專利名稱:一種同步整流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整流裝置，尤其涉及一種直流-直流電源變換器中的同步整流裝置。
背景技術(shù)：
由于低壓功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)具有很小的導(dǎo)通電阻，在有電流流過時(shí)產(chǎn)生的電壓降很小，可以替代二極管作為整流器件，大大提高DC-DC電源變換器的效率，在低壓、大電流的DC-DC變換器中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。使用功率MOSFET做整流器時(shí)，柵源極間電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱同步整流技術(shù)。
MOSFET是電壓控制型開關(guān)器件，必須在其柵-源極之間加上驅(qū)動(dòng)電壓來控制其漏極和源極之間的導(dǎo)通和關(guān)斷。根據(jù)其控制方式，同步整流的驅(qū)動(dòng)電路可以分為它驅(qū)和自驅(qū)兩大類。
利用外加的電路來對(duì)MOSFET進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式稱為它驅(qū)，它驅(qū)方式容易實(shí)現(xiàn)符合同步整流需要的驅(qū)動(dòng)時(shí)序邏輯，提高同步整流的效率，但通常需要比較復(fù)雜的控制電路，有時(shí)還包括專門的驅(qū)動(dòng)芯片，存在電路復(fù)雜、成本較高的缺點(diǎn)，而且在中小功率應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)電路的損耗反而可能使整個(gè)變換器的效率下降。
利用電源變換器中功率變壓器或者功率電感繞組上的電壓直接或者經(jīng)過簡(jiǎn)單電路處理后來驅(qū)動(dòng)MOSFET的方式稱為自驅(qū)。自驅(qū)同步整流電路具有電路簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適合于正激有源箝位拓?fù)浜筒粚?duì)稱半橋拓?fù)涞茸儔浩骼@組電壓波形整流后為互補(bǔ)方波的電源變換器中應(yīng)用。但在一些變壓器繞組電壓整流后非互補(bǔ)波形的脈寬調(diào)制(PWM)控制的電源變換器中，如對(duì)稱半橋、全橋、推挽等拓?fù)?，在占空比小的情況下，功率變壓器繞組電壓在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)為零，使得MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在較大死區(qū)，MOSFET因失去驅(qū)動(dòng)電壓而關(guān)斷，這時(shí)負(fù)載電流會(huì)流過MOSFET的體二極管，造成很大損耗。另外，由于MOSFET的體二極管反向恢復(fù)時(shí)間很大，關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)，因此在另一個(gè)MOSFET開通時(shí)會(huì)造成變壓器副邊短路，增大了變換器的損耗和電磁發(fā)射。
以橋式電路的自驅(qū)動(dòng)全波整流電路(如圖1A所示)和倍流整流電路(如圖1B所示)為例，圖1C示出這兩種電路中同步整流管VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)波形，其中，VWS是變壓器副邊繞組電壓的波形，VGS_VT1和VGS_VT2是同步整流管VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)波形。如圖所示，在變壓器副邊繞組Ws上電壓為零期間，VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)電壓為零，即驅(qū)動(dòng)波形存在有死區(qū)，在此期間MOSFET的體二極管導(dǎo)通，導(dǎo)致電源變換器的效率降低。
Cobos J.A.等人在APEC’99年會(huì)上提出了柵極電荷轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)方法(Cobos J.A.，Alou P.，Garcia O.，Uceda J.and Rascon M.New driving Schemefor Self Driven Synchronous Rectifiers.APEC’99.Volume2，1999.Pages840～846)，其電路原理圖參見圖2A。采用圖2A所示的柵極電荷轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)方法可以避免圖1A所示全波整流自驅(qū)動(dòng)電路中存在驅(qū)動(dòng)死區(qū)的問題。圖2A中WS為變壓器副邊繞組，WA變壓器輔助繞組，該電路中同步整流管的驅(qū)動(dòng)波形如圖2B。