专利名称：一种同步整流器驱动信号的生成线路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源领域，特别是涉及一种直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路。
背景技术：
同步整流技术是现代电源设计中一项非常重要的新技术。它是在传统的电源拓扑中，采用功率MOSFET来取代整流二极管以降低整流损耗，提高电压变换器的效率。用功率 MOSFET做整流开关器件时，要求门极电压必须与被整流电压的相位保持同步，故称之为同步整流。近年来，电子技术的发展，特别是数据处理和传输速度的快速提升，对电源的功率和功率密度的要求不断上升，使提高变换器的效率成为实现高功率和高功率密度的关键。 整流二极管的导通损耗所占输出功率的比例(即对效率的影响)基本可以从整流二极管导通压降与输出电压的比例来确定。输出电压越低，二极管压降所带来的效率损失就越大。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管的导通压降约为1. 0 1. 2V，即使采用低压降的肖特基二极管也会产生大约0. 6V的压降。以5V输出电压为例，仅肖特基二极管导通损耗就占了大于输出功率的10%，因而获得大于90%转化效率是不可能的。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现高效率及小体积的需要，成为制约直流-直流变换器发展的瓶颈。而同步整流技术可以大大减少开关电源输出端的整流损耗，从而提高转换效率，降低电源本身发热，使高性能高功率密度成为可能。在直流-直流变换器中，一般功率相对较小的设计多采用单端拓扑，比如单端正激或单端反激。对功率较大的应用，一般采用变压器双向对称工作的桥式或推挽拓扑比较适合。在此类双向拓扑中，副边一般可以是全桥或推挽的对称结构。图1是原边为全桥，副边为推挽同步整流的变换器。图2是原边为全桥，副边为全桥同步整流的变换器。上述两种线路都是对称的同步整流线路的例子。以图2中的线路为例，原边和副边驱动信号的一种可行的时序如图3所示。在图3中可见，副边同步整流开关器件Q202和Q203的驱动信号应与原边下部开关器件Q102的控制信号时序相同；副边同步整流开关器件Q201和Q204的驱动信号应与原边下部开关器件Q104的控制信号时序相同。传统的将原边信号传到副边的方法是使用变压器或隔离芯片。上述两个信号就要用两个隔离变压器或芯片，成本高，体积大。在高密度电源模块设计中不实用。本实用新型针对对称同步整流拓扑提出一种简便的方法将上述两组原边驱动信号传到副边用以驱动副边的同步整流开关器件。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简便的传送两个原边驱动信号至副边用以驱动副边的同步整流开关器件的线路。CN 本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，该线路采用包含原边线路和副边线路的直流-直流变换器，原边线路包含输入电压源、与输入电压源耦合的开关器件、由反馈经控制器产生的原边开关器件的驱动信号、耦合原边线路和副边线路的主变压器、耦合原边驱动信号和副边驱动信号生成线路的辅助变压器；副边线路包含同步整流线路、由辅助变压器副边绕组和后续线路生成的副边同步整流开关器件的驱动线路。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，原边一个第一时序信号和一个原边第二时序信号以差分形式加在辅助变压器的原边绕组上；辅助变压器副边绕组与一个第一电平移动线路耦合后再经一个第一电平比较器产生副边同步整流开关器件的一个第一驱动信号；辅助变压器副边绕组与一个第二电平移动线路耦合后再经一个第二电平比较器产生副边同步整流开关器件的一个第二驱动信号。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，辅助变压器副边具有一个第一副边绕组和一个第二副边绕组；所述第一和第二副边绕组串联连接，中点接副边的地，第一和第二副边绕组相对副边的地产生反相的第一和第二交流信号。