一种同步整流器的有源缓冲吸收电路的制作方法

1.本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种同步整流器的有源缓冲吸收电路。


背景技术：

2.开关器件是开关电源中的重要元件，同步整流广泛应用于低电压及高电流的直流、直流转换器中，其电压耐受能力直接影响器件的成本与性能，由于实际电路设计中寄生参数的存在，尤其是漏感的存在，在开关器件开通，关断时会引起开关器件寄生电容与电路中漏感的谐振，由于开关器件的体二极管的不良逆向恢复特性，在开关器件的两端形成电压尖峰，从而增加了开关器件的电压应力，带来额外的损耗，引起电磁污染。
3.因此，开关器件两端由寄生参数引起的电压尖峰是开关电源设计中一个普遍存在的棘手问题，极大限制了开关电源产品的性能，增加了成本，延长了产品的开发周期。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出一种同步整流器的有源缓冲吸收电路，以此降低同步整流器关闭时造成的电压尖峰。
5.本发明提供的一种同步整流器的有源缓冲吸收电路，包括驱动单元和有源缓冲吸收单元；所述驱动单元用于控制有源缓冲吸收单元的工作，所述有源缓冲吸收单元用于吸收同步整流器关闭时造成的电压尖峰；
6.所述有源缓冲吸收单元包括有源吸收管和有源吸收电容，在同步整流器关闭期间有源吸收管导通一段时间，使得有源吸收电容在该段时间内吸收同步整流器关闭时产生的尖峰电压。
7.作为一种较佳的实施方式，所述同步整流器为功率mosfet。
8.作为一种较佳的实施方式所述驱动单元连接至变压器t，驱动单元包括变压器t的辅助线圈ws、第二二极管ds、电容cs、三极管qs1、第一电阻rs1、第二电阻rs2、第三电阻rs3；
9.所述辅助线圈ws与第二二极管ds的正极连接，第二二极管ds的负极与第一电阻rs1的一端连接，第一电阻rs1的另一端连接至辅助线圈ws；
10.第二二极管ds的负极还与电容cs的一端连接，电容cs的另一端同时与第二电阻rs2的一端以及三极管qs1的基极连接，第二电阻rs2的另一端连接至辅助线圈ws；三极管qs1的集电极与第二二极管ds的负极连接，三极管qs1的发射极与有源缓冲吸收单元连接。
11.作为一种较佳的实施方式，所述有源缓冲吸收单元耦接于同步整流器qs，包括有源吸收管sw1、第一二极管dw1和有源吸收电容cw1；
12.所述有源吸收管sw1的集电极连接至驱动单元的三极管qs1的发射极，有源吸收管sw1的发射极连接至变压器t的辅助线圈ws，有源吸收管sw1的发射极和集电极之间还并联第三电阻rs3；
13.有源吸收管sw1的集电极还同时连接至同步整流器qs的漏极和第一二极管dw1的正极，有源吸收管sw1的基极与第一二极管dw1的负极连接后与有源吸收电容cw1的一端连
接，有源吸收电容cw1的另一端连接同步整流器qs的源极，同步整流器qs的源极接地
14.作为一种较佳的实施方式，所述同步整流器qs的源极与变压器t的二次侧线圈w1相连接，同步整流器的漏极qs接地。
15.作为一种较佳的实施方式，所述有源吸收管sw1为三极管或mosfet。
16.作为一种较佳的实施方式，所述有源吸收管sw1为mosfet时，第一二极管dw1为mosfet中寄生的体二极管。
17.作为一种较佳的实施方式，所述同步整流器qs关闭，辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压为正，辅助线圈ws通过第二二极管ds和第二电阻rs2对电容cs充电，第二电阻rs2上的电压通过三极管qs1后施加到有源吸收管sw1的栅极，有源吸收管sw1导通，有源吸收电容cw1通过第一二极管dw1吸收和存储同步整流器qs产生的尖峰电压，再通过有源吸收管sw1将吸收和储存的尖峰能量释放回到同步整流器qs上；
18.随着电容cs的充电，第二电阻rs2上电压逐渐降低至逻辑低电位，有源吸收管sw1也随之关闭，有源吸收电容cw1停止放电。
19.作为一种较佳的实施方式，所述有源吸收管sw1关闭的时间早于同步整流器qs开通的时间。