從圖2A和2B可以看出，在變壓器副邊繞組電壓為零時(shí)(即圖中的Th)，同步整流管VT1和VT2均有驅(qū)動(dòng)電壓，可以保持MOSFET的導(dǎo)通，但由于兩個(gè)MOSFET的柵源電容的分壓作用，VT1和VT2得到的驅(qū)動(dòng)電壓僅為正常驅(qū)動(dòng)電壓(在圖中即變壓器副邊繞組電壓幅值)的一半，在一些應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)電壓仍然太低，影響電源變換器效率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流-直流電源變換器，可以為整流管提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，保持電源變換器的工作效率。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種同步整流裝置，包括變壓器、同步整流電路和同步整流驅(qū)動(dòng)電路，所述變壓器包括原邊繞組和一個(gè)或多個(gè)副邊繞組，所述同步整流電路和變壓器副邊繞組一起組成了全波或倍流同步整流電路，包括第一同步整流管VT1和第二同步整流管VT2，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路電連接到一個(gè)副邊繞組和所述同步整流電路中兩個(gè)同步整流管的柵極，該副邊繞組的一邊具有連接端子A，另一邊具有連接端子B，其特征在于，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括分別為VT1和VT2提供驅(qū)動(dòng)電壓的二組驅(qū)動(dòng)電路，每組驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)電容充電與電荷保持電路和一個(gè)電容放電電路，所述電容充電與電荷保持電路在變壓器副邊繞組電壓為正向時(shí)為相應(yīng)同步整流管的柵源電容充電，提供同步整流管所需的驅(qū)動(dòng)電壓，并在副邊繞組電壓為零時(shí)保持住所述柵、源極間儲(chǔ)存的電荷；在變壓器繞組電壓反向時(shí)，所述電容放電電路釋放所述同步整流管柵、源極間儲(chǔ)存的電荷，避免VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，并且，兩組驅(qū)動(dòng)電路輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互補(bǔ)。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路中的第一組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT1柵源電容充電并起電荷保持作用的第一二級(jí)管VD1，以及為VT1柵源電容放電的第一輔助開關(guān)S1，VD1的陽級(jí)和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子A和VT1的柵極，S1并聯(lián)在VT1的柵極、源極上，S1的控制極電連接到所述副邊繞組；第二組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第二二級(jí)管VD2，以及為VT2柵源電容放電的第二輔助開關(guān)S2，VD2的陽極和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子B和VT2的柵極，S2并聯(lián)在VT2的柵極、源極上，S2的控制極電連接到所述副邊繞組。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述副邊繞組還包括一個(gè)中心抽頭，VT1和VT2的源極都電連接到該中心抽頭上，S1的控制極電連接到副邊繞組的連接端子B，S2的控制極電連接到副邊繞組的連接端子A。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S1和S2的源極均電連接到所述中心抽頭。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路中的第一組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT1柵源電容充電并起電荷保持作用的第一二級(jí)管VD1，以及為VT1柵源電容放電的第一輔助開關(guān)S1，VD1的陽極和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子A和VT1柵極，S1與VD1并聯(lián)，S1控制極電連接到所述副邊繞組；第二組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第二二級(jí)管VD2，以及為VT2柵源電容放電的第二輔助開關(guān)S2，VD2的陽極和陰極電連接到所述副邊繞組的連接端子B和VT2柵極，S2與VD2并聯(lián)，S2控制極電連接到所述副邊繞組。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述副邊繞組還包括一個(gè)中心抽頭，所述VT1和VT2的源極、S1和S2的控制極都電連接到該中心抽頭上。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，所述VD1和VD2分別用所述S1和S2的體二極管充當(dāng)；S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S1和S2的柵極均電連接到所述中心抽頭。