WO2015197031A1 - Synchronous rectifier circuit and llc resonance converter having the same - Google Patents

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Cejian FU
Jiangfeng GOU
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Byd Company Limited
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Abstract

A synchronous rectifier circuit (101) is provided, comprising: a switch module (10), configured to generate a switch voltage signal; an LLC resonance module (20), configured to generate a first resonance pulse voltage signal according to the switch voltage signal; a transformer (30) comprising a primary winding (T1) and a secondary winding (T2), and configured to convert the first resonance pulse voltage signal into a second resonance pulse voltage signal; a secondary synchronous rectifier module (40) and a reverse current suppression module (50). The secondary synchronous rectifier module (40), the reverse current suppression module (50) and the secondary winding (T2) are connected with each other to form a reverse current suppression loop, the secondary synchronous rectifier module generates a reverse recovery current signal during performing a synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and the reverse current suppression loop is configured to suppress the reverse recovery current signal..

Description

SYNCHRONOUS RECTIFIER CIRCUIT AND LLC RESONANCE CONVERTER HAVING THE SAME
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION
This application claims priority and benefits of Chinese Patent Application No. 201410305285. X, filed with State Intellectual Property Office, P. R. C. on June 27, 2014, the entire content of which is incorporated herein by reference.
FIELD
Embodiments of the present disclosure generally relate to a resonance converter field, and more particularly, to a synchronous rectifier circuit and an LLC resonance converter having the synchronous rectifier circuit.
BACKGROUND
Nowadays, as an important development trend of the power technology, energy conservation presents higher requirements on power efficiency, power density, reliability and so on. LLC resonance circuits and synchronous rectifier circuits are used more and more widely in the energy conservation field. However, an LLC resonance converter with secondary-side full-wave band synchronous rectifier circuit still has the following problems.
First, a synchronous rectifier drive signal of the synchronous rectifier circuit uses the master power drive signal mode. When the operating frequency is greater than the resonance frequency, the synchronous rectifier drive signal in the secondary-side is consistent with the master power drive signal. When the operating frequency is less than the resonance frequency, the synchronous rectifier drive signal in the secondary-side is not simply consistent with the master power drive signal because of the dead-time in which the current in the synchronous rectifier is zero, otherwise it may cause serious problems such as current reverse and short circuit of the transformer.
Second, the synchronous rectifier drive circuit is based on a current detection, and methods for detecting the current includes: detecting a secondary current by detecting the voltage Vds between the drain and the source of the synchronous rectifier circuit, or by a current mutual inductor, or by resistors in series, and then obtaining a synchronous rectifier control signal by a sampling processing circuit, a logic generating circuit, and a drive circuit and so on. Since all cell  circuits are realized by combining discrete components, the above-mentioned method has disadvantages of a great number of devices, complex layout and poor reliability.
Third, controlling the synchronous rectifier with an integrated control IC (Integrated Circuit) has advantages of high integration, less components and simple layout. Due to the influence of the reverse recovery current in a diode of the synchronous rectifier, however, the integrated control IC detects a starting threshold voltage, and drives improperly the complementary synchronous rectifier transistor on for a short time, thus lead ending to serious problems such as short circuit of the transformer for a short time..
SUMMARY
Embodiments of the present disclosure seek to solve at least one of the problems existing in the related art to at least some extent.
Embodiments of a first aspect of the present disclosure provide a synchronous rectifier circuit, including: a switch module, configured to generate a switch voltage signal according to an input direct current； an LLC resonance module, connected with the switch module, and configured to generate a first resonance pulse voltage signal according to the switch voltage signal； a transformer, comprising a primary winding connected with the LLC resonance module and a secondary winding, and configured to convert the first resonance pulse voltage signal into a second resonance pulse voltage signal； a secondary synchronous rectifier module； and a reverse current suppression module, wherein the secondary synchronous rectifier module, the reverse current suppression module and the secondary winding are connected with each other to form a reverse current suppression loop, the secondary synchronous rectifier module generates a reverse recovery current signal during performing a synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and the reverse current suppression loop is configured to suppress the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding from short circuit.
With the synchronous rectifier circuit according to embodiments of the present disclosure, the switch voltage signal is generated by the switch module, and then the first resonance pulse voltage signal is generated by the LLC resonance module according to the switch voltage signal. After the first resonance pulse voltage signal is converted into the second resonance pulse voltage signal by the transformer, the secondary synchronous rectifier module generates a reverse recovery current signal during performing the synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and finally the reverse current suppression loop suppresses the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding from short circuit. The synchronous rectifier circuit  can solve a reliability problem caused by the reverse recovery current signal of a body diode of the synchronous rectifier transistor in a synchronous rectifier control mode of integrated control IC, and has advantages of high integration, less components, simple structure, high reliability, and low cost.
