[发明专利]一种同步整流管开通控制方法及电路

说明书

本发明提供了一种隔离变换器的同步整流管开通控制方法及电路。根据DCM模式下，同步整流管漏端电压从消磁开始时刻到每次谐振波谷的负电压值逐渐小这一基本特点，将消磁开始时刻判断出来，避免谐振波谷引起同步整流的误开通。本发明的有益效果为：①无需外部引脚来调节同步整流管的开通阈值和最小关断时间以适应不同系统的要求，减小了封装的尺寸和成本，提高了使用的简易性；②相对于检测漏端电压下降沿，无需考虑原边开关管的驱动特性，可以灵活设计原边的驱动；③同步整流管漏端负电压单个周期内逐渐减小的趋势是每个系统的固有特性，采样之后信号由内部处理，提高了同步整流管开通控制的可靠性。

技术领域

本发明涉及同步整流电路，尤其涉及一种新型的同步整流管开通控制方法及电路，适用于隔离式开关电源。

背景技术

出于用电安全和避免干扰输入源的考虑，许多用电场合需要用到变压器隔离的开关电源。而为了提高电源系统的整体效率，往往又会采用同步整流电路，使用一个同步开关管来整流消磁电流。假设开关管的导通内阻为R_on，普通整流二极管的压降为V_D，消磁电流为I_sec，则只要I_sec*R_on<V_D，同步整流就存在效率优势。对于隔离开关电源，同步整流功能在变压器的副边实现，有几种方式，分别为自驱动、半自驱动和外部驱动。其中，外部驱动的一种，芯片驱动同步整流管，无需额外的器件、效率高、可靠性好、占板面积小，因而是优选的方案。

同步整流控制芯片需要完成两个任务，即确定何时开通同步整流管和何时关断同步整流管。如图1所示，为DCM工作模式下的隔离开关电源采用同步整流管时，同步整流管漏端电压的典型波形。为了保证同步整流管只在消磁阶段开通，需要判断消磁开始的时刻。常规的方法是检测同步整流管漏端电压的负压值，如TI的芯片UCC24610，内部设置-150mV比较阈值，若检测到同步整流管漏端电压的值小于-150mV，则认为消磁阶段开始。这样的检测方式，需要保证谐振阶段的谐振负电压值大于-150mV，否则，检测电路会错误地认为谐振负电压时为消磁阶段，错误地将同步整流管开通，造成输出电流倒灌。考虑到极端工作条件和检测电路的精度，芯片很可能发生上述误判断，为了提高可靠性，UCC24610又通过外挂引脚设置了单周期的同步整流管最小关断时间。消磁结束之后一段时间内保证同步整流管不会重复开通，从而屏蔽掉谐振的影响。然而，最小关断时间的设置限制了系统的工作频率，若工作频率过高，则下个周期的消磁阶段同步整流管可能无法正常开通。另外，采用外挂引脚设置最小关断时间也增加了芯片使用的复杂度和封装面积。

还有一种同步整流控制芯片，通过检测同步整流管漏端电压的下降沿判断出消磁开始时刻，如擎力的芯片SP6019。如图1所示，正常情况下，谐振时电压的下降斜率小于消磁开始时的电压下降斜率。SP6019检测到同步整流管漏端电压的下降斜率大于某一设定值，则认为此时为消磁开始时刻。然而，在实际的应用中，消磁开始时的电压下降斜率受限于原边功率管的关断时间，如果关断时间较长，则对应于同步整流管漏端电压下降时间较长，下降斜率较小，增加了检测难度。这就使得这种芯片的使用受到限制。

综上所述，判断同步整流管开通的难点在于可靠地判断出单周期的消磁开始时刻，而又不受到谐振电压的影响，现有技术都有各自的不足之处。

发明内容

为了更好地判断出同步整流管何时开通，本发明提供一种新型的同步整流开通控制方法及电路，用于隔离开关电源的同步整流管的开通控制。该方法及电路能够提高同步整流方案的可靠性，减小芯片的引脚数，提高系统效率。

如图1所示，为DCM模式下副边同步整流管漏端电压的典型波形，振荡的部分由变换器原边的主电感和主开关管的输出电容谐振引起。由于器件的寄生阻抗消耗了能量，谐振部分为减幅振荡。观察波形可以发现，单个周期的负电压值从消磁开始至谐振的波谷，呈现出逐渐减小的趋势。根据这种趋势，判断出负电压的值忽然变大，即可判断出每个周期消磁开始的时刻，给出同步整流管开通信号。基于上述思想，本发明通过以下方案实现同步整流管的开通：