一种用于开关电源的同步整流电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于开关电源的同步整流电路，包括：功率管，连接于变压器副边绕组和输出电容之间；控制电路，根据功率管两端的电压状态产生控制信号；该控制信号被用来控制功率管的开关状态。功率ＭＯＳＦＥＴ的背栅与源或漏构成寄生体二极管，此二极管被连接成与ＭＯＳＦＥＴ的源漏两端并联。当此二极管由反向偏置向正向偏置转换时，控制电路使ＭＯＳＦＥＴ导通；当ＭＯＳＦＥＴ导通后，二极管的正偏电压减小到低于设定的阈值时，控制电路使ＭＯＳＦＥＴ关断一段设定的时间；当二极管由正向偏置转变为反向偏置后，控制电路使功率ＭＯＳＦＥＴ关断。根据本发明专利技术，通过降低整流管的损耗来改善电源的转换效率，同时简化了电路设计从而降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于开关电源的同步整流电路，尤其涉及一种采用电压检测的用 于开关电源的同步整流电路。
技术介绍
与传统线性电源相比，开关电源具有体积小，转换效率高的特点，广泛应用于移动 电话充电器，笔记本电脑适配器等需要交流-直流转换的电子设备中。在各种开关电源中， 反激式开关电源最为常见。反激式电源变换器的核心是变压器，它提供了输入和输出的电 气隔离。通常该变压器具有原边绕组和副边绕组，有些情况下为了控制目的增加一个或多 个辅助绕组。反激式变换器通常用于低成本，低功率的场合中。随着功能逐渐增加，尺寸不断减小，电子设备需要更低输出电压更大输出电流的 电源。二极管整流已经广泛应用于开关电源中。但是因为二极管的正向导通电压不能进一 步降低，所以采用二极管整流技术已经很难满足对电源进一步小型化，高效率的要求。而且 因为整流二极管的损耗和输出电流成比例关系，二极管整流在大电流输出的场合损耗会很 大。例如在低输出电压的场合中，一个肖特基二极管的正向导通压降大约为500mV，如果输 出电压为3V，如果不算其他因素造成的损耗，理论上转换效率的上限为86%。在2V的输出 电压场合，肖特基二极管整流因其效率太低而不能被接受。因此，当今采用有源器件取代肖特基二极管的同步整流技术受到越来越多的关 注。同步整流用一个功率MOSFET来替代肖特基二极管。虽然功率MOSFET同样存在导通损 耗，但是由于MOSFET的导通电阻Rds很小，所以仍可以达到很高的转换效率。在DC/DC电 源转换器中，同步整流已经被广泛的应用。当前，大部分的同步整流技术是用在正激变换器 和谐振变换器中，在反激变换器中，同步整流技术刚刚开始应用。同时，大多数的同步整流 是用电流检测器来检测副边线圈中电流的流向，这种方法通常需要另一个线圈和其他分立 器件，这就导致了电路设计的复杂性和成本的增加。反激变换器是一种典型的AC/DC变换器。AC/DC变换器的目的是把AC输入的线电 压转换成与AC输入电压无关的稳定DC输出。如图1所示，反激变换器包含一个由整流桥 输出的输入直流Vin，直流Vin被接到变压器的原边绕组101的一端。在原边绕组101的另 一端和原边地之间接的是开关管102，此开关管102通常是功率MOSFET或者是双极型晶体 管。副边绕组103接的是整流二极管106和输出电容104。当开关管102导通时，原边绕组101中的电流开始增加，同时由于输出侧的整流二 极管106反偏，输出侧的电流通路被阻断，能量存储在原边线圈101中。当开关管102断开 时，原边电流由最大值降为零，能量通过副边绕组103传递给负载。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提高反激变换器的转换效率并消除可能发生的副边整流管 电流回流现象，同时简化电路设计从而降低成本。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于开关电源的同步整流电路，包括功率管，连接于开关电源的变压器副边绕组和开关电源的输出电容之间；控制电路，根据功率管两 端的电压状态产生控制信号；控制信号被用来控制功率管的开关状态。功率管是由源极、漏 极、栅极和背栅构成的4端M0SFET，该MOSFET的背栅与源或漏构成寄生的体二极管，此寄生 的体二极管被连接成与MOSFET的源漏两端并联，其中，当寄生的体二极管由反向偏置向正 向偏置转换时，控制电路使MOSFET开始导通；在MOSFET导通后，当寄生的体二极管的正偏 电压减小到低于设定的阈值时，控制电路使MOSFET关断一段设定的时间；当寄生的体二极 管由正向偏置变为反向偏置后，控制电路使MOSFET处于关断状态。