一種Buck變換器及其反流控制電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于開關電源技術領域，尤其設及一種Buck變換器及其反流控制電 路。
【背景技術】
[0002] 目前，在開關電源領域，普遍采用同步整流（Sync虹onous Rectification, SR)技 術，但采用了 SR技術的開關電源的各類拓撲電路中，往往存在能量雙向流動的問題。
[0003] W采用SR技術的降壓型炬uck)變換器為例，如圖1所示。典型的Buck變換器包 括主開關管Q1、同步開關管Q2、輸出功率電感L1、濾波電容C1、W及控制電路。控制電路用 W驅動主開關管Q1和同步開關管Q2 W互補形式交替導通。在該Buck變換器中，若輸出功 率電感L1在同步開關管Q2開通階段的伏秒積大于其在主開關管Q1開通階段的伏秒積時， 電流將會由輸出端流向輸入端，出現電流反向流動的現象。
[0004] 該種電流反向流動的現象在實際應用時可能造成一些問題，特別是當Buck變換 器在預偏置情況下軟啟動時，即Buck變換器在輸出端已經存在一定電壓的情況下啟動， 且主開關管Q1的驅動信號占空比由0%逐漸增大、而同步開關管Q1的驅動信號占空比由 100%逐漸減小時，假設在啟動前輸出功率電感L1中的電流為IL，由于是軟啟動，啟動后主 開關管Q1的驅動信號占空比很小，主開關管Q1的導通時間很短，電流IL逐漸上升一個較 小的值。之后，主開關管Q1關斷而同步開關管Q2導通，受到輸出端預偏置電壓的作用，輸 出功率電感L1中儲存的能量經過同步開關管Q2釋放，使得電流IL下降。由于電流IL值 較小，在將為零后，同步開關管Q2持續導通，使得電流IL變為負值，即出現電流反向，如圖 2示出了 Buck變換器在預偏置且采用軟啟動技術時，主開關管Q1的驅動信號Vgsl、同步開 關管Q2的驅動信號Vgs2、化及輸出功率電感的電流IL之間的波形關系圖。若反向電流太 大，則可能造成器件應力過大而導致失效。
[0005] 另外，采用SR技術的Buck變換器在正常工作時處于連續電流模式（Continuous 化rrent Mode, CCM)，當負載降低而出現空載或輕載時，在每個開關周期，主開關管Q1導通 時，輸入端向負載輸出的能量大于負載實際所需的能量，因此，通過同步開關管Q2的導通， 使得輸出電壓對輸出功率電感L1反向激磁，將多余的能量儲存在電感中，W保證輸出電壓 平衡在設定值，如圖3示出了 Buck變換器在空載條件下，主開關管Q1的驅動信號Vgsl、同 步開關管Q2的驅動信號Vgs2、W及輸出功率電感的電流IL之間的波形關系圖。雖然該部 分多余的能量并未消耗在負載上，但由于能量在雙向傳遞過程中會帶來額外的銅損，從而 使得空載和輕載條件下的轉換效率降低，同時，由于主開關管Q1和同步開關管Q2在每個 開關周期均工作，開關功耗大，進一步降低了系統效率。特別是在采用SR技術的隔離型直 流-直流變換器中，如果產生負向電流的能量不能通過變壓器有效饋回到原邊母線，那么 該個能量將會在同步開關管Q2的漏極-源極上形成電壓應力，嚴重時會使器件造成過電壓 應力擊穿。
[0006] 綜上所述，現有的Buck變換器中，由于同步開關管Q2在主開關管Q1關斷期間，在 輸出功率電感LI中的電流降為零后持續導通，而出現電流反向流動的現象，使得系統效率 降低，且容易造成器件失效。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型實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 現有的Buck變換器中，由于同步開關管Q2在主開關管Q1關斷期間，在輸出功率電感L1中 的電流降為零后持續導通，而出現電流反向流動的現象，使得系統效率降低，且容易造成器 件失效的問題。
[000引本實用新型實施例是該樣實現的，一種Buck變換器的反流控制電路，所述Buck變 換器包括主開關管Q1、同步開關管Q2、輸出功率電感L1、濾波電容C1，所述輸出功率電感L1 的第一端連接所述主開關管Q1，所述濾波電容C1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L1的第二端，所述 飽和電感L2的第二端連接所述濾波電容C1的第一端；
[0010] 檢測所述飽和電感L2兩端的交變電壓，當所述輸出功率電感L1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L2兩端出現交變電壓時，向所述同步 開關管Q2輸出驅動信號，W強制關斷所述同步開關管Q2的通斷控制電路。
[0011] 本實用新型實施例的另一目的在于提供一種Buck變換器，包括主開關管Q1、同步 開關管Q2、輸出功率電感L1、濾波電容C1，所述輸出功率電感L1的第一端連接所述主開關 管Q1，所述濾波電容C1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] 本實用新型實施例提供的Buck變換器及其反流控制電路是在輸出功率電感L1與 負載的正極之間連接一飽和電感L2,利用輸出功率電感L1的最大電流值小于飽和電感L2 的飽和電流值時、在飽和電感L2兩端出現的交變電壓，驅動通斷控制電路動作，W強制關 斷同步開關管Q2,從而避免了反流現象的發生，可有效解決預偏置情況下軟啟動反流問題， 提高電路運行穩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問 題，從而提高了轉換效率。
