专利名称：同步整流装置及同步整流电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及发变电领域，尤其涉及一种同步整流装置及同步整流电源。
背景技术：
随着电源技术的发展，电源装置所占的面积越来越小，而如何进一步的缩小电源装置的面积、降低成本以及提高转换效率也成为技术人员研究的重要方向；其中同步整流电路可实现减小电源电路中功率损耗的作用。在现有的电源装置所使用的同步整流电路中，驱动芯片的输入信号来自通过隔离电路处理的原边信号，驱动芯片对该输入信号进行处理后产生控制整流管和续流管通断的控制信号，从而进行整流，保持稳定的直流输出。但是，在同步整流电路中，独立设置的隔离电路增加了所占用的面积，并且通过设置该隔离电路和驱动芯片所产生的控制信号与通过 变压器产生的交流电之间易出现时序上的偏差，从而影响了包含同步整流电路的电源装置的转换效率。
发明内容
本发明实施例提供一种同步整流装置以及同步整流电源，用以提高同步整流转换效率，并减小同步整流电源的面积。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案一方面，本发明实施例提供一种同步整流装置，该装置包括变压单元、原边开关管、整流单元、驱动单元、滤波单元和钳位单元；所述变压单元原边绕组的第一端连接输入端，所述原边绕组的第二端分别连接所述原边开关管和所述钳位单元，所述变压单元的副边绕组分别连接所述整流单元和所述驱动单元；所述整流单元分别与所述驱动单元和所述滤波单元连接；所述滤波单元中的输出电感的第一端与输出端连接；所述输出电感与所述驱动单元中的第一辅助绕组互感；所述原边开关管的源极接地；所述钳位单元，用于在所述原边开关管关断时为所述原边绕组提供退磁电压；所述变压单元，用于在所述副边绕组产生交流电和第一控制信号；所述滤波单元，用于对所述整流单元输出的脉动直流电进行滤波，形成并输出直流电，并且产生第二控制信号；所述驱动单元，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号，驱动所述整流单元中的整流管和续流管，对交流电进行整流。另一方面，本发明实施例提供一种同步整流电源，该电源中包括本发明实施例提供的同步整流装置。本发明实施例提供的同步整流装置及应用该装置的电源，通过在同步整流电路中，驱动单元根据变压单元副边绕组所产生的第一控制信号以及与滤波单元的输出电感互感产生的第二控制信号对整流单元中的整流管和续流管进行控制，从而实现通过副边侧产生的控制信号对副边侧交流电的整流进行控制，避免了控制信号与交流电时序的不同，提高了同步整流的转换效率，并且减少了电器元件的使用，减小了同步整流电源的面积，降低了成本。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例提供的同步整流装置的结构示意图；
图2为本发明实施例I提供的第一实施场景中的同步整流装置的电路图；图3为本发明实施例提供的整流单元中整流管和续流管栅极处的波形图；图4为本发明实施例2提供的第二实施场景中同步整流装置的电路图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图来具体说明本发明实施例的实现方式。本发明实施例提供一种同步整流装置，如图I所示，包括变压单元I、原边开关管
2、整流单元3、驱动单元4、滤波单元5和钳位单元6 ；所述变压单元I原边绕组的第一端连接输入端，所述原边绕组的第二端分别连接所述原边开关管2和所述钳位单元6，所述变压单元I的副边绕组分别连接所述整流单元3和所述驱动单元4 ;所述整流单元3分别与所述驱动单元4和所述滤波单元5连接；所述滤波单元5中的输出电感与输出端连接；所述输出电感与所述驱动单元4中的第一辅助绕组互感；所述原边开关管2的源极接地；所述钳位单元6，用于在所述原边开关管2关断时为所述原边绕组提供退磁电压；所述变压单元1，用于在所述副边绕组产生交流电和第一控制信号；所述整流单元3，用于对所述交流电进行整流；所述滤波单元5，用于对所述整流单元3输出的脉动直流电进行滤波，形成并输出直流电，并且产生第二控制信号；所述驱动单元4，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号，驱动所述整流单元3中的整流管和续流管，对交流电进行整流。