适用于同步整流变换器的控制电路的制作方法

文档序号:15901935发布日期:2018-11-09 21:54
适用于同步整流变换器的控制电路的制作方法

本公开涉及一种控制电路,特别涉及一种可控制同步整流管的控制电路。



背景技术:

随着技术发展,为满足变换器低电压大电流的输出需求,同步整流技术被广泛地运用于变换器中,同步整流技术是以MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)作为同步整流管而取代二极管,因MOSFET导通损耗比二极管小得多,故可借此降低同步整流变换器(下文简称变换器)的损耗并提升效率。

由于MOSFET的双向导电性,于变换器工作于轻载模式时,变换器的同步整流电路中的电感电流时而为正向流动(即流向同步整流电路的输出端),时而为负向流动(即流向同步整流电路的输入端)。当电感电流为负向流动时,将不允许关断同步整流管,否则在同步整流管关断状态下将产生极高的电压尖峰,严重时可能击穿同步整流管,故仅可于电感电流为正向流动时,关断同步整流管,后续利用同步整流管的体二极管进行整流。

为避免出现电感电流为负向流动时关断同步整流管的情况,现有变换器中所采用的一种方案为:仅在变换器工作于重载模式时,利用同步整流管进行整流,而在变换器工作于轻载模式时使用同步整流管的体二极管进行整流。

然而,上述方案,在变换器工作于轻载模式时,同步整流管均处于关断状态,仅利用同步整流管的体二极管进行整流,使得变换器工作于轻载模式时的效率较低,损耗较大。

因此,发展一种可改善现有技术缺陷的同步整流变换器的控制电路,实为目前迫切的需求。



技术实现要素:

本公开的目的在于提供一种适用于同步整流变换器的控制电路,使得变换器工作于轻载模式的部分时间中,仍可利用变换器的同步整流电路中的同步整流管进行同步整流,同时确保仅在同步整流电路中的电感电流为正向流动时,对同步整流管进行禁用控制,解决同步整流变换器出现电感电流负向时关断同步整流管而导致电压应力过高的问题,且控制电路对采样精确度的要求较低,电路结构简单。

为实现上述目的,本公开提供一种控制电路,适用于包含同步整流电路的同步整流变换器,包含:采样电路,电连接于同步整流电路,用以采样同步整流电路的参考电流,并对应产生采样信号;信号产生电路,电连接于采样电路,以接收采样信号,并比较设定值及采样信号,以依据比较结果产生输出信号;以及同步管禁用电路,电连接于信号产生电路,以接收输出信号,且电连接于同步整流变换器的驱动电路,以接收原边脉冲宽度调制信号,并依据输出信号及原边脉冲宽度调制信号产生控制信号,以对同步整流电路的同步整流管进行使能控制或禁用控制,其中当输出信号为禁用电平,且原边脉冲宽度调制信号处于下降沿或下降沿后一延迟时间内时,控制信号对同步整流管进行禁用控制。

在本公开的一种示例性实施例中,采样电路电连接于同步整流电路的输出端,参考电流为同步整流电路的输出电流。

在本公开的一种示例性实施例中,采样电路电连接于同步整流电路的电感的一端,参考电流为同步整流电路的电感电流。

在本公开的一种示例性实施例中,当驱动电路禁用同步整流管时,同步整流电路的电感电流流向同步整流变换器的输出端。

在本公开的一种示例性实施例中,当采样信号大于设定值时,输出信号表现为使能电平,而当该采样信号小于或等于设定值时,输出信号表现为禁用电平。

在本公开的一种示例性实施例中,信号产生电路还包含保护电路,保护电路依据同步整流变换器处于一正常状态或一异常状态而对应输出保护信号,其中,当同步整流变换器处于正常状态时,保护信号表现为使能电平,而当同步整流变换器处于异常状态时,保护信号表现为禁用电平。

在本公开的一种示例性实施例中,当采样信号大于设定值,且保护信号为使能电平时,输出信号为使能电平,而当采样信号小于或等于设定值,或者保护信号为禁用电平时,输出信号为禁用电平。

