專利名稱：混合驅(qū)動(dòng)的全橋同步整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能變換領(lǐng)域，具體涉及同步整流電路，是一種同時(shí)采用電壓型驅(qū)動(dòng)和電流型驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的新型全橋同步整流電路中同步整流管的驅(qū)動(dòng)方式。
背景技術(shù)：
目前，在電力電子的發(fā)展過(guò)程中，低壓大電流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。在這種場(chǎng)合下，變流器二次側(cè)整流器的損耗占了整體損耗的大部分，尤其是采用二極管整流的電路，其導(dǎo)通壓降引起的損耗占輸出功率的比例為VF/Vo，其中VF為整流器件的正向?qū)▔航?，Vo為輸出電壓。即使當(dāng)今最好的肖特基二極管，它的正向?qū)▔航狄灿?. 3V，當(dāng)輸出電壓為2V時(shí)候，僅此一項(xiàng)的損耗達(dá)到輸出功率的15%，限制了效率的提高并引起嚴(yán)重發(fā)熱，影響電源的可靠性。為降低二極管型整流器的損耗，目前在低輸出電壓場(chǎng)合普遍采用同步整流器技術(shù)。所謂同步整流是以導(dǎo)通電阻很小(最小可以達(dá)到幾個(gè)毫歐)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET或MOS場(chǎng)效應(yīng)管)來(lái)代替二極管的技術(shù)，但是MOSFET需要額外的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)保證其開(kāi)通和關(guān)斷。因此同步整流的驅(qū)動(dòng)方案是限制同步整流廣泛應(yīng)用的一個(gè)主要原因。 如果同步整流的驅(qū)動(dòng)方案比較復(fù)雜，或者驅(qū)動(dòng)的電路的損耗比較大，都會(huì)影響到同步整流的效果。理想的同步整流器應(yīng)該實(shí)現(xiàn)與二極管型整流器一樣的電氣功能而大大降低導(dǎo)通損耗。但是由于MOSFET開(kāi)通后可以雙向?qū)щ姡瑓^(qū)別于二極管，需要精確控制器門極信號(hào)，最好僅使得同步整流的MOSFET有正向電流(從源極流向漏極)時(shí)，使得MOSFET導(dǎo)通，避免控制不當(dāng)對(duì)電路的工作帶來(lái)影響。在傳統(tǒng)的輸出整流結(jié)構(gòu)中，通常有兩種輸出結(jié)構(gòu)，一種是如圖1所示的電壓輸出型，其整流器后由電感、電容進(jìn)行濾波；另一種是電流輸出型，其整流器后只有電容進(jìn)行濾波。針對(duì)電壓輸出型整流器中的同步管驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是在電路中變壓器、電感或者其他相關(guān)點(diǎn)得到的波形，通常可以采用變壓器繞組或者輔助繞組的電壓，或者電感電壓等個(gè)點(diǎn)波形實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，稱為電壓控制型自驅(qū)動(dòng)(或電壓模式自驅(qū)動(dòng))，可以不檢測(cè)流過(guò) MOSFET的電流。因在電路中存在電流反向的可能(從漏極流向源極)，會(huì)引起輕載條件下效率低下等其他問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常需要采樣流過(guò)同步整流器中的MOSFET的電流， 在電流反向時(shí)關(guān)斷相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。關(guān)鍵一點(diǎn)是，電壓控制型自驅(qū)動(dòng)不能應(yīng)用到圖2所示的電流型輸出整流器。針對(duì)電流輸出型整流器，由于其輸出僅存在濾波電容，變壓器輸出繞組(或者稱二次側(cè)繞組)電壓被輸出電壓箝位，因此其電壓極性變化只能在同步整流管切換后才能實(shí)現(xiàn)，因此不能采用電壓控制型自驅(qū)動(dòng)。只能通過(guò)電流檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)，也稱為電流控制型驅(qū)動(dòng)方法。目前通常采用電路互感器的方式或者采用電阻檢測(cè)的方式(可以是MOSFET導(dǎo)通時(shí)自身的導(dǎo)通電阻)。
傳統(tǒng)的采用電流互感器的方式，其取樣電流消耗的能量在電路中直接消耗，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路效率低下。如何將互感器取樣的電流信號(hào)的能量無(wú)損耗的反饋回輸入或者輸出端，是此類技術(shù)的關(guān)鍵。通常，由于同步整流器中的每個(gè)MOSFET都需要一個(gè)電流檢測(cè)裝置， 當(dāng)同步整流器中開(kāi)關(guān)較多的時(shí)候，尤其是全橋型整流，有4個(gè)開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致電路體積龐大或者電流檢測(cè)電路(如電流互感器)數(shù)量眾多。而且電流互感器的生產(chǎn)成本比較高、體積較大， 特別是當(dāng)電流互感器的二次側(cè)繞組有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的時(shí)候，不利于提高功率密度及降低成本。