用于同步整流的外部驱动电路制造技术

一种用于直流－直流功率变换器的自驱动同步整流电路（５０）。所述电路包括主变压器（１６）、与主变压器（１６）连接的第一同步整流器（ＳＱ１）、与主变压器（１６）连接的第二同步整流器（ＳＱ２）、外部驱动电路（１８）。电路（５０）还包括多个开关（ＳＱ３，ＳＱ４），这些开关可控地连接到第二同步整流器（ＳＱ２）。外部驱动电路（１８）为两个同步整流器（ＳＱ１，ＳＱ２）提供关断信号。第一同步整流器（ＳＱ１）的接通信号由主变压器（１６）提供，而第二同步整流器（ＳＱ２）的接通信号由外部驱动电路（１８）提供。（*该技术在2020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逻辑集成电路，更具体地说，涉及用于DC-DC(直流-直流)功率变换器的简化的外部驱动同步整流方案，所述方案易于适应所有类型的电路布局。更具体地说，本专利技术提供一种简化了复杂的定时电路的同步整流方案。同步整流指的是使用像MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)一类的有源器件来代替二极管作为电路中的整流元件。近来，在输出电压在5伏或以下的DC/DC模块中，业界广泛采用自驱动同步方案作为驱动同步整流器所需的方法。大多数这类自驱动方案在设计时使用一套非常特别的布局，称为“D，1-D”(互补驱动)类布局。参考文献有Cobos，J.A.等人的 Several alternatives for low out put voltageon board converters.IEEE APEC 98 Proceedings，pp163-169(板上低输出电压变换器的几种可选方案，国际电气与电子工程师协会APEC 98会议论文集，163-169页)；还可以参考1996年12月31日颁发给Bowman等人的美国专利5 590 032号Self-synchronized Drive Circuit for a Synchronous Rectifier ina Clamped-Mode Power Converter(钳位方式功率变换器中同步整流器所使用的自同步驱动电路)；以及1993年12月28日颁发给Loftus的美国专利5 274 543号、题为Zero-voltage Switching PowerConverter with Lossless Synchronous Rectifier Gate Drive(使用无损同步整流器栅极驱动的零电压开关功率变换器)。在这些类型的变换器中，电源变压器次级绕组的信号具有规整的波形和时序，能够直接驱动同步整流器，所需的修正最小。在如硬开关半桥(HB)和全桥(FB)整流器、推挽布局和非“D，1-D”型布局(如带被动复位的前向钳位)中，变压器电压具有可识别的零电压间隔，使之无须实施自驱动同步整流。其结果是，这些电路布局必须使用外部驱动电路。使用变压器电压来驱动同步整流器会造成同步整流器中所使用的MOSFET的寄生反并联二极管在大部分空程时间中导通，对模块的效率造成负面影响，这是我们不想遇到的。已经有报道说，某些目驱动实例已经应用到共振前向复位。在这方面可参考Murakami等人的“A highly efficient，low-profile 300Wpower pack for telecommunications systems”IEEE APEC 1995Proceedings，pp297-302(电信系统中使用的高效率低型300瓦供电源，IEEE APEC 1995会议论文集，297-302页)。在这些实例中，已经调整了共振复位时间间隔，可以在空程期间提供准确的栅极驱动信号。所以，外部驱动的实现在许多场合下提供了同步整流的较好的解决方案。但是外部驱动同步整流的先有技术既复杂又昂贵。用于非“D，1-D”类型布局的外部驱动实施方案需要以下部件定时网络，它允许相对于主驱动适当调整同步整流器的驱动脉冲；信号变压器或光耦合器，用于在初级和次级之间传递定时信息；反相级；以及驱动级。反相级是产生适合同步整流器使用的驱动脉冲来处理空程电流所必需的。上述复杂而昂贵的外部驱动方案阻碍了电子工业采纳外部驱动的同步整流器。因此，目前需要的是一个简化了的外部驱动同步整流器实施方案。在一个实施例中公开了用于DC-DC功率变换器的外部驱动同步整流电路。所述电路包括具有初级和次级绕组的第一变压器，其次级绕组具有第一端子和第二端子。