專利名稱：一種整流管實時控制電路及其輕載控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔離式電壓變換器，具體涉及電壓變換器在輕載時停止同步整 流的控制。
背景技術(shù)：
反激式DC-DC變換器的副邊整流方案目前有兩種類型， 一種是非同步整 流(如圖1A所示)，另一種是同步整流(如圖1B所示)。非同步整流通過二 極管導(dǎo)通，同步整流使用門極驅(qū)動信號控制同步整流管的開通和關(guān)斷，同步整 流管一般使用MOSFET管。圖1C曲線示出了二極管和同步整流管的電阻特性。 在實際應(yīng)用中，低功率反激式DC-DC變換器工作區(qū)間處于陰影范圍內(nèi)。在該 區(qū)間，同步整流管電阻特性曲線11位于二極管電阻特性曲線12下方，即同步 整流管的開通電阻低于二極管的導(dǎo)通電阻。因此，使用同步整流管功耗較小， 從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。低功耗產(chǎn)生的熱量比較少，因此使用同步整流管其 溫度特性也更優(yōu)越。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，副邊同步整流方案由于其較高的轉(zhuǎn)換效率而應(yīng)用于 筆記本電源適配器、無線通信設(shè)備、液晶屏電源管理、以太網(wǎng)電源等對轉(zhuǎn)換效 率要求較高的場合。
但是，在輕載狀態(tài)下，同步整流相對二極管節(jié)約的能量很少，甚至低于驅(qū) 動電路消耗的功率，在這種情況下，為了提高效率，需要停止同步整流，利用 同步整流管的體二極管進(jìn)行非同步整流。
在反激式電壓變換器中，典型的輕載調(diào)制方式可結(jié)合圖1B和圖2的波形 圖進(jìn)行說明。副邊同步整流管預(yù)先工作于同步整流條件下，在時刻tl，源漏電流IsD經(jīng)體二極管正向流通，副邊門極驅(qū)動電路檢測到該信息并將門極驅(qū)動電 壓Vcs設(shè)置為高電平，同步整流管同步導(dǎo)通，VDS呈反向電壓，同時IsD緩慢下 降。負(fù)載越大，VDS過零越晚；負(fù)載越小，VDS過零越早。因此，典型的輕載
判斷方式為在導(dǎo)通后的預(yù)定延時后，將VDs與零值電壓比較，若VdsOV，表 示重載，保持同步整流方式。若VdsX)V，則表示輕載，停止同步整流，通過 體二極管整流。在非同步條件下，在導(dǎo)通后的預(yù)定延時后，若VdsO，表示負(fù)
載較大，啟動同步整流方式。在這種方式中，在輕載狀態(tài)下，當(dāng)關(guān)斷同步整流
時電流已經(jīng)反向(vDS >0)，反向電流將降低系統(tǒng)的效率。同時，當(dāng)負(fù)載處于
臨界狀態(tài)時，將頻繁地在同步整流和非同步整流間切換，也降低負(fù)載效率。一
種現(xiàn)有的解決方案為同步整流和非同步整流下檢測VDS的預(yù)定延時設(shè)置滯環(huán)。 此外，該驅(qū)動方式中，門極驅(qū)動電壓Vcjs控制整流管工作于關(guān)斷或飽和導(dǎo)通兩 種狀態(tài)，在負(fù)載較低時，為了防止誤觸發(fā)，整流管在一個開關(guān)周期中往往提前 中斷同步整流，相應(yīng)增加非同步整流時間，降低了整流效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種整流管實時控制電路，以根據(jù)同步整流管的門 極驅(qū)動電壓控制同步整流的開啟和停止，提高整流效率。
所述整流管實時控制電路包括門極驅(qū)動電路，控制所述整流管的同步導(dǎo)通 和關(guān)斷，以及輕載調(diào)制電路，接收所述整流管的門極驅(qū)動電壓并據(jù)此選擇所述 整流管工作于同步整流或非同步整流。其中輕載調(diào)制電路接收所述整流管的漏 源電壓，并根據(jù)所述漏源電壓和所述門極驅(qū)動電壓選擇所述整流管工作于同步 整流或非同步整流。
該輕載調(diào)制電路可包括門極驅(qū)動電壓比較器，將所述整流管的門極驅(qū)動電壓與第一參考值比較；漏源電壓比較器，將所述整流管的漏源電壓與第二參 考值比較；延時電路，連接所述門極驅(qū)動電路，輸出延時信號；同步開啟/停 止電路，接收所述門極驅(qū)動電壓比較器和所述漏源電壓比較器的輸出信號以及 所述延時信號，輸出輕載因子至所述門極驅(qū)動電路。
其中所述輕載邏輯電路，接收所述所述門極驅(qū)動電壓比較器和所述漏源 電壓比較器的輸出信號以及所述延時信號，輸出負(fù)載指示信號；充電電路，包 括充電電容，在所述負(fù)載指示信號為高電平時充電電容的電壓被充電至固定 值，在所述負(fù)載指示信號為低電平時充電電容放電；比較器，比較所述充電電 容電壓與參考值；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由所述負(fù)載指示信號置為高電平，或由所述 比較器輸出信號置為低電平，并根據(jù)上述高電平或低電平輸出所述輕載因子。 在一個實施方式里，當(dāng)所述控制電路上電啟動時，所述輕載因子設(shè)置為同步整 流狀態(tài)值(K=l)。