現(xiàn)有技術(shù)中的一例如圖3所示，名稱為《電流驅(qū)動(dòng)同步整流電路》(中國(guó)專利號(hào) 200610036098. 1)。該電路主要包括四個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管組成的全橋整流電路、一個(gè)互感器、 至少四個(gè)電壓限幅元件和波形整形電路。該電路的互感器至少有四個(gè)副邊繞組，這使得互感器的體積變大，而且在生產(chǎn)過(guò)程很復(fù)雜；由互感器傳遞的多余能量都消耗在副邊，這限制了效率的提高。圖4所示是另一現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)一個(gè)電流互感器(CT) 111與同步整流MOSFET 100 串聯(lián)，用CT的原邊繞組101來(lái)檢測(cè)流過(guò)同步管的電流，利用CT的多個(gè)副邊繞組(103和 104)，實(shí)現(xiàn)多余能量的回收，提高效率，但CT的副邊繞組數(shù)量過(guò)多，導(dǎo)致CT加工困難，成本高。而且，由于每個(gè)同步管均需要一個(gè)CT檢測(cè)電流，因此，在全橋應(yīng)用中，需要4個(gè)CT，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。圖5所示是另一現(xiàn)有技術(shù)，基于半導(dǎo)體集成電路(IC)的實(shí)施方式，利用IC檢測(cè)同步管兩端的壓降，當(dāng)檢測(cè)到有電流流過(guò)同步管(開(kāi)始漏源電壓為負(fù))，導(dǎo)通同步管，由于采用同步管自身的導(dǎo)通電阻實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，因此不引入額外的損耗，效率高，此類芯片包括頂公司的頂1167/1168，NXP的TEA1761/1791等。另外，由于集成電路集成度高，無(wú)需電流互感器，因此體積小。但在全橋應(yīng)用中，每個(gè)同步管需要一個(gè)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)芯片，總共需要4個(gè)，線路成本高。因此，有需要一種適合全橋整流結(jié)構(gòu)的，高效率、低成本的同步整流管驅(qū)動(dòng)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何采用相對(duì)而言更少的電流檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)高效率的全橋整流器內(nèi)4個(gè)同步管的驅(qū)動(dòng)。由于全橋電路每一導(dǎo)通路徑均由對(duì)角開(kāi)關(guān)組成，因此本發(fā)明的技術(shù)解決方案是， 采用電壓型驅(qū)動(dòng)和電流型驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)橋式整流電路中4個(gè)同步開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)，即通過(guò)電壓型驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的二個(gè)同步管，用電流型驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的另外兩個(gè)同步管?；诖?，本發(fā)明的解決方案是提供一種混合驅(qū)動(dòng)的全橋同步整流器，包括至少一個(gè)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于基于變壓器輔助繞組或輸出繞組波形驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管；和至少一個(gè)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于檢測(cè)變壓器副邊繞組電流或全橋同步整流器中另兩個(gè)同步管的電流，并基于檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)同步管。本發(fā)明中，所述電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)變壓器輔助繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管。
本發(fā)明中，所述電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路是基于變壓器的二次側(cè)輸出繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管。本發(fā)明中，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)與變壓器副邊繞組相串聯(lián)的電流互感器；該電流互感器有一個(gè)副邊繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步管。本發(fā)明中，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)與變壓器副邊繞組相串聯(lián)的電流互感器；該電流互感器包括兩個(gè)副邊繞組，每個(gè)副邊繞組產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的同步管。本發(fā)明中，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路中包括一個(gè)能量回收電路，其采樣電流信號(hào)通過(guò)能量電路輸送到輸出。