专利名称：一种dc/dc变换器同步整流电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及DC/DC变换器，尤其涉及一种DC/DC变换器的同步整流电路。
背景技术：
同步整流是实现高功率密度DC/DC变换器的关键技术，在变换器的副边采用同步整流MOS晶体管(MOSFET)来代替肖特基(Schottky)二极管进行整流，能够大大降低导通损耗。但是同步整流MOS晶体管门极需要对应的驱动电路要求较高，由于MOS晶体管栅极氧化层是由极薄的SiO2层构成，若栅源电压Vgs(包括负偏压)超过其最大栅源击穿电压，则器件可能永久失效。因此同步整流管的驱动多采用箝位驱动电路来抑制过高的驱动电压以保证同步整流管的可靠工作。
图1为现有技术中单端正激控制的直接驱动电路的示意图。由驱动绕组提供的电压变化范围比较大，正负方向都极有可能超过Q4的栅源额定耐压，所以需要箝位限压。
申请号为200510101274.0的中国发明专利中揭示了另一种具有正向反向箝位驱动电路的改进方案。如图2所示，该电路虽然将同步整流管Q4驱动电压箝位到正电平Vp和地电平。但该电路有一个缺陷为了使同步整流管Q4完全导通，变压器绕组W3的正向驱动电压必须较高，相应地，绕组W3负向驱动电压也非常高，再加上变压器漏感的影响，驱动波形不可避免有一定的尖峰电压，负向箝位MOS管Q6的栅源电压很有可能超过其额定耐压，导致负向箝位管Q6损坏，进而导致同步整流管Q4损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提出一种DC/DC变换器的同步整流电路，防止负向箝位器件损坏。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决一种DC/DC变换器的同步整流电路，包括整流管、续流管和负向箝位驱动电路，所述负向箝位驱动电路包括受控于所述DC/DC变换器的变压器副边绕组的负向箝位器件，所述负向箝位器件用于对整流管和/或续流管放电并将整流管和/或续流管箝位到一低电平，其特征在于负向箝位驱动电路包括电容，所述电容一端与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组电联接，另一端与所述负向箝位器件的控制端相连。
本发明的技术问题通过以下的技术方案进一步予以解决还包括第一电阻，所述电容通过第一电阻与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组相连。
还包括第二电阻，所述第二电阻并联在电容的两端。
还包括用于对整流管和/或续流管充电并将整流管和/或续流管箝位到一高电平的正向箝位电路，所述正向箝位电路包括正向箝位开关管、稳压源，所述正向箝位开关管的漏极与变压器副边绕组电联接，栅极与稳压源正极相连，源极与所述整流管和/或续流管的控制端相连。
所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组、续流管驱动绕组、整流管驱动绕组；所述整流管是第一NMOS晶体管，所述续流管是第二NMOS晶体管，所述负向箝位器件是PMOS晶体管；所述第一NMOS晶体管的栅极与整流管驱动绕组的同名端电联接，源极与整流管驱动绕组的异名端相连，漏极与第二NMOS晶体管的漏极相连；所述PMOS晶体管的栅极通过电容与续流管驱动绕组的异名端电联接，源极与第二NMOS晶体管的栅极相连，漏极与稳压源的负极、第二NMOS晶体管的源极和副边主绕组的异名端相连；所述正向箝位开关管的源极与所述第二NMOS晶体管的栅极相连，漏极通过第一二极管与续流管驱动绕组的异名端相连。
所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组和续流管驱动绕组；所述整流管是第一NMOS晶体管，所述续流管是第二NMOS晶体管，所述负向箝位器件是PMOS晶体管；所述第一NMOS晶体管的漏极与副边主绕组的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管的源极、PMOS晶体管的漏极、稳压源的负极相连，栅极与副边主绕组的同名端电联接；所述PMOS晶体管的栅极通过电容与续流管驱动绕组的异名端电联接，源极与第二NMOS晶体管的栅极相连，所述正向箝位开关管的源极与所述第二NMOS晶体管的栅极相连，漏极通过第二二极管与续流管驱动绕组的异名端相连。