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，所述VD1和VD2分別用所述S1和S2的體二極管充當(dāng)；S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S1的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S2的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，VT1的漏極連接到所述副邊繞組的連接端子B，VT2的漏極連接到所述副邊繞組的連接端子A，VT1和VT2的源極相互連接。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述輔助開關(guān)S1和S2是MOSFET管或者BJT管。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述副邊繞組有兩個(gè)，分別為副邊主繞組和輔助繞組，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路是電連接到該輔助繞組。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述副邊繞組有一個(gè)，為副邊主繞組，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路是電連接到該副邊繞組。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述VT1和VT2的漏極分別電連接到所述副邊主繞組兩邊的兩個(gè)連接端子，構(gòu)成全波整流或倍流整流電路。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述變壓器的副邊繞組電壓的正負(fù)向脈沖是相位互補(bǔ)的，或者在正負(fù)向脈沖之間還具有一段電壓為零的時(shí)間，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)為所述變壓器副邊繞組電壓，輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相位互補(bǔ)的方波。
進(jìn)一步地，上述同步整流裝置還可具有以下特點(diǎn)所述輔助開關(guān)S1、S2的閾值電壓等于或低于所述同步整流管VT1、VT2的閾值電壓。
由上可知，本發(fā)明提供的具有柵極電荷保持功能的同步整流驅(qū)動(dòng)電路，適用于共源極的同步整流對(duì)管的驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用于變壓器繞組電壓非互補(bǔ)波形的PWM控制的電源變換器中時(shí)，可以避免現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)波形存在死區(qū)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不足的問題，可以使得在變壓器繞組電壓為零時(shí)仍能為MOSFET提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，克服驅(qū)動(dòng)波形死區(qū)期間MOSFET關(guān)斷、體二極管導(dǎo)通引起電源變換器效率降低的問題。
圖1A是現(xiàn)有技術(shù)自驅(qū)動(dòng)全波同步整流的雙端直流-直流變換電路原理圖；圖1B是現(xiàn)有技術(shù)自驅(qū)動(dòng)倍流同步整流的雙端直流-直流變換電路原理圖；圖1C是圖1A和圖1B所示電路的主要波形示意圖；圖2A是現(xiàn)有技術(shù)采用柵極電荷轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)同步整流的雙端直流-直流變換電路原理 圖2B是圖2A所示電路的主要波形示意圖，其中VGS_VT1和VGS_VT2是同步整流管VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)波形；圖3A是采用本發(fā)明提出的同步整流驅(qū)動(dòng)電路的雙端直流-直流變換器的電路原理框圖；圖3B是圖3A所示電路的工作原理波形示意圖；圖4A是本發(fā)明第一實(shí)施例的原理圖；圖4B是圖4A所示電路的工作原理波形示意圖；圖4C是圖4A所示電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例的原理圖；圖5A是本發(fā)明第二實(shí)施例的原理圖；圖5B是圖5A所示電路的工作原理波形示意圖；圖5C是圖5A所示電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例的原理圖；圖5D是本發(fā)明第三實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施方式參見圖3A和圖3B。圖3A所示是采用本發(fā)明同步整流驅(qū)動(dòng)電路的雙端DC-DC變換器，包含有一個(gè)直流-交流變換電路、一個(gè)功率變壓器(即圖中的主變壓器，文中也簡(jiǎn)稱為變壓器)、一個(gè)同步整流電路、一個(gè)同步整流驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)低通濾波電路。其中的變壓器、同步整流電路和同步整流驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成了一個(gè)同步整流裝置。所述變壓器包含原邊繞組、副邊繞組，其中副邊繞組可以包括副邊主繞組和輔助繞組，也可以只包括副邊主繞組。
