一种适用于大功率同步整流器的控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种适用于大功率同步整流器的控制电路，属于dc-dc电路内部供电技术领域。

背景技术：

随着互联网技术、通信技术和微电子技术的快速发展以及各行各业对芯片和数字信号处理器的需求不断增加，电源管理类芯片变得越来越重要。应用中对电源类管理芯片各项指标参数的要求也越来越高，比如减小芯片内部的功耗、提高芯片的效率、实现芯片的智能化、可靠性和高集成度等，要实现这些特性，对于同步整流器而言，使用传统二极管进行整流的技术已经难以达到要求，传统的整流管导通压降高，产生的功耗高，电源转换效率低。但是如果采用同步整流技术，不仅可以使整流效率大大提高，并且还能解决传统变换器不能解决的诸如功耗、效率、智能化、可靠性以及高集成度等问题。同步整流技术的本质是摒弃传统二极管，采用低导通电阻的功率mosfet作为整流管进行整流，导通损耗低，电源转换效率高，因此，同步整流技术有利于提高整机系统的转换效率。同步整流通常简称ac/dc，其实质是利用电力电子器件将交流电变换为直流电的装置，因此也称其为ac/dc电力变换装置。控制电路是大功率同步整流器的核心，它对电路的信号处理性能有着很大的影响。

大功率同步整流器中控制电路通过分压网络感应输出的变化，然后调整pwm信号的占空比来控制功率开关管的导通与截止，从而使输出稳定，控制电路主要由误差放大电路、高压降压稳压电路、pwm电压比较器、带隙基准电路、锯齿波发生电路、逻辑控制驱动电路以及保护电路组成，见图1。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种适用于大功率同步整流器的控制电路，以解决现有技术的大功率整流器转换效率低、可靠性低、功耗比较大等技术问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种适用于大功率同步整流器的控制电路，包括误差放大电路、高压降压稳压电路、pwm电压比较器、带隙基准电路、锯齿波发生电路、逻辑控制驱动电路、过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路，误差放大器的同相输入端接反馈电压fk，带隙基准电路产生的基准电压vref接入误差放大器的反相输入端，误差放大器产生的误差电压接入pwm电压比较器的反相输入端，锯齿波发生电路产生的锯齿波信号端接入pwm电压比较器的同相输入端，pwm电压比较器产生的pwm信号接入rs触发器的r端，锯齿波发生电路产生的脉冲信号端接入rs触发器的s端，过流保护电路（oc）的同相输入端和反相输入端分别接入采样电压sense和基准电压vref2，其输出端接入三与门中一输入端，过温保护电路（ot）的同相输入端和反相输入端分别接入与温度成正比的电压vptat和基准电压vref3，其输出端接入三与门中一输入端，过压保护电路（ov）的同相输入端和反相输入端分别接入功率开关管漏极电压vin和基准电压vref1，其输出端接入三与门中一输入端，高压降压稳压电路的电压输出端连接到误差放大器、pwm电压比较器、带隙基准电路、锯齿波发生电路、逻辑控制驱动电路和过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路的电源端，pwm电压比较器、锯齿波发生电路、过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路的输出端连接到逻辑控制驱动电路，逻辑控制驱动电路的输出端为out。

优选的，上述误差放大电路包括差分输入级电路、共源放大电路、偏置电路以及rc弥勒补偿电路，输出端连接到共源放大电路，共源放大电路输出端连接到偏置电路和rc弥勒补偿电路。

优选的，上述高压降压稳压电路包括整流桥、高压充电模块、带隙基准模块和线性稳压模块，整流桥采用桥式整流，由四个ldmos管构成的桥式整流电路，输出端连接到高压充电模块，高压充电模块连接到带隙基准模块，带隙基准模块连接到线性稳压模块。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型通过将输出反馈到控制电路调节输出电压，使输出电压随负载电流、输入电压、温度和时间的变化减小，提高了电源转换效率、电源能量有效利用率；解决了现有技术的大功率整流器转换效率低、可靠性低、功耗比较大等技术问题。

