專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的buck變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字芯片要求電源的供電電壓越來(lái)越低、供電電流越來(lái)越大。為了適應(yīng)數(shù)字芯片對(duì)供電電源的低壓大電流的這一技術(shù)要求，用于DC-DC變換器的同步整流技術(shù)由于比肖特基整流技術(shù)具有更高的效率而在DC-DC變換器整流技術(shù)被廣泛采用。所謂同步整流技術(shù)，一般是用可雙向?qū)ǖ腗OSFET晶體管代替肖特基(Schottky)二極管實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器整流的技術(shù)，同步整流MOS管的驅(qū)動(dòng)方式有自驅(qū)驅(qū)動(dòng)、它驅(qū)驅(qū)動(dòng)及自驅(qū)它驅(qū)三種方式。
自驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式由于電路簡(jiǎn)單可靠成本低廉而被廣泛用于DC-DC變換器主電路拓樸結(jié)構(gòu)中。但是，由于正激DC-DC變換器變壓器磁芯在Toff期間需要磁復(fù)位，同步續(xù)流MOS管在磁復(fù)位期間因沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電壓而截止，電感電流將通過(guò)續(xù)流MOS管體內(nèi)二極管或外加肖特基二極管流通，這使得同步整流技術(shù)能提高效率的優(yōu)勢(shì)在低壓大電流DC-DC變換器中無(wú)法體現(xiàn)。
同步整流所使用的MOS管和一般的MOSFET功率管一樣，均存在寄生的體內(nèi)二極管，該體二極管的通態(tài)壓降高達(dá)1.2V，反向恢復(fù)時(shí)間高達(dá)60nS，其性能指標(biāo)比肖特基二極管差，比MOS管的開(kāi)關(guān)特性更差。體內(nèi)二極管導(dǎo)通的缺點(diǎn)①由于體二極管高通態(tài)壓降的特性，使得同步整流MOS管工作效率較低，從而降低DC-DC變換器整機(jī)效率。②由于體內(nèi)二極管損耗大，溫升高，易損壞，從而降低了DC-DC變換器整機(jī)的可靠性。③體二極管關(guān)斷時(shí)由于存在反向恢復(fù)特性，使變換器產(chǎn)生電磁干擾及損耗。④為了達(dá)到國(guó)際電磁兼容性EMI標(biāo)準(zhǔn)，需增加EMI濾波元器件，使變換器整機(jī)的成本加大。
專(zhuān)利99126693較好地實(shí)現(xiàn)了同步整流管的自驅(qū)驅(qū)動(dòng)。在其電路中，整流管由變壓器副邊同相端直接驅(qū)動(dòng)或輔助繞組驅(qū)動(dòng)，續(xù)流管由變壓器副邊反相端直接或輔助繞組利用續(xù)流管柵極電荷保持電路較好地解決了變壓器磁復(fù)位期間續(xù)流管因無(wú)驅(qū)動(dòng)電壓而截止的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)延時(shí)電路、隔離微分電路、柵極電荷泄放電路較好地實(shí)現(xiàn)了整流管的驅(qū)動(dòng)波形上升沿和續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)波形下降沿“死區(qū)”的靈活調(diào)節(jié)，可使“死區(qū)”時(shí)間調(diào)到最佳，兩管不同時(shí)導(dǎo)通體二極管導(dǎo)通時(shí)間也很小，效率和可靠性較高。
該專(zhuān)利電路存在問(wèn)題①該專(zhuān)利只有一部分死區(qū)可調(diào)，電路整流管的驅(qū)動(dòng)波形下降沿和續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)波形上升沿死區(qū)不可調(diào)，而且“死區(qū)”時(shí)間較大，有20～200nS，效率低。詳見(jiàn)圖1a，圖1c。
該“死區(qū)”時(shí)間由變壓器激磁電感、原邊漏感與諧振電容、主功率MOS管結(jié)電容、整流管結(jié)電容諧振時(shí)電容電壓和續(xù)流管的柵極開(kāi)啟電壓共同決定，計(jì)算公式如下Vc=Vo2fcAl*CSin(tnAl*C)]]>如匝比n＝10，開(kāi)啟電壓＝2.5V，“死區(qū)” 時(shí)間為72nS，效率損失1.7％。
諧振時(shí)諧振電容上電壓建立的上升速度越快，“死區(qū)”時(shí)間越小，續(xù)流管體二極管的導(dǎo)通時(shí)間越短，DC-DC變換器效率和可靠性越較高。
②采用該專(zhuān)利電路的DC-DC變換器關(guān)機(jī)時(shí)續(xù)流管反向?qū)ㄊ馆敵鲭妷寒a(chǎn)生負(fù)壓，詳見(jiàn)圖1a，圖1b。
它驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式由于成本高，在DC-DC變換器實(shí)際使用中較少采用。
