[发明专利]线性同步整流器驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电力转换器的同步整流器的驱动电路，尤其涉及一种用于不需要连接至电力转换器控制电路的电力转换器的同步整流器的自给的线性驱动电路。

背景技术

各种传统技术已用以控制同步整理器，包括与电源控制电路的直接连接、与电源控制电路的变压器耦合、采用主变压器的绕组的自驱动技术以及线性放大器技术。

例如，Berghegger(US 2010/0123486)示出了已知的用于控制同步整流器的线性放大器技术。本申请的图1是来自Berghegger的图2的副本。在本申请的图1中，电力转换器的初级侧包括变压器T1的初级绕组NP，其与具有栅驱动端GD₁的第一电源开关S₁连接并且与输入电压V_in连接。第一电阻器R1与输入电压V_in和初级绕组Np连接。电力转换器的次级侧包括由具有输出电压V_out的电池和第二和第三电阻器R2、R3表示的负载。该次级侧还包括同步整流器开关SR，其以具有源极“S”、漏极“d”和栅极“g”的n沟道金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)示出，该同步整流器开关SR与包括第一、第二和第三驱动开关Q1、Q2和Q3、第一二极管D1和第四、第五和第六电阻器R4、R5和R6的驱动电路连接。第一和第二驱动开关Q1和Q2限定至少一部分差分放大器。第一驱动开关Q1的集电极电压控制至同步整流器开关SR的驱动信号SRGD的电压。导通电流被第三驱动开关Q3放大，该第三驱动开关Q3耦合在第一驱动开关Q1的集电极端与同步整流器开关SR的栅极之间，以减少同步整流器开关SR的导通时间。

图1示出的电路采用用于差分放大器级的双极晶体管。为了提供当同步整流器开关SR关断时差分放大器级的高的电压阻断能力，图1示出的电路将与同步整流器开关SR的漏极连接的第二驱动开关Q2的集电极和发射极的连接反向。这种反向连接将发射极-基极连接的额定反向电压从数伏(通常是6V)增加到集电极-基极连接的数十伏至数百伏。该反向连接被称为以反向模式操作晶体管。当以反向模式操作晶体管通过采用基极-集电极连接取代基极-发射极连接而极大地增大输入端的反向击穿电压时，也会导致如Berghegger的第0023段中讨论的非常低增益的晶体管。如果第二驱动开关Q2不需要高增益的话，非常低增益的晶体管未必是个问题。实际上，Berghegger提出使在Berghegger的图4(本说明书的附图未包括)中的第二驱动开关Q2的发射极e端和基极b端短路，或者采用Berghegger的图10(本说明书的附图未包括)示出的匹配的(matched)二极管完全取代第二驱动开关Q2.

Berghegger电路的主要问题是第一驱动开关Q1的关断速度。同步整流器开关SR的导通与第一驱动开关Q1的关断一致。由双极晶体管存储时间造成的第一驱动开关Q1的额外的关断延迟会导致同步整流器开关SR的导通的一致延迟。双极晶体管具有相对长的存储时间，该存储时间与在双极晶体管已处于饱和状态之后基极区中的已存储的电荷有关。在集电极电流能够停止流动之前，需要时间从双极晶体管的基极扫出电荷。能够通过更强地驱动基极减少该时间，也就是说以低阻抗将基极短路到发射极，或者甚至如在贝卡钳位(Baker clamp)中使用的那样对基极-发射极施加负电压以加速扫出电荷的过程。因为第一和第二驱动开关Q1和Q2形成简单的差分放大器，无法为第一驱动开关Q1的基极提供更强的驱动。由于导通同步整流器开关SR的栅驱动将会有很大的延迟(例如数百纳秒)，这种从双极晶体管的基极扫出电荷的延迟限制了Berghegger电路的有用的最大操作频率。这导致在栅-源电压高到足以增强同步整流器开关SR的漏-源沟道之前，导通间隔的开始时，负载电流流过同步整流器开关SR的体二极管的时间的延长期。体二极管导通与标准二极管整流类似，并且导致同步整流器开关SR的从源极至漏极的大得多的压降。结果是，在高频处，由同步整流提供的效率的增强被极大地减弱。

发明内容

为了克服上述的问题，本发明的优选实施例提供一种用于同步整流器的驱动电路，其是线性的、独立的并且不需要连接到电力转换器控制电路，其中电力转换器控制电路通过控制初级电源开关的时机来调节输出电压。