用于正激变换器的同步整流控制设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于正激变换器的同步整流控制设备，其特征在于，包括：接收器，其接收设置于所述正激变换器的功率变压器原边的第一开关元件的驱动反馈信号；同步器，与所述接收器相连接，其接收所述驱动反馈信号进而接通或关闭设置于功率变压器副边的第二开关元件和第三开关元件；逆流保护器，与所述同步器相连接，其监测流过所述第三开关元件的电流的方向，并在电流的方向发生变化时关闭所述第三开关元件；反馈保护器，与所述接收器及所述同步器相连接，其监测所述驱动反馈信号，并在驱动反馈信号出现异常时关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。该同步整流控制设备能够有效地降低了正激变换器的功耗，同时减少副边电路的故障。
【专利说明】
用于正激变换器的同步整流控制设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种用于正激变换器的同步整流控制设备。
【背景技术】
[0002]正激变换器的功率损耗主要由三部分组成，高频变压器的损耗、输出端整流管的损耗以及功率开关元件的损耗。在需要输出低电压大电流的中小功率开关电源中，输出端整流管的功率损耗最为突出。为提高正激变换器的整体效率，现有技术中多采用具有超低导通电阻的MOSFET进行同步整流。
[0003]图1为现有技术中所采用的同步整流电路的原理示意图。其主要结构包括功率变压器Tl，原边功率开关元件Vi，副边同步开关元件V2和V3，储能滤波电感L。以及电容C。。同步整流的工作过程为，在原边功率开关元件％接通期间，输入电压U1在功率变压器1^的次级绕组上产生感应电动势，此时副边同步开关元件V2接通，V3关闭，经由储能滤波电感L。以及电容C。以m2回路向负载提供稳定的直流输出电压U。，同时电能会在电感L。以及电容C。中储存。在原边功率开关元件％关闭后，为了维持功率变压器1^副边回路中的电流不变，将副边同步开关元件V3接通，V2关闭，经由储能滤波电感L。以及电容C。以及V3回路继续向负载提供直流输出电压U。。
[0004]上述同步整流电路在驱动轻负载时存在如下问题，当负载电流降低时，电感电流要保持连续就会在储能滤波电感L。中出现反向电流，而副边采用的同步开关元件V2和V3均为可双向导通的器件，上述反向电流将依次流过开关元件V3的漏极和源极，进而消耗能量影响正激变换器的效率。实际应用表明，正激变换器在轻负载时的效率会显著降低20%?30%，对于低压低功耗的轻负载应用来说已经非常可观。
[0005]综上，亟需对现有正激变换器的同步整流方式进行改进以消除反向电流所引起的功耗损失。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题之一是需要对现有正激变换器的同步整流方式进行改进以消除反向电流所引起的功耗损失。
[0007]为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种用于正激变换器的同步整流控制设备，包括:接收器，其接收设置于所述正激变换器的功率变压器原边的第一开关元件的驱动反馈信号；同步器，与所述接收器相连接，其接收所述驱动反馈信号进而接通或关闭设置于功率变压器副边的第二开关元件和第三开关元件;逆流保护器，与所述同步器相连接，其监测流过所述第三开关元件的电流的方向，并在电流的方向发生变化时关闭所述第三开关元件;反馈保护器，与所述接收器及所述同步器相连接，其监测所述驱动反馈信号，并在驱动反馈信号出现异常时关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。
[0008]优选地，同步器包括:第一同步驱动部件，当所述第一开关元件接通时，接通所述第二开关元件，当所述第一开关元件关闭时，关闭所述第二开关元件;第二同步驱动部件，当所述第一开关元件接通时，关闭所述第三开关元件，当所述第一开关元件关闭时，接通所述第三开关元件。
[0009]优选地，逆流保护器包括:电压采样部件，实时检测所述第三开关元件源极和漏极的电压；比较部件，判断所述第三开关元件漏极与源极电压之间的差值是否大于预设值;第一异步驱动部件，当所述第三开关元件漏极与源极电压之间的差值大于预设值时，关闭所述第三开关元件。
[0010]优选地，逆流保护器包括:电流采样部件，实时检测流过所述第三开关元件所在支路的电流;比较部件，判断支路中的电流是否为从所述第三开关元件的漏极流向源极;第一异步驱动部件，当所述第三开关元件中的电流为从漏极流向源极时，关闭所述第三开关元件。
[0011]优选地，电流采样部件设置为电流互感器，所述电流互感器串联接入所述第三开关元件所在支路的漏极端。
