同步整流控制方法、控制装置及开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种开关电源，特别涉及开关电源的同步整流控制方法、控制装置及 基于该控制装置的开关电源，以适用输入电压高、电源体积小、空载或轻载功耗小的开关电 源应用领域。
【背景技术】
[0002] 随着半导体器件及超大规模集成电路的快速发展，对大电流、低电压，低成本隔离 开关电源的需求也随之大幅增加。正向压降只有〇. 3V-0. 7V的肖特基二极管整流，大导通 损耗成为开关电源小型化的瓶颈。为了提高低电压、大电流开关电源的效率，输出整流都 采用了同步整流技术，现有技术中，普遍都是采用了三种驱动方式，变压器绕组电压自驱动 型、隔离驱动型和电流驱动型
[0003] 如图1所示的电路为变压器绕组自驱动型，变压器绕组自驱动型由于驱动电压是 来自变压器的辅助绕组，电路简单、空间小，成本低，所以在高功率密度的模块电源应用中， 绕组自驱动型被广泛的应用。但是绕组自驱动型电路由于在输出负载为空负载或轻负载 的情况下，其波形如图2所示，输出电流可以过零，也就是在每个开关周期是会出现反向电 流。这样就会造成开关电源的空载损耗加大或轻载效率降低。
[0004] 其空载损耗变大原理为：在反激或反激类功率拓扑应用，空载或轻载情况下，变压 器B值摆幅由第一象限变化到第一和第三象限，AB变大导致变压的磁芯损耗变大。由于 有同步整流管出现了反向电流，所以增加了同步整流的关断损耗。
[0005] 同理在正激或正激类的功率拓扑应用中，由于正激类的功率拓变压本来就是工作 在第一和第三象限，但是其输出储能电感B值本应是只工作在第一象限的，在同步整流开 关出现负向电流的时候，也同样让输出电感的B值工作到了第一和第三象限，同样增加储 能电感的磁芯损耗和同步整流管的关断损耗。
[0006] 因此空载损耗大和轻载效率低是绕组自驱动同步整流最大的缺点；
[0007] 而采用图3所示的同步整流电路为隔离驱动型同步整流电路，其原理为采用隔离 驱动变压器，从变换器的原边传输控制信号到副边，用来驱动变换器副边的同步整流整流， 这种驱动电路可以克服变压器绕组自驱型的空载损耗大的缺点，但是带来的新问题是由于 需要增加隔离驱动变压器及相关电路，隔离变压器由于体积比较大，成本较高，在高功率密 度的模块电源中很难应用。
[0008] 而采用图4所示的同步整流驱动电路为电流驱动型同步整流，其原理主要为在开 关电源的副边回路里串联采样电阻或电流互感器，采集开关电源的副边电流信号，经过电 压和功率放大后，用来驱动同步整流管，在空载或轻载时如果有出现电流过零的情况，由于 驱动波形的电压方向就会发生变化，经过电路整理后形成有正向电流的时候有驱动波形， 电流波形到零的时候，驱动电压波形也降到零，同步整流驱动就会被关断。这样就没有给输 出电流过零创造条件，所以电流驱动型的同步整流电路不会出现开关电源副边电流过零， 也就是不会出现同步整流绕组自驱动空载功耗变大和轻载效率变低的问题。电流驱动型同 步整流根据电流采样的方法、放大的方法、控制的方法有非常多的电路形式和专利。电流 型同步整流虽然克服了空载损耗大，轻载效率低的问题，但是同样不适用于高功率密度的 模块电源，因为电流驱动型同步整流采用的互感器和电阻都是串联在开关电源副边的主功 率回路上的，高功率密度电源的输出电流一般都是很大，在满载时会造成很大的损耗，降低 了高功率模块电源的满载效率。如一个3. 3V输出100W的电源在满载工作时，输出电流到 30A，如果采用电阻到5mQ会带来近5W左右的损耗，效率下降超过4%。所以采用这种驱动 方案在轻载效率提升的时候降低了满载效率，得不偿失。而采用电阻或电流互感器的造成 的体积变大也是高功率密度电源所不能接受的。