20.作为一种较佳的实施方式，当有源吸收管sw1关闭，有源吸收电容cw1停止放电后，辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压由正转负，电容cs通过第一电阻rs1、第二电阻rs2放电，直至电容cs上的电压泄放至零。
21.作为一种较佳的实施方式，所述电容cs上电压在同步整流器qs再次关断前泄放至零。
22.本发明与现有技术相比，其显著优点和有益效果在于：
23.(1)本发明提出的同步整流器的有源缓冲吸收电路，利用驱动单元在同步整流器关断期间驱动有源缓冲吸收单元中的有源吸收电容吸收同步整流器的尖峰电压，减少额外损耗，提高开关器件的性能。
24.(2)本发明提出的同步整流器的有源缓冲吸收电路中的驱动单元由于含有具有电流放大作用的三极管，因而具有较强的电流驱动能力。
25.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为本发明的实施例1的电路示意图。
28.图2为本发明的实施例1中的电路的电压及电流波形示意图。
29.图3为本发明的实施例2的电路示意图。
具体实施方式
30.容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域
的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。相反，提供这些实施例的目的是为了使本领域的技术人员更透彻地理解本发明。下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的创新构思。
31.实施例1
32.如图1所示，为本发明的同步整流器的有源缓冲吸收电路的一个较佳的实施例，包括有源缓冲吸收单元和驱动单元；
33.所述有源缓冲吸收单元用于降低同步整流器关闭时造成的电压尖峰，所述驱动单元用于控制有源缓冲吸收单元的工作；
34.所述有源缓冲吸收单元连接至一个同步整流器qs，驱动单元与有源缓冲吸收单元连接。
35.本实施例中同步整流器qs为功率mosfet，同步整流器qs的漏极与变压器t的二次侧线圈w1连接。
36.所述驱动单元连接至变压器t，驱动单元包括变压器t的辅助线圈ws、第二二极管ds、电容cs、三极管qs1、第一电阻rs1、第二电阻rs2、第三电阻rs3；
37.变压器t的辅助线圈ws与第二二极管ds的正极连接，第二二极管ds的负极与第一电阻rs1的一端连接，第一电阻rs1的另一端连接至辅助线圈ws；
38.第二二极管ds的负极还与电容cs的一端连接，电容cs的另一端同时与第二电阻rs2的一端以及三极管qs1的基极连接，第二电阻rs2的另一端连接至辅助线圈ws；三极管qs1的集电极与第二二极管ds的负极连接，三极管qs1的发射极与有源缓冲吸收单元连接。
39.所述有源缓冲吸收单元包括有源吸收管sw1、第一二极管dw1、有源吸收电容cw1，本实施例中有源吸收管sw1为一个三极管bjt；
40.所述有源吸收管sw1的集电极连接至驱动单元的三极管qs1的发射极，有源吸收管sw1的发射极连接至变压器t的辅助线圈ws，有源吸收管sw1的发射极和集电极之间还并联第三电阻rs3；
41.有源吸收管sw1的集电极还同时连接至同步整流器qs的漏极和第一二极管dw1的正极，有源吸收管sw1的基极与第一二极管dw1的负极连接后与有源吸收电容cw1的一端连接，有源吸收电容cw1的另一端连接同步整流器qs的源极，同步整流器qs的源极接地。
42.当同步整流器qs关断时，漏极和源极之间产生尖峰电压，有源缓冲吸收电路中的驱动单元驱动有源缓冲吸收单元吸收同步整流器qs产生的尖峰能量。
43.具体来说，当同步整流器qs关断后，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压为正，驱动单元开始工作；
44.此时驱动单元中的电容cs通过辅助线圈ws、第二二极管ds和第二电阻rs2开始充电，第二电阻rs2上的电压通过三极管qs1的放大后施加到有源吸收管sw1，并达到有源吸收管sw1的驱动电压，此时有源吸收管sw1导通，有源缓冲吸收单元在驱动单元的驱动下开始工作；
