同步整流电路、同步整流保护装置和充电器论文和设计-王海兵

全文摘要

本实用新型实施例涉及一种同步整流电路、同步整流保护装置和充电器，其中同步整流电路包括变压器、第一功率管、同步整流保护装置和原边控制器，同步整流保护装置包括温度检测单元；变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；初级绕组的一端连接电源，初级绕组的另一端与第一功率管的漏极连接；次级绕组与同步整流保护装置连接；辅助绕组与原边控制器连接；当温度检测单元检测到同步整流电路的温度超过预设的第一温度阈值时，次级绕组发送热保护启动脉冲信号，该启动脉冲信号通过辅助绕组传输到原边控制器，原边控制器对该启动脉冲信号进行译码并向第一功率管发送关闭信号。

主设计要求

1.一种同步整流电路，包括变压器、第一功率管、同步整流保护装置和原边控制器，其特征在于：所述同步整流保护装置包括温度检测单元；所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；初级绕组的一端连接电源，初级绕组的另一端与第一功率管的漏极连接；次级绕组与同步整流保护装置连接；辅助绕组与原边控制器连接；同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

设计方案

1.一种同步整流电路，包括变压器、第一功率管、同步整流保护装置和原边控制器，其特征在于：所述同步整流保护装置包括温度检测单元；

所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；初级绕组的一端连接电源，初级绕组的另一端与第一功率管的漏极连接；次级绕组与同步整流保护装置连接；辅助绕组与原边控制器连接；同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

2.根据权利要求1所述的同步整流电路，其特征在于：所述同步整流保护装置还包括第二功率管和开关控制器，所述温度检测单元的输出端与开关控制器的一端连接，开关控制器的另一端与第二功率管连接。

3.根据权利要求1-2任一项的所述的同步整流电路，其特征在于：所述温度检测单元为二极管或三极管的PN结。

4.一种用于变压器电路的同步整流保护装置，所述变压器电路包括初级绕组、次级绕组、辅助绕组、第一功率管和原边控制器，其特征在于：

所述同步整流保护装置包括温度检测单元、第二功率管和开关控制器，所述温度检测单元的输出端与开关控制器的一端连接，开关控制器的另一端与第二功率管连接；

同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

5.根据权利要求4所述的同步整流保护装置，其特征在于：所述温度检测单元为二极管或三极管的PN结。

6.一种充电器，其特征在于，所述充电器包括权利要求1-3中任意一项所述的同步整流电路。

7.一种充电器，其特征在于，所述充电器包括权利要求4-5中任意一项所述的同步整流保护装置。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于开关电源领域，尤其涉及一种同步整流电路、同步整流保护装置和充电器。

背景技术

随着大屏幕智能手机的飞速发展，手机电池容量越来越大，相应地，对电池的充电速度要求越来越高。

现有技术中的一些超级快充及闪充，其充电电流最大达到5A，如果副边续流二极管采用一般的肖特基，将会有2w的功耗，那么这些功耗就会全部浪费在续流二极管上面。为了解决续流二极管的损耗，大多数快充充电器大多采用同步整流电路代替续流二极管，这样利用内部同步整流mos管代替续流二极管，只需要消耗0.2W的能耗，从而大大提高充电效率。

然而，在实际应用过程当中，如果发生输出部分短路或者其它异常情况时，会造成同步整流电路持续发热，而原边控制芯片和功率管处于正常温度范围内，则无法启动原边控制的热保护，而整个系统仍然按现有功率进行工作，就会造成同步整流电路温度越来越高，甚至烧毁芯片。

因此，针对上述情况，即如果发生输出部分短路或者其它异常的条件，造成同步整流电路持续发热，一般同步整流控制芯片对于温度超过一定温度时(例如130度至150度)有以下两种响应方式：