从输入端向同步整流装置提供原边侧直流电，通过对原边开关管2和钳位单元6的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,以下简称PWM)或脉冲频率调制(PulseFrequency Modulation,以下简称PFM),在变压单元I的原边绕组两端形成规律变化的原边侧交流电，通过变压单元I原边绕组和副边绕组在副边侧产生交流电；根据与所述交流电一起产生的电信号，在副边侧通过驱动单元4产生控制整流单元3中的整流管和续流管的第一控制信号；通过交流电在滤波单元5中输出电感的作用，在驱动单元4中的第一辅助绕组控制整流管和续流管的第二控制信号；通过第一控制信号和第二控制信号，对整流单元3中的整流管和续流管进行控制，完成同步整流装置的整流，以在输出端输出直流电。本发明实施例提供的同步整流装置，在同步整流电路中，驱动单元根据变压单元副边绕组所产生的第一控制信号以及与滤波单元的输出电感互感产生的第二控制信号对整流单元中的整流管和续流管进行控制，从而实现通过副边侧产生的控制信号对副边侧交流电的整流进行控制，避免了控制信号与交流电时序的不同，提高了同步整流的转换效率，并且减少了电器元件的使用，减小了同步整流电源的面积 ，降低了成本。实施例I本发明第一实施场景中，所述的同步整流装置的电路图可如图2所示，所述驱动单元4,包括N沟道增强型场效应管40和P沟道增强型场效应管41，所述N沟道增强型场效应管40的源极分别连接所述P沟道增强型场效应管41的源极和所述续流管30的栅极；第一二极管42，所述第一二极管42的负极连接所述N沟道增强型场效应管40的漏极，所述第一二极管42的正极连接所述第一辅助绕组43的第一端，所述第一辅助绕组43的第二端分别连接所述P沟道增强型场效应管41的漏极、所述整流管31的源极和所述续流管30的源极；第二辅助绕组44，所述第二辅助绕组44的第一端连接所述整流管31的栅极，所述第二辅助绕组44的第二端分别连接所述N沟道增强型场效应管40和所述P沟道增强型场效应管41的栅极，所述第二辅助绕组44与所述变压单元I的原边绕组10互感；第二二极管45和第三二极管46，所述第二二极管45和所述第三二极管46的负极分别连接所述第二辅助绕组44的第一端和第二端，所述第二二极管45和所述第三二极管46的正极分别连接所述整流管41和所述续流管40的源极；所述原边绕组10的第一端与所述第二辅助绕组44的第一端互为同名端，所述第一辅助绕组43的第二端与所述输出电感50的第二端互为同名端。在本发明第一实施场景中，可选的，整流管41的漏极连接所述变压单元的副边绕组11的第一端；所述续流管40的漏极分别连接所述副边绕组11的第二端和所述输出电感50的第二端；所述原边绕组10的第一端与所述副边绕组11的第二端互为同名端。可选的，所述滤波单元5，还包括滤波电容51 ;所述输出电感50的第一端和所述滤波电容51的一端分别连接所述输出端；所述滤波电容51的另一端分别连接所述第一辅助绕组43的第二端、所述续流管30和所述整流管31的源极以及所述第二二极管45和所述第三二极管46的正极。在本发明的第一实施场景中，可选的，所述钳位单元6，包括钳位管60和钳位电容61，所述钳位电容61 —端分别连接所述原边绕组10的第二端和所述原边开关管2，所述钳位电容61的另一端连接所述钳位管60的漏极；所述钳位管60的源极接地。所述钳位单元6的结构，也可以适用于本发明的其他实施场景中。通过PWM或PFM的方式，控制原边开关管2和钳位单元6的通断，其中使原边开关管2与钳位单元6的钳位管60导通的信号波形相反。