Embodiments of a second aspect of the present disclosure provide an LLC resonance converter including the synchronous rectifier circuit according to embodiments of the first aspect of the present disclosure.
With the LLC resonance converter according to embodiments of the present disclosure, the switch voltage signal is generated by the switch module, and then the first resonance pulse voltage signal is generated by the LLC resonance module according to the switch voltage signal. After the first resonance pulse voltage signal is converted into the second resonance pulse voltage signal by the transformer, the secondary synchronous rectifier module generates a reverse recovery current signal during performing the synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and finally the reverse current suppression loop suppresses the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding from short circuit. The LLC resonance converter can solve a reliability problem caused by the reverse recovery current signal of a body diode of the synchronous rectifier transistor in a synchronous rectifier control mode of integrated control IC, and has advantages of high integration, less components, simple structure, high reliability, and low cost.
Additional aspects and advantages of embodiments of present disclosure will be given in part in the following descriptions, become apparent in part from the following descriptions, or be learned from the practice of the embodiments of the present disclosure.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
These and other aspects and advantages of embodiments of the present disclosure will become apparent and more readily appreciated from the following descriptions made with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic diagram of a conventional synchronous rectifier circuit；
Fig. 2 is a block diagram of a synchronous rectifier circuit according to an embodiment of the present disclosure；
Fig. 3 is a circuit diagram of a synchronous rectifier circuit according to a first embodiment of  the present disclosure；
Fig. 4 is a circuit diagram of a synchronous rectifier circuit according to a second embodiment of the present disclosure；
Fig. 5 is a circuit diagram of a synchronous rectifier circuit according to a third embodiment of the present disclosure；
Fig. 6 is a circuit diagram of a synchronous rectifier circuit according to a fourth embodiment of the present disclosure； and
Fig. 7 is a block diagram of an LLC resonance converter according to an embodiment of the present disclosure.
DETAILED DESCRIPTION
Reference will be made in detail to embodiments of the present disclosure. Embodiments of the present disclosure will be shown in drawings, in which the same or similar elements and the elements having same or similar functions are denoted by like reference numerals throughout the descriptions. The embodiments described herein according to drawings are explanatory and illustrative, not construed to limit the present disclosure.
Various embodiments and examples are provided in the following description to implement different structures of the present disclosure. In order to simplify the present disclosure, certain elements and settings will be described. However, these elements and settings are only by way of example and are not intended to limit the present disclosure. In addition, reference numerals may be repeated in different examples in the present disclosure. This repeating is for the purpose of simplification and clarity and does not refer to relations between different embodiments and/or settings. Furthermore, examples of different processes and materials are provided in the present disclosure. However, it would be appreciated by those skilled in the art that other processes and/or materials may be also applied. Moreover, a structure in which a first feature is “on” a second feature may include an embodiment in which the first feature directly contacts the second feature, and may also include an embodiment in which an additional feature is formed between the first feature and the second feature so that the first feature does not directly contact the second feature.
In the description of the present disclosure, unless specified or limited otherwise, it should be noted that, terms “mounted, ” “connected” and “coupled” may be understood broadly, such as electronic connections or mechanical connections, inner communications between two elements,  direct connections or indirect connections through intervening structures , which can be understood by those skilled in the art according to specific situations.
With reference to the following descriptions and drawings, these and other aspects of embodiments of the present disclosure will become apparent. In the descriptions and drawings, some particular embodiments are described in order to show the principles of embodiments according to the present disclosure, however, it should be appreciated that the scope of embodiments according to the present disclosure is not limited herein. On the contrary, changes, alternatives, and modifications can be made in the embodiments without departing from spirit, principles and scope of the attached claims.
Fig. 1 is a schematic diagram of a conventional synchronous rectifier circuit. As shown in Fig. 1, a primary-side of the conventional synchronous rectifier circuit includes: a first switch transistor Q1’ , a second switch transistor Q2’ , a resonance inductor Lr’ , a resonance capacitor Cr’ and a magnetizing inductor Lp’ , a secondary-side of the conventional synchronous rectifier circuit includes: a first synchronous rectifier Q3’ , a second synchronous rectifier Q4’ , a voltage sampling unit for a drain and a source of the second synchronous rectifier Q4’ , a synchronous rectifier control unit IC’ for controlling the second synchronous rectifier Q4’ to rectify, and an output capacitor Co’ . Because a voltage sampling unit for a drain and a source of the first synchronous rectifier Q3’ has the same structure with that of the voltage sampling unit for the drain and the source of the second synchronous rectifier Q4’ , and a synchronous rectifier control unit IC’ for controlling the first synchronous rectifier Q3’ to rectify has the same structure with that of the synchronous rectifier control unit IC’ for controlling the second synchronous rectifier Q4’ to rectify, the voltage sampling unit for the drain and the source of the first synchronous rectifier Q3’ and the synchronous rectifier control unit IC’ for controlling the first synchronous rectifier Q3’ are omitted in Fig. 1. Only an operating process of the second synchronous rectifier Q4’ is taken as an example in following illustration.
