[发明专利]基于时域乘法器的同步整流控制系统及方法

摘要

本发明揭示了一种基于时域乘法器的同步整流控制系统及方法，所述控制系统包括消磁状态检测模块、原边功率开关开启时间检测模块、时域乘法器模块、死区控制模块、PWM逻辑控制模块、RS锁存器、驱动模块、时间比较器模块和环路积分控制模块。本发明提出的基于时域乘法器的同步整流控制系统及方法，既可以保证同步整流控制的安全性，又可以实现理论上最大的同步整流MOS管的开通时间，从而将同步整流技术的效率最大化，相对目前使用的控制技术优势非常明显并具有很强的实用性。

主权项

一种基于时域乘法器的同步整流控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：同步整流功率MOS管Q0、与同步整流功率MOS管并联的二极管D0、储能变压器T0、连接同步整流功率MOS管漏端的第一消磁检测分压电阻R0和第二消磁检测分压电阻R1、外部环路积分电容Ccomp，以及基于时域乘法器的同步整流控制模块U0；外部环路积分电容Ccomp连接在同步整流控制模块U0的COMP引脚与地之间；所述同步整流控制模块U0包括消磁状态检测模块、原边功率开关开启时间检测模块、时域乘法器模块、死区控制模块、PWM逻辑控制模块、RS触发器、驱动模块、时间比较器模块和环路积分控制模块；消磁状态检测模块，用以通过DEM引脚来检测变压器或电感的消磁起始点和消磁持续时间Tdem，记录上一周期的消磁持续时间为Tdem0；原边功率开关开启时间检测模块，用以通过DEM引脚来检测和判定原边功率开关的开启和关闭的时间点，并记录上一周期原边功率开关的开启时间为Tons0；死区控制模块，用以控制同步整流功率MOS管关闭到消磁结束之间留有一定的死区，用来防止滞后关断而引起损坏，Tdead＝Tdem‑Tgate；其中Tdem为变压器或电感的消磁持续时间；Tdead为死区时间；Tgate即经过死区处理的消磁理论时间；PWM逻辑控制模块，用以通过处理内部信号在消磁起始点时发出开启的信号；RS触发器，用以触发锁存GATE的控制状态；时域乘法器，用以通过将原边功率开关的开通时间Tonp与外部环路积分电容Ccomp的电压值Vcomp相乘求积，计算得到的乘积即同步整流功率MOS管开通时间；Tons＝Tonp*Vcomp；其中，Tonp为原边功率开关的开通时间；Vcomp是外部环路积分电容Ccomp的电压值；Tons即控制系统计算得到的同步整流功率MOS管开通时间；驱动模块，用以将内部PWM信号的驱动能力增强，以达到可以驱动外部同步整流功率MOS管的能力；时间比较器模块，用以通过判断Tons和经过死区模块处理的Tgate信号的时间长短，对环路积分控制模块发出控制信号，当Tons较Tgate信号时间短，即对外部环路积分电容Ccomp进行充电操作；相反，当Tons较Tgate信号时间长，即对外部环路积分电容Ccomp进行放电操作；消磁状态检测模块、原边功率开关开启时间检测模块、时域乘法器模块、死区控制模块、PWM逻辑控制模块、RS触发器、驱动模块、时间比较器模块和环路积分控制模块通过判断消磁理论时间Tgate和同步整流功率MOS管开通时间Tons，由时间比较器来控制环路积分控制模块对外部环路积分电容Ccomp进行积分处理，环路经过不断运行最终Tons和Tgate相等时环路稳定，由于同步整流功率MOS管开通时间Tons为外部环路积分电容Ccomp电压Vcomp和原边功率开关的开通时间积，即保证同步整流功率MOS管的开启时间不受开关噪声和频率抖动影响，同步整流功率MOS管的开启时间必然和原边功率开关的开启时间成正比；原边功率开关Q1开启时输入电压Vin对变压器充电储能，同步整流功率MOS管漏端由于变压器感应停止谐振并达到最高电压；原边功率开关Q1关断后变压器反激，通过同步整流功率MOS管Q0的体二极管或者外部二极管D0续流对输出进行消磁放电，此时续流作用将同步整流功率MOS管漏端电压钳位在‑0.5V～‑1V；消磁完成后，变压器原边电感和原边功率开关Q1的寄生电容产生谐振，此谐振通过变压器引起同步整流功率MOS管漏端谐振；同步整流控制模块U0根据DEM引脚波形经过内部处理，分别得到表示原边功率开关开通时间的Tonp和消磁持续时间的Tdem，其中DEM引脚是同步整流功率MOS管漏端通过分压电阻R0和R1分压得到；同步整流控制模块通过时间比较器模块和环路积分控制模块，不断比较同步整流功率MOS管开通时间Tons和消磁理论时间Tgate的下降沿，通过负反馈环路对外部环路积分电容Ccomp积分，最终使得Tons和Tgate完全同步，同步整流控制模块再通过死区控制模块保证同步整流功率MOS管开启的时间和次边消磁时间留有一定的死区Tdead，确保同步整流功率MOS管不会形成电流灌通而造成损坏。