在原边开关管2导通而钳位单元6的钳位管60关断时，输入端的输入电压加载于变压单元I的原边绕组10两端，在该电压的作用下，原边绕组10与副边绕组11互感，在副边侧的副边绕组11上产生交流电；通过原边绕组10和第二辅助绕组44上互感产生第一控制信号，此时，第二辅助绕组44的第一端为正，第二端为负；在该第一控制信号的作用下，第二二极管45截止，第三二极管46导通，因为整流管31为一个N沟道增强型场效应管，当整流管31栅极的电压与整流管31源极的电压的压差大于整流管31的开启电压时，整流管31导通；P沟道增强型场效应管41和N沟道增强型场效应管40的栅极为低电平，P沟道增强型场效应管41导通，N沟道增强型场效应管40截止；滤波单元5中输出电感50的第二端处为正、第一端处为负，则在驱动单元4的第一辅助绕组43产生第二控制信号，第二端为正、第一端为负，故在续流管30的栅极处于低电平，续流管30截止；将整流后的直流电加载于滤波单元5中滤波电容51两端，通过滤波电容51和输出电感50对直流电进行滤波，滤除直流电中的噪声，并将滤波后的直流电输出到输出端。在原边开关管2关断而钳位单元6中的钳位管60导通时，在原边绕组10上释放励磁电流对钳位电容61充电；充电过程中励磁电流逐渐减小且钳位电容61的电压高于输入电压，则钳位电容61向原边绕组10放电，使原边绕组10两端的电压与原边开关管2导通时反向；相对应的，在副边绕组11、第二辅助绕组44和第一辅助绕组43上所产生的交流电、第一控制信号和第二控制信号也相反；此时，第二辅助绕组44产生的第一控制信号，在第一端处为负、第二端处为正；第二二极管45导通、第三二极管46截止；整流管31栅极处于低电平，使整流管31截止；P沟道增强型场效应管41和N沟道增强型场效应管40的栅极处于高电平，P沟道增强型场效应管41处于截止状态和N沟道增强型场效应管40处于导通状态；在第一辅助绕组43上产生的第二控制信号，在第一辅助绕组43的第二端处为正、第一端处为负，第一二极管42导通；通过已导通的第一二极管42和N沟道增强型场效应管40，使续流管30的栅极处于高电平，从而使续流管30处于导通状态；此时，输出电感50释放励磁电流向输出端提供输出电压，保持直流电的输出。通过PWM或PFM的控制，使续流管30和整流管31的栅极形成如图3所示的波形图；通过持续的控制，在输出端输出稳定的输出电压，为输出端所连接的负载提供可靠的负载电压。在同步整流装置的副边侧，通过绝缘栅型场效应管进行整流的控制，压降较小，降低了功率的损耗，进一步的提高了同步整流装置的转换效率，并且通过钳位单元6中的钳位电容61的充放电，为原边绕组10提供退磁电压，从而防止原边开关管2在关断时产生过大的电压而损坏。实施例2本发明的第二实施场景中，所述的同步整流装置的电路图可如图4所示，所述驱动单元5,包括 N沟道增强型场效应管40和P沟道增强型场效应管41，所述N沟道增强型场效应管40的源极分别连接所述P沟道增强型场效应管41的源极和所述续流管30的栅极，所述N沟道增强型场效应管40的栅极和所述P沟道增强型场效应管41的栅极分别连接所述副 边绕组11的第一端和所述整流管31的漏极；
第一二极管42，所述第一二极管42的负极连接所述N沟道增强型场效应管40的漏极，所述第一二极管42的正极连接所述第一辅助绕组43的异名端，所述第一辅助绕组43的第二端分别连接所述P沟道增强型场效应管41的漏极、所述整流管31的源极和所述续流管30的源极；所述原边绕组10的第一端与所述副边绕组11的第二端互为同名端，所述第一辅助绕组43的第二端与所述输出电感50的第二端互为同名端。在本发明的第二实施场景中，可选的，所述整流管31的栅极和所述续流管30的漏极分别连接所述副边绕组11的第二端和所述第一辅助绕组43的第二端。可选的，所述滤波单元5，包括滤波电容51 ;所述输出电感50的第一端和所述滤波电容51的一端分别连接所述输出端；所述滤波电容51的另一端分别连接所述第一辅助绕组43的第二端，所述续流管 30和所述整流管31的源极。可选的，所述钳位单元6，包括钳位管60和钳位电容61，所述钳位电容61 —端分别连接所述原边绕组10的第二端和所述原边开关管2，所述钳位电容61的另一端连接所述钳位管60的漏极；所述钳位管60的源极接地。通过PWM或PFM的方式，控制原边开关管2和钳位单元6的通断，其中使原边开关管2与钳位单元6的钳位管60的信号波形相反。