Ws；自驅動電路，電性耦接於該整流電路，用於輸出自驅動信號；脈寬調制控制電路，電性耦接於該原邊電路，輸出至少一切換控制信號和至少一輔助控制信號；以及輔助控制模組，包括至少一輔助控制電路和至少一輔助繞組Wa，其中該輔助控制電路包括至少一輔助開關，該輔助控制電路通過該輔助開關電性耦接於該脈寬調制控制電路和該輔助繞組Wa，該輔助繞組Wa電性耦接於該變壓器。該輔助開關的控制端電性耦接於脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）控制電路的輸出端。該輔助開關的控制端接收PWM控制電路輸出端輸出的輔助控制信號，該輔助控制模組根據該輔助控制信號形成通路或斷路，即，當輔助繞組Wa兩端的電壓滿足一定條件時，且當輔助開關導通時，該輔助控制模組爲通路；當輔助開關關斷時，該輔助控制模組爲斷路。原邊電路的切換開關通過其控制端接收該脈寬調制控制電路輸出的切換控制信號，切換開關根據該切換控制信號關斷或導通，在切換開關根據切換控制信號導通前，脈寬調制控制電路輸出輔助控制信號控制輔助開關導通，使得輔助繞組Wa兩端的電壓下降爲零，通過變壓器耦合關係，使自驅動電路輸出的自驅動信號下降爲零，從而關斷整流電路的同步整流管，可以消除同步整流裝置的直通問題，以及額外的功率損耗和不必要的EMI，保證了DC-DC電源的效率。需要說明的是，本申請的同步整流管包括理想的MOS管和體二極管，相應地，關斷同步整流管是指僅僅關斷理想的MOS管，而不涉及體二極管。本申請的脈寬調制控制電路在之後的具體實施例描述中均以PWM控制電路表示。
下面結合具體的實施例對本申請進行詳細的描述。
實施例一
圖3所示爲本實施例提供的同步整流裝置，該裝置包括具有原邊繞組Wp和副邊繞組Ws的變壓器、具有復位開關S2、電容C1和切換開關S1的原邊電路、PWM控制電路、具有第一同步整流管SR1和第二同步整流管SR2的整流電路、具有濾波電感L和輸出電容Co的濾波電路、以及具有輔助繞組Wa、二極管Da和第一輔助開關Sa1的輔助控制模組，其中二極管Da和第一輔助開關Sa1組成輔助控制電路。在本實施例中，副邊繞組Ws既給副邊的整流電路提供電能，又作爲自驅動電路，輸出自驅動信號給第一同步整流管SR1和第二同步整流管SR2。其中，原邊電路的復位開關S2和切換開關S1的控制端分別電性耦接於PWM控制電路的輸出端，復位開關S2的第二端和切換開關S1的第一端電性耦接於原邊繞組Wp的第二端（即，非同名端），復位開關S2的第一端經由電容C1電性耦接於電源第一輸出端（即，正極）和原邊繞組Wp的第一端（即，同名端），切換開關S1的第二端電性耦接於電源第二輸出端（即，負極）。第一同步整流管SR1的第一端電性耦接於第二同步整流管SR2的控制端和副邊繞組Ws的第二端（即，非同名端），第二同步整流管SR2的第一端電性耦接於第一同步整流管SR1的控制端和副邊繞組Ws的第一端（即，同名端），第一同步整流管SR1的第二端和第二同步整流管SR2的第二端彼此電性耦接，濾波電感L的一端電性耦接於第二同步整流管SR2的第一端，濾波電感L的另一端經由輸出電容Co電性耦接於第一、第二同步整流管SR1和SR2的第二端。該輔助控制電路的第一輔助開關Sa1的控制端電性耦接於PWM控制電路的輸出端以接收輔助控制信號，第一端電性耦接於二極管Da的陰極，第二端電性耦接於輔助繞組Wa的第一端（即，同名端），二極管Da的陽極電性耦接於輔助繞組Wa的第二端（即，非同名端）。輔助繞組Wa電性耦接於變壓器，並與原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯，該第一輔助開關Sa1可以是晶體管、PMOS管或NMOS管等。第一輔助開關Sa1通過其控制端接收PWM控制電路輸出端輸出的輔助控制信號，該輔助控制信號控制第一輔助開關Sa1關斷和導通，該輔助控制信號既可以周期性的控制信號, 也可以是非周期性的控制信號。復位開關S2通過其控制端接收PWM控制電路輸出的復位控制信號，該復位控制信號控制復位開關S2關斷和導通；切換開關S1通過其控制端接收PWM控制電路輸出端輸出的切換控制信號，該切換控制信號控制切換開關S1關斷和導通。需要指出的是，在本申請文件中涉及的原邊繞組第一端、副邊繞組第一端、輔助繞組第一端、第一繞組第一端、第二繞組第一端、第三繞組第一端和第四繞組第一端爲同名端，其第二端爲非同名端。
圖3所示的裝置的工作波形圖如圖4所示：
