CN218482787U - 一种源极同步驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关电源领域，公开了一种源极同步驱动电路，应用于采用源极驱动的反激变换器，其在现有源极驱动电路的基础上增加源极同步驱动电路，源极同步驱动电路包括：高低侧驱动IC、二极管D5和电容C4，通过将高低侧驱动IC的高边侧参考地拉低，供电电压通过二极管D5对电容C4进行充电，在在PWMIC给控制信号时，同步将信号给高低侧驱动IC，为源极驱动上管同步输出驱动信号，实现对源极驱动上管的快速开关，避免上管关断太慢导致稳压管D1吸收过大主功率电流而损坏。本实用新型可以实现源极驱动电路同步驱动，提升开关电源的效率。

Description

一种源极同步驱动电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源设计领域，特别涉及一种源极同步驱动电路。

背景技术

近年来，随着光伏储能行业和高压输电等行业的快速发展，其配电***的输入电压高达几千伏，现有的传统变换器很难有合适的高压管来满足设计需求，因此市面上出现一些将多个MOS管串联起来拓宽输入电压的拓扑，但是这些拓扑需要确保多个MOS管开通的一致性，因此需要加入驱动变压器来进行同步驱动，而驱动变压器的加入，无疑会增加***的成本和体积，不利于***小体积、高功率密度的发展方向。而源极驱动的主要原理是将MOS管的栅极电压固定在一定的数值，通过改变其源极电压从而控制MOS管的开关状态，在拓宽输入电压的同时，无需使用驱动变压器，因此可以大大减小电源***的体积。

现有的源极驱动电路参考图1，主要包括开关管Q1、开关管Q2、电阻R1、钳位电容C1、稳压管D1、稳压管D2、变压器T1及输出电路和辅助供电电路，由于开关管Q1和开关管Q2的导通与关断存在一定的时间延迟，当开关管Q2关断，开关管Q1关断过慢时，会导致主功率电流流经开关管Q1、稳压管D2，流入稳压管D1，导致稳压管D1吸收过大电流，从而导致功率开关管导通时的漏源极电压不为零，因此开关管Q1和开关管Q2两端流过的电压和流过的电流有明显的交叠区，在此交叠区产生的开关损耗会造成***效率低和稳压管D1发热的问题，且随着开关频率的增加，稳压管D1的温升会进一步加剧，因此限制了开关电源的高频化发展，同时难以缩小***的体积和功率密度提升，若能同步源极驱动开关管Q1和开关管Q2的关断时间，减少稳压管D1吸收的电流，则可以大大提升源极驱动变换器的***性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种源极同步驱动电路，主要应用于宽压输入下的开关电源，有效降低稳压管的损耗，提升开关电源的效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种源极同步驱动电路，应用于采用源极驱动的反激变换器，所述反激变换器包括输入电路、输出电路和变压器T1，输入电路通过变压器T1与输出电路相连接，其中，所述输入电路包括电阻R1、电容C1、开关管Q1、开关管Q2、稳压管D1和稳压管D2；原边输入端依次串联变压器T1原边绕组P1的第一端、变压器T1原边绕组P1的第二端、开关管Q1的漏极、开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极、开关管Q2的源极和原边输入地，原边输入端还依次串联电阻R1的第一端、电阻R1的第二端、稳压管D1的阴极、稳压管D1的阳极和原边输入地，电容C1并联在稳压管D1的两端，稳压管D2的阳极与开关管Q1的源极连接，稳压管D2的阴极与开关管Q1的栅极连接，开关管Q2的栅极与PWM IC的驱动脚连接；

所述源极同步驱动电路包括：高低侧驱动IC、二极管D5和电容C4，二极管D5的阳极与辅助供电电路的供电端连接，二极管D5的阴极与电容C4的第一端连接，电容C4的第二端与开关管Q2的漏极连接，高低侧驱动IC的信号输入脚连接PWM IC的驱动脚，高低侧驱动IC的高侧供电脚连接电容C4的第一端，高低侧驱动IC的高侧参考地脚连接电容C4的第二端，高低侧驱动IC的高侧输出脚连接开关管Q1的栅极。

优选地，所述辅助供电电路包括变压器T1的副边绕组S2、二极管D4和电容C3，变压器T1的副边绕组S2的第一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电容C3的第一端和辅助供电电路的供电端VCC，变压器副边绕组S2的第二端连接电容C3的第二端和原边输入地。

