一种井森电路的同步整流电路与方法技术

一种井森电路的同步整流方法与电路，在驱动变压器B1上增加一个带有中心抽头副边绕组，驱动设立在副边整流回路中的同步整流MOS管Q1、Q2；优化B1的磁材、原边匝数，优化反馈电阻的阻抗，让B1的原边两端的工作电压由现有的方波变为正弦波或近似正弦波；并结合同步整流MOS管的开启电压，调整B1第一、第二副边绕组之间的匝比，使得Q1、Q2的导通时间一直都小于TR1、TR2的饱和导通时间，这样消除反灌电流；同时，利用B1中正弦波对TR1、TR2都截止期间的主变压器B2激磁，实现了主功率开关管TR1、TR2在零电压下开启，实现软开关工作；由于同步MOS管先关断，也实现了主功率开关管在零电流下关断，提高了变换效率、并保留了井森电路简单所带来的高可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种实现同步整流的井森电路
本专利技术涉及自激推挽式变换器，特别涉及一种实现同步整流的井森电路。
技术介绍
现有的自激推挽式变换器，总的来说分为两类：罗耶电路和井森电路。罗耶电路来自1955年美国罗耶(G.H.Royer)专利技术的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，通常简称为Royer电路，这也是实现高频转换控制电路的开端；1957年美国查赛(JenSen，大部份文献译作“井森”)专利技术了自激式推挽双变压器电路，后被称为自振荡Jensen电路、自激推挽式Jensen电路，大部份文献称作井森电路；这两种电路，后人都称为自激推挽式变换器。自激推挽式变换器在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述，该书ISBN号为7-121-00211-6。电路的主要形式为上述的罗耶电路和井森电路。罗耶电路的自振荡和驱动功能都由一只变压器完成，井森电路改由磁饱和变压器来实现，因此，井森电路的主功率变压器工作在不饱和状态。虽然井森电路的磁饱和变压器出现磁饱和，因为其体积小，磁饱和消耗的能量小，电路的总体变换效率比罗耶电路高。与相同条件下的罗耶电路比较，在工作电压、负载、温度发生变化时，井森电路的自振荡频率相对比较稳定，以及效率高。井森电路的磁饱和变压器单独完成自振荡和驱动功能，所以也叫驱动变压器，这样它的变换效率可以做得比较好。但是，使用中国申请号201110436359.X、201110436259.7这两份文件公开的磁心，后被申请人、专利技术人定义为荣岭磁心，用于罗耶电路中，罗耶电路的变换效率可以做得很高，这使得井森电路似乎失去了存在的空间。为了进一步提高电源的工作效率，都会使用同步整流技术。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，该晶体管工作于同步状态，在电路中，又称同步整流管。在中国申请号为201210142482.5的《一种提高自激推挽式变换器工作效率的方法及自激推挽式变换器》中，提供了一种同步整流方法，该申请的专利技术人在申请时，借用了本专利技术人的技术，故在申请书中并没有对原理有深入的说明，这里简述一下：使用荣岭磁心作为罗耶电路的变压器磁心，在磁心的缺口部份绕制同步整流的驱动绕组，利用缺口部份先达到饱和，来获得同步整流驱动信号，这样实现同步整流管及时关断，从而无电流倒灌。事实上，包括罗耶电路和井森电路的自激推挽式变换器，由于无法实现目前较为流行ZVS工作方式，即使在罗耶电路中使用了上述同步整流方法，工作频率升起来后，开关损耗会更大，从而效率下降。ZVS(ZeroVoltageSwitch的缩写)是零电压开关。上述同步整流方法无法用于井森电路中，井森电路中若在主变压器中直接加绕同步整流的驱动绕组，那么，同步整流的MOS管的开通都存在延时，延时一般都在1uS左右，MOS管在关断时存在很大的倒灌电流，反而降低了效率，在变换器轻载时，更为严重。若把驱动绕组绕在磁饱和变压器上，由于主功率开关管的延时量和同步整流的延时量是不相同的，主功率开关管一般采用双极性晶体管，其开通延时小，而关断延时大，而同步整流的MOS管的开通和关断延时差不多，主功率开关管的集电极电流再经主变压器传输，又产生一次相位变化，最终导致电路根本不能正常工作。当然，使用自驱电路实现同步整流不可行，若用目前流行的同步整流控制集成电路(IC)做成外驱形式，用于井森电路，仍是可行的，但是失去了井森电路简单可靠的特性。另外，使用MOS管作为主功率开关管的井森电路，当工作频率超过100KHz后目前还没有出现能正常工作的电路，其主因也是MOS管延时较大引起的。荣岭磁心的定义参见
技术介绍
提及的中国申请号201220206952、201220207489两份文件中的
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中最后三段。现有技术的井森电路变换器简介：1、井森电路的电路形式大同小异，如《开关电源的原理与设计》第69页图3-11，为了方便阐述，本文在不影响电路连接关系的前提下，并遵循原图的风格，引用作为本文附图1，原图的输出整流部份有错，二极管D1和二极管D2所接的是一对同名端，实际上，这是一个公知的全波整流电路，二极管D1和二极管D2所接的应是一对异名端，这在附图1中，已经更正，请留意。2、在《开关电源的原理与设计》第70页，也给出电流驱动型井森电路，参见原书图3-12(a)和图3-12(b)，其中，原书图3-12(a)的电路只是说明原理的过渡电路图，由于其存在问题，实际上不会被使用，参见原书第70页第二行至第五行。即原书图3-12(b)才是能实用化的电路，为了方便阐述，本文在不影响电路连接关系的前提下，引用原书的图3-12(b)作为本文附图2。3、在早期的文献中，井森电路的名称叫双变换器推挽逆变电路，在人民邮电出版社的《电源变换技术》第70页至72页有描述，该书ISBN号为7-115-04229-2/TN·353。在该书中使用的电路见该书的71页图2-40，为了方便阐述，本文在不影响电路连接关系的前提下，引用作为本文附图3，负载RL可以是全波、全桥整流电路，这样图3也是一个井森电路变换器，当然，使用全波整流电路时，主功率变压器B2的副边绕组要设有中心抽头。4、在全球的工业领域中，广泛用于微功率模块DC/DC变换器中的井森电路变换器，还有一种典型的应用方式，如附图4所示，图中没有把副边绕组输出的全波、全桥等整流电路画出来，和图1的电路相比，增加了启动电路，图1的电路在实际使用时，需要加入启动电路。图2的电路在实际使用时，也要加入启动电路。如图4中的电阻R1和电容C1，就是启动电路。5、图5是另一种典型的井森电路应用方式，相比图4电路，电容C1的另一端接地，当电路输入的电压比较高时，可以避免图4中电容C1在开机时对推挽用开关三极管TR1和TR2的基极、发射极产生冲击。在电路的供电电源上电时，由于电容C1两端电压不能突变，图5电路实现了软启动功能。6、中国申请号201110247645.1示出的带保护功能的井森电路变换器。以及中国申请号201110200894.5、201210056583.0中提及的使用恒流源作为启动电路的井森电路变换器。上述图3中，负载RL可以是全波整流电路，这样图3电路就是一个完整的变换器。图4和图5都没有绘制负载电路，同样，若接上全波整流电路就是一个完整的变换器。其中，图1、图2中的变压器T2、图3、图4、图5中的变压器B1，它们是磁饱和变压器，体积小，又叫驱动变压器，其特征是：不向变换器的负载传输电能，其副边绕组连接两个推挽开关管的基极，为了方便，这里称为：驱动变压器第一副边绕组。上述的井森电路其工作原理在上述的《开关电源的原理与设计》第68页、《电源变换技术》第70页至72页有描述，都是采用磁滞回线接近方形(矩形)的磁心，即该磁心的磁导率很高，一般业界把磁导率在5000-7000以上的称为高磁导率磁材，认为其磁滞回线接近方形，那么磁导率5000以下的称为低磁导率磁材。其中，图1中电阻Rb，图2中电阻Rm、图3中的电阻Rf、图4、图5中的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现同步整流的井森电路，其特征在于：包括井森电路，井森电路包括功率变换用的第一三极管、第二三极管、主变压器、驱动变压器，两端子网络，及用于输出整流的全波整流电路，全波整流电路连接在井森电路中主变压器的带有中心抽头的副边绕组上，全波整流电路包括第一N型场效应管、第二N型场效应管、输出滤波电容；主变压器的副边绕组包括三个端子，首端、中心抽头、尾端；驱动变压器增加一个带有中心抽头副边绕组，定义为：驱动变压器第二副边绕组，包括三个端子，首端、中心抽头、尾端；其连接关系为：第一N型场效应管的漏极、第二N型场效应管的漏极分别连接主变压器的副边绕组的首端、尾端；第一N型场效应管的源极、第二N型场效应管的源极相连接，连接点还连接输出滤波电容的一端，并形成井森电路的输出地；主变压器的副边绕组的中心抽头连接输出滤波电容的另一端，并形成井森电路的输出正端；驱动变压器第二副边绕组的首端连接第一N型场效应管的栅极，驱动变压器第二副边绕组的尾端连接第二N型场效应管的栅极。

