CN101588138B - 适用于中心抽头结构整流的同步整流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，包括高频变压器T1、电流互感器CT1、输出电容C1、输出电容C2、同步整流管SR1、同步整流管SR2和一个用于驱动同步整流管SR1和同步整流管SR2的驱动电路，其特征在于电流互感器CT1有两个一次侧绕组N1、N2和一个二次侧绕组N3，并且可以驱动两个同步整流管。本发明的有益效果是：1、只需要一个电流互感器和一个二次侧绕组，实现两个SR的驱动，简化了电路，降低了成本，可以向高频化集成化发展。2、可以实现驱动电路的自供电，驱动简单。3、降低了同步整流的驱动功耗，提高了轻载效率，减少损耗，降低成本。

Description

适用于中心抽头结构整流的同步整流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种同步整流驱动电路。更具体地说，本发明涉及一种适用于中心抽头结构整流电路的电流控制同步整流驱动电路。

背景技术

为了降低集成电路功耗，供电电压将进一步降低，低压大电流供电越来越多。随着半导体工艺的进步，中低压MOSFET的导通电阻越来越小，因此在低压大电流的开关电源中，为了降低导通损耗，一般都采用同步整流技术。

同步整流技术按其驱动信号类型可分为电压驱动和电流驱动。电压驱动方式中不同的拓扑其驱动方式各异，很多拓扑的应用受到限制，驱动信号受输入电压影响，由于无电流反馈不适于在DCM状态下工作，并联连接时会引起电流环流等等。电流驱动同步整流管是通过检测流过自身的电流来获得同步整流管驱动信号。同步整流管流过正向电流时导通，在电流为零时关断，使反向电流不能流过同步整流管。同步整流管和二极管一样只能单向导通，可应用在各类变换器拓扑电路中，因此电流驱动同步整流器是十分有发展前景的。但现有电流驱动同步整流技术功率损耗大，电路复杂工作频率低，不易于控制等，影响了它的应用，电流互感器二次侧绕组有三组，两组用于能量回馈，加工复杂，成本高。

中心抽头结构是一种常用的整流电路。在现有技术中，使用电流驱动方式驱动中心抽头整流电路的同步整流管需要两个电流互感器作为独立的采样和驱动，成本较高。而且由于电流互感器与同步整流管串接，互感器本身存在一些漏感，与MOSFET的漏源之间的结电容产生谐振，造成电压尖峰，增加了线上损耗，降低了效率。

发明内容

为了减少电流互感器和二次侧绕组的数量，简化电路结构，降低成本，本发明提出了一种利用一个互感器产生两路驱动的方法。通过利用互感器的一个二次侧绕组，分别产生两路驱动信号来驱动对应的两个同步整流管。

为此，本发明采用以下的技术方案：适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，包括高频变压器T1、电流互感器CT1、输出电容C1、输出电容C2、同步整流管SR1、同步整流管SR2和一个用于驱动同步整流管SR1和同步整流管SR2的驱动电路，其特征在于电流互感器CT1有两个一次侧绕组N1、N2和一个二次侧绕组N3，并且可以驱动两个同步整流管；

所述的电流互感器CT1用于检测同步整流管SR1和同步整流管SR2的电流信号，其一次侧绕组N1、N2与高频变压器T1的副边绕组串联，电流互感器CT1的二次侧绕组N3连接到所述同步整流管驱动电路的输入端；

所述同步整流管的驱动电路有两个输出端，同步整流管驱动电路的输入端接电流互感器CT1的二次侧绕组N3，两个输出端分别接两个同步整流管的门极，同步整流管驱动电路包括：

两个整形与复位电路，将电流互感器CT1二次侧检测出来的同步整流管的电流信号转换为电压信号并整形后形成驱动信号，并且在该同步整流管电流为零时使电流互感器CT1复位；所述复位电路的输入接电流互感器CT1二次侧，输出接推挽功率放大电路的输入端；

两个驱动自供电电路，将电流互感器CT1采集的能量进行存储，并产生一个随同步整流管中半个开关周期内电流的平均值变化而变化的电压源，给整个同步整流管驱动电路供电；所述的驱动自供电电路的输入端接电流互感器CT1的二次侧，其输出端接推挽功率放大电路；

两个推挽功率放大电路，将从整形与复位电路输出的驱动信号进行功率放大后驱动相应的同步整流管；所述的推挽功率放大电路的输入端接整形与复位电路的输出端，其输出端连接受控的同步整流管的门极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、只需要一个电流互感器和一个二次侧绕组，实现两个SR的驱动，简化了电路，降低了成本，可以向高频化集成化发展。

