CN102255513B - 一种桥式同步整流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥式同步整流电路，对传统同步整流电路的电流检测电路进行改进，其电流检测电路包括电流互感器、第一二极管、第二二极管、第五开关管、第六开关管；电流互感器的第一绕组跨接在桥式整流电路两个桥臂的中点之间，第五开关管的漏极与所述第一二极管的阳极连接，第六开关管的漏极与第二二极管的阳极连接，第一二极管和第二二极管的阴极连接，第五开关管的源极及第六开关管的源极接地；所述电流互感器的第二绕组的两端分别与第一二极管、第二二极管的阳极连接；并通过控制第五、第六开关管的通断，在电路空载时将电流互感器第二绕组短路。从而使得电流检测电路检测不到反向电流。

Description

一种桥式同步整流电路
技术领域
本发明涉及一种桥式同步整流电路。
背景技术
低电压大电流高功率密度的市场需求驱使，桥式同步整流使用变得越来越广泛。因为高效率需要，电源占空比在低压输入甚至整个工作过程都工作在近100%的占空比下。这时候如果电流环放置在两桥臂和输入电容之间（电路图如图1所示），电流环就失去复位时间进入磁饱和状态而无法进行电流检测。
当电流环放置在两桥臂之间（电路图如图2所示），桥式整流使得流过电流环两方向的电流都能被电流环检测到。电源工作在空载或轻载时，续流电感存在反向电流（从输出流过续流电感到地的电流），这个电流在原边开关管开通后续流电感电流变正向前也被电流环检测到。因此一个开关周期内，电流环检测到一个由大变小又由小变大的电流。使用电流型控制芯片时，就因为存在同一周期两波形进行PWM比较而振荡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种桥式同步整流电路，避免检测电路的电流环置于输入电容和开关管之间时，因占空比过大而造成电流环不能复位的问题；或电流环置于两桥臂间时，因电流环检测到负向电流而无法正常稳定工作问题。
本发明的技术手段通过以下技术方案予以解决：
一种桥式同步整流电路，包括隔离变压器、隔离变压器原边侧的桥式整流电路、该桥式整流电路的电流型PWM控制电路模块、隔离变压器副边侧的同步整流输出电路、以及电流检测电路，所述桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，其中：
所述电流检测电路包括电流互感器、第一二极管、第二二极管、第五开关管、第六开关管和第一电阻；所述电流互感器的第一绕组跨接在所述第一桥臂的中点和所述第二桥臂的中点之间，所述第五开关管的漏极与所述第一二极管的阳极连接，所述第六开关管的漏极与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极、第二二极管的阴极和第一电阻的第一端连接，所述第五开关管的源极、所述第六开关管的源极及所述第一电阻的第二端接地；所述电流互感器的第二绕组的两端分别与所述第一二极管、第二二极管的阳极连接；
所述第一开关管与所述第六开关管同时通断，所述第二开关管与所述第五开关管同时通断，所述电流型PWM控制电路模块用于根据所述第一电阻两端的电压大小对所述桥式整流电路进行脉宽调制。
优选地，所述电流检测电路还包括第二电阻和电容，所述第二电阻的第一端连接均与所述第一二极管和第二二极管的连接点连接，所述第二电阻的第二端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端接地，所述电流型PWM控制电路模块的信号输入端与所述电容的第一端连接。
对于全桥电路，第二桥臂由第三开关管和第四开关管的情况下，第四开关管应与所述第一开关管同时通断，第三开关管应与所述第二开关管同时通断。
本发明也同样适用于半桥电路，例如上述方案中的第三开关管和第四开关管用电容替代后，也同样适用。
优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管均为MOS管。
本发明与现有技术相比的有益效果包括：空轻载工作，当原边开关管开通而副边续流电感中的电流为负向时，通过Q6,Q7的短路，使电流环检测不到反向电流而只检测到正向电流（波形参见附图5，电流型PWM控制电路模块只会对正向电流作出响应，保证电源正常工作。）电源能够在接近100%的高占空比下稳定地工作，充分的利用变压器，提高电源效率。电源两桥臂间不需要加防直流偏置电容，简化了电路，降低了电路成本，使得在很小的PCB板空间内使用全桥同步整流电路成为可能。
附图说明
图1是现有技术的第一种桥式同步整流电路的电路图；
图2是现有技术的第二种桥式同步整流电路的电路图；
图3是本发明具体实施例1的桥式同步整流电路的电路图； 
