專利名稱：諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，低壓大電流隔離型DC/DC變換器得到大量應(yīng)用，諧振復(fù)位正激變換器因?yàn)橥負(fù)浜唵慰煽浚敵鲭妷杭y波小等優(yōu)點(diǎn)而得到大量應(yīng)用。在低壓大電流應(yīng)用場合，為了提高變換器效率，同步整流成為一種必須的解決方案。同步整流的驅(qū)動(dòng)是影響變換器效率的關(guān)鍵因數(shù)之一，因此，很多驅(qū)動(dòng)方案相應(yīng)提出[1]、[2]、[3]、[4]，它們分別出自如下文獻(xiàn)資料中文獻(xiàn)[1]出自[1]Alou，P.；Cobos，J.A.；Garcia，C.；Prieto，R.；Uceda，J.“Design guidelines for a resonant reset forwardconverter with self-driven synchronous rectification”，Industrial Electronics，Control and Instrumentation，1997.IECON 97.23rd International Conferenceon，Volume2，1997，Page(s)593-598 vol.2。文獻(xiàn)[2]出自Yee，H.P.；Sawahata，S.“A balanced review of synchronous rectifiers in DC/DC converters”，AppliedPower Electronics Conference and Exposition，1999.APEC’99.Fourteenth Annual，Volume1，1999，Page(s)582-588 vol.1。文獻(xiàn)[3]出自Xie Xuefei；Liu，J.C.P.；Poon，F(xiàn).N.K.；Pong，B.M.H，“Two methods to drive synchronous rectifiers duringdead time in forward topologies”，Applied Power Electronics Conference andExposition，2000.APEC2000.Fifteenth Annual IEEE，Volume2，2000，Page(s)993-999 vol.2。文獻(xiàn)[4]出自Xiaogao Xie J.M Zhang Guangyi Luo Dezhi JiaoZhaoming Qian.“An Improved Self-driven Synchronous Rectification for a ResonantReset Forward Converter”，2003.APEC’03.Eighteenth Annual，Volume1，2003，Page(s)348-351 vol1.1。自驅(qū)方案由于簡單可靠，成本低，因此得到大量應(yīng)用。在文獻(xiàn)[1]、[2]中所采用的自驅(qū)方案和關(guān)鍵波形如圖1所示，在磁復(fù)位結(jié)束后，副邊續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電平在下一周期開始之前都為零，在這期間(稱為Dead Time)，輸出電流流過與續(xù)流管并聯(lián)的體二極管，加大了導(dǎo)通損耗，因此降低了變換器的效率。文獻(xiàn)[3]提出的一種稱為柵級(jí)電荷保持自驅(qū)電路及其關(guān)鍵波形如圖2所示，采用這種技術(shù)的諧振復(fù)位正激電路在其Dead Time期間續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電平為高電平，從而保證了輸出電流流過續(xù)流管本身，從而降低導(dǎo)通損耗，提高了效率。但我們應(yīng)該注意到，在主開關(guān)管S1關(guān)斷后，續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平上升沿很緩慢，也影響了變換器效率。另外，在關(guān)機(jī)的時(shí)候，上述兩種方案不可避免地會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，在實(shí)際應(yīng)用中還必須采用相應(yīng)的措施，增加了電路的復(fù)雜性。文獻(xiàn)[4]提出的自驅(qū)方案和關(guān)鍵波形如圖3所示，它解決了文獻(xiàn)[2]中續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平上升緩慢的問題，進(jìn)一步提高了模塊效率，但其電路稍顯復(fù)雜，并增加了變壓器的設(shè)計(jì)難度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其電路更簡單，可靠，不會(huì)出現(xiàn)關(guān)機(jī)負(fù)壓。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，包括整流管、續(xù)流管、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，所述整流管與變壓器副邊、輸出電感、輸出電容構(gòu)成整流回路，所述續(xù)流管與輸出電感和輸出電容構(gòu)成續(xù)流回路，高于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)或升壓后高于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)經(jīng)第二開關(guān)管耦合到續(xù)流管的的基極，第二開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)與續(xù)流管同步，第一開關(guān)管輸出端耦合至續(xù)流管的控制極，第一開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)與整流管同步。
