一种同步整流控制电路、控制方法及开关电源与流程

本发明涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种同步整流控制电路、控制方法及开关电源。

背景技术：

在开关电源电路中，为了提高开关电源的转化效率，通常采用同步整流开关管替代整流二极管，如图1所示为反激式开关电源的示意框图，副边采用整流开关管m2替代二极管，所述反激式开关电源还包括隔离变压器t，原边主开关管m1，输入电容c1和输出电容c2。

在反激式开关电源工作过程中，为了能够尽快关断整流管m2以实现开关电源的连续工作模式(ccm)，通常采用的控制方法为在整流管m2的栅极连接一个下拉电流源，如图1中i1，当检测到整流管m2的漏源两端压降触碰到预设的第一阈值电压vth1时，通过电流源i1下拉整流管m2的栅源电压，栅源两端电压随之降低；当检测到整流管m2的漏源两端压降触碰到预设的第二阈值电压vth2时则快速下拉栅源两端电压以迅速关断同步整流管m2。

现有技术中的下拉电流源i1在下拉的过程中，采用恒定的下拉电流值，这样，当同步整流管m2的漏源两端压降触碰到预设的第一阈值电压vth1时，较大的下拉电流值容易将栅源电压下拉至同步整流管m2的关断阈值电压或者关断阈值电压附近，使得同步整流管m2的导通电阻较大，从而导致同步整流管m2的损耗增加、难以达到提升效率的目的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步整流控制电路、控制方法以及开关电源，以解决现有技术存在的同步整流开关管损耗大、效率低的技术问题。

本发明的技术解决方案是一种同步整流控制电路，用于控制开关电源中的同步整流管，其包括信号调节电路，所述信号调节电路检测所述同步整流管的漏源两端电压，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压大于等于第一阈值电压时，所述信号调节电路输出一下拉信号至所述同步整流管的栅极以调整所述同步整流管的栅源电压，从而使得所述同步整流管的漏源两端电压维持在所述第一阈值电压附近，其中，当所述同步整流管的栅源电压下降至预定的电压值时，则控制所述下拉信号减小。

优选地，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压等于第一阈值电压时，所述同步整流管的栅源电压值记为第一电压值，所述预定的电压值为小于等于所述第一电压值。

优选地，所述第一阈值电压的值设置为在所述同步整流管达到关断前的某一电压值。

优选地，所述预定的电压值大于一固有电压值，所述固有电压值位于0.5v-1v之间的某一值。

优选地，所述信号调节电路包括检测电路和下拉电路，所述检测电路用于检测所述同步整流管的漏源两端电压，以输出开关信号控制所述下拉电路开始进行下拉处理，

所述下拉电路接收所述开关信号，当所述开关信号有效状态时，所述下拉电路输出所述下拉信号至所述同步整流管的栅极。

优选地，所述下拉电路包括下拉电流源和下拉电阻，所述下拉电流源和下拉电阻串联连接在所述同步整流管的栅极和源极之间，所述下拉电流源的电流信号作为所述下拉信号。

优选地，所述下拉电路进一步包括第一开关管，所述第一开关管并联在所述下拉电阻的两端，所述第一开关管通过比较电路控制其开关状态，所述比较电路接收所述同步整流管的栅源电压和第一比较阈值，经过比较运算后的信号控制所述第一开关管开关状态，

其中，所述第一比较阈值小于所述第一电压值。

优选地，所述下拉电路包括下拉电流源和多个下拉电阻，所述多个下拉电阻串联或并联或串并联连接以形成下拉电阻组件，所述下拉电流源与所述所述下拉电阻组件串联连接，所述下拉电阻组件中每一个电阻分别并联一个第二开关管，

所述下拉开关管与所述下拉电阻组件连接在所述同步整流管的栅极和源极之间，所述下拉开关管的漏源电流信号作为所述下拉信号。

优选地，所述多个第二开关管通过对应的多个比较电路控制其开关状态，

所述多个比较电路中的每个比较电路一个接收端均接收所述同步整流管的栅源电压，所述多个比较电路的另一个接收端分别接收多个比较阈值电压，经过比较运算后的信号作为输出多个开关信号以对应控制所述多个第二开关管，其中，所述多个比较阈值电压均小于所述第一电压值。