本發(fā)明中，所述能量回收電路包括至少兩個(gè)二極管；其中，至少一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接在所述電流互感器的副邊繞組一端，該二極管的陰極連接到輸出正端；至少還有一個(gè)二極管陰極連接到互感器副邊繞組一端，該二極管的陽(yáng)極連接到輸出地。本發(fā)明中，所述全橋同步整流器是電流型輸出整流器，或者進(jìn)一步地是LLC諧振變換器輸出整流器。基于上述描述，本發(fā)明的全橋同步整流器的混合驅(qū)動(dòng)方法是通過(guò)一個(gè)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，基于變壓器輔助繞組或輸出繞組波形驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管；并且通過(guò)一個(gè)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)變壓器副邊繞組電流或全橋同步整流器中另兩個(gè)同步管的電流，并基于檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)同步管。本發(fā)明中，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)檢測(cè)對(duì)應(yīng)同步管的漏源電壓來(lái)測(cè)量其電流，并據(jù)此給出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)該同步管。本發(fā)明的有益效果在于采用本發(fā)明所示的全橋同步整流器的驅(qū)動(dòng)方法，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言，在電流型輸出的整流器結(jié)構(gòu)中，采用混合驅(qū)動(dòng)的方式，可以采用電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電流型輸出整流器不能采用電壓控制型驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)，同時(shí)，可以大大減少電流檢測(cè)元件的數(shù)量。


圖1為現(xiàn)有電壓型輸出整流器技術(shù)；圖2為現(xiàn)有電流型輸出整流器技術(shù)；圖3為現(xiàn)有全橋同步整流器驅(qū)動(dòng)技術(shù)；圖4為現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)能量回收的電流控制性驅(qū)動(dòng)技術(shù)；圖5為基于IC的電流檢測(cè)驅(qū)動(dòng)技術(shù)；圖6為本發(fā)明一個(gè)基于電流互感器的具體實(shí)施例；圖7為帶有能量回收的電流控制型驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例；圖8為本發(fā)明所提出的電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例；圖9為本發(fā)明一個(gè)基于同步管漏源電壓檢測(cè)的具體實(shí)施例；圖10為本發(fā)明所提出的另一具體實(shí)施例；圖11為圖9所示實(shí)施例中電流控制性驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施方式；圖12為本發(fā)明全橋同步整流器上管采用PMOS的基于CT的實(shí)現(xiàn)方式；圖13為本發(fā)明全橋同步整流器上管采用PMOS的基于端電壓檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式；
圖14為本發(fā)明提出的全橋同步整流器實(shí)施例不采用輔助繞組及PMOS ；圖15為圖14所示實(shí)施例中輸出電壓過(guò)高時(shí)電壓型驅(qū)動(dòng)分壓電路；圖16為本發(fā)明在LLC諧振交流變換器中的應(yīng)用實(shí)例(原邊半橋結(jié)構(gòu))；圖17為本發(fā)明在圖16所示LLC諧振交流變換器中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)穩(wěn)態(tài)波形。
具體實(shí)施例方式在傳統(tǒng)的輸出整流結(jié)構(gòu)中，有電壓輸出型以及電流輸出型兩種，如圖1、2所示。采用何種類型的輸出整流結(jié)構(gòu)取決于電路的拓?fù)?，如電壓型輸出適合傳統(tǒng)的全橋PWM、移相全橋、半橋、推挽以及并聯(lián)諧振等電路，而電流型輸出通常適合電流型推挽、串聯(lián)諧振、LLC串聯(lián)諧振電路等。在這兩類整流器中，采用全橋結(jié)構(gòu)的同步整流，需要4個(gè)同步管及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。電壓控制型自驅(qū)動(dòng)應(yīng)用于電壓輸出型整流器，如前所述，存在電流反向流動(dòng)的情況，導(dǎo)致輕載效率低下，為解決這個(gè)問(wèn)題，必須采用電流檢測(cè)電路。而針對(duì)電流輸出型，不能采用電壓控制型自驅(qū)動(dòng)方式，必須檢測(cè)流過(guò)同步管(MOSFET)的電流。