【附圖說明】
[0013] 圖1是現有技術提供的Buck變換器的典型電路圖；
[0014] 圖2是現有技術中，Buck變換器在預偏置且采用軟啟動技術時，主開關管的驅動 信號、同步開關管的驅動信號、W及輸出功率電感的電流之間的波形關系圖；
[0015] 圖3是現有技術中，Buck變換器在空載條件下，主開關管的驅動信號、同步開關管 的驅動信號、W及輸出功率電感的電流之間的波形關系圖；
[0016] 圖4是本實用新型實施例提供的Buck變換器的反流控制電路的電路原理圖；
[0017] 圖5是圖4的一種詳細電路圖；
[001引圖6是圖4的另一種詳細電路圖；
[0019] 圖7是圖4的再一種詳細電路圖；
[0020] 圖8是本實用新型實施例中，Buck變換器在CCM模式下輸出功率電感的電流波形 圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022] 本實用新型實施例提出的Buck變換器的反流控制電路是在輸出功率電感L1與負 載的正極之間連接一飽和電感，利用輸出功率電感L1的最大電流值小于飽和電感的飽和 電流值時、在飽和電感兩端出現的交變電壓，驅動通斷控制電路動作，W強制關斷同步開關 管Q2。
[0023] 圖4是本實用新型實施例提供的Buck變換器的反流控制電路的電路原理，為了便 于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分。
[0024] 其中，Buck變換器的電路包括；主開關管Q1、同步開關管Q2、輸出功率電感L1、濾 波電容C1、W及控制電路，主開關管Q1和同步開關管Q2均為N型的MOS管。主開關管Q1 的漏極連接電源Vg的正極，主開關管Q1的源極連接輸出功率電感L1的第一端和同步開關 管Q2的漏極，主開關管Q1的柵極連接控制電路的第一驅動端；同步開關管Q2的源極連接 電源Vg的負極，同步開關管Q2的柵極連接控制電路的第二驅動端；濾波電容C1的第一端 作為Buck變換器的正輸出端而連接負載的正輸入端，濾波電容C1的第二端作為Buck變換 器的負輸出端而連接負載的負輸入端和電源Vg的負極。
[0025] 貝Ij，本實用新型實施例提供的Buck變換器的反流控制電路包括：飽和電感L2和通 斷控制電路11。其中，飽和電感L2的第一端連接輸出功率電感L1的第二端，飽和電感L2 的第二端連接濾波電容C1的第一端；通斷控制電路11，用于檢測飽和電感L2兩端的交變 電壓，當輸出功率電感L1的最大電流值小于飽和電感L2的飽和電流值而在飽和電感L2兩 端出現交變電壓時，向同步開關管Q2輸出驅動信號，W強制關斷同步開關管Q2。而當輸出 功率電感L1的最小電流值大于飽和電感L2的飽和電流值時，通斷控制電路11不動作，同 步開關管Q2正常工作。
[0026] 在一種情況下，如圖5所示，通斷控制電路11可包括：第一電阻R1、第二電阻R2、 第一開關管Q3、第二開關管Q4、第一二極管D1、第一電容C2。第一開關管Q3的高端作為通 斷控制電路11的第二端而連接飽和電感L2的第二端，第一開關管Q3的驅動端連接第一二 極管D1的陽極，第一二極管D1的陰極連接第一電阻R1的第一端，第一電阻R1的第二端作 為通斷控制電路11的第一端而連接飽和電感L2的第一端，第一開關管Q3的低端連接第二 開關管Q4的驅動端、第一電容C2的第一端W及第二電阻R2的第一端；第二開關管Q4的高 端作為通斷控制電路11的第=端而連接同步開關管Q2的柵極，第二開關管Q4的低端、第 一電容C2的第二端W及第二電阻R2的第二端共同作為通斷控制電路11的第四端而連接 濾波電容C1的第二端。
[0027] 如圖5所示的電路在進行工作時，在同步開關管Q2的導通時間內，若輸出功率電 感L1的最大電流值小于飽和電感L2的飽和電流值，則在飽和電感L2兩端出現相應大小的 交變電壓，該交變電壓使得第一開關管Q3和第二開關管Q4飽和導通，繼而強制關斷同步開 關管Q2。若輸出功率電感LI的最小電流值大于飽和電感L2的飽和電流值，則飽和電感L2 的電感系數為零，飽和電感L2兩端不會出現交變電壓，第一開關管Q3和第二開關管Q4均 截止，同步開關管Q2正常工作。
[002引進一步地，第一開關管Q3可W為PNP型的S極管，第一開關管Q3的發射極作為第 一開關管Q3的高端，第一開關管Q3的集電極作為第一開關管Q3的低端，第一開關管Q3的 基極作為第一開關管Q3的驅動端。第二開關管Q4可W為N型的MOS管，第二開關管Q4的 漏極作為第二開關管Q4的高端，第二開關管Q4的源極作為第二開關管Q4的低端，第二開 關管Q4的柵極作為第二開關管Q4的驅動端。
[0029] 在另一種情況下，如圖6所示，通斷控制電路11可包括：第S電阻R3、第四電阻 R4、第=開關管Q5、第四開關管Q6、第二二極管D2、第二電容C3。第=開關管Q5的高端作 為通斷控制電路11的第一端而連接