[0012]优选地，反馈保护器包括:定时部件，根据所述驱动反馈信号的序列判断驱动反馈信号是否发生异常;复位部件，当所述驱动反馈信号未发生异常时，在预设计数值后复位所述定时部件;第二异步驱动部件，当所述驱动反馈信号发生异常时，根据所述定时部件的溢出信号关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。
[0013]优选地，定时部件设置为两路阈值比较器交替工作，分别检测与所述第一开关元件的接通和关闭所对应的驱动反馈信号是否发生异常。
[0014]优选地，定时部件在溢出后继续根据所述驱动反馈信号的序列判断所述驱动反馈信号是否恢复，所述复位部件在所述驱动反馈信号恢复后再次复位所述定时部件。
[0015]优选地，还包括低压保护部件，当所述同步整流控制设备的供电电压低于预设值时关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。
[0016]优选地，低压保护部件内部设置有两路电压比较器来检测驱动反馈信号的电压幅值。
[0017]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果:
[0018]该同步整流控制设备能够在流过功率开关元件的电流反向时及时关闭相关元件，有效地降低了正激变换器的功耗，同时提供完备的保护措施减少非同步、低电压等所引起的副边电路的故障。
[0019]本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0020]附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
[0021]图1为现有技术中所采用的同步整流电路的原理示意图；
[0022]图2为本申请实施例的同步整流控制设备的结构示意图；
[0023]图3(a)_(b)为本申请实施例的同步整流控制设备的逆流保护器的结构示意图；
[0024]图4为本申请实施例的同步整流控制设备的反馈保护器的结构示意图；
[0025]图5为本申请实施例的同步整流控制设备的供电电源示意图。
【具体实施方式】
[0026]以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
[0027]图2为本申请实施例的用于正激变换器的同步整流控制设备的结构示意图，该同步整流控制设备包括接收器21、同步器22、逆流保护器23以及反馈保护器24。
[0028]接收器21，接收来自于正激变换器的功率变压器1^原边的第一开关元件V1的驱动信号的同步反馈。如图2所示，该驱动反馈信号可以采用脉冲变压器!^进行采样。具体的，取第一开关元件％的驱动信号或反相的驱动信号生成脉冲信号，该脉冲信号通过脉冲变压器T2同步传输到功率变压器!^的副边。进一步的在本实施例中，在脉冲变压器1~2的原边设置有电容C2，在副边设置有电阻R2,通过调节(:2和1?2可以得到最佳的同步脉冲的幅度和宽度。当增大电容(:2的值时，可以产生更高、更宽的同步脉冲。当同步脉冲的幅度大于±5V时，有助于加速后续电路的响应速度以及减少传输延迟。同步脉冲宽度最好大于75ns，这样可以使脉冲变压器!^复位期间的过冲尖峰减至最小。电阻R2的阻值设置为470 Ω，有利于降低过冲尖峰总量。
[0029]同步器22，与接收器21相连接，根据驱动反馈信号分别接通或关闭副边的第二开关元件％和第三开关元件V3。进一步的，同步器22由分别用于驱动第二开关元件％和第三开关元件V3的第一同步驱动部件和第二同步驱动部件组成。当第一开关元件V1接通时，假设接收器21接收到正的脉冲信号，根据该正脉冲信号，第一同步驱动部件接通第二开关元件V2，同时，第二同步驱动部件关闭第三开关元件V3，副边绕组的感应电动势将经由储能滤波电感L。以及电容C。以及第二开关元件％回路向负载提供稳定的直流输出电压U。。当第一开关元件V1关闭时，假设接收器21接收到负的脉冲信号，根据该负脉冲信号，第一同步驱动部件关闭第二开关元件V2，第二同步驱动部件接通第三开关元件V3，将副边储能元件储存的能量经由储能滤波电感L。以及电容C。以及第三开关元件V3回路继续向负载提供直流输出电压
Uoo
[0030]逆流保护器23，与同步器22相连接，监测流过副边第三开关元件V3的电流的方向，并在该电流方向发生变化时关闭第三开关元件V3。为解决同步整流电路在驱动轻负载时在第三开关元件V3处产生的源漏极电流逆流的问题，在本申请的实施例中设置逆流保护器23，该逆流保护器23进一步包括采样部件231、比较部件232以及第一异步驱动部件233。