所述直流-交流變換電路電連接到變換器的直流輸入電源，并將輸入直流電壓變換成交變電壓施加在所述變壓器的原邊繞組上；所述直流-交流變換電路可以是半橋、全橋、推挽等拓?fù)洹Ｋ鲎儔浩鞯母边呏骼@組電連接到所述同步整流電路；所述變壓器可以包括一個(gè)或一個(gè)以上的副邊主繞組；所述變壓器的副邊主繞組還可以是帶中心抽頭的繞組。所述同步整流電路包括第一同步整流管VT1和第二同步整流管VT2，所述同步整流電路和變壓器副邊主繞組一起組成了全波同步整流電路或倍流同步整流電路。所述同步整流電路電連接到一個(gè)低通濾波器，在低通濾波器的輸出端得到所需直流電壓。
所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括二組分別為VT1和VT2提供驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)電路，每組驅(qū)動(dòng)電路由電容充電與電荷保持電路和電容放電電路構(gòu)成；所述驅(qū)動(dòng)電路電連接到所述變壓器的輔助繞組(或副邊主繞組)和所述同步整流電路；所述驅(qū)動(dòng)電路由所述變壓器輔助繞組(或副邊主繞組)提供驅(qū)動(dòng)能量和同步信號(hào)，并能在變壓器輔助繞組(或副邊主繞組)電壓為零時(shí)保持所述同步整流管柵極和源極間儲(chǔ)存的電荷，為同步整流管提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，在變壓器輔助繞組(或副邊主繞組)電壓反向時(shí)又能及時(shí)釋放所述同步整流管柵極和源極間儲(chǔ)存的電荷，避免變壓器副邊短路。
圖3B中VWS為圖3A所示電路中變壓器副邊繞組電壓的波形，VGS_VT1和VGS_VT2為圖3A所示電路中同步整流管VT1和VT2的驅(qū)動(dòng)波形。變壓器原邊繞組上的電壓波形和副邊繞組相同，僅幅值不同，如圖3B中的VWs。這個(gè)交變電壓的正半波和負(fù)半波之間存在一段電壓為零的時(shí)期，如圖3B中的TR。
在圖3A中，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路對(duì)所述變壓器的副邊繞組上的電壓波形進(jìn)行處理，使得在變壓器繞組電壓為正時(shí)，對(duì)第一同步整流管VT1的柵源電容充電，提供驅(qū)動(dòng)電壓；在變壓器繞組電壓變?yōu)榱銜r(shí)(參見圖3B中TR)，正在導(dǎo)通的第一同步整流管VT1的柵源電容仍能保持正常的驅(qū)動(dòng)電壓；在變壓器繞組電壓反向時(shí)，第一同步整流管VT1可以及時(shí)關(guān)斷，避免變壓器副邊短路?？梢娝鐾秸黩?qū)動(dòng)電路輸出了兩路相位互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖3B中的VGS_VT1、VGS_VT2，這樣可以避免副邊續(xù)流期間同步整流管體二極管的導(dǎo)通，減小電路損耗，并避免兩個(gè)同步整流管的同時(shí)導(dǎo)通。
圖4A示出了一個(gè)雙端DC-DC變換器，其中采用了本發(fā)明的第一實(shí)施例的同步整流裝置，圖4B是圖4A中所示同步整流驅(qū)動(dòng)電路的主要波形。
圖4A中的變壓器包含一個(gè)原邊繞組WP，一個(gè)副邊主繞組WS，一個(gè)輔助繞組WA。所述同步整流電路包括第一同步整流管VT1，第二同步整流管VT2，組成全波同步整流電路或倍流同步整流電路；所述同步整流電路電連接到所述變壓器副邊主繞組WS。所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括給所述第一同步整流管VT1柵源電容充電并起電荷保持作用的第一二極管VD1，給所述第二同步整流管VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第二二極管VD2，還包括給所述第一同步整流管VT1柵源電容放電的第一輔助開關(guān)管S1，給所述第二同步整流管VT2柵源電容放電的第二輔助開關(guān)管S2。VD1和S1構(gòu)成第一組驅(qū)動(dòng)電路，VD2和S2構(gòu)成第二組驅(qū)動(dòng)電路，兩組驅(qū)動(dòng)電路分別為VT1和VT2提供驅(qū)動(dòng)電壓，其工作原理是相同的。
所述輔助開關(guān)管S1和S2分別并聯(lián)在所述第一、第二同步整流管的柵極和源極之間，所述輔助開關(guān)管可以是MOSFET或者BJT等半導(dǎo)體器件，且其控制極電連接到所述輔助繞組。所述變壓器的輔助繞組電壓的正負(fù)向脈沖可以是相位互補(bǔ)的，也可以在正負(fù)向脈沖之間具有一段電壓為零的時(shí)間。所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)為所述變壓器輔助繞組電壓，輸出信號(hào)為所述同步整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(如圖4B中的VGS_VT1、VGS_VT2)，且所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相位互補(bǔ)的方波。