2、可以实现驱动电路的自供电，驱动简单。

3、由于整流电路驱动电压随同步整流管SR电流变化自动调整，轻载时驱动电压降低，使同步整流驱动功耗降低，提高了轻载效率，减少损耗，降低成本。

作为本发明的进一步的改进，在每个同步整流管的漏源极之间还设有一个误驱动保护电路。所述的误驱动保护电路在整形与复位电路输出误驱动信号时，将误驱动信号清除，其输入端接同步整流管的漏源极，输出端接整形与复位电路。

作为本发明的再进一步的改进，电流互感器CT1的磁芯呈倒“日”字型结构，一次侧绕组分别穿过磁芯的两个窗口，二次侧绕组则绕在中间的磁柱上。电流互感器CT1的磁芯可以由两个或多个部件拼组成两个对称磁路的组合磁芯。磁柱上可以设有气隙，也可以不设气隙。

一个优选的实施方式，电流互感器CT1的磁芯由两个“E”型磁芯组成，一个“E”型磁芯两边的磁柱磨气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从磁柱间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在中间的磁柱上。

另一个优选的实施方式，电流互感器CT1的磁芯由两个“E”型磁芯组成，将“E”型磁芯的中柱磨气隙，两边磁柱不磨气隙。该实施方式只用设置一个气隙，工艺较简单，机械结构较稳定。

另一个优选的实施方式，电流互感器CT1的磁芯由一个“E”型磁芯和一个“I”型磁芯组成，“E”型磁芯两边的磁柱磨气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从磁柱间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在“E”型磁芯中间的磁柱上。

另一个优选的实施方式，电流互感器CT1的磁芯由一个“E”型磁芯和一个“I”型磁芯组成，将“E”型磁芯的中柱磨气隙，两边磁柱不磨气隙。该实施方式只用设置一个气隙，工艺较简单，机械结构较稳定。

再一个优选的实施方式，电流互感器CT1的磁芯由三个“工”字型磁芯拼接组成，磁芯没有气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从三个“工”字型磁芯间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在中间的“工”字型磁芯上。该实施方式不用设置气隙，工艺简单，机械结构稳定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明的电流互感器驱动同步整流管的具体实现电路图。

图2本发明的电流互感器的一种结构图。

图3本发明的电流互感器的另一种结构图。

图4本发明的电流互感器的第三种结构图。

图5本发明的电流互感器的第四种结构图。

图6本发明的电流互感器的第五种结构图。

图7本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例一。

图8本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例二。

图9本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例三。

图10本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例四。

图11本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例五。

图12本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例六。

图13本发明应用于半桥LLC电路的电路图。

图14本发明应用于全桥LLC电路的电路图。

具体实施方式

参照附图1，本发明的电流互感器驱动同步整流管的具体实现电路图，包括电流互感器CT1和驱动电路。

所述的电流互感器CT1由磁芯、一次侧绕组N1、一次侧绕组N2和二次侧绕组N3组成。一次侧绕组N1、N2与高频变压器T1的副边绕组串联，电流互感器CT1的二次侧绕组N3连接到驱动电路的输入端。

驱动电路包括两个整形与复位电路、两个驱动自供电电路和两个推挽功率放大电路。所述的整形与复位电路由二极管D1、电阻R1和电阻R2组成，二极管D1的阴极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接二极管D1的阳极和同步整流管SR1的源极；所述的驱动自供电电路由二极管D2和贮能电容C3组成，二极管D2的阳极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端，二极管D2的阴极接贮能电容C3的正极，贮能电容C3的负极接同步整流管SR1的源极；所述的推挽功率放大电路由NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2组成和二极管D7组成，三极管Q1的基极接三极管Q2的基极、二极管D7的阳极和电阻R1的另一端，二极管D7的阴极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端，三极管Q1的发射极接三极管Q2的发射极和同步整流管SR1的门极，三极管Q1的集电极接二极管D2的阴极，三极管Q2的集电极接同步整流管SR1的源极。

参照附图2，采用本发明的电流互感器的一种结构图。电流互感器CT1的磁芯由两个“E”型磁芯组成，一个“E”型磁芯两边的磁柱磨气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从磁柱间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在中间的磁柱上。

参照附图3，采用本发明的电流互感器的另一种结构图。与图2相比将“E”型磁芯的中柱磨气隙，两边磁柱不磨气隙，其余结构不变。该实施方式只用设置一个气隙，工艺较简单，机械结构较稳定。