[0031]采样部件231用于实时检测第三开关元件V3的电压、电流等参数。根据所采用的检测方式的不同，可以为电压采样部件231a与电流采样部件231b，分别如图3(a)与图3(b)所示。具体的，电压采样部件231a可以实时检测第三开关元件V3的源极和漏极的电压。在第三开关元件V3的续流工作周期内，流过V3的电流为从源极到漏极的方向，此时第三开关元件V3的源极电压将高于其漏极的电压。而当流过V3的电流逆向后，第三开关元件V3的漏极电压将高于其源极的电压。根据第三开关元件V3的源极和漏极的电压的差值可以判断流过V3的电流的流向。
[0032]需要注意的是，电压采样部件231a根据同步器22的驱动时序，在第三开关元件V3接通后的至少250ns后将电压传感元件接入待检测的第三开关元件V3的源极和漏极，这样可以避免在接通V3后立即接入电压传感元件引起电路振荡。
[0033]电流采样部件231b可以实时检测流过第三开关元件V3所在支路的电流的方向，一般设置为一个电流互感器，将电流互感器串联接入第三开关元件V3所在支路的漏极端，当电流方向发生改变时，该电流采样部件231b向比较部件232发出一个脉冲信号。
[0034]比较部件232接收采样部件231的检测信号，当检测信号为来自电压采样部件231a的电压值时，比较部件232比较漏极电压与源极电压的差值与预设值之间的关系。当检测信号为来自电流采样部件231b的脉冲信号时，比较部件232根据脉冲信号的极性判断支路中的电流是否为从第三开关元件V3的漏极流向其源极。
[0035]第一异步驱动部件233根据比较部件232的判断结果对第三开关元件V3进行驱动。当判断第三开关元件V3的漏极与源极电压之间的差值大于预设值时，或判断流过第三开关元件V3的电流为从其漏极流向源极时，发送驱动信号强制关闭第三开关元件V3。第一异步驱动部件233仅在第三开关元件V3接通的当前周期内异步、提前关闭第三开关元件，并不会限制其一直处于关闭的状态，第三开关元件可以在下个工作周期由第二同步驱动部件接通和关闭。
[0036]反馈保护器24，与接收器21以及同步器22相连接，反馈保护器24监测驱动反馈信号，并在驱动反馈信号出现异常时关闭第二开关元件％和第三开关元件V3。反馈保护器24主要用于原边驱动电路或副边驱动电路处于突发模式工作期间的电路保护。反馈保护器24进一步包括定时部件241、复位部件242以及第二异步驱动部件243，如图4所示。
[0037]当驱动反馈信号丢失时，反馈保护器24将关闭第二开关元件％和第三开关元件V3以保护副边电路。具体的，定时部件241每接收一个确定极性的脉冲时(正脉冲或负脉冲)，其内部会产生一个复位脉冲信号，复位部件242根据该复位脉冲信号使定时部件241内部的定时器复位。当驱动反馈信号丢失时，定时部件241将无法产生复位脉冲信号，其内部定时器将持续计数直至溢出，此时定时部件241产生一个溢出信号，第二异步驱动部件243根据该溢出信号关闭第二开关元件％和第三开关元件V3。
[0038]在定时部件241确定驱动反馈信号未发生丢失，且其产生复位脉冲信号之前，会先对驱动反馈信号的有效性进行判断，当驱动反馈信号错误时，反馈保护器24也将关闭第二开关元件％和第三开关元件V3以保护副边电路。具体的，定时部件241在接收到一个正极性的脉冲信号之后，如果再接收到一个负极性的脉冲信号，说明脉冲的逻辑与原边的驱动时序相符合，此时其内部将产生一个复位脉冲信号，复位部件242根据该复位脉冲信号使定时部件241内部的定时器复位。如果定时部件241在接收到一个正极性的脉冲信号之后再接收到一个正极性的脉冲信号，则说明脉冲的逻辑与原边的驱动时序不符合，则定时部件241将无法产生复位脉冲信号，定时器将持续计数直至溢出，定时部件241产生一个溢出信号，第二异步驱动部件243根据该溢出信号关闭第二开关元件％和第三开关元件V3。
[0039]需要注意的是，定时部件241会循环对驱动反馈信号序列进行检查，在反馈信号的丢失或错误被排除后，其内部的定时器将根据复位部件242发出的复位脉冲信号进行复位，并进入正常工作状态。即反馈保护器24可以在非停机状态保护副边电路。
[0040]如图2所示，本申请实施例的同步整流控制设备还包括一个低压保护器25，该低压保护器25提供包括对同步整流控制设备的外加供电电源，或利用正激变换器的功率变压器T1的副边的感应电压对副边同步整流控制设备进行供电的电压，以及驱动反馈信号的电压幅值的全面的低压保护。
[0041]当同步整流控制设备的外加供电电源低于4.1V时，低压保护器25强制关闭第二开关元件％与第三开关元件V3，以保护副边电路。
[0042]可以利用正激变换器的功率变压器T1的副边的感应电压对同步整流控制设备进行供电，其供电电路如图5所示。由于正激变换器的副边电路不具备电源，因此必须等到变压器的原边开始工作后，该供电电路才会开始向同步整流控制设备提供电源。如图5所示，肖特基二极管VSdPVS2分别用于设置输出电压与三极管VB1的基极电压，三极管基极串联电阻Rb，其取值范围为200?300 Ω，可以有效抑制三极管的高频振荡。该供电电路能在原边驱动的首次几个驱动脉冲之中，就能够向同步整流控制设备提供功率，可阻止开关元件过热，保护副边电路。