自驅(qū)它驅(qū)方式由于兼有自驅(qū)、它驅(qū)方式的優(yōu)點(diǎn)而在低壓大電流DC-DC變換器中廣泛采用。所謂自驅(qū)它驅(qū)方式的自驅(qū)一般是整流管的驅(qū)動(dòng)，自驅(qū)它驅(qū)方式的它驅(qū)一般是續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)。專(zhuān)利US6304463較好地實(shí)現(xiàn)了同步整流管的自驅(qū)它驅(qū)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)波形為準(zhǔn)方波。在該專(zhuān)利電路中，整流管由變壓器副邊同相端直接驅(qū)動(dòng)或輔助繞組驅(qū)動(dòng)，續(xù)流管由P溝道MOS管、二極管及電壓源實(shí)現(xiàn)續(xù)流管驅(qū)動(dòng)及電荷泄放。該專(zhuān)利電路存在問(wèn)題①采用該專(zhuān)利電路的DC-DC變換器的續(xù)流管或整流管將反向?qū)ㄊ馆敵鲭妷寒a(chǎn)生負(fù)壓，見(jiàn)圖2。
DC-DC變換器關(guān)機(jī)時(shí)輸出端電壓Vout如大于整流MOS管SR1柵源極開(kāi)啟電壓，整流MOS管SR1將導(dǎo)通，則輸出電容Cout上的電荷將通過(guò)電感L、變壓器、整流MOS管SR1泄放，續(xù)流管SR2柵極電荷通過(guò)二極管D泄放，電流由整流MOS管SR1的漏極流過(guò)源極，與正常續(xù)流電流方向相反，由于電感L、變壓器、整流MOS管SR1回路上的阻抗往往較小，泄放電流會(huì)很大，對(duì)整流MOS管SR1造成很大的電流應(yīng)力，同時(shí)電感L與電容Cout還會(huì)形成振蕩，在輸出端形成負(fù)電壓，對(duì)輸出端的有極性電容和負(fù)載造成損傷，在輸出空載或輕載時(shí)，由于負(fù)載阻抗相對(duì)較大，流過(guò)電感L、整流MOS管SR1的電流也相對(duì)較大，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。由于同樣的原因，采用這種同步整流驅(qū)動(dòng)電路的DC-DC變換器也無(wú)法應(yīng)用在要求輸出能直接并聯(lián)的場(chǎng)合。
DC-DC變換器輸出電壓Vo如小于續(xù)流MOS晶體管Q柵源極開(kāi)啟電壓大于其柵源極開(kāi)啟電壓與二極管D導(dǎo)通壓降之差，在關(guān)機(jī)時(shí)由于續(xù)流MOS晶體管SR2的柵極電荷無(wú)法泄放，續(xù)流MOS管SR2將反向?qū)?，則輸出電容Cout上的電荷將通過(guò)電感L、續(xù)流MOS管SR2泄放，電流由續(xù)流MOS管SR2的漏極流過(guò)源極，與正常續(xù)流電流方向相反，由于電感L、續(xù)流MOS管SR2回路上的阻抗往往較小，泄放電流會(huì)很大，對(duì)續(xù)流MOS管SR2造成很大的電流應(yīng)力，同時(shí)電感L與電容Cout還會(huì)形成振蕩，在輸出端形成負(fù)電壓，對(duì)輸出端的有極性電容和負(fù)載造成損傷，在輸出空載或輕載時(shí)，由于負(fù)載阻抗相對(duì)較大，流過(guò)電感L、續(xù)流MOS管SR2的電流也相對(duì)較大，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。由于同樣的原因，采用這種同步整流驅(qū)動(dòng)電路的DC-DC變換器也無(wú)法應(yīng)用在要求輸出能直接并聯(lián)的場(chǎng)合。
②不能實(shí)現(xiàn)整流管與續(xù)流管驅(qū)動(dòng)波形的上升沿與下降沿“死區(qū)”時(shí)間的靈活調(diào)節(jié)，見(jiàn)圖2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中同步整流BUCK變換器在關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓的問(wèn)題以及同步整流管間存在”死區(qū)”不可調(diào)或只能部分可調(diào)的問(wèn)題，提供一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的而提出的含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器包含有輸入電源、整流管、續(xù)流管，驅(qū)動(dòng)整流管的第一驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)續(xù)流管的第二驅(qū)動(dòng)電路，其特征是所述第二驅(qū)動(dòng)電路包括依次相連的第二脈寬調(diào)制器、反向隔離微分電路、電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路、輔助電源，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路；互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的一端與上述續(xù)流管的門(mén)極相連，另一端接地。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例變換器中還包括第一電阻，該電阻連接在第二脈寬調(diào)制器和反向隔離微分電路之間。
