一種並聯同步整流管的驅動控制電路和開關電源的製作方法
2023-09-23 12:25:50 1
專利名稱：一種並聯同步整流管的驅動控制電路和開關電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及同步整流技術領域，具體涉及一種並聯同步整流管的驅動控制電路和 開關電源。
背景技術：
同步整流(Synchronous Rectif ication，SR)技術廣泛應用於開關電源中，以提高 開關電源的效率。同步整流技術通過採用通態電阻極低的專用功率金屬氧化層半導體場效 電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, M0SFET)作為同步整流 管，來取代整流二極體以降低整流導通損耗。為滿足大功率和大電流的應用場景，並減小損 耗，出現了同步整流管多管並聯的應用。圖1為同步整流管三管並聯的示意圖。請參考圖2，現有的同步整流管並聯使用時，同步整流管Ql到Qn的驅動極即柵極 連接在一起，與驅動電路的一個輸出端連接。驅動電路輸出一個驅動信號來控制所有的同 步整流管，因而多個並聯的同步整流管的狀態只有兩種全通或全斷。輕載時，若多個並聯的同步整流管從全通切換到全斷，開關電源從連續工作狀態 切換到非連續工作狀態，會導致開關電源動態響應慢，輸出易產生過衝。負載加大時，若多 個並聯的同步整流管從全斷切換到全通，則會導致開關電源的輸出產生跌落。為了避免這 種切換帶來的問題，實際應用中同步整流管一般工作在全通狀態。因而，開關電源在負載很 小的應用場景中驅動損耗大，效率低，不能針對負載狀況實現效率優化。
發明內容
本發明實施例提供一種並聯同步整流管的驅動控制電路和開關電源，以實現根據 負載的變化自適應調整導通的同步整流管的個數。一種並聯同步整流管的驅動控制電路，用於驅動及控制N個並聯的同步整流管，N 為正整數，該驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M 個輸出端，M為大於1但不大於N的正整數，所述M個輸出端與所述N個並聯的同步整流管 的驅動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個輸出端連接，且驅動 控制電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，所述驅動控制電路根據所述 負載電流信號的大小調節所述M個輸出端所輸出的有效驅動信號的個數，以控制所述N個 並聯的同步整流管導通的個數。—種開關電源，包括N個並聯的同步整流管以及用於驅動及控制所述N個並聯的 同步整流管的驅動控制電路，N為正整數；所述驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M 個輸出端，M為大於1但不大於N的正整數，所述M個輸出端與所述N個並聯的同步整流管 的驅動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個輸出端連接，且驅動 控制電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，驅動控制電路根據所述負載 電流信號的大小調節所述M個輸出端所輸出的有效驅動信號的個數，以控制所述N個並聯的同步整流管導通的個數。本發明實施例提供的驅動控制電路採用輸入端連接負載電流信號，輸出端則輸出 M個控制信號以控制N個並聯的同步整流管的技術方案，能夠根據負載的變化自適應調整 導通的同步整流管的個數，使同步整流管部分導通，從而實現既滿足應用需要，又能降低在 小負載場景下的驅動損耗，提高輕載效率。
圖1是現有的同步整流管三管並聯的示意圖；圖2是現有的並聯同步整流管的驅動控制電路的示意圖；圖3是本發明一個實施例並聯同步整流管的驅動控制電路的示意圖；圖4是本發明另一個實施例並聯同步整流管的驅動控制電路的示意圖；圖5是本發明又一個實施例並聯同步整流管的驅動控制電路的示意圖；圖6是本發明實施例中高低電平邏輯信號與PWM信號相與的示意圖。
具體實施例方式本發明實施例提供一種並聯同步整流管的驅動控制電路，採用由輸入端連接負載 電流信號，M個輸出端來輸出M個控制信號以控制N個並聯的同步整流管的技術方案，能夠 根據負載的變化自適應調整導通的同步整流管的個數，使同步整流管部分導通，從而實現 既滿足應用需要，又能降低在小負載場景下的驅動損耗，提高輕載效率。本發明實施例還提 供相應的開關電源。以下分別進行說明。請參考圖3，本發明實施例提供一種並聯同步整流管的驅動控制電路，用於驅動及
控制N個並聯的同步整流管Q1、Q2......Qn，N為正整數，該驅動控制電路具有用於獲取負