[0043]低压保护器25通过在内部设置两路电压比较器来检测驱动反馈信号的电压幅值。当原边驱动电路上电时或其电源发生中断时，有可能导致驱动反馈信号低于正常幅值，此时电压比较器将异步强制中断副边的驱动以保护电路。
[0044]本申请实施例的同步整流控制设备可采用集成电路来实现，例如LTC3900。该同步整流控制设备能够在流过功率开关元件的电流反向时及时关闭相关元件，有效地降低了正激变换器的功耗，同时提供完备的保护措施减少非同步、低电压等所引起的副边电路的故障。
[0045]虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种用于正激变换器的同步整流控制设备，其特征在于，包括: 接收器，其接收设置于所述正激变换器的功率变压器原边的第一开关元件的驱动反馈信号； 同步器，与所述接收器相连接，其接收所述驱动反馈信号进而接通或关闭设置于功率变压器副边的第二开关元件和第三开关元件； 逆流保护器，与所述同步器相连接，其监测流过所述第三开关元件的电流的方向，并在电流的方向发生变化时关闭所述第三开关元件； 反馈保护器，与所述接收器及所述同步器相连接，其监测所述驱动反馈信号，并在驱动反馈信号出现异常时关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。2.根据权利要求1所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述同步器包括: 第一同步驱动部件，当所述第一开关元件接通时，接通所述第二开关元件，当所述第一开关元件关闭时，关闭所述第二开关元件； 第二同步驱动部件，当所述第一开关元件接通时，关闭所述第三开关元件，当所述第一开关元件关闭时，接通所述第三开关元件。3.根据权利要求1所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述逆流保护器包括: 电压采样部件，实时检测所述第三开关元件源极和漏极的电压； 比较部件，判断所述第三开关元件漏极与源极电压之间的差值是否大于预设值； 第一异步驱动部件，当所述第三开关元件漏极与源极电压之间的差值大于预设值时，关闭所述第三开关元件。4.根据权利要求1所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述逆流保护器包括: 电流采样部件，实时检测流过所述第三开关元件所在支路的电流； 比较部件，判断支路中的电流是否为从所述第三开关元件的漏极流向源极； 第一异步驱动部件，当所述第三开关元件中的电流为从漏极流向源极时，关闭所述第三开关元件。5.根据权利要求4所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述电流采样部件设置为电流互感器，所述电流互感器串联接入所述第三开关元件所在支路的漏极端。6.根据权利要求1所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述反馈保护器包括: 定时部件，根据所述驱动反馈信号的序列判断驱动反馈信号是否发生异常； 复位部件，当所述驱动反馈信号未发生异常时，在预设计数值后复位所述定时部件；第二异步驱动部件，当所述驱动反馈信号发生异常时，根据所述定时部件的溢出信号关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。7.根据权利要求6所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述定时部件设置为两路阈值比较器交替工作，分别检测与所述第一开关元件的接通和关闭所对应的驱动反馈信号是否发生异常。8.根据权利要求6所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述定时部件在溢出后继续根据所述驱动反馈信号的序列判断所述驱动反馈信号是否恢复，所述复位部件在所述驱动反馈信号恢复后再次复位所述定时部件。9.根据权利要求1所述的同步整流控制设备，其特征在于，还包括: 低压保护部件，当所述同步整流控制设备的供电电压低于预设值时关闭所述第二开关元件和所述第三开关元件。10.根据权利要求9所述的同步整流控制设备，其特征在于，所述低压保护部件内部设置有两路电压比较器来检测驱动反馈信号的电压幅值。
【文档编号】H02M7/217GK205596009SQ201620275656
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】龚雪东, 柏明
【申请人】四川九洲电器集团有限责任公司