CN103997236A - 整流电路及电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种整流电路及电源电路。根据本发明，整流电路具备二极管、开关元件、电容器和辅助绕组。二极管在第一端子和第二端子之间将从第二端子朝向第一端子的方向作为正向而连接。开关元件具有与第一端子连接的第一主电极、与二极管的负极连接的第2主电极、与二极管的正极连接的栅极电极。辅助绕组与电感器磁耦合。辅助绕组经由电容器与栅极电极连接，并且与开关元件的第2主电极及二极管的负极连接。

Description

整流电路及电源电路

技术领域

本发明涉及一种整流电路及电源电路。

背景技术

以往，提出有将作为常通元件的单极型FET（Field Effect Transistor）和二极管进行栅-阴连接而成的整流电路的方案。该整流电路的开关速度依赖于二极管，元件耐压能力依赖于FET。

当将这种整流电路用于例如进行高速动作的开关电源的续流二极管的情况下，存在因在FET的栅极·源极之间寄生的电容而使该二极管导通迟缓的情况。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2008-198735号公报

发明内容

根据实施方式提供一种能够高速动作的整流电路。

本发明提供一种整流电路，其具备二极管、开关元件、电容器和辅助绕组。所述二极管在第一端子与第二端子之间将从所述第二端子朝向所述第一端子的方向作为正向而连接。所述开关元件具有：与所述第一端子连接的第一主电极；与所述二极管的负极连接的第2主电极；与所述二极管的正极连接的栅极电极。所述电容器与所述栅极电极连接。所述辅助绕组与电感器磁耦合。所述辅助绕组经由所述电容器与所述栅极电极连接，并且与所述开关元件的所述第2主电极及所述二极管的所述负极连接。

此外，本发明提供一种电源电路，其具备：电感器；上述的整流电路，所述第一端子或所述第二端子与所述电感器连接。

发明效果

根据实施方式，提供一种能够高速动作的整流电路。

附图说明

图1是第一实施方式的电源电路的电路图。

图2是表示第一实施方式的电源电路的动作的时序图。

图3是第二实施方式的电源电路的电路图。

图4是第二实施方式的电源电路的变形例的电路图。

图5是第三实施方式的电源电路的电路图。

图6是第四实施方式的电源电路的电路图。

【符号说明】

50…整流电路、51…第一端子、52…第二端子、L1…电感器、L2…辅助绕组、Q1，Q2…高边开关元件、Q3…开关元件

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。需要说明的是，在各图中，对相同要件标注相同符号。

（第一实施方式）

图1是使用了第一实施方式的整流电路50的电源电路的电路图。

图1中作为电源电路例示了降压型的DC-DC转换器（降压转换器）。

降压转换器将与直流电源30连接的高边开关元件Q1、Q2和整流电路50交替接通断开，从而向负载输出比来自直流电源30的输入电压更低的电压。

负载为例如发光元件20。发光元件20为例如LED（Light EmittingDiode）。另外，作为发光元件20，除LED以外，可以使用有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode：OLED）、无机电致（InorganicElectroLuminescence）发光元件、有机电致（Organic ElectroLuminescence）发光元件、或者其他的场致发光型的发光元件等。

直流电源30主要构成例如桥式整流电路32，将交流电源（例如商用交流电源）的交流电压全波整流而输出直流电压。电容器C1与直流电源30的输出端子连接。

整流电路50具有连接在第一端子51与第二端子52之间的开关元件Q3和二极管D1。开关元件Q3和二极管D1在第一端子51和第二端子52之间进行栅-阴连接。

第一端子51作为整流电路50的负极端子发挥作用，第二端子52作为整流电路50的正极端子发挥作用。

开关元件Q3为单极型FET（Field Effect Transistor），具有作为第一主电极的漏极电极、作为第2主电极的源极电极和栅极电极。

开关元件Q3是在未向栅极电极赋予控制电位的状态下接通的常通元件。例如，作为开关元件Q3可以使用采用了带隙比硅更大的材料的HEMT（High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管）。

二极管D1将从第二端子52朝向第一端子51的方向作为正向而连接在第一端子51与第二端子52之间。二极管D1的正极与第二端子52连接。二极管D1的负极与开关元件Q1的源极电极连接。二极管D1为例如肖特基势垒二极管。

开关元件Q3的漏极电极与第一端子51连接。开关元件Q3的源极电极与二极管D1的负极连接。开关元件Q3的栅极电极与二极管D1的正极连接。开关元件Q3的栅极电极的阈值电压比二极管D1的正向电压低。