因此，采用電流控制型同步管驅(qū)動(dòng)方法存在效率低、需要多個(gè)檢測(cè)電路或者CT結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜等缺點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)電壓型驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的二個(gè)同步管，用電流型驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的另外兩個(gè)同步管。相對(duì)而言，電流型輸出對(duì)同步整流驅(qū)動(dòng)更為復(fù)雜，以下結(jié)合圖2中電流型輸出整流器結(jié)構(gòu)，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但這些實(shí)施例不能理解為本發(fā)明僅適用于電流型輸出整流器，在不違背本發(fā)明本質(zhì)的前提下，其同樣適用于電壓型輸出整流器。圖6所示是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例，包括由四個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管SRl、SR2、SR3和SR4 組成的橋式同步整流電路、變壓器T、電流互感器CT、電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路、電流控制型驅(qū)動(dòng)電路和能量回收電路。由于輸出濾波電容通常電容量很大，可以用電壓源Vo表示。變壓器T包含1個(gè)輔助繞組Ns2_T，通過(guò)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路分別給兩個(gè)全橋同步整流器的2個(gè)上管SR1、SR3提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；變壓器T的輸出繞組Nsl_T (二次側(cè)繞組)通過(guò)全橋同步整流器給負(fù)載提供能量。電流互感器CT的原邊繞組串聯(lián)在高頻變壓器T的二次側(cè)回路中，即與變壓器T的輸出繞組Nsl_T相串聯(lián)，用于感應(yīng)流經(jīng)同步整流器的電流信息。電流互感器CT 只有一個(gè)二次側(cè)繞組，通過(guò)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路分別給兩個(gè)下管SR2、SR4提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 由CT 一次側(cè)傳遞二次側(cè)的多余能量通過(guò)能量回收電路回饋到輸出?；诒绢I(lǐng)域的常識(shí)，變壓器原邊電流與副邊電流存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述CT也可以與變壓器的一次側(cè)繞組相串聯(lián)，用于感應(yīng)輸出到同步整流器的電流信息。圖7和圖8分別是本發(fā)明圖6中所提出的電流控制型驅(qū)動(dòng)電路和電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路具體實(shí)例方式。需要注意的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在掌握基本電路設(shè)計(jì)技能的基礎(chǔ)上，完全能夠?qū)崿F(xiàn)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路和電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。并且，電路實(shí)現(xiàn)方式本身具備多種變化的可能性。雖然本發(fā)明僅列舉了部分實(shí)施例子，但這不代表本發(fā)明只能采用列舉的方式方能實(shí)現(xiàn)。電流互感器CT的一次側(cè)串聯(lián)在高頻變壓器T二次側(cè)繞組的回路中，電流互感器CT 二次側(cè)的一端連接到二極管Dl的正極(陽(yáng)極)及D3的負(fù)極(陰極)，電流互感器CT 二次側(cè)的另一端連接到二極管D4的負(fù)極及D2的正極，二極管Dl和D2的負(fù)極連接到輸出的正端；二極管D3和D4的正極連接到輸出的負(fù)極；這樣二極管Dl D4組成橋式電路形成能量回收電路，即將電流互感器CT所采樣的多余電流信號(hào)輸送到輸出，降低損耗，提高效率。電阻Rl與R2相串聯(lián)，用于將檢測(cè)到的流過(guò)同步整流管的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其分壓比用于設(shè)定對(duì)應(yīng)同步整流管門極驅(qū)動(dòng)電壓的最大值。結(jié)合圖6，當(dāng)電流正向流過(guò) CT 一次側(cè)繞組時(shí)(即由同名端流入時(shí)，同名端就是帶*號(hào)指示端)，CT的二次側(cè)繞組電流由同名端流出，并在電阻R3/R4上產(chǎn)生壓降，通過(guò)由Q3/Q4組成的推挽驅(qū)動(dòng)電路，將對(duì)應(yīng)的同步管SR4導(dǎo)通。當(dāng)CT采樣的電流在R3/R4上的壓降超過(guò)輸出電壓時(shí)，D3導(dǎo)通，將其電壓箝位在輸出電壓Vo，CT采樣的多余的能量通過(guò)D2/D3饋送到輸出，實(shí)現(xiàn)能量回收，降低損耗提高效率。這里R3與R4組成的分壓電路，決定同步管SR4門極驅(qū)動(dòng)電壓的幅度，即為R3*Vo/ (R3+R4)(不考慮二極管的壓降)，主要用于在輸出電壓較高的場(chǎng)合下使得同步管的驅(qū)動(dòng)電壓在其安全范圍內(nèi)，如小于20V。