[发明专利]一种同步整流直流-直流变换器中的关机方案

说明书

技术领域

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

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。 

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1.0～1.2V，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。 

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。 

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。t0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，造成同步整流MOSFET过电压损坏。 

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

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。