同步整流电能变换装置，驱动电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的实施方式涉及直流转直流(DC-DC)电能变换装置，特别涉及一种正激自驱动同步整流电能变换装置，改进的驱动电路以及相关方法。
【背景技术】
[0002]正激自驱动同步整流装置，作为直流转直流电能变换装置的一种，已经在诸多领域，包括但不限于，工控设备，通讯设备，数据中心服务器等，取得较为广泛的应用。该类型同步整流装置可以将在较宽输入范围内提供的直流电压变换成恒定的直流输出电压，以提供给负载。但传统的正激自驱动同步整流装置的驱动电路存在着损耗较大的问题以及由此引发的散热问题，特别是在输入端的电压值为高电压时，驱动电路的损耗问题以及散热问题变得更加突出。
【发明内容】
[0003]有鉴于上文提及之技术问题或者技术需求，本发明的一个方面在于提供一种电能变换装置。该电能变换装置包括主侧功率电路，次侧功率电路以及同步整流驱动电路。该主侧功率电路包括主侧线圈绕组以及与该主线圈绕组串联连接的主开关，该主开关被配置成在主开关驱动信号的作用下执行开关动作。该次侧功率电路包括次侧线圈绕组，至少一个同步整流开关以及输出电感线圈绕组，该次侧线圈绕组与该主侧线圈绕组感应连接并与该主侧线圈绕组形成第一磁耦合连接。该同步整流驱动电路包括第一辅助线圈绕组和与该第一辅助线圈绕组串联连接的第二辅助线圈绕组，该第一辅助线圈绕组与该主侧线圈绕组感应连接并与该主侧线圈绕组形成第二磁耦合连接，该第二辅助线圈绕组与该输出电感线圈绕组感应连接并与该输出电感线圈绕组形成第三磁耦合连接。
[0004]在提供的电能变换装置中，该至少一个同步整流开关包括同步整流开关和同步续流开关。该同步整流开关和该同步续流开关被配置成以互补方式执行开关动作，其中该同步整流开关在该主开关处于开通状态时被开通，并且该同步整流开关在该主开关处于关断状态时被关断。
[0005]在提供的电能变换装置中，该同步整流驱动电路包括驱动电路开关。该驱动电路开关电连接在该第一辅助线圈绕组的第一端和该同步整流开关的栅极之间，该第一辅助线圈绕组的第二端与该第二辅助线圈绕组的第一端电连接，该第一辅助线圈绕组的第二端还与该同步续流开关的栅极电连接，该第二辅助线圈绕组的第二端接地。
[0006]在提供的电能变换装置中，在该主开关被开通时，该第一辅助线圈绕组的第一端所感应产生的第一电压与该第二辅助线圈绕组的第二端所感应产生的第二电压同相位。
[0007]在提供的电能变换装置中，该驱动电路开关的栅极被作用一恒定偏置电压。
[0008]在提供的电能变换装置中，该同步整流驱动电路包括第一二极管和第一电阻，该第一二极管的正端与第一辅助线圈绕组和第二辅助线圈绕组之间的共同连接点电连接，该第一二极管的负端与该同步续流开关的栅极电连接。该第一电阻一端与该第一辅助线圈绕组和第二辅助线圈绕组的共同连接点电连接，该第一电阻的另一端与该同步续流开关的栅极电连接。
[0009]在提供的电能变换装置中，该次侧功率电路包括第一二极管，该第一二极管的正端与该同步续流开关的栅极电连接，该第一二极管的负端与该同步整流开关的漏极电连接。
[0010]在提供的电能变换装置中，该主侧线圈绕组，次侧线圈绕组，第一辅助线圈绕组，输出电感线圈绕组以及第二辅助线圈绕组被设置成满足以下公式:N_aS/N_p-N_S/N_p.N_al/N_l = 0，其中，N_p为该主侧线圈绕组的匝数，N_s为该次侧线圈绕组的匝数，N_as为该第一辅助线圈绕组的匝数，N_1为该输出电感线圈绕组的匝数，N_al为该第二辅助线圈绕组的匝数。
[0011]在提供的电能变换装置中，该同步整流驱动电路包括第一二极管和第二二极管，该第一二极管的正端与该第一辅助线圈绕组和第二辅助线圈绕组之间的共同连接点电连接，该第一二极管的负端与该同步续流开关的栅极电连接。该第二二极管的正端与该第一辅助线圈绕组的第一端电连接，该第二二极管的负端与该同步整流开关的栅极电连接。
[0012]在提供的电能变换装置中，该同步整流驱动电路包括第一电阻和第二电阻，该第一电阻的一端与该第一辅助线圈绕组和第二辅助线圈绕组之间的共同连接点电连接，该第一电阻的另一端与该同步续流开关的栅极电连接。该第二电阻的一端与该第一辅助线圈绕组的第一端电连接，该第二电阻的另一端与该同步整流开关的栅极电连接。
[0013]在提供的电能变换装置中，该次侧功率电路包括第一二极管和第二二极管，该第一二极管的正端与该同步续流开关的栅极电连接，该第一二极管的负端与该同步整流开关的漏极电连接。该第二二极管的正端与该同步整流开关的栅极电连接，该第二二极管的负端与该第一辅助线圈绕组的第一端电连接。
