一种用于电压变换器同步整流的驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于电压变换器同步整流的驱动电路，包括联接在输入/输出电压两端且串联联接的第一电子开关和第二电子开关，第一电子开关还与第一驱动输入/输出端联接，所述第二电子开关与第二驱动输入/输出端联接；第一电容，联接在输入/输出电压两端；电感，一端联接在所述第一电子开关与所述第二电子开关之间，另一端与并联联接的负载和第二电容相联；所述第二电容两端的电压为输出/输入电压；驱动电路还包括第三驱动输入/输出端，所述第三驱动输入/输出端的信号与所述第二驱动输入/输出端的信号复合后产生与所述第二电子开关直接相联的第四驱动信号。本实用新型通过对驱动的控制，保证了同步整流电路上电流和电压的应力较低。
【专利说明】—种用于电压变换器同步整流的驱动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种驱动电路，特别地，涉及一种用于电压变换器同步整流的驱动电路。
【背景技术】
[0002]变换器，特别是具有同步整流电路的变换器已经广泛地应用在各种需要输出大电流的情况中，以提高转换效率。
[0003]然而在实际应用中，传统的变换器在开机和关机的过程中，由于变换器中的软启动电路，开关管占空比会从0缓慢增加，并保持为0的状态一段时间，即处于关断状态。同步整流电路占空比从I缓慢降低，并保持为I的状态一段时间，即处于导通状态。次过程中便会产生很大的负向电流，导致同步整流电路上有很高的电压和电流应力。尤其在输出带大电容空载或轻载，输入电压跌落的过程中，此时开关管的驱动很快由需要的占空比降到0，同步整流电路的驱动很快由需要的占空比增加到最大值I并保持导通，而此时输出电压维持很长时间，随着时间的增加，电感的伏-秒积(约等于Vo*t)也会相应的增加，输出电感最终也会因为过大的伏-秒积而饱和，导致同步整流电路上流过很大的电流，并最终损坏该电路上的电子元件，造成巨大损失。
[0004]现有技术中，有些控制芯片可以在变换器关机的时候，同时关断开关管与同步整流电路上的开关，从而避免其在关机时，可能损坏变换器中电子元件的问题，但此方法仍存在缺陷。例如，当输入电压跌落到低于最低输入工作电压，控制芯片同时关断开关管和同步整流电路上的开关，而电路中电容上的能量通过负载释放，且负载阻值较大，需要较长时间才能把该电容上的电压释放到足够低。如果此时输入电压再次升高到大于最低输入电压，又会出现之前所述开机时的问题，从而损坏电路中的电子元件。还有解决办法是等级更高价格也更昂贵的电子元件以耐受大电流的情况，但这样便会增加生产成本，不利于产品的大规模推广使用。
实用新型内容
[0005]为了避免输出电感在开机或关机时饱和，进而保证同步整流电路上具有较低的电流和电压应力，本实用新型提供了 一种用于电压变换器同步整流的驱动电路，包括联接在输入/输出电压两端且串联联接的第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关还与第一驱动输入/输出端联接，所述第二电子开关还与第二驱动输入/输出端联接；第一电容，联接在输入/输出电压两端；电感，其一端联接在所述第一电子开关与所述第二电子开关之间，另一端与并联联接的负载和第二电容相联；所述第二电容两端的电压为输出/输A电压；所述驱动电路还包括第三驱动输入/输出端，所述第三驱动输入/输出端的信号与所述第二驱动输入/输出端的信号复合后产生与所述第二电子开关直接相联的第四驱动信号。
[0006]上述驱动电路包含第二电阻与第三电子开关，所述第二电子开关通过所述第二电阻与所述第二驱动输入/输出端联接；所述第三电子开关的第一端与所述第三驱动输入/输出端联接，所述第三电子开关的第二端通过所述第二电阻与所述第二驱动输入/输出端联接，所述第三电子开关的第三端接地。
[0007]上述第三驱动输入/输出端通过非门联接至与门的一个输入端，所述第二驱动输入/输出端联接至所述与门的另一个输入端，所述与门的输出端为所述第四驱动信号。
[0008]上述第一驱动输入/输出端和所述第一电子开关之间、以及所述第四驱动信号和所述第二电子开关之间还设有放大电路。
[0009]上述第一驱动输入端、第二驱动输入端及第三驱动输入端的驱动信号可由脉冲宽度调制控制器、微处理器或数字信号处理器产生。
[0010]上述第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关为场效应管或双极结型晶体管。
