一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流boost電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流BOOST電路，包括二極管D1，電容C1構(gòu)成的自舉供電電路，當(dāng)主開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，輔助電源VCC通過D1給C1充電，從而給反向電流檢測電路以及控制驅(qū)動(dòng)電路供電；檢流電阻R1、電壓比較器U1構(gòu)成反向電流檢測電路，當(dāng)R1上正向電流接近零或負(fù)電流，U1比較后送出低電平到與門U2；與門U2控制同步整流管Q2驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)PWM發(fā)生器送給Q2高電平時(shí)，先經(jīng)過與門U2，若檢測到U1比較送出的0電流或付電流，則U2送出低電平，Q2關(guān)斷；這三部分電路即可實(shí)現(xiàn)防止BOOST電路同步整流管反向電流的問題。其設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、安全節(jié)能、成本低廉。
【專利說明】一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流BOOST電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流 BOOST電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 帶有同步整流的BOOST升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用已非常廣泛，主開關(guān)管和同步整流管工作 在互補(bǔ)模式，可以得到很高的轉(zhuǎn)換效率；但是這一傳統(tǒng)的做法有個(gè)缺陷，當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作在輕 載或空載狀態(tài)時(shí)，同步整流管上會(huì)出現(xiàn)負(fù)電流，此時(shí)雖然輸出電流很小，但是電感、主開關(guān) 管、同步整流管上卻有較大的電流流過，使能量在輸入電容和輸出電容之間反復(fù)轉(zhuǎn)換，雖然 只要控制得當(dāng)不會(huì)對負(fù)載造成什么影響，但是反復(fù)循環(huán)的電流卻會(huì)白白增加損耗，使得即 使空載上述器件仍然會(huì)消耗不少功耗；另外，在一些特殊使用場合，例如多個(gè)同步BOOST轉(zhuǎn) 換器并聯(lián)工作或者輸出端并有蓄電池時(shí)，一旦輸出端電壓被外力太高，就會(huì)發(fā)生輸出向輸 入端倒灌的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞前端電源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明在BOOST電路中同步整流上管的源極串入一只檢流電阻，用比較器檢測電 流的正反向，再控制驅(qū)動(dòng)電路，使得當(dāng)同步整流管正向電流降到〇甚至出現(xiàn)反向電流時(shí)關(guān) 斷同步管；上述比較器、同步整流上管驅(qū)動(dòng)及控制電路可以簡單的自舉電路獲得電源，能有 效克服上述缺陷，實(shí)現(xiàn)在BOOST轉(zhuǎn)換器輕載工作時(shí)當(dāng)同步整流上管電流降到零時(shí)自動(dòng)關(guān)閉 同步整流，無須外加信號進(jìn)行控制。其設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、安全節(jié)能、成本低廉， 有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流 BOOST電路，包括PWM發(fā)生器，主開關(guān)管Q1，同步整流管Q2, BOOST電感L1，輸入濾波電容C2， 輸出濾波電容C3,其特征在于：所述同步整流管Q2增加了電流檢測及判斷電路和驅(qū)動(dòng)及控 制電路，以及給上述電路供電的自舉供電電路；所述PWM發(fā)生器的一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)及控 