所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组、续流管驱动绕组；所述整流管是第一NMOS晶体管，所述续流管是第二NMOS晶体管，所述负向箝位器件是二极管；所述第一NMOS晶体管的栅极与副边主绕组的同名端电联接，漏极与副边主绕组的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管的源极、二极管的阳极和稳压源的负极相连；所述二极管的阴极与正向箝位开关管的漏极、电容相连，所述正向箝位开关管的源极与所述第二NMOS晶体管的栅极相连，漏极通过电容与续流管驱动绕组的异名端电联接。
所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组、续流管驱动绕组；所述整流管是第一NMOS晶体管，所述续流管是第二NMOS晶体管，所述负向箝位器件是二极管；所述第一NMOS晶体管的栅极与副边主绕组的同名端电联接，漏极与副边主绕组的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管的源极、二极管的阳极相连；所述二极管的阴极与第二NMOS晶体管的栅极、电容相连，所述电容与续流管驱动绕组的异名端电联接。
所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组、续流管驱动绕组、整流管驱动绕组；所述整流管是第一NMOS晶体管，所述续流管是第二NMOS晶体管，所述负向箝位器件是PMOS晶体管；所述第二NMOS晶体管的栅极与续流管驱动绕组的异名端电联接，源极与副边主绕组的异名端相连，漏极与第一NMOS晶体管的漏极相连；所述正向箝位开关管的源极与所述第一NMOS晶体管的栅极相连，漏极通过第一二极管与整流管驱动绕组的同名端相连；所述PMOS晶体管的栅极通过电容与整流管驱动绕组的同名端电联接，源极与第一NMOS晶体管的栅极相连，漏极与稳压源的负极、第一NMOS晶体管的源极和整流管驱动绕组的异名端相连。
本发明与现有技术对比的有益效果是由于现有DC/DC变换器的变压器副边绕组驱动电压一般是一个不对称的正负向电平，负向值一般比正向值大很多，容易使负向箝位管器件超过最大耐受能力而损坏，本发明在负向箝位驱动电路设置了电容，其一端与变压器副边绕组电联接，其另一端与负向箝位器件的控制端相连。这样可限制负向箝位器件上的电压或电流，避免烧毁负向箝位器件，从而保证电路的正常工作。具体地，针对采用PMOS晶体管作为负向箝位器件的情况，电容可将绕组电压移相为上下伏秒平衡的驱动电平，大大减小了负向电压值，能有效防止PMOS晶体管的栅源电压超标，防止作为负向箝位器件的PMOS晶体管损坏；针对采用二极管作为负向箝位器件的情况，电容可以增大二极管所处回路的阻抗，避免形成很大的环流，防止烧毁作为负向箝位器件的二极管。
本发明将上述电容通过第一电阻与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组相连，利用第一电阻吸收一部分尖峰电压，再通过负向箝位器件，进一步保护负向箝位器件，进一步克服现有技术负向箝位器件容易损坏的缺陷。
本发明通过将第二电阻并联在电容的两端，可以对上述电容的波形进行调节，微调负向箝位器件的驱动控制电压。
图1是现有带正向箝位驱动电路的同步整流电路结构原理图；图2是现有的带正、反向箝位驱动电路的同步整流电路结构原理图；图3是本发明具体实施方式
一的同步整流电路结构原理图；图4是DC/DC变换器的变压器副边驱动绕组电压波形图；图5是现有的同步整流电路的负向箝位开关管栅源电压波形图；图6是本发明具体实施方式
一的负向箝位开关管栅源电压波形图；图7是本发明具体实施方式
一的负向箝位开关管漏源电压波形图；图8是本发明具体实施方式
一的续流开关管驱动电压波形图；图9是本发明具体实施方式
二的同步整流电路结构原理图；图10是本发明具体实施方式
三的同步整流电路结构原理图；图11是本发明具体实施方式
四的同步整流电路结构原理图；图12是本发明具体实施方式
五的同步整流电路结构原理图；图13是本发明具体实施方式
六的同步整流电路结构原理图。
具体实施例方式
以下通过具体实施方式
并结合附图对本发明做进一步详细的描述。
具体实施方式
