一种波峰波谷开通控制方法及控制器发明专利

专利名称：一种波峰波谷开通控制方法及控制器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111053955.X

专利申请（专利权）人：广州金升阳科技有限公司
权利人地址：广东省广州市黄埔区南云四路8号

专利发明（设计）人：请求不公布姓名

专利摘要：本发明公开了一种波峰波谷开通控制方法及控制器，应用于同步整流电路，同步整流电路包括主开关管、同步整流管和储能电感，包括如下步骤：获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻；在该结束时刻对储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；根据同步整流电路的工作状态，以及预定的条件，选择执行如下动作之一：在比较结果信号翻转时刻开始计时，在第一预定时间结束后，控制主开关管在主开关管与同步整流管连接节点的波峰或波谷处开通；在比较结果信号翻转时刻开始计时，在第二预定时间结束后，控制同步整流管在主开关管与同步整流管连接节点的波峰或波谷处开通。本发明能提高开关变换器的功率密度和效率，减小体积，降低EMI和成本。

主权利要求：
1.一种波峰波谷开通控制方法，应用于同步整流电路，所述的同步整流电路包括主开关管、同步整流管和储能电感，其特征在于，所述的波峰波谷开通控制方法，包括如下步骤：获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻；
在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；
在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的同步整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：当所述的同步整流电路的工作状态为降压，以及：
当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通；
当Vin‑Vth>2*Vo时，在第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；
其中Vin为所述的同步整流电路的输入电压、Vo为所述的同步整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。
2.根据权利要求1所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：通过限频定时器获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻。
3.根据权利要求1所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号。
4.根据权利要求1所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
5.根据权利要求1所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：通过第二定时器获得所述的第二预定时间，所述的第二定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
6.根据权利要求1至5任一项所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：当所述的同步整流电路的工作状态为升压，以及：当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；
当2*Vin‑Vth>Vo时，在所述的第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通。
7.一种波峰波谷开通控制方法，应用于二极管整流电路，所述的二极管整流电路包括主开关管、整流二极管和储能电感，其特征在于，所述的波峰波谷开通控制方法，包括如下步骤：获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；
在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；
在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的二极管整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：当所述的二极管整流电路的工作状态为降压，以及：
当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波峰处开通；
其中Vin为所述的二极管整流电路的输入电压、Vo为所述的二极管整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。
8.根据权利要求7所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：通过限频定时器获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号；通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
