TWM643297U - 用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路 - Google Patents
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Abstract
本創作提供一種用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路。返馳電源包括變壓器的一次繞組和二次繞組、第一開關和第二開關,第一開關串聯連接在一次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,第二開關串聯連接在二次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,該電路包括零電壓開啟返馳PWM晶片,其包括第一驅動引腳、第二控制引腳、供電引腳、電壓檢測引腳、過溫保護引腳、輸出回饋引腳、參考地引腳和電流檢測引腳,第一驅動引腳連接到第一開關的控制端子,第二控制引腳經傳輸器件和同步整流控制晶片連接到第二開關的控制端子。本創作的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路,能夠實現返馳電源的零電壓開啟,提高返馳電源的效率和可靠性。
Description
本創作涉及電路領域,特別是,涉及一種用於對返馳電源進行零電壓(Zero Voltage Switching,ZVS)開啟的電路。
隨著電子技術的不斷發展,電子產品、例如電源的體積越來越小,而這要求諸如電源(例如,返馳電源)等的電子產品的功率密度越來越高、越來越小型化。
然而,例如返馳電源的電源在高頻模式下,開關(例如,金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)開關)損耗很大,導致開關的溫升很高,從而導致返馳電源系統的效率較差,而這是制約返馳電源小型化的一大障礙。
因此,需要能夠提高返馳電源的效率的方式。
根據本創作的示例性實施例提供了一種用於對返馳電源進行零電壓(ZVS)開啟的電路,所述返馳電源包括變壓器的一次繞組、所述變壓器的二次繞組、第一開關和第二開關,所述第一開關串聯連接在所述一次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,所述第二開關串聯連接在所述二次繞組的兩個連接端子之一和所述參考地之間,其特徵在於,所述電路包括:零電壓開啟返馳PWM晶片,所述零電壓開啟返馳PWM晶片包括:第一驅動引腳、第二控制引腳、供電引腳、電壓檢測引腳、過溫保護引腳、輸出回饋引腳、參考地引腳以及電流檢測引腳,其中,所述第一驅動引腳連接到所述第一開關的控制端子,所述第二控制引腳經由傳輸器件和同步整流控制晶片連接到所述第二開關的控制端子。
根據本創作的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路,能夠實現返馳電源的零電壓開啟,從而提高了返馳電源的效率和可靠性,有利於實現返馳電源的小型化。
10:電路
100:零電壓開啟返馳PWM晶片
110:主驅動單元
120:SRC控制單元
130:IC供電單元
140:電壓檢測單元
150:OTP保護單元
160:主控制器
20:返馳電源
200:同步整流(SR)控制晶片
210:電壓檢測單元
220:SR驅動單元
230:供電單元
240:接收單元
250:SR控制器
300:傳輸器件
AC IN:交流輸入電力
Aux:晶片供電繞組
C1:第一電容器
Cbulk:電容器
Cout:儲能電容器
CS:電流感測腳
D:二極體
D1:第一二極體
DC Out:輸出電壓
DEM,VD:電壓檢測引腳
FB:輸出回饋引腳
GATE:第一驅動引腳
GND:參考地引腳
NTC:熱敏電阻器
OC:光耦
OTP:過溫保護引腳
Pri:一次繞組
Q1:第一開關
Q2:第二開關
R:電阻器
R1:第一電阻器
R2:第二電阻器
R3:第三電阻器
RX:信號接收引腳
Sec:二次繞組
SR GATE:SR驅動引腳
SRC:第二控制引腳
TL 431:精密可編程基準(Programmable Precision References)
Vaux:晶片供電電壓
Vbulk:輸入電壓
VCC,VDD:供電引腳
VDS:電壓
從下面結合圖式對本創作的具體實施方式的描述中可以更好地理解本創作,其中:
圖1示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓(ZVS)開啟的電路的零電壓開啟返馳PWM晶片的示意圖。
圖2示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路和返馳電源的示意性電路圖。
