CN110518804A - 同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路，所述控制电路包括漏端端口、使能端口、供电端口和参考地端口，所述控制电路包括第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述控制电路还包括：模式判别模块，分别耦接所述使能端口、第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述模式判别模块用于根据所述使能端口的电压控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块的工作状态，使所述控制电路获得所述工作状态对应的供电模式。本发明提出的同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路，可根据控制电路的状态调整供电模式，使供电损耗最低。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路。
背景技术
同步整流控制电路自身的供电模式对于同步整流电路的效率和性能有重要影响。当前业内的同步整流控制电路，供电模式单一，在不同的应用条件下供电性能差异大。
市场上较为常见的副边控制电路的供电模块，一般具有3种端口，分别是Drain、GND和VDD脚位，Drian和GND并联在SR MOSFET的Vds两端，VDD引脚为供电引脚。
图1为现有一同步整流控制电路芯片脚位排布和电路连接方式示意图(High-side配置)，图2为现有一同步整流控制电路芯片脚位排布和电路连接方式示意图(Low Side配置)；请参阅图1、图2，不管是High-side配置(图1)还是Low Side配置(图2)，同步整流控制电路均从Drain端口获取能量供电VDD端口。
图3为现有一同步整流控制电路芯片内部的连接示意图；请参阅图3，步整流通控制电路过LDO(线性稳压模块)从Drain端口获取电能给VDD端口。
现有技术中的副边控制电路，其芯片内部的LDO(低压差线性稳压器)损耗比较大，特别在其输出电压Vo范围比较宽时，效率较低。其供电模式单一，在不同的应用条件下供电性能差异大。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的控制电路，以便克服现有控制电路存在的上述缺陷。
发明内容
本发明提供一种同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路，可在根据控制电路的状态调整供电模式，使供电损耗最低。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种同步整流的控制电路，所述控制电路包括漏端端口、使能端口、供电端口和参考地端口，所述控制电路包括第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述控制电路还包括：
模式判别模块，分别耦接所述使能端口、第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述模式判别模块用于根据所述使能端口的电压控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块的工作状态，使所述控制电路获得所述工作状态对应的供电模式。
作为本发明的一种实施方式，所述使能端口的电压低于第一阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块都不工作。
作为本发明的一种实施方式，所述使能端口的电压介于第一阈值电压和第二阈值电压之间时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块不工作以及第二线性稳压模块工作；所述第二阈值电压大于第一阈值电压。
作为本发明的一种实施方式，所述使能端口的电压高于第二阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块工作以及第二线性稳压模块不工作。
作为本发明的一种实施方式，所述第一线性稳压模块的第一端耦接所述使能端口，所述第一线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口；所述第二线性稳压模块的第一端耦接所述漏端端口，所述第二线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口。
作为本发明的一种实施方式，所述控制电路包括金属氧化物半导体场效应管，所述控制电路的漏端端口耦接金属氧化物半导体场效应管的漏极，所述控制电路的参考地端口耦接金属氧化物半导体场效应管的源极。
作为本发明的一种实施方式，所述控制电路的端口接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接供电端口或者悬空；所述漏端端口耦接输出电压正极，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；
第二连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接输出电压正极；电流由使能端口流至供电端口，以输出电压正极为输入，为供电端口供电；
第三连接方式：所述供电端口耦接输出电压正极，使能端口耦接参考地端口；输出电压正极直接为供电端口供电。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种隔离式电源变换电路，所述隔离式电源变换电路包括原边电路和副边电路，所述原边电路接收输入电压，所述副边电路提供隔离式电源变换电路的输出电压；所述原边电路包括原边绕组；所述副边电路包括副边绕组、同步整流晶体管和上述的控制电路。
作为本发明的一种实施方式，所述控制电路的漏端端口耦接同步整流晶体管的漏极，控制电路的参考地端口耦接同步整流晶体管的源极。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种控制电路的供电方法，所述供电方法包括：
为控制电路中的各端口选择接线方式；
