一种同步整流控制方法及其同步整流控制电路技术

本发明专利技术公开了应用于隔离式开关电源中的同步整流控制方法以及同步整流控制电路。依据本发明专利技术实施例的同步整流控制方法通过一基于同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压的斜坡电压的峰值来准确判断原边侧的主功率器件关断时刻，来及时开启所述同步整流器，尽可能的减小主功率器件的关断时刻和同步整流器的开通时刻之间的间隔时间，来减小功率损耗，保证获得最大的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及使用功率变压器的开关电源中的同步整流器的同步整流控制方法以及同步整流控制电路。
技术介绍
常规的隔离式电源包括一个或多个原边开关，至少一个变压器和位于副边上的一个或者多个整流器。变压器用于提供相对较大的电压变换比，对输入源实行更可靠的短路保护，并实现满足安规要求的原边与副边间的隔离。整流器用于对变压器副边绕组的交流电压或者电流整流而产生输出负载所需的直流电压或者电流。常见的基于变压器的开 关电源拓扑有反激式，正激式，推挽式，半桥，全桥变换器等类型。为了减少整流器的导通损耗，可以用导通电阻相对较低的金属氧化物半导体(简称M0S)晶体管作为同步整流器。选择这种低导通电阻Rdsqn的MOS晶体管，整流器的导通压降可以降至约O. IV以下。以这种方式，电源转换效率可大幅度提高。参考图1A，100A所示为一反激式开关电源的原理框图。反激式变换器是具有由感应线圈组成的变压器的buck-boost变换器，因此既能实现隔离也可实现电压比值转换。在该实施例中，NMOS晶体管S2作为同步整流器。S2的漏极“D”接到变压器Tl的副边绕组上，源极“S”接到输出地端。控制电路102用来驱动和控制栅极“G”。在运行时，原边晶体管S1和同步整流器S2周期性的开启和关闭以用来调节输出电压Vrat或者输出电流，从而达到输出恒定电压或者恒定电流的要求。当原边晶体管S1关断时，位于变压器Tl的副边侧的同步整流器S2开通；当副边绕组电流Is衰减为约OmA或原边晶体管S1再次被开通时，同步整流器S2关断。理想状况下，同步整流器的开通和关断由漏极电流或漏源电压决定。例如，如果用N型MOS晶体管作为同步整流器，当漏源电压变负时或电流开始从源极流向漏极时，MOS晶体管被开通。当漏源电压为正或电流开始从漏极流向源极时，MOS晶体管被关断。然而，在某些情况下，很难精确控制开通和关断时间，原因可能是(1)实际中用来检测电压或电流零交叉点的比较器有输入失调和速度有限的问题；(2)从比较器输出到驱动级输出，以及从MOS晶体管栅极端的电压改变到MOS晶体管的实际开通/关断存在固有的延时；(3)M0S晶体管封装内和印刷电路板(PCB)上的寄生电感和寄生电容使检测信号失真。为了尽量减少导通损耗，选择导通电阻Rdsm低的MOS晶体管可以尽可能减小导通损耗，但是同时较低的导通电阻的MOS晶体管也会使得解决精确控制开通和关断时间的问题更加困难。参考图1B，100B所示为图IA所示的反激式开关电源的同步整流器S2的工作波形图。由于电路结构固有的延时，使得同步整流器S2延时开通,如图所示的由h时刻延时至t2时刻。或者，在实际应用中，通常需要一 RC滤波电路对漏源电压Vds进行滤波整理后，再进行漏源电压Vds的检测以来判断何时开通同步整流器。但是采用这种检测方法，RC滤波电路固有的延时，进一步的增加了同步整流器S2的延时开通。如图IB中以虚线所示的部分波形，同步整流器S2的开通时刻由h时刻延时至t3时刻，导致功率损耗增加。另外，如波形IOOB所示，在原边晶体管S1关断后，同步整流器S2的漏源电压Vds快速下降，然后振荡，为了避免在振荡时间区间内的同步整流器的频繁关断和导通，通常设置一最小导通时间来屏蔽该段振荡时间区间，以避免时序混乱，以及维持轻载时对负载的调节，保证同步整流器的正常工作。但是，也由于最小导通时间的存在，如果在轻载状态时，原边晶体管S1的导通时间较短，原边电流峰值较小，因此，在最小导通时间内(如时刻t4)副边电流已经下降至零，在剩余的导通时间内，副边电流由零值继续下降，直至最小导通时间结束(如时刻&)。负电流将会引起同步整流器S2的漏源电压Vds的剧烈变化，并且需要较长的时间才能进入稳定状态。可见，现有的同步整流控制方法不仅延迟了导通时间，造成了功率损耗，并且，无法规避在轻载时，由最小导通时间引起的负电流问题
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的同步整流控制电路和同步整流控制方法，以解决现有技术中，功率损耗大，效率低，同步整流器的开关时间控制不精确的问题以及轻载状态时的负电流问题。