本發(fā)明的另一個目的還在于提供一種整流管輕載控制方法，在同步整流狀 態(tài)下，檢測所述整流管的輸入信號判斷輕載或重載，并控制所述整流管工作于 同步整流或非同步整流。該方法包括在同步整流狀態(tài)下，當(dāng)檢測到輕載并且 一定時間內(nèi)的周期都為輕載，停止同步整流進(jìn)入非同步整流；在非同步整流狀 態(tài)下，檢測所述整流管的輸出信號判斷輕載或重載， 一旦檢測到重載狀態(tài)，啟 動同步整流。其中所述輸入信號為門極驅(qū)動電壓，所述輸出信號為漏源電壓。 其中在同步整流狀態(tài)下，門極驅(qū)動電壓包括保持漏源電壓恒定的實時變化階 段。
其中在同步整流狀態(tài)下，從所述整流管導(dǎo)通起預(yù)定的第一延時后，檢測所 述門極驅(qū)動電壓，若所述門極驅(qū)動電壓小于第一預(yù)定值，判斷為輕載，反之為重載；在非同步整流狀態(tài)下，從所述整流管經(jīng)體二極管導(dǎo)通起預(yù)定的第二延時 后，檢測所述漏源電壓，若所述漏源電壓小于第二預(yù)定值，判斷為重載，反之 為輕載。在一種實施方式中，所述第一預(yù)定延時小于所述第二預(yù)定延時。
另一種輕載控制方法包括因出現(xiàn)重載而運行于同步整流狀態(tài)下時，當(dāng)檢 測到輕載并持續(xù)一預(yù)定時間后進(jìn)入非同步整流，當(dāng)檢測到重載，保持同步整流; 當(dāng)進(jìn)入非同步整流，持續(xù)若干個周期的非同步整流后，啟動同步整流并根據(jù)所 述輸入信號判斷輕載，若為輕載，下個周期進(jìn)行非同步整流，若為重載，下個 周期進(jìn)行同步整流并重復(fù)上一過程。在同步整流狀態(tài)下，在所述整流管導(dǎo)通后 的預(yù)定延時后，檢測所述門極驅(qū)動電壓，若所述門極驅(qū)動電壓小于一預(yù)定值， 判斷為輕載，反之為重載。
在本發(fā)明的實施方案中，實現(xiàn)了根據(jù)門極驅(qū)動電壓控制同步整流的開啟和 停止，提高了整流效率，有效避免了臨界狀態(tài)下的不穩(wěn)定。同時漏源電壓與非 零的參考電壓比較，避免了使用零值參考電壓而引起反向電流，抗噪聲性能相 對與零值比較更高。


圖1A、 1B、 1C所示為現(xiàn)有的兩種整流方式及其各自的電阻特性；
圖2所示為現(xiàn)有典型的輕載調(diào)制示意圖，在輕載時停止同步整流；
圖3所示為本發(fā)明對應(yīng)的副邊同步整流管實時同步整流方式示意圖4所示為本發(fā)明的同步整流過程中輕載和重載判斷方式實施例示意圖5所示為本發(fā)明的一個輕載調(diào)制實施例狀態(tài)流程圖6所示為本發(fā)明的對應(yīng)圖5中實施例的一個控制電路實施例示意圖7A所示為本發(fā)明的對應(yīng)圖6中實施例的同步開啟/停止電路實施例示意圖，圖7B所示為其中的輕載邏輯電路工作時序圖8所示為一個非同步整流過程中輕載和重載判斷方式實施例示意圖； 圖9為本發(fā)明的另一個輕載調(diào)制實施例狀態(tài)流程圖IO所示為本發(fā)明的對應(yīng)圖9中實施例的一個控制電路實施例示意圖； 圖IIA所示為本發(fā)明的對應(yīng)圖10中實施例的同步開啟/停止電路實施例示 意圖，圖11B所示為其中的輕載邏輯電路工作時序圖。
具體實施例方式
圖3示出了本發(fā)明對應(yīng)的副邊同步整流管實時同步驅(qū)動方式。在時刻tl， Vgs置高，同步整流管導(dǎo)通。在時刻t2，隨著電流下降VDs緩慢上升至Vp V(jS 隨電流降低而逐漸降低，使得Vds保持在V1()直到Ves的降低無法阻止VDS 的上升時，即Vds下降到V2，關(guān)斷同步整流管。該同步驅(qū)動方式中，門極驅(qū)動 電壓包括線性實時變化階段以保持vds恒定，該方式稱實時同步整流，實時同 步整流可實現(xiàn)開關(guān)的快速關(guān)斷，減小開關(guān)損耗，同時開關(guān)在負(fù)載較輕時也能保 持較長時間的同步整流。
在這種驅(qū)動方式中，負(fù)載越小，V(js下降的越早。針對這種實時驅(qū)動方式， 本發(fā)明旨在提出輕載時停止同步整流的控制方式。
圖4至圖7B描述了本發(fā)明的第一種輕載調(diào)制實施方式。它根據(jù)檢測和判 斷整流管的門極驅(qū)動電壓水平來實現(xiàn)輕載調(diào)制。圖4示出了同步整流過程中的 輕載和重載判斷方式，在整流管導(dǎo)通后的預(yù)定延時T后，檢測門極驅(qū)動電壓 VGS，若V(js大于一預(yù)定電壓Vref，則表示重載，下個周期繼續(xù)同步整流；若 Vcs小于Vref，則表示輕載，先暫時保持同步整流，若測得連續(xù)若干個周期的 一定時間內(nèi)保持輕載，停止同步整流，進(jìn)入非同步整流。在進(jìn)入非同步整流后，200910059751.x