优选地，所述下拉电路为可变电流源，所述可变电流源连接于所述同步整流管的栅极和源级之间，所述可变电流源的输出信号作为所述下拉信号，所述可变电流源接收一触发信号，以根据所述触发信号减小所述下拉信号。

依据本发明的一种同步整流控制方法，用于控制开关电源中的同步整流管，包括，检测所述同步整流管的漏源两端电压，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压大于等于预设的第一阈值电压时，利用一下拉信号调整所述同步整流管的栅源电压，从而使得所述同步整流管的漏源两端电压维持在所述第一阈值电压附近，

其中，当所述同步整流管的栅源电压下降至预定的电压值时，则控制所述下拉信号减小。

优选地，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压等于预设的第一阈值电压时，所述同步整流管的栅源电压值记为第一电压值，所述预定的电压值为小于等于所述第一电压值。

优选地，所述预定的电压值大于一固有电压值，所述固有电压值为0.5v-1v之间的某一值。

优选地，所述预设的第一阈值电压设置为在所述同步整流管达到关断前的电压值。

一种开关电源，包括原边主功率开关管和副边同步整流管，还包括上述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述副边同步整流管。

采用本发明的同步整流控制电路结构，通过信号调节电路控制在同步整流管关断之前的栅源电压值，信号调节电路提供的下拉信号在栅源电压下降到某一预设值时即开始减小，使得所述同步整流管的栅源电压不至于快速达到关断阈值附近，从而控制同步整流管的漏源电压维持在第一阈值电压附近，如此可达到开关电源损耗减小，系统效率提高的有益效果。

附图说明

图1为现有技术开关电源中同步整流控制电路的示意图；

图1-1为现有技术的下拉电流波形图；

图2为依据本发明的同步整流控制电路的结构框图；

图3为依据本发明的信号调节电路的第一实施例的电路图；

图3-1为依据图2中信号调节电路实施例的下拉电流波形图；

图3-2为依据本发明的同步整流管的工作波形图；

图4为依据本发明的信号调节电路的第二实施例的电路图；

图4-1为依据图3中信号调节电路实施例的下拉电流波形图；

图5为依据本发明的信号调节电路的第三实施例的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参考图2、图3、图3-1、图3-2，为依据本发明的同步整流控制电路的结构框图、第一实施例结构图以及对应波形图；所述同步整流控制电路用于控制开关电源中的同步整流管，如图2中以反激式开关电源为例，所述反激式开关电源的基本框架结构在背景技术中已阐述，在此不重复。

参考图2，本发明实施例中，所述同步整流控制电路包括信号调节电路1所述信号调节电路1检测所述同步整流管的漏源两端电压vds，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压vds大于等于预设的第一阈值电压vth1时，信号调节电路1输出一下拉信号igs至同步整流管m2的栅极以调整所述同步整流管的栅源电压vgs，从而使得所述同步整流管的漏源两端电压vds维持在所述第一阈值电压附近，其中，当所述同步整流管的栅源电压下降至预定的电压值vy时，则控制所述下拉信号减小，这里，预定的电压值为根据电路需求设定，本文中的同步整流管m2的源极为接地端，以下均相同。

具体地，参考图3为图2中信号调节电路1的第一种实现方式，信号调节电路1包括检测电路1-1和下拉电路1-2，所述检测电路1-1用于检测所述同步整流管的漏源两端电压vds，并且还接收预设的第一阈值电压vth1，以输出开关信号vf控制所述下拉电路1-2输出所述下拉信号，检测电路1-1可由采样电路以及比较器构成，或者由相同功能的电路实现，这里不作限制。所述下拉电路1-2接收所述检测电路1-1输出的开关信号vf，这里，下拉电路1-2包括串联连接的下拉电流源和下拉电阻r1。如图3所示，所述下拉电流源可由场效应晶体管q构成，所述场效应晶体管漏极连接至同步整流管m2的栅极，所述下拉电阻r1与所述场效应晶体管q串联连接在同步整流管和源极(也即是地端)之间，所述下拉电流源的输出信号作为所述下拉信号，这里，根据电路结构可知，下拉信号即为同步整流管m2的栅源电流信号igs所述下拉电流源实现形式不限于此。