[0011]上述第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关为三极管，其中，在所述第一驱动输入/输出端和所述第一电子开关之间还设置有第三电阻，在所述第二驱动输入/输出端和所述第二电子开关之间还设置有第四电阻，在所述第三驱动输入/输出端和所述第三电子开关之间还设置有第五电阻。
[0012]综上所述，通过在开机和关机时，对第二驱动的控制，可限制变换器中电感的伏-秒积不饱和，进而使电压变换器工作在比较安全的状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]通过以下对附图的描述，本实用新型实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中:
[0014]图1为本实用新型提供的用于电压变换器同步整流的驱动电路的电路图。
[0015]图2为本实用新型提供的驱动电路中各个驱动的波形图。
[0016]图3为本实用新型实施例之一在开机过程中第二电子开关的驱动从第三驱动切换到第二驱动的展开。
[0017]图4为如图3所示的实施例在关机过程中第二电子开关的驱动从第二驱动切换到第三驱动的展开。
[0018]图5为本实用新型实施例之一的另一组在开机过程中第二电子开关的驱动从第三驱动切换到第二驱动的展开。
[0019]图6为如图5所示的实施例在关机过程中第二电子开关的驱动从第二驱动切换到第三驱动的展开。
[0020]图7为本实用新型提供的驱动电路的另一种实施例简易图示。
[0021]图8为本实用新型应用于两级拓扑的电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。
[0023]以下结合附图以及【具体实施方式】对本实用新型的技术方案做进一步说明。[0024]实施例1
[0025]图1为本实用新型实施例1提供的用于电压变换器同步整流的驱动电路的电路图，如图所示，驱动电路包括联接在输入/输出(Vin/Vo)电压两端且串联联接的第一电子开关Ql和第二电子开关Q2，第一驱动DQ1，第二驱动DQ2，第一电容Cl，第二电容C2，负载Rl和电感LI ;其中，第一电子开关Ql还与第一驱动DQl的输入/输出端联接，第二电子开关Q2还与第二驱动DQ2的输入/输出端联接；第一电容Cl联接在输入/输出电压两端；电感LI的一端联接在第一电子开关Ql与第二电子开关Q2之间，电感LI的另一端与并联联接的负载Rl和第二电容C2相联；第二电容C2两端的电压为输出/输入电压；驱动电路还包括第三驱动DQ7，第三驱动DQ7的输入/输出端的信号与第二驱动DQ2的输入/输出端的信号复合后产生与第二电子开关Q2直接相联的第四驱动信号。
[0026]需要说明的是，图1所示的电路有两种应用，从Vin侧至Vo侧为Buck同步整流驱动电路，从Vo侧至Vin侧为Boost同步整流电路。
[0027]优选地，驱动电路还包含第二电阻R2与第三电子开关Q7，第二电子开关Q2通过第二电阻R2与第二驱动DQ2的输入/输出端联接；第三电子开关Q7的第一端与第三驱动DQ7的输入/输出端联接，第三电子开关Q7的第二端通过第二电阻R2与第二驱动DQ2的输入/输出端联接，第三电子开关Q7的第三端接地。
[0028]此时，在变换器开机过程中，驱动第二电子开关Q2的不再是第二驱动DQ2，而是由第三驱动DQ7的输入/输出端的信号和第二驱动DQ2的输入/输出端的信号复合后产生的第四驱动信号DDQ2，第四驱动信号DDQ2控制第二电子开关Q2工作，从而避免电路中产生损坏电子元件的大电流。
[0029]同样地，在关机过程中，第三驱动DQ7再次工作，对第二驱动DQ2进行斩波，进而得到第四驱动信号DDQ2，第四驱动信号DDQ2再次控制第二电子开关Q2工作，从而避免电路中产生损坏电子元件的大电流。
[0030]图2为本实用新型提供的驱动电路中各个驱动的波形图，如图所示，从t=0开始的一段时间，由于第一驱动DQl的占空比为0，第二驱动DQ2的占空比为1，第四驱动信号DDQ2由第三驱动DQ7斩波第二驱动DQ2得到的。通过第三驱动DQ7可限制第二驱动DQ2此段时间的占空比不为1，即不会令电感LI两端有过高的伏秒积，避免了电路中产生过大的电流。这时该电路工作在Boost方式，Vo为Boost电路的输入，Vin为Boost电路的输出，储存在第二电容C2上的能量通过Boost电路返回第一电容Cl和电压输入端Vin。当第一驱动DQl的占空比由0逐渐上升，第二驱动DQ2的占空比由I逐渐减小的过程中，第三驱动DQ7关断，第二电子开关Q2的驱动又逐渐切换到第二驱动DQ2。此时，变换器处于正常的工作状态。即在正常的工作过程中，第一电子开关Ql的驱动为第一驱动DQ1，第二电子开关Q2的驱动为第二驱动DQ2。第三驱动DQ7不工作。本领域技术人员可知上述电路中第三驱动DQ7的频率可以与第一电子开关Q1，第二电子开关Q2的开关频率相等，也可以不相等。该Boost电路的开关频率，可以根据不同的工作条件而改变，从而实现最优的设计。例如，该Boost电路可以工作在连续导通模式，临界导通模式，以及断续导通模式。
