一种Buck变换器及其反流控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于开关电源技术领域，尤其设及一种Buck变换器及其反流控制电 路。
【背景技术】
[0002] 目前，在开关电源领域，普遍采用同步整流（Sync虹onous Rectification, SR)技 术，但采用了 SR技术的开关电源的各类拓扑电路中，往往存在能量双向流动的问题。
[0003] W采用SR技术的降压型炬uck)变换器为例，如图1所示。典型的Buck变换器包 括主开关管Q1、同步开关管Q2、输出功率电感L1、滤波电容C1、W及控制电路。控制电路用 W驱动主开关管Q1和同步开关管Q2 W互补形式交替导通。在该Buck变换器中，若输出功 率电感L1在同步开关管Q2开通阶段的伏秒积大于其在主开关管Q1开通阶段的伏秒积时， 电流将会由输出端流向输入端，出现电流反向流动的现象。
[0004] 该种电流反向流动的现象在实际应用时可能造成一些问题，特别是当Buck变换 器在预偏置情况下软启动时，即Buck变换器在输出端已经存在一定电压的情况下启动， 且主开关管Q1的驱动信号占空比由0%逐渐增大、而同步开关管Q1的驱动信号占空比由 100%逐渐减小时，假设在启动前输出功率电感L1中的电流为IL，由于是软启动，启动后主 开关管Q1的驱动信号占空比很小，主开关管Q1的导通时间很短，电流IL逐渐上升一个较 小的值。之后，主开关管Q1关断而同步开关管Q2导通，受到输出端预偏置电压的作用，输 出功率电感L1中储存的能量经过同步开关管Q2释放，使得电流IL下降。由于电流IL值 较小，在将为零后，同步开关管Q2持续导通，使得电流IL变为负值，即出现电流反向，如图 2示出了 Buck变换器在预偏置且采用软启动技术时，主开关管Q1的驱动信号Vgsl、同步开 关管Q2的驱动信号Vgs2、化及输出功率电感的电流IL之间的波形关系图。若反向电流太 大，则可能造成器件应力过大而导致失效。
[0005] 另外，采用SR技术的Buck变换器在正常工作时处于连续电流模式（Continuous 化rrent Mode, CCM)，当负载降低而出现空载或轻载时，在每个开关周期，主开关管Q1导通 时，输入端向负载输出的能量大于负载实际所需的能量，因此，通过同步开关管Q2的导通， 使得输出电压对输出功率电感L1反向激磁，将多余的能量储存在电感中，W保证输出电压 平衡在设定值，如图3示出了 Buck变换器在空载条件下，主开关管Q1的驱动信号Vgsl、同 步开关管Q2的驱动信号Vgs2、W及输出功率电感的电流IL之间的波形关系图。虽然该部 分多余的能量并未消耗在负载上，但由于能量在双向传递过程中会带来额外的铜损，从而 使得空载和轻载条件下的转换效率降低，同时，由于主开关管Q1和同步开关管Q2在每个 开关周期均工作，开关功耗大，进一步降低了系统效率。特别是在采用SR技术的隔离型直 流-直流变换器中，如果产生负向电流的能量不能通过变压器有效馈回到原边母线，那么 该个能量将会在同步开关管Q2的漏极-源极上形成电压应力，严重时会使器件造成过电压 应力击穿。
[0006] 综上所述，现有的Buck变换器中，由于同步开关管Q2在主开关管Q1关断期间，在 输出功率电感LI中的电流降为零后持续导通，而出现电流反向流动的现象，使得系统效率 降低，且容易造成器件失效。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型实施例的目的在于提供一种Buck变换器的反流控制电路，旨在解决 现有的Buck变换器中，由于同步开关管Q2在主开关管Q1关断期间，在输出功率电感L1中 的电流降为零后持续导通，而出现电流反向流动的现象，使得系统效率降低，且容易造成器 件失效的问题。
[000引本实用新型实施例是该样实现的，一种Buck变换器的反流控制电路，所述Buck变 换器包括主开关管Q1、同步开关管Q2、输出功率电感L1、滤波电容C1，所述输出功率电感L1 的第一端连接所述主开关管Q1，所述滤波电容C1的第一端作为所述Buck变换器的正输出 端，所述反流控制电路包括：
[0009] 饱和电感L2,所述饱和电感L2的第一端连接所述输出功率电感L1的第二端，所述 饱和电感L2的第二端连接所述滤波电容C1的第一端；
[0010] 检测所述饱和电感L2两端的交变电压，当所述输出功率电感L1的最大电流值小 于所述饱和电感L2的饱和电流值而在所述饱和电感L2两端出现交变电压时，向所述同步 开关管Q2输出驱动信号，W强制关断所述同步开关管Q2的通断控制电路。
[0011] 本实用新型实施例的另一目的在于提供一种Buck变换器，包括主开关管Q1、同步 开关管Q2、输出功率电感L1、滤波电容C1，所述输出功率电感L1的第一端连接所述主开关 管Q1，所述滤波电容C1的第一端作为所述Buck变换器的正输出端，所述Buck变换器还包 括一 Buck变换器的反流控制电路，所述反流控制电路是如上所述的Buck变换器的反流控 制电路。