T0-T1: 在1-Duty期間，變壓器處於復位階段。此時，切換開關S1關斷，復位開關S2導通（即，PWM控制電路向復位開關S2輸出復位控制信號S2 Vgs，控制復位開關S2導通），原邊繞組Wp兩端的電壓爲下正上負，副邊繞組Ws兩端的電壓爲下正上負，自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一同步整流管SR1處於關斷狀態，以及第二同步整流管SR2處於導通狀態。輔助繞組Wa兩端的感應電壓爲上正下負，第一輔助開關處於Sa1關斷狀態。
T1-T2: T1時刻，PWM控制電路向復位開關S2輸出的復位控制信號關斷復位開關S2，此時，原邊繞組Wp兩端的電壓爲下正上負，副邊繞組Ws兩端的電壓爲下正上負，輔助繞組Wa兩端的電壓爲上正下負，切換開關S1第一端和第二端之間的電壓Vds在變壓器勵磁電流作用下緩慢下降，原邊繞組Wp兩端的電壓值緩慢下降，此時副邊繞組Ws兩端的電壓值也緩慢下降，致使第二同步整流管SR2控制端和第二端之間的電壓 SR2 Vgs 在寄生電容作用下緩慢下降，第一同步整流管SR1仍處於關斷狀態。
T2-T3: T2時刻，PWM控制電路的輸出端向第一輔助開關Sa1輸出輔助控制信號Sa1 Vgs，控制第一輔助開關Sa1導通，此時，輔助控制模組形成通路，輔助繞組Wa兩端電壓快速下降，從而使得變壓器的原邊繞組Wp、副邊繞組Ws兩端的電壓快速下降。進而，使得切換開關S1第一端和第二端之間的電壓S1 Vds和第二同步整流管SR2控制端和第二端之間的電壓 SR2 Vgs也同時快速下降，直至切換開關S1第一端和第二端之間的電壓S1 Vds降爲電源電壓Vin，第二同步整流管SR2控制端和第二端之間的電壓SR2 Vgs電壓降爲0V。
T3-T4: T3時刻，第二同步整流管SR2控制端和第二端之間的的電壓SR2 Vgs下降到0V，第二同步整流管SR2處於關斷狀態。輔助繞組Wa兩端的電壓保持爲0V，切換開關S1第一端和第二端之間的電壓S1 Vds保持在電源電壓Vin，第二同步整流管SR2控制端和第二端之間的電壓SR2 Vgs電壓保持在0V。
T4-T5: T4時刻，PWM控制電路向切換開關S1輸出切換控制信號S1Vgs，使切換開關S1導通，此時，自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一同步整流管SR1導通。在Duty期間，第二同步整流管SR2處於關斷狀態，原邊繞組Wp兩端的電壓爲上正下負，副邊繞組Ws兩端的電壓爲上正下負，輔助繞組Wa兩端的電壓爲下正上負。
T5-T6：T5時刻，PWM控制電路向切換開關S1輸出的切換控制信號關斷切換開關S1。在此期間，第一同步整流管SR1控制端和第二端之間的電壓SR1 Vgs開始緩慢下降爲0V，第一同步整流管SR1處於關斷狀態；第一同步整流管SR1關斷時刻，由自驅動電路輸出的自驅動信號控制第二同步整流管SR2導通。T6時刻導通復位開關S2，在T6之前（即，復位開關S2導通之前），關斷第一輔助開關Sa1，可以防止變壓器因復位開關S2和第一輔助開關Sa1同時導通而致其短路。T6時刻之後，開始下一個工作周期（Duty cycle）。
結合圖3和圖4可以看出，PWM控制電路控制輔助控制電路的第一輔助開關Sa1在復位開關S2關斷後導通，使得輔助控制模組形成通路，藉由輔助繞組Wa與變壓器副邊繞組Ws的電性耦合關係，控制變壓器的副邊繞組Ws的電壓，進而控制自驅動電路。在PWM控制電路輸出的切換控制信號控制原邊電路的切換開關S1導通前，藉由形成通路的輔助控制模組，自驅動電路通過與輔助繞組間的電氣耦合關係，使得自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一、第二同步整流管SR1和SR2均處於關斷狀態。 PWM控制電路控制輔助控制電路的第一輔助開關Sa1在復位開關S2導通前關斷，防止變壓器因復位開關S2和第一輔助開關Sa1同時導通而致其短路。
在本實施例中，原邊電路以正激電路爲例，但本領域技術人員可以理解的是，原邊電路也可以是橋式電路或其他等同的電路。
本實施例在傳統的自驅動同步整流裝置中增加了輔助控制模組，該輔助控制模組的輔助控制電路中的輔助開關根據PWM控制電路輸出的輔助控制信號關斷或導通，使得該輔助控制模組形成斷路或通路，藉由形成通路的輔助控制模組，在原邊電路的切換開關導通前，可以由自驅動電路輸出的自驅動信號關斷同步整流管，從而有效地解決了傳統的自驅動同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾，保證了DC-DC電源的效率。
實施例二