控制电路根据不同的接线方式使用对应的供电模式：在第一连接方式下，输出电压正极耦接漏端端口，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；在第二连接方式下，输出电压正极耦接使能端口，电流由使能端口流至供电端口，为供电端口供电；在第三连接方式下，输出电压正极耦接供电端口，输出电压正极直接为供电端口供电。
作为本发明的一种实施方式，控制电路还包括参考地端口；
所述控制电路的接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接供电端口或者悬空；所述漏端端口耦接输出电压正极，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；
第二连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接输出电压正极；电流由使能端口流至供电端口，以输出电压正极为输入，为供电端口供电；
第三连接方式：所述供电端口耦接输出电压正极，使能端口耦接参考地端口；输出电压正极直接为供电端口供电。
本发明的有益效果在于：本发明提出的同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路，可根据控制电路的状态调整供电模式，使供电损耗最低。本发明中的控制电路具有多个供电模式，通过改变端口的连接方法，可以让控制电路使用不同的供电模式，从而在不同的应用条件下基于本发明的同步整流的控制电路，通过选择合适的端口连接方式以选择合适的供电模式，使得供电损耗最低。
附图说明
图1为现有一同步整流控制电路芯片脚位排布和电路连接方式示意图(High-side配置)。
图2为现有一同步整流控制电路芯片脚位排布和电路连接方式示意图(Low Side配置)。
图3为现有一同步整流控制电路芯片内部的连接示意图。
图4为本发明一实施例中芯片端口的分布示意图。
图5为本发明一实施例中控制电路的连接方式示意图。
图6为本发明一实施例中控制电路的连接方式示意图。
图7为本发明一实施例中控制电路芯片内部的连接示意图。
图8为本发明一实施例中控制电路的连接方式示意图。
图9为本发明一实施例中控制电路芯片内部的连接示意图。
图10为本发明一实施例中控制电路的连接方式示意图。
图11为本发明一实施例中控制电路芯片内部的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”或连接既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
本发明一实施例揭示了一种同步整流的控制电路，其包括漏端端口、使能端口、供电端口和参考地端口。控制电路包括第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，控制电路还包括模式判别模块，模式判别模块分别耦接所述使能端口、第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，模式判别模块用于根据所述使能端口的电压控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块的工作状态，使控制电路获得工作状态对应的供电模式。
上述端口可以是实际物理引脚，也可以是行使对应功能的电路接线点。第一线性稳压模块和第二线性稳压模块的工作状态可以是：第一线性稳压模块和第二线性稳压模块都不工作、第一线性稳压模块不工作且第二线性稳压模块工作、第一线性稳压模块工作且第二线性稳压模块不工作。示例性的，当工作状态为第一线性稳压模块和第二线性稳压模块都不工作时，供电模式为输出电压正极直接为供电端口供电。当工作状态为第一线性稳压模块不工作且第二线性稳压模块工作时，供电模式为漏端端口作为输入，并通过第二线性稳压模块给供电端口充电。当工作状态为第一线性稳压模块工作且第二线性稳压模块不工作时，供电模式为输出电压正极作为输入，并通过第一线性稳压模块给供电端口充电。
在本发明的一实施例中，所述使能端口的电压低于第一阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块都不工作。
在本发明的一实施例中，所述使能端口的电压介于第一阈值电压和第二阈值电压之间时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块不工作以及第二线性稳压模块工作；所述第二阈值电压大于第一阈值电压。
在本发明的一实施例中，所述使能端口的电压高于第二阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块工作以及第二线性稳压模块不工作。
在本发明的一实施例中，所述控制电路包括芯片，所述芯片包括若干端口；所述芯片的各端口在不同的接线组合下，部分端口位于芯片内部的连接状态不同，使得所述控制电路使用不同的供电模式。
在本发明的一实施例中，所述控制电路的端口接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接供电端口或者悬空；所述漏端端口耦接输出电压正极，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；
第二连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接输出电压正极；电流由使能端口流至供电端口，以输出电压正极为输入，为供电端口供电；
第三连接方式：所述供电端口耦接输出电压正极，使能端口耦接参考地端口；输出电压正极直接为供电端口供电。
图4为本发明一实施例中芯片端口的分布示意图；请参阅图4，在本发明的一实施例中，所述芯片端口包括至少一漏端端口Drain(亦可称Drain端口)、使能端口SEL(亦可称SEL端口)、供电端口VDD(亦可称VDD端口)以及至少一参考地端口GND(亦可称GND端口)。
在本发明的一实施例中，所述控制电路的端口接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：请参阅图5、图6，所述供电端口VDD通过第一电容C1耦接参考地端口GND，SEL端口耦接供电端口VDD或者SEL端口悬空；所述漏端端口Drain耦接输出电压正极Vo+，电流由漏端端口Drain流至供电端口VDD，为供电端口VDD供电。第一连接方式包括两种不同的接线方式，分别如图5、图6所示。