在本公开的一种示例性实施例中,驱动电路于控制信号为使能电平时,对同步整流管进行使能控制,允许副边脉冲宽度调制信号控制该同步整流管,驱动电路于控制信号为禁用电平时,对同步整流管进行禁用控制,屏蔽副边脉冲宽度调制信号,该同步整流管保持关断。

在本公开的一种示例性实施例中,驱动电路包含:原边驱动电路,电连接于同步整流变换器的原边电路,用以驱动原边电路的开关管;主控电路,电连接于同步管禁用电路及原边驱动电路,以输出原边脉冲宽度调制信号至同步管禁用电路及原边驱动电路;以及副边驱动电路,电连接于主控电路、同步整流电路及同步管禁用电路,以接收控制信号,并依据控制信号对同步整流管进行使能控制或禁用控制。

在本公开的一种示例性实施例中,同步管禁用电路包含边沿触发器。

附图说明

图1为本公开一实施例的控制电路及其所适用的同步整流变换器的电路结构示意图;

图2为图1所示的变换器及控制电路的变化例的电路结构示意图;

图3为图1所示的变换器及控制电路中部分信号的波形图;

图4为图1所示的同步管禁用电路的一实施方式的逻辑电路示意图;以及

图5为图1所示的同步管禁用电路的另一实施方式的逻辑电路示意图。

附图标记说明:

1:同步整流变换器

10:原边电路

11:变压器

12:同步整流电路

2:驱动电路

20:原边驱动电路

21:主控电路

22:副边驱动电路

3:控制电路

31:采样电路

32:信号产生电路

33:同步管禁用电路

331、333:反向器

332:D触发器

334:JK触发器

34:保护电路

Q1、Q2、Q3、Q4:开关管

SR1、SR2:同步整流管

L:电感

t1、t2、t3:时刻

D、J、K:输入端

CLK、CLK’:时钟输入端

Q、Q’:输出端

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化,其皆不脱离本公开的范围,且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本公开。

请参阅图1,其为本公开第一实施例的控制电路及其所适用的同步整流变换器的电路结构示意图。如图1所示,同步整流变换器1(下文简称变换器1)包含原边电路10、变压器11、同步整流电路12、驱动电路2以及控制电路3。原边电路10包含开关管Q1、Q2、Q3、Q4,且开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成全桥电路结构。

变压器11的原边绕组并联连接于原边电路10的输出端,且为带中心抽头的三端输出结构的变压器,但不以此为限,变压器11亦可为两端输入两端输出结构的变压器。同步整流电路12电连接于变压器11的副边绕组,并包含同步整流管SR1、SR2及电感L。同步整流管SR1、SR2可为但不限于由MOSFET所构成。本实施例中同步整流电路为全波整流结构,电感L串联连接于全波整流结构的输出端。然图1所示的变换器1中的各元器件并不以此为限,与其具有相同功能的电路皆属本公开所欲保护的范围。

本实施例中,电感L的电流具有一临界连续值,变换器1工作于重载模式或轻载模式,是以电感L的电流与临界连续值两者间的大小关系作为判断依据,在电感L的电流大于临界连续值时,变换器1工作于重载模式,其中电感L的电流为正向流动(即流向同步整流电路12的输出端),而在电感L的电流小于临界连续值时,变换器1工作于轻载模式,其中电感L的电流时而为正向流动,时而为负向流动(即流向同步整流电路12的输入端)。

驱动电路2包含原边驱动电路20、主控电路21及副边驱动电路22。原边驱动电路20电连接于原边电路10,例如电连接于开关管Q1、Q2、Q3、Q4,并用以驱动原边电路10,例如控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4的导通/截止的切换运行。主控电路21输出在高电平及低电平之间进行切换的脉冲宽度调制信号,使原边驱动电路20及副边驱动电路22依据脉冲宽度调制信号驱动原边电路10及同步整流电路12。主控电路21电连接于原边驱动电路20,以输出原边脉冲宽度调制信号至原边驱动电路20,使原边驱动电路20依据原边脉冲宽度调制信号驱动原边电路10。副边驱动电路22电连接于主控电路21、同步整流电路12及控制电路3,用以与主控电路21相通信,并依据主控电路21提供的副边脉冲宽度调制信号及控制电路3提供的控制信号对应地输出驱动信号驱动同步整流电路12,例如控制同步整流管SR1、SR2的导通/截止的切换运行。

