專利名稱：一種全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，特別是涉及一種直流一直流全橋整流變換器中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路。
背景技術(shù)：
同步整流技術(shù)是現(xiàn)代電源設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的新技術(shù)。它是在傳統(tǒng)的電源拓?fù)渲?，采用功率MOSFET來取代整流二極管以降低整流損耗，提高電壓變換器的效率。用功率 MOSFET做整流器時(shí)，要求門極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步，故稱之為同步整流。近年來，電子技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)處理和傳輸速度的快速提升，對(duì)電源的功率和功率密度的要求不斷上升，使提高變換器的效率成為實(shí)現(xiàn)高功率和高功率密度的關(guān)鍵。 整流二極管的導(dǎo)通損耗所占輸出功率的比例(即對(duì)效率的影響)基本可以從整流二極管導(dǎo)通壓降與輸出電壓的比例來確定。輸出電壓越低，二極管壓降所帶來的效率損失就越大?？旎謴?fù)二極管(FRD)或超快恢復(fù)二極管的導(dǎo)通壓降約為1. 0 1. 2V，即使采用低壓降的肖特基二極管也會(huì)產(chǎn)生大約0. 6V的壓降。以5V輸出電壓為例，僅肖特基二極管導(dǎo)通損耗就占了大于輸出功率的10%，因而獲得大于90%轉(zhuǎn)化效率是不可能的。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實(shí)現(xiàn)高效率及小體積的需要，成為制約直流-直流變換器發(fā)展的瓶頸。而同步整流技術(shù)可以大大減少開關(guān)電源輸出端的整流損耗，從而提高轉(zhuǎn)換效率，降低電源本身發(fā)熱，使高性能高功率密度成為可能。在直流-直流變換器中，一般功率相對(duì)較小的設(shè)計(jì)多采用單端拓?fù)?，比如單端正激或單端反激。?duì)功率較大的應(yīng)用，一般采用變壓器雙向工作的橋式或推挽拓?fù)浔容^適合。 在此類雙向拓?fù)渲?，副邊一般可以是全橋或推挽結(jié)構(gòu)。圖1是原邊為全橋，副邊為推挽同步整流的變換器。圖2是原邊為全橋，副邊為全橋同步整流的變換器。副邊的同步整流方案一般多采用推挽式拓?fù)洌驗(yàn)橥秸髌鞯尿?qū)動(dòng)信號(hào)可以用副邊的地作為參考，驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單。而全橋同步整流拓?fù)溆捎谄渖喜客秸髌鞯尿?qū)動(dòng)需要是浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)，比較復(fù)雜和高成本，而很少被實(shí)用。全橋整流拓?fù)涞暮锰幵谟谡髌鞯碾妷簯?yīng)力是推挽拓?fù)渲姓髌鞯囊话?。在某些設(shè)計(jì)中，如果不考慮上部同步整流器驅(qū)動(dòng)的困難，全橋同步整流會(huì)使轉(zhuǎn)換效率更高。因此如何能夠比較簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)全橋整流拓?fù)渲型秸髌鞯尿?qū)動(dòng)，全橋同步整流拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)就可以得到充分的發(fā)揮。圖3是全橋同步整流器的驅(qū)動(dòng)波形。原邊處于對(duì)角位置的開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)相同。QlOl和Q104為一對(duì)，Q102和Q103為另一對(duì)。副邊處于對(duì)角位置的開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)也相同。Q201和Q204為一對(duì)，Q202和Q203為另一對(duì)。在一對(duì)原邊開關(guān)處于開通狀態(tài)時(shí)，副邊相應(yīng)的對(duì)角同步整流開關(guān)器件也同樣處于開通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)同步整流。當(dāng)全部原邊開關(guān)器件都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，副邊的全部同步整流器件都處于開通狀態(tài)，為電感L中的電流提供低損耗的副邊回流通路。圖3中原邊開關(guān)器件和副邊開關(guān)器件的開通狀態(tài)之間的死區(qū)時(shí)間用以保證不出現(xiàn)變壓器被短路的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)全橋同步整流器的線路包括用驅(qū)動(dòng)變壓器對(duì)每個(gè)處于上部位置的開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或使用專門為驅(qū)動(dòng)上部開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)芯片。兩種線路都存在復(fù)雜和/ 或成本高的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型針對(duì)全橋同步整流拓?fù)涮岢鲆环N簡(jiǎn)便的、低成本的驅(qū)動(dòng)同步整流器的線路。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)便的、低成本的全橋同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路。