在實施例一中，副邊繞組Ws既給整流電路提供電能，又作爲自驅動電路爲第一、第二同步整流管SR1和SR2提供自驅動信號。與實施例一不同的是，如圖5所示，在本實施例中變壓器還包括另一組副邊繞組Ws1，將該組副邊繞組Ws1作爲自驅動電路爲第一、第二同步整流管SR1和SR2提供自驅動信號。第一同步整流管SR1的第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第二端，其第二端與第二同步整流管SR2的第二端相連，其控制端電性耦接於該自驅動電路，第二同步整流管SR2的第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第一端，其控制端也電性耦接於該自驅動電路，由自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一、第二同步整流管SR1和SR2的關斷和導通。此外，也可以將濾波電感L作爲自驅動電路爲第一、第二同步整流管SR1和SR2提供自驅動信號。此外，圖5所示的裝置中，復位電路可以是圖3的復位開關S2和電容C1形成的復位電路，但復位電路還可以爲其他類型的復位電路，例如，電阻、電容和二極管（Resistor Capacitor and Diode, RCD）復位電路，第三繞組復位電路，電感、電容和二極管（Inductor Capacitor and Diode, LCD）復位電路，諧振復位電路等，該復位電路可以跨接於變壓器原邊繞組Wp的兩端，或者副邊繞組Ws兩端，或者原邊電路的切換開關的第一端和第二端之間；或者附加繞組兩端，其中該附加繞組電性耦接於變壓器，與該原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯。本實施例提供的同步整流裝置的工作波形圖可以參照實施例一，在此不再贅述。
實施例三
如圖6所示，與實施例二不同的是，本實施例提供的同步整流裝置的輔助控制模組包括輔助繞組Wa、第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3，其中，第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3組成輔助控制電路。其中，該輔助繞組Wa電性耦接於變壓器，並與原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯，第二輔助開關Sa2的控制端電性耦接於PWM控制電路的一輸出端以接收輔助控制信號，第二輔助開關Sa2的第一端電性耦接於輔助繞組Wa的第二端（即，非同名端），第三輔助開關Sa3的第一端電性耦接於輔助繞組Wa的第一端（即，同名端），第三輔助開關Sa3的第二端電性耦接於第二輔助開關Sa2的第二端，第三輔助開關Sa3的控制端電性耦接於PWM控制電路的另一輸出端。第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3的控制端接收PWM控制電路輸出端輸出的輔助控制信號，該輔助控制信號既可以周期性的控制信號, 也可以是非周期性的控制信號。PWM控制電路通過輸出的輔助控制信號控制第二輔助開關Sa2的導通，使得第二同步整流管SR2在切換開關S1導通前及時關斷。當同步整流裝置關機後，通過PWM控制電路控制第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3同時導通，使得自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一、第二同步整流管SR1和SR2均處於關斷狀態，從而有效地解決了同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾。該同步整流裝置的工作波形圖可以參照實施例一，在此不再贅述，其中第二輔助開關Sa2的工作波形與第一輔助開關Sa1的工作波形一致。
實施例四
與圖3、圖5和圖6所示的裝置不同的是，如圖7所示，在本實施例提供的同步整流裝置中，原邊電路采用全橋電路，由切換開關SW1（第一切換開關）、SW2（第二切換開關）、SW3（第三切換開關）和SW4（第四切換開關）組成原邊電路，切換開關SW1的第一端電性耦接於切換開關SW2的第一端和電源的第一輸出端，切換開關SW1的第二端電性耦接於切換開關SW3的第一端，切換開關SW2的第二端電性耦接於切換開關SW4的第一端，切換開關SW3的第二端電性耦接於切換開關SW4的第二端和電源的第二輸出端，切換開關SW1、SW2、SW3和SW4的控制端分別電性耦接於PWM控制電路的輸出端以接收切換控制信號。