图4是图2的桥式同步整流电路输出空载时桥臂控制信号H01/L02、H02/L01、续流电感电流信号IL1、电流互感器绕组TRS1-A电流信号及电流型PWM芯片的输入电压信号CS对应的波形图；
图5是图3的桥式同步整流电路输出空载时桥臂控制信号H01/L02、H02/L01、续流电感电流信号IL1、电流互感器绕组TRS1-A电流信号及电流型PWM芯片的输入电压信号CS对应的波形图；
图6是本发明具体实施例2的桥式同步整流电路的电路图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。
实施例1
如图3所示，本发明的桥式同步整流电路由输入电容、隔离变压器、隔离变压器原边侧的桥式整流电路、该桥式电路的电流型PWM控制电路模块、隔离变压器副边侧的同步整流输出电路、以及电流检测电路组成。
本实施例的桥式电路为全桥电路，该全桥电路包括由第一开关管Q1和第二开关管Q2组成第一桥臂、以及由第三开关管Q3和第四开关管Q4组成的第二桥臂组成，输入电容C3跨接在该两个桥臂的两端并与输入电源的正负输入端连接，隔离变压器的原边T1-A两端分别连接第一桥臂的中点和第二桥臂的中点，同步整流输出电路通过隔离变压器的副边T1-B/T1-C与全桥电路耦合，输出电路可采用现有的同步整流输出电路，其包括续流电感L1。
电流检测电路包括电流互感器（也称为电流环）、第一二极管D1、第二二极管D2、第五开关管Q5、第六开关管Q6、以及第一电阻R1；所述电流互感器的第一绕组TRS1-B跨接在所述第一桥臂的中点和第二桥臂的中点之间，所述第五开关管Q5的漏极与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第六开关管的漏极与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管和第二二极管的阴极相连后与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端、所述第五开关管的源极、及所述第六开关管的源极接地；所述电流互感器的第二绕组TRS1-A的两端分别与所述第一二极管D1、第二二极管D2的阳极连接；该检测电路还设有用于滤波的第二电阻R2及电容C1，电阻R2的两端分别与第一电阻R1、电容C1的第一端相连，电容C1的第二端接地。
电流型PWM控制电路模块的信号输入端CS与电容C1的第一端连接。
电流型PWM控制电路模块由电流型PWM芯片、第一驱动器、第二驱动器组成；第一驱动器的两个信号输出端HO1、LO1分别与第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端连接，第二驱动器的两个信号输出端HO2、LO2分别与第三开关管Q3的控制端、第四开关管Q4的控制端连接；电流型PWM芯片包括两个信号输出端OUTA和OUTB，其中OUTA与第一驱动器的输入端HI1、第二驱动器的输入端LI2、第六开关管Q6的控制端连接，OUTB与第一驱动器的输入端LI1、第二驱动器的输入端HI2、第五开关管Q5的控制端连接。电流型PWM芯片的信号输出端OUTA输出的信号由第一驱动器的输入端HI1、第二驱动器的输入端LI2分别输入至第一驱动器、第二驱动器，经信号放大后由第一驱动器的输出端HO1、第二驱动器的输出端LO2输出，同时OUTA输出的信号还直接输出至第六开关管Q6的控制端；电流型PWM芯片的信号输出端OUTB输出的信号由第一驱动器的输入端LI1、第二驱动器的输入端HI2分别输入至第一驱动器、第二驱动器，经信号放大后由第一驱动器的输出端LO1、第二驱动器的输出端HO2输出，同时OUTB输出的信号还直接输出至第五开关管Q5的控制端，即：第一开关管Q1、第四开关管Q4和第六开关管Q6同时通断、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第五开关管Q5同时通断。
本实施例的电路工作原理为：正常带载（电感电流始终是从变压器绕组流向输出）工作时候的原理为：电流型PWM芯片的信号输出OUTA输出高电平时，第一驱动器的信号输出端HO1、第二驱动器的信号输出端LO2出高，第一开关管Q1、第四开关管Q4同时导通，电流环TRS1-B（电流互感器的第一绕组）中的电流从5脚流向6脚(即正向流通)，第六开关管Q6也导通，电流环TRS1-A（电流互感器的第二绕组）中电流从2脚流向3脚，经过第一二极管D1流向电流型PWM芯片的信号输入端CS，被电流型PWM芯片检测到进行PWM比较。本实施例中，电流检测电路通过第一电阻R1、将流经第一二极管的电流值的变化转换为第一电阻R1两端的电压变化，电流型PWM芯片通过采集第一电阻R1两端的电压（第二电阻R2及电容C1的作用仅在于滤波，其电阻及电容不应过大而影响第一电阻R1两端电压的基本波形），并与预设的电压值进行比较来实现对桥式整流电路的PWM控制。这时实施例的电路工作和附图2中现有技术的电路相同。OUTB出高电平时，电源另外一个桥臂工作，原理和上面分析一样。