本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路，其特征在于，該線路采用包含由位于上部的一個(gè)第一功率開關(guān)器件和位于下部的一個(gè)第二功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)第一橋臂、由位于上部一個(gè)第三功率開關(guān)器件和位于下部的一個(gè)第四功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)第二橋臂、由控制器產(chǎn)生的一個(gè)第一同步信號(hào)和一個(gè)第二同步信號(hào)、與第二同步信號(hào)耦合的一個(gè)第一功率放大驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)第二功率放大器、與第一同步信號(hào)耦合的一個(gè)第三功率放大器和一個(gè)第四功率放大器、與第一功率放大器和第二功率放大器耦合的一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路、與第三功率放大器和第四功率放大器耦合的一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路；第一和第二橋臂的下端相連，為整流橋的地，第一和第二橋臂的上端相連，為整流橋的正輸出端；第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路與第三功率開關(guān)器件耦合；第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路與第一功率開關(guān)器件耦合；第一功率放大器與第二功率開關(guān)器件耦合；第三功率放大器與第四功率開關(guān)器件耦合。優(yōu)選地，上述的全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路由一個(gè)第一二極管、一個(gè)第一保持電容、和一個(gè)第一放電開關(guān)構(gòu)成； 所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路由一個(gè)第二二極管、一個(gè)第二保持電容、和一個(gè)第二放電開關(guān)構(gòu)成；第一二極管的陽極與第一功率放大器的輸出端相連，其陰極與所述第三功率開關(guān)器件的控制端相連；第一保持電容連接在第三功率開關(guān)器件的控制端與第二橋臂的中點(diǎn)之間；第一放電開關(guān)連接在第三功率開關(guān)器件的控制端和整流橋的地之間，其控制端與第二功率放大器的輸出相連；第二二極管的陽極與第三功率放大器的輸出端相連，其陰極與所述第一功率開關(guān)器件的控制端相連；第二保持電容連接在第一功率開關(guān)器件的控制端與第一橋臂的中點(diǎn)之間；第二放電開關(guān)連接在第二功率開關(guān)器件的控制端和整流橋的地之間，其控制端與第四功率放大器的輸出相連。本實(shí)用新型為驅(qū)動(dòng)全橋整流線路中位于上部的功率開關(guān)器件提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的方案，克服了全橋整流線路上部開關(guān)驅(qū)動(dòng)困難和驅(qū)動(dòng)線路成本高的缺點(diǎn)，使全橋整流線路的高性能優(yōu)勢(shì)可以得到更廣泛地發(fā)揮，為高新技術(shù)電子產(chǎn)品的性能提升做出貢獻(xiàn)。

圖1是原邊全橋、副邊推挽同步整流變換器示意圖。圖2是原邊全橋、副邊全橋同步整流變換器示意圖。圖3是副邊全橋同步整流器的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。[0017]圖4是采用本實(shí)用新型的全橋同步整流器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是采用本實(shí)用新型的全橋同步整流器實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。本實(shí)用新型提供一種用于全橋同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路。采用該驅(qū)動(dòng)線路的全橋同步整流線路如圖4所示。該全橋同步整流的直流-直流變換器包含原邊線路20和副邊線路30、耦合原邊線路20和副邊線路30的變壓器T100，原邊線路包含直流電壓源21、開關(guān)線路22、變壓器原邊繞組23，副邊線路包含變壓器副邊繞組31、與變壓器副邊繞組31耦合的第一開關(guān)器件Q201第二開關(guān)器件Q202第三開關(guān)器件Q203和第四開關(guān)器件Q204、驅(qū)動(dòng)第二開關(guān)器件的第一功率放大器U1、驅(qū)動(dòng)第四開關(guān)器件的第三功率放大器U3、驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)器件Q201的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路32、驅(qū)動(dòng)第三開關(guān)器件Q203的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路33、和輸出濾波器34。第一至第四開關(guān)器件都是M0SFET。第一同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)SyncA和第二同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)SyncB可由原邊或副邊的控制器產(chǎn)生，或由功率線路中的信號(hào)產(chǎn)生。圖5是該實(shí)施例中信號(hào)的時(shí)序。本實(shí)用新型的全橋同步整流器驅(qū)動(dòng)線路包含以下運(yùn)行步驟當(dāng)SyncB信號(hào)在tl時(shí)刻變高時(shí)，因SyncA在此前為高，故Q204處在開通狀態(tài)，使 Q203的源極處于地電位。因此SyncB信號(hào)在經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器Ul開通Q202的同時(shí)通過二極管 Dl和Q204對(duì)電容Cl充電，使Q203開通。在tl和t2之間，SyncA和SyncB都為高，故上述第一至第四開關(guān)器件都處于開通狀態(tài)。在t2時(shí)刻SyncA變低，經(jīng)U3關(guān)斷Q204，同時(shí)經(jīng)反相器U4使Q206開通，經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的Q202釋放Q201的門極電電荷，使Q201關(guān)斷。