原邊繞組Wp的第一端電性耦接於切換開關SW2的第二端和切換開關SW4的第一端的共接點，原邊繞組Wp的第二端電性耦接於切換開關SW1的第二端和切換開關SW3的第一端的共接點。需要指出的是，原邊電路也可以采用半橋電路，該半橋電路跨接於電源的兩個輸出端之間。該同步整流裝置還包括第一繞組Ws1、第二繞組Ws2、第三繞組Ws3，該第一繞組Ws1、該第二繞組Ws2、該第三繞組Ws3電性耦接於變壓器，與原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯。其中，該第二繞組Ws2、該第三繞組Ws3組成自驅動電路，爲第一、第二同步整流管SR1和SR2提供自驅動信號。第二同步整流管SR2的第一端經由第一繞組Ws1電性耦接於副邊繞組Ws的第一端，第二同步整流管SR2的第二端電性耦接於第三繞組Ws3的第一端、第二繞組Ws2的第二端和第一同步整流管SR1的第二端，第二同步整流管SR2的控制端電性耦接於第三繞組Ws3的第二端，第一同步整流管SR1的第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第二端，第一同步整流管SR1的控制端電性耦接於第二繞組Ws2的第一端。濾波電感L一端電性耦接於該變壓器副邊繞組Ws的第一端，濾波電感L的另一端經由輸出電容Co電性耦接於第二同步整流管SR2的第二端、第三繞組Ws3的第一端、第二繞組Ws2的第二端和第一同步整流管SR1的第二端。輔助控制模組包括輔助繞組Wa、第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3，其中，第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3組成輔助控制電路。其中，該輔助繞組電性耦接於變壓器，第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3的控制端電性耦接於PWM控制電路的輸出端，第二輔助開關Sa2的第二端電性耦接於第三輔助開關Sa3的第二端，第二輔助開關Sa2的第一端電性耦接於輔助繞組Wa的第二端，第三輔助開關Sa3的第一端電性耦接於輔助繞組Wa的第一端。該輔助繞組Wa與原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯，第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3可以是PMOS管，也可以是NMOS管。以NMOS管爲例，PWM控制電路通過其輸出的切換控制信號分別控制切換開關SW1、切換開關SW2、切換開關SW3、切換開關SW4的導通和關斷，通過其輸出的輔助控制信號分別控制第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3的導通和關斷。當原邊電路的切換開關SW2、SW3關斷，切換開關SW1、SW4導通前，通過PWM控制電路輸出的輔助控制信號控制該輔助控制電路的第三輔助開關Sa3導通，進而使得第一同步整流管SR1及時關斷。同樣地，當原邊電路的切換開關SW1、SW4關斷，切換開關SW2、SW3導通前，通過PWM控制電路輸出的輔助控制信號控制該輔助控制電路的第二輔助開關Sa2導通，進而使得第二同步整流管SR2及時關斷。本實施例的裝置的工作波形圖與實施例一的裝置的工作波形圖類似，在此不再贅述。當同步整流裝置關機後，通過PWM控制電路控制第二輔助開關Sa2和第三輔助開關Sa3同時導通，使得自驅動電路輸出的自驅動信號控制第一、第二同步整流管SR1和SR2均處於關斷狀態，從而有效地解決了同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾。
實施例五
圖8所示的同步整流裝置可視爲圖6所示的同步整流裝置的具體化的電路原理圖。在圖8所示的裝置中，第四繞組Ws’、第一二極管Da1和第二二極管Da2組成自驅動電路爲第一、第二同步整流管SR1和SR2提供自驅動信號，其中第四繞組Ws’電性耦接於變壓器，與原邊繞組Wp和副邊繞組Ws同芯。