45.有源吸收管sw1导通后，有源吸收电容cw1首先通过第一二极管dw1吸收并储存同步整流器qs关断时产生的尖峰能量，之后通过有源吸收管sw1将吸收和储存的尖峰能量释
放回到同步整流器qs的漏极和源极上，以此降低同步整流器qs关断时造成的尖峰电压。
46.之后，随着电容cs持续的充电，第二电阻rs2上的电压持续降低，使得有源吸收管sw1的栅极电压持续降低至逻辑低电位，直到低于有源吸收管sw1的驱动电压，使得有源吸收管sw1关闭，有源吸收电容cw1此时失去放电回路，保持电压，直至下次同步整流管qs的关断，有源缓冲吸收单元的工作结束。
47.值得注意的是，此处有源吸收管sw1关闭的时间需要早于同步整流管qs开通的时间，以避免有源吸收电容cw1因为有源吸收管sw1的开通而造成的电压过度释放，有源吸收管sw1开通的时间t通过电容cs和第二电阻rs2来控制：
48.vgsqa＝vws*exp(-t/rc)
49.其中，vws表示辅助线圈ws的电压，vgsqa表示第二电阻rs2上的电压，rc表示电容cs和第二电阻rs2组成rc电路的时间常数，当vgsqa的值低于有源吸收管sw1的驱动电压vgs时，有源吸收管sw1将关闭，时间常数rc越小，有源吸收管sw1的开通时间越短。
50.之后，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压由正转负，此时第二二极管ds处于截止状态，三极管qs1也处于截止状态；
51.驱动单元内的电容cs上的电压通过第一电阻rs1和第二电阻rs2放电，第二电阻rs2产生负向电压；
52.电容cs上的电压需要在同步整流器qs再次关断前泄放至零，此处泄放时间与第一电阻rs1、第二电阻rs2和电容cs组成的rc电路的时间常数有关，时间常数越小，电压泄放越快。
53.第二电阻rs2上的负向电压由于三极管qs1也处在截止状态，不会施加到有源吸收管sw1，有源吸收管sw1也会维持在逻辑低电位，有源吸收管sw1保持关闭状态，直到同步整流器qs再次关断。
54.下面结合图2对本实施例的工作过程作详细的描述，图中vw1表示变压器t的二次侧线圈w1上的电压，vgs_qs表示同步整流器qs的驱动电压，vws表示辅助线圈ws上的电压，vgs_qa表示有源吸收管sw1的驱动电压，ica和vca分别表示有源吸收电容cw1上的充放电电流和电压，vds_qs表示同步整流器qs的漏-源极间电压。
55.当t＝t0时，同步整流器qs关断；
56.当t＝t1时，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压为正，此时驱动单元中的电容cs通过辅助线圈ws、第二二极管ds和第二电阻rs2开始充电，第二电阻rs2上的电压通过三极管qs1的放大后施加到有源吸收管sw1的栅极，并达到有源吸收管sw1的驱动电压，此时有源吸收管sw1导通，有源缓冲吸收单元在驱动单元的驱动下开始工作；
57.t1至t4时刻，有源吸收电容cw1通过第一二极管dw1吸收并储存同步整流器qs关断时产生的尖峰能量，并通过有源吸收管sw1将吸收和储存的尖峰能量释放回到同步整流器qs的漏极和源极上，以此降低同步整流器qs关断时造成的尖峰电压；
58.同时，随着电容cs持续的充电，第二电阻rs2上的电压持续降低，使得有源吸收管sw1的栅极电压持续降低至逻辑低电位，直到低于有源吸收管sw1的驱动电压，使得有源吸收管sw1关闭，有源吸收电容cw1此时失去放电回路，保持电压，直至下次同步整流管qs的关断，有源缓冲吸收单元的工作结束。
59.当t＝t5时，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压由正转负，驱动单元内
的电容cs上的电压通过第一电阻rs1和第二电阻rs2放电，第二电阻rs2产生负向电压，有源吸收管sw1保持关闭状态，直到下一个操作周期来临。
60.可以看出，本实施例中，有源缓冲吸收单元中的有源吸收管sw1在驱动单元的驱动下，在同步整流器qs的关闭期间导通一段时间，在这段时间内，有源吸收电容cw1可以吸收同步整流器qs关断产生的电压尖峰，有效的减少额外损耗，提高开关器件的性能。
61.实施例2