下面結(jié)合圖4B中的波形介紹圖4A中電路的工作原理。在所述直流-直流變換器的半個(gè)工作周期內(nèi)，當(dāng)變壓器輔助繞組WA上電壓為正時(shí)，VD1導(dǎo)通，為VT1提供驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)輔助開關(guān)管S2導(dǎo)通，將VT2的柵極電壓箝位于零；在變壓器輔助繞組WA上電壓由正變?yōu)榱銜r(shí)(參見圖4B中TR)，VD1反偏，VT1的柵源電容電荷無泄放途徑，維持VT1導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)電壓得以保持；在變壓器輔助繞組電壓反向時(shí)，輔助開關(guān)管S1導(dǎo)通，將VT1柵源電容電壓降低到零，同時(shí)，VD2導(dǎo)通，S2已關(guān)閉，輔助繞組開始為VT2的柵源電容充電，開始下一個(gè)工作半周期。
在圖4A中，由VD1、VD2、S1、S2組成的同步整流驅(qū)動(dòng)電路輸出了兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖4B中的VGS_VT1、VGS_VT2，這樣可以避免變壓器繞組電壓為零期間同步整流管體二極管的導(dǎo)通，減小電路損耗，并避免兩個(gè)同步整流管的同時(shí)導(dǎo)通。
圖4C是圖4A所示電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例。圖4C所示電路中所述輔助開關(guān)管S1和S2采用N溝道MOSFET；所述變壓器輔助繞組帶有中心抽頭，且有第一連接端子A和第二連接端子B。所述第一輔助開關(guān)管S1的漏極電連接到所述第一同步整流管VT1的柵極和所述第一二極管VD1的陰極，所述第二輔助開關(guān)管S2的漏極電連接到所述第二同步整流管VT2的柵極和所述第二二極管VD2的陰極，所述第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2和所述第一、第二同步整流管VT1、VT2的源極電連接到所述變壓器輔助繞組的中心抽頭。所述第一二極管VD1的陽極和第二輔助開關(guān)管S2的柵極電連接到所述變壓器輔助繞組的第一連接端子A；所述第二二極管VD2的陽極和第一輔助開關(guān)管S1的柵極電連接到所述變壓器輔助繞組的第二連接端子B。所述第一、第二同步整流管VT1和VT2的漏極電連接到所述變壓器副邊主繞組WS的兩端，構(gòu)成全波整流或倍流整流電路。
當(dāng)變壓器輔助繞組第一連接端子A相對(duì)于中心抽頭的電壓為正時(shí)，輔助繞組WA通過第一二極管VD1為VT1的柵源電容充電，第一同步整流管VT1獲得驅(qū)動(dòng)電壓而呈開通狀態(tài)。當(dāng)輔助繞組上的電壓開始下降時(shí)，第一二極管VD1反偏，因此第一同步整流管柵源電容上的電荷無法泄放，柵源驅(qū)動(dòng)電壓保持不變，第一同步整流管保持開通狀態(tài)。
當(dāng)變壓器輔助繞組第一連接端子A相對(duì)于中心抽頭的電壓開始由零變負(fù)時(shí)，第二連接端子B相對(duì)于中心抽頭的電壓開始由零變正并為第二同步整流管VT2的柵源電容充電，第二同步整流管VT2的柵源電壓為VGS_VT2＝VWA/2-0.7(V)，式中的0.7為第二二極管VD2的導(dǎo)通壓降；與此同時(shí)，第一輔助開關(guān)管S1獲得驅(qū)動(dòng)電壓VGS_S1＝VWA/2而導(dǎo)通，將第一同步整流管的柵源電容放電到零電壓。選擇輔助開關(guān)管的閾值電壓(VTH)等于或低于同步整流管的閾值電壓，可以使得在另一個(gè)同步整流管開通前，前一個(gè)導(dǎo)通的同步整流管能夠及時(shí)關(guān)斷，避免變壓器副邊短路，效率下降。
圖5A示出了一個(gè)雙端DC-DC變換器，其中采用了本發(fā)明的第二實(shí)施例的同步整流裝置，圖5B是圖5A中所示同步整流驅(qū)動(dòng)電路的主要波形。
圖5A中的變壓器包含一個(gè)原邊繞組WP，一個(gè)副邊主繞組WS，一個(gè)輔助繞組WA。所述同步整流電路包括第一同步整流管VT1，第二同步整流管VT2，組成全波同步整流電路或倍流同步整流電路；所述同步整流電路電連接到所述變壓器副邊主繞組WS。所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括分別給所述第一、第二同步整流管VT1、VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第一、第二二極管VD1、VD2，還包括分別給所述第一、第二同步整流管VT1、VT2柵源電容放電的第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2。