Specifically, when a secondary current of the transformer T’ is switched to the second synchronous rectifier Q4’ for rectifying, a body diode of the second synchronous rectifier Q4’ is on, and the voltage sampling unit for the drain and the source samples an on-state voltage drop and outputs the on-state voltage drop to the synchronous rectifier control unit IC’ . when the synchronous rectifier control unit IC’ detects that a differential voltage between a drain voltage and a source voltage output by the voltage sampling unit for the drain and the source samples is less  than an on-state voltage threshold Vth_on’ , the synchronous rectifier control unit IC’ outputs an on-state drive signal to turn on the second synchronous rectifier Q4’ . In this case, the differential voltage output by the voltage sampling unit for the drain and the source is equal to an on-state resistance of the second synchronous rectifier Q4’ multiplied by a current of the second synchronous rectifier Q4’ . With a reduction of the current of the second synchronous rectifier Q4’ , the differential voltage increases. When the differential voltage is increased to an off-state voltage threshold Vth_off ’ , the synchronous rectifier control unit IC’ outputs an off-state drive signal of the second synchronous rectifier Q4’ , and then the secondary current of the transformer T’ is switch to the first synchronous rectifier Q3’ for rectifying. Since an operating process of the first synchronous rectifier Q3’ is the same with the operating process of the second synchronous rectifier Q4’ , the first synchronous rectifier Q3’and the second synchronous rectifier Q4’ operate in turn. However, due to an influence of the body diode of the synchronous rectifier, when the synchronous rectifier is turned off, there is a reverse recovery current signal. For example, when the second synchronous rectifier Q4’ is turned off, the current of the second synchronous rectifier Q4’ is instantly switched to the body diode of the second synchronous rectifier Q4’and continues flowing and then is turned off, such that there is the reverse recovery current signal of the body diode. The reverse recovery current signal can flow by two branches, a part of the reverse recovery current signal flows by the body diode of the first synchronous rectifier Q3’ and the secondary winding of the transformer T’ , and the other part of the reverse recovery current signal flows by an output inductor Co’ and a middle lead end 2’ of the transformer T’ . And when the reverse recovery current signal flows by the body diode of the first synchronous rectifier Q3’ , the voltage sampling unit for the drain and the source of the first synchronous rectifier Q3’ can detect an on-state voltage drop of the body diode of the first synchronous rectifier Q3’ , which is logically judged by the synchronous rectifier control unit IC’ , then the synchronous rectifier control unit IC’ outputs an on drive signal to turn on the first synchronous rectifier Q3’ , which causes a current reverse and a short circuit of the transformer, thus affecting a normal operation of the synchronous rectifier circuit.
A synchronous rectifier circuit is provided according to embodiments of the present disclosure.
Fig. 2 is a block diagram of the synchronous rectifier circuit according to an embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 2, the synchronous rectifier circuit 101 includes a switch  module 10, an LLC resonance module 20, a transformer 30, a secondary synchronous rectifier module 40 and a reverse current suppression module 50. The switch module 10 is configured to generate a switch voltage signal according to an input direct current. The LLC resonance module 20 is connected with the switch module 10, and configured to generate a first resonance pulse voltage signal according to the switch voltage signal. The transformer 30 includes a primary winding T1 and a secondary winding T2, and is configured to convert the first resonance pulse voltage signal into a second resonance pulse voltage signal. The primary winding T1 is connected with the LLC resonance module 20. The secondary synchronous rectifier module 40, the reverse current suppression module 50 and the secondary winding T2 are connected with each other to form a reverse current suppression loop, and the reverse current suppression loop is configured to suppress the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding T2 from short circuit.
In an embodiment, the switch module 10 includes a first switch transistor Q1 and a second switch transistor Q2. For example, the first switch transistor Q1 and the second switch transistor Q2 may be MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) , a first terminal of the first switch transistor Q1 is connected with a positive electrode of a DC power source D, a second terminal of the first switch transistor Q1 is connected with a first terminal of the second switch transistor Q2, a second terminal of the second switch transistor Q2 is connected with a negative electrode of the DC power source D. The negative electrode of the direct current power source D is grounded. There is a node J between the first switch transistor Q1 and the second switch transistor Q2.The LLC resonance module 20 includes a resonance inductor Lr, a resonance capacitor Cr and a magnetizing inductor Lp. A terminal of the resonance inductor Lr is connected with the node J, the resonance capacitor Cr is connected with the resonance inductor Lr in series, the magnetizing inductor Lp is connected with the resonance capacitor Cr in series, a terminal of the magnetizing inductor Lp is connected with the second terminal of the second switch transistor Q2, and the magnetizing inductor Lp is connected with the primary winding T1 in parallel.