【技术特征摘要】
1.一种实现同步整流的井森电路，包括井森电路，井森电路包括功率变换用的第一三极管、第二三极管、主变压器、驱动变压器、两端子网络、及用于输出整流的全波整流电路，全波整流电路连接在井森电路中主变压器的带有中心抽头的副边绕组上，全波整流电路包括第一N型场效应管、第二N型场效应管、输出滤波电容；主变压器的副边绕组包括三个端子，首端、中心抽头、尾端；驱动变压器增加一个带有中心抽头副边绕组，定义为：驱动变压器第二副边绕组，包括三个端子，首端、中心抽头、尾端；其连接关系为：第一N型场效应管的漏极、第二N型场效应管的漏极分别连接主变压器的副边绕组的首端、尾端；第一N型场效应管的源极、第二N型场效应管的源极相连接，连接点还连接输出滤波电容的一端，并形成井森电路的输出地；主变压器的副边绕组的中心抽头连接输出滤波电容的另一端，并形成井森电路的输出正端；驱动变压器第二副边绕组的首端连接第一N型场效应管的栅极，驱动变压器第二副边绕组的尾端连接第二N型场效应管的栅极；其特征在于：优化驱动变压器的磁材、原边匝数，优化两端子网络的阻抗，让驱动变压器的原边绕...

【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