由于采用了以上的方案，大于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)或其升壓信號(hào)經(jīng)第二開關(guān)管耦合到續(xù)流管的控制極，從而控制續(xù)流管上升沿電平，提高模塊效率，另外，通過輸出電壓信號(hào)或其升壓信號(hào)經(jīng)第二開關(guān)管直接控制續(xù)流管的導(dǎo)通，其電路結(jié)構(gòu)簡單，而且在關(guān)機(jī)時(shí)，隨著輸出電壓的降低，使第二開關(guān)管斷開，從而使續(xù)流管關(guān)斷，從而不會(huì)出現(xiàn)關(guān)機(jī)負(fù)壓。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)第一種實(shí)施例電路電路圖；圖1a是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)第一種實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)第二種實(shí)施例電路電路圖；圖2a是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)第二種實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)電路第三種實(shí)施例電路圖；圖3a是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)電路第三種實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖4是本發(fā)明諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)電路第一種實(shí)施例電路圖；圖4a是本發(fā)明諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)電路第一種實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖5是本發(fā)明諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)電路第二種實(shí)施例電路圖；具體實(shí)施方式下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一如圖4所示，一種諧振復(fù)位正激變換器，主開關(guān)管S1、變壓器T、開關(guān)電容Cr、整流管SR1、續(xù)流管SR2、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、升壓電路和輸出電感L和輸出電容。所述升壓電路包括驅(qū)動(dòng)繞組。變壓器副邊、輸出電感L、輸出電容C和整流管SR1構(gòu)成整流回路，輸出電感L、輸出電容C和續(xù)流管SR2構(gòu)成續(xù)流回路，所述的第一開關(guān)管Q1為NPN型三極管或N溝道場效應(yīng)管等開關(guān)器件，所述的第二開關(guān)管Q2為PNP型三極管或P溝道場效應(yīng)管等開關(guān)器件，所述續(xù)流管SR1和整流管SR2為場效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)繞組的輸出電壓信號(hào)端接至第二開關(guān)管Q2(PNP型三極管)的發(fā)射極，所述驅(qū)動(dòng)繞組感應(yīng)輸出電感L上的電壓并經(jīng)過升壓后其輸出端接到第二開關(guān)管Q2的發(fā)射極，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)續(xù)流管SR2的信號(hào)。第二開關(guān)管Q2的集電極接至續(xù)流管SR2的柵極，第二開關(guān)管Q2開關(guān)狀態(tài)與續(xù)流管SR2同步，它的基極經(jīng)相并聯(lián)的第二二極管D2和第二電阻R2接至續(xù)流管SR2的漏極。第一開關(guān)管Q1的開關(guān)狀態(tài)與整流管SR1同步。所述的第一開關(guān)管Q1的控制極即柵極經(jīng)相并聯(lián)的第一二極管D1和第一電阻R1接至續(xù)流管SR2的漏極，第一開關(guān)管的輸出端即集電極接至續(xù)流管SR2的柵極。第一開關(guān)管Q1的發(fā)射極接至續(xù)流管SR2的源極。
