[发明专利]DC/DC变换器的自驱动电路

说明书

本发明涉及一种低电压大电流高功率密度DC/DC变换器的自驱动电路。

随着通信、遥感、电子计算机、电子仪器等高科技的迅速发展，对于电子设备的电源，也就相应地提出了更高的要求。低压大电流高功率密度DC/DC变换器是超大规模集成电路和高速中央处理器电源的核心技术。为实现高效率、高功率密度的要求，这类DC/DC变换器的副边(次级)，应当用同步整流(MOSFET)晶体管来代替肖特基(Schottky)二极管进行整流，以减少通态损耗。但对于同步整流MOSFET，其门极需要对应的驱动电路来激励，为了避免交叉导电损耗，对驱动控制就有很高的时序要求，已有的驱动控制采用外驱动技术，但其控制复杂，成本较高。

图1a表示一种三绕组去磁正激电路，其副边电压波形如图1b所示。图2为在图1电路中利用副边电压波形驱动同步整流MOSFET晶体管SR₁和SR₂的自驱动电路。其中一个同步整流MOSFET晶体管SR₁(用于整流)可用变压器的副边电压波形直接驱动，而另一个同步整流MOSFET晶体管SR₂(用于续流)则不能用变压器的副边电压波形直接驱动，原因是变压器副边的电压波形从去磁阶段到激磁阶段间有一个死区间隔，它的存在使得续流同步整流管(SR₂)在死区间隔内因无驱动而关断，但为保证电感电流的连续，SR₂的体二极管将导电，因体二极管的导通压降特性和开关特性都很差，使得由其引起的通态损耗和反向恢复损耗大大增加，从而整个变换器的效率大大下降。故这种主电路不能用直接的自驱动技术。

目前已有两种改进的自驱动电路可用来驱动图1a中的SR₂，分别如图3a和图3b所示，其中图3a是用一个二极管Da和一个小功率MOSFET管Sa来实现续流SR₂的自驱动，它的原理为：当副边电压变成上负下正时，SR₁关断，SR₂则由Da而开通；在死区t_dcad期间内，副边电压变为零，Da关断，SR₂则因其V_gs无放电路径而继续导通。当副边电压再次变成上正下负时，SR₁和Sa开通，从而关断SR₂，这个电路能用简单的两个元件实现SR₂的自驱动，但无法实现SR₂先关，SR₁后开的时序，从而仍有相当大的交叉导通损耗，严重时将损坏SR₁和SR₂，使变压器的工作不可靠。图3b的电路用原边PWM驱动信号，经脉冲变压器隔离后分别同相驱动SR₁和Sa，虽然实现了SR₂的自驱动，也能保证Sa比SR₁先通，即使得SR₂与SR₁之间得交叉导电时间变小，但仍未从根本上消除它们的交叉导电损耗，变压器的效率仍然难以很高。

因此，本发明的目的是为了解决已有的低电压大电流DC/DC变换器常用主电路的自驱动技术中存在的问题，提供一种使变换器的交叉导电损耗和反向恢复损耗最小、结构简单、成本低的自驱动电路技术。

本发明是依靠下述技术方案来实现的，本发明的DC/DC变换器的自驱动电路，其变换器的整流部分包括第一及第二同步整流MOS晶体管(SR₁)和(SR₂)，其中，所述自驱动电路由第一电阻(Ra)、第一电容(Ca)、第一晶体管(Qa)及所述第一二极管(Da)组成，所述第一电阻(Ra)和第一电容(Ca)并联连接后，该并联的一端与所述第一绕组(Ns)的正极连接，另一端与所述第一晶体管(Qa)的基极相连；所述第一晶体管(Qa)的发射极与所述第一同步整流MOS晶体管(SR₁)的源极相连，而其集电极与所述第一二极管(Da)的阴极和第二同步整流MOS晶体管(SR₂)的门极相连；所述第一二极管(Da)的阳极与所述第一绕组(Ns)的负极相连，而其阴极与所述第二同步整流MOS晶体管(SR₂)的门极相连。