附图说明

图1本发明结构示意图；

图2为误差放大器结构示意图；

图3为高压降压稳压结构示意图；

图4为带隙基准结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。

实施例：如图1-图4所示，一种适用于大功率同步整流器的控制电路，包括误差放大电路、高压降压稳压电路、pwm电压比较器、带隙基准电路、锯齿波发生电路、逻辑控制驱动电路、过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路，误差放大器的同相输入端接反馈电压fk，带隙基准电路产生的基准电压vref接入误差放大器的反相输入端，误差放大器产生的误差电压接入pwm电压比较器的反相输入端，锯齿波发生电路产生的锯齿波信号端接入pwm电压比较器的同相输入端，pwm电压比较器产生的pwm信号接入rs触发器的r端，锯齿波发生电路产生的脉冲信号端接入rs触发器的s端，pwm信号通过逻辑控制驱动电路后控制功率开关管，过流保护电路（oc）的同相输入端和反相输入端分别接入采样电压sense和基准电压vref2，其输出端接入三与门中一输入端，过温保护电路（ot）的同相输入端和反相输入端分别接入与温度成正比的电压vptat和基准电压vref3，其输出端接入三与门中一输入端，过压保护电路（ov）的同相输入端和反相输入端分别接入功率开关管漏极电压vin和基准电压vref1，其输出端接入三与门中一输入端，高压降压稳压电路的电压输出端连接到误差放大器、pwm电压比较器、带隙基准电路、锯齿波发生电路、逻辑控制驱动电路和过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路的电源端，pwm电压比较器、锯齿波发生电路、过流保护电路、过温保护电路以及过压保护电路的输出端连接到逻辑控制驱动电路，逻辑控制驱动电路的输出端为out。

其中，如图2所示，误差放大电路包括差分输入级电路、共源放大电路、偏置电路以及rc弥勒补偿电路，输出端连接到共源放大电路，共源放大电路输出端连接到偏置电路和rc弥勒补偿电路，该误差放大电路（误差放大器）是一个二级运放，第一部分是差分输入级电路，采用差分输入可以有效地抑制共模信号，降低电路的输入失调电压，还起到温度补偿的作用，稳定静态工作点；第二部分采用共源放大电路作为增益级，可以提高运放的增益；第三部分偏置电路主要是提供静态偏置以及作为有源负载；第四部分相位补偿电路则是进行相位补偿，提高运放的频率特性，图2中，差分输入级电路采用差分输入结构，由m1、m2组成，m3、m4构成镜像电流源，作为差分输入的有源负载，m5为m1、m2提供偏置电流，并作为差分输入的有源负载，其中vf为同步整流器的输出反馈电压，vref为带隙基准电压，输出ve为误差电压。输出级为共源放大电路，由m6、m7组成，m6为放大管，m7为m6提供偏置，并作为m6的有源负载，相位补偿电路由r、c组成，构成rc弥勒补偿，偏置电路由m8、m9、m10、m11、m12、m13以及rb组成，偏置电流为ib。

其中，如图3所示，高压降压稳压电路包括整流桥、高压充电模块、带隙基准模块和线性稳压模块，其作用为芯片的低压模块提供工作电源，整流桥采用桥式整流，由四个ldmos管构成的桥式整流电路，输出端连接到高压充电模块，高压充电模块连接到带隙基准模块，带隙基准模块连接到线性稳压模块，高压充电模块由rc充电电路组成，电容两端的电压值作为带隙基准工作时所需的电压以及作为迟滞检测电路工作时所需的电压，此带隙基准由启动电路、电流源电路、温度补偿电路以及高增益二级运放组成，线性稳压模块由基准电路、运放、电阻以及调整管组成，其作用是将输出端的反馈电压与基准电压进行比较，使输出电源稳定。

pwm电压比较器直接将上述的误差放大器加一级反相器来实现，即输入级放大电路为pmos差分输入对，其中反相输入端为经误差放大器放大后误差电压，同相输入端为振荡电路产生的锯齿波信号，电流源作为有源负载，为第一级提供恒定偏置电流。输出级为共源放大电路，电流源为其提供所需偏置电流且作为输出级的有源负载。相位补偿电路由r、c组成，构成rc弥勒补偿，输出级为共源放大电路和一个反相器组成，pwm电压比较器的作用是将误差电压与锯齿波信号进行比较产生pwm信号，利用其占空比来控制功率开关管的导通和关断。