一如图3所示，变压器T1包括两个串联连接的副边绕组作为副边主绕组的第二绕组W2和作为副边续流管驱动绕组的第三绕组W3。第二绕组W2的异名端(图中各绕组标点的端记为“同名端”，相对一端记为“异名端”。下同)与第三绕组W3的同名端相连。整流开关管Q3的漏极与第二绕组W2的异名端相连，其栅极通过第三电阻R1与第二绕组W2的同名端相连，其源极与续流开关管Q4的源极相连。续流开关管Q4的漏极与变压器T1副边第二绕组W2的同名端相连。第一二极管D1的阳极与变压器T1副边第三绕组W3的异名端相连，其阴极与正向箝位开关管Q5的漏极相连。正向箝位开关管Q5为N沟道MOS管，其源极与续流开关管Q4的控制端即其栅极相连，其栅极与稳压源Vp的正极相连。稳压源Vp的负极与续流开关管Q4的源极相连。负向箝位开关管Q6为P沟道MOS管，其源极与续流开关管Q4的栅极相连，负向箝位开关管Q6的控制端即栅极连接该电容C3的一端，该电容C3的另一端通过第一电阻R2与变压器T1副边第三绕组W3的异名端相连。所述电容C3的容量范围与需要驱动的续流开关管Q4的特性有关，取值范围可从皮法级到微法级。
上述电路中，正向箝位驱动电路包括正向箝位开关管Q5、第一二极管D1和稳压源Vp，正向箝位电路负责为续流开关管Q4充电并将续流开关管Q4箝位到一高电平；反向箝位驱动电路包括反向箝位开关管Q6、第一电阻R2和电容C3，反向箝位驱动电路负责为续流开关管Q4反向放电，并将开关管的栅极箝位到地电平。显然，正向箝位驱动电路和反向箝位驱动电路也可改成为对整流开关管Q3箝位。
本发明具体实施方式
一的工作原理如下变压器第三绕组W3的驱动电压一般是一个不对称的正、负向电压，负向电压一般比正向电压大很多，负向电压容易使负向箝位开关管Q6的栅源电压超过最大耐压。当第三绕组W3电压为上负下正时，通过第一二极管D1、正向箝位开关管Q5为续流开关管Q4的栅极充电，当续流开关管Q4栅极电压达到Vp时，正向箝位开关管Q5截止，达到正向箝位的作用。此时P沟道负向箝位开关管Q6的栅源电压为正，负向箝位开关管Q6截止。当第三绕组W3电压为上正下负时，负向箝位开关管Q6的栅源电压为负，负向箝位开关管Q6导通，将续流开关管Q4的栅源电压箝位到地电平。电容C3串接于第三绕组W3的异名端和负向箝位开关管Q6的栅极之间，将绕组电压移相为上下伏秒平衡(即在一个周期内电压波形的正向曲线与负向曲线同时间轴所围面积相等)的驱动电压，从而大大减小了负向电压，同时第一电阻R2可以吸收一部分负向尖峰电压，再通过开关管Q6负向箝位，即可以完全克服现有技术中负向箝位开关管Q6的栅源电压容易超标的缺陷。特别地，续流开关管Q4的驱动电压保持在Vp电压和地电平之间变化，使得开关管Q6的漏源电压最大为-Vp，大大提高了Q6的可靠性，减小了Q6的损耗。使用本电路后，续流开关管Q4的驱动电压只在Vp、地电平之间变化，减少了负向的驱动损耗，达到了最佳工作状态，提高了DC/DC变换器可靠性和效率。
下面用实验结果的波形来对本发明的效果作进一步说明。从图4可以看到，DC/DC变换器中变压器第三绕组W3驱动电压波形的负向值很大，而且具有相对大的尖峰。针对如图2所示的现有同步整流驱动电路，其所对应的负向箝位开关管的栅源电压波形参见图5，其中，电压波形的负向值很大，这非常容易导致箝位开关管的栅源电压超标。而如图6所示，本发明在增加了电容C3后，负向箝位开关管Q6的栅源电压波形上下形成伏秒平衡，比不加电容的波形负向最大值减小了50％以上。这可以大大减少负向箝位开关管Q6的栅源电压超过额定耐压值的概率，避免负向箝位开关管Q6损坏。
如图7所示，本发明中负向箝位开关管Q6的漏源电压波形严格在-Vp和地电平之间变化。这可以大大提高负向箝位开关管Q6的可靠性，减小了负向箝位开关管Q6的损耗。如图8所示，本发明正、负向箝位后续流管Q4的驱动电压完全在Vp和地电平之间，基本达到了理想的驱动波形。，减少了续流管Q4的驱动损耗。
具体实施方式
二图9所示为本发明具体实施方式
一的一种变形，在其基础上只增加了并联连接在电容C3两端的第二电阻R3，电路其它部分保持不变。该第二电阻R3阻值取较大值，在100KΩ量级，其的作用是调节电容C3的波形，微调负向箝位开关管Q6的栅源电压。本实施方式的其它工作原理类同于具体实施方式
一。
具体实施方式
三如图10，本实施方式在具体实施方式
