CN106533137B - 适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路,包括变压器耦合信号采集电路,两个独立的MOSFET驱动器,自举式升压控制电路,变压器耦合信号采集电路的驱动变压器采集开关电源前级PWM驱动芯片的驱动波形,并同步耦合到输出端,该信号通过两个独立的MOSFET驱动器将波形一分为二,同时为后级同步整流管提供驱动信号;所述两个独立的MOSFET驱动器与自举升压控制电路连接,自举升压控制电路为MOSFET驱动器提供驱动及控制功能。本发明同步整流管的驱动信号由两个独立的MOSFET驱动器分别提供,该驱动信号来自于前级的PWM驱动的控制信号,因此与前级开关管工作同步度高,延时小,自举式升压控制为MOSFET驱动器提供额外的升压驱动控制,确保工作时序的准确。

Description

适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路
技术领域
本发明属于驱动电路技术领域,具体涉及一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路。
背景技术
随着通信及计算机技术的快速发展,低压大电流开关电源应用越来越广泛。为了适应高功率大电流的需求,电源工程师们始终致力于电源效率的提升。要提升效率首先就要降低电源工作时的整体损耗,电源的损耗主要由3部分组成:功率开关管的损耗,高频变压器的损耗,输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达1.0-1.2V,即使采用低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约0.6V的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。但是由于MOSFET是有源器件,工作时需要接入驱动电压,如传统的单端正激式自驱同步整流(图1),整流MOSFET管驱动直接由变压器次级电压提供。这种电路的优点在于线路非常简单,不需要额外的驱动电路就可以正常工作,但缺点就是两个MOSFET的驱动时序不够精确,MOSFET不能在整个周期内代替二极管整流,使得负载电流流经寄生二极管的时间较长,造成了较大损耗,限制了效率提升。另外该种电路由于直接利用副边电压进行驱动,而MOSFET管的栅源极安全驱动电压通常要求为20V一下,这也就极大的限制了该电路的应用范围。
如果采用外部独立的驱动电路方案,则要求的外部电路比较复杂,而且驱动损耗也较大,同时由于通常外部为专用芯片,价格昂贵,所能提供的驱动能力也非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一中前级采样,与前级控制***匹配度高,同时采用的场效应管为电压型器件,延时时间小,动态响应高,驱动电压稳定,驱动损耗小,可适用于宽输入电压范围和宽范围输出电压的应用场合的同步整流驱动电路。本发明同步整流管的驱动信号由两个独立的MOSFET驱动器分别提供,该驱动信号来自于前级的PWM的控制信号,因此与前级开关管工作同步度高,延时小,自举式升压控制为MOSFET驱动器提供额外的升压驱动控制,确保工作时序的准确。
为解决本发明的技术问题采用如下技术方案:
一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路,包括变压器耦合信号采集电路,两个独立的MOSFET驱动器,自举式升压控制电路,变压器耦合信号采集电路的变压器BT1采集开关电源前级PWM控制器的驱动方波信号,并同步耦合到输出端,该信号通过两个独立的MOSFET驱动器将波形一分为二,同时为后级同步整流管提供驱动信号;所述两个独立的MOSFET驱动器与自举式升压控制电路连接,自举式升压控制电路为MOSFET驱动器提供驱动及控制功能;所述变压器耦合信号采集电路包括变压器BT1及电容C2,电容C3,具体连接方法为:电容C1的一端连接PWM控制器的6脚的驱动方波信号,其中PWM控制器型号为UC2843,电容C1另一端接变压器BT1的初级绕组的一端,变压器BT1的初级绕组的另一端接输入地,变压器BT1的次级为两个相同绕组N2和绕组N3,绕组N2和绕组N3的一端相连并接地,绕组N2的另一端接电容C2的一端,绕组N3的另一端接电容C3的一端,电容C2,电容C3分别连接MOSFET驱动器。
所述两个独立的MOSFET驱动器分别为第一MOSFET驱动器和第二MOSFET驱动器,第一MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T1和P沟道的MOSFET管T2、电阻R8,第二MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T4和P沟道的MOSFET管T3,和电阻R9;其中T1源极接地,T1漏极为INA控制信号输出端,同时T1漏极与R8电阻一端相连,R8电阻另一端与T2漏极相连,T1栅极,T2栅极相连并与自举式升压控制电路一端相连,T3栅极与T4栅极相连并与自举式升压控制电路另一端相连,T4源极接地,T4漏极为INB控制信号输出端, 同时T4漏极与R9电阻一端相连,R9电阻另一端与T3漏极相连,T3源极与T2源极相连与自举式升压控制电路相连。