9.根据权利要求7至8任一项所述的波峰波谷开通控制方法，其特征在于：当所述的二极管整流电路的工作状态为升压，以及：当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波谷处开通。
10.一种波峰波谷开通控制器，应用于同步整流电路，所述的同步整流电路包括主开关管、同步整流管和储能电感，其特征在于，所述的波峰波谷开通控制器，包括如下单元：触发单元，获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻；
比较单元，用于在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；
执行单元，用于在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的同步整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：当所述的同步整流电路的工作状态为降压，以及：
当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通；
当Vin‑Vth>2*Vo时，在第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；
其中Vin为所述的同步整流电路的输入电压、Vo为所述的同步整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。
11.根据权利要求10所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：所述的触发单元通过限频定时器获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻。
12.根据权利要求10所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：所述的比较单元通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号。
13.根据权利要求10所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：所述的执行单元通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
14.根据权利要求10所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：所述的执行单元通过第二定时器获得所述的第二预定时间，所述的第二定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
15.根据权利要求10至13任一项所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：当所述的同步整流电路的工作状态为升压，以及：当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；
当2*Vin‑Vth>Vo时，在所述的第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通。
16.一种波峰波谷开通控制器，应用于二极管整流电路，所述的二极管整流电路包括主开关管、整流二极管和储能电感，其特征在于，所述的波峰波谷开通控制器，包括如下单元：触发单元，用于获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；
比较单元，用于在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；
执行单元，用于在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的二极管整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：当所述的二极管整流电路的工作状态为降压，以及：
当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波峰处开通；
其中Vin为所述的二极管整流电路的输入电压、Vo为所述的二极管整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。
17.根据权利要求16所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：所述的触发单元通过限频定时器获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；所述的比较单元通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号；所述的执行单元通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。
