專(zhuān)利名稱(chēng)：一種同步整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步整流電路，尤其涉及一種帶電荷自維持驅(qū)動(dòng)電路的同步整流電路。
同步整流技術(shù)已廣泛應(yīng)用于低壓、大電流的直流對(duì)直流變換器。由于低壓功率MOSFET管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管)的導(dǎo)通壓降遠(yuǎn)小于二極管的正向壓降，采用同步整流技術(shù)可以大大提高變換器的效率。由于MOS管沒(méi)有反向阻斷的能力，因此必須在它的門(mén)極加上控制信號(hào)控制它的通斷。在通常使用的正激式直流到直流變換器中，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，一般用變壓器的副邊繞組直接驅(qū)動(dòng)MOS管。這時(shí)在占空比比較小的情況下，會(huì)出現(xiàn)續(xù)流的同步MOS管導(dǎo)通不足的問(wèn)題。在這種情況下，負(fù)載電流會(huì)流過(guò)MOS管的體二極管，造成較大的損耗。為解決這一問(wèn)題，International Rectifier公司(IR)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用芯片，用鎖相環(huán)的方法在副邊產(chǎn)生帶有延時(shí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以解決這一問(wèn)題，并在1998年申請(qǐng)了美國(guó)專(zhuān)利(US6026005)。但由于該技術(shù)要使用專(zhuān)用芯片，并需要一定的外圍電路，因此這種方法的應(yīng)用受到一定限制。最近香港大學(xué)的謝雪飛(XIE Xuefei)等人提出了同步整流MOS管門(mén)極電荷自維持和副邊電流驅(qū)動(dòng)的方法。由于副邊電流驅(qū)動(dòng)的方法需要用到電流互感器，不適用于小型化的電源，而且在大電流輸出的情況下會(huì)帶來(lái)附加的損耗。門(mén)極電荷自維持的方法電路比較簡(jiǎn)單，但在驅(qū)動(dòng)效果上有一定不足。由于本發(fā)明與上述方法有一定相關(guān)性，下面較為詳細(xì)地描述香港大學(xué)提出的門(mén)極電荷自維持電路。


圖1是香港大學(xué)提出的電荷自維持電路的基本原理。圖1A是該自維持電路的電路示意圖。圖中，電容器C是同步整流MOS管的門(mén)極寄生電容，開(kāi)關(guān)Sa是一輔助MOS管或晶體管，V1是驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖1B是其工作波形圖，如圖所示，在t0時(shí)刻以前，開(kāi)關(guān)Sa斷開(kāi)，電容器C的初始電壓為零，在t0時(shí)刻輸入信號(hào)V1為正，正向電流通過(guò)二極管D1對(duì)電容器C充電，并達(dá)到V1的幅值；在t1時(shí)刻輸入信號(hào)V1變?yōu)榱悖O管D1反偏截止。儲(chǔ)存在電容器C上的電荷將維持V2的電壓不變。在t2時(shí)刻開(kāi)關(guān)Sa開(kāi)始導(dǎo)通，電容器C上的電荷通過(guò)開(kāi)關(guān)Sa放電，V2的電壓下降到零。從圖1B的波形可以看出，在t1到t2時(shí)刻盡管驅(qū)動(dòng)信號(hào)V1已經(jīng)消失，同步整流MOS管仍能維持導(dǎo)通。
圖2A和圖2B分別是帶有香港大學(xué)提出的電荷自維持電路的正激直流到直流變換器的具體電路和工作波形圖。圖2中，S是正激變換器的主開(kāi)關(guān)，S1和S2是同步整流MOS管，Sa為輔助MOS管，它與二極管D1一起用來(lái)實(shí)現(xiàn)同步整流MOS管S2門(mén)極驅(qū)動(dòng)的電荷自維持功能。如圖2B，具體工作過(guò)程如下在t0到t1時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通，副邊電壓正向加在同步整流MOS管S1和輔助MOS管Sa上使之導(dǎo)通，輔助MOS管Sa導(dǎo)通使同步整流MOS管S2門(mén)極短路，MOS管S2截止，輸出電流流經(jīng)MOS管S1。
在t1時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)S關(guān)斷，勵(lì)磁電流流向磁復(fù)位電路MR。同步整流MOS管S1、輔助MOS管Sa因門(mén)極反偏而截止，而變壓器T的副邊電壓反向通過(guò)二極管D1對(duì)MOS管S2門(mén)極充電使其導(dǎo)通，這樣輸出電流由MOS管S1轉(zhuǎn)向MOS管S2流通。
在t2時(shí)刻，變壓器T復(fù)位過(guò)程結(jié)束，副邊電壓變?yōu)榱?，輔助MOS管Sa仍處截止?fàn)顟B(tài)。由于二極管D1反偏，MOS管S2門(mén)極電荷維持不變，MOS管S2繼續(xù)導(dǎo)通。
在t0’時(shí)刻，變壓器T副邊電壓變?yōu)檎?，輔助MOS管Sa導(dǎo)通使MOS管S2門(mén)極電容放電，并使MOS管S2截止，MOS管S1因副邊正向電壓而導(dǎo)通，新的開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復(fù)上述過(guò)程。
上述電路的主要問(wèn)題在同步整流MOS管S2的關(guān)斷過(guò)程。當(dāng)變壓器T副邊電壓上正下負(fù)的時(shí)候，MOS管S1和輔助MOS管Sa同時(shí)導(dǎo)通，MOS管S2的關(guān)斷要等到其門(mén)極電壓被輔助MOS管Sa放電至開(kāi)通閾值電壓以下，即MOS管S2的關(guān)斷要滯后MOS管S1的開(kāi)通，MOS管S1和S2有一個(gè)共態(tài)導(dǎo)通的時(shí)間，造成導(dǎo)通損耗增加。另外MOS管S2截止時(shí)，門(mén)極通過(guò)輔助MOS管Sa至零電位，而同步整流MOS管的門(mén)極導(dǎo)通電壓一般比較低(2～3V)，所以容易受到外界干擾，也會(huì)造成共態(tài)導(dǎo)通的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種帶有電荷自維持電路的同步整流電路，能夠克服上述的同步整流管同時(shí)導(dǎo)通的缺點(diǎn)，并且在電路結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的同步整流電路，包含由原邊繞組和副邊繞組組成的變壓器，用于對(duì)輸入電壓進(jìn)行變壓；
一對(duì)同步整流MOS管，用于對(duì)變壓器的輸出進(jìn)行整流；還包括一個(gè)輔助MOS管，所述輔助MOS管的門(mén)極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一的門(mén)極連接，并連接到所述副邊繞組的正同名端，所述輔助MOS管的源極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一的漏極連接，并連接到所述副邊繞組的負(fù)同名端，所述輔助MOS管的漏極與所述一對(duì)同步整流MOS管之另一的門(mén)極連接。
在本發(fā)明提供的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的同步整流電路，還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組，所述驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端與所述原邊繞組的正同名端具有相同的澀性，且具有一個(gè)抽頭；所述輔助MOS管的門(mén)極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一的門(mén)極連接，并連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端上，所述輔助MOS管的源極連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的負(fù)同名端上，所述一對(duì)同步整流MOS管之另一的源極連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的抽頭上。
本發(fā)明的其它目的、效果和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面對(duì)較佳實(shí)施例的描述將變得更為明顯，附圖中圖1是香港大學(xué)提出的電荷自維持電路的基本原理，其中，圖1A是該自維持電路的電路示意圖，圖1B是其工作波形圖；圖2A和圖2B分別是帶有香港大學(xué)提出的電荷自維持電路的正激直流到直流變換器的具體電路和工作波形圖；圖3示出了本發(fā)明的同步整流電路中包含的電荷自維持電路的基本原理；其中圖3A是該電荷自維持電路的電路示意圖，圖3B是其工作波形圖；圖4示出了包含有本發(fā)明的同步整流電路的正激變換器的電路圖，其中，圖4A是包含有本發(fā)明的同步整流電路的正激變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4B是本發(fā)明的同步整流電路的工作波形圖；圖5示出了包含有本發(fā)明的同步整流電路的另一個(gè)實(shí)施例的正激變換器的電路圖；圖6示出了本發(fā)明的同步整流電路的一個(gè)特例；圖7示出了在圖6所示的特例上的改進(jìn)；圖8至圖10示出了具有本發(fā)明的同步整流電路的雙管正激變換器的電路結(jié)構(gòu)。
圖3示出了本發(fā)明的同步整流電路中包含的電荷自維持電路的基本原理。其中圖3A是該電荷自維持電路的電路示意圖，圖3B是其工作波形圖。在t0時(shí)刻以前，開(kāi)關(guān)Sa斷開(kāi)，電容器C的初始電壓為V1的低電平值；在t0時(shí)刻輸入信號(hào)V1變?yōu)楦唠娖?，正向電流通過(guò)二極管D1對(duì)電容器C充電，并達(dá)到V1的高電平幅值；在t1時(shí)刻輸入信號(hào)V1變?yōu)榈碗娖剑O管D1反偏截止。儲(chǔ)存在電容器C上的電荷將維持V2的電壓不變。在t2時(shí)刻開(kāi)關(guān)Sa導(dǎo)通，電容器C上的電荷通過(guò)開(kāi)關(guān)Sa放電，V2的電壓下降到V1的低電平值。如果電容器C是同步整流MOS管的門(mén)極寄生電容，Sa是一輔助MOS管或晶體管，V1是驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從圖3B的波形可以看出，在t1到t2時(shí)刻盡管驅(qū)動(dòng)信號(hào)已經(jīng)消失，同步整流MOS管仍能維持導(dǎo)通。如果V1的低電平為負(fù)值，就可以加速同步MOS管的關(guān)斷過(guò)程。減少或避免共態(tài)導(dǎo)通的問(wèn)題。
下面結(jié)合圖4描述本發(fā)明的同步整流電路的一個(gè)實(shí)施例。為便于描述其工作原理，圖4示出了包含有本發(fā)明的同步整流電路的正激變換器的電路圖。在圖4中，圖4A是包含有本發(fā)明的同步整流電路的正激變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4B是本發(fā)明的同步整流電路的工作波形圖。
如圖4A所示，變壓器T由原邊繞組Tin、副邊繞組Tout和驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout帶有一個(gè)抽頭。原邊繞組Tin的正同名端接到電源正極，副邊繞組Tout和驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的正同名端與原邊繞組Tin正同名端具有相同的極性。S1，S2是同步整流MOS管，整流MOS管S1，S2的源極(s極)彼此相連，并與驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的抽頭相連，整流MOS管S1的漏極(d極)與副邊繞組Tout的負(fù)同名端相連，整流MOS管S1的門(mén)極(g極)與驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的正同名端相連，整流MOS管S2的漏極(d極)與副邊繞組Tout的正同名端相連，整流MOS管S2的門(mén)極(g極)與輔助MOS管Sa的漏極(d極)相連，輔助MOS管Sa的源極(s極)與驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的負(fù)同名端相連，輔助MOS管Sa的門(mén)極(d極)與驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的正同名端相連。該驅(qū)動(dòng)電路的工作過(guò)程如下在t0到t1時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的電壓正向加在整流MOS管S1和輔助MOS管Sa的門(mén)極上使之導(dǎo)通，輔助MOS管Sa導(dǎo)通使整流MOS管S2的門(mén)極接到驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout負(fù)同名端，反相電壓加在整流MOS管S2門(mén)極上，整流MOS管S2處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電流流經(jīng)整流MOS管S1。
在t1時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)S關(guān)斷，勵(lì)磁電流流向磁復(fù)位電路MR。整流MOS管S1和輔助MOS管Sa的門(mén)極電壓反向，整流MOS管S1和輔助MOS管Sa截止。驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的負(fù)同名端變?yōu)檎妷?，并通過(guò)輔助MOS管Sa的體二極管對(duì)整流MOS管S2門(mén)極充電使其導(dǎo)通，這樣整流MOS管S2導(dǎo)通，輸出電流由整流MOS管S1轉(zhuǎn)向整流MOS管S2。
在t2時(shí)刻，變壓器T復(fù)位過(guò)程結(jié)束，驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout電壓變?yōu)榱悖捎谳o助MOS管Sa截止，并且輔助MOS管Sa的體二極管反偏，整流MOS管S2門(mén)極電荷無(wú)放電回路，電壓維持不變，整流MOS管S2繼續(xù)導(dǎo)通。
在t0’時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的電壓正向加在整流MOS管S1和輔助MOS管Sa上使之導(dǎo)通，輔助MOS管Sa導(dǎo)通使驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout的負(fù)向電壓加到整流MOS管S2門(mén)極使其截止，新的開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復(fù)上述過(guò)程。
由于有負(fù)電壓加在整流MOS管S2門(mén)極，整流MOS管S2的在關(guān)斷過(guò)程加快，從而減少了整流MOS管S1和S2共態(tài)導(dǎo)通的時(shí)間。同樣由于負(fù)電壓加在整流MOS管S2門(mén)極上，增加了整流MOS管S2的抗干擾能力，使驅(qū)動(dòng)電路更加穩(wěn)定可靠。
由于同步整流MOS管S2的關(guān)斷總是存在一定的延時(shí)，整流MOS管S1和S2可能存在一定的共態(tài)導(dǎo)通時(shí)間。為了避免整流MOS管S1和S2共態(tài)導(dǎo)通帶來(lái)的額外損耗，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以在變壓器T的副邊繞組Tout上串入一個(gè)飽和電感器Ls，以限制共態(tài)導(dǎo)通帶來(lái)的電流尖峰，從而降低導(dǎo)通損耗。具體電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖6示出了本發(fā)明的同步整流電路的一個(gè)特例。當(dāng)圖4所示的同步整流電路中的變壓器T的副邊繞組Tout的電壓與MOS管的驅(qū)動(dòng)電路比較接近的情況下，可以直接用副邊繞組Tout的輸出驅(qū)動(dòng)同步整MOS管S1和S2。這樣可以省去驅(qū)動(dòng)繞組Tdrout。其中，整流MOS管S1和輔助MOS管Sa的門(mén)極(g極)連接到副邊組Tout的正同名端，輔助MOS管Sa的源極(s極)連接到副邊繞組Tout的負(fù)同名端，其它連接不變。其工作過(guò)程與圖4的電路基本類(lèi)似。
與上同理，在圖6所示的特例中，也可以在變壓器T的副邊繞組Tout上串接一個(gè)飽和電感器Ls，以限制共態(tài)導(dǎo)通帶來(lái)的電流尖峰，如圖7所示。
圖4至圖7的實(shí)施例是以單管正激變換器為例子來(lái)描述本發(fā)明的同步整流電路。同樣，本發(fā)明的同步整流電路也可以應(yīng)用于雙管正激變換器。圖8至圖10示出了具有本發(fā)明的同步整流電路的雙管正激變換器的電路結(jié)構(gòu)，其中圖8-圖10分別與圖4、5和圖7相對(duì)應(yīng)。
上面已具體地詳細(xì)描述了本發(fā)明的各個(gè)較佳實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，上述這些并不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的一般人員來(lái)說(shuō)，可以在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，作出種種變化。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)決定。
權(quán)利要求
1.一種同步整流電路，包含由原邊繞組和副邊繞組組成的變壓器，用于對(duì)輸入電壓進(jìn)行變壓；一對(duì)同步整流MOS管，用于對(duì)變壓器的輸出進(jìn)行整流；其特征在于，還包括一個(gè)輔助MOS管，所述輔助MOS管的門(mén)極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一(S1)的門(mén)極連接，并連接到所述副邊繞組的正同名端，所述輔助MOS管的源極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一(S1)的漏極連接，并連接到所述副邊繞組的負(fù)同名端，所述輔助MOS管的漏極與所述一對(duì)同步整流MOS管之另一(S2)的門(mén)極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的同步整流電路，其特征在于，還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組，繞制在所述變壓器上，所述驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端與所述原邊繞組的正同名端具有相同的極性，且具有一個(gè)抽頭；所述輔助MOS管的門(mén)極與所述一對(duì)同步整流MOS管之一(S1)的門(mén)極連接，并連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端上，所述輔助MOS管的源極連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的負(fù)同名端上，所述一對(duì)同步整流MOS管之另一(S2)的源極連接到所述驅(qū)動(dòng)繞組的抽頭上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的同步整流電路，其特征在于，在所述副邊繞組上還串接一個(gè)飽和電感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步整流電路。傳統(tǒng)的同步整流電路存在著整流MOS管導(dǎo)通不足或同時(shí)導(dǎo)通的問(wèn)題。本發(fā)明提供的同步整流電路包括變壓器、一對(duì)同步整流MOS管、一個(gè)輔助MOS管和一個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組,驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端與原邊繞組的正同名端具有相同的極性,且具有一個(gè)抽頭;輔助MOS管的門(mén)極與一對(duì)整流MOS管之一(S1)的門(mén)極連接,并連接到驅(qū)動(dòng)繞組的正同名端上,輔助MOS管的源極連接到驅(qū)動(dòng)繞組的負(fù)同名端上,一對(duì)整流MOS管之另一(S2)的源極連接到驅(qū)動(dòng)繞組的抽頭上。
文檔編號(hào)H02M7/217GK1355598SQ0013474
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者黃貴松, 顧亦磊, 章進(jìn)法 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司