每隔n個周期，啟動同步整流并重新根據(jù)整流管門極驅(qū)動電壓V^判斷輕載和 重載，其中在一個實施例中n取10，若為輕載，下個周期繼續(xù)非同步整流，若 為重載，維持同步整流并重復(fù)上述步驟。
第一種輕載調(diào)制方式的一個具體控制過程實施例見狀態(tài)流程圖5。從S0到 S4—C各節(jié)點的含義分別為
SO:啟動控制電路，設(shè)置輕載因子K4 (表示重載)；
Sl:整流管關(guān)斷；
S2一A:整流管以同步方式導(dǎo)通；
S2_B:整流管以體二極管非同步方式導(dǎo)通；
53—A:測Vgs;
54—A: K=0，每隔連續(xù)n個周期，設(shè)置K^1一定時間； S4—B:保持K不變；
S4—C:連續(xù)若干個周期V(js〈， AT時間內(nèi)保持K4， AT后設(shè)置K-0。 該狀態(tài)流程圖一個單循環(huán)代表一個周期，在一個周期中，整流管或其體二 極管導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。
其中，在S0節(jié)點，控制電路剛啟動時，設(shè)置K4，使得下一個周期整流 管同步導(dǎo)通。在Sl節(jié)點，整流器件關(guān)斷。當(dāng)整流器件達(dá)到導(dǎo)通條件，如VDS <-70mv，在S2—A同步導(dǎo)通或在S2—B節(jié)點以體二極管導(dǎo)通。若此時K4，在 S2—A節(jié)點，控制電路發(fā)出高電平門極驅(qū)動電壓，使整流管以同步方式導(dǎo)通； 若K=0，在S2一B節(jié)點整流器件以非同步方式經(jīng)體二極管導(dǎo)通。
在同步導(dǎo)通后的預(yù)定延時T后，在S3一A節(jié)點檢測V(js，若V(5s〉Vref，如 取VRE產(chǎn)1V，表征重載狀態(tài)，在S4一B節(jié)點保持K4不變；若Vcjs〈V，表征輕載，但為實現(xiàn)穩(wěn)定的控制，暫且先保持同步整流，即在S4一C節(jié)點暫先保持 K4不變。直到連續(xù)若干個周期測得輕載(VGS<1V)且持續(xù)時間達(dá)到AT后， 在S4_C節(jié)點設(shè)置K=0，這樣，將停止同步整流，下個周期在S2一B進(jìn)行非同 步整流。
若以非同步方式導(dǎo)通(S2—B節(jié)點)，在S4一A節(jié)點，先暫時保持IC不變， 每隔n個周期設(shè)置K4，若下個周期為輕載則設(shè)置K=0并重復(fù)這一過程，若 下個周期為重載保持K-1。
在節(jié)點S4—A、 S4_B、 S4—C后，若整流管達(dá)到關(guān)斷條件，如VDs、30mV， 在節(jié)點Sl整流管自動關(guān)斷或門極電壓V(js被置低，整流管關(guān)斷。
圖6為對應(yīng)圖5輕載調(diào)制實施方式的一個控制電路100示意圖實施例。該 控制電路IOO外部包含VD端、VS端、VG端、VDD端和PGND端，分別連 接整流管的漏極、整流管的源極、整流管的門極、控制電路電源和控制電路電 源地端?？刂齐娐烦税ㄓ砷_通比較器U1、關(guān)斷比較器U2、門極驅(qū)動邏輯 電路和驅(qū)動器等組成的用于常規(guī)同步驅(qū)動的門極驅(qū)動電路61夕卜，還包括輕載 調(diào)制電路62，用于在輕載時采用非同步整流，提高效率。開通比較器U1接收 漏極電壓VD和開通參考信號(如圖中-70mV)，輸出開通信號。關(guān)斷比較器 U2接收漏極電壓VD和關(guān)斷參考信號(如圖中-30mV)，輸出關(guān)斷信號。門極 驅(qū)動邏輯電路接收開通信號和關(guān)斷信號，產(chǎn)生中間信號——同步整流驅(qū)動信 號，同步整流驅(qū)動信號在接收到開通信號時(如圖中Ul的輸出下降沿)置高， 接收到關(guān)斷信號時(如圖中U2的輸出上升沿)置低。該輕載調(diào)制電路62包括 門極驅(qū)動電壓比較器U3，漏源電壓比較器U4，延時電路和同步開啟/停止電路。 其中U3比較Vcs與參考電壓VreF，在圖示的實施例中，U3同相端經(jīng)參考電壓Vref逢接PGND端，反相端連接VG端，輸出信號B,至同步開啟/停止電路。
U4比較VDS與參考電壓VREF3。在圖示的實施例中，U4同相端經(jīng)參考電壓VREF3
連接VD端，反相端連接VS端，輸出信號B3至同步開啟/停止電路。延時電 路接收來自門極驅(qū)動邏輯電路的導(dǎo)通信號，產(chǎn)生導(dǎo)通延時信號(VBlANK)并輸
入同步開啟/停止電路，延時信號VBLANK在整流器件同步導(dǎo)通或經(jīng)體二極管導(dǎo)
