专利名称：同步整流电路的制作方法
技术领域：
本实用新型的实施例涉及电子电路，尤其涉及一种同步整流电路。
背景技术：
在同步整流DC-DC变换器中，在轻载的情况下，电路工作在电感电流断续模式(DCM)。同步整流管续流导通时，电感电流线性下降。当电流下降到零时，如果同步整流管依然导通，则输出电容将通过同步整流管放电，电流倒灌，从而极大地降低电源的转换效率。为解决该问题，可在电流下降到零时，驱动同步整流管关断。为此，我们通常需要检测流过同步整流管的电流，即需要过零检测电路对电流过零点进行检测，以确定是否开 通或关断同步整流管。通常，我们将运用同步整流管自身的导通电阻&，将电流信号转换为电压信号，并利用过零比较器来检测电流的过零点。对于该种检测方式，过零检测的精度主要由电路中过零比较器的输入失调电压决定。当同步整流管的导通电阻&很小时，其压降也很小，过零检测的精度将受到很大影响。
实用新型内容考虑到现有技术中的一个或多个问题，提出了一种同步整流电路。根据本实用新型的实施例，提出了一种同步整流电路，包括开关电路，至少包括一个功率开关管和一个同步整流管，通过功率开关管和同步整流管的导通和关断将输入信号转换为输出信号，其中，所述同步整流管包括多个并联的MOS单元；过零检测电路，包括第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器和第二电压的反相输入端均接收同步整流管漏源两极之间的电压感测信号，第一电压比较器同相输入端接收第一参考电压，第二电压比较器同相输入端接收第二参考电压，其中，第二参考电压大于第一参考电压，所述第一电压比较器和第二电压比较器分别输出两个比较信号；反馈控制电路，电连接至开关电路的输出端，根据过零检测电路的两个比较信号和开关电路的输出信号，输出控制信号分别控制功率开关管和同步整流管的至少两个栅极。根据本实用新型的实施例，所述过零检测电路通过所述同步整流管的导通电阻将电流信号转换为电压信号来产生所述电压感测信号。根据本实用新型的实施例，当电压感测信号等于第二参考电压时，所述反馈控制电路关断所述同步整流管中的一部分MOS单元；当电压感测信号等于第一参考电压时，所述反馈控制电路关断所述同步整流管中剩余的那部分MOS单元。根据本实用新型的实施例，所述同步整流管中的多个并联的MOS单元的栅极分成至少两组连接，并引出相应的至少两个栅极。根据本实用新型的实施例，所述同步整流管为MOS管。利用上述方案，提高了过零检测的精度。
[0011]图IA所示为同步整流DC-DC转换器示意性电路图；图IB所示为同步整流DC-DC转换器示意性波形图；图2所不为现有的具有电流过零检测电路的同步整流电路不意图；图3A所示为同步整流管一实施例示意性结构图；图3B所示为根据本实用新型一实施例的同步整流管结构示意图；图3C所不为根据本实用新型另一实施例的同步整流管结构不意图；图4所示为根据本实用新型一实施例电感电流和感测电压波形示意图；图5所示为根据本实用新型一实施例的同步整流电路示意性电路图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。图IA所示为同步整流DC-DC转换器示意性电路图100。该同步整流电路包括功率开关管SW，同步整流管SR，电感L，电容器C以及负载。其中，功率开关管SW和同步整流管SR串联于电源Vin和地之间，电感器L的一端与功率开关管SW和同步整流管SR的连接端相连，电感器L的另一端与电容器C和负载的一端相连，电容器C和负载的另一端接地。该同步整流电路还包括反馈控制电路，其接收电路的输出信号Vtj作为反馈信号，并根据反馈信号控制功率开关管SW和同步整流管SR的导通和关断。这里所示的为同步整流BUCK变换器拓扑结构，当然也可采用其他的具有同步整流技术的直流/直流变换拓扑，如同步整流反激变换器、同步整流正激变换器、同步整流桥式变换器等结构。