18.根据权利要求16至17任一项所述的波峰波谷开通控制器，其特征在于：当所述的二极管整流电路的工作状态为升压，以及：当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波谷处开通。 说明书 : 一种波峰波谷开通控制方法及控制器技术领域[0001] 本发明涉及开关电源，特别涉及波峰波谷开通控制方法及控制器。背景技术[0002] 随着电源技术的发展，高频、高效率、高功率密度的同步整流电路已经成为一种趋势，硬开关技术在高频开关时开关损耗较大，降低了电路的效率，电磁干扰问题也较为严重，为解决该问题，软开关技术被发展并逐渐应用在变换器中以降低开关损耗和EMI噪声，具体地，主要是指零电压开关(ZVS)技术以实现MOS管的零电压开通。[0003] 以准谐振反激电路为例：在变压器原边电感和主开关管的寄生电容谐振的波谷开通主开关管，可实现主开关管ZVS开通，由于变压器原边电感量比较大，所以谐振周期长，控制电路有足够的时间实现从波谷检测，内部逻辑处理到波谷开通主开关管。[0004] 但是对于图1a和图1b所示的同步整流电路，其中，图1为降压同步整流电路，图1b为升压同步整流电路，当开关频率较高时，如大于500KHz，同步整流电路工作在断续模式且储能电感L1完成去磁后，储能电感L1与开关管Q1和开关管Q2的寄生电容开始谐振，谐振频率达到10MHz左右，在如此高的谐振频率下进行波峰或波谷检测并在波峰或波谷处开通开关管，以实现开关管的ZVS开通，对控制器的性能，功率电路的参数匹配提出了极高的要求，目前尚未有文献提及或产品实现此功能。发明内容[0005] 有鉴于此，本发明解决的技术问题在于：提出一种波峰波谷开通控制器及控制方法，以保证采用同步整流技术的开关电源工作在断续模式时，主开关管和同步整流管刚好在波峰或波谷开通，实现ZVS开通，降低EMI，提高开关电源的效率。[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：[0007] 针对同步整流电路应用场景，本发明提供的波峰波谷开通控制方法的技术方案如下：[0008] 一种波峰波谷开通控制方法，应用于同步整流电路，所述的同步整流电路包括主开关管、同步整流管和储能电感，其中，所述的波峰波谷开通控制方法，包括如下步骤：[0009] 获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻；[0010] 在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；[0011] 在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的同步整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：[0012] 当所述的同步整流电路的工作状态为降压，以及：[0013] 当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通；[0014] 当Vin‑Vth>2*Vo时，在第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；[0015] 其中Vin为所述的同步整流电路的输入电压、Vo为所述的同步整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。[0016] 优选地，通过限频定时器获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻。[0017] 优选地，通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号。[0018] 优选地，通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0019] 优选地，通过第二定时器获得所述的第二预定时间，所述的第二定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0020] 进一步地，当所述的同步整流电路的工作状态为升压，以及：[0021] 当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第二预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；[0022] 当2*Vin‑Vth>Vo时，在所述的第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通。