所述的第一驅(qū)動(dòng)電路包括第一脈寬調(diào)制器和隔離驅(qū)動(dòng)器，所述整流管的柵極連接隔離驅(qū)動(dòng)器的輸出端，隔離驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一脈寬調(diào)制器的輸出端相連。如權(quán)利要求1所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述的第一驅(qū)動(dòng)電路包括第一脈寬調(diào)制器、變壓器和功率MOS管，所述功率MOS管的柵極接第一脈寬調(diào)制器的輸出端，源極接地，漏極接變壓器初級(jí)繞組負(fù)端，變壓器初級(jí)繞組正端接輸入電源，次級(jí)正端接整流管的柵極和續(xù)流管漏極，次級(jí)負(fù)端接整流管漏極。
所述電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路包括參考電平和MOS晶體管，該MOS晶體管的柵極接參考電平，其源極和漏極分別與反向隔離微分電路的輸出端、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連。
所述電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路包括參考電平，第二、三、四電阻、運(yùn)算放大器和MOS晶體管，第二、三電阻串聯(lián)在參考電平和運(yùn)算放大器輸出端之間，第四電阻一端接地，另一端與上述串聯(lián)電路的中點(diǎn)共同連接于運(yùn)算放大器的正輸入端，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與反向隔離微分電路的輸出端相連，運(yùn)算放大器的輸出端與MOS晶體管的柵極相連，MOS晶體管的源極和漏極分別與地、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連上述的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路包含上晶體管、下晶體管和第五電阻，所述的上、下晶體管共基極或柵極且共發(fā)射極或源極，上晶體管的發(fā)射極接輔助電源，下晶體管的集電極或漏極接地，第五電阻連接在輔助電源和上、下晶體管基極或柵極之間。
還包括第六電阻，該電阻連接在互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路和續(xù)流管之間。
所述的第一脈寬調(diào)制器和第二脈寬調(diào)制器為一個(gè)具有兩路輸出的可調(diào)的脈寬調(diào)制器。
由于采用了以上的方案，信號(hào)裝置GT1和GT2可以利用PWM控制芯片內(nèi)部集成的交迭延時(shí)邏輯控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使整流管關(guān)斷到續(xù)流管完全導(dǎo)通期間的“死區(qū)”時(shí)間td可調(diào)；同理，從續(xù)流管關(guān)斷到整流管導(dǎo)通期間“死區(qū)”時(shí)間td可調(diào)。而且，關(guān)機(jī)信號(hào)到來(lái)時(shí)，此時(shí)隔離微分電路輸出由高電平很快降低，隔離微分電路輸出由高電平很快降低，電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路快速導(dǎo)通，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路使續(xù)流管柵極電荷快速泄放掉，使續(xù)流管截止，從而使其間變換器關(guān)機(jī)時(shí)輸出不產(chǎn)生負(fù)壓。


圖1a為第一種已有的含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器；圖1b為上述電路的典型工作波形圖；圖1c為上述電路的滿載時(shí)同步續(xù)流管驅(qū)動(dòng)波形；圖2為第二種已有的含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器；圖3a為本發(fā)明的第一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器；圖3b為本發(fā)明的第二種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器；圖3c為本發(fā)明的第三種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器；圖4a為本發(fā)明同步整流驅(qū)動(dòng)電路中所述的PWM驅(qū)動(dòng)電路死區(qū)調(diào)節(jié)電路第一種常用電路；圖4b為本發(fā)明同步整流驅(qū)動(dòng)電路中所述的PWM驅(qū)動(dòng)電路死區(qū)調(diào)節(jié)電路第二種常用電路；圖5a為本發(fā)明同步整流驅(qū)動(dòng)電路中所述的輔助電源電路第一種常用電路；圖5b為本發(fā)明同步整流驅(qū)動(dòng)電路中所述的輔助電源電路第二種常用電路；