[0031]综上可知，在驱动电路中增加了第三驱动DQ7，当变换器进行开机或关机时，第三驱动DQ7便会工作，控制第二驱动DQ2，继而防止由于电感LI饱和而造成损坏电子元件使第二电子开关Q2工作在比较安全的状态。即通过改变第三驱动DQ7的占空比，可以改变第二电容C2的放电速度，也改变了此状态下流过第二电子开关Q2与第一电子开关Ql的电流。可选地，在开机和关机的过程中，第三驱动DQ7与第二驱动DQ2可以有交叠(即同时存在一段时间)，也可以没有交叠，前提是保证电感LI不饱和即可，本实用新型所列实例均为存在交叠的情况下。
[0032]图3为如图2所示的实施例在开机过程中第二电子开关Q2的驱动从第三驱动DQ7切换到第二驱动DQ2的展开，且图3所示的实施例中第二驱动DQ2和第三驱动DQ7采用了交叠的方式，其中给定第三驱动DQ7的占空比为50%并与第二驱动DQ2同步(上升沿或下降沿同步)。在第三驱动DQ7与第二驱动DQ2交叠的时间，第一驱动DQl的占空比很小，驱动第二电子开关Q2的第四驱动信号DDQ2的占空比被第三驱动DQ7限制在50%。从而保证开机过程中电路中的电子元件处在安全的工作状态。在开机过程中，如果第二电子开关Q2的占空比大于50%，则电感LI有负向电流存在，该负向电流会导致第二电子开关Q2关断过程中产生过高的电压尖峰。而交叠时间的存在，可以将第二驱动DQ2的占空比限制在50%，从而限制了第二电子开关Q2关断过程中产生的电压尖峰的幅度。可选地，第三驱动DQ7的占空比也可以改变使之在交叠的过程中，让第二驱动DQ2的占空比随着第一驱动DQl的占空比逐渐增大，直至第一驱动DQl的占空比达到50%，这时候再关断第三驱动DQ7，以实现平滑切换。当第三驱动DQ7不工作时，第二电子开关Q2的驱动切换到与第一驱动DQl互补第二驱动DQ2。
[0033]图4为如图2所示的实施例在关机过程中第二电子开关Q2的驱动从第二驱动DQ2切换到第三驱动DQ7的展开，且图4所示的实施例中第二驱动DQ2和第三驱动DQ7仍采用了交叠的方式，给定第三驱动DQ7的占空比为50%并与第二驱动DQ2同步(上升沿或下降沿同步)。在关机过程中，驱动第一电子开关Ql的第一驱动DQl的占空比从D降低0，同时第三驱动DQ7再次工作，对第二驱动DQ2斩波得到第四驱动信号DDQ2，且第四驱动信号的占空比被限制在50%。
[0034]图5为如图2所示的实施例另一种情况下在开机过程中第二电子开关Q2的驱动从第三驱动DQ7切换到第二驱动DQ2的展开，其中第三驱动的占空比为50%且第三驱动DQ7与第二驱动DQ2不同步。从图上可知，在开机过程中，第三驱动DQ7也对第二驱动DQ2斩波，得到第四驱动信号DDQ2，以控制第二电子开关Q2，继而防止由于电感LI饱和而造成损坏电子元件，使第二电子开关Q2工作在比较安全的状态。但不同的是，在交叠区，相比于正常工作状态，第二电子开关Q2在每一个开关周期会开关两次；而如图3和图4所示的第三驱动DQ7与第二驱动DQ2同步时，第二电子开关Q2每个周期只开关一次。因此图5所示的方式在交叠区的开关损耗会比同步的方式略高。
[0035]图6为如图5所示的实施例在关机过程中第二电子开关Q2的驱动从第二驱动DQ2切换到第三驱动DQ7的展开，其中第三驱动DQ7的占空比为50%且第三驱动DQ7与第二驱动DQ2不同步。具体的控制与图4所示过程相同，在此将不做赘述。
[0036]进一步地，第一驱动DQl的输入/输出端和第一电子开关Ql之间、以及第四驱动信号DDQ2和第二电子开关Q2之间也可以增加放大电路，以改变驱动电压和驱动电流能力。
[0037]第一驱动DQl的输入端、第二驱动DQ2的输入端及第三驱动DQ7的输入端的驱动信号可由脉冲宽度调制控制器、微处理器或数字信号处理器产生。
[0038]可选地，第一电子开关Ql、第二电子开关Q2和第三电子开关Q7为场效应管或双极结型晶体管。
[0039]可选地，第一电子开关Q1、第二电子开关Q2和第三电子开关Q7为三极管，其中，在第一驱动DQl的输入/输出端和第一电子开关Ql之间还设置有第三电阻，在第二驱动DQ2的输入/输出端和第二电子开关Q2之间还设置有第四电阻，在第三驱动DQ7的输入/输出端和第三电子开关Q7之间还设置有第五电阻。
