一种副边同步整流的开关电源电路和同步整流驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源，尤其涉及一种副边同步整流的开关电源电路和同步整流驱动电路。


背景技术：

2.随着开关电源技术的发展，以及人们对电子产品绿色节能的高要求，开关电源的效率越来越受到相应的重视。其中电源输出整流这一块引起了技术人员的关注，传统的二极管整流在大电流输出情况下，由于自身的正向压降，将产生非常大的损耗，不利于节能。同步整流技术，即用mos管的开关来代替二极管整流，具有低压降低损耗特点，提升了整体效率。但是，同步整流驱动ic成本过高。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是提供一种成本较低的同步整流驱动电路。
4.本实用新型另一个要解决的技术问题是提供一种驱动电路成本较低的副边同步整流的开关电源电路。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种副边同步整流的开关电源电路的同步整流驱动电路，包括两个驱动模块，开关电源电路的副边电路包括变压器的副边绕组和两个整流管；驱动模块包括图腾柱放大电路和信号电路，信号电路包括副边绕组电压信号输入引脚和信号输出端，信号输出端接图腾柱放大电路的输入端，图腾柱放大电路的输出端为驱动模块的驱动信号输出端接驱动信号输出引脚。
6.以上所述的同步整流驱动电路，信号电路包括两个三极管，第一三极管的集电极接副边绕组电压信号输入引脚，基极和发射极分别通过第一电阻接辅助电源正极；第二三极管的发射极接地，基极接第一三极管的发射极；第二三极管的集电极通过上拉电阻接辅助电源正极，并作为信号电路的信号输出端接图腾柱放大电路的输入端。
7.以上所述的同步整流驱动电路，信号电路包括第二二极管，第二二极管的阳极接第一三极管的发射极，阴极接图腾柱放大电路的输入端。
8.以上所述的同步整流驱动电路，图腾柱放大电路包括两个图腾柱电路，图腾柱电路包括npn三极管和pnp三极管，npn三极管的集电极通过限流电阻接辅助电源正极；npn三极管的发射极与pnp三极管的发射极连接，作为图腾柱电路的输出端；npn三极管的基极与pnp三极管的基极连接，作为图腾柱电路的输入端；pnp三极管的集电极接地；第一图腾柱电路的输入端是图腾柱放大电路的输入端，第二图腾柱电路的输入端接第一图腾柱电路的输出端，第二图腾柱电路的输出端是图腾柱放大电路的输出端。
9.以上所述的同步整流驱动电路，驱动模块包括第一电容和第一二极管，第一二极管的阳极接图腾柱放大电路的输出端，阴极接驱动信号输出引脚，第一电容与第一二极管并接。
10.以上所述的同步整流驱动电路，驱动模块包括互锁mos管，互锁mos管的源极接地，
漏极接图腾柱放大电路的输入端；第一驱动模块互锁mos管的栅极接第二驱动模块图腾柱放大电路的输入端，第二驱动模块互锁mos管的栅极接第一驱动模块图腾柱放大电路的输入端。
11.一种副边同步整流的开关电源电路，包括原边电路、变压器、副边电路和控制电路，副边电路包括变压器的副边绕组和两个整流管，所述的控制电路包括上述的同步整流驱动电路，第一驱动模块的副边绕组电压信号输入引脚接副边绕组的同名端；第二驱动模块的副边绕组电压信号输入引脚接副边绕组的异名端；第一整流管的驱动信号输入引脚接第一驱动模块的驱动信号输出引脚，第二整流管的驱动信号输入引脚接第二驱动模块的驱动信号输出引脚。
12.以上所述的副边同步整流的开关电源电路，所述的副边绕组包括中心抽头，所述的中心抽头接副边电路的直流输入端正极；第一整流管的漏极接副边绕组的同名端，源极接地；第二整流管的漏极接副边绕组的异名端，源极接地。
13.以上所述的副边同步整流的开关电源电路，第一整流管的驱动信号输入引脚通过第一分压电路接地，第一整流管的栅极接第一分压电路的电压信号输出端；第一反抽二极管的阳极接第一整流管的栅极，第一反抽二极管的阴极接第一整流管的驱动信号输入引脚；第二整流管的驱动信号输入引脚通过第二分压电路接地，第二整流管的栅极接第二分压电路的电压信号输出端；第二反抽二极管的阳极接第二整流管的栅极，第二反抽二极管的阴极接第二整流管的驱动信号输入引脚。