二的基础上，将负向箝位开关管Q6更换为二极管D。其中电容C3一端与第一电阻R2相连，另一端与正向箝位开关管Q5的漏极以及二极管D的控制端，即其阴极相连，二极管D的阳极与整流开关管Q3的源极相连。
本实施方式的工作原理与前述方案的不同之处在于第三绕组W3的绕组驱动电压经电容C3移相后，用二极管D对地箝位，也经正向箝位开关管Q5、稳压源Vp正向稳压，驱动续流开关管Q4。本实施方式的特点是将正、负向箝位电路合并在一条支路上，同样实现了使续流开关管Q4的驱动电压在Vp和地电平之间变化，而且将负向箝位开关管Q6换成二极管D，降低了成本。该电路如果不加电容C则W3绕组、Q3的体二极管、第一电阻R2、二极管D形成了一个回路，该回路的阻抗很小，直接形成很大的环流，很容易烧毁二极管D。加上电容C后，该回路阻抗明显增大，不会形成很大电流，避免烧毁作为负向箝位器件的二极管D，从而可以保证电路的正常工作。
具体实施方式
四如图11，在具体实施方式
三的基础上再次简化，去掉了正向箝位电路，即去掉了正向箝位开关管Q5、稳压源Vp。本实施方式可以应用在非常低压的DC/DC变换器上，续流开关管Q4的正向驱动电压不高，电路结构非常简单。
具体实施方式
五如图12，在具体实施方式
二的基础上，变压器T1副边增加了一个与第二绕组W2串联连接的绕组，即作为整流管驱动绕组的第四绕组W4，第四绕组W4的异名端与第二绕组W2的同名端相连，第四绕组W4的同名端通过电阻R1与整流开关管Q3的栅极相连，整流开关管Q3的源极与第四绕组W4的异名端相连，整流开关管Q3的漏极与续流开关管Q4的漏极相连。本实施方式的工作原理类同于具体实施方式
一，适合于输出电压较高的场合。
具体实施方式
六如图13，具体实施方式
五的基础上将正、负向箝位电路的作用对象由Q4改为Q3，工作原理类同于实施方式五。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种DC/DC变换器的同步整流电路，包括整流管、续流管和负向箝位驱动电路，所述负向箝位驱动电路包括受控于所述DC/DC变换器的变压器副边绕组的负向箝位器件，所述负向箝位器件用于对整流管和/或续流管放电并将整流管和/或续流管箝位到一低电平，其特征在于负向箝位驱动电路包括电容(C3)，所述电容一端与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组电联接，另一端与所述负向箝位器件的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于还包括第一电阻(R2)，所述电容通过第一电阻(R2)与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组相连。
3.根据权利要求2所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于还包括第二电阻(R3)，所述第二电阻(R3)并联在电容(C3)的两端。
4.根据权利要求1至3任一所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于还包括用于对整流管和/或续流管充电并将整流管和/或续流管箝位到一高电平的正向箝位电路，所述正向箝位电路包括正向箝位开关管(Q5)、稳压源(Vp)，所述正向箝位开关管(Q5)的漏极与变压器副边绕组电联接，栅极与稳压源(Vp)正极相连，源极与所述整流管和/或续流管的控制端相连。
5.根据权利要求1至3任一所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组(W2)、续流管驱动绕组(W3)；所述整流管是第一NMOS晶体管(Q3)，所述续流管是第二NMOS晶体管(Q4)，所述负向箝位器件是二极管(D)；所述第一NMOS晶体管(Q3)的栅极与副边主绕组(W2)的同名端电联接，漏极与副边主绕组(W2) 的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管(Q4)的源极、二极管(D)的阳极相连；所述二极管(D)的阴极与第二NMOS晶体管(Q4)的栅极、电容(C3)相连，所述电容(C3)与续流管驱动绕组(W3)的异名端电联接。
