專利名稱：新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
為滿足未來模塊電源的發(fā)展要求，在諧振復(fù)位電路中應(yīng)用同步整流技術(shù)是不可缺少的，自驅(qū)動(dòng)相對(duì)于外驅(qū)動(dòng)來說具有成本上和功率密度上的優(yōu)勢(shì)；但是諧振復(fù)位正激電路的副邊變壓器波形是一個(gè)正弦波，并且在完成磁復(fù)位以后變壓器上的電壓有段時(shí)間是零電壓，副邊呈現(xiàn)體內(nèi)二極管整流狀態(tài)，損耗很大。因此很多自驅(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)資料文獻(xiàn)[1]出自[1]Karl T Fronk，Derry.Synchronous rectifierdrive mechanism for resonant reset forward converters，US patent，61881578B1，2001-1-30.文獻(xiàn)[2]出自[2]顧亦壘，黃桂松，章進(jìn)法.一種新穎的同步整流驅(qū)動(dòng)電路 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào) 2005.3，25(5)74-78 文獻(xiàn)[3]出自[3]XiaoGao Xie J.M Zhang，ZhaoMingQian.An improved self-driven synchronous rectification for a resonant reset forwardconverter.IEEE APEC 2003，pp348-351文獻(xiàn)[4]出自[4]羅全明 何建軍 諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)電路CN 1564443A 2005-1-12.文獻(xiàn)[1]的自驅(qū)動(dòng)方案如圖1，它的最突出一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是擁有電荷保持功能。當(dāng)原邊主開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器副邊繞組的電壓波形是一個(gè)正常的方波信號(hào)，副邊同步整流管立刻開通，同時(shí)輔助管S3也開通提供副邊續(xù)流管S2的柵極放電回路，S2關(guān)斷。當(dāng)原邊主開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，變壓器的副邊繞組電壓波形如圖1(a)中的正弦波通過二極管給輔助管S3的漏源電容和續(xù)流管S2的輸入電容充電，直到正弦波的峰值電壓；則停止充電?？梢钥闯隼m(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電壓波形上升速度太慢，在高頻的模塊電源中驅(qū)動(dòng)損耗和開通損耗將大大增加，這將嚴(yán)重影響模塊整機(jī)轉(zhuǎn)換效率。文獻(xiàn)[2]的自驅(qū)動(dòng)方案如圖2，跟文獻(xiàn)[1]的方案相比只不過就是增加了第三繞組驅(qū)動(dòng)，解決了輸出電壓過低或者輸出電壓過高時(shí)，續(xù)流管S2的驅(qū)動(dòng)電壓?jiǎn)栴}，但同樣存在S2管開通速度慢的問題。文獻(xiàn)[3]利用輸出電壓作為續(xù)流管S2的驅(qū)動(dòng)電壓，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；但是在諧振復(fù)位正激變換器電路輸出電壓低于5V或高于20V時(shí)，文獻(xiàn)[3]中自驅(qū)動(dòng)方式則不合適，因驅(qū)動(dòng)電壓偏低的話，將影響MOS管的開關(guān)性能和導(dǎo)通電阻，而現(xiàn)在的模塊電源通常含有低壓大電流的特點(diǎn)；輸出電壓高的時(shí)候，在寬范圍輸入電壓的時(shí)候，做自驅(qū)動(dòng)可能損壞MOS管，這限制了該種自驅(qū)動(dòng)方式在工程上的應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]的自驅(qū)動(dòng)方式如圖4，利用把輸出電感上的電壓耦合為續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電壓，跟文獻(xiàn)[3]相比，無(wú)輸出電壓的限制，但由于耦合電感流過較大的電流，因此S2的驅(qū)動(dòng)電路上具有較大的功率損耗，并且增加了電路的設(shè)計(jì)難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路以解決的驅(qū)動(dòng)問題，使得續(xù)流管驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓迅速建立，并且該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路所述的續(xù)流管S2的門極充電回路包括輔助電感La、二極管D1、D3，所述的續(xù)流管S2的門極放電回路是通過控制管S3進(jìn)行放電的；原邊主開關(guān)管Q1導(dǎo)通的期間，第三輔助繞組Na給輔助電感La充電，當(dāng)原邊主開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，輔助電感La以峰值電流給續(xù)流管S2的門極電容充電，續(xù)流管S2立刻開通避免了在諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路中由于續(xù)流管S2開通緩慢帶來的開關(guān)損耗和體內(nèi)二極管的導(dǎo)通損耗。