一是由于没有热保护单元，同步整流电路继续发热；

二是尽管现有技术中设置了热保护单元用于关断同步整流内置的功率管，但是此时通过功率管自身寄生的体二极管导通，由于二极管压降在0.7V,所以导通的发热量更高，即同步整流电路实际上是没有热保护功能的，所以一旦同步整流电路进入热保护阶段，很可能会导致功率管损坏，进一步地影响整个充电器的使用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种同步整流电路、同步整流保护装置和充电器，在同步整流保护装置内设置温度检测单元，当所述温度检测单元检测到同步整流电路的温度超过预设的第一温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组发送热保护启动信号，该热保护启动信号通过辅助绕组传输到原边控制器，原边控制器在收到该热保护启动信号后关闭第一功率管；当所述温度检测单元检测到所述同步整流电路的温度低于预设的第二温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组发送热保护关闭信号，所述热保护关闭信号通过辅助绕组传输到原边控制器，原边控制器在收到该热保护关闭信号后开启第一功率管。

本实用新型的技术方案是：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种同步整流电路，包括变压器、第一功率管、同步整流保护装置和原边控制器，所述同步整流保护装置包括温度检测单元；

所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；初级绕组的一端连接电源，初级绕组的另一端与第一功率管的漏极连接；次级绕组与同步整流保护装置连接；辅助绕组与原边控制器连接；同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；

辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种用于变压器电路的同步整流保护装置，所述变压器电路包括初级绕组、次级绕组、辅助绕组、第一功率管和原边控制器，

同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种充电器，所述充电器包括上述所述的同步整流电路。

第四方面，本实用新型实施例提供了一种充电器，所述充电器包括上述所述的同步整流保护装置。

本实用新型实施例通过在同步整流保护装置内设置温度检测单元，当所述温度检测单元检测到同步整流电路的温度超过预设的第一温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组发送热保护启动信号，该热保护启动信号通过辅助绕组传输到原边控制器，原边控制器在收到该热保护启动信号后关闭第一功率管；当所述温度检测单元检测到所述同步整流电路的温度低于预设的第二温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组发送热保护关闭信号，所述热保护关闭信号通过辅助绕组传输到原边控制器，原边控制器在收到该热保护关闭信号后开启第一功率管；以此实现本实用新型实施例中的同步整流电路的热保护，从而降低了第一功率管的损坏。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种同步整流电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种同步整流电路的外部应用示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种同步整流保护装置的结构示意图。

其中，10为第一功率管；20为同步整流保护装置；30为原边控制器；L_{0<\/sub>为初级绕组、L_{1<\/sub>为次级绕组、L_{2<\/sub>为辅助绕组；R_{1<\/sub>为第一电阻、R_{2<\/sub>为第二电阻；C为电容。}}}}}

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

实施例一

一、同步整流电路的结构

图1是本实用新型实施例提供的一种同步整流电路的结构示意图，图3是本实用新型实施例提供的一种同步整流保护装置的结构示意图；参见图1和3，一种同步整流电路，包括变压器、第一功率管10、同步整流保护装置20和原边控制器30，所述同步整流保护装置20包括温度检测单元；本实施例中可以将二极管或三极管的基极发射结，即PN结作为热敏元件，以用于检测同步整流电路的温度；

所述变压器包括初级绕组L_{0<\/sub>、次级绕组L_{1<\/sub>和辅助绕组L_{2<\/sub>；初级绕组L_{0<\/sub>的一端连接电源，初级绕组L_{0<\/sub>的另一端与第一功率管10的漏极连接；次级绕组L_{1<\/sub>与同步整流保护装置20连接；辅助绕组L_{2<\/sub>与原边控制器30连接；同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。}}}}}}}

本实施例中的同步整流保护装置20还包括第二功率管、开关控制器，所述温度检测单元的输出端与开关控制器的一端连接，开关控制器的另一端与第二功率管连接；温度检测单元可以将二极管或三极管的PN结作为热敏元件。PN结的正向电压取决于硅的带隙，其温度系数也与工艺无关，大致为-2mV\/℃。通过对该热敏元件的输出与不具温度系数的基准电压比较，能够检测该热敏元件是否超过一定温度。将基准电压设定为与热敏元件在过热温度下的输出电压相等。将热敏元件的输出电压与基准电压作为比较器正负输入，当达到热关断温度时，两电压相等，比较器的输出翻转，开关控制器控制第二功率管发送热保护使能信号。