所述第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2分別串聯(lián)在所述第一、第二同步整流管VT1、VT2的柵極和所述變壓器輔助繞組之間，所述第一、第二輔助開關(guān)管分別并聯(lián)于所述第一、第二二極管VD1、VD2上；所述輔助開關(guān)管可以是MOSFET或者BJT等半導(dǎo)體器件，且其控制極電連接到所述輔助繞組。所述變壓器的輔助繞組電壓的正負(fù)向脈沖可以是相位互補(bǔ)的，也可以在正負(fù)向脈沖之間具有一段電壓為零的時(shí)間。所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)為所述變壓器輔助繞組電壓，輸出信號(hào)為所述同步整流管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相位互補(bǔ)的方波。
下面結(jié)合圖5B中的波形介紹圖5A中電路的工作原理。在所述直流-直流變換器的半個(gè)工作周期內(nèi)，當(dāng)變壓器輔助繞組WA上電壓為正，使得VD1導(dǎo)通時(shí)，VT1和S2獲得驅(qū)動(dòng)電壓而導(dǎo)通，S2將VT2的柵極箝位于輔助繞組所產(chǎn)生的負(fù)電壓，故VT2截止。當(dāng)輔助繞組WA上電壓由正變?yōu)榱銜r(shí)(參見圖4B中TR)，VD1反偏，VT1的柵源電容電荷無泄放途徑，維持VT1導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)電壓得以保持；在變壓器副邊繞組電壓反向時(shí)，輔助開關(guān)管S1導(dǎo)通，將VT1柵源電容電壓降低到零，同時(shí)輔助繞組開始為VT2的柵源電容充電，開始下一個(gè)工作半周期。
在圖5A中，由VD1、VD2、S1、S2組成的同步整流驅(qū)動(dòng)電路輸出了兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖4B中的VGS_VT1、VGS_VT2，這樣可以避免變壓器繞組電壓為零期間同步整流管體二極管的導(dǎo)通，減小電路損耗，并避免兩個(gè)同步整流管的同時(shí)導(dǎo)通。
圖5C是圖5A中電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例。圖5C電路中所述輔助開關(guān)管S1和S2采用N溝道MOSFET，所述第一、第二二極管分別利用所述第一、第二輔助開關(guān)管的體二極管充當(dāng)；所述變壓器輔助繞組WA帶有中心抽頭，且有第一連接端子A和第二連接端子B。所述第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2的漏極分別電連接到所述第一、第二同步整流管VT1、VT2的柵極；所述第一、第二二極管分別利用所述第一、第二輔助開關(guān)管的體二極管充當(dāng)；所述第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2的源極分別電連接到所述變壓器輔助繞組WA的第一、第二連接端子A、B。所述第一、第二輔助開關(guān)管S1、S2的柵極和所述第一、第二同步整流管VT1、VT2的源極電連接到所述變壓器輔助繞組的中心抽頭。所述第一、第二同步整流管VT1和VT2的漏極電連接到所述變壓器副邊主繞組WS的兩端，構(gòu)成全波整流或倍流整流電路。
當(dāng)輔助繞組WS第一連接端子A相對(duì)于中心抽頭的電壓為正時(shí)，輔助繞組通過S1的體二極管為VT1的柵源電容充電，VT1獲得驅(qū)動(dòng)電壓而開通；同時(shí)S2導(dǎo)通，輔助繞組為VT2的柵源極提供負(fù)電壓，故VT2關(guān)斷。當(dāng)輔助繞組上的電壓開始下降時(shí)，S1的體二極管反偏，從而VT1柵源電容上的電荷無法泄放，柵源驅(qū)動(dòng)電壓保持不變，VT1保持開通狀態(tài)；與此同時(shí)，VT2柵源極間的負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓幅值開始減小，直至S2因驅(qū)動(dòng)電壓小于其閾值電壓(VTH)而關(guān)斷為止，此時(shí)VT2柵源極間的負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓幅值為-VTH。
當(dāng)輔助繞組WS第一連接端子A相對(duì)于中心抽頭的電壓開始由零變負(fù)時(shí)，第二連接端子B相對(duì)于中心抽頭的電壓開始由零變正并為VT2的柵源電容充電，VT2的柵源電壓為VGS_VT2＝VWA/2-0.7(V)，式中的0.7為S2的體二極管的導(dǎo)通壓降；與此同時(shí)，S1獲得驅(qū)動(dòng)電壓VGS_S1＝VWA而導(dǎo)通，所述輔助繞組WA通過S1為VT1的柵源極提供負(fù)電壓，故VT1關(guān)斷。選擇輔助開關(guān)管S1、S2的閾值電壓(VTH)等于或低于同步整流管VT1、VT2的閾值電壓，可以使得在另一個(gè)同步整流管開通前，前一個(gè)導(dǎo)通的同步整流管能夠及時(shí)關(guān)斷，避免兩個(gè)同步整流管同時(shí)導(dǎo)通造成變壓器副邊短路，效率下降。
