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CN111293858B - 一种正激变换器的自驱动同步整流电路 - Google Patents

一种正激变换器的自驱动同步整流电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正激变换器的自驱动同步整流电路。该电路通过分别将两个辅助绕组的驱动信号引到主电路中的整流开关管和续流开关管进行驱动，使整个开关周期内只存在正向驱动电压，保证了驱动电压的安全驱动范围达到±20V之间的同时避免了增加额外的驱动功耗。此外，还通过在整流开关管和续流开关管的驱动电路中增设两个二极管，实现通过整流管完成续流管的关断、续流管完成整流管的关断，提高了整流管和续流管的关断速度。

Description

一种正激变换器的自驱动同步整流电路
技术领域
本发明提供一种自驱动同步整流电路、属于驱动电路领域。具体涉及一种用于正激变换器的驱动电路。
背景技术
一种现有正激变换器的同步整流电路如图1所示。该电路包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，出端电感LO，输出端电容CO以及输入端电容Cin。各电子部件的连接关系如图1所示，输入信号通过第一MOS管S1的开通和关断在变压器T1的一次侧绕组N1产生变化的电流，功率通过变压器T1的一次侧绕组N2传输到二次侧电路中。只需要从变压器的二次测绕组N2取出信号，就可以直接驱动作为整流管的第三MOS管S3、作为续流管的第二MOS管S2。
另一种现有正激变换器的同步整流电路如图2所示。其包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，出端电感，输出端电容以及输入端电容。与图1所示的电路不同，变压器T1的二次侧包括功率绕组N2以及两个辅助绕组N3、N4。变压器T1二次侧所有绕组的同名端的方向都设置成与一次侧绕组N1的同名端的方向相同。其中、辅助绕组N3的同名端接第二MOS管S2的栅极、异名端接地，辅助绕组N4的同名端接地、异名端接第三MOS管S3的栅极。该电路中采用两个辅助绕组分别驱动整流管以及续流管。通过调节辅助绕组的匝数，保证驱动电压始终处于±20V范围内。
图1的方案虽然电路简洁、成本低，但是由于直接采用功率绕组的电压信号来驱动整流管以及续流管，为避免击穿整流管以及续流管，功率绕组的输出电压不能太高，只适用于低电压输出的应用环境。图2的方案通过两个辅助绕组的感应电压分别驱动整流管和续流管、虽然解除了对功率绕组输出电压的限制，但是整流管和续流管的驱动电压信号中既有正电压、又有负电压，相比较于图1的方案带来了额外的驱动损耗，削弱了同步整流带来的效率提升效果。可见，现有的技术方案存在正激变换器的输出电压过低或者大大增加了驱动损耗的缺点。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种正激变换器的自驱动同步整流电路。该电路通过分别将两个辅助绕组的驱动信号引到主电路中的整流开关管和续流开关管进行驱动，使整个开关周期内只存在正向驱动电压，避免了增加额外的驱动功耗。同时通过在电路中增设两个二极管，为整流管和续流管的栅极电荷在关断时提供快速泄放通道。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种正激变换器的自驱动同步整流电路，包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，PNP三极管Q1、Q2，电阻R1、R2，二极管D1、D2、D3、D4,输出端电感LO，输出端电容CO，输入端电容Cin。其中,变压器T1的原边绕组N1的同名端接输入端电容Cin的一端、异名端接第一MOS管S1的漏极，第一MOS管S1的源极接输入端电容Cin的另一端，输入电源并联在输入端电容Cin的两端；变压器T1的副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4；功率绕组N2的同名端与原边绕组N1的同名端设置在同一端，功率绕组N2的同名端接辅助绕组N3的同名端、功率绕组N2的异名端接辅助绕组N3的异名端。辅助绕组N3的同名端同时接第三MOS管S3的漏极、二极管D4的负端、输出端电感LO的一端以及电阻R1的一端，电阻R1的另一端接三极管Q1的基极，第三MOS管S3的源极接地。输出端电感LO和输出端电容CO串联组成输出滤波电路接在第三MOS管S3的漏极以及地之间。辅助绕组N3的异名端接二极管D1的正极、二极管D1的负极接三极管Q1的射极，三极管Q1的集电极同时接第三MOS管S3的栅极、第二极管D2的正极。辅助绕组N4的同名端接二极管D3的正极、二极管D3的负极接三极管Q2的射极，三极管Q1的集电极接第二MOS管S2的栅极；辅助绕组N4的异名端同时接第二MOS管S2的漏极、二极管D2的负端、以及电阻R2的一端，电阻R1的另一端接三极管Q2的基极，第二MOS管S2的源极接第三MOS管S3的源极。
优选地、可以在上述电路中的三级管Q1的集电极与第三MOS管的栅极之间、三级管Q2的集电极与第二MOS管的栅极之间增设若干限流分压电阻。
实现本发明目的的另一种技术方案为：
一种正激变换器的自驱动同步整流电路，包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，二极管D1、D2、D3、D4,输出端电感LO，输出端电容CO，输入端电容Cin。其中,变压器T1的原边绕组N1的同名端接输入端电容Cin的一端、异名端接第一MOS管S1的漏极，第一MOS管S1的源极接输入端电容Cin的另一端，直流电源并联在输入端电容Cin的两端。变压器T1的副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4，功率绕组N2、以及辅助绕组N3、N4的同名端与原边绕组N1的同名端设置在同一端。功率绕组N2的同名端接第三MOS管S3的漏极、二极管D3的负端、输出端电感LO的一端，第三MOS管S3的源极接地、栅极接二极管D4的正极。输出端电感LO和输出端电容CO串联组成输出滤波电路接在第三MOS管S3的漏极以及地之间。功率绕组N2的异名端接二极管D4的负极、第二MOS管S2的漏极，第二MOS管S2的源极接第三MOS管的源极、栅极接二极管D3的正极。