通瞬間由門極驅(qū)動邏輯電路置高，高電平持續(xù)時間為T，對應(yīng)相應(yīng)的預(yù)定延時 T。同步開啟/停止電路將開啟還是停止同步整流的輕載因子K輸入門極驅(qū)動邏 輯電路，輸出相應(yīng)的門極驅(qū)動電壓至VG端。門極驅(qū)動邏輯電路可進(jìn)一步包含 一與門，將同步整流驅(qū)動信號和輕載因子K進(jìn)行與運算，輸出驅(qū)動信號。這樣， 當(dāng)K=0時，下一個周期的門極驅(qū)動電壓為低電平，使整流管工作于非同步整 流；當(dāng)K4時，下一個周期的門極驅(qū)動電壓使整流管工作于同步整流。
圖7A、 7B所示分別為同步開啟/停止電路的電路示意圖和輕載邏輯電路 工作時序圖的實施例。如圖7A所示，同步開啟/停止電路包括輕載邏輯電路， 由R4、 R2、 d組成的充電電路，控制開關(guān)Q1，比較器U5，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U6， 計數(shù)器和或門U7。其中輕載邏輯電路接收來自門極驅(qū)動電壓比較器的信號Bi 和來自延時電路的延時信號Vblank，輸出負(fù)載指示信號Vllo。
輕載邏輯電路邏輯見圖7B所示。VLLo信號由門極驅(qū)動電壓Ves確定。延
時信號VBLANK的高電平延遲時間為T， VBLANK下降沿到來時，若VeS < Vref， Bi為高電平，VLL(3保持低電平，見上圖71所示；若此時B,為低電平，即重載 狀態(tài)下，VLLC產(chǎn)生一寬度固定的脈沖，見下圖72所示。由此VuX3的邏輯為 7iiG = A X ^bz^ws: x Kbz^jw^z)勿，其中Vblank_Delay比VBLANk 脈沖延遲固定時間，通
過非門，延時電路和與門實現(xiàn)邏輯運算。繼續(xù)圖7A的說明。在Vuxj高電平脈沖出現(xiàn)的時候?qū)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器U6觸發(fā)到高電平(Kl=l )，同時開關(guān)Ql將d 充電到+5V。在vllg為低電平時，d通過R!、R2放電，其中R戶〉R2， R^C尸AT， 這樣，若VLm持續(xù)AT為低電平，d被放電到輕載參考值(如圖中2.5V)，比 較器U5輸出低電平信號將U6置低(K1=0)。 K為Kl與K2的"或"信號。 在K1的下降沿，計數(shù)器清零。計數(shù)器在每個B3的下降沿(Vds<Vref3，對應(yīng) 整流器件導(dǎo)通)觸發(fā)加1。在一個實施例里VreF3=-0.5V。在一個實施例里，輕 載調(diào)制電路不包含U4，計數(shù)器直接采用來自Ul的輸出信號。當(dāng)計數(shù)器累積到 n，如取n-10，計數(shù)器溢出清零并輸出一高電平脈沖，即出現(xiàn)K24，持續(xù)一 定時間后K2:0， K2的高電平脈沖可使整流管以同步整流方式導(dǎo)通一次。在一 個實施例中，K2的下降由B3的上升沿觸發(fā)。計數(shù)器溢出一次后，重新計數(shù)。 在K1為高電平期間，計數(shù)器被抑制，無法輸出高電平脈沖。
圖8至圖11B描述了本發(fā)明的另一種輕載調(diào)制實施方式。它根據(jù)檢測和判 斷整流管的門極驅(qū)動電壓水平，同時檢測和判斷整流管的漏源電壓水平實現(xiàn)輕 載調(diào)制。在同步整流狀態(tài)下，檢測門極驅(qū)動電壓水平判斷輕載或重載，判斷方 式如圖4所示，即在整流管導(dǎo)通后的預(yù)定延時T后，檢測門極電壓V(is，若 Vcjs大于一預(yù)定電壓VREF，則表示重載，下個周期繼續(xù)同步整流；若Vgs小于 VreF，則表示輕載，先保持同步整流，若在一固定時間AT的若干個周期內(nèi)都 判斷為輕載(Vcjs〈Vref)，則在下一個周期停止同步整流。圖8示出了非同步 整流過程中的輕載和重載判斷方式，在整流管通過體二極管導(dǎo)通后的預(yù)定延時
T2后，檢測漏源電壓VDS，若VDS小于一預(yù)定電壓VreF2，則表示重載，下個
周期啟動同步整流；若Vds大于Vref2，則表示輕載，下個周期繼續(xù)非同步整 流。在一種實施方式中，T< T2，即同步整流過程中輕載的判定閾值比非同步整流過程中輕載的判定閾值低。在另一種實施方式中，T= T2，在這種實施方
式中，因為同步整流狀態(tài)下采用判斷Vcjs而非同步整流狀態(tài)下采用VDS判斷負(fù)
載狀態(tài)，固有回差的功能，能有效地避免臨界狀態(tài)下的不穩(wěn)定現(xiàn)象。具體控制過程見狀態(tài)流程圖9。從SO到S4—C各節(jié)點的含義分別為
SO:啟動控制電路，設(shè)置輕載因子K4 (表示重載)；
SI:整流管關(guān)斷；
S2一A:整流管以同步方式導(dǎo)通；
S2一B:整流管以體二極管非同步方式導(dǎo)通；
53—A:測Vgs;S3一B:測V。s;
54—A:設(shè)置K-l;
S4一B:保持K不變；
