同步整流电能变换装置,驱动电路和方法_4

文档序号:8264446阅读:来源:国知局
,其中,V_o为输出端238,242的电压,N_al为第二辅助线圈绕组248的匝数,N_1为输出电感线圈绕组244的匝数。由于电压V_L1B为负,因此,驱动电路开关258被关断,进一步使得该同步整流开关226被关断。另一方面,第一辅助线圈绕组246和第二辅助线圈绕组248之间的共同连接点254的电压V_CB极性为正,该电压V_CB可以用下述公式(6)表示:V_CB = V_0.N_al/N_l,其中,V_o为输出端238,242的电压,N_al为第二辅助线圈绕组248的匝数,N_1为输出电感线圈绕组244的匝数。由公式
(6)可知,电压V_CB的幅值不随输入电压V_in的变化而变化。在该正极性电压V_CB的作用下,该第一二极管262导通,进一步使该同步续流开关228被开通,以使该次侧功率电路240进一步执行整流操作,从而在输出端238,242产生稳定的直流电压输出。
[0056]图3所示为本发明提出的另一种实施方式的电能变换装置300的详细电路示意图。图3所示的该电能变换装置300基本与图2所示的电能变换装置200相似,因此,在图3中,与图2相同的元件将用相同的标号标示。与图2相比,图3所示的电能变换装置300的一个不同之处在于,该同步整流驱动电路260还包括电连接在第二辅助线圈绕组248第一端255和同步续流开关228栅极之间的电阻性器件264。更具体而言,该电阻元件264电连接在该第一二极管262的负端和同步续流开关228的栅极之间。在实际的应用中,该电阻元件264可以被设置成具有特定的电阻值,或者具有变动的电阻值,以用来调节该同步整流开关226和同步续流开关228之间的死区时间(dead time),以确保同步整流开关226和同步续流开关228可靠地执行开关动作,该死区时间可以由图4所示的时间间隔trt2或者时间间隔t3-t4所示。
[0057]图5所示为本发明提出的另一种实施方式的电能变换装置400的详细电路示意图。图5所示的该电能变换装置400基本与图2和图3所示的电能变换装置200,300相似,因此,在图5中,与图2和图3相同的兀件将用相同的标号标不。在图5所不的实施方式,其同步整流驱动电路260被设置成一种无有源器件驱动电路,特别地,在图2和图3中使用的同步电路驱动电路开关被258被移除。在一种实施方式中,可以将主侧线圈绕组208,次侧线圈绕组224,第一辅助线圈绕组246,输出电感线圈绕组244以及第二辅助线圈绕组248满足下述公式(7):N_as/N_p-N_s/N_p *N_al/N_l = 0,将该公式(7)代入公式(3)可以得到如下公式(8):V_AB = V_0.N_al/N_l。由公式(8)可知,该第一辅助线圈绕组246第一端252和第二辅助线圈绕组248第二端256之间的电压与输入端202,204的电压Vin无关,也即,输入端电压在从低电压到高电压的宽如输入范围内变化时,该电压基本保持不变,从而可以实现将驱动电路开关258省去。在该实施方式中,该同步整流驱动电路260还包括第二二极管266,该第二二极管266的正端电连接于该第一辅助线圈绕组246的第一端252,该第二二极管266的负端电连接于该同步整流开关226的栅极。在一种实施方式中,该次侧功率电路240还包括第二二极管272,该第二二极管272的正端电连接于该同步整流开关226的栅极,该第二二极管272的负端电连接于该同步续流开关228的漏极或者该次侧线圈绕组224的第一端223。
[0058]图5所示的电能变换装置400在实际运行过程中,当主开关212被开通时,第一辅助线圈绕组246的第一端252产生的正极性电压使第二二极管266导通,并进而使同步整流开关226导通。同时,该第二辅助线圈绕组248的第一端255或者共同连接点254处产生的负电压使第一二极管262截止,并进而使同步续流开关228关断。此外,由于同步整流开关226被开通,其漏极的低电压使第一二极管232的正端也即同步续流开关228的栅极被箝位在低电压,从而使得同步续流开关228被可靠地关断。当主开关212被关断时,第一辅助线圈绕组246的第一端252产生的负电压使第二二极管266关断,并进而使同步整流开关226关断。同时,第二辅助线圈绕组248的第一端或者共同连接点254处产生的正电压使第一二极管262导通,并进而使同步续流开关228开通。由于该同步续流开关228被开通,其漏极的低电压将第二二极管272的正端也即同步整流开关226的栅极箝位在低电压,从而使得该同步整流开关226被可靠地关断。