其中，第四繞組Ws’第一端電性耦接於第一同步整流管SR1的控制端和第一二極管Da1的陰極，第四繞組Ws’第二端電性耦接於第二同步整流管SR2的控制端和第二二極管Da2的陰極，第一二極管Da1和第二二極管Da2的陽極電性耦接於第一同步整流管SR1的第二端和第二同步整流管SR2的第二端，第一同步整流管SR1的第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第二端，第二同步整流管SR2的第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第一端。該輔助控制模組的元件、耦接關係和工作模式可以參照圖6，在此不再累贅。該同步整流裝置的第一、第二同步整流管SR1和SR2的工作波形圖可以參照實施例一，在此不再贅述。通過PWM控制電路控制該輔助控制模組的輔助控制電路中的第二輔助開關Sa2及/或第三輔助開關Sa3的導通，使得第二同步整流管SR2及/或第一同步整流管SR1關斷，從而有效地解決了同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾。
實施例六
與圖3所示的裝置不同的是，如圖9所示，本實施例提供的同步整流裝置還包括另一輔助控制電路和另一輔助繞組Wb，該另一組輔助控制電路包括：二極管Da’和第四輔助開關Sa4。爲了描述方便，在本實施例中，輔助繞組Wa、二極管Da和第一輔助開關Sa1組成第一輔助控制模組，二極管Da和第一輔助開關Sa1組成第一輔助控制電路，輔助繞組Wa稱爲第一輔助繞組；該另一輔助控制電路稱爲第二輔助控制電路，該另一輔助繞組Wb稱爲第二輔助繞組，第二輔助控制電路和第二輔助繞組組成第二輔助控制模組。其中，第四輔助開關Sa4具有第一端、第二端和控制端，該控制端電性耦接於PWM控制電路的輸出端，接收輔助控制信號，該輔助控制信號控制第四輔助開關Sa4的導通或關斷，該輸出端爲不同於第一輔助開關Sa1所耦接的輸出端，該第一端電性耦接於二極管Da’的陰極，該第二端電性耦接於輔助繞組Wb的第二端，輔助繞組Wb的第一端電性耦接於二極管Da’的陽極。PWM控制電路通過輸出輔助控制信號給輔助開關Sa1和Sa4，從而可以控制第一輔助控制模組及/或第二輔助控制模組形成通路或斷路，有利於更好地控制第二同步整流管SR2及/或第一同步整流管SR1關斷，從而有效地解決了同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾。
實施例七
與圖3所示的同步整流裝置不同的是，如圖10所示，本實施例提供的同步整流裝置還包括一第一延時電路，該第一延時電路的輸入端電性電性耦接於PWM控制電路的輸出端和輔助開關Sa1的控制端，輸出端電性耦接於切換開關S1的控制端，輸出延遲預設時間的切換控制信號，需要說明的是，該第一延時電路也可以電性耦接於全橋電路或者半橋電路的切換開關的控制端與該輔助開關的控制端和PWM控制電路輸出端的共接點之間。需要說明的是，同步整流裝置還可以包括第二延時電路，該第二延時電路的輸入端電性耦接於PWM控制電路的輸出端和復位開關S2的控制端，輸出端電性耦接於輔助開關Sa1的控制端，輸出延遲預設時間的輔助控制信號。該第二延時電路可以是與第一延時電路相同。此外，與圖3所示的裝置中的整流電路不同的是，本實施例的裝置中的整流電路包括第一整流管（可以是二極管）SR1’和第二同步整流管SR2。其中，該第一整流管SR1’的陰極電性耦接於副邊繞組Ws的第二端；第二同步整流管SR2具有第一端、第二端和控制端，第一端電性耦接於副邊繞組Ws的第一端，第二端電性耦接於第一整流管SR1’的陽極，控制端電性耦接於第一整流管SR1’的陰極和副邊繞組Ws的第二端。
圖11所示爲圖10所示的同步整流裝置的第一延時電路原理圖，該延時電路包括一二極管D1以及與並聯一電阻R1，該並聯電路的第一端電性耦接於PWM控制電路的輸出端以及第一輔助開關Sa1的控制端，第二端電性耦接於切換開關S1的控制端。
需要說明的是，在圖10和11的裝置中，第二同步整流管SR2的自驅動電路爲副邊繞組Ws，需要指出的是，第二同步整流管SR2的自驅動電路還可以是濾波電感L、圖7和圖8的裝置中的自驅動電路。
本實施例中的延時電路可以使PWM控制電路輸出給切換開關S1的切換控制信號相對於輸出給輔助開關Sa1的輔助控制信號發生延時，這樣可以更好地控制輔助控制電路和切換開關S1，從而更好地有利於更好地控制第二同步整流管SR2關斷，從而有效地解決了同步整流裝置中的直通問題，避免了額外的功率損耗以及不必要的電磁干擾。
雖然已參照典型實施例描述了本申請，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本申請能够以多種形式具體實施而不脫離申請的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應爲隨附申請專利範圍所涵蓋。
C1．．．電容
Co．．．輸出電容
D1．．．二極管
Da、Da’．．．二極管
Da1．．．第一二極管