S4—C:連續(xù)若干個周期Vcjs〈1， AT時間內(nèi)保持K-1， AT后設(shè)置KX)。該狀態(tài)流程圖一個單循環(huán)代表一個周期，在一個周期中，整流管或其體二極管導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。
其中，在S0節(jié)點，控制電路剛啟動時，設(shè)置K4，使得下一個周期整流管同步導(dǎo)通。在SI節(jié)點，整流器件關(guān)斷。當(dāng)整流器件達(dá)到導(dǎo)通條件，如VDS<-70mv，在S2—A同步導(dǎo)通或在S2—B節(jié)點經(jīng)體二極管導(dǎo)通。若此時K4，在S2一A節(jié)點，控制電路發(fā)出高電平門極驅(qū)動電壓，使整流管以同步方式導(dǎo)通；若K=0，在S2_B節(jié)點整流管以非同步方式經(jīng)體二極管導(dǎo)通。
在同步導(dǎo)通后的預(yù)定延時Ti后，在S3一A節(jié)點檢測Vcjs，若Vcjs〉VRE!n，如取VREF產(chǎn)1V，表征重載狀態(tài)，在S4—B節(jié)點保持K4不變；若Vgs〈V，表征輕載，但為實現(xiàn)穩(wěn)定的控制，暫且先保持同步整流，即在S4一C節(jié)點暫先保持K4不變。直到連續(xù)n個周期測得輕載(Ves<lV)且持續(xù)時間達(dá)到AT后，在S4_C節(jié)點設(shè)置K=0，這樣，將停止同步整流，下個周期在S2一B進(jìn)行非同步整流。
在非同步導(dǎo)通的預(yù)定延時T2后，在S3一B節(jié)點檢測VDS，此時若VDS < Vref2，如取VREF2=-300mV (整流管體二極管導(dǎo)通壓降為約-700mV)，表征重載，在S4—A節(jié)點設(shè)置K=l，這樣，下個周期在S2—A節(jié)點將啟動同步整流；若VDS>-300mV，表征輕載，在S4一B節(jié)點保持K^0不變。
在節(jié)點S4一A、 S4—B、 S4—C后，若整流管達(dá)到關(guān)斷條件，如VDs、30mV，在節(jié)點SI整流管自動關(guān)斷或門極電壓Vcs被置低，整流管關(guān)斷。
圖10為實施圖9所示第二種輕載調(diào)制實施方式的一個控制電路200示意圖實施例。該控制電路200外部包含VD端、VS端、VG端、VDD端和PGND端，分別連接整流管的漏極、整流管的源極、整流管的門極、控制電路電源和控制電路電源地端?？刂齐娐烦税ㄓ砷_通比較器U1、關(guān)斷比較器U2、門極驅(qū)動邏輯電路和驅(qū)動器等組成的用于常規(guī)同步驅(qū)動的門極驅(qū)動電路61夕卜，還包括輕載調(diào)制電路102，用于在輕載時采用非同步整流，提高效率。該輕載調(diào)制電路102包括門極驅(qū)動電壓比較器U3、漏源電壓比較器U8、延時電路和
同步開啟/停止電路。其中U3比較VGs與參考電壓VREn，在圖示的實施例中，
U3同相端經(jīng)參考電壓VreF1連接PGND端，反相端連接VG端，輸出信號Bj至同步開啟/停止電路。U8比較VDs與參考電壓VreF2。在圖示的實施例中，U8同相端經(jīng)參考電壓VREF2連接VD端，反相端連接VS端，輸出信號B2至同步開啟/停止電路。延時電路接收來自門極驅(qū)動邏輯電路的導(dǎo)通信號，產(chǎn)生延時信號(Vbla皿和VblANK2)并輸入同步開啟/停止電路，其中vblan^對應(yīng)預(yù)定的第一延時Tp VBLANK2對應(yīng)預(yù)定的第二延時T2。同步開啟/停止電路將開啟還是停止同步整流的輕載因子K輸入門極驅(qū)動邏輯電路，輸出相應(yīng)的門極驅(qū)動電壓至VG端。門極驅(qū)動邏輯電路可包含一與門，將同步整流驅(qū)動信號和輕載
因子K進(jìn)行與運算。這樣，當(dāng)K:0時，下一個周期的門極驅(qū)動電壓為低電平，使整流管工作于非同步整流；當(dāng)K=l時，下一個周期的門極驅(qū)動電壓使整流管工作于同步整流。
圖IIA、 11B所示分別為同步開啟/停止電路的電路示意圖和輕載邏輯電路工作時序圖的實施例。如圖11A所示，同步開啟/停止電路包括輕載邏輯電路，由R。 R2、 C,組成的充電電路，控制開關(guān)Q1，比較器U5和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U6。其中輕載邏輯電路接收來自門極驅(qū)動電壓比較器的信號Bi ，來自漏源電壓比較
器的信號B"來自延時電路的延時信號vbla皿、VblaWK2信號，輸出負(fù)載指示
信號VLLM。
輕載邏輯電路邏輯見圖11B所示，其中輕載邏輯電路中產(chǎn)生兩個中間信號:
同步負(fù)載指示信號Vuxi和非同步負(fù)載指示信號VllD。 VLL(3信號由門極驅(qū)動電壓Vos確定，見左邊圖示。延時信號VBLAN]u的高電平延遲時間為Tp Vblank1下降沿到來時，若Ves〈VREjn， Bi為高電平，VLL(3保持低電平，見左上圖lll