具体的，同步整流保护装置20的第一端还与电容C的一端连接，同步整流保护装置20的第二端接地；第一功率管10的源极接地；

次级绕组L_{1<\/sub>的一端与电容C连接，电容C的另一端接地；}

第一电阻R_{1<\/sub>的另一端与第二电阻R_{2<\/sub>的一端连接；}}

原边控制器30的一端接与第一功率管10的栅极相连，原边控制器30的另一端分别与第一电阻R_{1<\/sub>的另一端和第二电阻R_{2<\/sub>的一端连接，第二电阻R_{2<\/sub>的另一端接地；优选的，所述第一电阻R_{1<\/sub>为采样电阻。}}}}

优选的，所述原边控制器30可以选用型号为csc7158的原边控制器。

图2是本实用新型实施例提供的一种同步整流电路的外部应用示意图；参见图2，在本实施例中，第一功率管10可以封装在原边控制器30中，其中，初级绕组L_{0<\/sub>的第一端连接电源负载，初级绕组L_{0<\/sub>的另一端与原边控制器30的引脚5和6(即漏极)连接。原边控制器30的引脚1-VDD端与外部负载R_{4<\/sub>的一端连接，引脚3-反馈FB端连接于R_{1<\/sub>和R_{2<\/sub>的分压点，引脚4-使能引脚CS与集电极负载电阻R_{CS<\/sub>的一端连接，R_{CS<\/sub>的另一端接地；}}}}}}}

次级绕组L_{1<\/sub>的一端与同步整流保护装置20的SW端(即第三端)连接；次级绕组L_{1<\/sub>另一端与同步整流保护装置20的电压VCC(即第一端)端连接；电容C连接同步整流保护装置20的接地端(即第二端)；}}

辅助绕组L_{2<\/sub>的一端串联第一电阻R_{1<\/sub>与原边控制器30连接，辅助绕组L_{2<\/sub>的另一端接地。}}}

二、同步整流电路的工作过程

在同步整流保护装置20内设置温度检测单元，当温度检测单元检测到同步整流电路的温度超过或等于预设的第一温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组L_{1<\/sub>发送热保护启动脉冲信号，该热保护启动脉冲信号导通同步整流保护装置20内的第二功率管，所述第二功率管导通后将该热保护启动脉冲信号传输给次级绕组L_{1<\/sub>，所述次级绕组L_{1<\/sub>随即也导通，该次级绕组L_{1<\/sub>将热保护启动脉冲信号通过辅助绕组L_{2<\/sub>传输到原边控制器30，原边控制器30对该热保护启动脉冲信号进行译码并向第一功率管10发送关闭信号；}}}}}

当温度检测单元检测到所述同步整流电路的温度低于预设的第二温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组L_{1<\/sub>发送热保护关闭信号，所述热保护关闭信号通过辅助绕组L传输到原边控制器30，原边控制器30在收到该热保护关闭信号后开启第一功率管10以此实现本实施例的同步整流电路的热保护。}

具体，本实用新型的一个实施例的同步整流电路的工作过程如下：

首先，原边控制器30向第一功率管10发送开启信号，所述第一功率管10开启，由于第一功率管10的漏极与初级绕组L_{0<\/sub>的另一端连接，从而为初级绕组L_{0<\/sub>蓄能，当原初级绕组L_{0<\/sub>的电流达到预设的电流阈值时，第一功率管10关闭，第一功率管10为初级绕组L_{0<\/sub>蓄能的过程结束。}}}}

优选的，所述预设的电流阈值会根据输出负载自动调整，例如可以为3A-5A；可以理解的是，该预设的电流阈值也可以为其他数值，不限于本实施所示出的电流范围。

然后，变压器通过次级绕组L_{1<\/sub>开始放电，次级绕组L_{1<\/sub>通过同步整流保护装置20给电容C充电，电容C充好的电将用于给输出负载(例如：充电器、适配器等)供电；}}

在原边控制器30的导通期间，同步整流电路的热量处于积累阶段，如果同步整流电路发生输出电路短路或者其它异常情况时，将导致温度检测单元的电流迅速增加，使得整个同步整流电路的温度上升，当同步整流电路的温度超过或等于预设的温度阈值时，则同步整流电路的热保护启动。