如图4所示，带隙基准电路产生稳定的基准电压，并且要求产生的基准电压对温度和电源电压不敏感，带隙基准电路由四部分组成，分别是启动电路、与温度成正比的电流源电路、与温度成反比的温度补偿电路以及高增益二级运放，启动电路主要是因为带隙基准电路存在简并点，为了避免出现简并点的情况，在电路中加入启动电路；与温度成正比的电流源产生一个与温度成正比的电压，通过电阻转换成与温度成正比的电流；温度补偿电路利用发射结电压的负温度特性与温度成正比的电流源电路产生的正温度特性进行补偿，最后得到一个与温度无关的基准电压，图中，启动电路由mp0、mn0和mn1构成，主要是因为带隙基准电路存在简并点，为了避免出现简并点的情况，在电路中加入启动电路，其工作原理是当电路刚上电时，电源电压经过mp0使mp0导通，mp0导通使得mn1的栅极电位被拉高，mn1导通，启动mp1、mp2构成的电流源，使电流源进入工作状态，启动带隙基准电路正常工作，当带隙基准电路进入正常工作状态以后，拉高mn0的栅极电位，使mn0导通，mn0的导通使得mn1的栅极电位降低，mn1截止，这样启动电路与带隙基准电路被隔断，实现了启动隔离的功能；与温度成正比的电流源电路由mp1、mp2、r0、q0和q1组成，高增益二级运放使得a点和b点的电位相同，产生一个与温度成正比的电压，通过r0转换成与温度成正比的电流；温度补偿电路由r1和q2组成，将q2接成二极管形式，利用发射结电压的负温度特性与温度成正比的电流源电路产生的正温度特性进行补偿，最后得到一个与温度无关的基准电压。

锯齿波发生电路用来产生锯齿波信号和时钟信号，锯齿波发生电路由四部分组成，分别是电压比较器、充放电电路、反相器、与非门以及电流产生电路。充放电电路主要是利用反相器输出的高低电平对电容进行充放电来实现其功能的，电流产生电路主要是为电压比较器提供工作所需要的静态电流，电压比较器是将电容充放电产生的锯齿波信号与基准电压进行比较产生脉冲信号，此处用的电压比较器采用上述的pwm电压放大器，输出接一个反相器，反相器和与非门主要是实现电平的逻辑转换和增强对下级mos管的栅极驱动。

逻辑控制驱动电路一方面可以降低变压器带来的电磁干扰，另一方面提高驱动能力，并且当出现过流、过压或是过热时，逻辑控制电路可以通过电平来控制功率开关管关断，逻辑控制驱动电路如图1虚线框所示，由一个三输入与门、一个二输入与门、一个rs触发器和五个非门组成，其中三输入与门的三个输入分别接过流保护电路的输出（oc）、过压保护电路的输出（ov）以及过热保护电路的输出（ot），三输入与门的输出接入二输入与门其中一个输入端，二输入与门的另一个输入端接rs触发器的输出端q，rs触发器的输入分别接由pwm电压比较器产生的pwm信号和由振荡电路产生的脉冲信号，四个反相器的作用是增加驱动能力，最后驱动ldmos开关管。

过压、过流、过温的保护电路则是当芯片出现过压、过流以及过温时，对芯片进行保护。没有发生过压时，输出ov为低电平，通过逻辑控制电路输出为高电平，功率开关管正常工作；当输入电压上升到大于过压保护设定值时，输出ov为高电平，通过逻辑控制电路输出为低电平，功率管功率开关管截止，芯片停止工作，当电压下降到所设定的保护值时，电压比较器的输出为低电平，通过逻辑控制电路输出为高电平，功率开关管恢复正常工作。没有发生过流时，电压sense小于基准电压，输出oc为高电平，通过逻辑控制电路之后，功率开关管正常工作；当电压sense大于基准电压时，此时输出为低电平，通过逻辑控制电路后，使得功率开关管一直处于截止状态，起到保护作用。对于过温保护电路，如图1中所标的vptat，vptat与基准电压vref进行比较，电压比较器的输出信号ot控制功率开关管的导通与截止。当芯片的温度在芯片正常工作的温度范围内时，此时vptat<vref，比较器输出ot为高电平，通过逻辑控制电路后，功率开关管正常工作，过温保护电路不发生作用；当芯片的温度超过正常工作时所设定的温度范围时，vptat>vref，电压比较器输出ot为低电平，通过逻辑控制电路后，功率开关管截止，过温保护电路发生过温保护作用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。