控制电路3电连接于驱动电路2的主控电路21及副边驱动电路22,以及变换器1的同步整流电路12,用以输出控制信号至副边驱动电路22,使副边驱动电路22对应地对同步整流电路12中的同步整流管SR1、SR2进行使能控制或禁用控制。控制电路3包含采样电路31、信号产生电路32及同步管禁用电路33。

当控制信号为使能电平时,副边驱动电路22对同步整流管SR1、SR2进行使能控制,即允许副边驱动电路22输出副边脉冲宽度调制信号,控制同步整流管SR1、SR2的导通/截止的切换运行。当控制信号为禁用电平时,副边驱动电路22对同步整流管SR1、SR2进行禁用控制,即副边驱动电路22屏蔽副边脉冲宽度调制信号,同步整流管SR1、SR2保持关断。

采样电路31电连接于同步整流电路12,用以采样同步整流电路12的一参考电流,并对应产生采样信号。在本实施例中,采样电路31电连接于同步整流电路12的输出端,并采样同步整流电路12的输出电流作为参考电流,但不以此为限。如图2所示,采样电路31电连接于同步整流电路12的电感L的一端,并采样电感电流作为参考电流。

信号产生电路32电连接于采样电路31,以接收采样信号,并比较一设定值及采样信号,并依据比较结果产生输出信号。具体地,当采样信号大于设定值时,信号产生电路32产生为使能电平(例如高电平)的输出信号,当采样信号小于设定值时,信号产生电路32产生为禁用电平(例如低电平)的输出信号。本公开中设定值的设定标准,是以小于电感L中电流的临界连续值为佳,以于变换器1工作于轻载模式的部分时间中,利用同步整流管SR1及/或SR2进行同步整流,进而提升变换器1工作于轻载模式时的效率,但不以此为限。

同步管禁用电路33电连接于信号产生电路32、主控电路21及副边驱动电路22,以接收信号产生电路32输出的输出信号及主控电路21输出的原边脉冲宽度调制信号,并依据输出信号及原边脉冲宽度调制信号产生控制信号,副边驱动电路22依据控制信号对同步整流管SR1、SR2进行使能控制或禁用控制。其中,当输出信号为禁用电平,且原边脉冲宽度调制信号由高电平转换为低电平(换言之,即原边脉冲宽度调制信号处于下降沿)时,同步管禁用电路33产生为禁用电平(例如低电平)的控制信号,副边驱动电路22依据控制信号对同步整流管SR1、SR2进行禁用控制,即副边驱动电路22封锁来自主控电路21的副边脉冲宽度调制信号,并依据控制信号强制关断同步整流管SR1及SR2,此时同步整流电路12利用同步整流管SR1及SR2的体二极管进行整流。反之,当输出信号为使能电平,同步管禁用电路33产生为使能电平(例如高电平)的控制信号,使副边驱动电路22依据控制信号对同步整流管SR1、SR2进行使能控制,即副边驱动电路22不受控制信号影响,依据来自主控电路21的副边脉冲宽度调制信号控制同步整流管SR1及/或SR2正常工作,此时同步整流电路12是利用同步整流管SR1、SR2进行同步整流。

由于在原边脉冲宽度调制信号处于高电平时,驱动电路2的原边驱动电路20控制开关管Q1、Q4或开关管Q2、Q3导通,使变换器1的原边能量持续传递至变换器1的副边,使得电感L的电流持续增加,因此在原边脉冲宽度调制信号处于下降沿时,电感L的电流是处于峰值,故于原边脉冲宽度调制信号处于下降沿时对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制,可确保电感L的电流因处于峰值而为正向流动。于一些实施例中,在确保电感L的电流在同步整流管SR1及SR2进行禁用控制时为正向流动的情况下,同步管禁用电路33可于输出信号为禁用电平时,在原边脉冲宽度调制信号处于下降沿后的一延迟时间内产生为禁用电平的控制信号,使副边驱动电路22依据控制信号对同步整流管SR1、SR2进行禁用控制。