圖6為本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路在諧振箝位雙正激BUCK變換器中的推廣應(yīng)用實(shí)例；圖7為本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路在副邊同步整流MOS晶體管SR1、SR2采用繞組驅(qū)動(dòng)的正激BUCK變換器中的推廣應(yīng)用實(shí)例；圖8為采用本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路時(shí)變換器的典型工作波形。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的DC-DC變換器的驅(qū)動(dòng)電路，其變換器的主電路包括功率MOS管部分、變壓器部分、同步整流部分(SR1、SR2)、濾波部分，所述驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2、一個(gè)隔離微分電路、一個(gè)電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路MOS晶體管Sa、一個(gè)互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路、電阻Ra、Rb、Rc、輔助電源Vcc1及參考電平組成。所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
其中，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2一般由通用集成PWM控制驅(qū)動(dòng)芯片輸出以簡(jiǎn)化電路，其中的兩個(gè)例子分別如圖4a、圖4b所示。
圖4a表示一種可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2由集成PWM控制芯片與驅(qū)動(dòng)芯片組成而輸出，PWM控制芯片OUT1、OUT2分別與驅(qū)動(dòng)芯片的IN1、IN2連接，PWM控制芯片Vref、Td_set分別與脈寬調(diào)節(jié)電阻Rtd兩端連接，調(diào)節(jié)電阻Rtd即可減少同步續(xù)流MOS晶體管體二極管導(dǎo)通時(shí)間以獲得較高效率，同時(shí)又能可靠的避免SR1、SR2同時(shí)導(dǎo)通。集成PWM控制器與驅(qū)動(dòng)芯片也可以集成在一起輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT，再分成GT1、GT2兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，此時(shí)GT2調(diào)寬不可調(diào)。
圖4b表示一種驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2由集成PWM控制器與驅(qū)動(dòng)芯片集成在一起輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT，再分成GT1、GT2兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，此時(shí)GT2調(diào)脈不可調(diào)。
所述隔離微分電路可以由變壓器繞組Npa及Nsa、兩個(gè)電容、一個(gè)電阻、一個(gè)二極管組成，所述繞組Npa與所述一個(gè)電容連接，所述繞組Nsa通過(guò)所述一個(gè)電容與并聯(lián)的所述電阻和二極管連接。
所述互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路可以由NPN和PNP三極管組成，所述NPN三極管與PNP三極管的基極并聯(lián)，所述NPN三極管與PNP三極管的發(fā)射極并聯(lián)。
或者所述互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路由P溝道MOS晶體管、N溝道MOS晶體管組成，所述N溝道MOS晶體管與P溝道MOS晶體管的柵極和源極分別并聯(lián)。
所述輔助電源Vcc1采用多種輔助電源電路，其中的兩個(gè)例子分別如圖5a、圖5b。
圖5a表示一種輔助電源電路由電感L輔助繞組、二極管、電容、電阻組成，電感L輔助繞組同相端與二極管連接，二極管與電容、電阻連接，電容與電感L輔助繞組反相端。
圖5b表示一種輔助電源電路由電感L輔助繞組、二極管、電容、電阻、電阻組成，電感L輔助繞組同相端與電容、二極管連接，二極管與電阻連接，電容與電阻連接，電感L輔助繞組反相端與電阻連接。
圖6表示所述DC/DC變換器是諧振箝位雙正激變換器，繞組Np的正極端與主功率MOS管S1的源極相連，繞組Np的負(fù)極端與主功率MOS管S2的漏極相連，電容Cc與繞組Np并聯(lián)，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra連接與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