需要补充说明的是，本发明实施例中，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压等于预设的第一阈值电压时，所述同步整流管的栅源电压值记为第一电压值，所述预设电压值vy为小于等于所述第一电压值vc。

所述预定的电压值vy大于一固有电压值vg，这里的固有电压值根据经验值通常为0.5v-1v之间的某一电压值。在上述将场效应晶体管作为电流源的实现方式中，场效应晶体管的漏极端接收所述同步整流管m2的栅源电压，根据晶体管的输出特性，当所述场效应晶体管的栅源电压开始减小到某一值即固有电压值时，晶体管的电流值会开始减小，因此，本发明实施方案通过主动设置预定的电压值大小，例如设置为大于该固有电压值，实现让下拉信号提前减小。

所述预设的第一阈值电压vth1设置为在所述同步整流管m2关断前的电压值，例如所述同步整流管m2关断时的漏源电压为-10mv，则所述第一阈值电压vth1设置为-60mv至-40mv的某一值。

参考图3-1和图3-2，在图3-2中，t2时刻，副边的同步整流管m2导通，检测电路1-1检测所述同步整流管的漏源两端电压vds，在t3时刻，当检测到漏源两端电压vds到达第一阈值电压vth1时，检测电路输出开关信号vf控制所述场效应晶体管q导通，下拉电路对同步整流管m2的栅极电压进行下拉处理。具体地，当检测电路1-1检测所述同步整流管的漏源两端电压vds到达第一阈值电压vth1时，所述同步整流管的栅源电压值记为第一电压值(即本实施方式中的预设电压值)，对应于图3-1中的c点，这时下拉信号igs开始减小(图3-1的实线对应本实施例的电流波形图，虚线为现有技术电流波形图)，在t3-t4之间的时间段，由于下拉信号在逐渐减小，则所述同步整流管m2的栅源电压不会快速被拉低至关断阈值附近，如此，同步整流管的导通电阻不会增大较快，同步整流管的漏源电压vds可维持在第一阈值电压附近。

如图3-2所示，现有技术，如果在对同步整流管的下拉过程中，下拉电流较大，则同步整流管的栅源电压vgs下降很快，如图3-2中的虚线，造成同步整流管导通电阻大，同步整流管的漏源电压vds随之下降也大，系统功率损耗大，效率低，而采用本发明的方案，同步整流管的栅源电压vgs在下降过程中，下拉电流igs随着栅源电压vgs呈逐渐减小趋势，控制同步整流管m2的栅源电压vgs的下降速度，有助减小损耗，提高效率。

参考图4为依据本发明的信号调节电路的第二实施例的电路图，对于某些同步整流管，其导通电阻在栅源电压的下降初期阶段不变化或者变化不明显，在这个初期阶段无需控制减小下拉电流。因此，在上述第一实施例的基础上，本实施例中的下拉电路增加了第一开关管s1，在信号调节电路其他结构与上一实施例相同，在此不再重复。

所述第一开关管s1并联在下拉电阻r1的两端，所述第一开关管s1通过比较电路控制其开关状态，所述比较电路接收所述同步整流管的栅源电压vgs和第一比较阈值ve，经过比较运算后的信号控制所述第一开关管开关状态，其中，所述第一比较阈值ve小于所述预设电压值vy，其中比较电路可由比较器实现。图4-1为依据图3中信号调节电路实施例的下拉电流波形图，结合图4-1，在同步整流管m2的下降初期阶段，如从c点到b’之间的阶段，控制下拉信号igs不变，即是控制第一开关管s1导通，在同步整流管m2的下降到第一比较阈值ve，即是到b’时，控制第一开关管s1关断，这样下拉信号igs则随着同步整流管的栅源电压vgs的降低而减小。本实施例同样可达到电路损耗低，效率高的目的，同时还可以兼顾不同的同步整流管的特性，防止同步整流管提前关断。