在图IA所示实施例中，当功率开关管SW导通，同步整流管SR关断时，电源电压Vin经电感器L对输出电容C进行充电，输出电压\上升；当功率开关管SW关断，同步整流管SR导通时，同步整流管SR对电感电流L续流，且L线性减小。当电路工作在电流非连续模式(DCM)下，电感电流k线性下降，当k下降到零时，如果同步整流管SR依然导通，则输出电容C可通过同步整流管SR放电，电流L反向，从而极大地降低电源的转换效率。图IB所示为同步整流DC-DC转换器100的波形图。在DCM模式下，当通过同步整流管SR续流的电感电流L过零时，SR未及时关断，此时电感电流L将反向流动，电感电流込波形如图IB中(b)中虚线所示。为了阻止电感电流込反向降低同步整流电路的效率，通常将在同步整流电路结构中增加电流过零检测电路。此时，当流过同步整流管SR的电感电流込到达电流过零阀值时刻，关断同步整流管SR，电感电流込波形如图IB中(c)所示。图2所示为现有的具有电流过零检测的同步整流电路示意图200。为了防止电容器通过同步整流管SR对地放电，通常将在图I所示同步整流DC-DC转换器100中增加电流过零检测电路210，通过同步整流管SR漏源之间的电压值来判定流过同步整流管SR的电流方向和大小。在图2所示实施例中，还示出了功率开关管SW的导通电阻Rh和同步整流管的导通电阻&，通过同步整流管的导通电阻&将电流信号转化为电压感测信号vDS。同步整流电路200中的反馈控制回路包括反馈电路221和控制电路222，反馈电路221将输出信号转换为反馈信号并送至控制电路222，控制电路222接收反馈信号和过零检测电路210的输出信号，并输出控制信号控制功率开关管SW和同步整流管SR的导通和关断。如图2所示，当功率开关管SW截止，同步整流管SR导通时，电感L通过同步整流管SR续流，同步整流管SR的电流由源极S流向漏极D，此时同步整流管SR漏源之间的电压Vds为负。在图2所示实施例中，过零检测电路210包括一个过零比较器，其反相输入端接收电压感测信号Vds，正相输入端接收值为零的参考电压，并将比较结果送至控制电路222。由于比较器的输入失调电压不为零，当电压感测信号Vds等于输入失调电压Vre时，同步整流管SR关断，因此，过零检测的精度主要取决于比较器的输入失调电压电压感测信号Vds = -&X Iy当同步整流管SR的导通电阻&值较小时，电压感测信号Vds的值很小，电流过零的精度将受到更大的限制。例如，零电压比较器的输入失调电压为3mV，同步整流管SR的导通电阻为3πιΩ，则在电感电流込为IA时，比较器将输出信号至控制电路，关断同 步整流管SR。此时，电流过零检测不准确，精度差。图3Α所示为同步整流管一实施例示意性结构图。本领域的技术人员明白，一个功率MOS管由大量MOS单元并联而成，MOS单元的数量由功率MOS管尺寸的大小来决定。多个MOS单元并联组成的功率MOS管作用之一在于减小功率MOS管漏源之间的导通电阻RDS(m)，并联的MOS单元数量越多，功率MOS管漏源之间的导通电阻Rds(m)越小。在图3a所示实施例中，同步整流管SR由N个MOS单元M1'M2、……Mn并联组成，MOS单元M1J2、……Mn的漏极连接在一起形成同步整流管SR的漏极D，MOS单元M1J2、……Mn的源极连接在一起形成同步整流管SR的源极S，MOS单元Mp M2'……Mn的栅极连接在一起形成同步整流管SR的栅极G，每一个MOS单元漏源之间的导通电阻为Ron,同步整流管SR的导通电阻为Rqn/N。图3B所示为根据本实用新型一实施例的同步整流管结构示意图。同步整流管SR由N个MOS单元MpM2、……Mn并联组成，MOS单元Μ^Μ2、……Mn的漏极连接在一起形成同步整流管SR的漏极D，MOS单元ΜρΜ2、……Mn的源极连接在一起形成同步整流管SR的源极S，MOS单元M1、M2、……栅极各自引出，形成同步整流管SR的多个栅极G1'G2、……Gn,每一个MOS单元漏源之间的导通电阻为Ron，同步整流管SR的导通电阻为Rw/N。