In some embodiments, the secondary synchronous rectifier module 40 may include a first synchronous rectifier unit 41 and a second synchronous rectifier unit 42, and the reverse current suppression module 50 may include a first reverse current suppression unit 51 and a second reverse current suppression unit 52, as shown in Figs. 3-6. A first terminal of the first reverse current suppression unit 51 is connected with a first lead end 1 of the secondary winding T2, a first  terminal of the second reverse current suppression unit 52 is connected with a second lead end 3 of the secondary winding T2, a second terminal of the first reverse current suppression unit 51 and a second terminal of the second reverse current suppression unit 52 are connected with a middle lead end 2 of the secondary winding T2 respectively, a third terminal of the first reverse current suppression unit 51 is connected with a first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, and a third terminal of the second reverse current suppression unit 52 is connected with a first terminal of the second synchronous rectifier unit 42.
Fig. 3 is a circuit diagram of the synchronous rectifier circuit according to a first embodiment of the present disclosure. In this embodiment, as shown in Fig. 3, the first reverse current suppression unit 51 may include a first diode D1 and a first capacitor C1, and the second reverse current suppression unit 52 may include a second diode D2 and a second capacitor C2. A cathode of the first diode D1 is connected with is the first lead end 1 of the secondary winding T2 and a second terminal of the first synchronous rectifier unit 41 respectively, an anode of the first diode D1 is connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the first capacitor C1 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, the other terminal of the first capacitor C1 is connected with the terminal of the first synchronous rectifier unit 41, a cathode of the second diode D2 is connected with is the second lead end 3 of the secondary winding T2 and the other terminal of the second synchronous rectifier unit 42 respectively, an anode of the second diode D2 is connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit 42, one terminal of the second capacitor C2 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, and the other terminal of the second capacitor C2 is connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit 42.
Fig. 4 is a circuit diagram of the synchronous rectifier circuit according to a second embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 4, the first reverse current suppression unit 51 may include a first annular magnetic bead L2 and a third diode D3, and the second reverse current suppression unit 52 may include a second annular magnetic bead L2 and a fourth diode D4. One terminal of the first annular magnetic bead L1 is connected with the first lead end 1 of the secondary winding T2, the other terminal of the first annular magnetic bead L1 is connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit 41, a cathode of the third diode D3 is connected with the second terminal of the first synchronous rectifier unit 41, an anode of the third diode D3 is connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the second annular bead L2 is connected with the second lead end 3 of the secondary winding T2, the other terminal of the second annular bead L2 is connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit 42, a cathode of the fourth diode D4 is connected with the second terminal of the second synchronous rectifier unit 42, an anode of the fourth diode D4 is  connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit 42.
Fig. 5 is a circuit diagram of the synchronous rectifier circuit according to a third embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 5, the first reverse current suppression unit 51 may include a third annular magnetic bead L3 and a third capacitor C3, and the second reverse current suppression unit 52 may include a fourth annular magnetic bead L4 and a fourth capacitor C4. One terminal of the third annular bead L3 is connected with the first lead end 1 of the secondary winding T2, the other terminal of the third annular bead L3 is connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the third capacitor C3 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, the other terminal of the third capacitor C3 is connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the fourth annular bead L4 is connected with the second lead end 3 of the secondary winding T2, the other terminal of the fourth annular bead L4 is connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit 42, one terminal of the fourth capacitor C4 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, the other terminal of the fourth capacitor C4 is connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit 42.
Fig. 6 is a circuit diagram of the synchronous rectifier circuit according to a fourth embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 6, the first reverse current suppression unit 51 may include a fifth annular magnetic bead L5, a fifth diode D5 and a fifth capacitor C5, and the second reverse current suppression unit 42 may include a sixth annular bead L6, a sixth diode D6 and a sixth capacitor C6. One terminal of the fifth annular bead L5 is connected with the first lead end 1 of the secondary winding T2, the other terminal of the fifth annular bead L5 is connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit 41, a cathode of the fifth diode D5 is connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit 41, an anode of the fifth diode D5 is connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the fifth capacitor C5 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, the other terminal of the fifth capacitor C5 is connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit 41, one terminal of the sixth annular bead L6 is connected with the second lead end 3 of the secondary winding T2, the other terminal of the sixth annular bead L6 is connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit 42, a cathode of the sixth diode D6 is connected with the second terminal of the second synchronous rectifier unit 42, an anode of the sixth diode D6 is connected with the one terminal of the second synchronous rectifier unit 42, one terminal of the sixth capacitor C6 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, the other terminal of the sixth capacitor C6 is connected with the one terminal of the second synchronous rectifier unit 42.
