一种含有同步整流驱动电路的降压式DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开一种含有同步整流驱动电路的ＢＵＣＫ变换器，包括输入电源、整流管、续流管，驱动整流管的第一驱动电路、驱动续流管的第二驱动电路，所述第二驱动电路包括依次相连的第二脉宽调制器、反向隔离微分电路、电平比较及能量转换电路、辅助电源，互补驱动电路；互补驱动电路的一端与上述续流管的门极相连，另一端接地。当关机信号到来时，此时隔离微分电路输出由高电平很快降低，电平比较及能量转换电路快速导通，互补驱动电路使同步续流ＭＯＳ晶体管栅极电荷快速泄放掉，使同步续流ＭＯＳ晶体管截止，从而使其间变换器关机时输出不产生负压。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含有同步整流驱动电路的BUCK变换器。
技术介绍
随着信息技术的发展，数字芯片要求电源的供电电压越来越低、供电电流越来越大。为了适应数字芯片对供电电源的低压大电流的这一技术要求，用于DC-DC变换器的同步整流技术由于比肖特基整流技术具有更高的效率而在DC-DC变换器整流技术被广泛采用。所谓同步整流技术，一般是用可双向导通的MOSFET晶体管代替肖特基(Schottky)二极管实现DC-DC变换器整流的技术，同步整流MOS管的驱动方式有自驱驱动、它驱驱动及自驱它驱三种方式。自驱驱动方式由于电路简单可靠成本低廉而被广泛用于DC-DC变换器主电路拓朴结构中。但是，由于正激DC-DC变换器变压器磁芯在Toff期间需要磁复位，同步续流MOS管在磁复位期间因没有驱动电压而截止，电感电流将通过续流MOS管体内二极管或外加肖特基二极管流通，这使得同步整流技术能提高效率的优势在低压大电流DC-DC变换器中无法体现。同步整流所使用的MOS管和一般的MOSFET功率管一样，均存在寄生的体内二极管，该体二极管的通态压降高达1.2V，反向恢复时间高达60nS，其性能指标比肖特基二极管差，比MOS管的开关特性更差。体内二极管导通的缺点①由于体二极管高通态压降的特性，使得同步整流MOS管工作效率较低，从而降低DC-DC变换器整机效率。②由于体内二极管损耗大，温升高，易损坏，从而降低了DC-DC变换器整机的可靠性。③体二极管关断时由于存在反向恢复特性，使变换器产生电磁干扰及损耗。④为了达到国际电磁兼容性EMI标准，需增加EMI滤波元器件，使变换器整机的成本加大。专利99126693较好地实现了同步整流管的自驱驱动。在其电路中，整流管由变压器副边同相端直接驱动或辅助绕组驱动，续流管由变压器副边反相端直接或辅助绕组利用续流管栅极电荷保持电路较好地解决了变压器磁复位期间续流管因无驱动电压而截止的问题。同时，通过延时电路、隔离微分电路、栅极电荷泄放电路较好地实现了整流管的驱动波形上升沿和续流管的驱动波形下降沿“死区”的灵活调节，可使“死区”时间调到最佳，两管不同时导通体二极管导通时间也很小，效率和可靠性较高。该专利电路存在问题①该专利只有一部分死区可调，电路整流管的驱动波形下降沿和续流管的驱动波形上升沿死区不可调，而且“死区”时间较大，有20～200nS，效率低。详见图1a，图1c。该“死区”时间由变压器激磁电感、原边漏感与谐振电容、主功率MOS管结电容、整流管结电容谐振时电容电压和续流管的栅极开启电压共同决定，计算公式如下Vc=Vo2fcAl*CSin(tnAl*C)]]>如匝比n＝10，开启电压＝2.5V，“死区” 时间为72nS，效率损失1.7％。谐振时谐振电容上电压建立的上升速度越快，“死区”时间越小，续流管体二极管的导通时间越短，DC-DC变换器效率和可靠性越较高。②采用该专利电路的DC-DC变换器关机时续流管反向导通使输出电压产生负压，详见图1a，图1b。它驱驱动方式由于成本高，在DC-DC变换器实际使用中较少采用。自驱它驱方式由于兼有自驱、它驱方式的优点而在低压大电流DC-DC变换器中广泛采用。所谓自驱它驱方式的自驱一般是整流管的驱动，自驱它驱方式的它驱一般是续流管的驱动。专利US6304463较好地实现了同步整流管的自驱它驱驱动，驱动波形为准方波。在该专利电路中，整流管由变压器副边同相端直接驱动或辅助绕组驱动，续流管由P沟道MOS管、二极管及电压源实现续流管驱动及电荷泄放。该专利电路存在问题①采用该专利电路的DC-DC变换器的续流管或整流管将反向导通使输出电压产生负压，见图2。