这种利用检测整流管两端电压来控制同步整流管的方法省掉了传统同步整流电 路所需要的线圈或者霍尔器件，同时可将功率MOSFET与控制电路集成到一个芯片上，该芯 片可以采用低成本的3只管脚封装，从而减少了变换器中的元件数目与成本。变压器是应用本专利技术的反激变换器的核心。变压器的原边绕组一端接经过整流的 DC输入，一端接功率开关管。副边绕组的一端接同步整流电路一个端口，另一端接副边地。 反激变换器控制芯片通过控制原边开关管的导通与关断来给输出供电。当原边开关管导 通时，变压器原边绕组内电流逐渐增加，能量开始存储，当原边绕组内的电流达到一定的值 时，开关管关断，变压器原边内的能量通过变压器的磁芯传到副边绕组，最终储存在输出电 容中。本专利技术使用功率MOSFET以及与其源漏并联的寄生体二极管作为整流器件。本发 明的同步整流电路还包括电压比较器单元，此电压比较器单元的两端分别接在功率MOSFET 的漏端和源端，同时也就接到了寄生体二极管的两端，因为体二极管被接成与功率MOSFET 的漏源并联的状态。电压比较器通过检测体二极管两端的电压来控制功率MOSFET的状态。 当体二极管由反向偏置转变为正向偏置后，控制电路使功率MOSFET处于导通状态。当体二 极管正向偏置电压小于设定的电压值时，控制电路使功率MOSFET关断一段时间；当体二极 管由正向偏置转变为反向偏置以后，控制电路使功率MOSFET处于关断状态。在一个开关周期中，当原边的开关管关断后，在同步整流控制电路使MOSFET导通 之前，副边电流流经与功率MOSFET的源漏并联的寄生体二极管。这样在体二极管的两端就 有一个大约0. 7V的电压降。这个电压降被电压比较器采样，比较器输出一信号，经过内部 的逻辑处理以后，把MOSFET开通。当MOSFET开通以后，副边的大部分电流流经M0SFET，寄 生体二极管被旁路。因为MOSFET的导通电阻很小，此时MOSFET两端的电压降到0. 3V左右。 当副边电流逐渐减小，MOSFET两端的电压也逐渐降低。当MOSFET两端的电压低于指定的 阈值时，整流控制电路把MOSFET关断一段设定的时间，直至体二极管由正偏转为反偏。当 体二极管由正向偏置转变为反向偏置以后，控制电路继续使功率MOSFET处于关断状态。当 原边开关管再次导通，转换器重新进入储能阶段。至此，一个开关周期结束。为避免整流MOSFET的误动作，在电压比较器和整流MOSFET的栅极之间增加了一 个逻辑处理电路。为了提高性能，这个逻辑处理电路采用了最少的逻辑单元来减小传输延 时。此外，本专利技术的控制电路不需应用系统增加分立器件，控制电路可以与功率管集 成在同一硅片上，构成低成本的三个管脚的集成同步整流器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于开关电源的集成的三端整流器，包括第一端口，连接开关电源的变压器，用作电压检测以及整流端口 ；第二端口，连接开关电源的 输出级，用于给三端整流器内部电路提供电源，同时作为另一整流端口 ；接地端口，连接开 关电源输出级参考“地”，作为三端整流器内部电路的“地”；功率MOSFET，其背栅与源或漏 构成寄生的体二极管，此寄生的体二极管被连接成与MOSFET的源端和漏端并联；与功率 MOSFET集成在同一硅片上的控制电路，当寄生的体二极管由反向偏置向正向偏置转换时， 控制电路使MOSFET开始导通；在MOSFET导通后，当寄生的体二极管的正偏电压减小到低于 设定的阈值时，控制电路使MOSFET关断一段设定的时间；当寄生的体二极管由正向偏置变 为反向偏置后，控制电路使MOSFET处于关断状态。附图说明图1示出了传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的同步整流电路，其特征在于，包括：功率管，连接于开关电源的变压器副边绕组和开关电源的输出电容之间；控制电路，根据所述功率管两端的电压状态产生控制信号；所述控制信号被用来控制所述功率管的开关状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：方邵华，陈宝箴，宗强，朱亚江，
申请(专利权)人：BCD半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：KY[开曼群岛]