所示；若此時Bi為低電平，VLUJ產(chǎn)生一寬度固定的脈沖，見左下圖112所示。
由此VLLG的邏輯為^ = & ^闊x fW'一物，其中Vblan^』勿比Vblan^
脈沖延遲固定時間，通過非門、延時電路和與門實現(xiàn)邏輯運算。Vlld信號由
Vds碗定，見右邊圖示。延時信號VBLANK2的高電平延遲時間為T2， VblaNK2下降沿瞬間，若Vds〈Vref2，即B2為高電平，vlld產(chǎn)生一寬度固定的脈沖，見右上圖113所示；若此時B2為低電平，VLLD保持低電平，見右下圖114所示。由此V"d的邏輯為^xG^x&匿2Xr諸K2D勿，其中Vbx^k2
Delay比VblaNK2
脈沖延遲固定時間，通過非門、延時電路和與門實現(xiàn)邏輯運算。VLLM的邏輯為
=^o +4。，通過或門實現(xiàn)運算。這樣，在預(yù)定延時后，只有當(dāng)VeS < Vref1
且Vds〉Vref2吋，即無論對同步導(dǎo)通還是非同步導(dǎo)通，都對應(yīng)低負(fù)載，Vixm
才表征為輕載。
繼續(xù)圖IIA的說明。在每個VLLM高電平脈沖出現(xiàn)的時候，Ql開關(guān)將C1
充電到+5V，同時將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U6觸發(fā)到高電平(K=l)。在VLLM為低電平時，C!通過Ri、 R2放電，其中R!》R2， R^C產(chǎn)AT，這樣，若ViXM持續(xù)AT為低電平，G被放電到輕載參考值(如圖中2.5V),比較器U5輸出低電平信號并將U6置低(K=0)。這樣，U6輸出的K信號可決定下個周期采用同步整流(K=l)還是非同步整流(K=0)。
上述各實施例中，可以通過門極驅(qū)動電壓控制同步整流的開啟和停止，提高了整流效率，有效避免了臨界狀態(tài)下的不穩(wěn)定。同時漏源電壓與非零的參考電壓(VreF2)比較，避免了使用零值參考電壓而引起反向電流，抗噪聲性能相對與零值比較更高。
本發(fā)明的輕載調(diào)制方法及裝置可適用于直流-直流反激式電壓變換器，交流-直流反激式電壓變換器，還可以應(yīng)用在其它拓?fù)涞恼鞴茯?qū)動中。
權(quán)利要求
1.一種整流管實時控制電路，包括門極驅(qū)動電路，控制所述整流管的同步導(dǎo)通和關(guān)斷，其特征在于進(jìn)一步包括輕載調(diào)制電路，接收所述整流管的門極驅(qū)動電壓并據(jù)此選擇所述整流管工作于同步整流或非同步整流。
2. 如權(quán)利要求l所述的控制電路，其中輕載調(diào)制電路進(jìn)一步接收所述整流管的漏源電壓，并根據(jù)所述漏源電壓和所述門極驅(qū)動電壓選擇所述整流管工作于同步整流或非同步整流。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制電路，其中所述輕載調(diào)制電路包括門極驅(qū)動電壓比較器，將所述整流管的門極驅(qū)動電壓與第一參考值比較;漏源電壓比較器，將所述整流管的漏源電壓與第二參考值比較；延時電路，連接所述門極驅(qū)動電路，輸出延時信號；同步開啟/停止電路，接收所述門極驅(qū)動電壓比較器和所述漏源電壓比較器的輸出信號以及所述延時信號，輸出輕載因子至所述門極驅(qū)動電路。
4. 如權(quán)利要求3所述的控制電路，其中所述門極驅(qū)動電路包括開通比較器，接收漏極電壓和開通參考電壓，輸出開通信號；關(guān)斷比較器，接收漏極電壓和關(guān)斷參考電壓，輸出關(guān)斷信號；門極驅(qū)動邏輯電路，接收所述開通比較器和關(guān)斷比較器輸出的信號及所述輕載因子，輸出驅(qū)動信號；驅(qū)動器，接收所述驅(qū)動信號，輸出門極驅(qū)動電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的控制電路，其中門極驅(qū)動邏輯電路接收開通信號和關(guān)斷信號，按如下原則產(chǎn)生同步整流驅(qū)動信號在接收到開通信號時，同步整流驅(qū)動信號為高電平；在接收到關(guān)斷信號時，同步整流驅(qū)動信號為低電平；門極驅(qū)動邏輯電路進(jìn)一步包括與門，將上述同步整流驅(qū)動信號和所述輕載因子進(jìn)行與操作。