当电源工作空载或轻载时原理为：当电流型PWM芯片的信号输出端OUTA和OUTB输出都为低时，原边两桥臂都不工作，这时候同步整流输出电路的两个开关管Q7、Q8都导通，续流电感L1中的电流从正向最大慢慢减小到零，由零反向到负向最大，反向电流最大时电流型PWM芯片的两个信号输出端OUTA和OUTB有一个输出高电平，即HO1/LO2和HO2/LO1有一个出高。假设为OUTA输出高电平（即HO1/LO2出高），这时Q1,Q4导通，因为电感L1电流为负向最大，所以电流互感器的第一绕组TRS1-B中的电流从6脚流向5脚（即反向流通），相应的TRS1-A中电流从3脚流向2脚，第六开关管Q6也导通，所以电流流向地而不经过D2，电流环第二绕组TRS1-A相当于被短路，电流型PWM芯片不会检测到负向的电流。随着OUTA出高时间加长，电感中的电流从反向最大慢慢较小到零，再从零向正向加大。当电感电流变零后，电流环TRS1-B中的电流从5脚流向6脚，Q6导通，电流环TRS1-A中电流从2脚流向3脚，通过D1流向CS，被电流型PWM芯片检测到进行PWM比较。这一过程反复交替进行。
可见，本发明的关键在于附图3中的第五开关管Q5、第六开关管Q6替代了附图2中的两个二极管D3、D4，以及第五开关管Q5、第六开关管Q6的导通控制。替代前，空轻载工作，当原边开关管开通而副边续流电感L1中的电流为负向时，被电流环检测出来参与了电流型PWM芯片的PWM的比较，造成一个开关周期两个电流波形（参见附图4），PWM无法正常而振荡。替代后，空轻载工作，当原边开关管开通而副边续流电感中的电流为负向时，通过第五开关管Q5、第六开关管Q6的导通将电流环TRS1-A短路，使电流环检测不到反向电流而只检测到正向电流（波形参见附图5），保证电源正常的工作。
实施例2
如图6所示，本实施例与实施例1的不同之处仅在于桥式电路部分及相对应的电流型PWM控制电路模块的连接关系，本实施例的桥式电路为半桥电路，用两个电容C2、C3替代了实施例1中的第三开关管和第四开关管，同时相应的去除实施例1中的第二驱动器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种桥式同步整流电路，包括隔离变压器、隔离变压器原边侧的桥式整流电路、该桥式整流电路的电流型PWM控制电路模块、隔离变压器副边侧的同步整流输出电路、以及电流检测电路，所述桥式整流电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一开关管和第二开关管，其特征在于：
所述电流检测电路包括电流互感器、第一二极管、第二二极管、第五开关管、第六开关管和第一电阻；所述电流互感器的第一绕组跨接在所述第一桥臂的中点和所述第二桥臂的中点之间，所述第五开关管的漏极与所述第一二极管的阳极连接，所述第六开关管的漏极与所述第二二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极、第二二极管的阴极和第一电阻的第一端连接，所述第五开关管的源极、所述第六开关管的源极及所述第一电阻的第二端接地；所述电流互感器的第二绕组的两端分别与所述第一二极管、第二二极管的阳极连接；
所述第一开关管与所述第六开关管同时通断，所述第二开关管与所述第五开关管同时通断，所述电流型PWM控制电路模块用于根据流经所述第一二极管的电流大小对所述桥式整流电路进行脉宽调制。
2.根据权利要求1所述的桥式同步整流电路，其特征在于：所述电流检测电路还包括用于滤波的第二电阻和电容，所述第二电阻的第一端与所述第一二极管和第二二极管的连接点连接，所述第二电阻的第二端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端接地，所述电流型PWM控制电路模块的信号输入端与所述电容的第一端连接。
3.根据权利要求1所述的桥式同步整流电路，其特征在于：所述第二桥臂包括第三开关管和第四开关管，所述第四开关管和所述第一开关管同时通断，所述第三开关管和所述第二开关管同时通断。
4.根据权利要求1所述的桥式同步整流电路，其特征在于：所述第二桥臂包括串联连接的两个电容。
5.根据权利要求3所述的桥式同步整流电路，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管均为MOS管。
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