[0040]可选地，本实用新型提供的驱动电路不仅适用于Buck、Boost同步整流驱动电路，也适用于由Buck以及Boost衍生的电路，例如正激电路副边同步整流管驱动，半桥以及全桥副边同步整流电路，Buck+推挽，Buck+全桥，Buck+半桥等两级驱动电路。如图8所示，即为本实用新型提供的驱动电路应用于两级拓扑的电路图。
[0041]实施例2
[0042]本领域技术人员从本实用新型提供的驱动电路可知，第四驱动信号DDQ2的产生不限于借助第三电子开关DQ7和第二电阻R2的过程，第四驱动信号DDQ2的产生还可以通过其他等同的方式得到，如采用逻辑电路方式。
[0043]在实施例2中，本实用新型提供的用于电压变换器同步整流的驱动电路中除了第三电子开关DQ7和第二电阻R2与实施例1不同以外，各种电子元件的选取，驱动信号的产生方式及驱动电路应用的范围与实施例 1中的设置都相同，因此此处将不做赘述。实施例
2相对于实施例1的不同之处在于，实施例2通过非门U8，与门U9完成了产生第四驱动信号DDQ2的功能。进一步地，如图7所示，第三驱动DQ7的输入/输出端通过非门U8联接至与门U9的一个输入端,第二驱动DQ2的输入/输出端联接至与门U9的另一个输入端，与门U9的输出端为第四驱动信号DDQ2。同样地，在开机或关机过程中，第三驱动DQ7开始工作，第三驱动DQ7的信号与第二驱动DQ2的信号复合，得到第四驱动信号DDQ2，以控制第二电子开关Q2，并限制其驱动的占空比，使之工作在安全的状态下。
[0044]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0045]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于电压变换器同步整流的驱动电路，包括: 联接在输入/输出电压两端且串联联接的第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关还与第一驱动输入/输出端联接，所述第二电子开关还与第二驱动输入/输出端联接； 第一电容，联接在输入/输出电压两端； 电感，其一端联接在所述第一电子开关与所述第二电子开关之间，另一端与并联联接的负载和第二电容相联； 所述第二电容两端的电压为输出/输入电压； 其特征在于，所述驱动电路还包括第三驱动输入/输出端，所述第三驱动输入/输出端的信号与所述第二驱动输入/输出端的信号复合后产生与所述第二电子开关直接相联的第四驱动信号。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包含第二电阻与第三电子开关，所述第二电子开关通过所述第二电阻与所述第二驱动输入/输出端联接；所述第三电子开关的第一端与所述第三驱动输入/输出端联接，所述第三电子开关的第二端通过所述第二电阻与所述第二驱动输入/输出端联接，所述第三电子开关的第三端接地。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第三驱动输入/输出端通过非门联接至与门的一个输入端，所述第二驱动输入/输出端联接至所述与门的另一个输入端，所述与门的输出端为所述第四驱动信号。
4.根据权利要求1-3任一所述的驱动电路，其特征在于，在所述第一驱动输入/输出端和所述第一电子开关之间、以及所述第四驱动信号和所述第二电子开关之间还设有放大电路。
5.根据权利要求1-3任一所述的驱动电路，其特征在于，所述第一驱动输入端、第二驱动输入端及第三驱动输入端的驱动信号可由脉冲宽度调制控制器、微处理器或数字信号处理器产生。
6.根据权利要求1-3任一所述的驱动电路，其特征在于，所述第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关为场效应管或双极结型晶体管。
7.根据权利要求1-3任一所述的驱动电路，其特征在于，所述第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关为三极管，其中，在所述第一驱动输入/输出端和所述第一电子开关之间还设置有第三电阻，在所述第二驱动输入/输出端和所述第二电子开关之间还设置有第四电阻，在所述第三驱动输入/输出端和所述第三电子开关之间还设置有第五电阻。
【文档编号】H02M3/155GK203434866SQ201320467457
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】向茂溪, 秦梅, 刘文勇, 邴甲晨 申请人:雅达电子国际有限公司