6. 如權(quán)利要求3所述的控制電路，其中所述同步開啟/停止電路包括 輕載邏輯電路，接收所述所述門極驅(qū)動電壓比較器和所述漏源電壓比較器的輸出信號以及所述延時信號，輸出負(fù)載指示信號；充電電路，包括充電電容，在所述負(fù)載指示信號為高電平時充電電容的電壓被充電至固定值，在所述負(fù)載指示信號為低電平時充電電容放電； 比較器，比較所述充電電容電壓與參考值；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由所述負(fù)載指示信號置為高電平，或由所述比較器輸出信號置為低電平，并根據(jù)上述高電平或低電平輸出所述輕載因子。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制電路，其中當(dāng)所述控制電路上電啟動時，所述輕載因子為表征同步整流狀態(tài)的高電平。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制電路，其中所述輕載邏輯電路產(chǎn)生同步負(fù)載指示信號，即當(dāng)所述延時信號下降沿到來時，若所述門極驅(qū)動電壓小于所述第一參考值則保持低電平，反之輸出高電平脈沖；非同步負(fù)載指示信號，即當(dāng)所述延時信號下降沿到來時，若所述漏源電壓小于所述第二參考值則輸出高電平脈沖，反之保持低電平；所述負(fù)載指示信號，為所述同步負(fù)載指示信號和所述非同步負(fù)載指示信號的或操作信號。
9. 如權(quán)利3所述的控制電路，其中所述第二參考值為-300mV。
10. 如權(quán)利要求l所述的控制電路，其中所述輕載調(diào)制電路包括門極驅(qū)動電壓比較器，將所述整流管的門極驅(qū)動電壓與參考值比較；延時電路，連接所述門極驅(qū)動電路，輸出延時信號；同步開啟/停止電路，接收所述門極驅(qū)動電壓比較器輸出信號以及所述延時信號，輸出輕載因子至所述門極驅(qū)動電路。
11. 如權(quán)利要求10所述的控制電路，其中所述輕載調(diào)制電路進(jìn)一步包括漏源電壓比較器，將所述整流管的漏源電壓與另一參考值比較。
12. 如權(quán)利要求10所述的控制電路，其中所述門極驅(qū)動電路包括開通比較器，接收漏極電壓和開通參考信號，輸出開通信號；關(guān)斷比較器，接收漏極電壓和關(guān)斷參考信號，輸出關(guān)斷信號；門極驅(qū)動邏輯電路，接收所述開通比較器和關(guān)斷比較器輸出的信號及所述輕載因子，輸出驅(qū)動信號；驅(qū)動器，接收所述驅(qū)動信號，輸出門極驅(qū)動電壓。
13. 如權(quán)利要求12所述的控制電路，其中門極驅(qū)動邏輯電路接收開通信號和關(guān)斷信號，按如下原則產(chǎn)生同步整流驅(qū)動信號在接收到開通信號時，同步整流驅(qū)動信號為高電平；在接收到關(guān)斷信號時，同步整流驅(qū)動信號為低電平；門極驅(qū)動邏輯電路進(jìn)一步包括與門，將上述同步整流驅(qū)動信號和所述輕載因子進(jìn)行與操作。
14. 如權(quán)利要求13所述的控制電路，其中所述同步開啟/停止電路包括輕載邏輯電路，接收所述所述門極驅(qū)動電壓比較器的輸出信號和所述延時信號，輸出負(fù)載指示信號；充電電路，包括充電電容，在所述負(fù)載指示信號為高電平時充電電容的電壓被充電至固定值，在所述負(fù)載指示信號為低電平時充電電容放電；比較器，比較所述充電電容電壓與輕載參考值；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由所述負(fù)載指示信號置為低電平，或由所述比較器輸出信 號置為高電平；計數(shù)器，連接所述開通比較器，在每次開通比較器輸出開通信號時加1， 當(dāng)計數(shù)累積到若干個周期時，輸出高電平脈沖并清零，在所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸 出信號為高電平時，所述計數(shù)器被抑制，在所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出信號下降沿， 所述計數(shù)器清零；或門，其輸入端連接所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端和所述計數(shù)器輸出端，輸出 所述輕載因子。
15. 如權(quán)利要求ll所述的控制電路，其中所述門極驅(qū)動電路包括 開通比較器，接收漏極電壓和開通參考信號，輸出開通信號； 關(guān)斷比較器，接收漏極電壓和關(guān)斷參考信號，輸出關(guān)斷信號； 門極驅(qū)動邏輯電路，接收所述開通比較器和關(guān)斷比較器輸出的信號及所述輕載因子，輸出驅(qū)動信號；驅(qū)動器，接收所述驅(qū)動信號，輸出門極驅(qū)動電壓。
