一種Buck變換器及其反流控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Buck變換器及其反流控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在開關(guān)電源領(lǐng)域，普遍采用同步整流（Synchronous Rectification, SR)技 術(shù)，但采用了 SR技術(shù)的開關(guān)電源的各類拓?fù)潆娐分?，往往存在能量雙向流動(dòng)的問題。
[0003] 以采用SR技術(shù)的降壓型（Buck)變換器為例，如圖1所示。典型的Buck變換器包 括主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2、輸出功率電感L1、濾波電容C1、以及控制電路?？刂齐娐酚?以驅(qū)動(dòng)主開關(guān)管Ql和同步開關(guān)管Q2以互補(bǔ)形式交替導(dǎo)通。在該Buck變換器中，若輸出功 率電感Ll在同步開關(guān)管Q2開通階段的伏秒積大于其在主開關(guān)管Ql開通階段的伏秒積時(shí)， 電流將會(huì)由輸出端流向輸入端，出現(xiàn)電流反向流動(dòng)的現(xiàn)象。
[0004] 這種電流反向流動(dòng)的現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能造成一些問題，特別是當(dāng)Buck變換 器在預(yù)偏置情況下軟啟動(dòng)時(shí)，即Buck變換器在輸出端已經(jīng)存在一定電壓的情況下啟動(dòng)， 且主開關(guān)管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比由〇%逐漸增大、而同步開關(guān)管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比由 100%逐漸減小時(shí)，假設(shè)在啟動(dòng)前輸出功率電感Ll中的電流為IL，由于是軟啟動(dòng)，啟動(dòng)后主 開關(guān)管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比很小，主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通時(shí)間很短，電流IL逐漸上升一個(gè)較 小的值。之后，主開關(guān)管Ql關(guān)斷而同步開關(guān)管Q2導(dǎo)通，受到輸出端預(yù)偏置電壓的作用，輸 出功率電感Ll中儲(chǔ)存的能量經(jīng)過同步開關(guān)管Q2釋放，使得電流IL下降。由于電流IL值 較小，在將為零后，同步開關(guān)管Q2持續(xù)導(dǎo)通，使得電流IL變?yōu)樨?fù)值，即出現(xiàn)電流反向，如圖 2示出了 Buck變換器在預(yù)偏置且采用軟啟動(dòng)技術(shù)時(shí)，主開關(guān)管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VgsU同步開 關(guān)管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs2、以及輸出功率電感的電流IL之間的波形關(guān)系圖。若反向電流太 大，則可能造成器件應(yīng)力過大而導(dǎo)致失效。
[0005] 另外，采用SR技術(shù)的Buck變換器在正常工作時(shí)處于連續(xù)電流模式（Continuous Current Mode, CCM)，當(dāng)負(fù)載降低而出現(xiàn)空載或輕載時(shí)，在每個(gè)開關(guān)周期，主開關(guān)管Ql導(dǎo)通 時(shí)，輸入端向負(fù)載輸出的能量大于負(fù)載實(shí)際所需的能量，因此，通過同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)通， 使得輸出電壓對(duì)輸出功率電感Ll反向激磁，將多余的能量?jī)?chǔ)存在電感中，以保證輸出電壓 平衡在設(shè)定值，如圖3示出了 Buck變換器在空載條件下，主開關(guān)管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VgsU同 步開關(guān)管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs2、以及輸出功率電感的電流IL之間的波形關(guān)系圖。雖然這部 分多余的能量并未消耗在負(fù)載上，但由于能量在雙向傳遞過程中會(huì)帶來額外的銅損，從而 使得空載和輕載條件下的轉(zhuǎn)換效率降低，同時(shí)，由于主開關(guān)管Ql和同步開關(guān)管Q2在每個(gè) 開關(guān)周期均工作，開關(guān)功耗大，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)效率。特別是在采用SR技術(shù)的隔離型直 流-直流變換器中，如果產(chǎn)生負(fù)向電流的能量不能通過變壓器有效饋回到原邊母線，那么 這個(gè)能量將會(huì)在同步開關(guān)管Q2的漏極-源極上形成電壓應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使器件造成過電壓 應(yīng)力擊穿。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有的Buck變換器中，由于同步開關(guān)管Q2在主開關(guān)管Ql關(guān)斷期間，在 輸出功率電感Ll中的電流降為零后持續(xù)導(dǎo)通，而出現(xiàn)電流反向流動(dòng)的現(xiàn)象，使得系統(tǒng)效率 降低，且容易造成器件失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種Buck變換器的反流控制電路，旨在解決現(xiàn)有 的Buck變換器中，由于同步開關(guān)管Q2在主開關(guān)管Ql關(guān)斷期間，在輸出功率電感Ll中的電 流降為零后持續(xù)導(dǎo)通，而出現(xiàn)電流反向流動(dòng)的現(xiàn)象，使得系統(tǒng)效率降低，且容易造成器件失 效的問題。