在一些实施例中,例如当变换器1的输出电流的大小等于24A时,电感电流工作于临界连续模式,于此情况下,当变换器1的输出电流大于24A时,变换器1处于重载工作模式,当变换器1的输出电流小于24A时,变换器1处于轻载工作模式。现有方案中,为避免出现电感电流负向时禁用同步整流管的可能,当输出电流减小为24A(不考虑电路延时),便关断同步整流管,并使用体二极管进行整流。而加入了本公开的控制电路3,可合理避免在电感电流负向时禁用同步整流管SR1、SR2的情况,解决同步整流变换器轻载工作时关断同步整流管而导致电压应力过高的问题,当变换器1的输出电流小于24A时依然可使用同步整流管SR1、SR2进行整流,因而提升变换器1工作于轻载模式时的效率。

请参阅图3,并搭配图1,其中图3为图1所示的变换器及控制电路中部分信号的波形图。图3中,上述说明所提及的使能电平是以高电平表示,禁用电平是以低电平表示,但于实际应用中并不以此为限,此外,图中虚线表示在控制信号为低电平的时间,若副边驱动电路22并无对同步整流管SR1、SR2进行禁用控制时,同步整流管SR1、SR2所接收的驱动信号的电平状态,以供对照。如图3所示,当原边脉冲宽度调制信号由低电平转换为高电平(换言之,即原边脉冲宽度调制信号处于上升沿)时,即时刻t1时,电感L的电流处于谷值,而于原边脉冲宽度调制信号由高电平转换为低电平(换言之,即原边脉冲宽度调制信号处于下降沿)时,即时刻t2时,电感L的电流处于峰值,故电感L的电流会因为处于峰值而必定为正向流动。因此,同步管禁用电路33依据所接收的输出信号及原边脉冲宽度调制信号,在输出信号为低电平,且原边脉冲宽度调制信号处于下降沿时,例如时刻t3时,产生为低电平的控制信号,使得副边驱动电路22封锁源自主控电路21的副边脉冲宽度调制信号,并依据为低电平的控制信号而产生对应的禁用信号,以强制关断同步整流管SR1及SR2,实现禁用控制,借此确保对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制时,电感L的电流为正向流动。此外,在控制信号处于高电平的时间内,例如在时刻t3之前的时间内,同步整流电路12是利用同步整流管SR1、SR2进行同步整流,由于同步整流管SR1、SR2的双向导电性,电感L的电流时而为正向流动,时而为负向流动。在控制信号由高电平转换为低电平(换言之,即控制信号处于下降沿)时,例如时刻t3时,副边驱动电路22对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制,故于控制信号处于低电平的时间内,例如在时刻t3之后的时间内,同步整流管SR1及SR2处于关断状态,此时同步整流电路12改为利用同步整流管SR1及SR2的体二极管进行整流,又因体二极管的单向导电性,故电感L的电流仅可为正向流动。

由上可知,本公开的适用于变换器1的控制电路3通过信号产生电路32比较采样信号及设定值,并于采样信号小于设定值时,信号产生电路32产生为禁用电平的输出信号,而由于设定值实际上小于电感L的电流的临界连续值,故本公开的变换器1工作于轻载模式的部分时间中,仍可利用同步整流管SR1及/或SR2进行同步整流,因而提升变换器1工作于轻载模式时的效率。此外,本公开同步管禁用电路33于输出信号为禁用电平,且原边脉冲宽度调制信号处于下降沿时,产生为禁用电平的控制信号,使驱动电路2依据控制信号对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制,而因原边脉冲宽度调制信号处于下降沿时,电感L的电流是处于峰值,故本公开的控制电路3在变换器1工作于轻载模式时,仍可确保仅在电感L的电流为正向流动时,对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制,解决同步整流变换器轻载工作时电感电流负向时禁用同步整流管而导致电压应力过高的问题。本公开的控制电路3无须实时采样电感L的电流,对采样精确度的要求低,且电路结构简单。