圖3示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖4示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖5示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖6示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖7示出了根據本創作的一個示例性實施例的零電壓開啟返馳PWM晶片的示意性框圖。
圖8示出了根據本創作的一個示例性實施例的同步整流控制晶片的示意性框圖。
下面將詳細描述本創作的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中,提出了許多具體細節,以便提供對本創作的全面理解。但是,對於本領域技術人員來說很明顯的是,本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了
通過示出本創作的示例來提供對本創作的更好的理解。本創作決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法,而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中,沒有示出公知的結構和技術,以便避免對本創作造成不必要的模糊。
根據本創作的實施例的用於對返馳電源進行零電壓(ZVS)開啟的電路所應用於的返馳電源通常可包括:變壓器的一次繞組、該變壓器的二次繞組、第一開關和第二開關。一次繞組的兩個連接端子作為電壓輸入端來接收輸入電力,輸入電力通過一次繞組耦合到二次繞組,從而通過二次繞組的兩個連接端子連接到負載來對負載供電。第一開關串聯連接在一次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,以開啟或斷開電力從一次繞組向二次繞組的耦合。第二開關串聯連接在二次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,以開啟或斷開電力從二次繞組向一次繞組的耦合。
根據本創作的實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路包括零電壓開啟返馳PWM晶片。
圖1示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路的零電壓開啟返馳PWM晶片100的示意圖。
如圖1所示,零電壓開啟返馳PWM晶片100包括:第一驅動引腳GATE、第二控制引腳SRC、供電引腳VDD、電壓檢測引腳DEM、過溫保護引腳OTP、輸出回饋引腳FB、參考地引腳GND以及電流感測腳CS。
應該理解,零電壓開啟返馳PWM晶片100的引腳不限於以上列出的引腳,其還可包括任意其他引腳。零電壓開啟返馳PWM晶片100的引腳的設置位置和順序也不限於圖1所示的位置和順序,可根據實際需要來設置各個引腳的位置和順序(例如,以下圖2所示的引腳的位置和順序)。
圖2示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電
源20進行零電壓開啟的電路10和返馳電源20的示意性電路圖。
如圖2所示,返馳電源20包括變壓器的一次繞組Pri、該變壓器的二次繞組Sec、第一開關Q1和第二開關Q2。
第一開關Q1串聯連接在一次繞組Pri的兩個連接端子之一和參考地之間。一次繞組Pri的兩個連接端子中的另一個接收輸入電壓Vbulk,輸入電壓Vbulk是通過電磁干擾(Electro-magnetic Interference,EMI)濾波器對外部輸入電力(例如,圖2示出的交流輸入電力(AC IN))進行濾波並通過整流電路(例如,由圖2中的各個二極體D、電容器Cbulk組成的整流電路)對濾波的外部輸入電力進行整流而產生的電壓。
第二開關Q2串聯連接在二次繞組Sec的兩個連接端子之一和參考地之間,二次繞組Sec的兩個連接端子之間連接有儲能電容器Cout。二次繞組Sec的兩個連接端子輸出輸出電壓(例如,圖2中的DC Out)。
如圖2所示,返馳電源20還包括串聯連接在第一開關Q1和參考地之間的第三電阻器R3、以及用於實現返馳電源的供電的其他器件(例如,圖2中總體以電阻器R和電容器Cbulk示出的器件、精密可編程基準(Programmable Precision References)TL 431等,本文對這些器件不作限制)。
以下具體描述根據本創作的用於對返馳電源20進行零電壓開啟的電路10的示例性實施例、以及該電路10與返馳電源20之間的連接。
該電路10的零電壓開啟返馳PWM晶片100的第一驅動引腳GATE連接到第一開關Q1的控制端子,第二控制引腳SRC經由傳輸器件300和同步整流(Synchronous Rectifier,SR)控制晶片200連接到第二開關Q2的控制端子,如圖2所示。
這裡,作為示例,傳輸器件300可以為以下項中的至少一個:磁耦、共模電感器、變壓器、以及光耦。然而,應該理解,以上僅是