第二连接方式：请参阅图8，所述供电端口VDD通过第一电容C1耦接参考地端口GND，使能端口SEL耦接输出电压正极Vo+；电流由使能端口SEL流至供电端口VDD，以输出电压正极Vo+为输入，为供电端口VDD供电。
第三连接方式：请参阅图10，所述供电端口VDD耦接输出电压正极Vo+，使能端口SEL耦接参考地端口GND；输出电压正极Vo+直接为供电端口VDD供电。
在本发明的一实施例中，所述芯片端口包括至少两个Drain端口、至少两个GND端口；各Drain端口和各GND端口并联在内置或者外置晶体管漏极和源极的两端。
在本发明的一实施例中，所述晶体管可以为金属氧化物半导体场效应管MOSFET，当然也可以根据需要选择其他晶体管。
在本发明的一实施例中，所述控制电路包括金属氧化物半导体场效应管，所述控制电路的漏端端口耦接金属氧化物半导体场效应管的漏极，所述控制电路的参考地端口耦接金属氧化物半导体场效应管的源极。
在本发明的一实施例中，所述第一线性稳压模块的第一端耦接所述使能端口，所述第一线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口；所述第二线性稳压模块的第一端耦接所述漏端端口，所述第二线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口。优选地，第一线性稳压模块的第一端为第一线性稳压模块的输入端，第一线性稳压模块的第二端为第一线性稳压模块的输出端；第二线性稳压模块的第一端为第二线性稳压模块的输入端，第二线性稳压模块的第二端为第二线性稳压模块的输出端。
在本发明的一实施例中，请参阅图7、图9、图11，所述控制电路包括第一线性稳压电路LDO1、第二线性稳压电路LDO2、模式判别模块，模式判别模块分别耦接第一线性稳压电路LDO1、第二线性稳压电路LDO2，模式判别模块还耦接SEL端口。所述第一线性稳压电路LDO1的第一端耦接SEL端口，第一线性稳压电路LDO1的第二端耦接VDD端口；所述第二线性稳压电路LDO2的第一端耦接Drain端口，第二线性稳压电路LDO2的第二端耦接VDD端口。模式判别模块能根据接收的SEL端口的电压控制第一线性稳压电路LDO1、第二线性稳压电路LDO2的工作状态，从而使得控制电路具有与上述工作状态对应的供电模式。
在本发明的一实施例中，如图7所示，模式判别模块根据接收的SEL端口的电压，控制第一线性稳压电路LDO1不工作并且第二线性稳压电路LDO2工作；使得控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)处于第一连接方式的连接状态下，电流由Drain端口流至VDD端口；此时控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)的内部损耗为(Vds-VDD)*Iop。其中，Vds为金属氧化物半导体场效应管MOSFET两端的压降，VDD为VDD端口电压，Iop为流过金属氧化物半导体场效应管MOSFET的电流大小。
在本发明的一实施例中，如图9所示，模式判别模块根据接收的SEL端口的电压，控制第一线性稳压电路LDO1工作并且第二线性稳压电路LDO2不工作；使得控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)处于第二连接方式的连接状态下，电流由SEL端口流至VDD端口；此时芯片的内部损耗为(Vo-VDD)*Iop。其中，Vo为输出电压，VDD为VDD端口电压，Iop为流过金属氧化物半导体场效应管MOSFET的电流大小，Vo<<Vds，因此控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)内部的损耗较低。
在本发明的一实施例中，如图11所示，模式判别模块根据接收的SEL端口的电压，控制第一线性稳压电路LDO1不工作并且第二线性稳压电路LDO2不工作；使得控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)处于第三连接方式的连接状态下，控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)内的第一线性稳压电路LDO1、第二线性稳压电路LDO2均不工作，此时控制电路(在本发明的一实施例中控制电路为芯片)的内部损耗最小。
以上3种连接方式，适应于不同的输出电压Vo的电压范围。本发明还可以根据需要选择其他连接方式。
在本发明的一实施例中，在第一连接方式中，控制电路包括副边绕组；所述副边绕组的两端分别耦接输出电压正极Vo+及Drain端口(如图6所示)。或者，所述副边绕组的两端分别耦接GND端口及输出电压负极Vo-(如图5所示)。
请参阅图5、图6、图8、图10，在本发明的一实施例中，所述控制电路还包括第二电容C2；所述第二电容C2的第一端耦接输出电压正极Vo+，第二电容C2的第二端耦接输出电压负极Vo-。在本发明的一实施例中，所述控制电路还包括第一电阻R1；所述第一电阻R1第一端耦接输出电压正极Vo+，第一电阻R1的第二端耦接输出电压负极Vo-。
本发明还揭示一种隔离式电源变换电路，所述隔离式电源变换电路包括原边电路和副边电路，所述原边电路接收输入电压，所述副边电路提供隔离式电源变换电路的输出电压；所述原边电路包括原边绕组；所述副边电路包括副边绕组、同步整流晶体管和上述的控制电路。
在本发明的一实施例中，所述控制电路的漏端端口耦接同步整流晶体管的漏极，控制电路的参考地端口耦接同步整流晶体管的源极。
本发明还揭示一种芯片供电方法，所述芯片供电方法包括：
为芯片的各端口选择接线方式；
控制电路根据不同的接线方式使用对应的供电模式：在第一连接方式下，输出电压正极耦接漏端端口，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；在第二连接方式下，输出电压正极耦接使能端口，电流由使能端口流至供电端口，为供电端口供电；在第三连接方式下，输出电压正极耦接供电端口，输出电压正极直接为供电端口供电。
