同步整流電能變換裝置，驅動電路和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開的實施方式涉及直流轉直流(DC-DC)電能變換裝置，特別涉及一種正激自驅動同步整流電能變換裝置，改進的驅動電路以及相關方法。
【背景技術】
[0002]正激自驅動同步整流裝置，作為直流轉直流電能變換裝置的一種，已經(jīng)在諸多領域，包括但不限于，工控設備，通訊設備，數(shù)據(jù)中心服務器等，取得較為廣泛的應用。該類型同步整流裝置可以將在較寬輸入范圍內提供的直流電壓變換成恒定的直流輸出電壓，以提供給負載。但傳統(tǒng)的正激自驅動同步整流裝置的驅動電路存在著損耗較大的問題以及由此引發(fā)的散熱問題，特別是在輸入端的電壓值為高電壓時，驅動電路的損耗問題以及散熱問題變得更加突出。

【發(fā)明內容】

[0003]有鑒于上文提及之技術問題或者技術需求，本發(fā)明的一個方面在于提供一種電能變換裝置。該電能變換裝置包括主側功率電路，次側功率電路以及同步整流驅動電路。該主側功率電路包括主側線圈繞組以及與該主線圈繞組串聯(lián)連接的主開關，該主開關被配置成在主開關驅動信號的作用下執(zhí)行開關動作。該次側功率電路包括次側線圈繞組，至少一個同步整流開關以及輸出電感線圈繞組，該次側線圈繞組與該主側線圈繞組感應連接并與該主側線圈繞組形成第一磁耦合連接。該同步整流驅動電路包括第一輔助線圈繞組和與該第一輔助線圈繞組串聯(lián)連接的第二輔助線圈繞組，該第一輔助線圈繞組與該主側線圈繞組感應連接并與該主側線圈繞組形成第二磁耦合連接，該第二輔助線圈繞組與該輸出電感線圈繞組感應連接并與該輸出電感線圈繞組形成第三磁耦合連接。
[0004]在提供的電能變換裝置中，該至少一個同步整流開關包括同步整流開關和同步續(xù)流開關。該同步整流開關和該同步續(xù)流開關被配置成以互補方式執(zhí)行開關動作，其中該同步整流開關在該主開關處于開通狀態(tài)時被開通，并且該同步整流開關在該主開關處于關斷狀態(tài)時被關斷。
[0005]在提供的電能變換裝置中，該同步整流驅動電路包括驅動電路開關。該驅動電路開關電連接在該第一輔助線圈繞組的第一端和該同步整流開關的柵極之間，該第一輔助線圈繞組的第二端與該第二輔助線圈繞組的第一端電連接，該第一輔助線圈繞組的第二端還與該同步續(xù)流開關的柵極電連接，該第二輔助線圈繞組的第二端接地。
[0006]在提供的電能變換裝置中，在該主開關被開通時，該第一輔助線圈繞組的第一端所感應產(chǎn)生的第一電壓與該第二輔助線圈繞組的第二端所感應產(chǎn)生的第二電壓同相位。
[0007]在提供的電能變換裝置中，該驅動電路開關的柵極被作用一恒定偏置電壓。
[0008]在提供的電能變換裝置中，該同步整流驅動電路包括第一二極管和第一電阻，該第一二極管的正端與第一輔助線圈繞組和第二輔助線圈繞組之間的共同連接點電連接，該第一二極管的負端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。該第一電阻一端與該第一輔助線圈繞組和第二輔助線圈繞組的共同連接點電連接，該第一電阻的另一端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。
[0009]在提供的電能變換裝置中，該次側功率電路包括第一二極管，該第一二極管的正端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接，該第一二極管的負端與該同步整流開關的漏極電連接。
[0010]在提供的電能變換裝置中，該主側線圈繞組，次側線圈繞組，第一輔助線圈繞組，輸出電感線圈繞組以及第二輔助線圈繞組被設置成滿足以下公式:N_aS/N_p-N_S/N_p.N_al/N_l = 0，其中，N_p為該主側線圈繞組的匝數(shù)，N_s為該次側線圈繞組的匝數(shù)，N_as為該第一輔助線圈繞組的匝數(shù)，N_1為該輸出電感線圈繞組的匝數(shù)，N_al為該第二輔助線圈繞組的匝數(shù)。
[0011]在提供的電能變換裝置中，該同步整流驅動電路包括第一二極管和第二二極管，該第一二極管的正端與該第一輔助線圈繞組和第二輔助線圈繞組之間的共同連接點電連接，該第一二極管的負端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。該第二二極管的正端與該第一輔助線圈繞組的第一端電連接，該第二二極管的負端與該同步整流開關的柵極電連接。
[0012]在提供的電能變換裝置中，該同步整流驅動電路包括第一電阻和第二電阻，該第一電阻的一端與該第一輔助線圈繞組和第二輔助線圈繞組之間的共同連接點電連接，該第一電阻的另一端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。該第二電阻的一端與該第一輔助線圈繞組的第一端電連接，該第二電阻的另一端與該同步整流開關的柵極電連接。
[0013]在提供的電能變換裝置中，該次側功率電路包括第一二極管和第二二極管，該第一二極管的正端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接，該第一二極管的負端與該同步整流開關的漏極電連接。該第二二極管的正端與該同步整流開關的柵極電連接，該第二二極管的負端與該第一輔助線圈繞組的第一端電連接。