In some embodiments, as shown in Figs. 3-6, the first synchronous rectifier unit 41 may  include a first synchronous rectifier transistor Q3 (such as a MOSFET) , a first voltage sampling subunit 411 of the first synchronous rectifier transistor Q3 and a first synchronous rectifier control subunit IC412 for controlling the first synchronous rectifier transistor Q3 to rectify. The second synchronous rectifier unit 42 may include a second synchronous rectifier transistor Q4 (such as a MOSFET) , a second voltage sampling subunit 421 of the second synchronous rectifier transistor Q4 and a second synchronous rectifier control subunit IC422 for controlling the second synchronous rectifier transistor Q4 to rectify. As shown in Figs. 3-6, each of the first synchronous rectifier transistor Q3 and the second synchronous rectifier transistor Q4 may be a MOSFET. A first input terminal of the first voltage sampling subunit 411 is connected with a source of the first synchronous rectifier transistor Q3, a second input terminal of the first voltage sampling subunit 411 is connected with a drain of the first synchronous rectifier transistor Q3, an output terminal of the first voltage sampling subunit 411 is connected with one terminal of the first synchronous rectifier control subunit IC412, the other terminal of the first synchronous rectifier control subunit IC412 is connected with a gate of the first synchronous rectifier transistor Q3. A first input terminal of the second voltage sampling subunit 421 is connected with a source of the second synchronous rectifier transistor Q4, a second input terminal of the second voltage sampling subunit 421 is connected with a drain of the second synchronous rectifier transistor Q4, an output terminal of the second voltage sampling subunit 421 is connected with one terminal of the second synchronous rectifier control subunit IC 422, the other terminal of the second synchronous rectifier control subunit IC 422 is connected with a gate of the second synchronous rectifier transistor Q4.The source of each of the first synchronous rectifier transistor Q3 and the second synchronous rectifier transistor Q4 is grounded.
In an embodiment, as shown in Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 6, the drain of the first synchronous rectifier transistor Q3 is connected with the cathode of the first diode D1, the cathode of the third diode D3 and the cathode of the fifth diode D5 respectively, and the source of the first synchronous rectifier transistor Q3 is connected with the anode of the first diode D1, the anode of the third diode D3 and the anode of the fifth diode D5 respectively. The drain of the second synchronous rectifier transistor Q4 is connected with the cathode of the second diode D2, the cathode of the fourth diode D4 and the cathode of the sixth diode D6 respectively, and the source of the second synchronous rectifier transistor Q4 is connected with the anode of the second diode D2, the anode of the fourth diode D4 and the anode of the sixth diode D6 respectively.
In an embodiment, as shown in Fig. 3, the drain of the first synchronous rectifier transistor Q3 is further connected with the first lead end 1 of the secondary winding T2, and the drain of the second synchronous rectifier transistor Q4 is further connected with the second lead end 3 of the secondary winding T2. In addition, as shown in Figs. 4-6, the drain of the first synchronous rectifier transistor Q3 is further connected with the other terminal of the first annular magnetic bead L1, the other terminal of the third annular magnetic bead L3 and the other terminal of the fifth annular bead L5 respectively, and the drain of the second synchronous rectifier transistor Q4 is further connected with the other terminal of the second annular magnetic bead L2, the other terminal of the fourth annular magnetic bead L4 and the other terminal of the sixth annular magnetic bead L6 respectively.
In an embodiment, as shown in Fig. 3, Fig. 5 and Fig. 6, the source of the first synchronous rectifier transistor Q3 is further connected with the other terminal of the first capacitor C1, the other terminal of the third capacitor C3 and the other terminal of the fifth capacitor C5 respectively, and the source of the second synchronous rectifier transistor Q4 is further connected with the other terminal of the second capacitor C2, the other terminal of the fourth capacitor C4 and the other terminal of the sixth capacitor C6 respectively.
In an embodiment, as shown in Figs. 3-6, the synchronous rectifier circuit 101 further includes an output module 60, one terminal of the output module 60 is connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2, and the other terminal of the output module 60 is connected with the one terminal of the second synchronous rectifier unit 42. Specifically, the output module 60 may be an output capacitor Co with one terminal connected with the middle lead end 2 of the secondary winding T2 and with the other terminal connected with the source of the second synchronous rectifier transistor Q4.