优选地，所述辅助供电电路包括变压器T1的辅助绕组S3、二极管D6和电容C5，变压器T1的辅助绕组S3的第一端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电容C5的第一端和辅助供电电路的供电端VCC_H，变压器副边绕组S3的第二端连接电容C5的第二端和高低侧驱动IC的高侧参考地脚。

本实用新型的工作原理后面会结合具体实施例进行详细说明，此处不赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过增加同步驱动电路，可以提高开关管Q1的关断速度，避免在开关管Q2关断，开关管Q1关断过慢时，主功率电流流经钳位稳压管D1，减小稳压管D1的损耗和降低稳压管D1的温升，解决高压输入开关电源产品中对开关管选型苛刻、稳压管D1损耗大、***效率低，无法高频化的问题，提升开关电源***的性能。

2、本实用新型电路结构简单，器件选型简单。

附图说明

图1为现有的源极驱动电路的原理图；

图2为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的原理图；

图3为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的波形图；

图4为本实用新型源极同步驱动电路第二实施例的原理图。

具体实施方式

第一实施例

图2为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的原理图，应用于采用源极驱动的反激变换器，反激变换器包括输入电路、变压器T1、输出电路和辅助供电电路，输入电路通过变压器T1与输出电路和辅助供电电路相连接，其中，变压器T1由原边绕组P1、副边绕组S1和辅助绕组S2组成；输入电路包括电阻R1、电容C1、开关管Q1、开关管Q2、稳压管D1和稳压管D2，原边输入端Vin依次串联变压器T1原边绕组P1的第一端、变压器T1原边绕组P1的第二端、开关管Q1的漏极、开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极、开关管Q2的源极和原边输入地GND，原边输入端Vin还依次串联电阻R1的第一端、电阻R1的第二端、稳压管D1的阴极、稳压管D1的阳极和原边输入地GND，电容C1并联在稳压管D1的两端，稳压管D2的阳极与开关管Q1的源极连接，稳压管D2的阴极与开关管Q1的栅极连接，开关管Q2的栅极与PWM IC的驱动脚连接；输出电路包括电容C2、二极管D3和二极管D4，输出绕组S1的第一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接电容C2的第一端和副边输出端VOUT+，副边绕组S2的第二端连接二极管C2的第二端和副边输出端VOUT-；辅助供电电路包括二极管D4和电容C3，辅助绕组S2的第一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电容C3的第一端和辅助供电电路的供电端VCC，辅助绕组S2的第二端连接电容C3的第二端和原边输入地GND。

源极同步驱动电路包括：高低侧驱动IC、二极管D5和电容C4，二极管D5的阳极与辅助供电电路的供电端VCC连接，二极管D5的阴极与电容C4的第一端连接，电容C4的第二端与开关管Q2的漏极连接，高低侧驱动IC的信号输入脚HI连接PWM IC的驱动脚，高低侧驱动IC的高侧供电脚VB连接电容C4的第一端，高低侧驱动IC的高侧参考地脚VS连接电容C4的第二端，高低侧驱动IC的高侧输出脚HO连接开关管Q1的栅极。

图3为本实用新型源极同步驱动电路第一实施例的波形图，本实施例源极同步驱动电路的工作原理为：

在PWM IC给出的控制信号由低电平切换为高电平时，开关管Q2导通，开关管Q1的源极电压被拉低，而开关管Q1的栅极电位维持不变，由于开关管Q1的栅-源极电压Vgs增大，当达到开关管Q1的开通阈值电压Vth时，开关管Q1被动导通。

当PWM IC给出的控制信号由高电平切换为低电平时，开关管Q2关断，开关管Q1的源极电位逐渐抬高，而开关管Q1的栅极电位不变，开关管Q1的栅-源极电压Vgs逐渐减小，直到开关管Q1的阈值电压低于关断阈值电压时，开关管Q1开始截止。开关管Q2的Vds电压通过稳压管D1进行钳压，由于开关管Q2相对于开关管Q1关断要缓慢存在一定的时间延迟，即时间t1，导致iL电流流经开关管Q1和稳压管D2，进而流入稳压管D1，导致稳压管D1吸收过大电流，稳压管D1上的电压Vz1和流过的电流Iz1交叠，形成很大的损耗，发热严重。

通过加入源极同步驱动电路，在PWM IC给出的控制信号由低电平切换为高电平时，同步将信号给高低侧驱动IC，开关管Q2开始导通，开关管Q1的源极电压被拉低，VCC电压通过二极管D5对自举电容C4进行充电，此时高低侧驱动IC高侧输出脚的HO脚输出高电平，抽取自举电容C4的电压驱动开关管Q1，实现开关管Q1的快速开通，减少开关管Q1的开关损耗。