[0023] 针对二极管整流电路应用场景，本发明提供的波峰波谷开通控制方法的技术方案如下：[0024] 一种波峰波谷开通控制方法，应用于二极管整流电路，所述的二极管整流电路包括主开关管、整流二极管和储能电感，其中，所述的波峰波谷开通控制方法，包括如下步骤：[0025] 获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；[0026] 在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；[0027] 在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的二极管整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：[0028] 当所述的二极管整流电路的工作状态为降压，以及：[0029] 当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波峰处开通；[0030] 其中Vin为所述的二极管整流电路的输入电压、Vo为所述的二极管整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。[0031] 优选地，通过限频定时器获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号；通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0032] 进一步地，当所述的二极管整流电路的工作状态为升压，以及：[0033] 当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波谷处开通。[0034] 针对同步整流电路应用场景，本发明提供的波峰波谷开通控制器的技术方案如下：[0035] 一种波峰波谷开通控制器，应用于同步整流电路，所述的同步整流电路包括主开关管、同步整流管和储能电感，其中，所述的波峰波谷开通控制器，包括如下单元：[0036] 触发单元，获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻；[0037] 比较单元，用于在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；[0038] 执行单元，用于在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的同步整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：[0039] 当所述的同步整流电路的工作状态为降压，以及：[0040] 当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通；[0041] 当Vin‑Vth>2*Vo时，在第二预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；[0042] 其中Vin为所述的同步整流电路的输入电压、Vo为所述的同步整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。[0043] 优选地，所述的触发单元通过限频定时器获得同步整流电路的最高开关频率限制结束时刻。[0044] 优选地，所述的比较单元通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号。[0045] 优选地，所述的执行单元通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0046] 优选地，所述的执行单元通过第二定时器获得所述的第二预定时间，所述的第二定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0047] 进一步地，当所述的同步整流电路的工作状态为升压，以及：[0048] 当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波谷处开通；[0049] 当2*Vin‑Vth>Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的同步整流管在所述的主开关管与所述的同步整流管连接节点的波峰处开通。[0050] 针对二极管整流电路应用场景，本发明提供的波峰波谷开通控制器的技术方案如下：[0051] 一种波峰波谷开通控制器，应用于二极管整流电路，所述的二极管整流电路包括主开关管、整流二极管和储能电感，其中，所述的波峰波谷开通控制器，包括如下单元：[0052] 触发单元，用于获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；[0053] 比较单元，用于在所述的结束时刻对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得比较结果信号；[0054] 执行单元，用于在所述的比较结果信号翻转时刻开始计时，根据所述的二极管整流电路的工作状态，按如下条件执行如下动作：[0055] 当所述的二极管整流电路的工作状态为降压，以及：[0056] 当Vin‑Vth<＝2*Vo时，在第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波峰处开通；[0057] 其中Vin为所述的二极管整流电路的输入电压、Vo为所述的二极管整流电路的输出电压、Vth为一大于或等于0V的设定电压。[0058] 优选地，所述的触发单元通过限频定时器获得所述的二极管整流电路的最高开关频率限制结束时刻；所述的比较单元通过比较器对所述的储能电感两端的电压进行比较，获得所述的比较结果信号；所述的执行单元通过第一定时器获得所述的第一预定时间，所述的第一定时器由所述的比较结果信号的上升沿使能或者由所述的比较结果信号的下降沿使能。