傳輸器件300的示例,傳輸器件可以是能夠即時傳輸信號的任何器件。
在一個實施例中,為了對零電壓開啟返馳PWM晶片100進行供電,根據本創作的示例性實施例的電路10還可包括:晶片供電繞組Aux、第一二極體D1和第一電容器C1。
晶片供電繞組Aux可與返馳電源20的一次繞組Pri和二次繞組Sec耦合。晶片供電繞組Aux的第一連接端子可連接到第一二極體D1的第一連接端子,第一二極體D1的第二連接端子可連接到第一電容器C1的第一連接端子,第一電容器C1的第二連接端子和晶片供電繞組Aux的第二連接端子可連接到參考地。零電壓開啟返馳PWM晶片100的供電引腳VDD可連接到第一電容器C1的第一連接端子,以接收晶片供電電壓Vaux。
在一個實施例中,為了對返馳電源20的輸入電壓Vbulk、輸出電壓DC Out、以及一次繞組Pri和第一開關Q1寄生電容之間的諧振波形進行檢測,根據本創作的示例性實施例的電路10還可包括:第一電阻器R1和第二電阻器R2。第一電阻器R1和第二電阻器R2可串聯連接在晶片供電繞組Aux的第一連接端子和參考地之間。零電壓開啟返馳PWM晶片100的電壓檢測引腳DEM可連接到第一電阻器R1和第二電阻器R2之間的連接節點。
在一個實施例中,為了對零電壓開啟返馳PWM晶片100進行過溫保護(Over Temperature Protection,OTP),根據本創作的示例性實施例的電路10還可包括:熱敏電阻器NTC。零電壓開啟返馳PWM晶片100的過溫保護引腳OTP可連接到熱敏電阻器NTC的第一連接端子,熱敏電阻器NTC的第二連接端子可連接到參考地。例如,過溫保護引腳OTP流出額定電流經過外置熱敏電阻器NTC到地,在溫度越高的情況下,熱敏電阻器NTC的電阻值越小、從而熱敏電阻器NTC兩端的電壓越低。如此,可檢測零電壓開啟返馳PWM晶片100是否過溫。
在一個實施例中,為了獲得返馳電源20的輸出電壓進行採
樣的回饋信號,根據本創作的示例性實施例的電路10還可包括:光耦OC。零電壓開啟返馳PWM晶片100的輸出回饋引腳FB連接到光耦OC的第一連接端子,光耦OC的第二連接端子連接到參考地。例如,光耦OC可連接到圖2中二次側的精密可編程基準TL 431,因而輸出回饋引腳可根據光耦OC從精密可編程基準TL 431接受的電流的大小來檢測輸出電壓。
此外,零電壓開啟返馳PWM晶片100的參考地引腳GND可連接到參考地。應該理解,零電壓開啟返馳PWM晶片100的相關引腳和器件所連接到的參考地與返馳電源20的參考地相同。
此外,零電壓開啟返馳PWM晶片100電流感測腳CS可連接到第一開關Q1和第三電阻器R3之間的連接節點,以檢測返馳電源20的一次電流。
通常,在第一開關Q1導通的狀態下,返馳電源20的一次繞組Pri存儲能量。在第一開關Q1斷開之後的退磁階段,一次繞組Pri存儲的能量向二次繞組Sec耦合傳遞,此時第一開關的汲極和源極之間的電壓VDS保持為較高的恒定電壓。在第一開關Q1斷開的狀態下,在退磁完成後,在一次繞組Pri和第一開關Q1寄生電容之間發生諧振的諧振階段,第一開關Q1的汲極和源極之間的電壓VDS將出現振盪。
根據本創作的電路10的零電壓開啟返馳PWM晶片100的第一驅動引腳GATE能夠控制第一開關Q1的接通和斷開,第二控制引腳SRC能夠用於控制第二開關Q2的接通和斷開。
零電壓開啟返馳PWM晶片100可在第一驅動引腳GATE控制第一開關Q1導通的狀態下,通過電壓檢測引腳DEM利用晶片供電繞組Aux與一次繞組Pri的耦合,來檢測返馳電源20的輸入電壓Vbulk。
在零電壓開啟返馳PWM晶片100的第一驅動引腳GATE控制第一開關Q1斷開後的退磁階段,電壓檢測引腳DEM可通過晶片供電繞組Aux與二次繞組Sec的耦合,來檢測返馳電源20的輸出電壓DC Out。
在零電壓開啟返馳PWM晶片100的第一驅動引腳GATE控制第一開關Q1斷開的狀態下在退磁階段之後、在一次繞組Pri和第一開關Q1寄生電容之間發生諧振的諧振階段,電壓檢測引腳DEM可通過晶片供電繞組Aux與一次繞組Pri的耦合,來檢測諧振波形。
由此,零電壓開啟返馳PWM晶片100可在諧振階段,控制第二控制引腳SRC輸出相應的信號以導通第二開關Q2,以使二次繞組Sec向一次繞組Pri耦合能量,從而增強一次繞組Pri和第一開關Q1之間的諧振;並根據電壓檢測引腳DEM檢測的諧振波形,斷開第二開關Q2,在適當的諧振相位處(例如,在諧振波形的穀值附近)導通第一開關Q1,使第一開關Q1實現零電壓開啟。從而,提高了返馳電源的效率和可靠性,有利於實現返馳電源的小型化。
此外,零電壓開啟返馳PWM晶片100可通過第一驅動引腳GATE和第二控制引腳SRC來控制使得第一開關Q1和第二開關Q2不同時導通,以避免由於例如MOS(金屬氧化物半導體)開關同時導通導致的炸機問題,使得返馳電源的安全性更高。
圖3示出了根據本創作的一個示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