参考图5为依据本发明的信号调节电路的第三实施例的电路图，本发明实施例中，所述信号调节电路包括检测电路1-1和下拉电路1-2，其中，检测电路1-1与第一实施例相同，所不同的是，下拉电路1-2包括下拉电流源(以晶体管q为例)和多个串联的下拉电阻r1-rn，多个串联的下拉电阻r1-rn可形成下拉电阻组件，本实施例以串联为例，本领域技术人员可知，所述多个下拉电阻r1-rn还可以并联或串并联连接以形成下拉电阻组件，所述下拉电流源与所述所述下拉电阻组件串联连接。所述下拉电流源与所述多个串联的下拉电阻串联连接，所述多个串联的下拉电阻中每一个电阻分别并联一个第二开关管s1-sn，串联后的所述下拉电流源与所述多个下拉电阻连接在所述开关电路和地端之间，所述下拉电流源的输出信号作为所述下拉信号id，所述下拉电流源接收一调整电压信号vt，当所述调整电压信号达到所述固有电压值时，所述下拉电流源的电流值开始减小，所述下拉电流源与第一实施例中均相同，不再重述。

所述多个第二开关管s1-sn通过对应的多个比较电路(如图5中比较电路1-n)控制其开关状态，所述多个比较电路中的每个比较电路一个接收端均接收所述同步整流管的栅源电压vgs，所述多个比较电路的另一个接收端分别接收多个比较阈值电压ve1-ven，经过比较运算后的信号作为输出多个信号vs1-vsn以对应控制所述多个第二开关管，其中，所述多个比较阈值电压小于所述第一电压值，其中多个比较电路可由比较器等器件实现。

在本实施例中，可以根据同步整流管m2的栅源电压需求，在不同的时间段断开多个第二开关管s1-sn其中的一个或多个，从而达到在不同的时间点控制下拉电流的减小，达到按照需求控制同步整流管m2的栅源电压大小的目的，本实施例同样可达到电路损耗低，效率高的目的，同时还可以根据不同的同步整流管的需求实现控制，能满足不同场合的应用需求。

最后，在实施例一的基础上，所述下拉电路还可以为可变电流源，所述可变电流源连接于所述同步整流管的栅极和源级之间，所述可变电流源的输出信号作为所述下拉信号，所述可变电流源接收一触发信号，以根据所述触发信号减小所述下拉信号。例如，当所述同步整流管的栅源电压下降至预定的电压值vy时，通过比较器可产生触发信号，触发信号传输给可变电流源。

第二方面，本发明公开了一种同步整流控制方法，用于控制开关电源中的同步整流管，包括步骤：检测所述同步整流管的漏源两端电压，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压大于等于预设的第一阈值电压时，利用一下拉信号调整所述同步整流管的栅源电压，从而使得所述同步整流管的漏源两端电压维持在所述第一阈值电压附近，其中，当所述同步整流管的栅源电压下降至预定的电压值时，则控制所述下拉信号减小。

优选地，当检测到所述同步整流管的漏源两端电压等于预设的第一阈值电压时，所述同步整流管的栅源电压值记为第一电压值，所述预设电压值的范围为小于等于所述第一电压值。

优选地，所述预设电压值大于一固有电压值，所述固有电压值位于0.5v-1v之间的某一电压值。

优选地，所述预设的第一阈值电压设置为所述控制在所述同步整流管达到关断前的电压值。

第三方面，本发明公开了一种开关电源，包括原边主功率开关管和副边同步整流管，还包括上述的同步整流控制电路，所述同步整流控制电路用于控制所述副边同步整流管。

本领域技术人员可知，上述的下拉电路的具体结构不限于此，只要能实现在同步整流管的栅源电压达到预定的电压值时，所述下拉电路的下拉信号即开始减小的功能即可，均在本发明的保护范围之内。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。