上述實(shí)現(xiàn)方案中的電阻和二極管為可選器件，它可以調(diào)節(jié)整流管和續(xù)流管驅(qū)動(dòng)之間的死區(qū)時(shí)間，有利于優(yōu)化效率。在圖4中，本方案用第一開關(guān)管Q1采用三極管替代了圖2中的小信號(hào)MOSFET管。而在現(xiàn)有技術(shù)的圖2中必須用MOSFET管，這是因?yàn)镸OSFET管的漏極和源極之間的漏電流小，在Dead Time期間，可以保持住續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電平，而三極管的集電極和發(fā)射極之間的漏電流比MOSFET管要大得多。從后面的原理分析可知，本方案由于續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電平僅與輸出電壓和驅(qū)動(dòng)繞組與輸出電感的匝比有關(guān)，所以可用三極管代替MOSFET管，從而降低成本。
上述方案的工作原理如下在主開關(guān)管S1導(dǎo)通期間，變壓器副邊電壓使整流管SR1和第一開關(guān)管Q1都導(dǎo)通，同時(shí)，電感兩端電壓V1和驅(qū)動(dòng)繞組兩端電壓V2大于零，第二開關(guān)管Q2的基極電壓大于發(fā)射極電壓，第二開關(guān)管Q2關(guān)斷，輸出電流流過整流管SR1。主開關(guān)管S1關(guān)斷后，續(xù)流管SR1和第一開關(guān)管Q1也隨后關(guān)斷，由于輸出電感電流的連續(xù)性，先使續(xù)流管的體二極管導(dǎo)通，電感兩端電壓V1和驅(qū)動(dòng)繞組兩端電壓V2都小于零，因此第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通，對續(xù)流管的輸入電容(指續(xù)流管柵極和源極之間的寄生電容Cgs以及柵極和漏極之間的寄生電容Cgd之和)充電，當(dāng)續(xù)流管柵極和漏極之間的電壓大于其閥值電壓后，續(xù)流管SR2開始導(dǎo)通，輸出電流完全流過續(xù)流管。在磁復(fù)位結(jié)束后，第二開關(guān)管Q2和續(xù)流管SR2仍然導(dǎo)通。整流管SR1和續(xù)流管SR2的驅(qū)動(dòng)波形如圖4所示，它們基本互補(bǔ)，有利于提高模塊的效率，而且續(xù)流管SR2的驅(qū)動(dòng)電平與模塊的輸入電壓，輸出電流的大小完全無關(guān)，僅與輸出電壓和驅(qū)動(dòng)繞組與電感的匝比有關(guān)，可以靈活地設(shè)計(jì)續(xù)流管SR2驅(qū)動(dòng)電平的大小。在關(guān)機(jī)的過程中，當(dāng)輸出電壓降低到一定值后，續(xù)流管SR2的驅(qū)動(dòng)電平低于閥值電壓，總之，在輸出電壓降低到零之前，續(xù)流管SR2會(huì)關(guān)斷，保證了不產(chǎn)生關(guān)機(jī)負(fù)壓。
在使用耦合電感的多路輸出模塊中，如果有一路的輸出電壓大小大于另一路或幾路的同步續(xù)流管(MOSFET管)的閥值電平，可以不另外加驅(qū)動(dòng)繞組。如果只對其中的一路進(jìn)行閉環(huán)控制，其余幾路通過合理設(shè)計(jì)變壓器從而得到相應(yīng)的輸出電壓?，F(xiàn)以兩路輸出模塊為例進(jìn)行說明，具體如下所述。如圖5所示，假設(shè)輸出電壓Vol高于續(xù)流管SR2的閥值電平，可以用來作為續(xù)流管SR2的驅(qū)動(dòng)電壓，如前所述，續(xù)流管SR2的驅(qū)動(dòng)電壓就是輸出電壓Vol。
實(shí)施例二如圖5所示，與實(shí)施例一不同之處在于所述的諧振復(fù)位正激變換器為兩路輸出變換器，第一路輸出變換器為閉環(huán)控制電路，在整流管關(guān)斷時(shí)，該路輸出電壓信號(hào)高于第二路續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平，驅(qū)動(dòng)續(xù)流管，該路輸出端接至第二開關(guān)管Q2的發(fā)射極。第二開關(guān)管Q2的基極經(jīng)相并聯(lián)的第二電阻R2和第二二極管D2接至第一路變換器的續(xù)流管SR2的漏極。第二開關(guān)管的集電極則接至續(xù)流管SR2的柵極。
總之，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①續(xù)流管與整流管的驅(qū)動(dòng)電平基本互補(bǔ)，特別適合低壓大電流模塊；②續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電平與輸入電壓、輸出電流的大小無關(guān)，通過合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)繞組與輸出電感的匝比，可以得到合適的續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平，十分靈活。③可以有效防止關(guān)機(jī)負(fù)壓。④電路簡單、可靠、靈活，驅(qū)動(dòng)十分理想，成本低，具有很好的應(yīng)用前景，有很好的實(shí)用價(jià)值。。本發(fā)明的主要缺點(diǎn)是稍微增加了輸出電感的設(shè)計(jì)難度。
權(quán)利要求