[0014]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種正激型自驅動直流轉直流同步整流裝置。該同步整流裝置包括變壓器，同步整流開關，同步續(xù)流開關，輸出電感線圈繞組以及檢測繞組。該變壓器包括主側線圈繞組，次側線圈繞組和第一輔助線圈繞組，該主側線圈繞組，次側線圈繞組和第一輔助線圈繞組繞設于同一磁芯，該次側線圈繞組包括第一端和第二端，該第一輔助線圈繞組包括第一端和第二端。該同步整流開關包括源極，漏極和柵極，該同步整流開關的漏極與該次側線圈繞組的第二端電連接，該同步整流開關的柵極與該第一輔助線圈繞組的第一端電連接。該同步續(xù)流開關包括源極，漏極以及柵極，該同步續(xù)流開關的源極與該同步整流開關的源極電連接，該同步續(xù)流開關的漏極與該次側線圈繞組的第一端電連接。該輸出電感線圈繞組與該次側線圈繞組電連接。該第二輔助線圈繞組與該輸出電感線圈繞組感應連接，該第二輔助線圈繞組包括第一端和第二端，該第二輔助線圈繞組的第一端與該第一輔助線圈繞組的第二端電連接，該第二輔助線圈繞組的第一端還與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。
[0015]在提供的同步整流裝置中，該第一輔助線圈繞組的第一端產(chǎn)生的電壓與該第二輔助線圈繞組的第二端產(chǎn)生的第二電壓具有相同的極性。
[0016]在提供的同步整流裝置中，該同步整流裝置還包括驅動電路開關，該驅動電路開關包括源極，漏極和柵極，該驅動電路開關的漏極與該第一輔助線圈繞組的第一端電連接，該驅動電路開關的源極與該同步整流開關的柵極電連接，該驅動電路開關的柵極與恒定電壓源電連接。
[0017]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種同步整流裝置的驅動電路。該驅動電路被配置成向同步整流開關提供驅動信號以使該同步整流開關導通或者關斷，該驅動電路還被配置成向同步續(xù)流開關提供驅動信號以使該同步續(xù)流開關開通或者關斷。該驅動電路包括第一線圈繞組和第二線圈繞組，該第一線圈繞組和該第二線圈繞組串聯(lián)連接，該第一線圈繞組的第一端與該同步整流開關的柵極電連接，該第一線圈繞組的第二端與該第二線圈繞組的第一端電連接形成共同連接點，該共同連接點與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。該第二線圈繞組的第二端與該同步續(xù)流開關的源極電連接，該第一線圈繞組的第一端產(chǎn)生的第一電壓與該第二線圈繞組的第一端產(chǎn)生的第二電壓具有相反的極性。
[0018]在提供的驅動電路中，該驅動電路包括第一二極管和第二二極管，該第一二極管的正端與該共同連接點電連接，該第一二極管的負端與該同步續(xù)流開關的柵極電連接。該第二二極管的正端與該第一線圈繞組的第一端電連接，該第二二極管的負端與該同步整流開關的柵極電連接。
[0019]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種用于同步整流裝置的無有源器件驅動電路，該無有源器件驅動電路被配置成向同步整流開關提供驅動信號以使該同步整流開關導通或者關斷，該無有源器件驅動電路還被配置成向同步續(xù)流開關提供驅動信號以使該同步續(xù)流開關開通或者關斷。該無有源器件驅動電路包括第一線圈繞組和第二線圈繞組，該第一線圈繞組和該第二線圈繞組串聯(lián)連接，該第一線圈繞組的第一端與該同步整流開關的柵極電連接，該第一線圈繞組的第二端與該第二線圈繞組的第一端電連接形成共同連接點，該共同連接點與該同步續(xù)流開關的柵極電連接，該第二線圈繞組的第二端與該同步續(xù)流開關的源極電連接，該第一線圈繞組的第一端產(chǎn)生的第一電壓與該第二線圈繞組的第一端產(chǎn)生的第二電壓具有相反的極性。
[0020]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種方法，其用于控制電能變換裝置的運行。該方法至少包括如下步驟:響應作用到電能變換裝置中的主開關的開通信號，在第一輔助線圈繞組的第一端提供具有正極性的第一驅動電壓；響應作用到電能變換裝置中的主開關的開通信號，在第二輔助線圈繞組的第一端提供具有負極性的第二驅動電壓，其中，該第二輔助線圈繞組與該電能變換裝置中的輸出電感線圈感應連接，并且該第二輔助線圈繞組與該第一輔助線圈繞組串聯(lián)連接；以及將該第一驅動電壓和該第二驅動電壓結合后施加至該電能變換裝置中的同步整流開關，以開通該同步整流開關。
[0021]在一些實施方式中，在該提供的方法中，該方法還包括如下步驟:提供該具有負極性的第二驅動電壓至該電能變換裝置中的同步續(xù)流開關，以將該同步續(xù)流開關關斷。
[0022]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種方法，其用于控制電能變換裝置的運行。該方法至少包括如下步驟:響應作用到電能變換裝置中的主開關的開通信號，在第一輔助線圈繞組的第一端提供具有負極性的第一驅動電壓；響應作用到電能變換裝置中的主開關的開通信號，在第二輔助線圈繞組的第一端提供具有正極性的第二驅動電壓，其中，該第二輔助線圈繞組與該電能變換裝置中的輸出電感線圈感應連接，并且該第二輔助線圈繞組與該第一輔助線圈繞組串聯(lián)連接；以及將該第一驅動電壓和該第二驅動電壓結合后施加至該電能變換裝置中的同步整流開關，以關斷該同步整流開關。
[0023]在一些實施方