当功率开关管SW关断，同步整流管SR续流导通时，控制电路输出控制信号至同步整流管SR的多个栅极Gp G2,……Gn，所有MOS单元均导通，同步整流管SR的导通电阻为Ron/No当感测电压Vds接近比较器输入失调电压Vre时，如在Vre+ Λ V时，关断部分MOS单元，例如通过G2、……Gn关断MOS单元M2、……Mn，仅导通MOS单元M1，此时同步整流管SR的导通电阻变为R,相比未关断MOS单元M2、……Mn之前，导通电阻增大N-I倍，电流过零检测精度提高了 N-I倍。感测电压Vds继续下降至比较器输入失调调压Vre时，再通过同步整流管SR的栅极G1关断MOS单元M1，整个同步整流管SR关断。图3C所示为根据本实用新型另一实施例的同步整流管结构示意图。同样地，同步整流管SR由N个MOS单元并联组成，N个MOS单元可分为模块310、模块320两部分，模块
310包括MOS单元札、......Mm，模块320包括MOS单元Mm+1、......Mn(M<N)。MOS单元札、
M2,……Mn的漏极连接在一起形成同步整流管SR管的漏极D，M0S单元MpM2、……Mn的源极连接在一起形成同步整流管SR的源极S，MOS单元札、……Mm的栅极连接在一起引出，形成模块310的栅极Gm，MOS单元Mm+1……Mn的栅极连接在一起引出，形成模块320的栅极Gn,每一个MOS单元漏源之间的导通电阻为Ron，同步整流管SR的导通电阻为Rw/N。当功率开关管SW关断，同步整流管SR续流导通时，所有MOS单元均导通，同步整流管SR的导通电阻为Rw/N。当节点电压Vds接近输入失调电压Vffi时，比如在Vffi+Λ V时，首先通过栅极Gm控制关断M个MOS单元，此时同步整流管SR的导通电阻变为Ron/ (N-M)。相比未关断之前，导通电阻增大了 N/(N-M)-I倍，电流过零检测精度提高了 N/(N-M)-I倍。当感测电压Vds继续下降至比较器输入失调电压Vre时，通过栅极Gn控制关断余下的N-M个MOS单元，整个同步整流管SR关断。图3Β示出了组成同步整流管SR的各个MOS单元分别单独引出栅极的情形，而图3C示出了组成同步整流管SR的MOS单元分成两组引出两个栅极的情形。然而，本技术领域的技术人员应当理解，在其它实施例中，同步整流管SR的MOS单元可以为其它分组情形。图4所示为根据本实用新型一实施例电感电流和感测电压波形示意图400。当功 率开关管SW导通时，感测电压Vds = Vin-IlXRh ;当功率开关管SW关断，同步整流管SR续流导通时，感测电压Vds = -Ι 在图4所示波形示意图中，比较器的失调电压为Vffi，当感测电压Vds = Vos+ Λ V时，关断同步整流管SR中的部分MOS单元，增大同步整流管SR的导通电阻&，此时感测电压Vds的值由原始值a点增大到b点的VDS’，并以新的斜率下降至失调电压由图中电感电流込的波形可知，当导通电阻&未增大前，电流过零阀值如图中虚线所示，当增大导通电阻&后，电感电流过零阀值降低，过零检测精度提高。当&增大K倍时，在感测电压等于输入失调电压Vffi时刻，电流过零阀值减小K倍。例如，比较器的输入失调电压Vqs为3mV，同步整流管SR的导通电阻Rl增大10倍，由3πιΩ增大到30πιΩ，电流过零阀值由IA降低为O. 1Α，过零检测精度提高了 10倍。图5所示为根据本实用新型一实施例的同步整流电路示意性电路图500。同步整流电路500包括开关电路，反馈控制电路以及电流过零检测电路510。开关电路包括功率开关管SW，同步整流管SR，电感L，电容器C以及负载。