具有同步整流的变换器以这种方式驱动，使得反向电流不会增加和破坏该电路或限制电路效率。负电流自行调节到负载电流的极小百分比，所以当变换器与其它模块并联时不会出现问题。使用辅助线圈以便允许输出电感驱动次级侧整流器，从而随着反向电流增大而限制其导通时间。通过操作其反向二极管来延长初级侧导通时间，以便在不使用专用负载读出电路和停止电路的情况下自然地限制反向电流。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及分布式电源系统及其应用，更具体地说，涉及通过自动调节到负载电流的极小百分比来限制反向电流增加的同步整流变换器，所以该变换器与其它模块并联不成问题。
技术介绍
随着逻辑集成电路已经转移到更低工作电压以寻求更高的工作频率，并且随着整个系统尺寸不断减小，需要具有更小和更高效率的电源模块的电源设计。在努力提高效率和增加功率密度的过程中，同步整流已经成为这类应用所必需的。在过去十年中，随着低压半导体器件已发展到使同步整流成为可行技术，同步整流已得到广泛普及。同时，分布式电源系统对于电信和因特网网络而言均已变得普及并且非常重要。直流到直流(DC/DC)变换器是分布式电源系统的关键部件，因为它们将大幅度的DC总线电压变换为适合于为逻辑电平集成电路(IC)供电和驱动的低得多的DC电压。例如为了增加芯片操作速度和密度，新逻辑IC的电源电压从5.0v变化到更低的电压如3.3v、2.5v、1.8v以及1.0v。此外，非常高密度板的设计只为电源预留了有限的空间。另一方面，IC芯片需要高得多的电源电流，而具有大电流的传统二极管整流器的功耗非常大，使得电源的热管理非常困难。为了解决电源的这项重大问题，需要大大地减小功耗和热。因为MOSFET的功耗比二极管的功耗低得多，所以同步整流可显著减少功耗并且极为有效地增加功率密度。但是同步整流需要用于MOSFET的适当驱动电路，所以增加了同步整流电路的复杂性。因此，并联的标准模块通常需要满足高输出电流应用的要求。主要优点在于，并联的同步整流器可具有双向功率通量，而二极管整流器只可在一个方向上具有功率通量。同步整流器操作从双向MOSFET中受益，因为即使在小负载时，变换器也始终能够在连续模式下工作，但是当模块与其它模块并联时，变换器可能无法正常工作。用于分布式电源系统的同步整流器的使用的主要限制是到同步整流器的反向电流可使其效率非常低或使其完全损坏。具体地说，在反向功率通量的情况下，模块之间大的环流会出现，这在MOSFET上施加高电压应力，这可能损坏变换器。因此，为了并联同步整流器，必须避免反向电流。在同步整流配置中限制反向电流的影响的先有技术的方法包括一旦检测到反向电流，就利用读出电路来使MOSFET截止。附图说明图1中说明了此方法，图1表示带有同步整流的全桥dc/dc变换器。读出负载电流并用其控制第二驱动器。当检测到负电流时，使同步MOSFET截止。但是，此方法需要使用负载电流读出电路，这增加了系统的复杂性和成本，并且需要断开同步整流电路一段时间。因此，变换器的操作模式在小负载电平时是不连续的，并且变换器在连续模式和不连续模式之间振荡。因此，一种限制反向电流的影响并具有最少部件和较小复杂性的同步整流电路是有利的。专利技术概述本专利技术提供一种独特且新颖的方法，以便在同步整流系统中防止反向电流的影响。根据本专利技术，同步整流电路具有最少部件数和复杂性。此外，本专利技术的同步整流器可适用于隔离和非隔离的电力变换器。因此，在一个实施例中公开的是同步整流电路，它以这种方式驱动，使得反向电流不会增长以及对电路造成损坏或限制其效率。实质上，负电流自动调节到负载电流的极小百分比，使得变换器与其它模块并联时不成问题。本专利技术的技术优点在于，以自然方式防止反向电流，使得不需要反向负载电流读出电路和停止电路。附图简介考虑以下结合附图的描述，将更容易理解本专利技术的以上特征，图中图1是说明具有外部驱动的同步整流的先有技术的全桥变换器的电路图；图2是说明与变换器、例如图1的变换器配合使用的控制电路的电路图；图3是根据本专利技术的一个实施例的具有同步整流器的全桥直流到直流变换器的电路图；图4是说明图3的变换器的工作波形的时序图；图5是根据本专利技术的另一实施例的具有同步整流的正向变换器的电路图；图6是说明图5所示变换器的工作波形的时序图；图7是根据本专利技术的另一实施例的具有同步整流的降压型变换器的电路图；图8是说明图7所示的变换器的工作波形的时序图；图9是根据本专利技术的另一实施例的具有交替驱动方案同步的降压型变换器的电路图；图10是说明图9所示的变换器的工作波形的时序图。