一种同步整流实现方法技术

本发明专利技术公开了一种同步整流实现方法，在整流二极管两端并联一同步整流管，检测同步整流管和整流二极管的正向导通工作时长t1，减去一个短时间td，得到第二时长t2，并利用t2在至少下一个周期去控制同步整流管导通，如图中17a所示，在同步整流管截止后，整流二极管完成图中的17b这段的整流，对整机的效率影响不大。如此周而复始下去，不需要使用体积大的同步变压器来隔离，且应用简单：不同的开关电源拓扑，都可以使用，自动适应CCM、DCM下的同步整流，且不存在倒灌。

【技术实现步骤摘要】
一种同步整流实现方法
本专利技术涉及同步整流
，特别涉及一种同步整流实现方法。
技术介绍
工业与民用都经常需要把各种电网交流电压变成直流，而且大部份是隔离的直流电，随着国家标准对各种用电器的工作效率的进一步要求，目前对用电器中的变换器(一般为开关电源)的变换效率要求越来越高。其它国家也非常重视，如美国的能源署就制订了很多标准来规范开关电源的效率，其中80PLUS系列标准对电源的效率要求很高，金牌以上的电源必需使用同步整流(Synchronousrectifier)才能满足效率要求。高效率开关电源一般包括功率级、变压器、同步整流电路以及同步整流控制电路。通常，功率级可以将输入电压变成交流电压，交流电压经过变压器变成副边交流电压，副边交流电压经过同步整流电路转换成期待的直流电压加在负载上，期待的直流电压一般叫输出电压，从而完成从输入的直流电压到输出电压的转换，其中同步整流控制电路通过控制同步整流电路中的同步整流开关管的开通和关断来实现同步整流，代替传统的整流二极管来实现整流。同步整流技术是高效率开关电源中应用广泛的技术，采用通态电阻极低的金属氧化物半导体场效应晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，简称MOSFET，或MOS管)取代整流二极管，以降低整流损耗、提高开关电源的整机效率。同步整流开关管工作在仿二极管模式，但其导通压降比二极管要低，这样来提高开关电源的整机效率。同步整流开关管简称为同步整流管，根据同步整流管在关断前的瞬间，流过同步整流管的电流是否为零，可以将同步整流管所在开关电源的工作模式，分为连续模式(ContinuousCurrentmode，简称CCM)、断续模式(DiscontinuousCurrentmode，简称DCM)以及临界模式(CriticalCurrentmode，CrCM)。在CCM模式下，同步整流开关管关断时电流不为零，而在DCM/CrCM模式下，同步整流开关管关断时电感电流为零。在DCM模式下，可以消除输出滤波环流，减小磁损和开关损耗，同时防止反灌电流，从而提高可靠性。由于现代高速超大规模集成电路的尺寸不断减小，功耗不断降低，供电电源的电压也随之要求越来越低。很多领域的直流母线电压由原来的48V降为24V，甚至降至12V。例如电脑主板中，CPU的工作电压目前已低至1.0V左右，电流却是近70A，这个工作电压就是由12V的母线电压经BUCK电路降压而来。在这个系统中，电压要经过三级变换，第一级，由输入的市电经过PFC电路(PowerFactorCorrection)变换为342V至380V左右的直流高压，其目的提高开关电源的功率因数，减小输入电流谐波；第二级，为主功率拓扑，目前常用半桥LLC电路(Series-ParallelResonanceCircuit)，实现从380V降至12V并实现电气隔离；第三级，再由12V经BUCK电路降至1V左右电压。由于是多级变换，为了实现系统的高效率，每一级的变换效率都要高，这就要求主功率级不能使用传统的肖特基二极管(SBD)、快恢复开关二极管(FPD)等作为输出整流管，其正向压降约为0.4V-0.6V，甚至达1V，大电流时的通态功耗很大，在输出电压12V的主功率级变换器的损耗中，将占主要比重，这一级采用同步整流可以提高系统的变换效率。现代高速集成电路的电源电压，前文已描述过，已达1V左右，已降低到几乎可以与SBD或FRD正向压降可比的程度。所以必需采用三级变换，由第三级BUCK电路把12V降至1V左右的工作电压。综上，同步整流在上述三级变换中至关重要。同步整流的驱动方式有电压型驱动和电流型驱动两种。按照同步整流管的门极驱动电压的来源，又可以分为自驱动(Selfdriven)和外驱动(Externallydriven)，外驱动又称为控制驱动(Controldriven)。组合起来就有多种同步整流方案，以下分别叙述：1、外驱动同步整流外驱动同步整流管的门极电压需要从附加的外设驱动电路获得。为了实现同步，驱动电路必需由变换器的主功率开关管的驱动信号来控制。