參照圖3,零電壓開啟返馳PWM晶片100第一驅動引腳GATE輸出的第一驅動引腳GATE用於控制第一開關Q1的接通或斷開,在圖3的示例中,第一開關Q1可以為高電平接通的MOS開關。
零電壓開啟返馳PWM晶片100第二控制引腳SRC輸出的第二控制引腳SRC用於控制第二開關Q2的接通或斷開,在圖3的示例中,第二開關Q2也可以為高電平接通的MOS開關。
返馳電源20的二次側的同步整流控制晶片200的SR驅動引腳SR GATE可根據第二控制引腳SRC,產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE(圖3中的二次側SR GATE)。
換言之,在圖3的實施例中,第二開關Q2的導通或斷開直
接且僅由第二控制引腳SRC控制。即,在退磁階段和諧振階段,零電壓開啟返馳PWM晶片100均可通過第二控制引腳SRC來控制第二開關Q2的導通或斷開。
這裡,通過在諧振階段由零電壓開啟返馳PWM晶片100控制第二開關Q2導通,可將二次側的儲能電容器Cout儲存的電力從二次繞組Sec耦合到一次繞組Pri,從而增大一次繞組Pri和第一開關Q1寄生電容之間的諧振。在增大了該諧振之後,零電壓開啟返馳PWM晶片100可控制第二開關Q2斷開,並在適當的諧振相位處(例如,在電壓VDS的穀值電壓附近)導通第一開關Q1,以實現第一開關Q1(即,返馳電源20)的零電壓開啟。
應該理解,圖3中所示的第二控制引腳SRC僅為示例,第二控制引腳SRC還可以是其他形式的控制信號,例如,脈衝形式,如圖4所示。
圖4示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖4的時序圖與圖3相似,不同之處在於:圖4中的第二控制引腳SRC為脈衝信號,返馳電源20的二次側的同步整流控制晶片200的SR驅動引腳SR GATE根據脈衝形式的第二控制引腳SRC,產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE。
圖5示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖5的時序圖與圖3相似,不同之處在於:圖5中的第二控制引腳SRC僅在諧振階段控制第二開關Q2的開啟和斷開。返馳電源20的二次側的同步整流控制晶片200的SR驅動引腳SR GATE在退磁階段產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE,並在諧振階段根據第二控制引腳SRC產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE。
這裡,圖5中所示的第二控制引腳SRC也僅為示例,第二控制引腳SRC還可以是其他形式的控制信號,例如,脈衝形式,如圖6所示。
圖6示出了根據本創作的另一示例性實施例的用於對返馳電源進行零電壓開啟的信號的時序圖。
圖6的時序圖與圖5相似,不同之處在於:圖6中的第二控制引腳SRC為脈衝信號。返馳電源20的二次側的同步整流控制晶片200的SR驅動引腳SR GATE在退磁階段產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE,並在諧振階段根據脈衝形式的第二控制引腳SRC產生向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE。
圖7示出了根據本創作的一個示例性實施例的零電壓開啟返馳PWM晶片100的示意性框圖。
如圖7所示,根據本創作的示例性實施例的零電壓開啟返馳PWM晶片100可包括:主驅動單元110、SRC控制單元120、IC供電單元130、電壓檢測單元140、OTP保護單元150和主控制器160。
主驅動單元110連接到第一驅動引腳GATE,SRC控制單元120連接到第二控制引腳SRC,IC供電單元130連接到供電引腳VDD,電壓檢測單元140連接到電壓檢測引腳DEM,OTP保護單元150連接到過溫保護引腳OTP。
主控制器160單元連接到主驅動單元110、SRC控制單元120、IC供電單元130、電壓檢測單元140、OTP保護單元150、輸出回饋引腳FB和電流感測腳CS,以接收由IC供電單元130通過供電引腳VCC提供的晶片供電電壓、由電壓檢測單元140提供的通過電壓檢測引腳DEM檢測的信號、由OTP保護單元150提供的通過過溫保護引腳OTP檢測的信號、由輸出回饋引腳FB檢測的信號、以及由電流感測腳CS檢測的信號,並根據這些信號向主驅動單元110和SRC控制單元120提供控制信號,以經由第一驅動引腳GATE和第二控制引腳SRC控制第一開關Q1和
第二開關Q2的導通和斷開。
圖8示出了根據本創作的一個示例性實施例的同步整流控制晶片200的示意性框圖。
如圖8所示,同步整流控制晶片200可包括電壓檢測引腳VD、SR驅動引腳SR GATE、供電引腳VCC、信號接收引腳RX、參考地引腳GND、電壓檢測單元210、SR驅動單元220、供電單元230、接收單元240和SR控制器250。
