自驱动同步整流方案制造技术

用于电源变换器的自驱动同步整流电路（４２）。电路包括变压器（４９，７０），具有带有第一端子和第二端子的次级绕组，第一同步整流器（１４），被耦合到第二变压器端子和具有一个控制端，以及第二同步整流器（１６），被耦合到第一变压器端子和具有一个控制端。电路（４２）还包第一开关（４４），被耦合到第一同步整流器（１４）控制端，以及第二开关（４６），被耦合到第二同步整流器控制端。第一（４４）和第二开关（４６）被耦合到次级绕组。第一（１４）和第二（１６）同步整流器的切换过渡是通过所述变压器次级绕组的电压的极性倒置而发起的。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及逻辑集成电路，更具体地涉及用于电源变换器的、容易适合于所有类型的电路拓扑的、精巧的自驱动同步整流方案。
技术介绍
由于逻辑集成电路(IC)在追求更高的工作频率时迁移到更低的工作电压，以及由于总的系统尺寸不断减小，要求具有更小的、和更高效率的功率模块的电源设计。在努力提高效率和增加功率密度的过程中，同步整流成为对于这种类型的应用项所必须的。同步整流是指使用诸如MOSFET的有源器件代替Schottky(肖特基)二极管作为电路中的整流元件。最近，自驱动同步方案在工业上被广泛采用为在输出电压为5伏和5伏以下的DC/DC模块中的用于驱动同步整流器的想要的方法。自驱动同步方案提供一种实现同步整流的简易的、低成本和可靠的方法。大多数这些方案被设计成使用于通常被称为“D,1-D”(互补驱动)型拓扑的一个非常特别的拓扑组。参阅Cobos,J.A.,等“Severalalternatives for low output voltage on board converters(对于低输出电压的在电路板上的变换器的几种替换例)”，IEEE APEC 98Proceedings,pp.163-169。也参阅在1996年12月31日授权给Bowman等的题目为“Self-synchronized drive circuit for asynchronous rectifier in a clamped-mode power converter(用于箝位模式电源变换器中的同步整流器的自同步驱动电路)”的美国专利5,590,032以及在1993年12月28日授权给Loftus的题目为“Zero-voltage switching power converter with losslesssynchronous rectifier gate drive(带有无损同步整流器栅极驱动的零电压切换电源变换器)”的美国专利5,274,543。在这些类型的变换器中，在次级绕组中的电源变压器信号具有正确的形状和定时，以便直接驱动具有最小修正的同步整流器。附图说明图1A显示了这类变换器的例子，带有由同步整流电路12提供的有源正向箝位10和自驱动同步整流，同步整流电路包括在变压器18的次级绕组与输出端之间的两个同步整流器14和16。用于这种类型的变换器的变压器信号20具有方波形状，带有两个很容易辨认的时间间隔，每个时间间隔相应于同步整流器14和16之一的“接通”时间，如图1B所示。在诸如硬切换的半桥式(HB)，全桥式(HB)整流器，以及推挽拓扑和非“D,1-D”类型拓扑(例如，带有无源复位装置的正向箝位器)中，变压器电压具有可辨认的零电压间隔，使得实施自驱动同步整流成为不希望的。结果，必须使用带有这些电路拓扑的外部驱动电路。通过使用变压器电压驱动同步整流器，导致用于同步整流器14和16的MOSFET的寄生反向并联二极管在很大部分的续流时间间隔内导通，负面地影响模块的效率，这是不希望的。已经报道了对于谐振正向复位装置的某些自驱动实施方案。参阅Murakami,N.等的“A Highefficient low-profile 300 W power pack for telecommunicationsystems(用于电信系统的高效率低轮廓的300瓦电源块)”，IEEE APEC1994 Proceedings,pp.786-792,和Yamashita,N.等的“A Compact,high efficient 50 W on board power supply pack fortelecommunication systems(用于电信系统的精巧的高效率的低50瓦在电路板上的电源块)”，IEEE APEC 1995 Proceedings,pp.297-302。