Da2．．．第二二極管
L．．．濾波電感
R1．．．電阻
S1．．．切換開關
S2．．．復位開關
S1 Vds．．．電壓
S1Vgs．．．切換控制信號
S2 Vgs．．．復位控制信號
Sa1．．．第一輔助開關
Sa2．．．第二輔助開關
Sa3．．．第三輔助開關
Sa4．．．第四輔助開關
Sa1 Vgs．．．輔助控制信號
SR1．．．第一同步整流管
SR1’．．．第一整流管
SR2．．．第二同步整流管
SR1 Vgs．．．電壓
SR2 Vgs．．．電壓
SW1、SW2、SW3、SW4．．．切換開關
T1、T2、T3、T4、T5、T6．．．時刻
S1Vds．．．電壓
Wa、Wb．．．輔助繞組
Wp．．．原邊繞組
Ws．．．副邊繞組
Ws’．．．第四繞組
Ws1．．．第一繞組
Ws2．．．第二繞組
Ws3．．．第三繞組
圖1是傳統的自驅動同步整流裝置的電路框圖。
圖2是本申請的實施例提供的同步整流裝置的電路框圖。
圖3是本申請的實施例一提供的一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖4是圖3所示的同步整流裝置的工作波形序列圖。
圖5是本申請的實施例二提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖6是本申請的實施例三提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖7是本申請的實施例四提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖8是本申請的實施例五提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖9是本申請的實施例六提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖10是本申請的實施例七提供的另一種同步整流裝置的電路原理圖。
圖11是圖10所示的同步整流裝置的延時電路原理圖。
Wa．．．輔助繞組
Wp．．．原邊繞組
Ws．．．副邊繞組

Claims (22)

  1. 一種同步整流裝置，包括：
    　　變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；
    　　原邊電路，包括至少一切換開關，該原邊電路電性耦接於該原邊繞組；
    　　整流電路，包括至少一同步整流管，該整流電路電性耦接於該副邊繞組；
    　　自驅動電路，電性耦接於該整流電路，用於輸出自驅動信號；
    　　脈寬調制控制電路，電性耦接於該原邊電路，輸出至少一切換控制信號和至少一輔助控制信號；以及
    　　輔助控制模組，包括至少一輔助控制電路和至少一輔助繞組，其中該輔助控制電路包括至少一輔助開關，該輔助控制電路通過該輔助開關電性耦接於該脈寬調制控制電路和該輔助繞組，該輔助繞組電性耦接於該變壓器；
    　　其中，在該切換控制信號控制該切換開關導通前，該輔助控制信號控制該輔助開關導通，藉由該自驅動信號控制該整流電路的同步整流管關斷。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該輔助控制電路包括：
    　　第一輔助開關，具有第一端、第二端和控制端，該第二端電性耦接於該輔助繞組的第一端，該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的一輸出端以接收該輔助控制信號；以及
    　　二極管，該二極管的陽極電性耦接於該輔助繞組的第二端，該二極管的陰極電性耦接於該第一輔助開關的第一端。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該輔助控制電路包括：
    　　第二輔助開關，具有第一端，第二端和控制端，該第一端電性耦接於該輔助繞組的第二端，該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的一輸出端以接收該輔助控制信號；以及