電壓檢測引腳VD連接到電壓檢測單元210,以檢測第二開關Q2的汲極電壓、汲極電壓的上升斜率、以及汲極電壓的下降斜率。
SR驅動引腳SR GATE連接到SR驅動單元220,以向第二開關Q2的閘極輸出SR驅動引腳SR GATE。
供電引腳VCC連接到供電單元230,以從外部接收電力來對同步整流控制晶片200供電。
信號接收引腳RX連接到接收單元240,以接收從零電壓開啟返馳PWM晶片100的第二控制引腳SRC輸出的第二控制引腳SRC。
參考地引腳GND連接到參考地。
SR控制器250連接到電壓檢測單元210、SR驅動單元220、供電單元230和接收單元240以從其接收相應的信號,並向SR驅動單元220提供控制信號,以產生經由SR驅動引腳SR GATE向第二開關Q2的閘極輸出的SR驅動引腳SR GATE。
應該理解,以上對返馳電源進行零電壓開啟的方式以及零電壓開啟返馳PWM晶片和同步整流控制晶片的結構僅是示例,可根據實際需要通過任意其他方式應用根據本創作的實施例的電路來實現對返馳電源的零電壓開啟以及零電壓開啟返馳PWM晶片和同步整流控制晶片的其他結構。
根據本創作的用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路,能夠實現返馳電源的零電壓開啟,從而提高了返馳電源的效率和可靠性,有利
於實現返馳電源的小型化。
本創作可以以其他的具體形式實現,而不脫離其精神和本質特徵。例如,特定實施例中所描述的演算法可以被修改,而系統體系結構並不脫離本創作的基本精神。因此,當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的,本創作的範圍由所附請求項而非上述描述定義,並且,落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本創作的範圍之中。
100:零電壓開啟返馳PWM晶片
CS:電流感測腳
DEM:電壓檢測引腳
FB:輸出回饋引腳
GATE:第一驅動引腳
GND:參考地引腳
OTP:過溫保護引腳
SRC:第二控制引腳
VDD:供電引腳
Claims (8)
- 一種用於對返馳電源進行零電壓開啟的電路,所述返馳電源包括變壓器的一次繞組、所述變壓器的二次繞組、第一開關和第二開關,所述第一開關串聯連接在所述一次繞組的兩個連接端子之一和參考地之間,所述第二開關串聯連接在所述二次繞組的兩個連接端子之一和所述參考地之間,其特徵在於,所述電路包括:零電壓開啟返馳PWM晶片,所述零電壓開啟返馳PWM晶片包括:第一驅動引腳、第二控制引腳、供電引腳、電壓檢測引腳、過溫保護引腳、輸出回饋引腳、參考地引腳以及電流檢測引腳,其中,所述第一驅動引腳連接到所述第一開關的控制端子,所述第二控制引腳經由傳輸器件和同步整流控制晶片連接到所述第二開關的控制端子。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述傳輸器件為以下項中的至少一個:磁耦、共模電感器、變壓器、以及光耦。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述電路還包括:晶片供電繞組、第一二極體和第一電容器,所述晶片供電繞組與所述一次繞組和所述二次繞組耦合,所述晶片供電繞組的第一連接端子連接到所述第一二極體的第一連接端子,所述第一二極體的第二連接端子連接到所述第一電容器的第一連接端子,所述第一電容器的第二連接端子和所述晶片供電繞組的第二連接端子連接到所述參考地,其中,所述供電引腳連接到所述電容器的第一連接端子。
- 如請求項3所述的電路,其中,所述電路還包括:第一電阻器和第二電阻器,所述第一電阻器和所述第二電阻器串聯連接在所述晶片供電繞組的第一連接端子和所述參考地之間,其中,所述電壓檢測引腳連接到所述第一電阻器和所述第二電阻器之間的連接節點。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述電路還包括:熱敏電阻器,其中,所述過溫保護引腳連接到所述熱敏電阻器的第一連接端子,所述熱敏電阻器的第二連接端子連接到所述參考地。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述電路還包括:光耦,其中,所述輸出回饋引腳連接到所述光耦的第一連接端子,所述光耦的第二連接端子連接到所述參考地。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述參考地引腳連接到所述參考地。
- 如請求項1所述的電路,其中,所述返馳電源還包括第三電阻器,所述第三電阻器串聯連接在所述第一開關和所述參考地之間,其中,所述電流檢測引腳連接到所述第一開關和所述第三電阻器之間的連接節點。
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