另外，整流电路50具有电容器C3和辅助绕组L2。

辅助绕组L2与电感器L1磁耦合。电容器C3连接在开关元件Q3的栅极电极与辅助绕组L2的一端之间。

辅助绕组L2的另一端与开关元件Q3的源极电极及二极管D1的负极连接。

如上所述，在高边开关元件Q1、Q2断开的状态下，经由整流电路50而使减少电流向电感器L1流动。辅助绕组L2通过向电感器L1流动的减少电流产生的感应电动势而向电容器C3供给电荷。

在直流电源30与电感器L1的一端之间连接有高边开关元件Q1、Q2。需要说明的是，高边开关元件的个数不限于两个。

整流电路50的第一端子51与高边开关元件Q2的源极电极连接。另外，整流电路50的第一端子51与电感器L1的一端连接。

电感器L1的另一端与降压转换器的输出端子连接。输出端子与用于使输出电压不会在短时间内产生大变动的电容器C2连接。另外，在降压转换器的输出端子上，作为负载连接有例如发光元件20。

高边开关元件Q1、Q2的栅极电极与未图示的控制电路连接，利用来自该控制电路的控制信号控制高边开关元件Q1、Q2的接通断开。高边开关元件Q1与Q2同步接通断开。

其次，参照图2（a）～（f）对使用了实施方式的整流电路50的电源电路（降压转换器）的动作进行说明。

图2（a）～（f）的横轴表示时间。

图2（a）表示高边开关元件Q1、Q2的驱动电压（栅极电位）。

图2（b）表示整流电路50的开关元件Q3的驱动电压（栅极电位）。

图2（c）表示开关元件Q3的源极电极的电位。

图2（d）表示在高边开关元件Q1、Q2流动的电流。

图2（e）表示在整流电路50中向正向流动的电流。

图2（f）表示在电感器L1流动的电感器电流。

高边开关元件Q1、Q2的栅极电位为高电平，高边开关元件Q1、Q2接通，如图2（d）所示，在高边开关元件Q1、Q2流动有与时间一起增加的增加电流，如图2（f）所示，在电感器L1也流动有增加电流。此时，开关元件Q3的栅极电位为低电平，开关元件Q3断开。

当高边开关元件Q1、Q2接通，开关元件Q3断开（整流电路50断开）时，电流I1从直流电源30经由高边开关元件Q1、Q2及电感器L1向输出端子流动。此时，电感器电流增加，在电感器L1中蓄积能量。

并且，当高边开关元件Q1、Q2断开时，由于蓄积在电感器L1上的能量所产生的电动势，再生电流I2经由整流电路50及电感器L1向输出端子流动。此时，向整流电路50及电感器L1流动的电流成为与时间一起减少的减少电流。

通过高边开关元件Q1、Q2与整流电路50交替接通断开，从而重复使电感器电流增加和减少，而向发光元件20供给将电感器电流平均后的直流电流。

在此，对整流电路50的动作进行说明。

当高边开关元件Q1、Q2断开，蓄积于电感器L1的能量产生电动势时，第一端子51的电位相对于第二端子52的电位降低。

并且，开关元件Q3的漏极电位开始降低。进而，二极管的负极电位开始降低，开始向二极管D1流动正向电流。

当向二极管D1流动正向电流时，向开关元件Q3的栅极/源极间施加二极管D1的正向电压，开关元件Q3的栅极电位开始上升。开关元件Q3的栅极电极的阈值电压比二极管D1的正向电压低，因此，开关元件Q3转为接通。

此时，存在由于开关元件Q3的栅极/源极间的寄生电容，而开关元件Q3变为导通产生延迟之虞。

然而，根据实施方式，从与电感器L1磁耦合的辅助绕组L2经由电容器C3对开关元件Q3的栅极电极赋予驱动信号，因此，使开关元件Q3导通不易受到栅极/源极间寄生电容的影响。

即，当再生电流（减少电流）I2向电感器L2流动时，在辅助绕组L2产生的感应电动势的作用下，从辅助绕组L2向电容器C3供给电荷，使开关元件Q3的栅极电位上升。

从而，根据实施方式的整流电路50，能够不受寄生电容的影响地，使开关元件Q3高速变为导通。这种整流电路50适用于例如高速开关动作的开关电源的续流二极管。

当开关元件Q3接通时，再生电流I2从第二端子52经由二极管D1及开关元件Q3向电感器L1流动。

作为二极管D1，与PN结、PIN结构的二极管等相比，优选导通损失小的肖特基势垒二极管。另外，肖特基势垒二极管结构上不存在反向恢复时间，或者反向恢复时间极其短，开关速度比PN结、PIN结构的二极管等快。