请再参阅图1,于一些实施例中,信号产生电路32还包含保护电路34。保护电路34依据变换器1处于正常状态或异常状态而对应输出保护信号。其中,当变换器1处于正常状态时,保护电路34输出为使能电平的保护信号,而当变换器1处于异常状态时,保护电路34输出为禁用电平的保护信号。在此情况下,信号产生电路32是依据设定值与采样信号两者间的比较结果以及保护信号来产生输出信号,其中,于采样信号大于设定值,且保护信号为使能电平时,信号产生电路32产生为使能电平的输出信号,而于采样信号小于或等于设定值,或者保护信号为禁用电平时,信号产生电路32产生为禁用电平的输出信号。因此,控制电路3可于变换器1处于异常状态时,使副边驱动电路22对同步整流管SR1及SR2进行禁用控制,以实现对变换器1的保护,同时避免副边驱动电路22在电感L的电流为负向流动时禁用同步整流管SR1及SR2。

请参阅图4,其为图1所示的同步管禁用电路的一实施方式的逻辑电路示意图。如图4所示,同步管禁用电路33包含反向器331及边沿触发器,于此实施例中,边沿触发器为D触发器332。反向器331的输入端电连接于主控电路21,以接收原边脉冲宽度调制信号,并将原边脉冲宽度调制信号取反。D触发器332包含输入端D、时钟输入端CLK及输出端Q。输入端D电连接于信号产生电路32,以接收信号产生电路32的输出信号。时钟输入端CLK电连接于反向器331的输出端,以接收取反后的原边脉冲宽度调制信号。输出端Q电连接于副边驱动电路22,以于D触发器332进行逻辑运算后,输出控制信号至副边驱动电路22。

请参阅图5,其为图1所示的同步管禁用电路的另一实施方式的逻辑电路示意图。如图5所示,同步管禁用电路33包含反向器333及边沿触发器,于此实施例中,边沿触发器为JK触发器334。反向器333的输入端电连接于信号产生电路32,以接收信号产生电路32的输出信号,并将输出信号取反。JK触发器334包含输入端J、K、时钟输入端CLK’及输出端Q’。输入端J电连接于信号产生电路32,以接收信号产生电路32的输出信号。输入端K电连接于反向器333的输出端,以接收取反后的输出信号。时钟输入端CLK’电连接于主控电路21,以接收原边脉冲宽度调制信号。输出端Q’电连接于副边驱动电路22,以于JK触发器334进行逻辑运算后,输出控制信号至副边驱动电路22。

图4及图5示出采用边沿触发器(如D触发器或JK触发器)实现同步管禁用电路中的逻辑电路,但本公开不以此为限,例如还可以采用数字控制方式实现同步管禁用电路中的逻辑运算。

综上所述,本公开的适用于同步整流变换器的控制电路通过信号产生电路比较采样信号及设定值,并于采样信号小于设定值时,信号产生电路产生为禁用电平的输出信号,而由于设定值实际上小于电感L的电流的临界连续值,故本公开的变换器工作于轻载模式的部分时间中,仍可利用同步整流管进行同步整流,从而提升变换器工作于轻载模式时的效率。再者,本公开的信号产生电路可包含保护电路,并依据设定值与采样信号两者间的比较结果以及保护信号来产生输出信号,因此,可于变换器处于异常状态时,使驱动电路对同步整流管进行禁用控制,以实现对变换器的保护,同时避免驱动电路在电感电流为负向流动时对同步整流管进行禁用控制。更甚者,本公开的同步管禁用电路于输出信号为禁用电平,且原边脉冲宽度调制信号处于下降沿或下降沿后一延迟时间内时,产生为禁用电平的控制信号,使驱动电路依据控制信号对同步整流管进行禁用控制,故本公开的控制电路在变换器工作于轻载模式时,仍可确保仅在电感电流为正向流动时,对同步整流管进行禁用控制,解决同步整流变换器轻载工作时电感电流负向时关断同步整流管而导致电压应力过高的问题。无须实时采样电感电流,对采样精确度的要求低,且电路结构简单。

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