[0012] 本实用新型实施例提供的Buck变换器及其反流控制电路是在输出功率电感L1与 负载的正极之间连接一饱和电感L2,利用输出功率电感L1的最大电流值小于饱和电感L2 的饱和电流值时、在饱和电感L2两端出现的交变电压，驱动通断控制电路动作，W强制关 断同步开关管Q2,从而避免了反流现象的发生，可有效解决预偏置情况下软启动反流问题， 提高电路运行稳定性和器件使用寿命，并可有效解决空载及轻载条件下的能量双向流动问 题，从而提高了转换效率。
【附图说明】
[0013] 图1是现有技术提供的Buck变换器的典型电路图；
[0014] 图2是现有技术中，Buck变换器在预偏置且采用软启动技术时，主开关管的驱动 信号、同步开关管的驱动信号、W及输出功率电感的电流之间的波形关系图；
[0015] 图3是现有技术中，Buck变换器在空载条件下，主开关管的驱动信号、同步开关管 的驱动信号、W及输出功率电感的电流之间的波形关系图；
[0016] 图4是本实用新型实施例提供的Buck变换器的反流控制电路的电路原理图；
[0017] 图5是图4的一种详细电路图；
[001引图6是图4的另一种详细电路图；
[0019] 图7是图4的再一种详细电路图；
[0020] 图8是本实用新型实施例中，Buck变换器在CCM模式下输出功率电感的电流波形 图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022] 本实用新型实施例提出的Buck变换器的反流控制电路是在输出功率电感L1与负 载的正极之间连接一饱和电感，利用输出功率电感L1的最大电流值小于饱和电感的饱和 电流值时、在饱和电感两端出现的交变电压，驱动通断控制电路动作，W强制关断同步开关 管Q2。
[0023] 图4是本实用新型实施例提供的Buck变换器的反流控制电路的电路原理，为了便 于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
[0024] 其中，Buck变换器的电路包括；主开关管Q1、同步开关管Q2、输出功率电感L1、滤 波电容C1、W及控制电路，主开关管Q1和同步开关管Q2均为N型的MOS管。主开关管Q1 的漏极连接电源Vg的正极，主开关管Q1的源极连接输出功率电感L1的第一端和同步开关 管Q2的漏极，主开关管Q1的栅极连接控制电路的第一驱动端；同步开关管Q2的源极连接 电源Vg的负极，同步开关管Q2的栅极连接控制电路的第二驱动端；滤波电容C1的第一端 作为Buck变换器的正输出端而连接负载的正输入端，滤波电容C1的第二端作为Buck变换 器的负输出端而连接负载的负输入端和电源Vg的负极。
[0025] 贝Ij，本实用新型实施例提供的Buck变换器的反流控制电路包括：饱和电感L2和通 断控制电路11。其中，饱和电感L2的第一端连接输出功率电感L1的第二端，饱和电感L2 的第二端连接滤波电容C1的第一端；通断控制电路11，用于检测饱和电感L2两端的交变 电压，当输出功率电感L1的最大电流值小于饱和电感L2的饱和电流值而在饱和电感L2两 端出现交变电压时，向同步开关管Q2输出驱动信号，W强制关断同步开关管Q2。而当输出 功率电感L1的最小电流值大于饱和电感L2的饱和电流值时，通断控制电路11不动作，同 步开关管Q2正常工作。
[0026] 在一种情况下，如图5所示，通断控制电路11可包括：第一电阻R1、第二电阻R2、 第一开关管Q3、第二开关管Q4、第一二极管D1、第一电容C2。第一开关管Q3的高端作为通 断控制电路11的第二端而连接饱和电感L2的第二端，第一开关管Q3的驱动端连接第一二 极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端作 为通断控制电路11的第一端而连接饱和电感L2的第一端，第一开关管Q3的低端连接第二 开关管Q4的驱动端、第一电容C2的第一端W及第二电阻R2的第一端；第二开关管Q4的高 端作为通断控制电路11的第=端而连接同步开关管Q2的栅极，第二开关管Q4的低端、第 一电容C2的第二端W及第二电阻R2的第二端共同作为通断控制电路11的第四端而连接 滤波电容C1的第二端。
[0027] 如图5所示的电路在进行工作时，在同步开关管Q2的导通时间内，若输出功率电 感L1的最大电流值小于饱和电感L2的饱和电流值，则在饱和电感L2两端出现相应大小的 交变电压，该交变电压使得第一开关管Q3和第二开关管Q4饱和导通，继而强制关断同步开 关管Q2。若输出功率电感LI的最小电流值大于饱和电感L2的饱和电流值，则饱和电感L2 的电感系数为零，饱和电感L2两端不会出现交变电压，第一开关管Q3和第二开关管Q4均 截止，同步开关管Q2正常工作。
[002引进一步地，第一开关管Q3可W为PNP型的S极管，第一开关管Q3的发射极作为第 一开关管Q3的高端，第一开关管Q3的集电极作为第一开关管Q3的低端，第一开关管Q3的 基极作为第一开关管Q3的驱动端。第二开关管Q4可W为N型的MOS管，第二开关管Q4的 漏极作为第二开关管Q4的高端，第二开关管Q4的源极作为第二开关管Q4的低端，第二开 关管Q4的栅极作为第二开关管Q4的驱动端。
[0029] 在另一种情况下，如图6所示，通断控制电路11可包括：第S电阻R3、第四电阻 R4、第=开关管Q5、第四开关管Q6、第二二极管D2、第二电容C3。第=开关管Q5的高端作 为通断控制电路11的第一端而连接