這里由于第一、第二同步整流管在關(guān)斷時(shí)有負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，加快了關(guān)斷速度，可以進(jìn)一步避免兩個(gè)同步整流管同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)變壓器繞組第一連接端子A的電壓開始由負(fù)向零轉(zhuǎn)變的過程中，在第一輔助開關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)電壓下降到其閾值電壓以下前該管仍然保持導(dǎo)通，因此第一同步整流管VT1的柵源電容的負(fù)向電壓會(huì)跟隨變壓器輔助繞組WA上電壓下降，直到下降到-VTH時(shí)不再下降。
圖5D示出了一個(gè)雙端DC-DC變換器，其中采用了本發(fā)明的第三實(shí)施例的同步整流裝置。該裝置和圖5C中的同步整流裝置基本相同，只是在本實(shí)施例中，變壓器的副邊主繞組WS同時(shí)用作輔助繞組WA，且沒有中心抽頭。
如圖所示，所述變壓器副邊主繞組WS的第一連接端子A電連接到第二同步整流管VT2的漏極、第一輔助開關(guān)管S1的源極、第二輔助開關(guān)管S2的柵極，所述變壓器副邊主繞組WS的第二連接端子B電連接到第一同步整流管VT1的漏極、第二輔助開關(guān)管S2的源極、第一輔助開關(guān)管S1的柵極。所述第一同步整流管VT1的柵極電連接到第一輔助開關(guān)管S1的漏極，所述第二同步整流管VT2的柵極電連接到第二輔助開關(guān)管S2的漏極。圖5D中電路的工作原理和圖5C電路相似。
上面具體地描述了本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域：
的一般人員來說，可以在不脫離本發(fā)明精神的情況下，做出各種變化。上述實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種同步整流裝置，包括變壓器、同步整流電路和同步整流驅(qū)動(dòng)電路，所述變壓器包括原邊繞組和一個(gè)或多個(gè)副邊繞組，所述同步整流電路和變壓器副邊繞組一起組成了全波或倍流同步整流電路，包括第一同步整流管VT1和第二同步整流管VT2，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路電連接到一個(gè)副邊繞組和所述同步整流電路中兩個(gè)同步整流管的柵極，該副邊繞組的一邊具有連接端子A，另一邊具有連接端子B，其特征在于，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括分別為VT1和VT2提供驅(qū)動(dòng)電壓的二組驅(qū)動(dòng)電路，每組驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)電容充電與電荷保持電路和一個(gè)電容放電電路，所述電容充電與電荷保持電路在變壓器副邊繞組電壓為正向時(shí)為相應(yīng)同步整流管的柵源電容充電，提供同步整流管所需的驅(qū)動(dòng)電壓，并在副邊繞組電壓為零時(shí)保持住所述柵、源極間儲(chǔ)存的電荷；在變壓器繞組電壓反向時(shí)，所述電容放電電路釋放所述同步整流管柵、源極間儲(chǔ)存的電荷，避免VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，并且，兩組驅(qū)動(dòng)電路輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互補(bǔ)。
2.如權(quán)利要求
1所述的同步整流裝置，其特征在于，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路中的第一組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT1柵源電容充電并起電荷保持作用的第一二級(jí)管VD1，以及為VT1柵源電容放電的第一輔助開關(guān)S1，VD1的陽級(jí)和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子A和VT1的柵極，S1并聯(lián)在VT1的柵極、源極上，S1的控制極電連接到所述副邊繞組；第二組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第二二級(jí)管VD2，以及為VT2柵源電容放電的第二輔助開關(guān)S2，VD2的陽極和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子B和VT2的柵極，S2并聯(lián)在VT2的柵極、源極上，S2的控制極電連接到所述副邊繞組。
3.如權(quán)利要求
2所述的同步整流裝置，其特征在于，所述副邊繞組還包括一個(gè)中心抽頭，VT1和VT2的源極都電連接到該中心抽頭上，S1的控制極電連接到副邊繞組的連接端子B，S2的控制極電連接到副邊繞組的連接端子A。
4.如權(quán)利要求
3所述的同步整流裝置，其特征在于，所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S1和S2的源極均電連接到所述中心抽頭。
5.如權(quán)利要求