辅助绕组N3的同名端接二极管D1的正极、二极管D1的负极接第二MOS管S2的栅极；辅助绕组N3的异名端同时接辅助绕组N4的同名端、接地端。辅助绕组N4的异名端接二极管D2的正极，二极管D2的负极接第三MOS管S3的栅极。
本发明提供的技术方案适用于有源钳位正激变换器、辅助绕组磁复位正激变换器，RCD钳位正激变换器以及其他正激变换器中。
附图说明
图1为一种现有正激变换器的同步整流电路的电路图；
图2为另一种现有正激变换器的同步整流电路的电路图；
图3为本发明提供的正激变换器的自驱动同步整流电路的第一个实施例电路图；
图4为本发明提供的正激变换器的自驱动同步整流电路的第二个实施例电路图；
图5为本发明提供的正激变换器的自驱动同步整流电路的第三个实施例电路图。
具体实施方式
以下将通过特定的具体实例说明本发明的实施方式。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明公开的技术方案所有的实施方式。相反、它们仅用于帮助本领域技术人员了解本发明的实质。
本发明提供的正激变换器的自驱动同步整流电路一个实施例如图3所示。该电路包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，PNP三极管Q1、Q2，电阻R1、R2，二极管D1、D2、D3、D4,输出端电感LO，输出端电容CO，输入端电容Cin。其中,变压器T1的原边绕组N1的同名端接输入端电容Cin的一端、异名端接第一MOS管S1的漏极，第一MOS管S1的源极接输入端电容Cin的另一端，直流电源并联在输入端电容Cin的两端；变压器T1的副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4；功率绕组N2的同名端与原边绕组N1的同名端设置在同一端，功率绕组N2的同名端接辅助绕组N3的同名端、功率绕组N2的异名端接辅助绕组N3的异名端。辅助绕组N3的同名端同时接第三MOS管S3的漏极、二极管D4的负端、输出端电感LO的一端以及电阻R1的一端，电阻R1的另一端接三极管Q1的基极，第三MOS管S3的源极接地。输出端电感LO和输出端电容CO串联组成输出滤波电路接在第三MOS管S3的漏极以及地之间。辅助绕组N3的异名端接二极管D1的正极、二极管D1的负极接三极管Q1的射极，三极管Q1的集电极同时接第三MOS管S3的栅极、第二极管D2的正极。辅助绕组N4的同名端接二极管D3的正极、二极管D3的负极接三极管Q2的射极，三极管Q1的集电极接第二MOS管S2的栅极；辅助绕组N4的异名端同时接第二MOS管S2的漏极、二极管D2的负端、以及电阻R2的一端，电阻R1的另一端接三极管Q2的基极，第二MOS管S2的源极接第三MOS管S3的源极。
当MOS管S1关断时、由变压器的工作原理可知：绕组N2、N3、N4的同名端电压为负、异名端电压为正；三极管Q1导通、三极管Q2关断，此时作为整流管的MOS管S3在栅极正电压的驱动下导通，作为续流管的MOS管S2的栅极上积累的电荷将通过二极管D4、MOS管S3进行快速泄放。当MOS管S1导通时、绕组N2、N3、N4的同名端电压为正、异名端电压为负；三极管Q1关断、三极管Q2导通，续流管S2在栅极正电压的驱动下导通，整流管S3的栅极上积累的电荷将通过二极管D2、续流管S2进行快速泄放。在MOS管S1的开关过程中，整流管S3、续流管S2都不存在(或者几乎不存在)负驱动电压，降低了驱动功耗。
为了保护续流管S2、整流管S3可以在上述电路中的三级管Q1的集电极与第三MOS管的栅极之间、三级管Q2的集电极与第二MOS管的栅极之间增设若干限流分压电阻，如图4中所示的电阻R3、R4以及电阻R5、R6。
本发明提供的正激变换器的自驱动同步整流电路另一个实施例如图5所示。
该电路包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，二极管D1、D2、D3、D4,输出端电感，输出端电容，输入端电容。其中,变压器T1的原边绕组N1的同名端接输入端电容的一端、异名端接第一MOS管S1的漏极，第一MOS管S1的源极接输入端电容的另一端，直流电源并联在输入端电容的两端。变压器T1的副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4，功率绕组N2、以及辅助绕组N3、N4的同名端与原边绕组N1的同名端设置在同一端。功率绕组N2的同名端接第三MOS管S3的漏极、二极管D3的负端、输出端电感的一端，第三MOS管S3的源极接地、栅极接二极管D4的正极。输出端电感和输出端电容串联组成输出滤波电路接在第三MOS管S3的漏极以及地之间。功率绕组N2的异名端接二极管D4的负极、第二MOS管S2的漏极，第二MOS管S2的源极接第三MOS管的源极、栅极接二极管D3的正极。辅助绕组N3的同名端接二极管D1的正极、二极管D1的负极接第二MOS管S2的栅极；辅助绕组N3的异名端同时接辅助绕组N4的同名端、接地端。辅助绕组N4的异名端接二极管D2的正极，二极管D2的负极接第三MOS管S3的栅极。其工作原理与跟图3所示的实施例中的电路类似，这里不再赘述。
虽然已结合多个实施方案和实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的各种明显的修改和等同布置。尽管本发明的特征在权利要求书中以某些组合来表达，但是预期这些特征以任何组合和顺序来布置。