在这些实施例中，谐振复位装置间隔被调整成在续流时间间隔期间提供正确的栅极驱动信号。专利技术概要本专利技术完成技术优点为自驱动同步整流方案，可以容易地适用于所有类型的拓扑，包括硬切换的HB，FB和推挽变换器，而先前没有这种有效的自驱动同步整流方案可供这些变换器使用。在一个实施例中，揭示了用于电源变换器的自驱动同步整流电路。电路包括具有初级和次级绕组的变压器，次级绕组具有第一端子和第二端子。电路包括第一同步整流器，被耦合到变压器第二端子和具有一个控制端；以及第二同步整流器，被耦合到变压器第一端子和具有一个控制端。第一开关被耦合到第一同步整流器控制端，以及第二开关被耦合到第二同步整流器控制端。第一和第二开关被耦合到次级绕组，其中第一和第二同步整流器的切换过渡是通过所述变压器次级绕组的电压的极性倒置而发起的。在另一个实施例中，揭示了用于电源变换器的自驱动同步整流电路，电路包括具有初级和次级绕组的变压器，次级绕组具有第一端子和第二端子。电路包括第一同步整流器，具有源极、漏极和栅极，第一同步整流器的漏极被耦合到次级绕组的第二端子；以及第二同步整流器，具有源极、漏极和栅极，第二同步整流器的源极被耦合到第一同步整流器的源极，以及第二同步整流器的漏极被耦合到次级绕组的第一端子。电路包括第一开关，具有源极、漏极和栅极，第一开关的漏极被耦合到第一同步整流器的栅极，以及第一开关的源极被耦合到次级绕组的第一端子。第一开关的栅极被耦合到次级绕组的第二端子。电路还包括第二开关，具有源极、漏极和栅极，第二开关的源极被耦合到次级绕组的第二端子，以及第二开关的栅极被耦合到次级绕组的第一端子。第二开关的漏极被耦合到第二同步整流器的栅极。第一和第二同步整流器的切换过渡是通过所述变压器次级绕组的电压的极性倒置而发起的。还揭示了由电源变换器通过使用带有初级绕组和次级绕组的变压器的自驱动同步整流器来整流交变电压的方法，其中次级绕组具有第一端子和第二端子。该方法包括以下步骤提供交变的信号到变压器的初级绕组，第一同步整流器导通电流流过次级绕组的第二端子，以及第一开关控制第一同步整流器。第二同步整流器导通电流流过次级绕组的第一端子，以及第二开关控制第二同步整流器，其中第一和第二同步整流器的切换过渡是通过所述变压器次级绕组的电压的极性倒置而发起的。附图简述通过结合附图考虑以下的说明，将更清楚地了解本专利技术的以上特性，其中图1A显示现有技术的带有自驱动同步整流的有源正向箝位变换器；图1B显示了对用于图1所示的“D,1-D”型变换器的典型的变压器电压；图2A显示现有技术的带有无源复位装置的正向箝位电路；图2B显示了图2A的变压器次级电压波形28；图3A显示利用本专利技术的一个实施例的带有无源复位装置的正向箝位电路；图3B显示用于图3A的带有无源复位装置的正向箝位电路的本专利技术的自驱动同步整流器的电压波形；图4显示采用本专利技术的半波整流器以及可任选的外部电感；图5显示被配置用于全波整流器的本专利技术；图6显示采用现有技术自驱动方案的有源正向箝位变换器的典型波形；图7显示采用本专利技术的自驱动同步整流方案的有源正向箝位电路；图8显示采用本专利技术的自驱动方案的有源正向箝位-回扫电路；图9显示采用本专利技术的自驱动同步整流方案的移相的ZVS全桥式电路；图10显示使用于硬切换的半桥式、全桥式、或推挽式变换器的全波整流器的本专利技术的自驱动同步方案的一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电源变换器的自驱动同步整流电路，所述电路包括： 具有初级和次级绕组的变压器，所述次级绕组具有第一端子和第二端子； 第一同步整流器，被耦合到所述变压器第二端子和具有一个控制端； 第二同步整流器，被耦合到所述变压器第一端子和具有一个控制端； 第一开关，被耦合到所述第一同步整流器控制端； 第二开关，被耦合到所述第二同步整流器控制端；以及所述第一和第二开关被耦合到所述次级绕组，其中所述第一和第二同步整流器的切换过渡是通过所述变压器次级绕组的电压的极性倒置而发起的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RW法林顿，J张，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]