14.以上所述的副边同步整流的开关电源电路，包括直流输出滤波电容，直流输出滤波电容接在副边电路的直流输入端正极与地之间。
15.本实用新型的同步整流驱动电路可以利用价格较低的分立元器件来实现，电路成本较低。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
17.图1是本实用新型实施例开关电源电路原边电路的电路图。
18.图2是本实用新型实施例开关电源电路副边电路的电路图。
19.图3是本实用新型实施例同步整流驱动电路第一驱动模块的电路图。
20.图4是本实用新型实施例同步整流驱动电路第二驱动模块的电路图。
具体实施方式
21.本实用新型实施例副边同步整流的开关电源电路的结构和原理如图1至图4所示，包括原边电路、变压器、副边电路和控制电路。
22.如图1所示，原边电路为半桥谐振llc，包括直流输入端dc 、可控开关电路和llc谐振电路。可控开关电路包括由上管q10和下管q12组成，上管q10和下管q12交替导通，并且带有至少200ns的死区时间。并由变压器t2的漏感作为谐振电感以及电容c12构成llc谐振电路。半桥谐振llc具有零电压导通特性，能提高电源整体效率，具有较好emi特性。
23.如图2所示，开关电源的副边电路包括变压器的副边绕组、两个作为整流管的mos管q20、mos管q30和两个直流输出滤波电容c70、c117。副边绕组有一个中心抽头，副边绕组
中心抽头接副边电路的直流输入端正极 12va，副边绕组的中心抽头将副边绕组分成t2
‑
e和t2
‑
f两部分。两个直流输出滤波电容c70和c117接在副边电路的直流输入端正极 12va与数字地agnd之间。
24.mos管q20的漏极接副边绕组的同名端，源极接数字地agnd。mos管q30的漏极接副边绕组的异名端，源极接数字地agnd。
25.mos管q20的驱动信号输入引脚drv1通过由电阻r52和r75串联组成的第一分压电路接数字地agnd，mos管q20的栅极接第一分压电路的电压信号输出端。第一反抽二极管d13的阳极接mos管q20的栅极，第一反抽二极管的阴d13极接mos管q20的驱动信号输入引脚drv1。mos管q30的驱动信号输入引脚drv2通过由电阻r48和r274串联组成第二分压电路接数字地agnd，mos管q30的栅极接第二分压电路的电压信号输出端。第二反抽二极管d33的阳极接mos管q30的栅极，第二反抽二极管d33的阴极接mos管q30的驱动信号输入引脚drv2。
26.控制电路包括同步整流驱动电路，同步整流驱动电路包括两个驱动模块，两个驱动模块的结构相同。驱动模块包括图腾柱放大电路和信号电路，信号电路包括副边绕组电压信号输入引脚和信号输出端，信号输出端接图腾柱放大电路的输入端，图腾柱放大电路的输出端为驱动模块的驱动信号输出端接驱动模块的驱动信号输出引脚。
27.因为两个驱动模块的结构相同，现以图3所示的第一驱动模块的结构作为示例进行说明：第一驱动模块包括图腾柱放大电路、信号电路、互锁mos管q1、 第一电容c81、第一二极管d1和第二二极管d2。
28.第一驱动模块信号电路包括两个三极管，三极管q12
‑
b的集电极接副边绕组电压信号输入引脚pa，基极和发射极分别通过第一电阻r10接辅助电源正极 vdd。三极管q12
‑
a的发射极接数字地agnd，基极接三极管q12
‑
b的发射极。三极管q12
‑
a的集电极通过上拉电阻r1接辅助电源正极 vdd，并作为信号电路的信号输出端接图腾柱放大电路的输入端。
29.第二二极管d2的阳极接三极管q12
‑
b的发射极，阴极接图腾柱放大电路的输入端。
30.图腾柱放大电路包括两个图腾柱电路，图腾柱电路各包括npn三极管和pnp三极管。第一图腾柱电路的npn三极管q5的集电极通过限流电阻r2接辅助电源正极 vdd。npn三极管q5的发射极与pnp三极管q6的发射极连接，作为第一图腾柱电路的输出端。npn三极管q5的基极与pnp三极管q6的基极连接，作为第一图腾柱电路的输入端。pnp三极管q6的集电极接数字地agnd。第二图腾柱电路的npn三极管q3的集电极通过限流电阻r3接辅助电源正极 vdd。npn三极管q3的发射极与pnp三极管q2的发射极连接，作为第二图腾柱电路的输出端。npn三极管q3的基极与pnp三极管q2的基极连接，作为第二图腾柱电路的输入端。pnp三极管q2的集电极接数字地agnd。