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，上述第一交流信号经过由阳极接地的第一二极管和与辅助变压器第一副边绕组相接的一个第一电容器串联构成的一个第一电平移动线路在第一二极管的阴极产生一个第一单向脉冲信号；上述第二交流信号经过由阳极接地的一个第二二极管和与辅助变压器一个第二副边绕组相接的一个第二电容器串联构成的一个第二电平移动线路在第二二极管的阴极产生一个第二单向脉冲信号；第一和第二单向脉冲信号与一个基准电平经上述第一和第二比较器后产生适合于驱动副边同步整流开关器件的第一和第二驱动信号。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，上述第一二极管并联一个第一电阻；上述第二二极管并联一个第二电阻。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，在上述第一电容与上述第一二极管之间串接一个第一可控开关器件，在上述第二电容与上述第二二极管之间串接一个第二可控开关器件。优选地，上述直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，第一和第二可控开关器件是M0SFET。本实用新型提供了一个结构简单、成本低的由原边信号生成副边同步整流开关器件驱动信号的方案，降低了由原边向副边传递快速信号的成本，使使同步整流技术的应用更为广泛，为高新技术电子产品的性能提升做出贡献。
图1是原边全桥、副边推挽同步整流变换器示意图。图2是原边全桥、副边全桥同步整流变换器示意图。图3原边全桥开关器件和副边同步整流开关器件的驱动时序。图4副边同步整流开关器件驱动信号生成时序。图5副边同步整流开关器件驱动信号生成线路1。图6副边同步整流开关器件驱动信号生成线路2。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。本实用新型提供一种直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路。采用该驱动信号生成线路如图5所示，包含原边驱动信号Va和Vb，耦合原边驱动信号和副边线路30的变压器T100，变压器原边绕组21，副边线路包含变压器副边绕组31、32， 与变压器副边绕组31耦合的第一电平移动线路33，与变压器副边绕组32耦合的第二电平移动线路34，第一和第二比较器35和36，电平移动线路由电容和二极管构成，图4是该实施例中信号的时序。本实用新型的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路按照以下步骤运行图4中，tl时刻Va由零变高时，Vb仍然为高，故Vc由负变到零，因电容Cl上保持一个等于Vc负值的电压(Vc为负值时经过二极管Dl对Cl充电)，故信号Ve由零变到第一高电平Vl ；Vl高于设定的Vref，故比较器35的输出Vaa在tl时刻由零变高，与原边信号 Va相同；Vd由正变到零，因电容C2上保持一个等于Vd负值的电压(Vd为负值时经过二极管D2对C2充电)，故Vf由第二高电平V2降至第一高电平VI。因Vf仍高于Vref，故比较器36的输出Vbb不变，仍为高，状态与Vb信号相同。tl至t2阶段，Vaa和Vbb都为高，全部同步整流开关器件开通，是回流状态。t2时刻Vb由高变零，Vc由零变正，Ve由第一高电平Vl跳变至第二高电平V2，比较器35输出Vaa维持高电平；Vd由零变负，Vf由第一高电平Vl变到零，比较器36的输出 Vbb由高变零，与Vb相同。t2至t3阶段，Vaa为高，Vbb为零，同步整流开关器件Q202和Q203导通，为整流状态。t3时刻Vb由零变高，Vc由正变零，Ve由第二高电平V2降至第一高电平VI，比较器35的输出Vaa维持高电平；Vd由负变零，Vf由零上升到第一高电平VI，故比较器36的输出Vbb由零变高，与Vb相同。t3至t4阶段，Vaa为高，Vbb也为高，全部同步整流开关器件开通，是回流状态。t4时刻Va由高变零，故Vc由零变负，Ve由第一高电平Vl降至零，比较器35的输出Vaa由高变零，与Va相同；Vd由零变正，Vf由第一高电平Vl上升至第二高电平V2，比较器36的输出VIA保持为高。t4至t5阶段，Vaa为零，Vbb为高，同步整流开关器件Q201和Q204导通，为整流状态。t5开始下一个周期，重复上述过程。在上述一个周期内，Vaa与Va的状态相同；Vbb与Vb的状态相同，因而实现了将 Va和Vb信号通过一个变压器传到副边的目标，生成了驱动同步整流开关器件的信号Vaa和 Vbb。在实际设计中，考虑到关机时需要尽快关闭全部同步整流开关器件。图5线路中的Vaa和Vbb中至少有一个会在关机时维持相当时间的高电平，使相应的同步整流开关器件保持导通状态。