由于采用了上述的該自驅(qū)動(dòng)方式克服了副邊續(xù)流管S2驅(qū)動(dòng)電壓建立緩慢的缺點(diǎn)，并且續(xù)流管的驅(qū)動(dòng)電壓通過一個(gè)斷續(xù)的buck-boost子電路來維持。
相比于其它自驅(qū)動(dòng)方式，該方案副邊的整流管S1和續(xù)流管S2存在的共態(tài)導(dǎo)通時(shí)間來的短，同時(shí)跟外驅(qū)動(dòng)相比續(xù)流管的開通性能也較好。


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)動(dòng)電路第一種實(shí)施例電路圖；圖1(a)是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路第一種實(shí)施例關(guān)鍵波形仿真圖；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)動(dòng)電路第二種實(shí)施例電路圖；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)動(dòng)電路第三種實(shí)施例電路圖；圖3(a)是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路第三種實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路第四種實(shí)施例電路圖；圖5是本發(fā)明新型諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例電路圖；圖5(a)是本發(fā)明新型諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例關(guān)鍵波形圖；圖5(b)是本發(fā)明新型諧振復(fù)位正激變換器同步整流自驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例原理與外驅(qū)動(dòng)比較波形具體實(shí)施例方式下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例一如圖5所示，一種新型的諧振復(fù)位正激變換器，主開關(guān)管Q1、變壓器Tr、諧振復(fù)位電容C1、C2、整流管S1、續(xù)流管S2、控制管S3、第三輔助繞組Na、輔助電感La。所述同步續(xù)流管S2的門極充電電路由輔助電感La、二極管D1、續(xù)流管S2、二極管D3構(gòu)成。輔助電感的B端接二極管D1的陽(yáng)極，二極管D1的陰極接續(xù)流管S2的門極，續(xù)流管S2的源極接二極管D3的陽(yáng)極，二極管D3的陰極接輔助電感La的A端。所述同步續(xù)流管S2的門極放電回路由控制管S3構(gòu)成，控制管S3的門極接第三輔助繞組Na的同名端，控制管S3的源極接第三輔助繞組Na的異名端。副邊同步整流管S1的門極和控制管S3的門極都接到第三輔助繞組Na的同名端，輔助電感La的B端接三端線性穩(wěn)壓器，該三端線性穩(wěn)壓器為副邊提供輔助電源。
圖5(a)則是電路工作中各點(diǎn)的主要波形，VGS(Q1)是原邊主開關(guān)管Q1的驅(qū)動(dòng)電壓，VGS(S1)是同步整流管S1的驅(qū)動(dòng)電壓波形，iLa為輔助電感La的電流，VGS(S2)是同步續(xù)流管S2的驅(qū)動(dòng)電壓波形，iQ1是原邊主開關(guān)管Q1的電流波形，VQ1是原邊主開關(guān)管Q1漏源兩極的端電壓波形。
上述電路的工作原理
在[t0-t1]階段在t0時(shí)刻原邊主開關(guān)管Q1開通，流過副邊整流管S1的電流開始增加，副邊續(xù)流管S2的電流開始減小。激磁電流開始線性上升，t1時(shí)刻續(xù)流結(jié)束。
在[t1-t2]階段在t1副邊整流管S1和副邊控制管完全開通，能量由變壓器直接傳給負(fù)載，激磁電流繼續(xù)上升；同時(shí)副邊電感La的電流也開始上升iLa(t)=VNaLa·(t-t1)+iLa(t1)···(1)]]>實(shí)際電路中把iLa設(shè)計(jì)成斷續(xù)工作模式，因此其它iLa(t1)＝iLa(t0)＝0，在t2時(shí)刻開關(guān)Q1關(guān)斷。
在[t2-t3]階段此狀態(tài)Q1已經(jīng)關(guān)斷，開關(guān)管結(jié)電容CS和C1被充電，續(xù)流管S2結(jié)電容放電，電感La電流從iLa(t)|max=VNaLa·D·TS,]]>并且電感La的電流開始以峰值電流給續(xù)流管S2的輸入電容和控制管S3的漏源間電容充電，在t3時(shí)VGS(S2)上的電壓等于VC3電壓，續(xù)流管S2導(dǎo)通，此階段結(jié)束。
在[t3-t4]階段此狀態(tài)中變壓器的漏感繼續(xù)給C1、CS充電，這段諧振時(shí)間較短；電感La電流開始給副邊輔助電源提供能量，向C3充電。
在[t4-t5-t6]階段從t4時(shí)刻，激磁電感LM與電容C1、C2開始諧振，諧振容上的能量反饋給電源和變壓器，完成磁復(fù)位工作；在[t6-t7]階段這段時(shí)間內(nèi)變壓器副邊饒阻兩端電壓為零；如圖5(B)所示，只要副邊控制管S3不開通，續(xù)流管S2是不會(huì)關(guān)斷的，t7時(shí)刻是下一個(gè)開關(guān)周期的開始在D·Ts階段副邊整流管S1和輔助控制管S3開通，同時(shí)第三繞組上的電壓VNa，經(jīng)過電感La、D1、S3后，回到第三繞組Na的接地端，這區(qū)間給輔助電感La充電，即La電感儲(chǔ)存了能量。在(1-D)·Ts階段，控制管S3關(guān)斷，同時(shí)輔助電感La以峰值電流給續(xù)流管S2的輸入電容和控制管S3的漏源間電容充電，當(dāng)VGS(S2)上的電壓充到VC3的時(shí)候便停止充電；輔助電感中還剩余能量，電感電流必須續(xù)流，將通過La-D2-C3-D3-La形成續(xù)流回路。