In an embodiment, as shown in Fig. 3, each of the first diode D1 and the second diode D2 is a schottky diode, and each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is a high-frequency chip ceramic capacitor. As shown in Fig. 4, in an embodiment, a magnetic material of each of the first annular bead L1 and the second annular bead L2 is cobalt-based amorphous alloy, and each of the third diode D3 and the fourth diode D4 is a schottky diode. As shown in Fig. 5, in an embodiment, a magnetic material of each of the third annular bead L3 and the fourth annular bead L4 is cobalt-based amorphous alloy, and each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is a high-frequency chip ceramic capacitor. As shown in Fig. 6, in an embodiment, a magnetic  material of each of the fifth annular bead L5 and the sixth annular bead L6 is cobalt-based amorphous alloy, each of the fifth capacitor C5 and the sixth capacitor C6 is a high-frequency chip ceramic capacitor, and each of the fifth diode D5 and the sixth diode D6 is a schottky diode.
As shown in Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 6, when the second synchronous rectifier transistor Q4 is turned off, due to the body diode of the second synchronous rectifier transistor Q4 connected with the schottky diodes (such as the second diode D2, the fourth diode D4 and the sixth diode D6) in parallel in the reverse current suppression loop, a current component of the body diode of the second synchronous rectifier transistor Q4 is greatly reduced, and when the body diode of the second synchronous rectifier transistor Q4 is turned off due to a reverse voltage, the schottky diode does not generate a reverse recovery current signal, and the reverse recovery current signal resulted from the current of the body diode is accordingly greatly reduced due to the diverted current, thus achieving a suppression of the reverse recovery current signal by the reverse current suppression loop, so as to prevent the current reverse and the short circuit of the transformer.
As shown in Fig. 4 -Fig. 6, since the annular magnetic bead has a rectangular hysteresis loop characteristics, in the reverse current suppression loop, the first lead end 1 of the secondary winding T2 is connected with the annular magnetic bead (such as the first annular magnetic bead L1, the third annular magnetic bead L3 and the fifth annular magnetic bead L5) in series, and the second lead end 3 of the secondary winding T2 is connected with the annular magnetic bead (such as the second annular magnetic bead L2, the fourth annular magnetic bead L4 and the sixth annular magnetic bead L6) in series, which can reduce the reverse recovery current signal of the body diode of the synchronous rectifier transistor (such as the first synchronous rectifier transistor Q3 and the second synchronous rectifier transistor Q4) , thus achieving a suppression of the reverse recovery current signal by the reverse current suppression loop, so as to prevent the current reverse and the short circuit of the transformer. Furthermore, in one embodiment, the annular magnetic bead (such as the first annular magnetic bead L1, the second annular magnetic bead L2, the third annular magnetic bead L3, the fourth annular magnetic bead L4, the fifth annular magnetic bead L5 and the sixth annular magnetic bead L6) may be mounted directly in a package of the transformer 30.
As shown in Fig. 3, Fig. 5 and Fig. 6, when the first reverse current suppression unit 51 includes the first diode C1 and the second diode C2, or the third diode C3 and the fourth diode C4,or the fifth diode C5 and the sixth diode C6, if in the reverse current suppression loop the body  diode of the synchronous rectifier (such as the first synchronous rectifier transistor Q3 , the second synchronous rectifier transistor Q4) has the reverse recovery current signal, the reverse recovery current signal flows through a low impedance reverse current suppression loop formed by the high-frequency chip ceramic capacitor and the middle lead end 2 of the transformer 30. In this way, a current signal flowing through the body diode of the complementary synchronous rectifier transistor is greatly reduced, such that the differential voltage output from the voltage sampling subunit (such as the first voltage sampling subunit 411, the second voltage sampling subunit 421) do not reach an on-state voltage threshold Vth_on, and thus the synchronous rectifier control unit IC (such as the first synchronous rectifier control subunit IC 412, the second synchronous rectifier control subunit IC 422) will not output improperly the on-state drive signal of the complementary synchronous rectifier transistor so as to prevent the current reverse and the short circuit of the transformer. The first synchronous rectifier transistor Q3 is a complementary synchronous rectifier transistor of the second synchronous rectifier transistor Q4, and the second synchronous rectifier transistor Q4 is the complementary synchronous rectifier transistor of first synchronous rectifier transistor Q3.
With the synchronous rectifier circuit according to embodiments of the present disclosure, the switch voltage signal is generated by the switch module 10, and then the first resonance pulse voltage signal is generated by the LLC resonance module 20 according to the switch voltage signal. After the first resonance pulse voltage signal is converted into the second resonance pulse voltage signal by the transformer 30, the secondary synchronous rectifier module 40 generates a reverse recovery current signal during performing the synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and finally the reverse current suppression loop suppresses the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding T2 from short circuit. The synchronous rectifier circuit can solve a reliability problem caused by the reverse recovery current signal of the body diode of the synchronous rectifier transistor in a synchronous rectifier control mode of integrated control IC, and has advantages of high integration, less components, simple structure, high reliability, and low cost.