在輸出電壓較低時(shí)，R3可以是0。D6與電阻R3并聯(lián)，D6 的陰極與CT 二次側(cè)繞組的一段相連，其主要作用是在SR4關(guān)斷時(shí)，將R3旁路，提高關(guān)斷速度。當(dāng)CT 二次側(cè)感應(yīng)的電流減小到0時(shí)候，同步管SR4的門極通過(guò)Q4、D6以及Q4基極對(duì)地電阻R4形成基極電流，關(guān)斷時(shí)由于R3被D6旁路，使得Q4開(kāi)通速度變快，可加快關(guān)斷SR4 的速度。如R3不需要采用，D6同樣可以不采用。Q3/Q4組成的推挽驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)提高同步管SR4開(kāi)通的速度，如無(wú)需快速，可以不采用。Dl D4組成的能量回收電路與圖3中所示一致。當(dāng)電流反向流過(guò)CT 一次側(cè)繞組時(shí)(同名端流出)，CT的二次側(cè)繞組電流由同名端流出，此時(shí)由R1/R2、D5以及Q1/Q2組成的推挽驅(qū)動(dòng)電路工作，驅(qū)動(dòng)同步管SR2。其原理與前面描述的驅(qū)動(dòng)SR4的電路一致，對(duì)應(yīng)位置的元件具有對(duì)應(yīng)的功能，不再詳細(xì)描述。圖8所示為電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路具體實(shí)例方式。采用一個(gè)與變壓器原邊繞組相耦合的輔助繞組Ns2_T，用來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)上管。具體連接關(guān)系為變壓器T輔助繞組Ns2_T的一端連接到二極管D7的正極，另一端連接到二極管D8的負(fù)極，二極管D8的負(fù)極連通過(guò)電阻R5連接到NPN三極管Q5的基極，三極管Q5的發(fā)射極連接到二極管D8的正極，三極管Q5的集電極通過(guò)電阻R6連接到二極管D7的正極；NPN三極管Q6和PNP三極管Q7組成一個(gè)推挽電路，推挽電路的基極連接到三極管Q5的集電極，三極管Q6的集電極連接到二極管D7的負(fù)極，三極管Q7的集電極連接到二極管D8正極和場(chǎng)效應(yīng)管SRl源極的連接點(diǎn)，推挽電路的發(fā)射極連接到場(chǎng)效應(yīng)管SRl的柵極。場(chǎng)效應(yīng)管SR3的電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路的連接方式與上述場(chǎng)效應(yīng)管SRl驅(qū)動(dòng)電路的連接方式相同。當(dāng)輔助繞組Ns2_T上感應(yīng)的電壓為正時(shí)(帶*的同名端為正)，其電壓通過(guò)R6、推挽驅(qū)動(dòng)電路Q6/Q7以及二極管D7將相應(yīng)的同步管SRl導(dǎo)通。同時(shí)Q8導(dǎo)通，SR3驅(qū)動(dòng)電壓為低，保持關(guān)斷。反之，當(dāng)輔助繞組Ns2_T上感應(yīng)的電壓為負(fù)時(shí)(帶*的同名端為負(fù))，其電壓通過(guò)R8、推挽驅(qū)動(dòng)電路Q9/Q10以及二極管D9將相應(yīng)的同步管SR3導(dǎo)通。同時(shí)Q5導(dǎo)通，SRl驅(qū)動(dòng)電壓為低，保持關(guān)斷。Q5以及Q8的開(kāi)關(guān)狀態(tài)用以保證每一時(shí)刻只有一個(gè)上管導(dǎo)通，確保其可靠工作。以上描述是針對(duì)本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例，采用僅有一個(gè)二次側(cè)繞組的CT實(shí)施能量回收的電流型驅(qū)動(dòng)，以及僅采用一個(gè)變壓器輔助繞組實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)二個(gè)上管的電壓型驅(qū)動(dòng)方案。針對(duì)圖6所示實(shí)施例，全橋同步整流器的2個(gè)下管可以利用圖5所示的基于IC的電流檢測(cè)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，2個(gè)上管采用圖8所示電壓控制型驅(qū)動(dòng)方法。圖10是本發(fā)明基于CT的另外一個(gè)實(shí)施例，即變壓器采用兩個(gè)輔助繞組、電流互感器采用兩個(gè)二次側(cè)繞組的全橋整流電路。變壓器的二個(gè)輔助繞組分別驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的兩個(gè)上管中的一個(gè)。電流互感器的兩個(gè)二次側(cè)繞組分別驅(qū)動(dòng)全橋同步整流電路的兩個(gè)下管中的一個(gè)。圖10所示的實(shí)施例中，變壓器的輔助繞組可以如圖所示直接連接在對(duì)應(yīng)的同步整流管的門極及源極之間，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以在此之間加入推挽驅(qū)動(dòng)級(jí)以增加驅(qū)動(dòng)能力。圖10所示電流控制性驅(qū)動(dòng)電路1和電流控制性驅(qū)動(dòng)電路2完全一致。圖11所示為驅(qū)動(dòng)圖10中SR2的電流控制型驅(qū)動(dòng)電路1的具體實(shí)施方式
