切换式电源转换器及其同步整流器的控制方法技术

一种切换式电源转换器及用于其中一第一同步整流器及一第二同步整流器的控制方法，该切换式电源转换器包括一变压器，一第一开关装置和一第二开关装置，该第一开关装置和该第二开关装置彼此串联，共同并联于一输入电压源，该第一同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一低压端，该第二同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一高压端，该第一开关装置连接于该输入电压源的一高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的一低压端，该控制方法包括：驱动该第一开关装置于开启状态，驱动该第二开关装置于关闭状态；以及于该第二开关装置被驱动于开启状态之后，驱动该第二同步整流器于关闭状态，使得一电源自该一次侧绕组被传送至该二次侧绕组。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种用于零电压切换直流/直流转换器的同步控制的方法及电路。
技术介绍
直流/直流(DC/DC)转换器的发展趋势如同大部分的电源产品一样，朝着高效率(high efficiency)、高功率密度(high power density)、高可靠性(highreliability)以及低成本(low cost)的方向发展。在传统的二极管整流的零电压切换(ZVS)直流/直流转换器中，整流二极管的导通损耗在总损耗中通常会占30～40％的比例，若想要进一步提高传统ZVS DC/DC转换器的效率，则须应用同步整流技术以减少整流器的导通损耗。同步整流技术的应用，可以大大减小输出整流的导通损耗，但随之也带来了同步整流器在驱动控制方面的问题。从同步整流器的驱动控制的概念来讲，最理想的驱动方案是当同步整流器的寄生二极管(body diode)一导通，即开启同步整流器，而当同步整流器中的电流从正降为零时，恰好在电流过零的时刻关闭同步整流器。这种控制方式的优点在于寄生二极管的导通时间几乎为零，这样就可以最大程度地避免由于寄生二极管所引起的额外导通损耗(通常，寄生二极管的导通电压高于同步整流器的导通电压)和反向恢复损耗。很显然，同步整流器的控制包含两个要素开启和关闭；开启的时刻如果在同步整流器的VDS还没有降到零以及寄生二极管导通之前，会造成同步整流器的寄生电容产生损耗(P＝0.5CossVDS2fs)；若开启的时刻在寄生二极管的导通时间τ之后，则会造成额外的导通损耗(P＝Id(VD-VMOS)τfs)；另外，关闭时刻如果过早，也就是同步整流器的电流Id还没有降到零时，寄生二极管即导通电流，则不仅会增加额外的导通损耗，而且更加严重的是，由于寄生二极管的反向恢复特性通常比较差(同步整流器的电压比率越高，寄生二极管的反向恢复特性越差)，则在关闭时会产生较大的反向恢复电流，从而产生反向恢复损耗；最后，关闭时刻如果过迟，同步整流器的电流就会反向，这样在关断MOSFET之后，在同步整流器的源极端和漏极端之间就会产生比较大的电压过冲(voltage overshoot)，从而影响了同步整流器的工作安全。实际应用中的同步整流器的驱动控制方法通常有电流型和电压型控制两种。电流型控制方法的原理是通过检测流过同步整流器的电流，当电流大于零时开启同步整流器，而当电流小于零时即关闭同步整流器。这种控制方法在理论上是最佳的控制方案，因为其可以避免同步整流器的寄生二极管导通，从而避免了由于寄生二极管的导通所带来的额外的导通损耗和反向恢复损耗。检测功率变压器二次侧的同步整流器的电流，可以采用直接检测和间接检测的方法；间接检测的方法是通过检测变压器一次侧的电流信号，再减去变压器一次侧的磁化电流，通过变换得到二次侧同步整流器的电流，间接方法的缺点在于检测的精确度不是很高。另外，直接检测就是利用霍尔感应器(Hall sensor)、电流变压器(current transformer)、或是感测式电阻(sensingresistor)等方法，直接获得同步整流器的电流信息，但是这些检测手段都会遇到诸如成本高、体积大、及损耗大等困难，在实际的产品应用中相对较少。然而，在大部分的实际应用中，电压型控制方法更为常用，电压型控制方法大致可以分为两种，一种是直接使用来自于功率变压器的绕组(winding)或是电路的某些节点的控制信号，这里的绕组可以是主功率的绕组或是辅助绕组，而电路的节点一般可以是桥臂的中点等；另一种则是使用来自于一次侧同步整流器的控制信号，并对一次侧同步整流器的控制信号进行逻辑组合或是延时变换，所得到的信号可对二次侧同步整流器进行控制。图1为传统的零电压切换直流/直流转换器的部分电路。针对节点A的不同连接方法会产生不同的电路拓扑结构。当从节点A连接两个电容分别至母线正、负电压时，就是图2所示的不对称控制半桥拓扑，当从节点A连接两个金氧半场效晶体管(MOSFET)分别至母线正、负电压时，就是图3所示的移相零电压切换全桥拓扑。图4为一种采用先前技术的同步整流不对称半桥拓扑，图5为图4的主要波形时序图。从图5可以看出，同步整流器S1的开启时刻是在S2和S1换流结束之后，而关闭时刻是tb。同步整流器S1的寄生二极管的导通时间可以分为三部份同步整流器S1导通前的换流阶段、同步整流器S1关闭后的一次侧谐振阶段(tb～tc)、以及同步整流器S1关闭后的线性换流阶段(tc～td)。图6是Vijay Gangadhar Phadke在美国专利No.6,504,739中提出的一种控制移相全桥的同步整流器的控制方法。gQ1～gQ4是四路一次侧同步整流器的控制信号，经过逻辑组合后得到的gS1～gS2是二次侧同步整流器的控制信号，图7为图6的主要波形时序图。从该时序图中可以看出，同步整流器S1的寄生二极管的导通时间可以分为两部份同步整流器S1关闭后的一次侧谐振阶段(ta～tc)、以及同步整流器S1关闭后的线性换流阶段(tc～td)。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，在于提供一种用于一切换式电源转换器中一第一同步整流器及一第二同步整流器的控制方法，该切换式电源转换器包括一变压器，以及一第一开关装置和一第二开关装置，该第一开关装置和该第二开关装置彼此串联，并共同并联于一输入电压源，其中，该第一同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一低压端，该第二同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一高压端，该第一开关装置连接于该输入电压源的一高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的一低压端，该控制方法包括如下步骤驱动该第一开关装置于开启状态，以及驱动该第二开关装置于关闭状态；以及于该第二开关装置被驱动于开启状态之后，驱动该第二同步整流器于关闭状态，使得一电源自该一次侧绕组被传送至该二次侧绕组。如上所述的控制方法，其中该切换式电源转换器为一零电压切换(ZVS)不对称控制半桥转换器；及/或该控制方法还包括如下步骤使用一对二极管、一电阻、一电容、以及一缓冲电路驱动该第一同步整流器及该第二同步整流器。如上所述的控制方法，其中该切换式电源转换器为一零电压切换(ZVS)移相全桥转换器；及/或该控制方法还包括如下步骤使用四个NAND逻辑门驱动该第一同步整流器及该第二同步整流器。如上所述的控制方法还包括步骤如下使用一谐振电感的一串联谐振驱动该第二开关装置于开启状态。本专利技术还提供一种切换式电源转换器，包括一输入电压源，具有一高压端及一低压端；一第一开关装置及一第二开关装置，其彼此串联，并共同并联于该输入电压源，该第一开关装置连接于该输入电压源的该高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的该低压端；一变压器，具有一一次侧绕组及一二次侧绕组，该一次侧绕组的一高压端连接于该输入电压源，该一次侧绕组的一低压端连接于该第一开关装置及该第二开关装置；一整流电路，包括一第一同步整流器及一第二同步整流器，该第一同步整流器连接于该二次侧绕组的一低压端，该第二同步整流器连接于该二次侧绕组的一高压端；以及一控制电路，连接于该第一开关装置、该第二开关装置、以及该整流电路，用以于该第二开关装置被驱动于开启状态之后，驱动该第二同步整流器于关闭状态，使得一电源自该一次侧绕组被传送至该二次侧绕组。如上所述的切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于一切换式电源转换器中一第一同步整流器及一第二同步整流器的控制方法，该切换式电源转换器包括一变压器、以及一第一开关装置和一第二开关装置，该第一开关装置和该第二开关装置彼此串联，并共同并联于一输入电压源，其中，该第一同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一低压端，该第二同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一高压端，该第一开关装置连接于该输入电压源的一高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的一低压端，该控制方法包括以下步骤：驱动该第一开关装置于开启状态，及驱 动该第二开关装置于关闭状态；以及于该第二开关装置被驱动于开启状态之后，驱动该第二同步整流器于关闭状态，使得一电源自该一次侧绕组被传送至该二次侧绕组。

