一种应用于反激式变换器的驱动电路、驱动方法以及应用其的准谐振软开关反激式变换器技术

依据本发明专利技术的一种应用于反激式变换器的驱动电路，通过一微分电路对反激式变换器中的主功率开关管的漏源电压进行微分，从而将所述漏源电压达到谷底的时刻对应为所述微分电压正向过零点的时刻。一谷底电压检测电路与所述微分电路连接，接收所述微分电压信号，当所述主功率开关管的漏源电压到达谷底时，输出谷底控制信号，从而控制所述驱动电路驱动主功率开关管，从而准确实现了主功率开关管的谷底开通。依据本发明专利技术的驱动电路精确的实现了对主功率开关管的准谐振软开关控制，降低了开关损耗和电磁干扰EMI，最优化反激式变换器的驱动电路，使得控制效果、可靠性大大提高，降低了实现成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种驱动电路，尤其涉及一种反激式变换器中的驱动电路和驱动方法，以及应用其的准谐振软开关反激式变换器。
技术介绍
开关的高频化是现代开关电源发展的一个重要方向，其原因在于开关高频化可以使开关变换器的体积和重量大大减小，从而提高变换器的功率密度，同时提高开关频率还可以降低开关电源的音频噪声，改善动态响应。实现高频化，必须降低开关损耗，软开关技术是减少开关损耗的重要方法之一。通过谐振的原理使开关变换器中开关管的电压或者电流按照正弦或者准正弦规律变化，当电压自然过零时，使开关器件导通；当电流自然过零时，使开关器件关断，从而实现开关损耗为零，提高开关频率。反激式变换器在低功率场合应用十分广泛，但是，由于开关管存在容性开通损耗， 限制了开关频率的提高。原理上有很多种方法可实现软开关，但是大多数开关要承受很高的电压应力，因此不适合用于输入电压比较高的场合。由反激式变换器的工作原理可知，当电感电流工作在断续工作模式(DCM)下，在电感电流减小到零以后，开关管两端的电容与变压器的原边电感会发生谐振。图IA示出了一种传统的硬开关反激式变换器电路原理图，其中，主功率开关管M 为一金属氧化物半导体场效应晶体管M0SFET，其包含若干个寄生电容，例如漏极和源极之间的寄生电容Cds，栅极和源极之间的寄生电容Ces，栅极和漏极之间的寄生电容CeD。在这种传统的反激式变换器的断续工作模式的停滞期间内，主功率开关管M自身的寄生电容与变压器T的电感发生振荡，寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的主功率开关管M导通时间开始时，寄生电容会通过主功率开关管M放电，从而产生很大的电流尖峰。此时主功率开关管M具有很大的电压，从而造成开关损耗，并且，电流尖峰含有大量的谐波，从而产生电磁干扰。参考图1B，所示为图IA所示的反激式变换器的主功率开关管M的漏源电压Vds波形图。从图IB可以看出，在主功率开关管M关断之后，主功率开关管M的两端会产生一个电压尖峰。这个电压尖峰是变压器漏感和寄生电容产生振荡的结果。振荡的幅值经过几个周期后减小为零，此后漏源电压Vds保持不变，其数值由下式(1)计算Vdss = Vin+n(V0Ut+Vf) (1)其中n为变压器T的匝数比；V。ut为输出电压；Vf为副边整流二极管Dtl的导通压降。经过一段时间tFW以后，反激能量完全传送给负载，流过整流二极管Dtl的电流减小到零，整流二极管Dtl截止。变压器T的原边电压不再被钳在n(V。ut+Vf)。寄生电容Cd，原边电感Np以及线路电阻将构成一个RLC谐振电路，功率开关管M的两端电压将产生振荡， 漏源电压Vds的振荡曲线的谷值处A的漏源电压Vds的值如下式⑵计算Vds,fflin = Vin-n (Vout+Vf) (2)通过式⑵可以看出，如果n(V。ut+Vf) =Vin，驱动主功率开关管M在、时刻导通， 则即可以实现零电压开通。如果n(V。ut+Vf) <Vin，尽管无法实现零电压开通，但是驱动主功率开关管在tv时刻导通仍然可以在最大程度上减小开关的开通损耗。从以上的分析可以看出，电路零电压开关工作的条件只与电路的设计参数相关，而与电路的具体工作状况无关。因此，如果在漏源电压Vds的的振荡曲线的谷底处A开通主功率开关管M，则由于寄生电容被充电至最小电压，导通的电流尖峰将会最小化，从而减小了开关损耗和电磁干扰。参考图2A，所示为现有的一种实现反激式变换器准谐振启动的技术方案，在反激式变换器的基础上，增加了一辅助绕组Na，来检测变压器T的初级绕组乂上的原边电压。当原边电压过零时即图IB所示的B点，延时由电容&决定的一定时间后，开通主功率开关管M。可见采用这种实现方案，需要增加额外的辅助绕组，并且采用延时的方法获得的开通点并不一定是漏源电压的谷底点。因此，采用这种实现方案不仅增加了电路设计的复杂性和成本，并且并不能真正实现对主功率开关的准谐振驱动。参考图2B，所示为现有技术中一种通过soxyless技术实现反激式变换器准谐振启动的技术方案。其通过MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管和双极型晶体管的混合电路来测量负栅极电流，该电路经由参考正电压源V。。的路径传输负栅极电流。因此，测量的电流从参考正电压源V。。经过简单的补偿电路流至栅极，相当于有源负电压箝位工作。因此将“负栅极电流”转换为便于处理的正电流。然后使用比较器进行栅极电流过零检测，从而提供“谷底”信号。可见采用这种实现方法，虽然可以实现对主功率开关的准谐振软开关控制，但是电路设计相对较复杂，实现成本也较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型的应用于反激式变换器的驱动电路， 其对主功率开关管的漏源电压进行微分运算，从而将漏源电压到达谷底的时刻转换为一微分电压到达正向过零点的时刻，从而方便、精确地检测漏源电压谷底时刻，实现了对主功率开关管的准谐振驱动。依据本专利技术一实施例的一种应用于反激式变换器的驱动电路，包括子控制信号发生电路，用以接收所述控制信号，以产生第一控制信号，第二控制信号和第三控制信号；其中，所述控制信号的一个开关周期依次包括第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间；所述第一控制信号在所述第一时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第二控制信号在所述第二时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第三控制信号的有效状态持续时间不小于所述第三时间区间，并且不大于所述一个开关周期中除去所述第一时间区间的剩余时间；依次串联连接在输入电压源和地之间的顶部功率开关管和底部功率开关管组成的一推挽驱动电路，顶部功率开关管和底部功率开关管的公共连接点连接至所述主功率开关管的控制端；其中，所述第一控制信号控制所述顶部功率开关管的开关动作；所述第二控制信号控制所述底部功率开关管的开关动作；微分电路，其第一端与所述子控制信号发生电路连接，以接收所述第三控制信号， 第二端接收所述主功率开关管的漏源电压；所述第三控制信号控制所述微分电路的动作， 以在所述第三控制信号的有效状态时间内对主功率开关管的漏源电压进行微分，从而获得一微分电压，通过对所述漏源电压的微分运算，将所述漏源电压到达谷底的时刻对应为所述微分电压正向过零点的时刻；谷底电压检测电路，与所述微分电路连接，以接收所述微分电压，当检测到的微分电压正向过零点时，输出谷底控制信号，从而控制所述驱动电路驱动所述主功率开关管开ο进一步的，所述开关周期进一步包括第一死区时间和第二死区时间，所述第一死区时间保证所述第一控制信号和第二控制信号不会同时处于有效状态，所述第二死区时间保证所述第一控制信号和所述第三控制信号不会同时处于有效状态。进一步的，所述子控制信号发生电路进一步包括死区控制电路、消隐电路和逻辑电路，以获得所述第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号。进一步的，所述微分电路进一步包括依次串联接在主功率开关管的漏极和地之间的微分电容和微分电阻，用以接收主功率开关管的漏源电压，以获得所述微分电压。进一步的，所述微分电路进一步包括一辅助功率开关管，其控制端与所述子控制信号发生电路连接，第一输入端连接至所述顶部功率开关管和底部功率开关管的公共连接点与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种应用于反激式变换器的驱动电路，用以接收反激式变换器中控制电路输出的控制信号，并输出相应的驱动信号，以实现对主功率开关管的准谐振驱动，其特征在于，包括，子控制信号发生电路，用以接收所述控制信号，以产生第一控制信号，第二控制信号和第三控制信号；其中，所述控制信号的一个开关周期依次包括第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间；所述第一控制信号在所述第一时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第二控制信号在所述第二时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第三控制信号的有效状态持续时间不小于所述第三时间区间，并且不大于所述一个开关周期中除去所述第一时间区间的剩余时间；依次串联连接在输入电压源和地之间的顶部功率开关管和底部功率开关管组成的一推挽驱动电路，顶部功率开关管和底部功率开关管的公共连接点连接至所述主功率开关管的控制端；其中，所述第一控制信号控制所述顶部功率开关管的开关动作；所述第二控制信号控制所述底部功率开关管的开关动作；微分电路，其第一端与所述子控制信号发生电路连接，以接收所述第三控制信号，第二端接收所述主功率开关管的漏源电压；所述第三控制信号控制所述微分电路的动作，以在所述第三控制信号的有效状态时间内对主功率开关管的漏源电压进行微分，从而获得一微分电压，通过对所述漏源电压的微分运算，将所述漏源电压到达谷底的时刻对应为所述微分电压正向过零点的时刻；谷底电压检测电路，与所述微分电路连接，以接收所述微分电压，当检测到的微分电压正向过零点时，输出谷底控制信号，从而控制所述驱动电路驱动所述主功率开关管开通。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于反激式变换器的驱动电路，用以接收反激式变换器中控制电路输出的控制信号，并输出相应的驱动信号，以实现对主功率开关管的准谐振驱动，其特征在于，包括，子控制信号发生电路，用以接收所述控制信号，以产生第一控制信号，第二控制信号和第三控制信号；其中，所述控制信号的一个开关周期依次包括第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间；所述第一控制信号在所述第一时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第二控制信号在所述第二时间区间内处于有效状态，在所述开关周期的剩余时间内处于无效状态；所述第三控制信号的有效状态持续时间不小于所述第三时间区间，并且不大于所述一个开关周期中除去所述第一时间区间的剩余时间；依次串联连接在输入电压源和地之间的顶部功率开关管和底部功率开关管组成的一推挽驱动电路，顶部功率开关管和底部功率开关管的公共连接点连接至所述主功率开关管的控制端；其中，所述第一控制信号控制所述顶部功率开关管的开关动作；所述第二控制信号控制所述底部功率开关管的开关动作；微分电路，其第一端与所述子控制信号发生电路连接，以接收所述第三控制信号，第二端接收所述主功率开关管的漏源电压；所述第三控制信号控制所述微分电路的动作，以在所述第三控制信号的有效状态时间内对主功率开关管的漏源电压进行微分，从而获得一微分电压，通过对所述漏源电压的微分运算，将所述漏源电压到达谷底的时刻对应为所述微分电压正向过零点的时刻；谷底电压检测电路，与所述微分电路连接，以接收所述微分电压，当检测到的微分电压正向过零点时，输出谷底控制信号，从而控制所述驱动电路驱动所述主功率开关管开通。2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述开关周期进一步包括第一死区时间和第二死区时间，所述第一死区时间保证所述第一控制信号和第二控制信号不会同时处于有效状态，所述第二死区时间保证所述第一控制信号和所述第三控制信号不会同时处于有效状态。3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述子控制信号发生电路进一步包括死区控制电路、消隐电路和逻辑电路，以获得所述第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号。4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述微分电路进一步包括依次串联接在主功率开关管的漏极和地之间的微分电容和微分电阻，用以接收主功率开关管的漏源电压，以获得所述微分电压。5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述微分电路进一步包括一辅助功率开关管，其控制端与所述子控制信号发生电路连接，第一输入端连接至所述顶部功率开关管和底部功率开关管的公共连接点与所述主功率开关管的控制端之间的连线上，第二输入端连接至地；所述第三控制信号控制所述辅助功率开关管的开关动作。6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述辅助功率开关管为MOSFET晶体管，当所述辅助功率开关管导通时，主功率开关管的漏极和栅极之间的覆盖电容和辅助功率开关管的导通电阻组成所述RC微分电路。7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述谷底电压检测电路包括一过零比较器和一单脉冲发生电路，所述过零比较器的反相输入端接地，同相输入端接收所述微分电压，输出端连接至所述单脉冲发生电路；当所述微分电压到达正向过零点时，所述单脉冲发生电路的输出端输出所述谷底控制信号，从而控制所述驱动电路驱动所述主功率开关管。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈圣伦，金津，
申请(专利权)人：杭州矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
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