[0059] 进一步地，当所述的二极管整流电路的工作状态为升压以及：[0060] 当2*Vin‑Vth<＝Vo时，在所述的第一预定时间结束后，控制所述的主开关管在所述的主开关管与所述的整流二极管连接节点的波谷处开通。[0061] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：[0062] 利用整流电路储能电感一端的电压Vs谐振波形的每个周期保持不变，且以储能电感另一端电压为中心进行谐振的特点，不直接进行波峰或波谷检测，而是在整流电路最高开关频率限制结束时刻通过对储能电感两端电压进行比较，利用比较结果信号控制整流电路中开关管的导通，从而使得整流电路工作在断续模式下，可在主开关管与整流管连接节点的高频谐振的波峰或波谷实现ZVS开通，提高了效率，降低了EMI噪声。附图说明[0063] 图1a为现有降压同步整流电路原理图；[0064] 图1b为现有升压同步整流电路原理图；[0065] 图2为本发明的波峰波谷开通控制器在同步整流电路中的应用原理图；[0066] 图3为本发明第一实施例涉及的同步整流电路工作在波峰开通模式的时序图；[0067] 图4为本发明图3在时间轴局部放大的时序图；[0068] 图5为本发明波峰波谷开通控制器的第一种内部电路原理图(定时器共用相同的比较器输出使能信号)；[0069] 图6为本发明第一实施例涉及的同步整流电路工作在波谷开通模式的时序图；[0070] 图7为本发明波峰波谷开通控制器的第二种内部电路原理图(比较器输出上升沿和下降沿使能信号分别对定时器使能)；[0071] 图8为本发明波峰波谷开通控制器的第三种内部电路原理图(定时器的使能信号来自各自的比较器)；[0072] 图9为本发明波峰波谷开通控制器的第四种内部电路原理图(仅实现主开关管的波峰或波谷开通)；[0073] 图10为本发明波峰波谷开通控制器的第五种内部电路原理图(仅实现同步整流管的波峰或波谷开通)；[0074] 图11为本发明第二实施例涉及的同步整流电路工作在波谷开通模式的时序图；[0075] 图12为本发明第二实施例涉及的同步整流电路工作在波峰开通模式的时序图；[0076] 上述附图并不限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。具体实施方式[0077] 图2所示为本发明的波峰波谷开通控制器在同步整流电路中的应用原理图，同步整流电路包括、第一电压传输端口P1、第二电压传输端口P2、接地端口GND开关管Q1、开关管Q2以及储能电感L1；[0078] 开关管Q1的漏极用于连接第一电压传输端口P1，开关管Q1的源极同时连接开关管Q2的漏极和储能电感L1的一端，储能电感L1的另一端用于连接第二电压传输端口P2，开关管Q2的源极用于连接接地端口GND；[0079] 当同步整流电路工作在降压时，第一电压传输端口P1为接收输入电压Vin的端口、第二电压传输端口P2为输出调整后的电压Vo的端口，主开关管为开关管Q1，同步整流管为开关管Q2；[0080] 当同步整流电路工作在升压时，第二电压传输端口P2为接收输入电压Vin的端口、第一电压传输端口P1为输出调整后的电压Vo的端口，主开关管为开关管Q2，同步整流管为开关管Q1。[0081] 波峰波谷开通控制器集成于同步整流电路的控制IC内，至少包括比较器和定时器，波峰波谷开通控制器在同步整流电路最高开关频率限制结束时刻通过比较器对储能电感L1两端采样得到的电压进行比较，在比较器输出信号的上升或下降沿时刻使能定时器，定时器定时结束时可在储能电感L1一端Vs的波峰或波谷处实现主开关管或同步整流管的软开通。[0082] 图2中的Coss1和Coss2分别为开关管Q1和开关管Q2的寄生输出电容，为了方便描述单独绘制出来。[0083] 当同步整流电路的储能电感L1完成去磁后，储能电感L1与开关管Q1的寄生电容Coss1和开关管Q2的寄生电容Coss2开始谐振，由于储能电感L1一端的电压Vs的谐振频率高且存在阻尼衰减，难以实现波峰或波谷检测并在波峰或波谷处开通开关管，本发明利用储能电感L1一端的电压Vs谐振波形的每个周期保持不变且以储能电感L1另一端电压为中心进行谐振的特点，不直接进行波峰或波谷检测，波峰波谷开通控制器在同步整流电路最高开关频率限制结束时刻通过比较器对储能电感L1两端电压进行比较，在比较器输出信号的上升或下降沿时刻使能定时器，定时器的定时时间叠加波峰波谷开通控制器的采样，比较，逻辑处理和驱动等所有延时为 (n为大于等于零的整数，T为谐振周期)，定时器的定时时间可通过波峰波谷开通控制器的外部引脚进行设定，也可采用数字电路形式烧录到控制IC内部。在定时器定时结束时可在储能电感L1一端的电压Vs谐振的波峰或波谷处开通主开关管或同步整流管，实现开关管的软开通。[0084] 为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。[0085] 第一实施例[0086] 本实施例的同步整流电路工作在降压状态，主开关管为开关管Q1，同步整流管为开关管Q2，本实施例中，当输入电压Vin、输出电压Vo和阈值电压Vth满足关系式：Vin‑Vth<＝2*Vo时，当同步整流电路的储能电感L1完成去磁后，波峰波谷开通控制器在Vs谐振的波峰处开通主开关管Q1；当输入电压Vin、输出电压Vo和阈值电压Vth满足关系式：Vin‑Vth>2*Vo时，当同步整流电路的储能电感L1完成去磁后，波峰波谷开通控制器在Vs谐振的波谷处开通同步整流管Q2；阈值电压Vth的值大于等于零伏特。