，其基本原理與圖7所示電路一致。 當(dāng)CT感應(yīng)到SR2中有正向電流時(shí)導(dǎo)通SR2，其基本原理與圖7中所述一致。增加的Q5保證在另外一個(gè)同步管(SR4)開(kāi)通時(shí)，此時(shí)圖11中所示CT的二次繞組感應(yīng)下正上負(fù)(同名端為正)的電壓，通過(guò)R5導(dǎo)通Q5，保證Q2導(dǎo)通，使得SR2關(guān)斷。D8用來(lái)防止Q5深度飽和。同樣，圖10所示的實(shí)施例中，可以不用CT，采用類似于圖9所示的電流檢測(cè)(檢測(cè)同步管的漏源電壓來(lái)檢測(cè)同步管電流)驅(qū)動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)。圖12、13是本發(fā)明提出的采用PMOS管和NMOS管相結(jié)合的全橋同步整流電路。如果上管采用PM0S，電壓型驅(qū)動(dòng)甚至可以不用輔助繞組，直接采用變壓器二次側(cè)輸出繞組實(shí)現(xiàn)，如圖12、13中所示，兩個(gè)下管可以采用CT或者端電壓檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)?；贑T的實(shí)現(xiàn)方式，采用一個(gè)副邊繞組時(shí)，可以采用圖7所示的具體電路。如CT有2個(gè)副邊繞組，可以采用圖11所示的驅(qū)動(dòng)電路。圖14是基于本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，電壓型驅(qū)動(dòng)采用輔助繞組，用于驅(qū)動(dòng)2個(gè)下管(NMOS)，兩個(gè)上管采用基于端電壓檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí)，可能超過(guò)同步管門極允許的最大電壓。如圖14所示的SR2/SR4的門極最高電壓，這樣，變壓器副邊輸出繞組Nsl_T耦接到門極的中間可以存在分壓網(wǎng)絡(luò)(一般有電阻及電容組成)，如圖15所示。其中C2可以是MOSFET的自身門極的寄生電容。上述實(shí)施例是為了更好的理解本發(fā)明的本質(zhì)而非窮舉實(shí)施例。在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以有更多的實(shí)施方式。下面結(jié)合圖16中的該同步整流電路在LLC諧振變流器中的應(yīng)用為例對(duì)本發(fā)明的具體工作過(guò)程作進(jìn)一步說(shuō)明。圖16是圖6 8所示實(shí)施例在半橋LLC(原邊半橋結(jié)構(gòu))電路中的典型應(yīng)用，LLC變流器副邊是典型的電流型輸出整流器，采用全橋同步整流器。顯然， 對(duì)全橋LLC電路(原邊全橋結(jié)構(gòu))而言，其工作原理是完全一致的。變壓器T輔助繞組Ns2_T通過(guò)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路給場(chǎng)效應(yīng)管SRl和SR3提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流互感器CT通過(guò)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路給SR2及SR4供電。驅(qū)動(dòng)電路具體工作原理與圖7、9所述一致。圖17所示是圖16實(shí)施例在電流斷續(xù)模式下關(guān)鍵點(diǎn)穩(wěn)態(tài)波形，結(jié)合圖16，對(duì)實(shí)施例的具體工作過(guò)程作一個(gè)簡(jiǎn)單說(shuō)明。在tO-tl這段時(shí)間內(nèi)，變壓器Tl的二次側(cè)繞組Nsl τ上的電壓為上正下負(fù)，場(chǎng)效應(yīng)管SR的驅(qū)動(dòng)電壓Vg SK1為正，SRl導(dǎo)通。此時(shí)，二次側(cè)主繞組的電流開(kāi)始增加，電流互感器 CT的二次側(cè)電壓也開(kāi)始上升，電流流過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管SR4的體二極管。在tl時(shí)刻，場(chǎng)效應(yīng)管SR 的柵極電壓Vg SK4上升到輸出電壓值，二極管D3導(dǎo)通，從電流互感器CT 一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的多余能量回饋到輸出。在這個(gè)階段，場(chǎng)效應(yīng)管SR4導(dǎo)通，電流流過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管SRl和SR4。
8在t2時(shí)刻，電流互感器CT從一次側(cè)折算到二次側(cè)的電流小于電流互感器的勵(lì)磁電流Ita CT，SR4的柵極電壓Vg SK4開(kāi)始減小，減小到低于場(chǎng)效應(yīng)管SR4的門極電壓閥值時(shí)，SR4關(guān)斷。 由于場(chǎng)效應(yīng)管SRl的柵極電壓仍然為正，SRl仍舊導(dǎo)通。但是由于場(chǎng)效應(yīng)管SR4已經(jīng)關(guān)斷， 變壓器的二次側(cè)和輸出之間已經(jīng)開(kāi)路。在t3時(shí)刻，變壓器二次側(cè)主繞組的電流降到零，變流器進(jìn)入斷續(xù)時(shí)間。在這個(gè)過(guò)程中，場(chǎng)效應(yīng)管SRl仍然導(dǎo)通(其驅(qū)動(dòng)電壓略有變化，但仍然處于導(dǎo)通狀態(tài))，但是場(chǎng)效應(yīng)管SR4關(guān)斷，變壓器的二次側(cè)和輸出之間開(kāi)路。下半個(gè)周期 (t4-t8)工作過(guò)程與上述過(guò)程相同。
權(quán)利要求