其中功率开关管SW和同步整流管SR串联于电源Vin和地之间，功率开关管SW的导通电阻为Rh，同步整流管的导通电阻为Ry电感器L的一端与功率开关管SW和同步整流管SR的连接端相连，电感器L的另一端与电容器C和负载的一端相连，电容器C和负载的另一端接地。同步整流管SR具有多个MOS单元并联连接的结构，并引出至少两个栅极。反馈控制电路包括反馈电路521和控制电路522，反馈电路521将输出信号转换为反馈信号并送至控制电路522，控制电路522接收反馈信号和过零检测电路510的输出信号，并输出控制信号控制功率开关管SW和同步整流管SR的导通和关断。过零检测电路510包括两个电压比较器CV1和CV2，其均具有输入失调电压Vre。比较器CV1反相输入端接收电压感测信号Vds，正相输入端接收值为零的参考电压；比较器CV2反相输入端接收电压感测信号VDS，正相输入端接收值为Λ V的参考电压。控制电路522接收比较器CV1和CV2的输出信号。当电压感测信号Vds = Vos+ Λ V时，电压比较器CV1和CV2分别输出低电平信号和高电平信号至控制电路522，控制电路522根据该两电平信号输出控制信号至同步整流管SR，关断部分MOS单元，以增大同步整流管SR的导通电阻。当电压感测信号Vds = Vos时，电压比较器CV1和CV2均输出低电平信号至控制电路522，控制电路522根据该两电平信号输出控制信号至同步整流管SR，关断余下部分MOS单元，此时同步整流管SR完全关断。[0036]应当注意，为了使本实用新型更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的一些技术细节。本领域的技术人员还应理解，本实用新型所用的实施例所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。·
权利要求1.一种同步整流电路，其特征在于，所述同步整流电路包括 开关电路，至少包括一个功率开关管和一个同步整流管，通过功率开关管和同步整流管的导通和关断将输入信号转换为输出信号，其中，所述同步整流管包括多个并联的MOS单元； 过零检测电路，包括第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器和第二电压的反相输入端均接收同步整流管漏源两极之间的电压感测信号，第一电压比较器同相输入端接收第一参考电压，第二电压比较器同相输入端接收第二参考电压，其中，第二参考电压大于第一参考电压，所述第一电压比较器和第二电压比较器分别输出两个比较信号； 反馈控制电路，电连接至开关电路的输出端，根据过零检测电路的两个比较信号和开关电路的输出信号，输出控制信号分别控制功率开关管和同步整流管的至少两个栅极。
2.如权利要求I所述的同步整流电路，其特征在于，所述过零检测电路通过所述同步整流管的导通电阻将电流信号转换为电压信号来产生所述电压感测信号。
3.如权利要求I所述的同步整流电路，其特征在于， 当电压感测信号等于第二参考电压时，所述反馈控制电路关断所述同步整流管中的一部分MOS单元； 当电压感测信号等于第一参考电压时，所述反馈控制电路关断所述同步整流管中剩余的那部分MOS单元。
4.如权利要求I所述的同步整流电路，其特征在于，所述同步整流管中的多个并联的MOS单元的栅极分成至少两组连接，并引出相应的至少两个栅极。
5.如权利要求I所述的同步整流电路，其特征在于，所述同步整流管为MOS管。
专利摘要公开了一种同步整流电路。通过对同步电路中的同步整流管引出多个栅极，在过零检测时，关断同步整流管中部分MOS单元，进而增大同步整流管漏源两极之间的导通电阻。该过零检测过程可增大感测的电压信号，提高电流过零检测的精度。
文档编号H02M1/08GK202634255SQ201220208988
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者周江云 申请人:成都芯源系统有限公司