[0087] 图3为本发明第一实施例涉及的同步整流电路工作在波峰开通模式的时序图，请参考图3，图3中的Timer为一限频定时器的输出波形，用来限制同步整流电路的最高开关频率，主开关管Q1导通时刻限频定时器Timer使能。Vgs1为主开关管Q1的栅极的控制信号波形，Vgs2为同步整流管Q2的栅极的控制信号波形，iL1为流经储能电感L1的电流波形，VS为储能电感L1一端Vs的电压波形。[0088] Vin的电压范围为18V～75V，以Vin电压为30V，Vo电压为12V，阈值电压Vth为10V为例进行说明，称为工作状态1，储能电感L1在t3时刻去磁结束时关断同步整流管Q2，储能电感L1与寄生电容Coss1和寄生电容Coss2以输出电压Vo为中心谐振，理论上谐振的最低电压为0V，最高电压为2*Vo，由于该工况下Vin‑Vth<＝2*Vo，所以储能电感L1一端Vs的谐振最高电压2*Vo大于Vin‑Vth，从软开关实现的广义定义：当储能电感L1一端Vs的谐振最高电压达到Vin或比Vin低一个较小的阈值电压Vth(Vth大于等于0V)时开通主开关管Q1，可认为主开关管Q1实现了软开通。[0089] 图3所示为同步整流电路在工作状态1、从t0至t0+T一个工作周期T内的具体工作过程，如下：[0090] t0～t1阶段：也称为励磁阶段，t0时刻主开关管Q1导通，限频定时器Timer开始定时，储能电感L1两端的电压等于输入电压Vin减去输出电压Vo，储能电感L1的电流iL1以斜率上升。[0091] t1～t2阶段：t1时刻关断主开关管Q1，储能电感L1的电流iL1给主开关管Q1的寄生电容Coss1充电，给同步整流管Q2的寄生电容Coss2放电，储能电感L1一端Vs的电压从等于输入电压Vin下降为0V，在t2时刻同步整流管Q2实现ZVS开通。[0092] t2～t3阶段：也称为去磁阶段，储能电感L1的电流iL1以斜率 下降，储能电感L1的电流iL1在t3时刻降为零，去磁结束，此刻关断同步整流管Q2，去磁结束时刻t3早于限频定时器timer结束时刻t`。[0093] t3～t0+T阶段：也称为谐振阶段，为了更加详细的描述谐振阶段，按照时间轴对此阶段放大得到图4，请参考图4，从t3时刻开始，储能电感L1一端Vs的电压开始谐振，图5为本发明波峰波谷开通控制器的第一种内部电路原理图，请参考图5，从限频定时器Timer定时结束时刻t`开始，比较储能电感L1两端的电压，在f时刻Vs电压开始从大于Vo变为小于Vo，比较器的输出电压开始翻转，在比较器输出信号的上升沿时刻使能第一定时器，图5中第一定时器在t0+T时刻结束定时并在Vs谐振的波峰处开通主开关管Q1，实现主开关管Q1的软开通，图5中的定时器使能选择模块根据公式Vin‑Vth<＝2*Vo决定了比较器输出信号的上升沿时刻只能使能第一定时器，从f时刻到t0+T时刻可以是图4中的 也可以是或 等。[0094] 本周期结束，下一个工作周期开始，重复上面的阶段。[0095] 上述工作状态1的其它条件不变，仅以Vin电压上升到60V为例进行说明，称为工作状态2，图5中的定时器使能选择模块根据该工况下Vin‑Vth>2*Vo，决定了比较器输出信号的上升沿时刻只能使能第二定时器，在Vs谐振的波谷处开通同步整流管Q2，实现同步整流管Q2的软开通。[0096] 图6为本发明第一实施例涉及的同步整流电路工作在波谷开通模式的时序图，请参考图6，图6所示为工作状态2在一个工作周期T内的具体工作过程，如下：[0097] t0～t3阶段与工作状态1的工作过程相同。[0098] t3～t4阶段：也称为谐振阶段，从t3时刻开始，储能电感L1一端Vs的电压开始谐振，请参考图5，从限频定时器Timer定时结束时刻t`开始比较储能电感L1两端的电压，在f时刻Vs电压开始从大于Vo变为小于Vo，图5中比较器的输出电压开始翻转，在比较器输出信号的上升沿时刻使能第二定时器，第二定时器在t4时刻结束定时，在Vs谐振的波谷处开通同步整流管Q2，实现同步整流管Q2的软开通，从f时刻到t4时刻可以是图6中的 也可以是或 等。[0099] t4～t5阶段：也称为反向阶段，储能电感L1的电流iL1以斜率 从零下降为负电流，在t5时刻关断同步整流管Q2。[0100] t5～t0+T阶段：输出电压Vo通过储能电感L1给主开关管Q1的寄生电容Coss1放电，给同步开关管Q2的寄生电容Coss2充电，储能电感L1一端Vs的电压在t0+T时刻大于Vin‑Vth，实现主开关管Q1的ZVS开通。[0101] 本周期结束，下一个工作周期开始，重复上面的阶段。[0102] 波峰波谷开通控制器的内部电路原理图除了图5的连接形式，还有图7～图10的连接形式，它们的比较器正负输入端的连接关系可以交换，比较器输出信号上升沿使能和下降沿使能可以交换，只需控制逻辑稍作修改即可，由于波峰波谷开通控制器的内部电路原理图连接关系和逻辑关系的排列组合非常多，在本发明的实施例中就不一一说明，接下来仅对图7～图10作简单区别说明：[0103] 图5中的第一定时器和第二定时器采用相同的比较器输出使能信号，图7中的第一定时器和第二定时器采用相反的比较器输出使能信号，图8中的第一定时器和第二定时器采用各自独立的比较器输出使能信号，图9和图10只能实现主开关管Q1或同步整流管Q2的波峰或波谷软开通。