    　　第三輔助開關，具有第一端，第二端和控制端，該第一端電性耦接於該輔助繞組的第一端，該第二端電性耦接該第二輔助開關的第二端，該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的另一輸出端接收該輔助控制信號。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該脈寬調制控制電路輸出的該輔助控制信號爲周期性的控制信號或非周期性的控制信號。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該同步整流裝置還包括一第一延時電路，該第一延時電路的輸入端電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端和該輔助開關的控制端，該第一延時電路的輸出端電性耦接於該切換開關的控制端以輸出延遲預設時間的切換控制信號。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該原邊電路包括第一切換開關，該第一切換開關的第一端電性耦接於該原邊繞組的第二端，該第一切換開關的第二端電性耦接於電源的第二輸出端，該切換開關的控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端，該原邊繞組的第一端電性耦接於電源的第一輸出端。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該同步整流裝置還包括一復位電路；其中，該復位電路跨接於該原邊繞組兩端；或該復位電路跨接於該副邊繞組的兩端；或者該復位電路跨接於一附加繞組兩端，該附加繞組電性耦接於該變壓器。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該復位電路爲有源箝位復位電路、第三繞組復位電路、RCD復位電路、LCD復位電路或諧振復位電路。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該有源箝位復位電路包括復位開關和電容，該復位開關的第一端經由該電容電性耦接於該原邊繞組的第一端和電源的第一輸出端，該復位開關的第二端電性耦接於該切換開關的第一端和該原邊繞組的第二端的共接點，該復位開關的控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該同步整流裝置還包括一第二延時電路，該第二延時電路的輸入端電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端和復位開關的控制端，該第二延時電路的輸出端電性耦接於該輔助開關的控制端以輸出延遲預設時間的輔助控制信號。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該原邊電路包括第一切換開關、第二切換開關、第三切換開關、第四切換開關，該第一切換開關的第一端電性耦接於該第二切換開關的第一端和電源的第一輸出端，該第一切換開關的第二端電性耦接於該第三切換開關的第一端，該第二切換開關的第二端電性耦接於該第四切換開關的第一端，該第三切換開關的第二端電性耦接於第四切換開關的第二端和該電源的第二輸出端，該第一切換開關、第二切換開關、第三切換開關、第四切換開關的控制端分別電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端接收相應的該切換控制信號；該原邊繞組的第一端電性耦接於該第二切換開關的第二端和該第四切換開關的第一端的共接點，該原邊繞組的第二端電性耦接於該第一切換開關的第二端和該第三切換開關的第一端的共接點。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該整流電路包括：
    　　第一同步整流管，具有第一端，第二端和控制端，該第一端電性耦接於該副邊繞組的第二端，該控制端電性耦接於該自驅動電路；以及
    　　第二同步整流管，具有第一端，第二端和控制端，該第一端電性耦接於該副邊繞組的第一端，該第二端電性耦接於該第一同步整流管的第二端，該控制端電性耦接於該自驅動電路。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該自驅動電路爲該副邊繞組，該副邊繞組的第一端電性耦接於該第一同步整流電路的控制端，該副邊繞組的第二端電性耦接於該第二同步整流管的控制端。
  14. 根據申請專利範圍第12項所述之同步整流裝置，其特徵在於，還包括第一繞組、第二繞組和第三繞組，其中該第二繞組和該第三繞組組成該自驅動電路，爲該第一同步整流管和第二同步整流管提供自驅動信號；該第二同步整流管的第一端經由該第一繞組電性耦接於該副邊繞組的第一端，該第二同步整流管的第二端電性耦接於該第三繞組的第一端、該第二繞組的第二端和該第一同步整流管的第二端，該第二同步整流管的控制端電性耦接於該第三繞組的第二端；該第一同步整流管的第一端電性耦接於該副邊繞組的第二端，該第一同步整流管的控制端電性耦接於該第二繞組的第一端。