載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M個輸出端，M為大於1但不大於N的正整數， M個輸出端與N個並聯的同步整流管的驅動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動 控制電路的一個輸出端連接，且驅動控制電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動 極連接，驅動控制電路根據負載電流信號的大小調節M個輸出端所輸出的有效驅動信號的 個數，以控制M個並聯的同步整流管導通的個數。本發明實施例的驅動控制電路，其輸入端連接負載電流信號，是一種自適應的驅 動控制電路，並且通過提供M個輸出端以輸出M個驅動信號來控制N個同步整流器，可以根 據負載的變化自適應調整導通的同步整流管的個數，使得步整流管部分導通，從而實現既 滿足應用需要，又能降低在小負載場景下的驅動損耗，提高輕載效率。其中，同步整流管可以是M0SFET，其驅動極是MOSFET的柵極。本發明實施例中將驅動控制電路的M個輸出端與N個同步整流管的驅動極連接， 達到採用M個驅動信號來控制N個同步整流管的目的，其連接方式可以有多種，下面舉例說 明在N為2時，可以取M為2。即採用兩個驅動信號分別控制兩個同步整流管，從而 可以實現兩個同步整流管的全通，全斷，或者其中一個導通。在N為3時，可以取M為2。以其中一個驅動信號控制一個同步整流管，而以另一 個驅動信號控制另外兩個同步整流管，可以實現三個同步整流管的全通，全斷，其中一個導通或者其中兩個導通。當然，取M為3，以一個控制信號控制一個同步整流管，也可以實現上 述效果。在N為4或者大於4時，M可選的值更多，連接方式也可以有更多。可見，對於每一個N值，M都可以有1個或多個取值，M最小可以為2最大可以為 N，因而可以有多種連接方式，只要滿足每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個 輸出端連接，且驅動控制電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接即可。本 實施例對於具體的連接方式不做限定。本發明實施例中，驅動控制電路的輸入端獲取的負載電流信號反映應用場景中負 載的大小。因而，驅動控制電路可以根據負載電流信號的大小決定輸出有效驅動信號的輸 出端的個數，其中有效驅動信號是指能夠使同步整流管導通的信號，從而可以控制導通的 同步整流管的個數，做到既滿足應用需要，又能平衡導通損耗和驅動損耗，達成最優效率。 例如，在負載電流信號增大時，說明需要較多的MOSFET導通才能滿足需要，此時可以增加 輸出有效驅動信號的輸出端的個數；在負載電流信號減小時，說明需要較少的MOSFET導通 即可滿足需要，此時可以減少輸出有效驅動信號的輸出端的個數。從而可以在不同負載時， 導通不同個數的M0SFET，使得驅動損耗和導通損耗達到平衡，做到既滿足應用需要，又能降 低在小負載場景下的驅動損耗，提高輕載效率，從而提高工作效率，並保證輸出響應正常。請參考圖4，本發明另一個實施例中，驅動控制電路可以包括與N個並聯的同步 整流管連接的驅動電路200，以及與驅動電路200連接的控制電路100。控制電路100，包括用於獲取負載電流信號的輸入端，還包括用於輸出控制信號的 M個信號輸出端，該控制電路100用於根據負載電流信號的大小決定輸出有效控制信號的 信號輸出端的個數。可以根據負載電流信號的大小線性增減輸出有效控制信號的信號輸出 端的個數，例如假設最大負載電流信號為A，則可以在負載電流信號每減小A/M時，減少一 個輸出有效控制信號的信號輸出端；在負載電流信號每增大A/M時，增加一個輸出有效控 制信號的信號輸出端。驅動電路200，包括用於輸出驅動信號的M個輸出端，還包括與控制電路的M個信 號輸出端一一對應連接的M個信號輸入端，該驅動電路200用於將控制信號放大以產生驅 動信號。其中，有效控制信號可以經驅動電路200生成相應的有效驅動信號。控制電路100可以是數字控制器，其輸出的控制信號可以是脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號，PWM信號具體為周期性的方波信號。數字控制器包括依次連 接的模數轉換器、信號處理和脈寬調製器，它通過模數轉換器獲取負載電流信號，通過信號 處理和脈寬調製器輸出設定佔空比的PWM信號。需要說明的是，本實施例中的控制電路不 限於使用數字控制器，也可以使用模擬控制器等。驅動電路200可以將控制電路100輸出 的PWM信號進行放大，使信號的電壓增大到足夠驅動同步整流管的程度。本實施例中，數字控制器的M個信號輸出端可以全部是PWM信號輸出端。數字控 制器可以根據負載電流信號的大小決定這M個信號輸出端全部或者部分輸出PWM信號，從 而控制同步流整流管全部或部分導通。 具體應用中，在滿載時，數字控制器通過M個信號輸出端輸出M個PWM信號PWMl、
PWM2......PWMm,以控制N個同步整流管全通。在負載電流信號減小時，可以減少輸出PWM
