一种高效率同步整流降压型开关变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种开关变换器，尤其是涉及对控制一种高效率同步整流降压型开关变换器的功能实现。一种高效率同步整流降压型开关变换器，其特征在于，包括降压型开关变换器主模块（1）、与降压型开关变换器主模块（1）相连的电压模式负反馈脉宽调制控制模块（2）以及分别与降压型开关变换器主模块（1）和电压模式负反馈脉宽调制控制模块（2）相连的同步整流控制模块（3）。因此，本实用新型专利技术具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.实现了在不利用电流互感器和传感电阻，也不采用复杂控制逻辑就实现高效率同步整流的作用，具有结构简单、效率高、体积小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关变换器，尤其是涉及对控制一种高效率同步整流降压型开关变换器的功能实现。
技术介绍
今年来随着能源的日益紧张和环境问题的日益突出，各种节能技术、绿色环保技术日益成为研究的热点，提高能源利用率，特别是提高能耗系统的效率则是摆在和开发新能源同等重要的地位。开关电源以其较高的效率、丰富的构造方式、可靠的工作性能广泛应用于各种电气设备和电子产品中。但是随着便携式的电子产品工作电压的日益降低、能耗逐步减小、待机时间的大幅上升，传统的以二极管作为开关电源变换器续流管越来越显得效率低下，越来越不能满足当前的社会需要。尤其是当便携式电子产品中微处理器的工作电压降到IV左右时，即便是使用各种具有快速恢复功能、正向导通电压很低的二极管，如肖特基硅二极管SBD等作为续流管，它们的正向导通电压依旧达到约0. 4V-0. 6V有些甚至更高，以这样的导通电压来续流输出端的大电流，就使得开关变换器的功率被续流二极管极大的浪费了，开关变换器的效率也就被降低了。同步整流技术就是在这样一种背景下产生的，它利用通态电阻极低的专用的功率器件如功率MOSFET，IGBT等等来取代二极管的位置，这样在续流状态时加在功率器件两端的电压很低，从而极大的降低在续流状态时损耗的功率，提高开关变换器的效率。采用同步整流技术时，要求被整流电压的相位与功率整流器件M0SFET、 IGBT的控制端的相位保持一致，这也是同步整流的名称来源。由于在同步整流时，导通的功率整流管不是单向导通的，而是可以双向导通的，这样就可能出现由于控制逻辑的设计缺陷或者功率开关管和功率整流管的控制信号由于延时的影响而出现在某个时间段里功率开关管和功率整流管同时导通shoot through。这样对于降压型的同步整流开关变换器而言将可能会出现两个明显的功率损耗点。一个时间点在电感的充电快要结束时，功率开关管还没有来得及关闭而功率整流管已经开启导通，从而形成了在输入电源的正向端经过两个功率开关管接地的低阻大电流直流通路，损耗一部分功率；另一个时间点在电感快要结束放电时，功率整流管还没有来得及关闭而功率开关管已经开启导通，从而又形成了从输入电源的正向端经过两个功率开关管接地的低阻大电流直流通路，损耗一部分功率。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的死区时间控制方案中，一般采用逻辑复杂的固定死区时间控制方案，并且多是辅以电流检测电路，这样不仅仅逻辑复杂，设计难度大， 而且电流检测电路更是要用到电流过零检测电路等等，使得设计成本也大等的技术问题； 提供了一种实现了在不利用电流互感器和传感电阻，也不采用复杂控制逻辑就实现高效率同步整流的作用，具有结构简单、效率高、体积小的高效率同步整流降压型开关变换器。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种高效率同步整流降压型开关变换器，其特征在于，包括降压型开关变换器主模块、与降压型开关变换器主模块相连的电压模式负反馈脉宽调制控制模块以及分别与降压型开关变换器主模块和电压模式负反馈脉宽调制控制模块相连的同步整流控制模块。本专利技术一种高效率同步整流降压型开关变换器，采用降压型开关变换器的主电路，将输入电源提供的高电压转换成便携式电子产品中电路所需要的低电压。电压模式负反馈脉宽调制控制模块，利用负载改变时，脉宽调制信号的占空比也将发生变化的原理，产生了可以用来驱动同步整流电路的初始的脉宽调制信号。