Embodiments of the present disclosure further present an LLC resonance converter. Fig. 7 is a block diagram of the LLC resonance converter according to an embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 7, the LLC resonance converter 100 includes the above synchronous rectifier circuit 101 according to embodiments of the first aspect of the present disclosure.
With the LLC resonance converter according to embodiments of the present disclosure, the switch voltage signal is generated by the switch module 10, and then the first resonance pulse voltage signal is generated by the LLC resonance module according to the switch voltage signal. After the first resonance pulse voltage signal is converted into the second resonance pulse voltage signal by the transformer, the secondary synchronous rectifier module 40 generates a reverse recovery current signal during performing the synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and finally the reverse current suppression loop suppresses the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding T2 from short circuit. The LLC resonance converter can solve the reliability problem caused by the reverse recovery current signal of the body diode of the synchronous rectifier transistor in a synchronous rectifier control mode of integrated control IC, and has advantages of high integration, less components, simple structure, high reliability, and low cost.
Any procedure or method described in the flow charts or described in any other way herein may be understood to comprise one or more modules, portions or parts for storing executable codes that realize particular logic functions or procedures. Moreover, advantageous embodiments of the present disclosure comprises other implementations in which the order of execution is different from that which is depicted or discussed, including executing functions in a substantially simultaneous manner or in an opposite order according to the related functions. This should be understood by those skilled in the art which embodiments of the present disclosure belong to.
The logic and/or step described in other manners herein or shown in the flow chart, for example, a particular sequence table of executable instructions for realizing the logical function, may be specifically achieved in any computer readable medium to be used by the instruction execution system, device or equipment (such as the system based on computers, the system comprising processors or other systems capable of obtaining the instruction from the instruction execution system, device and equipment and executing the instruction) , or to be used in combination with the instruction execution system, device and equipment.
It is understood that each part of the present disclosure may be realized by the hardware, software, firmware or their combination. In the above embodiments, a plurality of steps or methods may be realized by the software or firmware stored in the memory and executed by the appropriate instruction execution system. For example, if it is realized by the hardware, likewise in another embodiment, the steps or methods may be realized by one or a combination of the  following techniques known in the art: a discrete logic circuit having a logic gate circuit for realizing a logic function of a data signal, an application-specific integrated circuit having an appropriate combination logic gate circuit, a programmable gate array (PGA) , a field programmable gate array (FPGA) , etc.
Those skilled in the art shall understand that all or parts of the steps in the above exemplifying method of the present disclosure may be achieved by commanding the related hardware with programs. The programs may be stored in a computer readable storage medium, and the programs comprise one or a combination of the steps in the method embodiments of the present disclosure when run on a computer.
In addition, each function cell of the embodiments of the present disclosure may be integrated in a processing module, or these cells may be separate physical existence, or two or more cells are integrated in a processing module. The integrated module may be realized in a form of hardware or in a form of software function modules. When the integrated module is realized in a form of software function module and is sold or used as a standalone product, the integrated module may be stored in a computer readable storage medium.
The storage medium mentioned above may be read-only memories, magnetic disks or CD, etc.
Reference throughout this specification to “an embodiment, ” “some embodiments, ” “one embodiment” , “another example, ” “an example, ” “a specific example, ” or “some examples, ” means that a particular feature, structure, material, or characteristic described in connection with the embodiment or example is included in at least one embodiment or example of the present disclosure. Thus, the appearances of the phrases such as “in some embodiments, ” “in one embodiment” , “in an embodiment” , “in another example, ” “in an example, ” “in a specific example, ” or “in some examples, ” in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment or example of the present disclosure. Furthermore, the particular features, structures, materials, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments or examples.
Although explanatory embodiments have been shown and described, it would be appreciated by those skilled in the art that the above embodiments cannot be construed to limit the present disclosure, and changes, alternatives, and modifications can be made in the embodiments without departing from spirit, principles and scope of the present disclosure.

Claims (11)

  1. A synchronous rectifier circuit, comprising:
    a switch module, configured to generate a switch voltage signal according to an input direct current；
    an LLC resonance module, connected with the switch module, and configured to generate a first resonance pulse voltage signal according to the switch voltage signal；
    a transformer, comprising a primary winding connected with the LLC resonance module and a secondary winding, and configured to convert the first resonance pulse voltage signal into a second resonance pulse voltage signal；
    a secondary synchronous rectifier module； and
    a reverse current suppression module, wherein the secondary synchronous rectifier module, the reverse current suppression module and the secondary winding are connected with each other to form a reverse current suppression loop, the secondary synchronous rectifier module generates a reverse recovery current signal during performing a synchronous rectification to the second resonance pulse voltage signal, and the reverse current suppression loop is configured to suppress the reverse recovery current signal so as to prevent the secondary winding from short circuit.