参照附图4，采用本发明的电流互感器的第三种结构图。电流互感器CT1的磁芯由一个“E”型磁芯和一个“I”型磁芯组成，“E”型磁芯两边的磁柱磨气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从磁柱间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在“E”型磁芯中间的磁柱上。

参照附图5，采用本发明的电流互感器的第四种结构图。与图4相比将“E”型磁芯的中柱磨气隙，两边磁柱不磨气隙，其余结构不变。该实施方式只用设置一个气隙，工艺较简单，机械结构较稳定。

参照附图6，采用本发明的电流互感器的第五种结构图。电流互感器CT1的磁芯由三个“工”字型磁芯拼接组成，磁芯没有气隙，CT1的两个一次侧绕组N1和N2分别从三个“工”字型磁芯间的空间穿过，电流方向相同，CT1的二次侧绕组N3绕在中间的“工”字型磁芯上。该实施方式不用设置气隙，工艺简单，机械结构稳定。

参照附图7，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例一，包括主电路，驱动电路、电流互感器CT1和两个误驱动保护电路。

所述的主电路由高频变压器T1、电流互感器CT1的一次侧绕组、输出电容C1、输出电容C2、同步整流管SR1、同步整流管SR2组成。高频变压器T1的同名端接接电流互感器CT1一次侧绕组N1的非同名端，高频变压器T1的非同名端接电流互感器CT1一次侧绕组N2的同名端，高频变压器T1的中心抽头接输出电容C1和输出电容C2的正极；电流互感器CT1一次侧绕组N1的同名端接同步整流管SR1的漏极，电流互感器CT1一次侧绕组N2的非同名端接同步整流管SR2的漏极；同步整流管SR1的源极接同步整流管SR2的源极、输出电容C1的负极和输出电容C2的负极，门极与驱动电路的输出端相连；同步整流管SR2的门极与驱动电路的输出端相连。

所述的驱动电路和电流互感器CT1与图1结构相同。

所述的误驱动保护电路由电阻R3、二极管D3和三极管Q3组成，电阻R3的一端接二极管D3的阴极和同步整流管SR1的漏极，另一端接二极管D3的阳极和三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极接电阻R1与电阻R2的连接点，发射极接同步整流管SR1的源极。

参照附图8，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例二，与图7的电路相比增加了一个二极管D9，将电容C3和电容C4的正极相连后接到二极管D9的阳极，二极管D9的阴极接主电路的输出，其余结构不变。采用这种结构可以减少电流互感器CT1副边绕组N3的匝数，降低成本，并且能够实现部分能量直接对负载输出馈电，提高效率，可以在应用于输出电压不高的情况(大于10V小于20V)。

参照附图9，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例三，与图7相比增加了一个稳压管Z1，将电容C3和电容C4的正极相连后接到稳压管Z1的阴极，稳压管Z1的阳极接地，其余结构不变。采用这种结构可以减少电流互感器CT1副边绕组N3的匝数，降低成本。

参照附图10，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例四，与图9相比增加了一个二极管D9，二极管D9的阳极接稳压管Z1的阴极，二极管D9的阴极接主电路输出，其余结构不变。采用这种结果可以减少电流互感器CT1副边绕组的匝数，降低成本，并且能够实现部分能量直接对负载输出馈电，提高效率，可以在应用于输出电压不高的情况(大于10V小于20V)。

参照附图11，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例五，与图7相比少了两个贮能电容C3和C4，增加了一个稳压二极管Z2和一个电容C5，将三极管Q1和Q4的集电极相连后接稳压管Z2的阴极和电容C5的正极，稳压管Z2的阳极接电容C5的负极和主电路的输出。采用这种结果可以减少电流互感器CT1副边绕组的匝数，降低成本，并且能够实现部分能量直接对负载输出馈电，提高效率，可以在应用于输出电压较低的情况(小于10V)。

参照图12，本发明应用于一种带误驱动保护的中心抽头结构整流电路的实施例六，与图7的电路相比将电容C3和电容C4的正极相连后接主电路的输出，其余结构不变。采用这种结构可以减少电流互感器CT1副边绕组N3的匝数，降低成本，并且能够实现部分能量直接对负载输出馈电，提高效率，可以在应用于输出电压不高的情况(大于10V小于20V)。

参照图13，本发明应用于半桥LLC电路的电路图，包括半桥电路和带本发明驱动电路的中心抽头结构整流电路。

参照图14，本发明应用于全桥LLC电路的电路图，包括全桥电路和带本发明驱动电路中心抽头结构整流电路。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是发明的保护范围。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，包括高频变压器T1、电流互感器CT1、输出电容C1、输出电容C2、同步整流管SR1、同步整流管SR2和一个用于驱动同步整流管SR1和同步整流管SR2的同步整流管驱动电路，其特征在于电流互感器CT1用于检测同步整流管SR1和同步整流管SR2的电流信号，并且驱动两个同步整流管；