所述自举式升压控制电路包括二极管D1,二极管D2,二极管D3,二极管D4,电容C4及电阻R1,电阻R2,电阻R3,电阻R4,电阻R5,电阻R6,电阻R7组成;其中电阻R4的一端,电阻R1的一端,二极管D1的阳极,二极管D2的阴极与变压器耦合信号采集电路中C2的另一端相连;电阻R1的另一端接地,二极管D1的阴极与电阻R7的一端,二极管D4的阴极相连;R7的另一端与电阻R5、R6的一端相连,R6另一端接地,R5另一端接电容C4的一端,并与MOSFET驱动器中T2的源极,T3的源极相连;电容C4的另一端与二极管D2的阳极,二极管D3的阳极相连,二极管D3的阴极,二极管D4的阳极,电阻R2,R3的一端与变压器耦合信号采集电路中的电容C3的另一端相连,R2的另一端接地。
BT1次级电压经二极管倍压整流后,经电阻分压后在电容C4上得到一个直流电压,该直流电压驱动P沟道的MOSFET 的T2,T3导通,同时为作为输出的上拉电压信号,当前级电压为正半周期时,MOSFET管T1导通,INA脚被下拉接地,没有信号输出,T4截止,驱动电压经T3,及上拉电阻R9为INB提供电压信号;当前级信号为负半周期时,MOSFET管T4导通,INB脚被下拉接地,没有信号输出,同时,T1截止,驱动电压经T2,及上拉电阻R8为INA提供电压信号;当输入信号交替变化时,INA和INB也得到连续交替输出的方波电压信号;其中电路中的R1,R2为栅源极的放电电阻, R8,R9为驱动电压信号的上拉电阻, R5,R6,R7组成的分压电路可以控制C4上的电压幅值,通过对INA,INB电压幅值及上升斜率的控制从而实现了对同步整流死区时间的精确控制。
本发明主要应用于大电流输出的DC/DC电源,为后级同步整流电路提供隔离的、可以精确控制占空比和死区时间的同步整流驱动信号。由于该驱动信号来自前级采样,与前级控制***匹配度高,同时采用利用N沟道和P沟道的MOSFET组成的驱动器,场效应管为电压型器件,该电路可通过不同MOSFET管的组合使驱动信号可以适应不同的电压输出,利用自举式升压整流电路同时提供同步整流驱动信号和驱动P沟道的MOSFET管,因此应用更加灵活;同时通过电压幅值及斜率的控制使驱动时序及死区时间精确可调。本发明相对与专用同步整流驱动器成本低廉,而且驱动电压信号由前级驱动直接耦合得到,驱动延时小,受输出反射噪声干扰低,同时该电压独立,不受输入和输出电压的影响,动态响应高,驱动电压稳定,驱动损耗小,驱动时序精确可调、线路损耗低。
附图说明
图1为现有技术单端自驱动同步整流电路线路原理图;
图2为本发明原理框图;
图3为本发明线路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明最进一步的详细说明:
如图2、图3所示,一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路,包括变压器耦合信号采集电路,两个独立的MOSFET驱动器,自举式升压控制电路,变压器耦合信号采集电路的变压器BT1采集开关电源前级PWM控制器的驱动方波信号,并同步耦合到输出端,该信号通过两个独立的MOSFET驱动器将波形一分为二,同时为后级同步整流管提供驱动信号;所述两个独立的MOSFET驱动器与自举式升压控制电路连接,自举式升压控制电路为MOSFET驱动器提供驱动及控制功能。
所述变压器耦合信号采集电路包括变压器BT1及电容C2,电容C3,具体连接方法为:电容C1的一端连接PWM控制器的6脚的驱动方波信号,其中PWM控制器型号为UC2843,电容C1另一端接变压器BT1的初级绕组的一端,变压器BT1的初级绕组的另一端接输入地,变压器BT1的次级为两个相同绕组N2和绕组N3,绕组N2和绕组N3的一端相连并接地,绕组N2的另一端接电容C2的一端,绕组N3的另一端接电容C3的一端,电容C2,电容C3分别连接MOSFET驱动器。
两个独立的MOSFET驱动器分别为第一MOSFET驱动器和第二MOSFET驱动器,第一MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T1和P沟道的MOSFET管T2、电阻R8,第二MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T3和P沟道的MOSFET管T4,和电阻R9;其中T1源极接地,T1漏极为INA控制信号输出端,同时T1漏极与R8电阻一端相连,R8电阻另一端与T2漏极相连,T1栅极,T2栅极相连并与自举式升压控制电路一端相连,T3栅极与T4栅极相连并与自举式升压控制电路另一端相连,T4源极接地,T4漏极为INB控制信号输出端, 同时T4漏极与R9电阻一端相连,R9电阻另一端与T3漏极相连,T3源极与T2源极相连与自举式升压控制电路中电容C4与R5电阻的一端相连。
所述自举式升压控制电路包括二极管D1,二极管D2,二极管D3,二极管D4,电容C4及电阻R1,电阻R2,电阻R3,电阻R4,电阻R5,电阻R6,电阻R7组成;其中电阻R4的一端,电阻R1的一端,二极管D1的阳极,二极管D2的阴极与变压器耦合信号采集电路中C2的另一端相连;电阻R1的另一端接地,二极管D1的阴极与电阻R7的一端,二极管D4的阴极相连;R7的另一端与电阻R5、R6的一端相连,R6另一端接地,R5另一端接电容C4的一端,并与MOSFET驱动器中T2的源极,T3的源极相连;电容C4的另一端与二极管D2的阳极,二极管D3的阳极相连,二极管D3的阴极,二极管D4的阳极,电阻R2,R3的一端与变压器耦合信号采集电路中的电容C3的另一端相连,R2的另一端接地。