【技术特征摘要】
1.一种用于一切换式电源转换器中一第一同步整流器及一第二同步整流器的控制方法，该切换式电源转换器包括一变压器、以及一第一开关装置和一第二开关装置，该第一开关装置和该第二开关装置彼此串联，并共同并联于一输入电压源，其中，该第一同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一低压端，该第二同步整流器连接于该变压器的一二次侧绕组的一高压端，该第一开关装置连接于该输入电压源的一高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的一低压端，该控制方法包括以下步骤驱动该第一开关装置于开启状态，及驱动该第二开关装置于关闭状态；以及于该第二开关装置被驱动于开启状态之后，驱动该第二同步整流器于关闭状态，使得一电源自该一次侧绕组被传送至该二次侧绕组。2.如权利要求1所述的控制方法，其中该切换式电源转换器为一零电压切换不对称控制半桥转换器；及/或该控制方法还包括以下步骤使用一对二极管、一电阻、一电容、以及一缓冲电路驱动该第一同步整流器及该第二同步整流器。3.如权利要求1所述的控制方法，其中该切换式电源转换器为一零电压切换移相全桥转换器；及/或该控制方法还包括以下步骤使用四个与非逻辑门驱动该第一同步整流器及该第二同步整流器。4.如权利要求1所述的控制方法，其中还包括以下步骤使用一谐振电感的一串联谐振驱动该第二开关装置于开启状态。5.一种切换式电源转换器，包括一输入电压源，具有一高压端及一低压端；一第一开关装置及一第二开关装置，其彼此串联、并共同并联于该输入电压源，该第一开关装置连接于该输入电压源的该高压端，该第二开关装置连接于该输入电压源的该低压端；一变压器，具有一一次侧绕组及一...

【专利技术属性】
技术研发人员：言超，叶浩屹，吴洪洋，曾剑鸿，应建平，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]