所述的电流互感器CT1由磁芯、一次侧绕组N1、一次侧绕组N2和二次侧绕组N3组成，其一次侧绕组N1、N2与高频变压器T1的副边绕组串联，电流互感器CT1的二次侧绕组N3连接到所述同步整流管驱动电路的输入端；

所述的同步整流管驱动电路有两个输出端，同步整流管驱动电路的输入端接电流互感器CT1的二次侧绕组N3，两个输出端分别接两个同步整流管的门极，同步整流管驱动电路包括：

两个整形与复位电路，将电流互感器CT1二次侧检测出来的同步整流管的电流信号转换为电压信号并整形后形成驱动信号，并且在该同步整流管电流为零时使电流互感器CT1复位；所述整形与复位电路的输入接电流互感器CT1二次侧，输出接推挽功率放大电路的输入端；

两个驱动自供电电路，将电流互感器CT1采集的能量进行存储，并产生一个随同步整流管中半个开关周期内电流的平均值变化而变化的电压源，给整个同步整流管驱动电路供电；所述的驱动自供电电路的输入端接电流互感器CT1的二次侧，其输出端接推挽功率放大电路；

两个推挽功率放大电路，将从整形与复位电路输出的驱动信号进行功率放大后驱动相应的同步整流管；所述的推挽功率放大电路的输入端接整形与复位电路的输出端，其输出端连接受控的同步整流管的门极。

2.如权利要求1所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于所述的同步整流管驱动电路与主电路采用这样的连接方式：高频变压器T1的同名端接接电流互感器CT1一次侧绕组N1的非同名端，高频变压器T1的非同名端接电流互感器CT1一次侧绕组N2的同名端，高频变压器T1的中心抽头接输出电容C1和输出电容C2的正极；电流互感器CT1一次侧绕组N1的同名端接同步整流管SR1的漏极，电流互感器CT1一次侧绕组N2的非同名端接同步整流管SR2的漏极；同步整流管SR1的源极接同步整流管SR2的源极、输出电容C1的负极和输出电容C2的负极，同步整流管SR1和同步整流管SR2的门极分别与同步整流管驱动电路的两个输出端相连。

3.如权利要求1所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于所述同步整流管SR1的整形与复位电路由二极管D1、电阻R1和电阻R2组成，二极管D1的阴极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接二极管D1的阳极和同步整流管SR1的源极；所述的驱动自供电电路由二极管D2和贮能电容C3组成，二极管D2的阳极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端，二极管D2的阴极接贮能电容C3的正极，贮能电容C3的负极接同步整流管SR1的源极；所述的推挽功率放大电路由NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2组成和二极管D7组成，三极管Q1的基极接三极管Q2的基极、二极管D7的阳极和电阻R1的另一端，二极管D7的阴极接电流互感器CT1二次侧绕组N3的同名端，三极管Q1的发射极接三极管Q2的发射极和同步整流管SR1的门极，三极管Q1的集电极接二极管D2的阴极，三极管Q2的集电极接同步整流管SR1的源极。

4.如权利要求1所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于每个同步整流管的漏源极之间还设有一个误驱动保护电路，所述的误驱动保护电路在整形与复位电路输出误驱动信号时，将误驱动信号清除，其两个输入端分别接同步整流管的漏极和源极，输出端接整形与复位电路；所述同步整流管SR1的误驱动保护电路由电阻R3、二极管D3和三极管Q3组成，电阻R3的一端接二极管D3的阴极和同步整流管SR1的漏极，另一端接二极管D3的阳极和三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极接电阻R1与电阻R2的连接点，发射极接同步整流管SR1的源极。

5.如权利要求1-4任何一项所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于电流互感器CT1的磁芯呈倒“日”字型结构，一次侧绕组分别穿过磁芯的两个窗口，二次侧绕组则绕在中间的磁柱上。

6.如权利要求5所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于电流互感器CT1的磁芯是由两个“E”型磁芯、或者一个“E”型磁芯和一个“I”型磁芯、或者三个“工”字型磁芯拼接组成两个对称磁路的组合磁芯。

7.如权利要求6所述的适用于中心抽头结构整流电路的同步整流驱动电路，其特征在于电流互感器CT1的中间磁柱或两侧磁柱上设有气隙。

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