信號的信號輸出端的個數，例如，僅輸出L個PWM信號，L為小於M的正整數，而兩外M減L個PWM信號輸出端則輸出零，從而實現L個PWM信號對應的同步整流管導通，而另一部分同 步整流管關斷；當然，在負載電流信號增大時，也可以增加輸出PWM信號的信號輸出端的個 數，使導通的同步整流管增加。從而實現自適應的同步整流管開關控制。請參考圖5，在上一實施例的基礎上，本發明的又一個實施例中數字控制器的M個輸出端可以包括M減去K個PWM信號輸出端和K個高低電平邏 輯信號輸出端，K為小於M的正整數。高低電平邏輯信號輸出端用於輸出高低電平邏輯信號 &c。該高低電平邏輯信號由數字控制器的通用IO接口(General Purpose IO Ports, GPI0)產生，可以是普通的非周期性的邏輯信號，例如可以是一個持續的高電平信號。由於 高低電平邏輯信號不一定是有效的控制信號，因此需要將高低電平邏輯信號與PWM信號 通過與門相與後產生一個PWM信號作為有效的控制信號。請參考圖6，任一個高低電平邏輯 信號輸出端輸出的高低電平邏輯信號能夠與一個PWM信號輸出端輸出的PWM信號通過與門 相與後另外產生一個PWM信號。數字控制器可以根據負載電流信號的大小決定輸出有效控 制信號的信號輸出端的個數。具體應用中在需要輸出有效控制信號的信號輸出端的個數P小於M減K時，可以 利用M減K個PWM信號直接輸出P個PWM信號；在需要輸出有效控制信號的信號輸出端的 個數P大於M減K時，可以利用M減K個PWM信號輸出端直接輸出M減K個PWM信號，其它 的有效控制信號由P減(M減K)個高低電平邏輯信號輸出端輸出高低電平邏輯信號，這P 減(M減K)個高低電平邏輯信號分別與PWM信號通過與門相與後產生另外P減(M減K)個 PWM信號，從而最終產生P個有效地PWM信號作為控制信號。特別是在滿載時，可以直接輸出M減K個有效PWM信號，以及K個有效高低電平
邏輯信號Si、S2......Sk，這K個高低電平邏輯信號分別與M減K個PWM信號中的一個
或多個PWM信號通過與門相與後產生K個PWM信號，從而最終輸出M個PWM信號PWM1、 P麗2......PWMm,以控制N個同步整流管全通。在負載電流信號減小時，可以減少輸出有效信號的信號輸出端的個數，通過將 若干個信號置為零，可以實現N個同步整流管中部分導通，而為零的信號對應的同步 整流管則關斷；當然，在負載電流信號增大時，也可以增加輸出有效信號的信號輸出端 的個數，使導通的同步整流管增加。從而實現自適應的同步整流管開關控制。由於數字控制器輸出高低電平邏輯信號比輸出PWM信號更容易實現，因而本實 施例中數字控制器通過將輸出的K個高低電平邏輯信號和P麗信號相與後再產生K個 PWM信號的方案，相對於前一實施例的方案更容易實現，能夠減輕數字控制器的負荷，降低 數字控制器的複雜度。本發明實施例還提供一種開關電源，包括N個並聯的同步整流管以及用於驅動 及控制N個並聯的同步整流管的驅動控制電路，N為正整數；該驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M 個輸出端，M為大於1但不大於N的正整數，M個輸出端與N個並聯的同步整流管的驅動極 連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個輸出端連接，且驅動控制電路 的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，驅動控制電路根據負載電流信號的大 小調節M個輸出端所輸出的有效驅動信號的個數，以控制N個並聯的同步整流管全部或部 分導通。
其中，驅動控制電路可以根據負載電流信號的大小決定輸出有效驅動信號的輸出 端的個數，從而控制導通的同步整流管的個數。進一步的，在負載電流信號增大時，驅動控制電路可以增加輸出有效驅動信號的 輸出端的個數；在負載電流信號減小時，驅動控制電路可以減少輸出有效驅動信號的輸出 端的個數。更進一步的，驅動控制電路可以包括與N個並聯的同步整流管連接的驅動電路， 以及與驅動電路連接的控制電路；控制電路，包括用於獲取負載電流信號的輸入端，還包括用於輸出控制信號的M 個信號輸出端，該控制電路用於根據負載電流信號的大小決定輸出有效控制信號的信號輸 出端的個數；驅動電路，包括用於輸出驅動信號的M個輸出端，還包括與控制電路的M個信號輸 出端連接的M個信號輸入端，該驅動電路用於將控制信號放大以產生驅動信號。本發明實施例提供的開關電源，可以根據負載的變化自適應調整導通的同步整流 管的個數，實現同步整流管的部分導通，從而提高效率。以上對本發明實施例所提供的並聯同步整流管的驅動控制電路以及開關電源進 行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施 例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種並聯同步整流管的驅動控制電路，用於驅動及控制N個並聯的同步整流管，N為 正整數，其特徵在於該驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M個輸 出端，M為大於1但不大於N的正整數，所述M個輸出端與所述N個並聯的同步整流管的驅 動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個輸出端連接，且驅動控制 電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，所述驅動控制電路根據所述負載 電流信號的大小調節所述M個輸出端所輸出的有效驅動信號的個數，以控制所述N個並聯 的同步整流管導通的個數。