为解决此问题，图6的线路在电容Cl和C2上各串联一个MOSFET。MOSFET 的门极信号Vg可以在关机时被迅速拉低，使Cl和C2与其后的线路隔离，因而使比较器的输入信号在很短的时间内下降至低，使比较器输出变低，关断全部同步整流开关器件。上述虽然只是对原边全桥和副边全桥拓扑进行的叙述，其原理对多种原副边对称运行的拓扑结构同样适用。虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解， 这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求1.一种直流_直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，该线路采用包含原边线路和副边线路的直流-直流变换器，原边线路包含输入电压源、与输入电压源耦合的开关器件、由反馈经控制器产生的原边开关器件的驱动信号、耦合原边线路和副边线路的主变压器、耦合原边驱动信号和副边驱动信号生成线路的辅助变压器；副边线路包含同步整流线路、由辅助变压器副边绕组和后续线路生成的副边同步整流开关器件的驱动线路。
2.如权利要求1所述的直流_直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，原边一个第一时序信号和一个原边第二时序信号以差分形式加在辅助变压器的原边绕组上；辅助变压器副边绕组与一个第一电平移动线路耦合后再经一个第一电平比较器产生副边同步整流开关器件的一个第一驱动信号；辅助变压器副边绕组与一个第二电平移动线路耦合后再经一个第二电平比较器产生副边同步整流开关器件的一个第二驱动信号。
3.如权利要求2所述的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，辅助变压器副边具有一个第一副边绕组和一个第二副边绕组；所述第一和第二副边绕组串联连接，中点接副边的地，第一和第二副边绕组相对副边的地产生反相的第一和第二交流信号。
4.如权利要求2所述的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，上述第一交流信号经过由阳极接地的第一二极管和与辅助变压器第一副边绕组相接的一个第一电容器串联构成的一个第一电平移动线路在第一二极管的阴极产生一个第一单向脉冲信号；上述第二交流信号经过由阳极接地的一个第二二极管和与辅助变压器一个第二副边绕组相接的一个第二电容器串联构成的一个第二电平移动线路在第二二极管的阴极产生一个第二单向脉冲信号；第一和第二单向脉冲信号与一个基准电平经上述第一和第二比较器后产生适合于驱动副边同步整流开关器件的第一和第二驱动信号。
5.如权利要求4所述的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，上述第一二极管并联一个第一电阻；上述第二二极管并联一个第二电阻。
6.如权利要求4所述的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，在上述第一电容与上述第一二极管之间串接一个第一可控开关器件，在上述第二电容与上述第二二极管之间串接一个第二可控开关器件。
7.如权利要求6所述的直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路， 其特征在于，第一和第二可控开关器件是M0SFET。
专利摘要本实用新型提出一种直流-直流变换器中同步整流开关器件驱动信号的生成线路，其特征在于，该线路采用包含原边线路和副边线路的直流-直流变换器，原边线路包含输入电压源、与输入电压源耦合的开关器件、由反馈经控制器产生的原边开关器件的驱动信号、耦合原边线路和副边线路的主变压器、耦合原边驱动信号和副边驱动信号生成线路的辅助变压器；副边线路包含同步整流线路、由辅助变压器副边绕组和后续线路生成的副边同步整流开关器件的驱动线路。本实用新型提供了一个结构简单、成本低的由原边信号生成副边同步整流开关器件驱动信号的方案，降低了由原边向副边传递快速信号的成本，使使同步整流技术的应用更为广泛，为高新技术电子产品的性能提升做出贡献。
文档编号H02M7/217GK202231628SQ20112016923
公开日2012年5月23日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者秦卫锋, 魏槐 申请人:江苏兆能电子有限公司