DC-DC变换器关机时输出端电压Vout如大于整流MOS管SR1栅源极开启电压，整流MOS管SR1将导通，则输出电容Cout上的电荷将通过电感L、变压器、整流MOS管SR1泄放，续流管SR2栅极电荷通过二极管D泄放，电流由整流MOS管SR1的漏极流过源极，与正常续流电流方向相反，由于电感L、变压器、整流MOS管SR1回路上的阻抗往往较小，泄放电流会很大，对整流MOS管SR1造成很大的电流应力，同时电感L与电容Cout还会形成振荡，在输出端形成负电压，对输出端的有极性电容和负载造成损伤，在输出空载或轻载时，由于负载阻抗相对较大，流过电感L、整流MOS管SR1的电流也相对较大，这个问题会更加严重。由于同样的原因，采用这种同步整流驱动电路的DC-DC变换器也无法应用在要求输出能直接并联的场合。DC-DC变换器输出电压Vo如小于续流MOS晶体管Q栅源极开启电压大于其栅源极开启电压与二极管D导通压降之差，在关机时由于续流MOS晶体管SR2的栅极电荷无法泄放，续流MOS管SR2将反向导通，则输出电容Cout上的电荷将通过电感L、续流MOS管SR2泄放，电流由续流MOS管SR2的漏极流过源极，与正常续流电流方向相反，由于电感L、续流MOS管SR2回路上的阻抗往往较小，泄放电流会很大，对续流MOS管SR2造成很大的电流应力，同时电感L与电容Cout还会形成振荡，在输出端形成负电压，对输出端的有极性电容和负载造成损伤，在输出空载或轻载时，由于负载阻抗相对较大，流过电感L、续流MOS管SR2的电流也相对较大，这个问题会更加严重。由于同样的原因，采用这种同步整流驱动电路的DC-DC变换器也无法应用在要求输出能直接并联的场合。②不能实现整流管与续流管驱动波形的上升沿与下降沿“死区”时间的灵活调节，见图2。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中同步整流BUCK变换器在关机时产生负压的问题以及同步整流管间存在”死区”不可调或只能部分可调的问题，提供一种含有同步整流驱动电路的BUCK变换器。本专利技术为实现上述目的而提出的含有同步整流驱动电路的BUCK变换器包含有输入电源、整流管、续流管，驱动整流管的第一驱动电路、驱动续流管的第二驱动电路，其特征是所述第二驱动电路包括依次相连的第二脉宽调制器、反向隔离微分电路、电平比较及能量转换电路、辅助电源，互补驱动电路；互补驱动电路的一端与上述续流管的门极相连，另一端接地。根据本专利技术实施例变换器中还包括第一电阻，该电阻连接在第二脉宽调制器和反向隔离微分电路之间。所述的第一驱动电路包括第一脉宽调制器和隔离驱动器，所述整流管的栅极连接隔离驱动器的输出端，隔离驱动器的输入端与第一脉宽调制器的输出端相连。如权利要求1所述的一种含有同步整流驱动电路的BUCK变换器，其特征在于所述的第一驱动电路包括第一脉宽调制器、变压器和功率MOS管，所述功率MOS管的栅极接第一脉宽调制器的输出端，源极接地，漏极接变压器初级绕组负端，变压器初级绕组正端接输入电源，次级正端接整流管的栅极和续流管漏极，次级负端接整流管漏极。所述电平比较及能量转换电路包括参考电平和MOS晶体管，该MOS晶体管的栅极接参考电平，其源极和漏极分别与反向隔离微分电路的输出端、互补驱动电路的输入端相连。所述电平比较及能量转换电路包括参考电平，第二、三、四电阻、运算放大器和MOS晶体管，第二、三电阻串联在参考电平和运算放大器输出端之间，第四电阻一端接地，另一端与上述串联电路的中点共同连接于运算放大器的正输入端，运算放大器的负输入端与反向隔离微分电路的输出端相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有同步整流驱动电路的ＢＵＣＫ变换器，包含有输入电源（＋Ｖｉｎ）、整流管（ＳＲ１）、续流管（ＳＲ２），驱动整流管（ＳＲ１）的第一驱动电路、驱动续流管（ＳＲ２）的第二驱动电路，其特征是：所述第二驱动电路包括依次相连的第二脉宽调制器（ＧＴ２）、反向隔离微分电路（１）、电平比较及能量转换电路（２）、辅助电源（Ｖｃｃ１），互补驱动电路（３）；互补驱动电路（３）的一端与上述续流管（ＳＲ２）的门极相连，另一端接地。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷兴华，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]