优选的，所述预设的温度阈值可以为130°～150°，可以理解的是，在其他实施例中，所述预设的温度阈值还可以是其他范围的温度数值，在此不做限制。

具体的，所述热保护启动可以包括以下步骤：

首先，当同步整流电路的温度超过或等于预设的温度阈值时，在次级绕组L_{1<\/sub>发生副边消磁的时间内同步整流保护装置20会向次级绕组L_{1<\/sub>发送热保护启动脉冲信号，该热保护启动脉冲信号通过辅助绕组L_{2<\/sub>及第一电阻R_{1<\/sub>、第二电阻R_{2<\/sub>传输到原边控制器30；其中所述副边消磁主要指的是次级绕组L_{1<\/sub>在放电的过程，次级电感电流从最大值线性降低的过程；}}}}}}

接着，原边控制器30对所述热保护启动脉冲信号进行译码，得到副边热保护的数据；

然后，原边控制器30向第一功率管10发送关闭信号，第一功率管10关闭，导致变压器初级绕组L_{0<\/sub>无法蓄能，即没有电流经过次级绕组L_{1<\/sub>传输到原边控制器30，从而原边控制器30的温度就会降低；}}

本实施例中的同步整流电路可以应用在反激开关电源中,为了提高该同步整流电路的效率,次级绕组L_{1<\/sub>可以采用同步整流,一旦同步整流存在异常发热情况,整个同步整流电路发热超过或等于130°～150°以上时，由于该同步整流电路的最大输出功率受控于原边控制器30，而次级绕组L_{1<\/sub>的同步整流保护装置20仅用于检测同步整流保护装置20的温度，自身无法关闭该同步整流电路的开关状态，因此需要通过变压器传输到原边控制器30，原边控制器30接收到热保护信号后，关闭第一功率管10；优选的，本实施例中可以通过打嗝重启方式实现整体同步整流电路的热保护功能，从而重新启动该同步整流电路。}}

实施例二

本实施例提供一种用于变压器电路的同步整流保护装置，所述变压器电路包括初级绕组L_{0<\/sub>、次级绕组L_{1<\/sub>、辅助绕组L_{2<\/sub>、第一功率管10和原边控制器30，}}}

所述同步整流保护装置包括温度检测单元、第二功率管和开关控制器，所述温度检测单元的输出端与开关控制器的一端连接，开关控制器的另一端与第二功率管连接；同步整流保护装置和次级绕组均与一电容连接；辅助绕组通过两个分压电阻与原边控制器连接；原边控制器与第一功率管的栅极相连。

优选的，同步整流保护装置的第二端接地；第一功率管10的源极接地；

电容C的一端接地；第一电阻R_{1<\/sub>的另一端与第二电阻R_{2<\/sub>的一端连接；}}

原边控制器的另一端分别与第一电阻R_{1<\/sub>的另一端和第二电阻R_{2<\/sub>的一端连接，第二电阻R_{2<\/sub>的另一端接地。}}}

优选的，所述温度检测单元为二极管或三极管的PN结。

具体的，本实施例中的温度检测单元检测到变压器电路的温度超过预设的第一温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组L_{1<\/sub>发送热保护启动信号，该热保护启动信号通过辅助绕组L_{2<\/sub>传输到原边控制器30，原边控制器30在收到该热保护启动信号后关闭第一功率管10；}}

当所述温度检测单元检测到所述变压器电路的温度低于预设的第二温度阈值时，所述同步整流保护装置向次级绕组L_{1<\/sub>发送热保护关闭信号，所述热保护关闭信号通过辅助绕组L_{2<\/sub>传输到原边控制器30，原边控制器30在收到该热保护关闭信号后开启第一功率管10。}}

本实施例中的同步整流保护装置与实施例一中的同步整流保护装置20的工作方式一致，在此不再赘述。

实施例三

本实施例中的充电器的具体外部结构可以应用现有技术，在本实施例中仅对涉及到的同步整流电路进行说明。

基于上述同步整流电路，本实用新型实施例还提供一种包括上述实施例一所述的同步整流电路的充电器，在此不再具体赘述同步整流电路的具体结构。

实施例四

本实施例中的充电器的具体外部结构也可以应用现有技术，在本实施例中仅对涉及到的同步整流保护装置进行说明。

本实用新型实施例还提供一种包括上述实施例三所述的同步整流保护装置，在此不再具体赘述同步整流保护装置的具体结构。

本实用新型的有益效果：

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实用新型实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

设计图

同步整流电路、同步整流保护装置和充电器论文和设计

同步整流电路、同步整流保护装置和充电器论文和设计-王海兵

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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