[发明专利]一种用于开关电源的同步整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于开关电源的同步整流电路，尤其涉及一种采用电压检测的用于开关 电源的同步整流电路。

背景技术

与传统线性电源相比，开关电源具有体积小，转换效率高的特点，广泛应用于移动电话 充电器，笔记本电脑适配器等需要交流-直流转换的电子设备中。在各种开关电源中，反激式 开关电源最为常见。反激式电源变换器的核心是变压器，它提供了输入和输出的电气隔离。 通常该变压器具有原边绕组和副边绕组，有些情况下为了控制目的增加一个或多个辅助绕组。 反激式变换器通常用于低成本，低功率的场合中。

随着功能逐渐增加，尺寸不断减小，电子设备需要更低输出电压更大输出电流的电源。 二极管整流已经广泛应用于开关电源中。但是因为二极管的正向导通电压不能进一步降低， 所以采用二极管整流技术已经很难满足对电源进一步小型化，高效率的要求。而且因为整流 二极管的损耗和输出电流成比例关系，二极管整流在大电流输出的场合损耗会很大。例如在 低输出电压的场合中，一个肖特基二极管的正向导通压降大约为500mV，如果输出电压为3V， 如果不算其他因素造成的损耗，理论上转换效率的上限为86％。在2V的输出电压场合，肖特 基二极管整流因其效率太低而不能被接受。

因此，当今采用有源器件取代肖特基二极管的同步整流技术受到越来越多的关注。同步 整流用一个功率MOSFET来替代肖特基二极管。虽然功率MOSFET同样存在导通损耗，但是由 于MOSFET的导通电阻Rds很小，所以仍可以达到很高的转换效率。在DC/DC电源转换器中， 同步整流已经被广泛的应用。当前，大部分的同步整流技术是用在正激变换器和谐振变换器 中，在反激变换器中，同步整流技术刚刚开始应用。同时，大多数的同步整流是用电流检测 器来检测副边线圈中电流的流向，这种方法通常需要另一个线圈和其他分立器件，这就导致 了电路设计的复杂性和成本的增加。

反激变换器是一种典型的AC/DC变换器。AC/DC变换器的目的是把AC输入的线电压转换 成与AC输入电压无关的稳定DC输出。如图1所示，反激变换器包含一个由整流桥输出的输 入直流Vin，直流Vin被接到变压器的原边绕组101的一端。在原边绕组101的另一端和原 边地之间接的是开关管102，此开关管102通常是功率MOSFET或者是双极型晶体管。副边绕 组103接的是整流二极管106和输出电容104。

当开关管102导通时，原边绕组101中的电流开始增加，同时由于输出侧的整流二极管 106反偏，输出侧的电流通路被阻断，能量存储在原边线圈101中。当开关管102断开时， 原边电流由最大值降为零，能量通过副边绕组103传递给负载。

发明内容

本发明的主要目的是提高反激变换器的转换效率并消除可能发生的副边整流管电流回流 现象，同时简化电路设计从而降低成本。

根据本发明的一方面，提供了一种用于开关电源的同步整流电路，包括：功率管，连接 于开关电源的变压器副边绕组和开关电源的输出电容之间；控制电路，根据功率管两端的电 压状态产生控制信号；控制信号被用来控制功率管的开关状态。功率管是由源极、漏极、栅 极和背栅构成的4端MOSFET，该MOSFET的背栅与源或漏构成寄生的体二极管，此寄生的体 二极管被连接成与MOSFET的源漏两端并联，其中，当寄生的体二极管由反向偏置向正向偏置 转换时，控制电路使MOSFET开始导通；在MOSFET导通后，当寄生的体二极管的正偏电压减 小到低于设定的阈值时，控制电路使MOSFET关断一段设定的时间；当寄生的体二极管由正向 偏置变为反向偏置后，控制电路使MOSFET处于关断状态。

这种利用检测整流管两端电压来控制同步整流管的方法省掉了传统同步整流电路所需要 的线圈或者霍尔器件，同时可将功率MOSFET与控制电路集成到一个芯片上，该芯片可以采用 低成本的3只管脚封装，从而减少了变换器中的元件数目与成本。

变压器是应用本发明的反激变换器的核心。变压器的原边绕组一端接经过整流的DC输 入，一端接功率开关管。副边绕组的一端接同步整流电路一个端口，另一端接副边地。反激 变换器控制芯片通过控制原边开关管的导通与关断来给输出供电。当原边开关管导通时，变 压器原边绕组内电流逐渐增加，能量开始存储，当原边绕组内的电流达到一定的值时，开关 管关断，变压器原边内的能量通过变压器的磁芯传到副边绕组，最终储存在输出电容中。