一种自适应同步整流控制电路以及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应同步整流控制电路以及控制方法，包括：快速开启模块，自适应关断模块，振荡屏蔽模块和驱动模块。快速开启模块的输入为同步整流功率管S1的漏源电压V

【技术实现步骤摘要】
一种自适应同步整流控制电路以及控制方法


[0001]本专利技术涉及功率集成电路
，特别是涉及种自适应同步整流控制电路以及控制方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、大数据、人工智能等技术的不断发展，其对功率变换器的要求也在不断提高。目前，对于功率变换器的要求朝着高功率密度的方向不断前进。为了提高功率密度，功率开关的频率被不断提高。当前主流的高频功率变换器的开关频率已经达到1MHz级别，并且还有朝着更高开关频率发展的趋势。同时，在高频功率变换器中，同步整流技术(Synchronous rectification，缩写SR)通常被用来取代传统的二极管整流，以提高整流效率，如图1和图2。
[0003]提高开关频率的难题之一，是绝大多数的传统同步整流控制器通常仅适用于较低开关频率(≤500KHz)。导致传统SR控制器不能用于更高开关频率的原因，是当前SR控制器主要通过采样同步整流功率管S1的漏源电压V
DS
来实现控制，而这种控制方式会在高频功率变换器中导致提前关断问题和开启延时问题。更具体地，更高开关频率意味着更大的电流斜率di/dt，而MOS封装寄生电感和PCB寄生电感Ls在大的di/dt下会产生V
DS
电压的相位超前，从而导致SR控制器过早的触发关断阈值，从而提前关断同步整流功率管S1，如图3所示。而传统的开启控制是通过V
DS
检测到体二极管导通之后，才产生开启控制信号，这导致在开启的前一段时间是体二极管导通，这部分时间tdelay在高频变换器中占比更明显，如图4所示。
[0004]本专利技术针对传统SR控制器提前关断和开启延时的问题，提出一种新型的控制方案，有效地解决了同步整流功率管S1提前关断和开启延时问题，提升了系统工作频率和效率。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种自适应同步整流控制电路以及控制方法，本专利技术可以有效解决提前关断和开启延时问题，适用于未来更高的开关频率的功率变换器。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种自适应同步整流控制电路，所述控制电路包括：
[0008]快速开启模块，其输入为同步整流功率管S1的漏源电压V
DS
，其输出为开启控制信号SET_PRE；
[0009]自适应关断模块，其输入为同步整流功率管S1的漏源电压V
DS
，其输出为关断控制信号RST_PRE；
[0010]振荡屏蔽模块，其输入为最小导通时间控制信号MIN_ON和最小关断时间控制信号MIN_OFF，以及所述开启控制信号SET_PRE和所述关断控制信号RST_PRE，其输出为无驱动能
力的同步整流功率管S1控制信号Q，以及控制信号QB；
[0011]驱动模块，其输入为所述无驱动能力的同步整流功率管S1控制信号Q，其输出为有驱动能力的同步整流功率管S1控制信号V
GS
。
[0012]进一步的，所述快速开启模块，其具体包括：电容C1、电阻R1、电压基准V
bias
、比较器CMP1、施密特触发器SHMT1以及与门AND1；
[0013]所述电容C1、电阻R1以及电压基准V
bias
构成高通网络，该高通网络的输入端为所述电容C1的一端，该输入端接采样得到的漏源电压V
DS
；
[0014]所述电阻R1的一端连接所述电压基准V
bias
的正端，且该电压基准V
bias
的负端接地；
[0015]所述电容C1和所述电阻R1的另外一端相连且均连接至所述施密特触发器SHMT1的输入端，该施密特触发器SHMT1的输出为所述漏源电压V
DS
的下降沿斜率；
[0016]所述比较器CMP1，其负输入端接收采样得到的漏源电压V
DS
，其正输入端接开启阈值电压V_TON，该比较器CMP1的输出作为开启阈值的判断结果；
[0017]所述与门AND1，其输入为所述比较器CMP1以及所述施密特触发器SHMT1的输出，其输出为所述开启控制信号SET_PRE。
[0018]进一步的，需同时满足2个条件时才产生开启控制信号SET_PRE，其中，第一个条件为采样得到的漏源电压V
DS
小于开启阈值V_TON，第二个条件为检测到V
DS
的下降沿斜率达到一定值。
[0019]进一步的，所述自适应关断模块具体包括：比较器CMP2、与门AND2、开关M1、开关M2、电流基准I
bias
、电容C2、采样保持电路SH、PI补偿器以及比较器CMP3；
[0020]所述比较器CMP2，其负端接收所述漏源电压V
DS
，其正端是阈值V
T