在原边开关管2导通而钳位单元6的钳位管60关断时，输入端的输入电压加载于变压单元I的原边绕组10两端，在该电压的作用下，原边绕组10与副边绕组11互感，在副边侧的副边绕组11上产生交流电，副边绕组11的第二端为正、第一端为负，将该交流电作为第一控制信号；整流管31栅极为高电平，整流管31导通；P沟道增强型场效应管41栅极低电平，P沟道增强型场效应管41导通；滤波单元5中输出电感50的第二端为正、第一端为负，则在驱动单元4的第一辅助绕组43产生第二控制信号，第二端为正、第一端为负，故续流管30栅极处于低电平，续流管30截止；将整流后的直流电加载于滤波单元5中滤波电容51两端，通过滤波电容51和输出电感50对直流电进行滤波，滤除直流电中的噪声，并将滤波后的直流电输出到输出端。在原边开关管2关断而钳位单元6中的钳位管60导通时，在原边绕组10上释放励磁电流对钳位电容61充电；充电过程中励磁电流逐渐减小且钳位电容61的电压高于输入电压，则钳位电容61向原边绕组10放电，使原边绕组10两端的电压与开关管20导通时反向；相对应的，在副边绕组11和第一辅助绕组43上所产生的交流电和第二控制信号也相反，其中所述交流电也作为第一控制信号；整流管31的栅极为低电平，使整流管31截止；P沟道增强型场效应管41和N沟道增强型场效应管的栅极为高电平，使P沟道增强型场效应管41截止而N沟道增强型场效应管40导通；输出电感50的第二端为负、第一端为正，第一辅助绕组43在与输出电感50互感的作用下,使第一辅助绕组43的第二端为负、第一端为正；第一二极管42导通，续流管30栅极处于高电平，使续流管30导通；此时，输出电感50释放励磁电流向输出端提供输出电压，保持直流电的输出。通过PWM或PFM的控制，使续流管30和整流管31的栅极形成如图3所示的波形图；通过持续的控制，在输出端输出稳定的输出电压，为输出端所连接的负载提供可靠的负载电压。本发明实施例提供的同步整流装置，在同步整流电路中，驱动单元根据变压单元副边绕组所产生的第一控制信号以及与滤波单元的输出电感互感产生的第二控制信号对整流单元中的整流管和续流管进行控制，从而实现通过副边侧产生的控制信号对副边侧交流电的整流进行控制，避免了控制信号与交流电时序的不同，提高了同步整流的转换效率，并且减少了电器元件的使用，减小了同步整流电源的面积，降低了成本。在同步整流装置的副边侧，通过绝缘栅型场效应管进行整流的控制，压降较小，降低了功率的损耗，进一步的提高了同步整流装置的转换效率，并且通过钳位单元6中的钳位电容61的充放电，为原边绕组10提供退磁电压，从而防止原边开关管2在关断时产生过大的电压而损坏。最后，本发明实施例还提供一种同步整流电源，该电源中包括本发明前述实施例提供的同步整流装置，其具体实现可参考前面实施例，在此不再赘述。应用该装置的同步整流电源同样具有实现通过副边侧产生的控制信号对副边侧交流电的整流进行控制，避免了 控制信号与交流电时序的不同，提高了同步整流的转换效率，并且减少了电器元件的使用，使得自身的面积有所减小，也降低了自身成本。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种同步整流装置，其特征在于，所述装置包括变压单元、原边开关管、整流单元、驱动单元、滤波单元和钳位单元； 所述变压单元原边绕组的第一端连接输入端，所述原边绕组的第二端分别连接所述原边开关管和所述钳位单元，所述变压单元的副边绕组分别连接所述整流单元和所述驱动单元；所述整流单元分别与所述驱动单元和所述滤波单元连接；所述滤波单元中的输出电感的第一端与输出端连接；所述输出电感与所述驱动单元中的第一辅助绕组互感；所述原边开关管的源极接地； 所述钳位单元，用于在所述原边开关管关断时为所述原边绕组提供退磁电压； 所述变压单元，用于在所述副边绕组产生交流电和第一控制信号； 所述滤波单元，用于对所述整流单元输出的脉动直流电进行滤波，形成并输出直流电，并且产生第二控制信号； 所述驱动单元，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号，驱动所述整流单元中的整流管和续流管，对交流电进行整流。