16. 如權(quán)利要求15所述的控制電路，其中所述同步開啟/停止電路包括 輕載邏輯電路，接收所述所述門極驅(qū)動電壓比較器的輸出信號和所述延時信號，輸出負(fù)載指示信號；充電電路，包括充電電容，在所述負(fù)載指示信號為高電平時充電電容的電 壓被充電至固定值，在所述負(fù)載指示信號為低電平時充電電容放電；比較器，比較所述充電電路電壓與輕載參考值；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由所述負(fù)載指示信號置為低電平，或由所述比較器輸出信號置為高電平；計數(shù)器，連接所述漏源電壓比較器，在每次開通比較器輸出開通信號時加 1，當(dāng)計數(shù)累積到若干個周期時，輸出高電平脈沖并清零，在所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器輸出信號為高電平時，所述計數(shù)器被抑制，在所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出信號下 降沿，所述計數(shù)器清零；或門，其輸入端連接所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端和所述計數(shù)器輸出端，輸出 所述輕載因子。
17. 如權(quán)利要求14或16所述的控制電路，其中當(dāng)所述控制電路上電啟動 時，所述輕載因子為表征同步整流狀態(tài)的高電平。
18. 如權(quán)利要求14或16所述的控制電路，其中所述若干個周期為10個 周期。
19. 一種整流管輕載控制方法，在同步整流狀態(tài)下，檢測所述整流管的輸 入信號判斷輕載或重載，并控制所述整流管工作于同步整流或非同步整流。
20. 如權(quán)利要求19所述的輕載控制方法，包括其中在同步整流狀態(tài)下，當(dāng)檢測到輕載并且一定時間內(nèi)的周期都為輕載， 停止同步整流進(jìn)入非同步整流；在非同步整流狀態(tài)下，檢測所述整流管的輸出信號判斷輕載或重載， 一旦 檢測到重載狀態(tài)，啟動同步整流。
21. 如權(quán)利要求20所述的輕載控制方法，其中所述輸入信號為門極驅(qū)動 電壓，所述輸出信號為漏源電壓。
22. 如權(quán)利要求21所述的輕載控制方法，其中在同步整流狀態(tài)下，門極 驅(qū)動電壓包括保持漏源電壓恒定的實時變化階段。
23. 如權(quán)利要求22所述的輕載控制方法，其中在同步整流狀態(tài)下，從所述整流管導(dǎo)通起經(jīng)過第一預(yù)定延時后，檢測所述 門極驅(qū)動電壓，若所述門極驅(qū)動電壓小于第一預(yù)定值，判斷為輕載，反之為重 載；在非同步整流狀態(tài)下，從所述整流管經(jīng)體二極管導(dǎo)通起經(jīng)過第二預(yù)定延時 后，檢測所述漏源電壓，若所述漏源電壓小于第二預(yù)定值，判斷為重載，反之 為輕載。
24. 如權(quán)利要求23所述的輕載控制方法，其中所述第一預(yù)定延時小于所 述第二預(yù)定延時。
25. 如權(quán)利要求19所述的輕載控制方法，包括其中因出現(xiàn)重載而運行于同步整流狀態(tài)下時，當(dāng)檢測到輕載并持續(xù)一預(yù)定 時間后進(jìn)入非同步整流，當(dāng)檢測到重載，保持同步整流；當(dāng)進(jìn)入非同步整流，持續(xù)若干個周期的非同步整流后，啟動同步整流并根 據(jù)所述輸入信號判斷輕載，若為輕載，下個周期進(jìn)行非同步整流，若為重載， 下個周期進(jìn)行同步整流并重復(fù)上一過程。
26. 如權(quán)利要求25所述的輕載控制方法，其中所述輸入信號為門極驅(qū)動 電壓。
27. 如權(quán)利要求26所述的輕載控制方法，其中在同步整流狀態(tài)下，門極 驅(qū)動電壓包括保持漏源電壓恒定的實時變化階段。
28. 如權(quán)利要求27所述的輕載控制方法，其中在同步整流狀態(tài)下，在所 述整流管導(dǎo)通后的預(yù)定延時后，檢測所述門極驅(qū)動電壓，若所述門極驅(qū)動電壓 小于一預(yù)定值，判斷為輕載，反之為重載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種整流管控制電路及輕載控制方法，當(dāng)整流管處于同步整流時，在導(dǎo)通后的預(yù)定延時后檢測整流管的門極驅(qū)動電壓(V_GS)，若V_GS小于一參考值，表明輕載，若V_GS大于該參考值，表明重載。在一種實施方式中，在連續(xù)檢測到輕載且達(dá)到一預(yù)定時間后，停止同步整流；其后每隔若干個周期重新啟動同步整流并判斷輕重載。另一種實施方式中，若連續(xù)若干周期指示輕載且達(dá)到一預(yù)定時間后，停止同步整流；當(dāng)整流管處于非同步整流時，在體二極管導(dǎo)通后的預(yù)定延時后檢測整流管的漏源電壓(V_DS)，若V_DS小于一參考值，則在下個周期啟動同步整流。該發(fā)明提高了整流效率，有效避免臨界狀態(tài)下的不穩(wěn)定，同時提高抗噪性能。
文檔編號H02M7/12GK101662219SQ20091005975
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者任遠(yuǎn)程, 張軍明, 毛昭祺, 磊 繆 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司