Claims (1)

1.一种正激变换器的自驱动同步整流电路，包括：变压器T1，第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3，PNP三极管Q1、Q2，电阻R1、R2，二极管D1、D2、D3、D4，输出端电感LO，输出端电容CO，输入端电容Cin；
其中，变压器T1的原边绕组N1的同名端接输入端电容Cin的一端、异名端接第一MOS管S1的漏极，第一MOS管S1的源极接输入端电容Cin的另一端，直流电源并联在输入端电容Cin的两端；变压器T1的副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4；功率绕组N2的同名端与原边绕组N1的同名端设置在同一端，功率绕组N2的同名端接辅助绕组N3的同名端、功率绕组N2的异名端接辅助绕组N3的异名端；辅助绕组N3的同名端同时接第三MOS管S3的漏极、二极管D4的负端、输出端电感LO的一端以及电阻R1的一端，电阻R1的另一端接三极管Q1的基极，第三MOS管S3的源极接地；输出端电感LO和输出端电容CO串联组成输出滤波电路接在第三MOS管S3的漏极以及地之间；辅助绕组N3的异名端接二极管D1的正极、二极管D1的负极接三极管Q1的射极，三极管Q1的集电极同时接第三MOS管S3的栅极、第二极管D2的正极；辅助绕组N4的同名端接二极管D3的正极、二极管D3的负极接三极管Q2的射极，三极管Q2的集电极接第二MOS管S2的栅极；辅助绕组N4的异名端同时接第二MOS管S2的漏极、二极管D2的负端、以及电阻R2的一端，电阻R1的另一端接三极管Q2的基极，第二MOS管S2的源极接第三MOS管S3的源极，二极管D4的正端连接MOS管S2的栅极和三极管Q2的集电极；
其中，第一MOS管设置在变压器T1的一次侧，第二MOS管S2作为整流管、第三MOS管S3作为续流管设置在变压器T1的二次侧；其特征为：变压器T1的二次副边绕组包括功率绕组N2以及辅助绕组N3、N4，在第一MOS管S1开通时，第二MOS管S2导通、第三MOS管S3关闭，第三MOS管S3栅极聚集的电荷通过第二MOS管S2和其中一个二极管进行泄放；第一MOS管S1关断时，第二MOS管S3关闭、第三MOS管S3导通，第二MOS管S2栅极聚集的电荷通过第三MOS管S3和另一个二极管进行泄放；并且无论MOS管S1无论开通还是关断，第三MOS管S3、第二MOS管S2的栅极只有正向驱动电压。
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