制電路的一個(gè)輸入端相連，PWM發(fā)生器的另一個(gè)輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路與主開關(guān)管Q1柵極相 連，所述驅(qū)動(dòng)及控制電路的輸出端與同步整流管Q2的柵極相連，所述電流檢測及判斷電路 連接在同步整流管Q2與驅(qū)動(dòng)及控制電路之間，所述BOOST電感L1的一端與電源相連，另一 端與自舉供電電路相連，所述自舉供電電路與主開關(guān)管Q1的漏極相連；所述輸入濾波電容 C2正極與電源相連，負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連；所述同步整流管Q2、主開關(guān)管Q1之間 連接有電流檢測及判斷電路，所述輸出濾波電容C3與主開關(guān)管Q1、電流檢測及判斷電路同 步整流管Q2依次連接組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
[0005] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，同步整流管電流檢測及判斷電路包括 串聯(lián)在同步整流管Q2源極的檢流電阻R1和電壓比較器U1，且檢流電阻R1跨接在電壓比 較器U1的兩輸入端之間，其中檢流電阻R1與同步整流管Q2源極相連的一端接電壓比較器 U1負(fù)極輸入端，所述電壓比較器U1的輸出端與驅(qū)動(dòng)及控制電路的另一個(gè)輸入端相連。
[0006] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，同步整流管驅(qū)動(dòng)及控制電路包括由與 門電路控制的驅(qū)動(dòng)電路。
[0007] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，自舉供電電路中包括自舉二極管D1及 與自舉二極管D1串聯(lián)的自舉電容C1。
[0008] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，所述電壓比較器U1負(fù)極輸入端與同步 整流管Q2的源極相連，電壓比較器U1正極輸入端與主開關(guān)管Q1的漏極相連。
[0009] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，所述輸出濾波電容C3正極與同步整流 管Q2的漏極相連，輸出濾波電容C3負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連，且輸出濾波電容C3正 極為接負(fù)載端。
[0010] 上述的同步整流BOOST電路，其特征在于，同步整流管驅(qū)動(dòng)及控制電路不限于由 與門電路控制的驅(qū)動(dòng)電路。
[0011] 采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 1、本發(fā)明可以有效降低同步boost轉(zhuǎn)換器在輕載時(shí)的轉(zhuǎn)換損耗，提升效率；
[0013] 2、本發(fā)明可以有效防止BOOST轉(zhuǎn)換器電路輸出端對輸入端的電流倒灌，在某些場 合，輸出端并聯(lián)其它電源或者蓄電池的情況下，防止電流倒灌，可有效保護(hù)前端電源，尤其 是當(dāng)前端電源是燃料電池等對反向電流敏感的電源的時(shí)候。
[0014] 綜上所述，本發(fā)明能有效克服BOOST轉(zhuǎn)換器電路輸出端對輸入端的電流倒灌缺 陷，實(shí)現(xiàn)在BOOST轉(zhuǎn)換器輕載工作時(shí)當(dāng)同步整流上管電流降到零時(shí)自動(dòng)關(guān)閉同步整流，無 須外加信號進(jìn)行控制。其設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、安全節(jié)能、成本低廉，有效解決了 現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的同步整流BOOST電路原理圖；
[0016] 圖2為常用同步BOOST轉(zhuǎn)換器原理圖；
[0017] 圖3為同步整流管電流波形對比圖；
[0018] 圖4為電流檢測及判斷電路的應(yīng)用實(shí)例圖；
[0019] 圖5為帶控制電路的同步整流管驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用實(shí)例圖；
[0020] 圖6為自舉供電電路的應(yīng)用實(shí)例圖。
[0021] 其中：1、PWM發(fā)生器；2、驅(qū)動(dòng)及控制電路；
[0022] 自舉供電電路；4、電流檢測及判斷電路。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0024] 如圖1和圖2所示，一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流BOOST電路，包括P麗發(fā)生器 1，主開關(guān)管Q1，同步整流管Q2, BOOST電感L1，輸入濾波電容C2,輸出濾波電容C3,其特征 在于：所述同步整流管Q2增加了電流檢測及判斷電路4和驅(qū)動(dòng)及控制電路2,以及給上述 電路供電的自舉供電電路3 ;所述PWM發(fā)生器1的一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)及控制電路2的一個(gè) 輸入端相連，PWM發(fā)生器1的另一個(gè)輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路與主開關(guān)管Q1柵極相連，所述驅(qū) 動(dòng)及控制電路2的輸出端與同步整流管Q2的柵極相連，所述電流檢測及判斷電路4連接在 同步整流管Q2與驅(qū)動(dòng)及控制電路2之間，所述BOOST電感L1的一端與電源相連，另一端與 自舉供電電路3相連，所述自舉供電電路3與主開關(guān)管Q1的漏極相連；所述輸入濾波電容 C2正極與電源相連，負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連；所述同步整流管Q2、主開關(guān)管Q1之間 連接有電流檢測及判斷電路4,所述輸出濾波電容C3與主開關(guān)管Q1、電流檢測及判斷電路 4同步整流管Q2依次連接組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
[0025] 本實(shí)施例中，同步整流管電流檢測及判斷電路4包括串聯(lián)在同步整流管Q2源極的 檢流電阻R1和電壓比較器U1，且檢流電阻R1跨接在電壓比較器U1的兩輸入端之間，其中 檢流電阻R1與同步整流管Q2源極相連的一端接電壓比較器U1負(fù)極輸入端，所述電壓比較 器U1的輸出端與驅(qū)動(dòng)及控制電路2的另一個(gè)輸入端相連。檢流電阻R1連接在同步整流管 Q2的源極而非漏極的好處是可以使判定電流方向的電壓比較器U1使用自舉供電電路3作 為電源，而無需另外再提供帶有隔離的較復(fù)雜專用電源；檢流電阻R1兩端的電壓送入電壓 比較器U1進(jìn)行判定，如果是正向電流，電壓比較器U1送出高電平，如果是反向電流，則送出 低電平。
[0026] 電壓比較器U1輸入端可加入偏置電壓以避免器件誤差造成的誤動(dòng)作。如圖4所 示，是電流檢測及判斷電路的應(yīng)用實(shí)例。該實(shí)例中，R1選用5πιΩ檢流電阻，U1使用TI公 司的高速精密電壓比較器，響應(yīng)時(shí)間10nS，輸入失調(diào)電壓0. 5mV，Ra和Rb提供了一個(gè)偏置 電壓，使得同步整流管Q2的正向電流還沒完全降到0的時(shí)候比較器即判定電流到0輸出低 電平關(guān)閉Q2,這樣做的作用是避免比較器U1的誤差導(dǎo)致誤判，亦能防止0點(diǎn)附近時(shí)電路噪 聲造成Q2反復(fù)開通關(guān)閉；此偏置電壓可按具體電路進(jìn)行設(shè)定，太低則不能完全避免誤判問 題，太高則會(huì)增大Q2的損耗，按圖4中的參數(shù)，對應(yīng)關(guān)斷電流約在0. 5A。
[0027] 本實(shí)施例中，同步整流管驅(qū)動(dòng)及控制電路2包括由與門電路控制的驅(qū)動(dòng)電路，U2 為雙輸入端與門，當(dāng)PWM信號送入高電平時(shí)，還須看電壓比較器U1送來的信號是否也是高 電平，兩者都是高電平的時(shí)候才會(huì)送出高電平，使M0SFET驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)同步整流管Q2導(dǎo) 通，當(dāng)上述的電流方向檢測電路檢測到反向電流時(shí)，與門電路能夠輸出低電平給驅(qū)動(dòng)電路， 保證同步整流管處于關(guān)斷狀態(tài)。但本發(fā)明不局限于上述的與門加驅(qū)動(dòng)組成整流管驅(qū)動(dòng)及控 制電路的方式。
[0028] 如圖5所示，是帶控制電路的同步整流管驅(qū)動(dòng)電路的3個(gè)應(yīng)用實(shí)例：
[0029] a中U2使用了單2輸入與門74AHC1G08, M0SFET驅(qū)動(dòng)器則使用TC4420 ;
[0030] b中，將驅(qū)動(dòng)芯片改成了一對NPN、PNP管組成的圖騰柱；
[0031] c中，省略了與門，使用了帶使能引腳的驅(qū)動(dòng)芯片F(xiàn)AN3122,當(dāng)比較器輸出低電平 時(shí)將關(guān)閉FAN3122,輸出始終低電平；其效果和用與門+驅(qū)動(dòng)芯片相同。
[0032] 本實(shí)施例中，自舉供電電路中3包括自舉二極管D1及與自舉二極管D1串聯(lián)的自 舉電容C1，當(dāng)主開關(guān)管Q1導(dǎo)通，C1的下端將隨之拉低到0電平，VCC(通常為+12V或+5V) 則通過D1給C1充電，使C1的電壓即VCCH接近為VCC，即使主開關(guān)管Q1截止，C1下端電平 抬高，C1上存儲(chǔ)的電能仍能給電流檢測及判斷電路4和驅(qū)動(dòng)及控制電路2供電，并可再通 過三端穩(wěn)壓等形式提供多組實(shí)際所需的供電電壓。
[0033] 如圖6所示，為自舉供電電路3的應(yīng)用實(shí)例。在輸出電壓不高于150V的應(yīng)用中， 自舉二極管D1可使用小電流的肖特基二極管，實(shí)例中使用了耐壓150V的SB01-15C，電容 C1則使用1UFX7R25V的陶瓷電容器，另外如果驅(qū)動(dòng)M0SFET使用10?12V的電壓，而邏輯芯 片需要用到+5V，可以增加一個(gè)5V三端穩(wěn)壓，如78L05或LM1117-5. 0。
[0034] 本實(shí)施例中，所述電壓比較器U1負(fù)極輸入端與同步整流管Q2的源極相連，電壓比 較器U1正極輸入端與主開關(guān)管Q1的漏極相連。
[0035] 本實(shí)施例中，所述輸出濾波電容C3正極與同步整流管Q2的漏極相連，輸出濾波電 容C3負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連，且輸出濾波電容C3正極為接負(fù)載端。
[0036] 下面結(jié)合波形圖圖3說明本發(fā)明工作的整個(gè)過程。圖3中最上面的波形是普通的 同步整流在滿載情況下同步整流管的電流波形，Q1導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin直接叫到電感L1 上，L1上的電流逐漸加大，其存儲(chǔ)的能量隨之增加，此時(shí)Q2的體二極管截止，其電流為0 ;當(dāng) 下管Q1關(guān)斷時(shí)，電感的能量便通過Q2的體二極管向輸出濾波電容C3及負(fù)載放電，隨著能 量的釋放，電流逐步減小，并在下一周期Q1導(dǎo)通時(shí)突變?yōu)椹?;驅(qū)動(dòng)Q2的PWM波形和Q1是完 全互補(bǔ)的，只是為了防止Ql、Q2同時(shí)導(dǎo)通造成短路會(huì)留有死區(qū)時(shí)間，一般為幾十納秒左右， 也就是說在Q1關(guān)斷，Q2的體二極管通過電流的幾乎同時(shí)，Q2變導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)同步整流，使得Q2 的導(dǎo)通損耗變的很低，提高效率；我們看到在次滿載的情況下，Q1關(guān)斷期間，Q2始終有較大 的正向電流流過，對于本發(fā)明來講，由于電流始終正向，比較器始終送出高電平，與門的PWM 輸入和輸出完全一致，所以其工作狀態(tài)和普通BOOST轉(zhuǎn)換器是完全一致的；
[0037] 但是當(dāng)工作在輕載狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)就不同了。圖3中間的波形是普通BOOST轉(zhuǎn)換器 在輕載下的同步整流管波形，由于負(fù)載很小，電流也遠(yuǎn)小于上圖，當(dāng)Q1關(guān)斷，Q2出現(xiàn)正向電 流后，很快就下降到〇,此時(shí)Q1尚未導(dǎo)通，而Q2卻仍在導(dǎo)通狀態(tài)，由于C3上的電壓高于輸入 電壓Vin，導(dǎo)致C3通過L1對輸入電容C2甚至前端輸入電源充電，直到Q2截止，Q1導(dǎo)通，此 反向電流才消失，之后Q1導(dǎo)通的前期，L1儲(chǔ)存的反向能量仍然對輸入電容充電，能量放完 后輸入電源才重新對L1充入正向電流；這些反復(fù)重放電的電流會(huì)造成Q1、Q2的導(dǎo)通電阻、 L1的直流電阻、以及線路電阻、甚至C2、C3的ESR上的損耗，白白消耗能量，對輸入端的充 電也會(huì)造成對輸入電源的不良影響；如果應(yīng)用本發(fā)明，則能解決上述問題。