31.第一图腾柱电路的输入端是图腾柱放大电路的输入端，第二图腾柱电路的输入端接第一图腾柱电路的输出端，第二图腾柱电路的输出端是图腾柱放大电路的输出端。
32.第一二极管qd1的阳极接图腾柱放大电路的输出端，阴极接驱动信号输出引脚drv1。第一电容c81与第一二极管qd1并接。
33.互锁mos管q1的源极接数字地agnd，漏极接图腾柱放大电路的输入端。
34.如图4所示，第二驱动模块的结构与图3所示的第一驱动模块的结构相同。
35.第一驱动模块的副边绕组电压信号输入引脚pa接副边绕组的同名端。第二驱动模块的副边绕组电压信号输入引脚pb接副边绕组的异名端。
36.mos管q20的驱动信号输入引脚drv1接第一驱动模块的驱动信号输出引脚drv1，mos管q30的驱动信号输入引脚drv2接第二驱动模块的驱动信号输出引脚drv2。
37.如图3和图4所示，第一驱动模块互锁mos管q1的栅极通过引脚se1接第二驱动模块图腾柱放大电路的输入端，第二驱动模块互锁mos管q7的栅极接通过引脚se2第一驱动模块图腾柱放大电路的输入端，实现两个驱动模块的互锁。
38.本实用新型实施例副边同步整流的开关电源电路的llc谐振变压器t2的匝比为15:1，输入电压400v，经过隔离降压后输出电压为12v。
39.当可控开关电路的上管q10导通，下管q12截止时，原边绕组t2
‑
a电压正向，副边绕组t2
‑
e的pa端高于 12va端，输出电流通过q20返回 12va，此时q30截止。最初，同步整流mos q20驱动还未建立，电流从q20的mos体二极管由agnd流回绕组，从而在体二极管上产生的压降。agnd与pa端存在压差，q12
‑
b从vdd分流大于在q12
‑
a分流（q12
‑
a处于放大区）。最后q12
‑
a集电极电压通过图腾柱放大后得到信号drv1，drv1产生的pwm信号控制q20的导通和截止。随着负载的增加，agnd与pa端的压差也更大。q20驱动电压也随着相应的增加，驱动能力也越强。
40.当上管q10截止，下管q12导通时，原边绕组t2
‑
a电压反向，副边绕组t2
‑
f的pb端高于 12va端，输出电流通过q30返回 12va，此时q20截止。最初，同步整流mos q30驱动还未建立，电流从mos体二极管由agnd流回绕组，从而在体二极管上产生的压降。agnd与pa端存在压差，q4
‑
b从vdd分流大于在q4
‑
a分流（q4
‑
a处于放大区）。最后q4
‑
a集电极电压通过图腾柱放大后得到信号drv2，drv2产生的pwm信号控制q30的导通和截止。随着负载的增加，agnd与pa端的压差也更大。q30驱动电压也随着相应的增加，驱动能力也越强。
41.可以看出，q20和q30的导通与截止是根据副边绕组感应出的电压相互转换的，也就是说与llc初级相适应。
42.同步整流和驱动电路的参数选择：
43.考虑到直流输入端的输出只有12v，q20、q30可以选用40v/100a，低内阻（rson为3
‑
5mr）的mos管。q12和q4可以选用mmdt5551，封装小结构简单，内部npn差异小。低功率开关mos可选用2n7002。图腾柱三极管可以采用bcx56和bcx53组成的npn和pnp管。
44.考虑到大部分mos驱动3v以上，故vdd的电压取12v较为合适。图腾柱连接vdd电阻r2/r3/r6/r7阻值不宜过大3.3
‑
10ω即可。r1/r10/r4/r5考虑到功率要求，如果采用0603封装，可以取值2
‑
10kω，并且可以根据驱动大小的需要调节其阻值大小。
45.需要指出的是，反抽二极管d13和d33可以根据需要取舍，为了简化可以省去。另外，电容c1/c81在drv1/drv2分别为高时被二极管d1/d3嵌位于0.7v。当drv1/drv2为低时，则由于电容的储能作用，drv1/drv2开始被嵌位于
‑
0.7v，从而避免mos误导通。c1/c81可用瓷片电容0603封装。
46.本实用新型实施例的同步整流驱动电路可以利用三极管、mos管、电容、电阻等价格较低的分立元器件来实现，成本上有优势。避免了采用驱动ic成本过高的问题。