圖7表示本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路在副邊同步整流MOS晶體管SR1采用繞組驅(qū)動(dòng)的諧振箝位正激電路中的應(yīng)用。其中，同步整流MOS晶體管SR1的源極與繞組Ns的正極端及驅(qū)動(dòng)繞組N1的負(fù)極端連接，同步整流MOS晶體管SR1的門(mén)極與驅(qū)動(dòng)繞組N1的正極端連接，同步整流MOS晶體管SR1的漏極與同步續(xù)流MOS晶體管SR2的漏極連接，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra連接與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
圖8表示采用本發(fā)明的電路的變換器典型工作波形圖。在t1時(shí)刻，主功率MOS管S的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT1由高變?yōu)榈停儔浩鞯母边吚@組Ns極性改變，同步整流MOS晶體管SR1關(guān)斷，此時(shí)可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2帶來(lái)并使SR2開(kāi)始導(dǎo)通，到t2時(shí)刻SR2完全導(dǎo)通，其間“死區(qū)”時(shí)間td可調(diào)，這是因?yàn)橥ㄓ枚喙δ躊WM控制芯片內(nèi)部集成了交迭延時(shí)邏輯控制電路，由類(lèi)似555、RC電路控制交迭延時(shí)，該R為芯片外部的脈寬調(diào)節(jié)電阻Rtd。在t3時(shí)刻，同步續(xù)流MOS晶體管SR2開(kāi)始關(guān)斷，到t4時(shí)刻SR2完全關(guān)斷，此時(shí)主功率MOS管S的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT1由低變?yōu)楦逽R1導(dǎo)通，其間“死區(qū)”時(shí)間td可調(diào)；在t5時(shí)刻，關(guān)機(jī)信號(hào)到來(lái)，功率MOS管S的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT1為低電平，同步整流MOS晶體管SR1關(guān)斷，此時(shí)隔離微分電路輸出由高電平很快降低，電平轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa由于柵源極電壓差大于開(kāi)啟電壓而快速導(dǎo)通，基極電流將快速通過(guò)小功率MOS晶體管Sa漏源極和微分電路而流通，基極偏直很快降低到低電平，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路NPN三極管快速截止，PNP三極管快速導(dǎo)通，同步續(xù)流MOS晶體管SR2柵極電荷快速通過(guò)互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路PNP管泄放掉，同步續(xù)流MOS晶體管SR2截止。通過(guò)調(diào)節(jié)隔離微分電路參數(shù)，配合原副邊輔助電源的參數(shù)調(diào)節(jié)，能夠保證變換器關(guān)機(jī)時(shí)互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路PNP三極管對(duì)同步續(xù)流管SR2柵極電荷的快速泄放，使變換器關(guān)機(jī)時(shí)輸出不產(chǎn)生負(fù)壓。
因此本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路能夠滿足①整流時(shí)同步整流MOS晶體管SR1導(dǎo)通，SR2關(guān)斷；續(xù)流時(shí)SR2導(dǎo)通，SR1關(guān)斷；②同步整流MOS晶體管SR1與SR2不會(huì)同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)；③同步整流MOS晶體管SR1與SR2的驅(qū)動(dòng)波形為準(zhǔn)方波；④驅(qū)動(dòng)波形的上升沿下降沿之間的“死區(qū)”時(shí)間可靈活調(diào)節(jié)，能減少同步續(xù)流MOS晶體管體二極管導(dǎo)通時(shí)間獲得較高效率，又能可靠地避免SR1、SR2同時(shí)導(dǎo)通；④變換器停止工作的時(shí)候能及時(shí)關(guān)斷同步整流MOS晶體管SR2，避免反向?qū)?；⑤本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路具有效率高、電路簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明公開(kāi)的同步整流驅(qū)動(dòng)電路已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，所述電路被用在36～75V直流輸入，1.8V/20A直流輸出的DC-DC變換器中，采用諧振復(fù)位正激主電路，功率級(jí)效率達(dá)88％以上，變換器停止工作的時(shí)候能避免變換器的輸出端產(chǎn)生負(fù)壓。