1所述的同步整流裝置，其特征在于，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路中的第一組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT1柵源電容充電并起電荷保持作用的第一二級(jí)管VD1，以及為VT1柵源電容放電的第一輔助開關(guān)S1，VD1的陽極和陰極分別電連接到所述副邊繞組的連接端子A和VT1柵極，S1與VD1并聯(lián)，S1控制極電連接到所述副邊繞組；第二組驅(qū)動(dòng)電路包括為VT2柵源電容充電并起電荷保持作用的第二二級(jí)管VD2，以及為VT2柵源電容放電的第二輔助開關(guān)S2，VD2的陽極和陰極電連接到所述副邊繞組的連接端子B和VT2柵極，S2與VD2并聯(lián)，S2控制極電連接到所述副邊繞組。
6.如權(quán)利要求
5所述的同步整流裝置，其特征在于，所述副邊繞組還包括一個(gè)中心抽頭，所述VT1和VT2的源極、S1和S2的控制極都電連接到該中心抽頭上。
7.如權(quán)利要求
6所述的同步整流裝置，其特征在于，所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，所述VD1和VD2分別用所述S1和S2的體二極管充當(dāng)；S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S1和S2的柵極均電連接到所述中心抽頭。
8.如權(quán)利要求
6所述的同步整流裝置，其特征在于，所述輔助開關(guān)管S1和S2為N溝道MOSFET，所述VD1和VD2分別用所述S1和S2的體二極管充當(dāng)；S1的漏極電連接到VT1的柵極，S1的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，S2的漏極電連接到VT2的柵極，S2的源極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S1的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子B，S2的柵極電連接到所述副邊繞組的連接端子A，VT1的漏極連接到所述副邊繞組的連接端子B，VT2的漏極連接到所述副邊繞組的連接端子A，VT1和VT2的源極相互連接。
9.如權(quán)利要求
2或5所述的同步整流裝置，其特征在于，所述輔助開關(guān)S1和S2是MOSFET管或者BJT管。
10.如權(quán)利要求
1至7中任一權(quán)利要求
所述的同步整流裝置，其特征在于，所述副邊繞組有兩個(gè)，分別為副邊主繞組和輔助繞組，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路是電連接到該輔助繞組。
11.如權(quán)利要求
1至7中任一權(quán)利要求
所述的同步整流裝置，其特征在于，所述副邊繞組有一個(gè)，為副邊主繞組，所述同步整流驅(qū)動(dòng)電路是電連接到該副邊繞組。
12.如權(quán)利要求
10所述的同步整流裝置，其特征在于，所述VT1和VT2的漏極分別電連接到所述副邊主繞組兩邊的兩個(gè)連接端子，構(gòu)成全波整流或倍流整流電路。
13.如權(quán)利要求
1所述的同步整流裝置，其特征在于，所述變壓器的副邊繞組電壓的正負(fù)向脈沖是相位互補(bǔ)的，或者在正負(fù)向脈沖之間還具有一段電壓為零的時(shí)間，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)為所述變壓器副邊繞組電壓，輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)為相位互補(bǔ)的方波。
14.如權(quán)利要求
1至7中任一權(quán)利要求
所述的同步整流裝置，其特征在于，所述輔助開關(guān)S1、S2的閾值電壓等于或低于所述同步整流管VT1、VT2的閾值電壓。
專利摘要
一種同步整流裝置，包括變壓器、同步整流電路和同步整流驅(qū)動(dòng)電路，變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，同步整流電路和變壓器副邊繞組組成全波或倍流同步整流電路，包括同步整流管VT1和VT2，整流驅(qū)動(dòng)電路連接到一個(gè)副邊繞組和VT1、VT2柵極，同步整流驅(qū)動(dòng)電路包括分別為VT1和VT2提供驅(qū)動(dòng)電壓的二組驅(qū)動(dòng)電路，每組包括電容充電與電荷保持電路和電容放電電路，前者用于在副邊繞組電壓為正向時(shí)為VT1或VT2柵源電容充電，電壓為零時(shí)保持住儲(chǔ)存的電荷，電壓反向時(shí)，由電容放電電路釋放儲(chǔ)存的電荷，該驅(qū)動(dòng)電路輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位互補(bǔ)。本發(fā)明的同步整流裝置可以為整流管提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，保持電源變換器的工作效率。
文檔編號(hào)H02M1/08GK1992488SQ200510132573
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月26日
發(fā)明者張濱 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan