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1、(10)申请公布号 CN 102761237 A (43)申请公布日 2012.10.31 C N 1 0 2 7 6 1 2 3 7 A *CN102761237A* (21)申请号 201110104438.0 (22)申请日 2011.04.26 H02M 1/36(2007.01) (71)申请人江苏兆能电子有限公司 地址 212009 江苏省镇江市丁卯南纬四路 36号 (72)发明人李华铭 张余进 秦卫锋 魏槐 蒋毅敏 (54) 发明名称 一种同步整流直流-直流变换器中的关机方 案 (57) 摘要 本发明提出一种同步整流直流-直流变换器 关机的控制方法和线路，其采用包含原边线路和 副。
2、边线路的直流-直流变换器，原边线路包含输 入电压源、功率开关器件、PWM控制器、耦合原边 线路和副边线路的变压器，副边线路包含同步整 流功率开关器件、关机信号检测和控制线路、和输 出滤波线路。本发明结构简单，成本低，在基本不 提高变换器成本的条件下解决了同步整流的输出 关机放电问题，提高了系统的实用性和可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，该方法采用包含由变压 器副边绕组产生的同步驱。
3、动信号、充电保持线路、电压比较线路、和关机线路构成的同步整 流器关机控制线路；其特征在于，同步驱动信号对充电保持线路充电，使充电保持线路的输 出在正常工作期间始终保持在高于一个设定的电平；比较线路输出状态不变；关机线路不 动作；当关机发生时，同步驱动信号消失，充电保持线路的输出持续下降到低于设定电平时 触发比较线路翻转，使关机线路动作，切断全部同步整流器的驱动信号。 2.如权利要求1所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，充电保持线路由充电限流电阻、二极管、保持电容、和放电电阻构成。 3.如权利要求2所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于。
4、，充电限流电阻的阻值可以较小，甚至短路。 4.如权利要求2所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，放电电阻的阻值应使保持电容上的电压在关机发生后尽快下降到设定的电平，产生 关机信号。 5.如权利要求1所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，电压比较线路由独立的二端输入电压比较器构成。 6.如权利要求1所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，电压比较线路和基准电压由具有阈值的开关器件MOSFET或类似器件构成。 7.如权利要求1所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，关机线路由独立的可。
5、控开关器件构成。 8.如权利要求1所述的间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法，其特征 在于，关机线路由关机信号施加到同步驱动器的施能端实现。 9.一种间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制线路，该线路包含由变压器副 边绕组产生的同步驱动信号、充电保持线路、电压比较线路、和关机线路构成的同步整流器 关机控制线路；其特征在于，同步驱动信号对充电保持线路充电，使充电保持线路的输出在 正常工作期间保持高于一个设定的电平；比较线路输出状态不变；关机线路不动作；当关 机发生时，同步驱动信号消失，充电保持线路的输出持续下降到低于设定电平，触发比较线 路翻转，使关机线路动作，切断全部同步整流器的。
6、驱动信号。 权 利 要 求 书CN 102761237 A 1/3页 3 一种同步整流直流 - 直流变换器中的关机方案 技术领域 0001 本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种直流-直流同步整流变换器的关机控 制方法。 背景技术 0002 同步整流技术是现代电源设计中一项非常重要的新技术。它是在传统的电源拓扑 中，采用功率MOSFET来取代整流二极管以降低整流损耗，提高电压变换器的效率。用功率 MOSFET做整流器时，要求门极电压必须与被整流电压的相位保持同步，故称之为同步整流。 0003 近年来，电子技术的发展，特别是数据处理和传输速度的快速提升，对电源的功率 和功率密度的要求不断上升，使。
7、提高变换器的效率成为实现高功率和高功率密度的关键。 整流二极管的导通损耗所占输出功率的比例(即对效率的影响)基本可以从整流二极管导 通压降与输出电压的比例来确定。输出电压越低，二极管压降所带来的效率损失就越大。快 恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管的导通压降约为1.01.2V，即使采用低压降的肖特 基二极管也会产生大约0.6V的压降。以5V输出电压为例，仅肖特基二极管导通损耗就占了 大于输出功率的10，因而获得大于90转化效率是不可能的。因此，传统的二极管整流 电路已无法满足实现高效率及小体积的需要，成为制约直流-直流变换器发展的瓶颈。而 同步整流技术可以大大减少开关电源输出端的整流损耗，从。
8、而提高转换效率，降低电源本 身发热，使高性能高功率密度成为可能。 0004 同步整流器的控制方式可以按照信号源分为直接控制和间接控制。这里的直接控 制是指同步整流的控制信号来源于变换器中的PWM控制器；间接控制是指同步整流的控制 信号由功率线路中的信号构造而成，一般由主变压 器线圈上的电压信号构成。直接控制方 式对PWM控制器的要求较高，在最常见的PWM控制器位于原边的设计中还需要使用隔离器 件把同步整流的驱动信号传递到次边。间接控制方式取用变压器次级的信号，相对比较简 单、成本低。但在间接控制方案中多存在关机放电的问题，即当原边的PWM信号停止时，副 边的全部或部分同步整流MOSFET处在导。
9、通状态。由于原边不再发生PWM，故这些副边导通 的同步整流MOSFET会在一个较长的时间内保持导通状态，导致输出电容上的电压经过输 出电感和导通的同步整流MOSFET被泄放。在泄放的过程中，输出电感和输出电容的谐振导 致输出电压急剧下降，甚至降变为负压。因此在关机过程中须及时关掉同步整流MOSFET的 门极驱动，防止输出电容的能量经同步整流MOSFET泄放。 0005 作为例子的采用间接驱动同步整流的有源嵌位单端正激拓扑线路如图1所示。 其原边和副边的MOSFET控制波形如图2所示。Q100为原边主MOSFET；Q101为有源嵌位 MOSFET；Q200和Q201为副边同步整流MOSFET。t。
10、0至t2为一个PWM开关周期。Q200的驱 动信号与Q100的驱动信号同步；Q201的驱动信号与Q101的驱动信号同步。在t3时刻关 机发生，其后不再出现PWM信号，因此Vg_Q201将在t3时刻后保持一段时间的高电平。导 通的Q201使输出电感中的电流i_L200从正向下降、变负、且其负电流幅度持续增加。这一 增大的负电流将使输出电容上的电荷被迅速泄放。这种对输出电容的快速放电可能带来若 说 明 书CN 102761237 A 2/3页 4 干问题，包括输出电容上的电压变负(某些负载不能承受)；电感饱和后放电电流急剧增大 而损伤MOSFET；Q201在L200中流有负电流时关断，切断电流回路。
11、，造成同步整流MOSFET过 电压损坏。 0006 本发明针对间接控制同步整流方案中存在的关机放电问题提出一种解决方案和 线路。 发明内容 0007 本发明所要解决的技术问题是提供一种同步整流直流-直流变换器的关机控制 方法，实现关机时输出电压不会经过同步整流MOSFET放电。 0008 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种同步整流直流-直流变 换器的关机控制方法，该方法采用包含原边线路和副边线路的直流-直流变换器，原边线 路包含输入电压源、耦合原边线路和副边线路的变压器，与变压器原边线路耦合的一个或 多个功率开关器件构成的多种拓扑的原边开关线路，副边线路包含由一个或多个功率开关。
12、 器件构成的多种拓扑的同步整流线路，同步整流MOSFET的控制线路，和输出滤波线路；其 特征在于通过对原边开关器件的脉冲宽度调制(PWM)使变压器的副边感应出与原边PWM同 步的交变电压；该交变电压经过同步整流MOSFET和其后的滤波线路产生一个直流输出电 压；由副边线圈上感应的，包括经过处理的，同步整流驱动信号通过一个充电保持线路产生 一个直流电压信号；该直流电压信号在变换器正常工作期间始终保持高于一个设定电平； 当原边PWM信号停止，即关机时，同步驱动信号不再出现，因而上述充电保持线路持续放 电，直至低于上述设定电平，使连接在充电保持线路后的比较线路翻转，发出关机信号；该 关机信号通过关机。
13、控制线路将全部同步整流MOSFET关断，从而实现同时和及时关断全部 同步整流MOSFET的目的。 附图说明 0009 图1是正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器的线路示意图。 0010 图2是正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器主要波形图。 0011 图3是采用本发明具有关机线路的正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变 换器的线路示意图。 0012 图4是采用本发明关机线路的主要波形图。 具体实施方式 0013 下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。 0014 本发明提供一种用于间接驱动同步整流直流-直流变换器的关机控制方法。采用 该控制方法的正激有源。
14、嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器的线路如图3所示。该正 激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器包含原边线路20和副边线路30，原边线路 20包含输入电压源21、耦合原边线路20和副边线路30的变压器T100、与输入电压源21耦 合的变压器原边绕组22、与变压器原边绕组22耦合的第一开关器件Q100、与变压器原边绕 组22耦合的嵌位电容C100和第二开关器件Q101构成的有源嵌位支路。副边线路30为单 独正激整流结构，副边线路30包含第三开关器件Q200、第四开关器件Q201、第一变压器副 说 明 书CN 102761237 A 3/3页 5 边绕组31、第二变压器副边绕组32、输出电感。
15、L200、输出电容C200、与第二变压器副边绕组 耦合的充电保持线路33、电压比较器U3、同步驱动关机控制线路34、同步整流MOSFET驱动 器U1和U2。 0015 同步驱动信号由第二变压器副边绕组32产生。在某些拓扑中，当第一变压器副边 绕组的电压和参考地合适时，也可以用第一变压器副边绕组的信号来作为同步驱动信号。 0016 同步驱动信号经过电阻R1和二极管D1对电容C1充电。R2为放电电阻。R1一般 阻值较小，甚至可以不用(短路)，R2的阻值较大，放电的速度远低于充电的速度。C1上的 电压波形如图4所示。 0017 本发明的关机控制方法包含以下步骤： 0018 当同步信号在t0时刻变高时。
16、，C1上的电压迅速冲至等于同步驱动信号幅值减去 二极管D1导通压降的电平。当同步信号在t1时刻变低时，C1上的电压开始经电阻R2放 电。在下一个同步驱动信号出现的t2时刻，C1上的电压仍高于设定电平V1。在正常工作 期间，同步驱动信号按确定的周期重复，因此C1上的电压始终高于基准电压V1。在t3时 刻关机时，同步驱 动信号将不再出现，因此电容C1上的电压将持续下降，在t4时刻下降至 V1。比较器U3在t4时刻后马上翻转，产生关机信号。该关机信号作用于关机线路34，切断 给同步驱动器U1和U2的输入信号，或以其它形式使同步整流驱动器U1和U2的输出为低， 使同步整流MOSFETQ200和Q201。
17、同时关断。 0019 图3中的第一开关器件Q100、第二开关器件Q101、第三开关器件Q200和第四开关 器件Q201都为MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化 物半导体场效应管)，这四个开关器件都包含反并联体二极管。全部开关器件也可以是其它 类型的主动开关器件。原边和副边线路的拓扑都可以采用其它形式，对该控制方法及其特 性没有影响。 0020 上述控制方法虽然只是对单端正激拓扑进行的叙述，其原理对多种原、副边的拓 扑结构同样适用。 0021 上述控制方法的描述中使用了MOSFET作为功率开关器件。该控制方法同。
18、样适用 于任何其它具备开关特性的器件。 0022 上述控制方法的描述中使用了独立关机线路34。在实际设计中，实现的方法可以 有多种，在U1和U2具有施能端(Enable)时，可以用关机信号直接控制U1和U2的施能端。 0023 上述控制方法的描述中使用了基准电压和比较器U3。在实际设计中，基准电压可 以是某种开关器件的阈值电压，比如MOSFET的门极阈值电压。而比较器也可以就是一个开 关器件。 0024 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些 仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变 更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。 说 明 书CN 102761237 A 1/2页 6 图1正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器 图2正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器控制波形 说 明 书 附 图CN 102761237 A 2/2页 7 图3具有关机线路的正激有源嵌位间接驱动同步整流直流-直流变换器 图4关机线路波形 说 明 书 附 图CN 102761237 A 。