[0014]本发明的另一个方面在于提供一种正激型自驱动直流转直流同步整流装置。该同步整流装置包括变压器，同步整流开关，同步续流开关，输出电感线圈绕组以及检测绕组。该变压器包括主侧线圈绕组，次侧线圈绕组和第一辅助线圈绕组，该主侧线圈绕组，次侧线圈绕组和第一辅助线圈绕组绕设于同一磁芯，该次侧线圈绕组包括第一端和第二端，该第一辅助线圈绕组包括第一端和第二端。该同步整流开关包括源极，漏极和栅极，该同步整流开关的漏极与该次侧线圈绕组的第二端电连接，该同步整流开关的栅极与该第一辅助线圈绕组的第一端电连接。该同步续流开关包括源极，漏极以及栅极，该同步续流开关的源极与该同步整流开关的源极电连接，该同步续流开关的漏极与该次侧线圈绕组的第一端电连接。该输出电感线圈绕组与该次侧线圈绕组电连接。该第二辅助线圈绕组与该输出电感线圈绕组感应连接，该第二辅助线圈绕组包括第一端和第二端，该第二辅助线圈绕组的第一端与该第一辅助线圈绕组的第二端电连接，该第二辅助线圈绕组的第一端还与该同步续流开关的栅极电连接。
[0015]在提供的同步整流装置中，该第一辅助线圈绕组的第一端产生的电压与该第二辅助线圈绕组的第二端产生的第二电压具有相同的极性。
[0016]在提供的同步整流装置中，该同步整流装置还包括驱动电路开关，该驱动电路开关包括源极，漏极和栅极，该驱动电路开关的漏极与该第一辅助线圈绕组的第一端电连接，该驱动电路开关的源极与该同步整流开关的栅极电连接，该驱动电路开关的栅极与恒定电压源电连接。
[0017]本发明的另一个方面在于提供一种同步整流装置的驱动电路。该驱动电路被配置成向同步整流开关提供驱动信号以使该同步整流开关导通或者关断，该驱动电路还被配置成向同步续流开关提供驱动信号以使该同步续流开关开通或者关断。该驱动电路包括第一线圈绕组和第二线圈绕组，该第一线圈绕组和该第二线圈绕组串联连接，该第一线圈绕组的第一端与该同步整流开关的栅极电连接，该第一线圈绕组的第二端与该第二线圈绕组的第一端电连接形成共同连接点，该共同连接点与该同步续流开关的栅极电连接。该第二线圈绕组的第二端与该同步续流开关的源极电连接，该第一线圈绕组的第一端产生的第一电压与该第二线圈绕组的第一端产生的第二电压具有相反的极性。
[0018]在提供的驱动电路中，该驱动电路包括第一二极管和第二二极管，该第一二极管的正端与该共同连接点电连接，该第一二极管的负端与该同步续流开关的栅极电连接。该第二二极管的正端与该第一线圈绕组的第一端电连接，该第二二极管的负端与该同步整流开关的栅极电连接。
[0019]本发明的另一个方面在于提供一种用于同步整流装置的无有源器件驱动电路，该无有源器件驱动电路被配置成向同步整流开关提供驱动信号以使该同步整流开关导通或者关断，该无有源器件驱动电路还被配置成向同步续流开关提供驱动信号以使该同步续流开关开通或者关断。该无有源器件驱动电路包括第一线圈绕组和第二线圈绕组，该第一线圈绕组和该第二线圈绕组串联连接，该第一线圈绕组的第一端与该同步整流开关的栅极电连接，该第一线圈绕组的第二端与该第二线圈绕组的第一端电连接形成共同连接点，该共同连接点与该同步续流开关的栅极电连接，该第二线圈绕组的第二端与该同步续流开关的源极电连接，该第一线圈绕组的第一端产生的第一电压与该第二线圈绕组的第一端产生的第二电压具有相反的极性。
[0020]本发明的另一个方面在于提供一种方法，其用于控制电能变换装置的运行。该方法至少包括如下步骤:响应作用到电能变换装置中的主开关的开通信号，在第一辅助线圈绕组的第一端提供具有正极性的第一驱动电压；响应作用到电能变换装置中的主开关的开通信号，在第二辅助线圈绕组的第一端提供具有负极性的第二驱动电压，其中，该第二辅助线圈绕组与该电能变换装置中的输出电感线圈感应连接，并且该第二辅助线圈绕组与该第一辅助线圈绕组串联连接；以及将该第一驱动电压和该第二驱动电压结合后施加至该电能变换装置中的同步整流开关，以开通该同步整流开关。
[0021]在一些实施方式中，在该提供的方法中，该方法还包括如下步骤:提供该具有负极性的第二驱动电压至该电能变换装置中的同步续流开关，以将该同步续流开关关断。
[0022]本发明的另一个方面在于提供一种方法，其用于控制电能变换装置的运行。该方法至少包括如下步骤:响应作用到电能变换装置中的主开关的开通信号，在第一辅助线圈绕组的第一端提供具有负极性的第一驱动电压；响应作用到电能变换装置中的主开关的开通信号，在第二辅助线圈绕组的第一端提供具有正极性的第二驱动电压，其中，该第二辅助线圈绕组与该电能变换装置中的输出电感线圈感应连接，并且该第二辅助线圈绕组与该第一辅助线圈绕组串联连接；以及将该第一驱动电压和该第二驱动电压结合后施加至该电能变换装置中的同步整流开关，以关断该同步整流开关。
[0023]在一些实施方