[0008] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種Buck變換器的反流控制電路，所述Buck變換器 包括主開關(guān)管Ql、同步開關(guān)管Q2、輸出功率電感Ll、濾波電容Cl,所述輸出功率電感Ll的 第一端連接所述主開關(guān)管Q1，所述濾波電容Cl的第一端作為所述Buck變換器的正輸出端， 所述反流控制電路包括：
[0009] 飽和電感L2,所述飽和電感L2的第一端連接所述輸出功率電感Ll的第二端，所述 飽和電感L2的第二端連接所述濾波電容Cl的第一端；
[0010] 通斷控制電路，用于檢測(cè)所述飽和電感L2兩端的交變電壓，當(dāng)所述輸出功率電感 Ll的最大電流值小于所述飽和電感L2的飽和電流值而在所述飽和電感L2兩端出現(xiàn)交變電 壓時(shí)，向所述同步開關(guān)管Q2輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以強(qiáng)制關(guān)斷所述同步開關(guān)管Q2。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種Buck變換器，包括主開關(guān)管Q1、同步開關(guān) 管Q2、輸出功率電感L1、濾波電容C1，所述輸出功率電感Ll的第一端連接所述主開關(guān)管 Q1，所述濾波電容Cl的第一端作為所述Buck變換器的正輸出端，所述Buck變換器還包括 一 Buck變換器的反流控制電路，所述反流控制電路是如上所述的Buck變換器的反流控制 電路。
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例提供的Buck變換器及其反流控制電路是在輸出功率電感Ll與負(fù)載 的正極之間連接一飽和電感L2,利用輸出功率電感Ll的最大電流值小于飽和電感L2的飽 和電流值時(shí)、在飽和電感L2兩端出現(xiàn)的交變電壓，驅(qū)動(dòng)通斷控制電路動(dòng)作，以強(qiáng)制關(guān)斷同 步開關(guān)管Q2,從而避免了反流現(xiàn)象的發(fā)生，可有效解決預(yù)偏置情況下軟啟動(dòng)反流問題，提高 電路運(yùn)行穩(wěn)定性和器件使用壽命，并可有效解決空載及輕載條件下的能量雙向流動(dòng)問題， 從而提1? 了轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的Buck變換器的典型電路圖；
[0014] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中，Buck變換器在預(yù)偏置且采用軟啟動(dòng)技術(shù)時(shí)，主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)、同步開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、以及輸出功率電感的電流之間的波形關(guān)系圖；
[0015] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中，Buck變換器在空載條件下，主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、同步開關(guān)管 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、以及輸出功率電感的電流之間的波形關(guān)系圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的Buck變換器的反流控制電路的電路原理圖；
[0017] 圖5是圖4的一種詳細(xì)電路圖；
[0018] 圖6是圖4的另一種詳細(xì)電路圖；
[0019] 圖7是圖4的再一種詳細(xì)電路圖；
[0020] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中，Buck變換器在CCM模式下輸出功率電感的電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例提出的Buck變換器的反流控制電路是在輸出功率電感Ll與負(fù)載 的正極之間連接一飽和電感，利用輸出功率電感Ll的最大電流值小于飽和電感的飽和電 流值時(shí)、在飽和電感兩端出現(xiàn)的交變電壓，驅(qū)動(dòng)通斷控制電路動(dòng)作，以強(qiáng)制關(guān)斷同步開關(guān)管 Q2〇
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的Buck變換器的反流控制電路的電路原理，為了便于說 明，僅TK出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0024] 其中，Buck變換器的電路包括：主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2、輸出功率電感L1、濾 波電容C1、以及控制電路，主開關(guān)管Ql和同步開關(guān)管Q2均為N型的MOS管。主開關(guān)管Ql 的漏極連接電源Vg的正極，主開關(guān)管Ql的源極連接輸出功率電感Ll的第一端和同步開關(guān) 管Q2的漏極，主開關(guān)管Ql的柵極連接控制電路的第一驅(qū)動(dòng)端；同步開關(guān)管Q2的源極連接 電源V g的負(fù)極，同步開關(guān)管Q2的柵極連接控制電路的第二驅(qū)動(dòng)端；濾波電容Cl的第一端 作為Buck變換器的正輸出端而連接負(fù)載的正輸入端，濾波電容Cl的第二端作為Buck變換 器的負(fù)輸出端而連接負(fù)載的負(fù)輸入端和電源V g的負(fù)極。
[0025] 貝U，本發(fā)明實(shí)施例提供的Buck變換器的反流控制電路包括：飽和電感L2,