圖3至圖7表示所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路在各種電路中的應(yīng)用圖3a表示所述DC-DC變換器是諧振箝位單端正激BUCK變換器，繞組Np的正極端與輸入電容相連，繞組Np的負(fù)極端與主功率MOS管S的漏極相連，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極與經(jīng)電阻Rc與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
圖3b表示所述DC-DC變換器是諧振箝位單端正激BUCK變換器，繞組Np的正極端與輸入電容相連，繞組Np的負(fù)極端與主功率MOS管S的漏極相連，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路(2)運(yùn)放的反相端連接，所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路運(yùn)放的輸出端即MOS晶體管(Sa)漏極與所述互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路連接、MOS晶體管(Sa)源極接地。所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路(2)由運(yùn)放、參考電壓及三個(gè)電阻和MOS晶體管(Sa)組成。運(yùn)放的輸出端與MOS晶體管(Sa)的柵極及一電阻連接、其同相端與三電阻連接、其反相端與隔離微分電路輸出端連接，一電阻與參考電平連接，MOS晶體管(Sa)漏極與續(xù)流管快速驅(qū)動(dòng)及其柵極電荷的快速泄放電路(3)連接、其源極接地。所述互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路由P溝道MOS晶體管、N溝道MOS晶體管組成，所述N溝道MOS晶體管與P溝道MOS晶體管的柵極和源極分別并聯(lián)，其源極經(jīng)電阻Rc與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
圖4c表示所述DC-DC變換器是非隔離BUCK變換器。所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極與經(jīng)電阻Rc與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。所述驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT1的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)器輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)器輸出端與同步整流管柵極連接。
圖4a表示一種可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2由集成PWM控制芯片與驅(qū)動(dòng)芯片組成而輸出，PWM控制芯片OUT1、OUT2分別與驅(qū)動(dòng)芯片的IN1、IN2連接，PWM控制芯片Vref、Td_set分別與脈寬調(diào)節(jié)電阻Rtd兩端連接，調(diào)節(jié)電阻Rtd即可減少同步續(xù)流MOS晶體管體二極管導(dǎo)通時(shí)間以獲得較高效率，同時(shí)又能可靠的避免SR1、SR2同時(shí)導(dǎo)通。
圖4b表示一種驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2由集成PWM控制器與驅(qū)動(dòng)芯片集成在一起輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT，再分成GT1、GT2兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，此時(shí)GT2調(diào)寬不可調(diào)。
圖5a表示一種輔助電源電路由電感L輔助繞組、二極管、電容、電阻組成，電感L輔助繞組同相端與二極管連接，二極管與電容、電阻連接，電容與電感L輔助繞組反相端。
圖5b表示一種輔助電源電路由電感L輔助繞組、二極管、電容、電阻、電阻組成，電感L輔助繞組同相端與電容、二極管連接，二極管與電阻連接，電容與電阻連接，電感L輔助繞組反相端與電阻連接。
圖6表示所述DC-DC變換器是諧振箝位雙正激BUCK變換器，繞組Np的正極端與主功率MOS管S1的源極相連，繞組Np的負(fù)極端與主功率MOS管S2的漏極相連，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra連接與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換電路小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極經(jīng)電阻Rc與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