經(jīng)過一個(gè)由t2到t3的死區(qū)時(shí)間后，原邊對(duì)角開關(guān)器件Q102和Q103被開通，輸入電壓經(jīng)過變壓器使Q201和Q204的漏極-源極電壓快速上升，如圖5中Vb波形所示，t4時(shí)刻原邊Q102 和Q103的驅(qū)動(dòng)信號(hào)變低，使Q102和Q103關(guān)斷，副邊Vb電壓下降至地電位，副邊的同步整流進(jìn)入回流階段，t5時(shí)刻SyncA信號(hào)變高，其后的過程與t2至t5對(duì)稱。圖4中的第一開關(guān)器件Q201、第二開關(guān)器件Q202、第三開關(guān)器件Q203和第四開關(guān)器件Q204都為MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect ^Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)，這四個(gè)開關(guān)器件都包含反并聯(lián)體二極管。全部開關(guān)器件也可以是其它類型的主動(dòng)開關(guān)器件。原邊和副邊線路的拓?fù)涠伎梢圆捎闷渌问?。上述同步整流器?qū)動(dòng)線路雖然只是對(duì)原邊全橋拓?fù)溥M(jìn)行的敘述，其原理對(duì)多種原邊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣適用。上述描述中使用了 MOSFET作為功率開關(guān)器件。該同步整流器驅(qū)動(dòng)線路同樣適用于任何其它具備開關(guān)特性的器件。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求1.一種全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路，其特征在于，該線路采用包含由位于上部的一個(gè)第一功率開關(guān)器件和位于下部的一個(gè)第二功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)第一橋臂、由位于上部一個(gè)第三功率開關(guān)器件和位于下部的一個(gè)第四功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)第二橋臂、由控制器產(chǎn)生的一個(gè)第一同步信號(hào)和一個(gè)第二同步信號(hào)、與第二同步信號(hào)耦合的一個(gè)第一功率放大驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)第二功率放大器、與第一同步信號(hào)耦合的一個(gè)第三功率放大器和一個(gè)第四功率放大器、與第一功率放大器和第二功率放大器耦合的一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路、與第三功率放大器和第四功率放大器耦合的一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路；第一和第二橋臂的下端相連，為整流橋的地，第一和第二橋臂的上端相連，為整流橋的正輸出端；第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路與第三功率開關(guān)器件耦合；第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路與第一功率開關(guān)器件耦合；第一功率放大器與第二功率開關(guān)器件耦合；第三功率放大器與第四功率開關(guān)器件耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路由一個(gè)第一二極管、一個(gè)第一保持電容、和一個(gè)第一放電開關(guān)構(gòu)成；所述第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路由一個(gè)第二二極管、一個(gè)第二保持電容、和一個(gè)第二放電開關(guān)構(gòu)成；第一二極管的陽極與第一功率放大器的輸出端相連，其陰極與所述第三功率開關(guān)器件的控制端相連；第一保持電容連接在第三功率開關(guān)器件的控制端與第二橋臂的中點(diǎn)之間；第一放電開關(guān)連接在第三功率開關(guān)器件的控制端和整流橋的地之間，其控制端與第二功率放大器的輸出相連；第二二極管的陽極與第三功率放大器的輸出端相連，其陰極與所述第一功率開關(guān)器件的控制端相連；第二保持電容連接在第一功率開關(guān)器件的控制端與第一橋臂的中點(diǎn)之間；第二放電開關(guān)連接在第二功率開關(guān)器件的控制端和整流橋的地之間，其控制端與第四功率放大器的輸出相連。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種全橋整流線路中同步整流器的驅(qū)動(dòng)線路，其特征在于，該線路包含兩個(gè)橋臂、兩個(gè)同步信號(hào)、四個(gè)功率放大驅(qū)動(dòng)器、和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路；兩個(gè)橋臂的下端相連，為整流橋的地，兩個(gè)橋臂的上端相連，為整流橋的正輸出端；兩個(gè)功率放大器經(jīng)過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持和釋放線路分別與橋臂上部的兩個(gè)功率開關(guān)器件耦合；另兩個(gè)功率放大器與兩個(gè)橋臂下部的兩個(gè)功率開關(guān)器件耦合。本實(shí)用新型為驅(qū)動(dòng)全橋整流線路中的功率開關(guān)器件提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的方案，克服了上部開關(guān)驅(qū)動(dòng)困難和驅(qū)動(dòng)線路成本高的缺點(diǎn)，使其高性能的優(yōu)勢(shì)可以得到更廣泛地發(fā)揮，為高新技術(shù)電子產(chǎn)品的性能提升做出貢獻(xiàn)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK202261027SQ20112016921
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者秦衛(wèi)鋒, 魏槐 申請(qǐng)人:江蘇兆能電子有限公司