所述电路包括第一同步整流器，它具有栅极，连接到所述第一变压器的所述第二端子，并且具有控制端子；以及第二同步整流器，它连接到所述第一变压器的所述第一端子并且具有控制端子。外部驱动电路包括具有初级绕组和次级绕组的第二变压器，其次级绕组具有第一端子和第二端子。第一开关可控地连接到第二同步整流器的控制端子，第二开关也可控地连接到第二同步整流器的控制端子。所述电路还包括与第一变压器的第一端子和电压输出端子相串联的电感器以及与所述电感器串联的电容器。由于第一同步整流器未连接到第二变压器，故只有第二同步整流器才能从外部驱动电路接收定时信息。另一个实施例公开了用于DC-DC功率变换器的外部驱动同步整流电路。所述电路与上述实施例相类似，但还包括第三和第四开关，第三开关连接到第二同步整流器而第四开关连接到第一同步整流器。每一个开关都包括栅极、漏极和源极。第二变压器的次级绕组包括连接到所述电压输出端子的中心抽头。第一开关的栅极与第二变压器次级绕组的第一末端连接，而第二开关的栅极与第二变压器的第二末端连接，因此，两个开关都可以从外部驱动电路接收定时信息，这样，两个同步整流器都可以从外部驱动电路接收定时信息。本专利技术的其它实施例包括全波整流器的实现。还有一些实施例包括使用限流电阻来限制电路的驱动电流；附加开关来限制栅极电压；以及附加电容器来将同步整流器两端的电压过冲减至最小。还公开一种利用外部驱动同步整流电路对DC-DC功率变换器的可变DC信号进行整流的方法，所述同步整流电路有一只具有初级绕组和次级绕组的变压器，其次级绕组具有第一和第二端子。所述方法包括以下步骤向变压器的初级绕组提供变化的DC信号；第一同步整流器通过次级绕组的第二端子可控地传导电流；以及第一开关控制所述第一同步整流器。第二同步整流器通过次级绕组的第一端子可控地传导电流，而第一开关控制所述第二同步整流器，其中，当次级绕组两端的电压趋近于零时所述第一和第二同步整流器导通。图4A和图4B举例说明使用本专利技术的实施例实现全桥布局的外部驱动的同步整流器；图4C示出在负电流流过输出电感器时，全桥布局外部驱动的同步整流器的电压波形；图5示出使用本专利技术的全桥实施方案同步整流器的dc/dc变换器的实验波形；图6显示具有栅极电压限制的MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)的本专利技术的自驱动同步全波整流器的实施例；以及图7A和7B显示使用电容器来减小同步整流器两端的电压过冲的本专利技术另一个实施例。如无特别说明，不同的附图中的对应的数字和符号表示对应的部分。最佳实施例的详细说明以下是对本专利技术的结构和方法的说明。首先讨论先有技术电路，然后介绍几个本专利技术的最佳实施例以及可供选择的方案，最后讨论其优点。将同步整流方案用到传统的前向布局的一个问题是在空程阶段呈导通状态的同步整流器在空程阶段结束之前就断开了。而且，如果同步整流器使用MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)，MOSFET的寄生反并联二极管导通，损耗随之增加。对于这些类型的变换器来说，为了有效实施同步整流方案，有必要在整个空程阶段都让MOSFET保持接通和导电，由此而获得高效率。所述外部驱动电路可以产生用于同步整流器的适当的驱动脉冲。先有技术已经找到了解决空程电流问题的方法。参阅附图说明图1A和图1B，其中图解说明了用于传统的前向布局中的先有技术的外部驱动同步整流电路10，连同图1C所示电压波形的相应的时序图。第一同步整流器SQ1的定时信号取自主变压器16；而同步整流器SQ2从外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流－直流功率变换器的外部驱动同步整流电路，所述电路包括：具有初级绕组和次级绕组的主变压器，所述次级绕组具有第一端子和第二端子；工作时与所述主变压器的所述第二端子连接的第一同步整流器；工作时与所述主变压器的所述第一端子连 接的第二同步整流器；和工作时与所述主变压器的所述初级绕组连接并且适合于为所述第一和第二同步整流器提供关断信号的外部驱动电路；以及工作时与所述第二同步整流器连接的第一驱动电路；从而，所述第一驱动电路适合于为所述第二同步整流器提供导 通信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW法林顿，C斯瓦兹约，W哈特，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]