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述驱动单元包括 N沟道增强型场效应管和P沟道增强型场效应管，所述N沟道增强型场效应管的源极分别连接所述P沟道增强型场效应管的源极和所述续流管的栅极； 第一二极管，所述第一二极管的负极连接所述N沟道增强型场效应管的漏极，所述第一二极管的正极连接所述第一辅助绕组的第一端，所述第一辅助绕组的第二端分别连接所述P沟道增强型场效应管的漏极、所述整流管的源极和所述续流管的源极； 第二辅助绕组，所述第二辅助绕组的第一端连接所述整流管的栅极，所述第二辅助绕组的第二端分别连接所述N沟道增强型场效应管和所述P沟道增强型场效应管的栅极，所述第二辅助绕组与所述变压单元的原边绕组互感； 第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和所述第三二极管的负极分别连接所述第二辅助绕组的第一端和第二端，所述第二二极管和所述第三二极管的正极分别连接所述整流管和所述续流管的源极； 所述原边绕组的第一端与所述第二辅助绕组的第一端互为同名端，所述第一辅助绕组的第二端与所述输出电感的第二端互为同名端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于， 所述整流管的漏极连接所述变压单元的副边绕组的第一端；所述续流管的漏极分别连接所述副边绕组的第二端和所述输出电感的第二端； 所述原边绕组的第一端与所述副边绕组的第二端互为同名端。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述滤波单元还包括滤波电容；所述输出电感的第一端和所述滤波电容的一端分别连接所述输出端；所述滤波电容的另一端分别连接所述第一辅助绕组的第二端、所述续流管和所述整流管的源极以及所述第二二极管和所述第三二极管的正极。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述驱动单元包括 N沟道增强型场效应管和P沟道增强型场效应管，所述N沟道增强型场效应管的源极分别连接所述P沟道增强型场效应管的源极和所述续流管的栅极，所述N沟道增强型场效应管的栅极和所述P沟道增强型场效应管的栅极分别连接所述副边绕组的第一端和所述整流管的漏极； 第一二极管，所述第一二极管的负极连接所述N沟道增强型场效应管的漏极，所述第一二极管的正极连接所述第一辅助绕组的第一端，所述第一辅助绕组的第二端分别连接所述P沟道增强型场效应管的漏极、所述整流管的源极和所述续流管的源极； 所述原边绕组的第一端与所述副边绕组的第二端互为同名端，所述第一辅助绕组的第二端与所述输出电感的第二端互为同名端。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述整流管的栅极和所述续流管的漏极分别连接所述副边绕组的第二端和所述第一辅助绕组的第二端。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元还包括滤波电容；所述输出电感的第一端和所述滤波电容的一端分别连接所述输出端；所述滤波电容的另一端分别连接所述第一辅助绕组的第二端、所述续流管和所述整流管的源极。
8.根据权利要求1-7任一所述的装置，其特征在于，所述钳位单元包括 钳位管和钳位电容，所述钳位电容一端分别连接所述原边绕组的第二端和所述原边开关管，所述钳位电容的另一端连接所述钳位管的漏极；所述钳位管的源极接地。
9.一种同步整流电源，其特征在于，所述电源包括如权利要求1-8任一项所述的同步整流装置。
全文摘要
本发明公开了一种同步整流电源装置，属于发变电领域，为解决额外的隔离电路提高了成本，以及因整流部分的控制信号与副边侧产生的交流电存在时序差而降低了转换效率的问题而设计。一种同步整流电源装置，包括同步整流电路；所述同步整流电路包括变压单元、原边开关管、整流单元、驱动单元、滤波单元和钳位单元；所述变压单元原边绕组的第一端连接输入端，所述原边绕组的第二端分别连接所述原边开关管和所述钳位单元，所述变压单元的副边绕组分别连接所述整流单元和所述驱动单元；所述整流单元分别与所述驱动单元和所述滤波单元连接；所述滤波单元中的输出电感的第一端与输出端连接；所述输出电感与所述驱动单元中的第一辅助绕组互感。
文档编号H02M7/12GK102710150SQ20121016178
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者刘旭君 申请人:华为技术有限公司