  15. 根據申請專利範圍第12項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該自驅動電路包括第四繞組、第一二極管和第二二極管，該第四繞組的第一端電性耦接於該第一同步整流管的控制端和該第一二極管的陰極，該第四繞組第二端電性耦接於該第二同步整流管的控制端和該第二二極管的陰極，該第一二極管和該第二二極管的陽極電性耦接於該第一同步整流管的第二端和該第二同步整流管的第二端，該第二同步整流管第一端電性耦接於該副邊繞組的第一端，該第一同步整流管第一端電性耦接於該副邊繞組的第二端。
  16. 根據申請專利範圍第12項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該同步整流裝置還包括一濾波電路，該自驅動電路爲該濾波電路中的濾波電感。
  17. 根據申請專利範圍第1項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該整流電路包括：
    　　第一整流管，具有陽極和陰極，該陰極電性耦接於該副邊繞組的第二端；以及
    　　第二同步整流管，具有第一端，第二端和控制端，該第二同步整流管的第一端電性耦接於該副邊繞組的第一端，該第二同步整流管的第二端電性耦接於該第一整流管的陽極，該第二同步整流管的控制端電性耦接於該自驅動電路。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之同步整流裝置，其特徵在於，該自驅動電路爲該副邊繞組，該第二同步整流管的控制端電性耦接於副邊繞組的第二端。
  19. 一種同步整流裝置的控制方法，其特徵在於，該同步整流裝置包括變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；原邊電路，包括至少一切換開關，該原邊電路電性耦接於該原邊繞組；整流電路，包括至少一同步整流管，該整流電路電性耦接於該副邊繞組；自驅動電路，電性耦接於該整流電路，用於輸出自驅動信號；脈寬調制控制電路，電性耦接於該原邊電路，輸出至少一切換控制信號和至少一輔助控制信號，該方法包括：
    　　提供一包括至少一輔助控制電路和至少一輔助繞組的輔助控制模組，該輔助控制電路包括至少一輔助開關，該輔助控制電路通過該輔助開關電性耦接於該脈寬調制控制電路和該輔助繞組，該輔助繞組電性耦接於該變壓器；以及
    　　在該切換控制信號控制該切換開關導通前，該輔助控制信號控制該輔助開關導通，藉由該自驅動信號控制該整流電路的同步整流管關斷。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其特徵在於，提供一第一輔助開關以及一二極管，該第一輔助開關和該二極管組成該輔助控制電路，其中：
    　　該第一輔助開關，具有第一端、第二端和控制端，將該第二端電性耦接於該輔助繞組的第一端，將該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的一輸出端以接收該輔助控制信號；
    　　將該二極管的陽極電性耦接於該輔助繞組的第二端，將該二極管的陰極電性耦接於該第一輔助開關的第一端；將該輔助繞組電性耦接於該變壓器。
  21. 根據申請專利範圍第19項所述之控制方法，其特徵在於，提供一第二輔助開關以及一第三輔助開關，該第二輔助開關以及該第三輔助開關組成該輔助控制電路；
    　　該第二輔助開關，具有第一端，第二端和控制端，將該第一端電性耦接於輔助繞組的第二端，將該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的一輸出端以接收該輔助控制信號；以及
    　　該第三輔助開關，具有第一端，第二端和控制端，將該第一端電性耦接於該輔助繞組的第一端，將該第二端電性耦接於該第二輔助開關的第二端，將該控制端電性耦接於該脈寬調制控制電路的另一輸出端以接收該輔助控制信號；將該輔助繞組電性耦接於該變壓器。
  22. 根據申請專利範圍第19項所述之控制方法，其特徵在於，在原邊電路中提供一延時電路，將該延時電路的輸入端電性耦接於該脈寬調制控制電路的輸出端和該輔助開關的控制端，將該延時電路的輸出端電性耦接於該切換開關的控制端以輸出延遲預設時間的切換控制信號。
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