圖7表示本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路在副邊同步整流MOS晶體管SR1采用繞組驅(qū)動(dòng)的諧振箝位正激BUCK變換器中的應(yīng)用。其中，同步整流MOS晶體管SR1的源極與繞組Ns的正極端及驅(qū)動(dòng)繞組N1的負(fù)極端連接，同步整流MOS晶體管SR1的門(mén)極與驅(qū)動(dòng)繞組N1的正極端連接，同步整流MOS晶體管SR1的漏極與同步續(xù)流MOS晶體管SR2的漏極連接，所述可調(diào)脈寬的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)GT2的輸出端與電阻Ra連接，電阻Ra連接與所述隔離微分電路的輸入端連接，所述隔離微分電路的輸出端與所述電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的源極連接，所述電平電平比較與能量轉(zhuǎn)換小功率MOS晶體管Sa的柵極與參考電平連接，其漏極與電阻Rb和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的基極連接，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)射極經(jīng)電阻Rc與與同步整流續(xù)流MOS晶體管SR2的門(mén)極連接。
在圖3～圖7的各種應(yīng)用中，本發(fā)明的同步整流驅(qū)動(dòng)電路的作用都是避免BUCK變換器輸出產(chǎn)生負(fù)壓并能提高變換效率以上通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此，凡在不違背本發(fā)明的精神和內(nèi)容所作的改進(jìn)或替換，應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如1、上例中隔離微分電路為反相隔離微分電路，由驅(qū)動(dòng)變壓器、正向箝位二極管和微分電路組成。驅(qū)動(dòng)變壓器的作用為原副邊電氣隔離和驅(qū)動(dòng)信號(hào)能量傳遞；正向箝位二極管的作用是保證小功率MOS管Sa柵極在低電平時(shí)為零電平及以下；微分電路的作用是泄放小功率MOS管Sa柵極電荷，通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)能夠達(dá)到在高電平期間電荷保持和低電平期間電荷泄放的統(tǒng)一。其中驅(qū)動(dòng)變壓器就可由高速光耦替代。
2、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的作用為同步續(xù)流管SR2的快速驅(qū)動(dòng)及其柵極電荷的快速泄放，可由N、P溝道小功率MOS管替代。
3、小功率MOS管Sa的其作用為電平比較與互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換。雖然小功率MOS管Sa為實(shí)現(xiàn)該功能的最簡(jiǎn)單的辦法，但仍可用運(yùn)放等替代(成本較高而已)。
4、小功率MOS管Sa的柵極G的另一種接法是接于輔助電源Vcc1，以實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)時(shí)隔離微分電路輸出電平的快速降低。
5、續(xù)流管快速驅(qū)動(dòng)及其柵極電荷的快速泄放電路(3)與續(xù)流管SR2的柵極間的另一種接法是續(xù)流管快速驅(qū)動(dòng)及其柵極電荷的快速泄放電路(3)經(jīng)電阻與續(xù)流管SR2的柵極連接，該電阻的作用是防止柵極振蕩及滿足EMC要求。
權(quán)利要求
1.一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，包含有輸入電源(+Vin)、整流管(SR1)、續(xù)流管(SR2)，驅(qū)動(dòng)整流管(SR1)的第一驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)續(xù)流管(SR2)的第二驅(qū)動(dòng)電路，其特征是所述第二驅(qū)動(dòng)電路包括依次相連的第二脈寬調(diào)制器(GT2)、反向隔離微分電路(1)、電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路(2)、輔助電源(Vcc1)，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)；互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)的一端與上述續(xù)流管(SR2)的門(mén)極相連，另一端接地。