1.混合驅(qū)動(dòng)的全橋同步整流器，包括至少一個(gè)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于基于變壓器輔助繞組或輸出繞組波形驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管；和至少一個(gè)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于檢測(cè)變壓器副邊繞組電流或全橋同步整流器中另兩個(gè)同步管的電流，并基于檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)同步管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)變壓器輔助繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路是基于變壓器的二次側(cè)輸出繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)與變壓器副邊繞組相串聯(lián)的電流互感器；該電流互感器有一個(gè)副邊繞組，用于產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)與變壓器副邊繞組相串聯(lián)的電流互感器；該電流互感器包括兩個(gè)副邊繞組，每個(gè)副邊繞組產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的同步管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路中包括一個(gè)能量回收電路，其采樣電流信號(hào)通過(guò)能量電路輸送到輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述能量回收電路包括至少兩個(gè)二極管；其中，至少一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接在所述電流互感器的副邊繞組一端，該二極管的陰極連接到輸出正端；至少還有一個(gè)二極管陰極連接到互感器副邊繞組一端，該二極管的陽(yáng)極連接到輸出地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)中所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述全橋同步整流器是電流型輸出整流器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)中所述的全橋同步整流器，其特征在于，所述全橋同步整流器是LLC諧振變換器輸出整流器。
10.全橋同步整流器的混合驅(qū)動(dòng)方法，包括通過(guò)一個(gè)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，基于變壓器輔助繞組或輸出繞組波形驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管；并且通過(guò)一個(gè)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)變壓器副邊繞組電流或全橋同步整流器中另兩個(gè)同步管的電流，并基于檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)同步管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的全橋同步整流器的混合驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述電流控制型驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)檢測(cè)對(duì)應(yīng)同步管的漏源電壓來(lái)測(cè)量其電流，并據(jù)此給出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)該同步管。
全文摘要
本發(fā)明涉及同步整流電路，旨在提供一種混合驅(qū)動(dòng)的全橋同步整流器。該全橋同步整流器包括至少一個(gè)電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于基于變壓器輔助繞組或輸出繞組波形驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的兩個(gè)同步管；和至少一個(gè)電流控制型驅(qū)動(dòng)電路，用于檢測(cè)變壓器副邊繞組電流或全橋同步整流器中另兩個(gè)同步管的電流，并基于檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)同步管。在電流型輸出的整流器結(jié)構(gòu)中，采用混合驅(qū)動(dòng)的方式，可以采用電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電流型輸出整流器不能采用電壓控制型驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)，同時(shí)，可以大大減少電流檢測(cè)元件的數(shù)量。
文檔編號(hào)H02M7/219GK102170240SQ20111009969
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者張軍明, 張國(guó)興, 汪劍峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)