上述适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路的驱动方法:BT1次级电压经二极管倍压整流后,经电阻分压后在电容C4上得到一个直流电压,该直流电压驱动P沟道的MOSFET 的T2,T3导通,同时为作为输出的上拉电压信号,当前级电压为正半周期时,MOSFET管T1导通,INA脚被下拉接地,没有信号输出,T4截止,驱动电压经T3,及上拉电阻R9为INB提供电压信号;当前级信号为负半周期时,MOSFET管T4导通,INB脚被下拉接地,没有信号输出,同时,T1截止,驱动电压经T2,及上拉电阻R8为INA提供电压信号;当输入信号交替变化时,INA和INB也得到连续交替输出的方波电压信号;其中电路中的R1,R2为栅源极的放电电阻, R8,R9为驱动电压信号的上拉电阻,该电阻决定INB电压的上升斜率。R5,R6,R7组成的分压电路可以控制C4上的电压幅值,通过对INA,INB电压幅值及上升斜率的控制从而实现了对同步整流死区时间的精确控制。

Claims (2)

1.一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路,其特征在于:包括变压器耦合信号采集电路,两个独立的MOSFET驱动器,自举式升压控制电路,变压器耦合信号采集电路的变压器BT1采集开关电源前级PWM控制器的驱动方波信号,并同步耦合到输出端,该信号通过两个独立的MOSFET驱动器将波形一分为二,同时为后级同步整流管提供驱动信号;所述两个独立的MOSFET驱动器与自举式升压控制电路连接,自举式升压控制电路为MOSFET驱动器提供驱动及控制功能;
所述变压器耦合信号采集电路包括变压器BT1及电容C2,电容C3,具体连接方法为:电容C1的一端连接PWM控制器的6脚的驱动方波信号,其中PWM控制器型号为UC2843,电容C1另一端接变压器BT1的初级绕组的一端,变压器BT1的初级绕组的另一端接输入地,变压器BT1的次级为两个相同绕组N2和绕组N3,绕组N2和绕组N3的一端相连并接地,绕组N2的另一端接电容C2的一端,绕组N3的另一端接电容C3的一端;
所述两个独立的MOSFET驱动器分别为第一MOSFET驱动器和第二MOSFET驱动器,第一MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T1和P沟道的MOSFET管T2、电阻R8,第二MOSFET驱动器包括N沟道MOSFET管T4和P沟道的MOSFET管T3和电阻R9;其中T1源极接地,T1漏极为INA控制信号输出端,同时T1漏极与R8电阻一端相连,R8电阻另一端与T2漏极相连,T1栅极和T2栅极相连并与自举式升压控制电路一端相连,T3栅极与T4栅极相连并与自举式升压控制电路另一端相连,T4源极接地,T4漏极为INB控制信号输出端,同时T4漏极与R9电阻一端相连,R9电阻另一端与T3漏极相连,T3源极与T2源极相连与自举式升压控制电路相连;
所述自举式升压控制电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和电容C4及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7组成;其中电阻R4的一端、电阻R1的一端、二极管D1的阳极和二极管D2的阴极与变压器耦合信号采集电路中C2的另一端相连;电阻R1的另一端接地,二极管D1的阴极与电阻R7的一端、二极管D4的阴极相连;R7的另一端与电阻R5和R6的一端相连,R6另一端接地,R5另一端接电容C4的一端,并与MOSFET驱动器中T2的源极和T3的源极相连;电容C4的另一端与二极管D2的阳极、二极管D3的阳极相连,二极管D3的阴极、二极管D4的阳极、电阻R2的一端和R3的一端与变压器耦合信号采集电路中的电容C3的另一端相连,R2的另一端接地;
电阻R3的另一端与T3栅极与T4栅极相连,电阻R4的另一端与T1栅极和T2栅极相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于宽输入电压范围和宽范围输出的同步整流驱动电路的驱动方法:BT1次级电压经二极管倍压整流后,经电阻分压后在电容C4上得到一个直流电压,该直流电压驱动P沟道的MOSFET管T2和T3导通,同时为作为输出的上拉电压信号,当前级信号为正半周期时,MOSFET管T1导通,INA脚被下拉接地,没有信号输出,T4截止,驱动电压经T3,及上拉电阻R9为INB提供控制信号;当前级信号为负半周期时,MOSFET管T4导通,INB脚被下拉接地,没有信号输出,同时,T1截止,驱动电压经T2,及上拉电阻R8为INA提供控制信号;当前级信号交替变化时,INA和INB也得到连续交替输出的控制信号;其中电路中的R1,R2为栅极的放电电阻,R8和R9为控制信号的上拉电阻,R5、R6和R7组成的分压电路可以控制C4上的电压幅值,通过对INA和INB电压幅值及上升斜率的控制从而实现了对同步整流死区时间的精确控制。
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