在各个图中，相应的编号和符号指的是相应的部件，除非另行指明。优选实施例的详细描述以下是本专利技术的详细描述。首先讨论先有技术的电路，接着描述本专利技术的若干优选实施例和备选方案以及优点的讨论。图1表示先有技术的外部驱动的全桥同步整流变换器电路，总地表示为10。具体地说，同步整流电路10包括初级侧同步整流电路，它包含如图所示与变压器12的初级绕组14可工作地耦合的四个同步整流器Q1、Q2、Q3和Q4。变压器12的初级绕组14与次级绕组16电感耦合，以实现如本领域中熟知的直流到直流变换功能。工作时，来自变压器12的初级绕组14的信号被感生到次级绕组16上，如图所示，次级绕组16中间抽头以便驱动输出电感20。输出电容24和负载电阻22包括接收输出电压(Vout)的变换器10的输出级。通常，图2所示类型的外部驱动电路用于驱动同步整流器Q1、Q2、Q3以及Q4，并提供启动和关闭同步整流器Q1、Q2、Q3以及Q4的必要定时信号。可以看出，脉冲波调制(PWM)电路50与驱动器52和54相连，驱动器52和54又驱动同步整流器Q1、Q2、Q3以及Q4。定时信号56和58类似地耦合到变压器12的初级绕组14，变压器12又驱动次级侧驱动器电路60。以这种方式，驱动器电路60操作包括同步整流器MOSFET Q5和Q6的次级侧同步整流电路，如以下所述，同步整流器MOSFET Q5和Q6用于限制可能损坏电路10的任何反向电流IR的损害。参考图1，读出电阻器30和32提供负载读出电路，该电路读出流入电路10的次级侧的负的负载电流或反向电流IR，以便停止操作Q5和Q6而不损害电路10。因此，以这种方式，当检测到负电流时可使Q5和Q6截止，以便不会损害电路10。停止控制电路40提供产生使Q5和Q6截止的必要定时信号的机制。虽然同步整流器Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6的使用对众多现代分布式电力应用是有利的，但是为了避免对电路10的损害，例如负载电阻30和32提供的负载读出电路和停止电路、如停止控制电路40的存在却是不利的。因此，由于多种原因，图1的配置是不合需要的。第一，变换器电路10的运行在小负载时可能是不连续的并且可以引起连续模式和非连续模式之间的振荡。第二，负载读出和停止电路的使用增加了整个变换器电路10的复杂性和成本。因此，本专利技术提供一种没有这些缺点的同步整流器电路，并且避免使用负载读出电路和停止电路。参考图3，其中表示根据本专利技术的具有同步整流的全桥变换器的电路图，总地表示为100。实质上，变换器100具有添加到输出电感20的辅助线圈102，使得在变压器12的次级侧的同步整流器(MOSFETQ5和Q6)由输出电感20来驱动。输出电感20驱动整流器(MOSFET Q5和Q6)的事实消除了对单独的负载读出电路和停止电路的需要。参考图4可更好地理解同步整流器100的工作，图4为信号时序图，电路的工作波形表示为125。信号127和129表示初级侧MOSFET Q1、Q2、Q3、Q4的反向二极管会导通以传送反向电流IR，所以即使其栅极驱动电压(Q1-Q4)不存在，变压器12上的电压(信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直流到直流变换器，它包括：具有电感耦合的初级绕组和次级绕组的变压器；与所述初级绕组连接的初级侧同步整流器电路；与所述次级侧连接的次级侧同步整流器电路；与所述次级侧同步整流器电路连接的输出级；以及用于控制从所述输出级流到所述次级侧同步整流器电路的反向电流大小的自限制反向电流电路。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MN孙，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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