[发明专利]一种高效率BUCK同步整流控制电路

说明书

本发明是一种高效率BUCK同步整流控制电路，包括利用检测SW电位的状态来感知高位开关的开启闭合状态，以及利用检测低位开关的门极电位来感知低位开关的开启闭合状态。避免了不同电源域之间信号传输的延时和干扰问题，做到Buck同步整流的实时检测和反应，在确保系统安全的前提下，把高位和低位开关同时关闭的死区时间降至理论最小值，实现稳定，可靠，高效率的Buck同步整流线路。

技术领域

本发明涉及降压型DC-DC电路领域，具体涉及一种高效率BUCK同步整流控制电路。

背景技术

BUCK是DC-DC的基本拓扑之一，主要实现直流到直流的降压转换，通常需要PWM逻辑电路控制两个MOS管的轮流导通来实现电压转换，PWM逻辑电路的占空比调节直流输出电，功能框图如图1所示，当上面的高位开关导通时，输入端电源通过高位开关及电感L对负载、电感L充电储能，电感L相当于一个恒流源，起到传递能量的作用，电容相当于恒压源，在电路里面起到平滑滤波的作用；当上面的高位开关关断、下面的低位开关导通时，电感L通过负载和低位开关形成电流回路释放能量，继续为负载供电。

电路正常工作时以较高的频率持续输出PWM信号，通常频率范围为30KHZ到4MHz，其输出端电压有微小的纹波和较大的直流分量组成，从宏观上看其输出电压是恒定的。电路稳态时PWM的占空比(用D表示，含义为上高位开关导通时间与周期的比例)、输入电压(VIN)、和输出电压(VOUT)的关系为：VOUT＝VIN*D；实际电路中从高位开关开启、低位开关关断到高位开关关断、到低位开关开启的判断侦测方法不同，其切换的中间状态即死区时间各有不同。

传统方式一：PWM以固定的开关频率工作，高位开关关断后加固定的延时时间T1再开启低位开关，低位开关关断后加固定的延时时间T2再开启高位开关，来确保不会产生上下MOS管同时导通的可能，但这种结构中延时时间必须设置有一定余量，这个余量需要考虑生产工艺波动，MOS管的结电容分布，驱动电流大小波动等多种因素，所有延时时间设置相对较长。在高位开关关断，低位开关没有开启之前，以及低位开关关断，高位开关没有开启之前，回路电流通过低位开关的寄生二极管形成电流回路，此时电感的峰值电流最大，低位开关的寄生二极管上产生的正向压降也最大，典型值为0.6V到1V之间，系统产生的损耗很大，导致整体转换效率降低。由于PWM开关信号一直工作，输出空载下开关损耗有10mA以上，不符合新一代绿色能源的需求，高位开关和低位开关的驱动波形如图2所示。

传统方式二：是在传统方式一的基础上改进优化，通过检测高位开关的门极信号，当检测到高位开关的门极信号由开启变为关断后，将高位开关关断的信号通知给同步整流逻辑控制电路，之后再产生低位开关的开启信号，同理，当检测到低位开关的门极信号由开启变为关断后，将低位开关关断的信号通知给同步整流逻辑线路模块，之后再产生高位开关的开启信号。这种相对于传统方式一对死区时间的控制更为精确些，但仍存在一定的不足，对于高压的Buck线路，高位开关的驱动和门极检测线路是在独立电源域，因此检测高位开关关断后需要通过level-shift线路将高位开关已关断的信号通知给同步整流控制逻辑，同步整流控制逻辑线路再产生低位开关开启的信号，但是level-shift信号传输本身是有延时的，而且延时的时长会受到输入电压，温度，噪声等很多不确定因素的影响，甚至在个别极端情况下level-shift信号传输可能会发生错误。因此此种方式虽然一定程度改善的高低位开关的死区时间控制，但并不作为高压Buck的优选，一方面会因为level-shift传输增加死区时间，另一方面level-shift一旦发生信号传输错误的话，可能会直接导致高低位开关同时开启，进而导致系统烧毁，其实现的原理图如图3所示。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种高效率BUCK同步整流控制电路，能有效提升系统转换效率，可以有效检测高位开关和低位开关的关断信号，最大程度减小死区延时，同时又避免高位开关和低位开关同时导通的风险。

本发明的目的与解决其技术问题可采用以下技术方案来实现。