，其输出端连接所述与门AND2的输入端；
[0021]所述与门AND2，其输入端还接收控制信号QB，其输出通过控制所述开关M2的开关与闭合来控制电流基准I
bias
对所述电容C2进行充电，其中，所述电容C2，其一端接地，另外一端分别连接所述开关M1、所述开关M2以及所述采样保持电路SH的输入端；
[0022]所述采样保持电路SH，在控制信号Q的控制下对所述电容C2的电压值进行采样，并且该控制信号Q还控制所述开关M1对所述电容C2的电压V
C2
进行周期性清零，该采样保持电路SH的输出端连接所述PI补偿器的反相输入端；
[0023]所述PI补偿器，其同相输入端接电压基准V
REF
，其输出端输出为V_TOFF，且该V_TOFF输出至所述比较器CMP3的反相输入端；
[0024]所述比较器CMP3，其同相输入端接收所述漏源电压V
DS
，其输出为所述关断控制信号RST_PRE，该关断控制信号RST_PRE作为同步整流控制的关断控制信号。
[0025]进一步的，所述振荡屏蔽模块其具体包括：最小关断屏蔽电路、最小开启屏蔽电路、与门AND3、与门AND4以及RS触发器；
[0026]所述最小关断屏蔽电路，其输入为所述最小关断时间控制信号MIN_OFF，其输出端连接至所述与门AND3的输入端，其中，该与门AND3的输入端还接收所述开启控制信号SET_PRE；
[0027]所述最小开启屏蔽电路、其输入为所述最小导通时间控制信号MIN_ON，其输出端连接至所述与门AND4的输入端，其中，该与门AND4的输入端还接收关断控制信号RST_PRE；
[0028]所述与门AND3，其输出信号为SET，所述与门AND4的输出信号为RST，其中，信号SET
控制RS触发器的置位，信号RST控制RS触发器的复位；
[0029]所述RS触发器的输出为控制信号Q和控制信号QB。
[0030]一种自适应同步整流控制方法，所述控制方法包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应同步整流控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：快速开启模块，其输入为同步整流功率管S1的漏源电压V
DS
，其输出为开启控制信号SET_PRE；自适应关断模块，其输入为同步整流功率管S1的漏源电压V
DS
，其输出为关断控制信号RST_PRE；振荡屏蔽模块，其输入为最小导通时间控制信号MIN_ON和最小关断时间控制信号MIN_OFF，以及所述开启控制信号SET_PRE和所述关断控制信号RST_PRE，其输出为无驱动能力的同步整流功率管S1控制信号Q，以及控制信号QB；驱动模块，其输入为所述无驱动能力的同步整流功率管S1控制信号Q，其输出为有驱动能力的同步整流功率管S1控制信号V
GS
。2.根据权利要求1所述的一种自适应同步整流控制电路，其特征在于，所述快速开启模块，其具体包括：电容C1、电阻R1、电压基准V
bias
、比较器CMP1、施密特触发器SHMT1以及与门AND1；所述电容C1、电阻R1以及电压基准V
bias
构成高通网络，该高通网络的输入端为所述电容C1的一端，该输入端接采样得到的漏源电压V
DS
；所述电阻R1的一端连接所述电压基准V
bias
的正端，且该电压基准V
bias
的负端接地；所述电容C1和所述电阻R1的另外一端相连且均连接至所述施密特触发器SHMT1的输入端，该施密特触发器SHMT1的输出为所述漏源电压V
DS
的下降沿斜率；所述比较器CMP1，其负输入端接收采样得到的漏源电压V
DS
，其正输入端接开启阈值电压V_TON，该比较器CMP1的输出作为开启阈值的判断结果；所述与门AND1，其输入为所述比较器CMP1以及所述施密特触发器SHMT1的输出，其输出为所述开启控制信号SET_PRE。3.根据权利要求2所述的一种自适应同步整流控制电路，其特征在于，需同时满足2个条件时才产生开启控制信号SET_PRE，其中，第一个条件为采样得到的漏源电压V
DS
小于开启阈值V_TON，第二个条件为检测到V
DS
的下降沿斜率达到一定值。4.根据权利要求3所述的一种自适应同步整流控制电路，其特征在于，所述自适应关断模块具体包括：比较器CMP2、与门AND2、开关M1、开关M2、电流基准I
bias
、电容C2、采样保持电路SH、PI补偿器以及比较器CMP3；所述比较器CMP2，其负端接收所述漏源电压V
DS
，其正端是阈值V
T
，其输出端连接所述与门AND2的输入端；所述与门AND2，其输入端还接收控制信号QB，其输出通过控制所述开关M2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泳佳，陈明刚，李辉，施嘉伟，徐申，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学—无锡集成电路技术研究所，
类型：发明
国别省市：