2.根據權利要求1所述的驅動控制電路，其特徵在於所述驅動控制電路根據所述負載電流信號的大小決定輸出有效驅動信號的輸出端的 個數，從而控制導通的同步整流管的個數。
3.根據權利要求2所述的驅動控制電路，其特徵在於在所述負載電流信號增大時，所述驅動控制電路增加輸出有效驅動信號的輸出端的個數；在所述負載電流信號減小時，所述驅動控制電路減少輸出有效驅動信號的輸出端的個數。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的驅動控制電路，其特徵在於，所述驅動控制電路 包括與所述N個並聯的同步整流管連接的驅動電路，以及與所述驅動電路連接的控制電 路；所述控制電路，包括所述用於獲取負載電流信號的輸入端，還包括用於輸出控制信號 的M個信號輸出端，該控制電路用於根據所述負載電流信號的大小決定輸出有效控制信號 的信號輸出端的個數；所述驅動電路，包括所述用於輸出驅動信號的M個輸出端，還包括與所述控制電路的M 個信號輸出端連接的M個信號輸入端，該驅動電路用於將所述控制信號放大以產生驅動信 號。
5.根據權利要求4所述的驅動控制電路，其特徵在於，所述控制電路包括數字控制ο
6.根據權利要求5所述的驅動控制電路，其特徵在於，所述數字控制器的信號輸出端 輸出的控制信號包括脈衝寬度調製PWM信號，或者高低電平邏輯信號。
7.根據權利要求6所述的驅動控制電路，其特徵在於 所述M個信號輸出端均為PWM信號輸出端。
8.根據權利要求6所述的驅動控制電路，其特徵在於所述M個信號輸出端包括M減去K個PWM信號輸出端和K個高低電平邏輯信號輸出端， K為小於M的正整數，其中，任一個高低電平邏輯信號輸出端輸出的高低電平邏輯信號能夠 與PWM信號通過與門相與後另外產生一個PWM信號。
9.一種開關電源，包括N個並聯的同步整流管以及用於驅動及控制所述N個並聯的同 步整流管的驅動控制電路，N為正整數，其特徵在於所述驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M個 輸出端，M為大於1但不大於N的正整數，所述M個輸出端與所述N個並聯的同步整流管的驅動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與驅動控制電路的一個輸出端連接，且驅動控 制電路的每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，所述驅動控制電路根據所述負 載電流信號的大小調節所述M個輸出端所輸出的有效驅動信號的個數，以控制所述N個並 聯的同步整流管導通的個數。
10.根據權利要求9所述的開關電源，其特徵在於所述驅動控制電路根據所述負載電流信號的大小決定輸出有效驅動信號的輸出端的 個數，從而控制導通的同步整流管的個數。
11.根據權利要求10所述的開關電源，其特徵在於在所述負載電流信號增大時，所述驅動控制電路增加輸出有效驅動信號的輸出端的個數；在所述負載電流信號減小時，所述驅動控制電路減少輸出有效驅動信號的輸出端的個數。
12.根據權利要求10至11中任一項所述的開關電源，其特徵在於，所述驅動控制電路 包括與所述N個並聯的同步整流管連接的驅動電路，以及與所述驅動電路連接的控制電 路；所述控制電路，包括所述用於獲取負載電流信號的輸入端，還包括用於輸出控制信號 的M個信號輸出端，該控制電路用於根據所述負載電流信號的大小決定輸出有效控制信號 的信號輸出端的個數；所述驅動電路，包括所述用於輸出驅動信號的M個輸出端，還包括與所述控制電路的M 個信號輸出端連接的M個信號輸入端，該驅動電路用於將所述控制信號放大以產生驅動信 號。
全文摘要
本發明公開了一種並聯同步整流管的驅動控制電路，用於驅動及控制N個並聯的同步整流管，N為正整數，該驅動控制電路具有用於獲取負載電流信號的輸入端和用於輸出驅動信號的M個輸出端，M為大於1但不大於N的正整數，M個輸出端與N個同步整流管的驅動極連接，其中，每個同步整流管的驅動極與一個輸出端連接，且每個輸出端與至少一個同步整流管的驅動極連接，驅動控制電路根據負載電流信號的大小控制N個並聯的同步整流管導通的個數。本發明實施例還提供相應的開關電源。本發明實施例提供的驅動控制電路能夠根據負載的變化自適應調整導通的同步整流管的個數，從而實現既滿足應用需要，又能降低在小負載場景下的驅動損耗，提高輕載效率。
文檔編號H02M1/088GK102097924SQ20111003624
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月11日 優先權日2011年2月11日
發明者周濤 申請人:華為技術有限公司