62.如图3所示，为本发明的同步整流器的有源缓冲吸收电路的一个较佳的实施例，与实施例1相比不同的是，本电路中的有源吸收管sw1采用了mosfet，此时有源缓冲吸收单元中不需要使用第一二极管dw1，有源吸收管sw1作为mosfet中寄生的体二极管可以代替实施例1中第一二极管dw1的功能。
63.当同步整流器qs关断时，漏极和源极之间产生尖峰电压，有源缓冲吸收电路中的驱动单元驱动有源缓冲吸收单元吸收同步整流器qs产生的尖峰能量。
64.具体来说，当同步整流器qs关断后，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压为正，驱动单元开始工作；
65.此时驱动单元中的电容cs通过辅助线圈ws、第二二极管ds和第二电阻rs2开始充电，第二电阻rs2上的电压通过三极管qs1的放大后施加到有源吸收管sw1的栅极，并达到有源吸收管sw1的驱动电压，此时有源吸收管sw1导通，有源缓冲吸收单元在驱动单元的驱动下开始工作；
66.有源吸收管sw1导通后，有源吸收电容cw1首先通过有源吸收管sw1的体二极管吸收并储存同步整流器qs关断时产生的尖峰能量，之后再通过有源吸收管sw1将吸收和储存的尖峰能量释放回到同步整流器qs的漏极和源极上，以此降低同步整流器qs关断时造成的尖峰电压。
67.之后，随着电容cs持续的充电，第二电阻rs2上的电压持续降低，使得有源吸收管sw1的栅极电压持续降低至逻辑低电位，直到低于有源吸收管sw1的驱动电压，使得有源吸收管sw1关闭，有源吸收电容cw1此时失去放电回路，保持电压，直至下次同步整流管qs的关断，有源缓冲吸收单元的工作结束。
68.值得注意的是，此处有源吸收管sw1关闭的时间需要早于同步整流管qs开通的时间，以避免有源吸收电容cw1因为有源吸收管sw1的开通而造成的电压过度释放，有源吸收管sw1开通的时间t通过电容cs和第二电阻rs2来控制：
69.vgsqa＝vws*exp(-t/rc)
70.其中，vws表示辅助线圈ws的电压，vgsqa表示第二电阻rs2上的电压，rc表示电容cs和第二电阻rs2组成rc电路的时间常数，当vgsqa的值低于有源吸收管sw1的驱动电压vgs时，有源吸收管sw1将关闭，时间常数rc越小，有源吸收管sw1的开通时间越短。
71.之后，变压器t的辅助线圈ws和二次侧线圈w1的电压由正转负，此时第二二极管ds处于截止状态，三极管qs1也处于截止状态；
72.驱动单元内的电容cs上的电压通过第一电阻rs1和第二电阻rs2放电，第二电阻rs2产生负向电压；
73.电容cs上的电压需要在同步整流器qs再次关断前泄放至零，此处泄放时间与第一电阻rs1、第二电阻rs2和电容cs组成的rc电路的时间常数有关，时间常数越小，电压泄放越
快。
74.第二电阻rs2上的负向电压由于三极管qs1也处在截止状态，不会施加到有源吸收管sw1的栅极，有源吸收管sw1的栅极会维持在逻辑低电位，有源吸收管sw1保持关闭状态，直到同步整流器qs再次关断。
75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
76.应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。
77.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
78.应当理解，可以对本发明的一个实施例的设备中包括的模块、单元、组件等进行自适应性地改变以把它们设置在与该实施例不同的设备中。可以把实施例的设备包括的不同模块、单元或组件组合成一个模块、单元或组件，也可以把它们分成多个子模块、子单元或子组件。
79.本发明的实施例中的模块、单元或组件可以以硬件方式实现，也可以以一个或者多个处理器上运行的软件方式实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp来实现根据本发明实施例。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的计算机程序产品或计算机可读介质上。