[0038] 圖3最下面的波形是本發(fā)明在輕載下的同步整流管電流波形，和中圖不同的是， 當(dāng)同步整流管正向電流下降到〇時(shí)，由于電流檢測電路檢測到并輸出低電平，導(dǎo)致與門U2 送低電平，關(guān)閉了 Q2, Q2的體二極管亦截止，就不會(huì)出現(xiàn)反向電流，不會(huì)出現(xiàn)輸出端向輸入 端倒灌的現(xiàn)象。
[0039] 本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種自帶防倒灌保護(hù)的同步整流BOOST電路，包括PWM發(fā)生器（1)，主開關(guān)管Q1，同 步整流管Q2, BOOST電感L1，輸入濾波電容C2,輸出濾波電容C3,其特征在于：所述同步整 流管Q2增加了電流檢測及判斷電路⑷和驅(qū)動(dòng)及控制電路（2)，以及給上述電路供電的自 舉供電電路（3);所述PWM發(fā)生器（1)的一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)及控制電路（2)的一個(gè)輸入端 相連，PWM發(fā)生器（1)的另一個(gè)輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路與主開關(guān)管Q1柵極相連，所述驅(qū)動(dòng)及 控制電路⑵的輸出端與同步整流管Q2的柵極相連，所述電流檢測及判斷電路⑷連接在 同步整流管Q2與驅(qū)動(dòng)及控制電路（2)之間，所述BOOST電感L1的一端與電源相連，另一端 與自舉供電電路（3)相連，所述自舉供電電路（3)與主開關(guān)管Q1的漏極相連；所述輸入濾 波電容C2正極與電源相連，負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連；所述同步整流管Q2、主開關(guān)管 Q1之間連接有電流檢測及判斷電路（4)，所述輸出濾波電容C3與主開關(guān)管Q1、電流檢測及 判斷電路（4)同步整流管Q2依次連接組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步整流BOOST電路，其特征在于，同步整流管電流檢測及判 斷電路（4)包括串聯(lián)在同步整流管Q2源極的檢流電阻R1和電壓比較器U1，且檢流電阻R1 跨接在電壓比較器U1的兩輸入端之間，其中檢流電阻R1與同步整流管Q2源極相連的一端 接電壓比較器U1負(fù)極輸入端，所述電壓比較器U1的輸出端與驅(qū)動(dòng)及控制電路⑵的另一 個(gè)輸入端相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步整流BOOST電路，其特征在于，同步整流管驅(qū)動(dòng)及控 制電路⑵包括由與門電路控制的驅(qū)動(dòng)電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步整流BOOST電路，其特征在于，自舉供電電路中（3)包括 自舉二極管D1及與自舉二極管D1串聯(lián)的自舉電容C1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步整流BOOST電路，其特征在于，所述電壓比較器U1 負(fù)極輸入端與同步整流管Q2的源極相連，電壓比較器U1正極輸入端與主開關(guān)管Q1的漏極 相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步整流BOOST電路，其特征在于，所述輸出濾波電容C3正 極與同步整流管Q2的漏極相連，輸出濾波電容C3負(fù)極與主開關(guān)管Q1的源極相連，且輸出 濾波電容C3正極為接負(fù)載端。
【文檔編號】H02M7/217GK104092388SQ201410270068
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】顧榮鑫, 馬天才, 曹紫微 申請人:昆山弗爾賽能源有限公司