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于還包括第一電阻(Ra)，該電阻連接在第二脈寬調(diào)制器(GT2)和反向隔離微分電路(1)之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述的第一驅(qū)動(dòng)電路包括第一脈寬調(diào)制器(GT1)和隔離驅(qū)動(dòng)器，所述整流管(SR1)的柵極連接隔離驅(qū)動(dòng)器的輸出端，隔離驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一脈寬調(diào)制器的輸出端相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述的第一驅(qū)動(dòng)電路包括第一脈寬調(diào)制器(GT1)、變壓器(T)和功率MOS管(S)，所述功率MOS管(S)的柵極接第一脈寬調(diào)制器(GT1)的輸出端，源極接地，漏極接變壓器(T)初級(jí)繞組負(fù)端，變壓器(T)初級(jí)繞組正端接輸入電源(+Vin)，次級(jí)正端接整流管(SR1)的柵極和續(xù)流管(SR2)漏極，次級(jí)負(fù)端接整流管(SR1)漏極。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路(2)包括參考電平和MOS晶體管(Sa)，該MOS晶體管(Sa)的柵極接參考電平，其源極和漏極分別與反向隔離微分電路(1)的輸出端、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)的輸入端相連。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路(2)包括參考電平，第二、三、四電阻(R2、R3、R4)、運(yùn)算放大器和MOS晶體管(Sa)，第二、三電阻(R2、R3)串聯(lián)在參考電平和運(yùn)算放大器輸出端之間，第四電阻(R4)一端接地，另一端與上述串聯(lián)電路的中點(diǎn)共同連接于運(yùn)算放大器的正輸入端，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與反向隔離微分電路(1)的輸出端相連，運(yùn)算放大器的輸出端與MOS晶體管(Sa)的柵極相連，MOS晶體管(Sa)的源極和漏極分別與地、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)的輸入端相連
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于上述的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)包含上晶體管、下晶體管和第五電阻(Rb)，所述的上、下晶體管共基極或柵極且共發(fā)射極或源極，上晶體管的發(fā)射極接輔助電源(Vcc1)，下晶體管的集電極或漏極接地，第五電阻(Rb)連接在輔助電源(Vcc1)和上、下晶體管基極或柵極之間。
8.如權(quán)利要求7所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于還包括第六電阻(Rc)，該電阻連接在互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路(3)和續(xù)流管(SR2)之間。
9.如權(quán)利要求3或4所述的一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，其特征在于所述的第一脈寬調(diào)制器和第二脈寬調(diào)制器為一個(gè)具有兩路輸出的可調(diào)的脈寬調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種含有同步整流驅(qū)動(dòng)電路的BUCK變換器，包括輸入電源、整流管、續(xù)流管，驅(qū)動(dòng)整流管的第一驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)續(xù)流管的第二驅(qū)動(dòng)電路，所述第二驅(qū)動(dòng)電路包括依次相連的第二脈寬調(diào)制器、反向隔離微分電路、電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路、輔助電源，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路；互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的一端與上述續(xù)流管的門(mén)極相連，另一端接地。當(dāng)關(guān)機(jī)信號(hào)到來(lái)時(shí)，此時(shí)隔離微分電路輸出由高電平很快降低，電平比較及能量轉(zhuǎn)換電路快速導(dǎo)通，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路使同步續(xù)流MOS晶體管柵極電荷快速泄放掉，使同步續(xù)流MOS晶體管截止，從而使其間變換器關(guān)機(jī)時(shí)輸出不產(chǎn)生負(fù)壓。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1481066SQ0312697
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
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