如中国专利号为ZL200810092272.3的专利技术，就是通过71、72这两个电容取代了原同步变压器获得驱动信号；外驱动同步整流的缺点是驱动电路复杂，需要有检测控制、定时逻辑、同步变压器等。2、电压型(或电流型)自驱动同步整流检测同步整流管所在的回路的某一电压或电流，作为同步整流管的门极驱动电压，称为电压型自驱动同步整流或电流型自驱动同步整流。如中国专利号为ZL200810004176.9的专利技术，就是通过驱动绕组Na检测同步整流管SR所在的回路电压获得驱动信号的；如中国专利号为ZL200810131057.X的专利技术，就是通过电流互感器CT检测同步整流管SR所在的回路电流获得驱动信号的；自驱动同步整流的主要缺点是：(1)不同的开关电源拓扑，需要用不同的驱动方式；(2)在一定的时间段，变压器漏感引起的振荡等，影响驱动电压，降低效率；(3)驱动电路都存在延时，同步整流管SR也存在开启延时，收到关断信号时，到同步整流管SR关断时，都存在延时，引起输出电压通过仍未及时关断的同步整流管SR向变压器绕组或电感反向供电，降低效率，俗称反灌。特别是轻载时，在较小占空比时很严重，效率下降得甚至不如使用肖特基二极管的电路，在日益高频化的开关电源中尤为明显。综上，现有同步整流的实现方法在开关电源中的不足主要有：(1)需要用同步变压器来隔离，体积大；(2)应用较复杂：不同的开关电源拓扑，需要用不同的驱动方式；(3)目前自动适应CCM、DCM下的同步整流的驱动方案难得一见，成本高；(4)在轻载时，效率下降严重，甚至不如使用肖特基二极管的电路。
技术实现思路
有鉴如此，本专利技术要解决现有同步整流电路存在的上述问题，提供一种同步整流实现方法，不需要体积较大的同步变压器来隔离，同时应用简单，不同的开关电源拓扑使用同一套电路，自动适应CCM、DCM工作模式，且在负载轻载时，效率不下降。本专利技术的目的是这样实现的，一种同步整流实现方法，在整流二极管(D1)两端并联一同步整流管(Q1)，应用于同步整流电路装置，其特征是：检测当前周期(nT)中整流二极管(D1)的正向导通工作时长，并记录为第一时长(t1)，用第一时长(t1)减去一个短时间(td)，得到第二时长(t2)，在当前周期的下一个周期((n+1)T)中，同步整流管(Q1)开始导通和现有的整流二极管(D1)的正向导通同步，同步整流管(Q1)的导通时长等于第二时长(t2)；并不断重复上述控制过程。优选地，短时间(td)大于同步整流管(Q1)的关断延时时间；优选地，短时间(td)减去同步整流管(Q1)的关断延时时间得到的值正比于第一时长(t1)；一种同步整流装置，在整流二极管(D1)两端并联一同步整流管(Q1)，还包括一集成电路(IC1)，集成电路(IC1)采用上述的技术方案控制同步整流管(Q1)。其工作原理在实施例详述，本专利技术的同步整流实现方法的有益效果为：(1)不需要使用体积大的同步变压器来隔离；(2)应用简单：不同的开关电源拓扑，都可以用本明的方法来实现；(3)自动适应CCM、DCM下的同步整流；(4)在轻载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步整流实现方法，其特征是：在整流二极管(D1)两端并联一同步整流管(Q1)，检测当前周期(nT)中整流二极管(D1)的正向导通工作时长，并记录为第一时长(t1)，用第一时长(t1)减去一个短时间(td)，得到第二时长(t2)，在当前周期的下一个周期((n+1)T)中，同步整流管(Q1)开始导通和现有的整流二极管(D1)的正向导通同步，同步整流管(Q1)的导通时长等于第二时长(t2)；并不断重复上述控制过程。

【技术特征摘要】
1.一种同步整流实现方法，其特征是：在整流二极管(D1)两端并联一同步整流管(Q1)，检测当前周期(nT)中整流二极管(D1)的正向导通工作时长，并记录为第一时长(t1)，用第一时长(t1)减去一个大于同步整流管(Q1)的关断延时时间的短时间(td)，得到第二时长(t2)，在当前周期的下一个周期((n+1)T)中，同步整流管(Q1)开始导通和现有的整流二极管(D1)的正向导通同步，同步整流管(Q1)的导通时长等于第二时长(t2)；并不断重复上述控制过程。2.根据权利要求1所述的一种同步整流实现方法，其特征是：所述短时间(td)减去同步整流管(Q1)的关断延时时间得到的值正比于当前工作周期中整流二极管(D1)的正向导通工作时长。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保均，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44