本發(fā)明應(yīng)注意在圖5(b)中，VG1為新型自驅(qū)動(dòng)方式的MOS管驅(qū)動(dòng)電壓上升波形，VG1為外驅(qū)動(dòng)方式MOS管驅(qū)動(dòng)電壓上升波形；VG1的驅(qū)動(dòng)電流波形為ILa，VG2的驅(qū)動(dòng)電流波形為ISource；對(duì)VG1、VG2選擇同樣的MOS管，VG1彌勒電平建立為t1-t0，VG2彌勒電平建立為t2-t0；由12·Cin·VMiller2=QG·VMiller···(2)]]>可得等式12·Cin·VG=IG1·Δt1=IG2·Δt2···(3)]]>在圖5(b)中，IG1=Ipeak+ILa12,]]>IG2=ISour1+02,]]>Δt1＝t1-t0，Δt2＝t2-t0；因?yàn)長(zhǎng)G1＞LG2，所以Δt1＜Δt2，說明新型自驅(qū)動(dòng)方式下MOS管具有很快的開通速度，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該新型自驅(qū)動(dòng)方式的下的MOS管開通速度確實(shí)優(yōu)于外驅(qū)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，包括主開關(guān)管Q1、同步整流管S1、同步續(xù)流管S2，第三輔助繞組Na、輔助電感La、控制管S3、NPN晶體管Q2、穩(wěn)壓管Z1、電容C3-C4、二極管D1-D4，其特征在于同步續(xù)流管S2驅(qū)動(dòng)能量的來源于輔助電感的La儲(chǔ)存能量，克服了S2管開通緩慢的問題，并且S2的驅(qū)動(dòng)電壓通過C3的電壓來穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的續(xù)流管S2的門極充電電路由輔助電感La--二極管D1--S2--D3構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的第三輔助繞組Na的同名端接二極管D4的陽(yáng)極，二極管D4的陰極接輔助電感La的A端，輔助電感La的B端接二極管D1的陽(yáng)極，二極管D1的陽(yáng)極接續(xù)流管S2的門極，續(xù)流管S2的源極接D3的陽(yáng)極，D3的陰極接輔助電感La的A端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的續(xù)流管S2的門極放電回路由S3管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的控制管S3為N型小功率場(chǎng)效應(yīng)管，控制管S3的漏極接續(xù)流管S2的門極，控制管S3的門極接第三輔助繞組Na的同名端，控制管S3的源極接續(xù)流管S2的源極和第三輔助繞組Na的異名端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的輔助電感La的剩余能量經(jīng)D2、D3放到電容C3上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的輔助電感La的B一端接二極管D2的陽(yáng)極，二極管D2的陰極接電容C3的一端，電容C3的另一端接D3的陽(yáng)極，D3的陽(yáng)極接副邊地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的電容C3的兩端接個(gè)線性穩(wěn)壓器，D2的陰極接NPN晶體管Q2的集電極，NPN晶體管Q2的基極接穩(wěn)壓管Z1的陰極，穩(wěn)壓管Z1的陽(yáng)極接二極管D3的陽(yáng)極，NPN晶體管Q2兩端并上電阻R1，電容C4為副邊提供輔助源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的C4并聯(lián)在晶體管Q2的發(fā)射極和D3的陽(yáng)極和續(xù)流管S2的源極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路，所述的續(xù)流管S2的門極充電回路包括輔助電感La、二極管D1和D3，所述的續(xù)流管S2的門極放電回路是通過控制管S3，它的主要特點(diǎn)在原邊主開關(guān)管Q1開通期間，第三輔助繞組給輔助電感充電；當(dāng)原邊主開關(guān)管Q1關(guān)斷后，輔助電感La以峰值電流給續(xù)流管S2門極電容充電使其立刻開通，避免了在諧振復(fù)位正激變換器的同步整流自驅(qū)動(dòng)電路中由于續(xù)流管S2開通緩慢帶來的開關(guān)損耗和S2管體內(nèi)二極管的導(dǎo)通損耗，即該自驅(qū)動(dòng)方式克服了副邊續(xù)流管驅(qū)動(dòng)電壓建立緩慢的缺點(diǎn)，并且相比于其它自驅(qū)動(dòng)方式，該方案副邊的整流管和續(xù)流管存在的共態(tài)導(dǎo)通時(shí)間來的短，同時(shí)跟外驅(qū)動(dòng)相比續(xù)流管S2的開通性能也較好。
文檔編號(hào)H02M7/537GK101039075SQ20071000881
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者華曉輝, 林維明 申請(qǐng)人:福州大學(xué)