6.根据权利要求4所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组(W2)和续流管驱动绕组(W3)；所述整流管是第一NMOS晶体管(Q3)，所述续流管是第二NMOS晶体管(Q4)，所述负向箝位器件是PMOS晶体管(Q6)；所述第一NMOS晶体管(Q3)的漏极与副边主绕组(W2)的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管(Q4)的源极、PMOS晶体管(Q6)的漏极、稳压源(Vp)的负极相连，栅极与副边主绕组(W2)的同名端电联接；所述PMOS晶体管(Q6)的栅极通过电容(C3)与续流管驱动绕组(W3)的异名端电联接，源极与第二NMOS晶体管(Q4)的栅极相连；所述正向箝位开关管(Q5)的源极与所述第二NMOS晶体管(Q4)的栅极相连，漏极通过第一二极管(D1)与续流管驱动绕组(W3)的异名端相连。
7.根据权利要求4所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组(W2)、续流管驱动绕组(W3)；所述整流管是第一NMOS晶体管(Q3)，所述续流管是第二NMOS晶体管(Q4)，所述负向箝位器件是二极管(D)；所述第一NMOS晶体管(Q3)的栅极与副边主绕组(W2)的同名端电联接，漏极与副边主绕组(W2)的异名端相连，源极与第二NMOS晶体管(Q4)的源极、二极管(D)的阳极和稳压源(Vp)的负极相连；所述二极管(D)的阴极与正向箝位开关管(Q5)的漏极、电容(C3)相连；所述正向箝位开关管(Q5)的源极与所述第二NMOS晶体管(Q4)的栅极相连，漏极通过电容(C3)与续流管驱动绕组(W3)的异名端电联接。
8.根据权利要求4所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组(W2)、续流管驱动绕组(W3)、整流管驱动绕组(W4)；所述整流管是第一NMOS晶体管(Q3)，所述续流管是第二NMOS晶体管(Q4)，所述负向箝位器件是PMOS晶体管(Q6)；所述第一NMOS晶体管(Q3)的栅极与整流管驱动绕组(W4)的同名端电联接，源极与整流管驱动绕组(W4)的异名端相连，漏极与第二NMOS晶体管(Q4)的漏极相连；所述PMOS晶体管(Q6)的栅极通过电容(C3)与续流管驱动绕组(W3)的异名端电联接，源极与第二NMOS晶体管(Q4)的栅极相连，漏极与稳压源(Vp)的负极、第二NMOS晶体管(Q4)的源极和副边主绕组(W2)的异名端相连；所述正向箝位开关管(Q5)的源极与所述第二NMOS晶体管(Q4)的栅极相连，漏极通过第一二极管(D1)与续流管驱动绕组(W3)的异名端相连。
9.根据权利要求4所述的DC/DC变换器的同步整流电路，其特征在于所述DC/DC变换器的变压器副边包括串联连接的副边主绕组(W2)、续流管驱动绕组(W3)、整流管驱动绕组(W4)；所述整流管是第一NMOS晶体管(Q3)，所述续流管是第二NMOS晶体管(Q4)，所述负向箝位器件是PMOS晶体管(Q6)；所述第二NMOS晶体管(Q4)的栅极与续流管驱动绕组(W3)的异名端电联接，源极与副边主绕组(W2)的异名端相连，漏极与第一NMOS晶体管(Q3)的漏极相连；所述正向箝位开关管(Q5)的源极与所述第一NMOS晶体管(Q3)的栅极相连，漏极通过第一二极管(D1)与整流管驱动绕组(W4)的同名端相连；所述PMOS晶体管(Q6)的栅极通过电容(C3)与整流管驱动绕组(W4)的同名端电联接，源极与第一NMOS晶体管(Q3)的栅极相连，漏极与稳压源(Vp)的负极、第一NMOS晶体管(Q3)的源极和整流管驱动绕组(W4)的异名端相连。
全文摘要
本发明公开了一种DC/DC变换器的同步整流电路，包括整流管、续流管和负向箝位驱动电路，所述负向箝位驱动电路包括受控于所述DC/DC变换器的变压器副边绕组的负向箝位器件，所述负向箝位器件用于对整流管和/或续流管放电并将整流管和/或续流管箝位到一低电平，负向箝位驱动电路具有一电容，所述电容一端与所述DC/DC变换器的变压器副边绕组电联接，另一端与所述负向箝位器件的控制端相连。本发明通过上述电容的作用，能有效防止负向箝位器件的电压或电流超标，防止负向箝位器件的损坏。
文档编号H02M7/217GK101047338SQ200710074269
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者蔡增威, 郑玉成, 吴文江 申请人:艾默生网络能源有限公司