同步整流控制模块则将初始的脉宽调制信号加以延时滤波，并将延时滤波后的脉宽信号分别与两个基准电压进行比较从而得到两路同步整流信号，其中脉宽略窄的一路用来驱动功率开关管，脉宽略宽的一路反向之后用来驱动功率整流管。在上述的一种高效率同步整流降压型开关变换器，所述的述降压型开关变换器主模块包括一输入直流电源Vin，一功率开关管Si, 一功率整流管S2，一储能电感L，一输出电容C以及一负载电阻RO ；所述输入直流电源Vin的正向输入端接功率开关管Sl的漏极， 功率开关管Sl的源极接功率整流管S2的漏极和储能电感L的一端，储能电感L的另一端接输出电容C的一端和负载电阻RO的一端，功率整流管S2的源极接地，负载电阻RO的另一端接地，输入直流电源Vin的另一端接地。在上述的一种高效率同步整流降压型开关变换器，所述的电压模式负反馈脉宽调制控制模块包括由电压采样电阻Rfl，电压采样电阻Rf2组成的输出电压采样网络，一个误差放大器A，一个脉宽调制比较器PWM，一个锯齿波发生器Vramp以及一基准电压源 Vref3 ；所述采样电阻Rfl的一端与所述降压型开关变换器主模块正向输出端相连，另一端接采样电阻Rf2以及所述误差放大器A的反向输入端，所述采样电阻Rf2的另一端接地；所述误差放大器A的正向输入端接基准电压源Vref3，输出端接脉宽调制比较器PWM的正向输入端；所述脉宽调制比较器PWM的反向输入端接锯齿波发生器Vramp的输出端，反向输出端与所述的同步整流控制模块相连；所述的锯齿波发生器Vramp的另一端接地。在上述的一种高效率同步整流降压型开关变换器，所述的所述同步整流控制模块包括一由延时电阻Rf和滤波电容Cf组成的延时滤波网络，以及同步整流控制比较器 Cl、同步整流控制比较器C2和一反相器INV ；所述的延时电阻Rf的一端接所述脉宽调制比较器PWM的反向输出端，另一端分别同时与滤波电容Cf的一端、同步整流控制比较器Cl以及C2的正向输入端相连，所述滤波电容Cf的另一端接地；所述同步整流控制比较器Cl的反向输入端接基准电压源Vrefl，输出端接功率开关管Sl的控制端栅极；同步整流控制比较器C2的反向输入端接基准电压源Vref2，输出端接反向器INV的输入端，反相器INV的输出端接功率整流管S2的控制端栅极。因此，本专利技术具有如下优点1.设计合理，结构简单且完全实用；2.实现了在不利用电流互感器和传感电阻，也不采用复杂控制逻辑就实现高效率同步整流的作用，具有结构简单、效率高、体积小。附图说明附图1是未经优化处理的同步整流降压型开关变换器的功率开关管和功率整流管的控制信号图。附图2是经过优化处理的高效率同步整流降压型开关变换器的功率开关管和功率整流管的控制信号图。附图3是本专利技术的电路结构图。附图4是图3中的同步整流控制信号产生的原理图。附图5是图2中的同步整流控制模块仿真得到的同步整流控制信号。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。图中， 降压型开关变换器主模块1、电压模式负反馈脉宽调制控制模块2、同步整流控制模块3。实施例一种高效率同步整流降压型开关变换器，其特征在于，包括降压型开关变换器主模块1、与降压型开关变换器主模块1相连的电压模式负反馈脉宽调制控制模块2以及分别与降压型开关变换器主模块1和电压模式负反馈脉宽调制控制模块2相连的同步整流控制模块3。降压型开关变换器主模块1包括一输入直流电源Vin，一功率开关管Si，一功率整流管S2，一储能电感L，一输出电容C以及一负载电阻RO ；输入直流电源Vin的正向输入端接功率开关管Sl的漏极，功率开关管Sl的源极接功率整流管S2的漏极和储能电感L的一端，储能电感L的另一端接输出电容C的一端和负载电阻RO的一端，功率整流管S2的源极接地，负载电阻RO的另一端接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高效率同步整流降压型开关变换器，其特征在于，包括降压型开关变换器主模块（１）、与降压型开关变换器主模块（１）相连的电压模式负反馈脉宽调制控制模块（２）以及分别与降压型开关变换器主模块（１）和电压模式负反馈脉宽调制控制模块（２）相连的同步整流控制模块（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江金光，龚旭，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83