为实现上述目的，依据本专利技术一实施例的应用于一隔离式开关电源中的同步整流控制方法包括接收所述隔离式开关电源中的同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压；根据接收到的所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压产生一斜坡电压；监测所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压的变化趋势，判断所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压是否开始下降；当所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压处于上升状态时，所述斜坡电压持续上升；当所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压开始下降时，判断所述斜坡电压是否大于一电压阈值；所述电压阈值与表征所述同步整流器的最小导通时间相匹配；当所述斜坡电压小于所述电压阈值时，减小所述斜坡电压，控制所述同步整流器处于关断状态；当所述斜坡电压大于所述电压阈值，减小所述斜坡电压，并且控制所述同步整流器导通。其中，所述斜坡电压的产生方法包括产生一与所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压相关的充电电流；利用所述充电电流对一电容进行充电，所述电容两端的电压作为所述斜坡电压。而所述充电电流与所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压成正比例关系，或者与所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压和所述隔离式开关电源的输出电压的差值成正比例关系。所述电压阈值与所述隔离式开关电源的输出电压、所述同步整流器的最小导通时间成正比例关系，与所述电容的电容值成反比例关系。所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压的变化趋势的监测包括以下步骤采样并保持所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压；当通过保持操作得到的所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压大于当前采样得到的所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压时，判定此刻所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压处于开始下降状态。所述的同步整流控制方法还包括当检测到所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压开始下降时，产生一具有固定时间的跌落信号；所述跌落信号控制所述电容进行放电，从而所述斜坡电压快速下降至零。另外，所述的同步整流控制方法，还包括在所述同步整流器导通一定时间后，根据一关断信号来关断所述同步整流器。依据本专利技术一实施例的应用于一隔离式开关电源中的一种同步整流控制电路，包括，一电压判断电路，一斜坡电压发生电路和一导通信号发生电路；其中，所述电压判断电路接收所述隔离式开关电源中的同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压；当监测到所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压开始下降的时亥Ij，产生一跌落信号； 所述斜坡电压发生电路与所述电压判断电路连接，当所述电压判断电路没有产生所述跌落信号时，所述斜坡电压发生电路根据所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压产生一持续上升的斜坡电压；当所述电压判断电路产生所述跌落信号时，减小所述斜坡电压；所述导通信号发生电路接收所述斜坡电压、一电压阈值以及所述电压判断电路的输出信号；其中，所述电压阈值与所述同步整流器的最小导通时间相匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步整流控制方法，应用于一隔离式开关电源中，其特征在于，包括：接收所述隔离式开关电源中的同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压；根据接收到的所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压产生一斜坡电压；监测所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压的变化趋势，判断所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压是否开始下降；当所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压处于上升状态时，所述斜坡电压持续上升；当所述同步整流器的第一功率端和第二功率端之间的电压开始下降时，判断所述斜坡电压是否大于一电压阈值；所述电压阈值与表征所述同步整流器的最小导通时间相匹配；当所述斜坡电压小于所述电压阈值时，减小所述斜坡电压，控制所述同步整流器处于关断状态；当所述斜坡电压大于所述电压阈值，减小所述斜坡电压，并且控制所述同步整流器导通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚杰，赵晨，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：