1.一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，包括整流管(SR1)、續(xù)流管(SR2)，所述整流管(SR1)與變壓器副邊、輸出電感(L)、輸出電容(C)構(gòu)成整流回路，所述續(xù)流管(SR2)與輸出電感(L)和輸出電容(C)構(gòu)成續(xù)流回路，其特征是還包括第一開關(guān)管(Q1)和第二開關(guān)管(Q2)，電壓輸出端或電壓輸出端經(jīng)升壓電路耦合至第二開關(guān)管(Q2)的輸入端，第二開關(guān)管(Q2)的輸出端耦合到續(xù)流管(SR2)的柵極，用于驅(qū)動(dòng)續(xù)流管(SR2)，第二開關(guān)管(Q2)開關(guān)狀態(tài)與續(xù)流管(SR2)同步，第一開關(guān)管(Q1)輸出端耦合至續(xù)流管(SR2)的柵極，第一開關(guān)管(Q1)的開關(guān)狀態(tài)與整流管(SR1)同步。
2.如權(quán)利要求1所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述升壓電路包括驅(qū)動(dòng)繞組，所述驅(qū)動(dòng)繞組感應(yīng)輸出電感(L)上的電壓，驅(qū)動(dòng)繞組的輸出端接至第二開關(guān)管(Q2)的輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述的諧振復(fù)位正激變換器為多路輸出變換器，電壓輸出端為其中一路輸出端。
4.如權(quán)利要求2或3所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述的第一開關(guān)管(Q1)為晶體管或場效應(yīng)管。
5.如權(quán)利要求4所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述續(xù)流管(SR1)和整流管(SR2)為場效應(yīng)管，所述的第一開關(guān)管(Q1)為NPN型三極管，第一開關(guān)管(Q1)的基極耦合至整流管(SR1)的柵極，它的發(fā)射極接到整流管(SR1)的源極。
6.如權(quán)利要求2或3所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述的第二開關(guān)管(Q2)的基極耦合至續(xù)流管(SR2)的漏極。
7.如權(quán)利要求6所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是還包括第一電阻(R1)和第二電阻(R2)，所述的第一開關(guān)管(Q1)的基極經(jīng)第一電阻(R1)接至續(xù)流管(SR2)的漏極，所述第二開關(guān)管基極經(jīng)第二電阻(R2)接至續(xù)流管(SR2)的漏極。
8.如權(quán)利要求7所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是還包括相并聯(lián)的第一二極管(D1)和第二二極管(D2)，所述的第一二極管(D1)與第一電阻(R1)相并聯(lián)，所述第二二極管(D2)與第二電阻(R2)相并聯(lián)。
9.如權(quán)利要求8所述的諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，其特征是所述的第二開關(guān)管(Q2)為PNP型三極管，PNP型三極管的發(fā)射極接至輸出電壓信號(hào)端或升壓后的輸出電壓信號(hào)端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路，包括整流管、續(xù)流管、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，整流管與變壓器副邊、輸出電感、輸出電容構(gòu)成整流回路，續(xù)流管與輸出電感和輸出電容構(gòu)成續(xù)流回路，高于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)或升壓后高于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)經(jīng)第二開關(guān)管耦合到續(xù)流管的控制極，第一開關(guān)管輸出端耦合至續(xù)流管的控制極，第二開關(guān)管和第一開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)分別與續(xù)流管和整流管同步。由于大于續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電平的輸出電壓信號(hào)或其升壓信號(hào)耦合到續(xù)流管控制極，從而控制續(xù)流管上升沿電平，提高模塊效率，其電路結(jié)構(gòu)簡單，且在關(guān)機(jī)時(shí)，隨著輸出電壓的降低，使第二開關(guān)管斷開，從而使續(xù)流管關(guān)斷，不會(huì)出現(xiàn)關(guān)機(jī)負(fù)壓。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1564443SQ20041002205
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者羅全明, 何建軍 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司