[0059]图6所示为本发明提出的另一种实施方式的电能变换装置500的详细电路示意图。图6所示的该电能变换装置500基本与图5所示的电能变换装置400相似,因此,在图6中,与图5相同的元件将用相同的标号标示。与图5所示的电能变换装置400相类似,同步整流驱动电路260也被设置成一种无有源器件的驱动电路,而不同之处在于,该同步整流驱动电路260还包括第一电阻元件264和第二电阻元件268。该第一电阻元件264电连接于该第二辅助线圈绕组248的第一端255或者共同连接点254与同步续流开关228的栅极之间,该第二电阻元件268电连接于该第一辅助线圈绕组246的第一端252和同步整流开关226的栅极之间。更具体而言,在一种实施方式中,该第一电阻兀件264电连接于该第一二极管262的负端和该同步续流开关228的栅极之间,该第二电阻元件268电连接于该第二二极管266的负端和该同步整流开关226的栅极之间。在实际的应用中,该第一电阻元件264和该第二电阻元件268可以被设置成具有特定的电阻值或者具有可调节的电阻值,以调整该同步整流开关226和该同步续流开关228之间的死区时间的长度,从而确保该同步整流开关226和该同步续流开关228可靠地执行开关动作。
[0060]图7所示为与图5或者图6所示的电能变换装置400,500在第一种工作条件下相关的多个波形322,324示意图,图8所示为与图5或者图6所示的电能变换装置400,500在第二种工作条件下相关的多个波形342,344示意图。其中,该第一种工作条件为:输入端202,204的电压为75伏特,输出端238,242的电压为12伏特,输出电流为6安培,主侧线圈绕组208的匝数为4,次侧线圈绕组224的匝数为5,第一辅助线圈绕组246的匝数为3,输出电感线圈绕组244的匝数为5,第二辅助线圈绕组248的匝数为3,该第二种工作条件基本与该第一种工作条件一致,不同之处在于输入端202,204的电压为18伏特。因此,在两种工作条件下,按照公式(8),同步整流开关226和同步续流开关228的栅极驱动电压均为7.2-0.7=6.5 伏特。
[0061]如图7所示,在trt2时间范围内,同步整流开关226导通,其栅极和源极之间的电压为6.5伏左右(如332所示),并且其漏极和源极之间的电压基本为零(如328所示),而此时同步续流开关228关断,其栅极和源极之间的电压基本为零(如334所示),并且其漏极和源极之间的电压在90伏特左右(如326所示)。在t2-t3时间范围内,同步整流开关226关断,其栅极和源极之间的电压基本为零,并且其漏极和源极之间的电压为15伏特左右,而此时同步续流开关228开通,其栅极和源极之间的电压为6.5伏左右,并且其漏极和源极之间的电压基本为零。
[0062]如图8所示,在trt2时间范围内,同步续流开关228导通,其栅极和源极之间的电压为6.5伏左右,并且其漏极和源极之间的电压基本为零,而此时第一同步整流开关226关断,其栅极和源极之间的电压基本为零,并且其漏极和源极之间的电压在25伏特左右。在t3_t4时间范围内,同步续流开关228关断,其栅极和源极之间的电压基本为零,并且其漏极和源极之间的电压为20伏特左右,而此时同步整流开关226开通,其栅极和源极之间的电压为6.5伏左右,并且其漏极和源极之间的电压基本为零。
[0063]图9所示为控制电能变换装置运行的方法4000的一种实施方式的流程图。图9所示的方法流程图可以结合上文描述的电能变换装置200,300,400, 500中的任一者进行实施。
[0064]在一种实施方式中,该方法4000可以从步骤4002开始执行,在步骤4002中,通过变压器222的第一辅助线圈绕组246 (如图2所示)提供第一驱动电压。在一种实施方式中,该第一辅助线圈绕组246与主侧线圈绕组形成磁耦合连接,因此,在主开关212被开通时,通过该第一辅助线圈绕组246的第一端252感应产生正极性的第一驱动电压。
[0065]该方法4000还包括步骤4004,在步骤4004中,通过第二辅助线圈绕组248提供第二驱动电压。在一种实施方式中,该第二辅助线圈绕组248与输出电感线圈绕组244形成磁耦合连接,因此,在主开关212开通时,该第二辅助线圈绕组248的第二端256感应产生正极性的第二驱动电压,并且该第二驱动电压和该第一驱动电压同相位。
[0066]该方法4000还包括步骤4006,在步骤4006中,将上述在步骤4002提供的该第一驱动电压与在步骤4004提供的该第二驱动电压结合。通过将该第一驱动电压和该第二驱动电压结合,使得该第一辅助线圈绕组246的第一端252和该第二辅助线圈绕组248的第二端256或者对地端之间的电压,比传统上仅使用辅助线圈绕组产生的驱动电压得到降低,因而同步整流驱动电路中的驱动电路开关在导通时产生的损耗得到降低,从而也使得由其产生的热量得到减少。
[0067]该方法4000还包括步骤4008,在步骤4008中,将该结合后的驱动电压施加到同步整流开关226,将该同步整流
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