[发明专利]一种同步整流BUCK变换器的控制电路

说明书

本发明公开了一种同步整流BUCK变换器的控制电路，包括：功率管分段电路、电感电流检测电路、输入电压检测电路、输出电压检测电路，以及逻辑输出电路。本发明通过将下管S2分段，在下管S2第二次导通时根据需求控制部分功率管开启，由于此时电流比较小，相对来说导通损耗几乎没有增加，但是开关损耗降低不少从而提高了效率。同时分段的下管S2配合不同的储能电感电流检测控制以及不同的输入输出电压检测控制，从而实现效率精确控制及自适应窄脉冲。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及ZVS(Zero Voltage Switch，零电压开关)同步整流BUCK变换器的控制。

背景技术

随着电力电子技术及半导体技术的快速发展，开关电源芯片，尤其是DC-DC变换器芯片在各类电子设备中得到了广泛的应用。为了减小DC-DC变换器的尺寸与损耗，必须提高变换器的开关频率，开关频率的提高会直接增加开关损耗，引入ZVS控制技术可解决这个矛盾。

其中的ZVS BUCK变换器相对传统的硬开关BUCK变换器具备诸多优点：1、零电压软启动，效率高、噪声低、EMI性能好；2、输出电感器小，动态响应快；3、开关和栅极驱动损耗低；4、适用于高压大电流应用场合，因此ZVS BUCK变换器获得了广泛地研究与应用。

图1是现有技术同步整流BUCK变换器的功率部分框图，包括主功率管S1(简称为上管)、同步整流管S2(简称为下管)、储能电感L1和输出电容C1，上管S1的漏极连接电压输入Vin的正端+，上管S1的源极与下管S2的漏极连接在一起(该连接点被称之为中点SW)，下管S2的源极连接电压输入Vin的负端-，储能电感L1的一端连接中点，电感L1的另一端同时连接电容C1的一端和电压输出Vo的正端+，电容C1的另一端同时连接电压输入Vin的负端-和电压输出Vo的负端-。

需要说明的是，与上管S1并联的二极管和电容Coss1为上管S1的体二极管和寄生电容；与下管S1并联的二极管和电容Coss2为下管S2的体二极管和寄生电容。

目前主流的ZVS技术基本上都是利用谐振原理，在上管开启之前使中点电压升高到一定值，从而实现上管的软开关。

具体实现方法可以分为两类，第一类是人为引入LC震荡电路，在上管开启之前，使中点电压按照设计频率及振幅进行震荡，在震荡电压高到某种程度后开启上管；另一类是利用现有BUCK电路的结构，尤其是图1的同步整流BUCK电路，在电感电流归零后，输入窄脉冲重新开启下管导通一段时间，将电感电流进一步降为负值，然后再关掉下管，利用自身电感及功率管寄生电容产生谐振，从而达到软开关的效果，如图2所示为现有技术利用窄脉冲实现同步整流BUCK变换器ZVS的工作波形。

上述第一类技术缺点是芯片内部要增加额外功率管，并且外部要引入电感电容，既增加了芯片面积也增加了系统成本；第二类技术增加了芯片设计难度，控制复杂化，因此有必要对现有技术进行改进。

发明内容

有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种同步整流BUCK变换器的控制电路，降低下管第二次导通前的开关损耗。

本申请的发明构思在于，现有的窄脉冲控制技术需要在上管S1导通前，进行下管S2的第二次导通，在高频应用中功率管开启损耗占比不小，多导通一次会影响系效率。因此本发明中将下管S2分段，在下管S2第二次导通时根据需求控制部分功率管开启，由于此时电流比较小，相对来说导通损耗几乎没有增加，但是开关损耗降低不少从而提高了效率。同时分段的下管S2配合不同的储能电感电流检测控制以及不同的输入输出电压检测控制，从而实现效率精确控制及自适应窄脉冲。

基于上述发明构思，本发明提出的同步整流BUCK变换器的控制电路技术方案如下：