[0104] 第二实施例[0105] 本实施例的同步整流电路工作在升压状态，主开关管为开关管Q2，同步整流管为开关管Q1，下面主要针对不同于第一实施例的内容进行描述。[0106] 本实施例中，当输入电压Vin、输出电压Vo和阈值电压Vth满足关系式：2*Vin‑Vth<＝Vo时，称为工作状态3，当同步整流电路的储能电感L1完成去磁后，波峰波谷开通控制器在Vs谐振的波谷处开通主开关管Q2；当输入电压Vin、输出电压Vo和阈值电压Vth满足关系式：2*Vin‑Vth>Vo时，称为工作状态4，当同步整流电路的储能电感L1完成去磁后，波峰波谷开通控制器在Vs谐振的波峰处开通同步整流管Q1；阈值电压Vth的值大于等于零伏特。[0107] 图11为本发明第二实施例涉及的同步整流电路工作在波谷开通模式的时序图，请参考图11，图11所示为同步整流电路工作在升压且2*Vin‑Vth<＝Vo时，从t0至t0+T一个工作周期T内的具体工作过程，如下：[0108] t0～t1阶段：也称为励磁阶段，t0时刻主开关管Q2导通，限频定时器Timer开始定时，储能电感L1的电流iL1以斜率 上升。[0109] t1～t2阶段：t1时刻关断主开关管Q2，储能电感L1的电流iL1给主开关管Q2的寄生电容Coss2充电，给同步整流管Q1的寄生电容Coss1放电，储能电感L1一端Vs的电压从0V上升到输出电压Vo，在t2时刻同步整流管Q1实现ZVS开通。[0110] t2～t3阶段：也称为去磁阶段，储能电感L1两端的电压等于输出电压Vo减去输入电压Vin，储能电感L1的电流iL1以斜率 下降，储能电感L1的电流iL1在t3时刻降为零，去磁结束，此刻关断同步整流管Q1，去磁结束时刻t3早于限频定时器timer结束时刻t`。[0111] t3～t0+T阶段：也称为谐振阶段，从t3时刻开始，储能电感L1一端Vs的电压开始谐振，波峰波谷开通控制器的内部电路原理图可以是图5，图7，图8，图9的任何一种，现以图5为例进行说明，请参考图5，从限频定时器Timer定时结束时刻t`开始比较储能电感L1两端的电压，在f时刻Vs电压开始从大于Vin变为小于Vin，比较器的输出电压开始翻转，在比较器输出信号的上升沿时刻使能第一定时器，图5中第一定时器在t0+T时刻结束定时并在Vs谐振的波谷处开通主开关管Q2，实现主开关管Q2的软开通，图5中的定时器使能选择模块根据公式2*Vin‑Vth<＝Vo决定了比较器输出信号的上升沿时刻只能使能第一定时器。[0112] 本周期结束，下一个工作周期开始，重复上面的阶段。[0113] 图2所示为同步整流电路工作在升压且Vin‑Vth>2*Vo时，对应工作状态4，图5中的定时器使能选择模块根据关系式Vin‑Vth>2*Vo决定了比较器输出信号的上升沿时刻只能使能第二定时器，在Vs谐振的波峰处开通同步整流管Q2，实现同步整流管Q2的软开通。[0114] 图12为本发明第二实施例涉及的同步整流电路工作在波峰开通模式的时序图，请参考图12，图12所示为工作状态4在一个工作周期T内的具体工作过程，如下：[0115] t0～t3阶段与工作状态3的t0～t3阶段工作过程相同。[0116] t3～t4阶段：也称为谐振阶段，从t3时刻开始，储能电感L1一端Vs的电压开始谐振，波峰波谷开通控制器的内部电路原理图可以是图5，图7，图8，图10的任何一种，现以图5为例进行说明，请参考图5，从限频定时器Timer定时结束时刻t`开始比较储能电感L1两端的电压，在e时刻Vs电压开始从小于Vin变为大于Vin，图5中比较器的输出电压开始翻转产生下降沿信号，但是图5中描述的定时器只识别上升沿，因此定时器不动作，在f时刻Vs电压开始从大于Vin变为小于Vin，图5中比较器的输出电压开始翻转，在比较器输出信号的上升沿时刻使能第二定时器，第二定时器在t4时刻结束定时，在Vs谐振的波峰处开通同步整流管Q1，实现同步整流管Q1的软开通。[0117] t4～t5阶段：也称为反向阶段，储能电感L1的电流iL1以斜率 从零下降为负电流，在t5时刻关断同步整流管Q1。[0118] t5～t0+T阶段：储能电感L1给主开关管Q2的寄生电容Coss2放电，给同步开关管Q1的寄生电容Coss1充电，储能电感L1一端Vs的电压在t0+T时刻小于Vth，实现主开关管Q2的ZVS开通。[0119] 本周期结束，下一个工作周期开始，重复上面的阶段。[0120] 需要说明的是，本发明的也适用于二极管整流电路，即将图2中的同步整流管替换为二极管，此时只有主开关管需要控制，控制器相应的电路结构可以删除，也可以不用删除，而将相关引脚悬空、拉高或拉低等，具体的控制过程和控制器内部的结构可以通过第一实施例和第二实施例推知，在此不赘述。[0121] 上述实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干等同替换、改进和润饰，再如根据应用场合的不同，通过器件的简单串并联等手段对电路微调，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2021-09-09

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN113938048B