  2. The synchronous rectifier circuit of claim 1, wherein
    the secondary synchronous rectifier module comprises a first synchronous rectifier unit and a second synchronous rectifier unit,
    the reverse current suppression module comprises a first reverse current suppression unit and a second reverse current suppression unit,
    a first terminal of the first reverse current suppression unit is connected with a first lead end of the secondary winding, a first terminal of the second reverse current suppression unit is connected with a second lead end of the secondary winding, a second terminal of the first reverse current suppression unit and a second terminal of the second reverse current suppression unit are connected with a middle lead end of the secondary winding respectively, a third terminal of the first reverse current suppression unit is connected with a first terminal of the first synchronous rectifier unit, and a third terminal of the second reverse current suppression unit is connected with a first terminal of the second synchronous rectifier unit.
  3. The synchronous rectifier circuit of claim 2,
    wherein the first reverse current suppression unit comprises:
    a first diode, with a cathode connected with the first lead end of the secondary winding  and a second terminal of the first synchronous rectifier unit respectively, and with an anode connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit； and
    a first capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit,
    wherein the second reverse current suppression unit comprises:
    a second diode, with a cathode connected with the second lead end of the secondary winding and a second terminal of the second synchronous rectifier unit respectively, and with an anode connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit； and
    a second capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit.
  4. The synchronous rectifier circuit of claim 3, wherein each of the first diode and the second diode is a schottky diode, and each of the first capacitor and the second capacitor is a high-frequency chip ceramic capacitor.
  5. The synchronous rectifier circuit of claim 2,
    wherein the first reverse current suppression unit comprises:
    a first annular magnetic bead, with one terminal connected with the first lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit； and
    a third diode, with a cathode connected with the second terminal of the first synchronous rectifier unit, and with an anode connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit,
    wherein the second reverse current suppression unit comprises:
    a second annular magnetic bead, with one terminal connected with the second lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit； and
    a fourth diode, with a cathode connected with the second terminal of the second synchronous rectifier unit, and with an anode connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit.
  6. The synchronous rectifier circuit of claim 5, wherein a magnetic material of each of the first magnetic annular bead and the second annular magnetic bead is cobalt-based amorphous alloy, and each of the third diode and the fourth diode is a schottky diode.
  7. The synchronous rectifier circuit of claim 2,
    wherein the first reverse current suppression unit comprises：
    a third annular magnetic bead, with one terminal connected with the first lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit； and
    a third capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit,
    wherein the second reverse current suppression unit comprises:
    a fourth annular magnetic bead, with one terminal connected with the second lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit； and
    a fourth capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the first terminal of the second synchronous rectifier unit.
  8. The synchronous rectifier circuit of claim 7, wherein a magnetic material of each of the third annular magnetic bead and the fourth annular magnetic bead is cobalt-based amorphous alloy, and each of the third capacitor and the fourth capacitor is a high-frequency chip ceramic capacitor.
  9. The synchronous rectifier circuit of claim 2,
    wherein the first reverse current suppression unit comprises:
    a fifth annular magnetic bead, with one terminal connected with the first lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit；
    a fifth diode, with a cathode connected with a second terminal of the first synchronous rectifier unit, and with an anode connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit； and
    a fifth capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the first terminal of the first synchronous rectifier unit；
    wherein the second reverse current suppression unit comprises:
    a sixth annular magnetic bead, with one terminal connected with the second lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with a second terminal of the second synchronous rectifier unit；
    a sixth diode, with a cathode connected with the second terminal of the second synchronous rectifier unit, and with an anode connected with the one terminal of the second synchronous rectifier unit； and
    a sixth capacitor, with one terminal connected with the middle lead end of the secondary winding, and with the other terminal connected with the one terminal of the second synchronous rectifier unit.
  10. The synchronous rectifier circuit of claim 9, wherein a magnetic material of each of the fifth annular magnetic bead and the sixth annular magnetic bead is cobalt-based amorphous alloy, each of the fifth capacitor and the sixth capacitor is a high-frequency chip ceramic capacitor, and each of the fifth diode and the sixth diode is a schottky diode.
  11. An LLC resonance converter, comprising the synchronous rectifier circuit according to any one of claims 1-10.
PCT/CN2015/082619 2014-06-27 2015-06-29 Synchronous rectifier circuit and llc resonance converter having the same WO2015197031A1 (en)

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