[0009] 综上所述的三种同步整流驱动电路的优点和缺点如表一所示。
[0010] 表一
[0011]
[0012] 高功率密度模块电源的理想同步整流为：空载或轻载功耗小、体积/成本小、满载 效率高。
【发明内容】
[0013] 本发明的一个目的是，提供一种能实现空载或轻载功耗小、体积/成本小、满载效 率高的同步整流控制方法。
[0014]与此相应，本发明的另一个目的是，提供一种能实现空载或轻载功耗小、体积/成 本小、满载效率高的同步整流控制装置。
[0015] 本发明的再一个目的是，提供一种能实现空载或轻载功耗小、体积/成本小、满载 效率尚的开关电源。
[0016] 就方法而言，本发明提供一种同步整流控制方法，用于对开关电源的同步整流M0S 管进行同步整流控制，该方法在绕组自驱动同步整流电路的控制基础上，增加轻载控制步 骤，所述轻载控制步骤，包括供电步骤，产生随输出负载变化的感应电量Vcc，并将感应电量 Vcc提供给驱动控制电路；驱动控制步骤，接收感应电量Vcc，并根据感应电量的高低情况， 向绕组自驱动同步整流电路输出控制信号，当辅助电源电路的感应电量低时，关闭该绕组 自驱动同步整流电路，以使同步整流M0S管工作在体二极管整流状态；当辅助电源电路的 感应电量高时，不干涉该绕组自驱动同步整流电路的工作，以实现空载或轻载功耗小的目 的。
[0017] 优选的，所述供电步骤的感应电量，是增大交叉调整率的电量。
[0018] 就产品而言，本发明提供一种同步整流控制装置，用于对开关电源的同步整流M0S 管进行同步整流控制，包括绕组自驱动同步整流电路和轻载控制电路，该轻载控制电路包 括辅助电源电路和驱动控制电路，所述辅助电源电路的输出连接到驱动控制电路，用以产 生随输出负载变化的感应电量Vcc，并将感应电量Vcc提供给驱动控制电路；所述驱动控制 电路的输出连接到绕组自驱动同步整流电路的输入，用以接收感应电量Vcc，并根据感应电 量的高低情况，向绕组自驱动同步整流电路输出控制信号，以在辅助电源电路的感应电量 低时，关闭该绕组自驱动同步整流电路，以使同步整流MOS管工作在体二极管整流状态；在 辅助电源电路的感应电量高时，不干涉该绕组自驱动同步整流电路的工作，以实现空载或 轻载功耗小的目的。
[0019] 优选的，所述驱动控制电路，包括电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、 稳压二极管ZD1、运放U41、三极管Q41和二极管D41，该电阻R41的一端、电阻R43的一端 及运放U41供电引脚连接到辅助电源电路的输出VCC端，电阻R41的另一端分别连接到电 阻R42的一端及运放U41的正输入引脚，电阻R42的另一端、稳压二极管的阳极、运放U41 的参考点脚、电阻R45的一端及三极管Q41的发射极连接到电路参考点；电阻R43的另一端 连接到稳压二极管ZD1的阴极，并连接到运放U41的负输入引脚；运放U41的输出引脚连接 到电阻R44的一端，电阻R44的另一端、电阻R45的另一端与三极管Q41的基极连接；三极 管Q41的集电极与二极管D41的阴极连接；二极管D41的阳极引出作为轻载控制电路的输 出端，用以连接到所述绕组自驱动同步整流电路的输入。
[0020] 优选的，所述驱动控制电路，包括电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、 误差放大ICU41、三极管Q41和二极管D41，该电阻R41的一端连接到辅助电源电路3的输 出VCC端；电阻R41的另一端连接到电阻R42的一端并连接到误差放大IC