在PWM IC给出的控制信号由高电平切换为低电平时，同步将信号给高低侧驱动IC，开关管Q2开始截止，此时高低侧驱动IC高侧输出脚的HO脚输出低电平，利用高低侧驱动IC低延迟的特性，加快关断开关管Q1，进而减小流入稳压管D1的电流，减小t1的时间，进而降低稳压管D1的损耗。关断后Vs点电压抬升，利用二极管D5起到防倒灌的作用，保护辅助供电电路的供电端VCC。

本实用新型通过将高低侧驱动IC的高边侧参考地拉低，供电电压通过二极管D5对电容C4进行充电，在PWM IC给控制信号时，同步将信号给高低侧驱动IC，为源极驱动上管(开关管Q1)同步输出驱动信号，实现对源极驱动上管(开关管Q1)的快速开关，避免上管(开关管Q1)关断太慢导致稳压管D1吸收过大主功率电流而损坏。本实用新型可以实现源极驱动电路同步驱动，提升开关电源的效率。

第二实施例

图4为本实用新型源极同步驱动电路第二实施例的原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中，辅助供电电路包括变压器T1的辅助绕组S3、二极管D6和电容C5，变压器T1的辅助绕组S3的第一端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电容C5的第一端和辅助供电电路的供电端VCC_H，变压器副边绕组S3的第二端连接电容C5的第二端和GND_H端口，GND_H端口与源极同步驱动电路的高低侧驱动IC的高侧参考地脚和电容C4的第二端连接，源极同步驱动电路的二极管D5的阳极连接到辅助供电电路的供电端VCC_H，二极管D5的阴极连接到电容C4的第一端，电容C4的第二端连接到开关管Q2的漏极和GND_H端口，其他电联接关系不变。

本实施例与第一实施例工作原理的主要区别为：PWM IC给出的控制信号由低电平切换为高电平时，开关管Q2开始导通，通过增加辅助绕组S3，二极管D5整流，对电容C5进行充电，可以加快对电容C4的充电速度。VCC_H电压通过二极管D3对自举电容C4进行充电，进而加快关断开关管Q1，进而减小流入稳压管D1的电流，减小t1的时间，进而降低稳压管D1的损耗。本实施例的其它工作过程与第一实施例相同，在此不再叙述。

以上仅是实用新型的实施方式，需要特别指出的是，上述实施方式不应视为对实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种源极同步驱动电路，应用于采用源极驱动的反激变换器，所述反激变换器包括输入电路、输出电路和变压器T1，输入电路通过变压器T1与输出电路相连接，其中，所述输入电路包括电阻R1、电容C1、开关管Q1、开关管Q2、稳压管D1和稳压管D2；原边输入端依次串联变压器T1原边绕组P1的第一端、变压器T1原边绕组P1的第二端、开关管Q1的漏极、开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极、开关管Q2的源极和原边输入地，原边输入端还依次串联电阻R1的第一端、电阻R1的第二端、稳压管D1的阴极、稳压管D1的阳极和原边输入地，电容C1并联在稳压管D1的两端，稳压管D2的阳极与开关管Q1的源极连接，稳压管D2的阴极与开关管Q1的栅极连接，开关管Q2的栅极与PWMIC的驱动脚连接；

其特征在于，所述源极同步驱动电路包括：高低侧驱动IC、二极管D5和电容C4，二极管D5的阳极与辅助供电电路的供电端连接，二极管D5的阴极与电容C4的第一端连接，电容C4的第二端与开关管Q2的漏极连接，高低侧驱动IC的信号输入脚连接PWMIC的驱动脚，高低侧驱动IC的高侧供电脚连接电容C4的第一端，高低侧驱动IC的高侧参考地脚连接电容C4的第二端，高低侧驱动IC的高侧输出脚连接开关管Q1的栅极。

2.根据权利要求1所述的源极同步驱动电路，其特征在于：所述辅助供电电路包括变压器T1的副边绕组S2、二极管D4和电容C3，变压器T1的副边绕组S2的第一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接电容C3的第一端和辅助供电电路的供电端VCC，变压器副边绕组S2的第二端连接电容C3的第二端和原边输入地。

3.根据权利要求1所述的源极同步驱动电路，其特征在于：所述辅助供电电路包括变压器T1的辅助绕组S3、二极管D6和电容C5，变压器T1的辅助绕组S3的第一端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电容C5的第一端和辅助供电电路的供电端VCC_H，变压器副边绕组S3的第二端连接电容C5的第二端和高低侧驱动IC的高侧参考地脚。

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