在本发明的一实施例中，芯片还包括参考地端口GND；所述控制电路的接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口VDD通过一第一电容耦接参考地端口GND，使能端口SEL耦接供电端口VDD或者悬空；所述漏端端口Drain耦接输出电压正极，电流由漏端端口Drain流至供电端口VDD，为供电端口VDD供电；
第二连接方式：所述供电端口VDD通过一第一电容耦接参考地端口GND，使能端口SEL耦接输出电压正极；电流由使能端口SEL流至供电端口VDD，以输出电压正极为输入，为供电端口VDD供电；
第三连接方式：所述供电端口VDD耦接输出电压正极，使能端口SEL耦接参考地端口GND；输出电压正极直接为供电端口VDD供电。
综上所述，本发明提出的同步整流的控制电路及其供电方法以及隔离式电源变换电路，可根据控制电路的状态调整供电模式，使供电损耗最低。本发明中的控制电路具有多个供电模式，通过改变端口的连接方法，可以让控制电路使用不同的供电模式，从而在不同的应用条件下都能使供电损耗最低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (11)
1.一种同步整流的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括漏端端口、使能端口、供电端口和参考地端口，所述控制电路包括第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述控制电路还包括：
模式判别模块，分别耦接所述使能端口、第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，所述模式判别模块用于根据所述使能端口的电压控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块的工作状态，使所述控制电路获得所述工作状态对应的供电模式。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述使能端口的电压低于第一阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块和第二线性稳压模块都不工作。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述使能端口的电压介于第一阈值电压和第二阈值电压之间时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块不工作以及第二线性稳压模块工作；所述第二阈值电压大于第一阈值电压。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述使能端口的电压高于第二阈值电压时，所述模式判别模块控制所述第一线性稳压模块工作以及第二线性稳压模块不工作。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述第一线性稳压模块的第一端耦接所述使能端口，所述第一线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口；所述第二线性稳压模块的第一端耦接所述漏端端口，所述第二线性稳压模块的第二端耦接所述供电端口。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述控制电路包括金属氧化物半导体场效应管，所述控制电路的漏端端口耦接金属氧化物半导体场效应管的漏极，所述控制电路的参考地端口耦接金属氧化物半导体场效应管的源极。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：
所述控制电路的端口接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接供电端口或者悬空；所述漏端端口耦接输出电压正极，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；
第二连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接输出电压正极；电流由使能端口流至供电端口，以输出电压正极为输入，为供电端口供电；
第三连接方式：所述供电端口耦接输出电压正极，使能端口耦接参考地端口；输出电压正极直接为供电端口供电。
8.一种隔离式电源变换电路，其特征在于，所述隔离式电源变换电路包括原边电路和副边电路，所述原边电路接收输入电压，所述副边电路提供隔离式电源变换电路的输出电压；所述原边电路包括原边绕组；所述副边电路包括副边绕组、同步整流晶体管和如权利要求1-7任一所述的控制电路。
9.根据权利要求8所述的隔离式电源变换电路，其特征在于，所述控制电路的漏端端口耦接同步整流晶体管的漏极，控制电路的参考地端口耦接同步整流晶体管的源极。
10.一种控制电路的供电方法，其特征在于，所述供电方法包括：
为控制电路中的各端口选择接线方式；
控制电路根据不同的接线方式使用对应的供电模式：在第一连接方式下，输出电压正极耦接漏端端口，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；在第二连接方式下，输出电压正极耦接使能端口，电流由使能端口流至供电端口，为供电端口供电；在第三连接方式下，输出电压正极耦接供电端口，输出电压正极直接为供电端口供电。
11.根据权利要求10所述的供电方法，其特征在于：
控制电路还包括参考地端口；
所述控制电路的接线方式兼容如下连接方式的至少两个：
第一连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接供电端口或者悬空；所述漏端端口耦接输出电压正极，电流由漏端端口流至供电端口，为供电端口供电；
第二连接方式：所述供电端口通过一第一电容耦接参考地端口，使能端口耦接输出电压正极；电流由使能端口流至供电端口，以输出电压正极为输入，为供电端口供电；
第三连接方式：所述供电端口耦接输出电压正极，使能端口耦接参考地端口；输出电压正极直接为供电端口供电。
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