整流电路50的耐压由比二极管D1耐压高的开关元件Q3确保。

（第二实施方式）

图3是第二实施方式的电源电路的电路图。

在第二实施方式中作为电源电路例示了降压转换器。在第二实施方式的降压转换器中，外部电源11经由电阻12与开关元件Q3的源极电极及二极管D1的负极连接。其他结构与图1所示的降压转换器相同，动作也相同。

电阻12作为对从辅助绕组L2朝向外部电源11的方向上的电流进行限制的限制元件发挥作用。

图4（b）所示，作为这种限制元件可以使用二极管13。二极管13将从外部电源11朝向开关元件Q3的源极电极的方向作为正向，且连接在外部电源11与开关元件Q3的源极电极之间。

另外，如图4（a）所示，除电阻12以外，还可以设置二极管13。二极管13将从电阻12朝向开关元件Q3的源极电极的方向作为正向，而连接在电阻12与开关元件Q3的源极电极之间。

外部电源11是将比从直流电源30输入降压转换器的输入端子的输入电压更低的电压赋予开关元件Q3的源极电极的直流恒压源。外部电源11将比在高边开关元件Q1、Q2接通状态下向电感器L1流动增加电流的输入电压更低的电压赋予开关元件Q3的源极电极。

肖特基势垒二极管与PN结二极管相比，反向漏电流大。因此，开关元件Q3关断前，漏电流从直流电源30经由高边开关元件Q1、Q2、开关元件Q3向二极管D1的反向流动。此时，直流电源30的输出电压与漏电流之积成为损失。

相对于此，根据图3的实施方式，从输出比直流电源30低的电压的外部电源11向开关元件Q3的源极电极施加直流电压，从而，使该源极电极的电位上升，辅助开关元件Q3的关断。

此时的损失成为比直流电源30低的外部电源11的输出电压与二极管D1的反向漏电流之积，能够以更小的损失维持开关元件Q3的断开。

在辅助绕组L2产生电动势时的电流被电阻12限制，从开关元件Q3接通时的辅助绕组L2向电容器C3的电荷充电动作不受影响。

以上说明的实施方式的整流电路50可以适用降压型转换器以外的其他的电源电路。

图5是使用了整流电路50的升压型转换器（升压转换器）的电路图。

整流电路50的第二端子52与电感器L及高边开关元件Q1、Q2连接，第一端子51与升压转换器的输出端子连接。

当高边开关元件Q1、Q2接通时，通过从直流电源30流入的电流而使电感器L1蓄积能量。当高边开关元件Q1、Q2断开时，电感器L1放出蓄积的能量而欲维持电流，产生电动势而在整流电路50流动电流。在输入电压上增加了来自电感器L1的能量，从而输出将输入电压升压后的电压。

图6是使用了整流电路50的升降压型转换器（升降压转换器）的电路图。

升降压转换器为与图1、3所示的降压转换器的整流电路50的朝向反向的结构，输出电压的极性反转，升压及降压均可。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式作为例示，并没有限定本发明的范围。这些新的实施方式可以由其他各种方式来实施，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形均包含在本发明的范围、主旨内，并且，包含在权利要求书记载的发明和与其等同的范围内。

Claims (10)

1.一种整流电路，其具备：

二极管，其在第一端子与第二端子之间将从所述第二端子朝向所述第一端子的方向作为正向而连接；

开关元件，其具有与所述第一端子连接的第一主电极、与所述二极管的负极连接的第2主电极、与所述二极管的正极连接的栅极电极；

电容器，其与所述栅极电极连接；

辅助绕组，其为与电感器磁耦合的辅助绕组，且经由所述电容器与所述栅极电极连接，并且该辅助绕组与所述开关元件的所述第2主电极及所述二极管的所述负极连接。

2.根据权利要求1所述的整流电路，其中，

所述辅助绕组通过在所述电感器中流动的减少电流产生的感应电动势而向所述电容器供给电荷。

3.根据权利要求1所述的整流电路，其中，具备：

外部电源，其与所述辅助绕组、所述第2主电极及所述负极连接；

限制元件，其限制从所述辅助绕组朝向所述外部电源的方向上的电流。

4.根据权利要求3所述的整流电路，其中，

所述外部电源向所述开关元件的所述第2主电极施加电压，且该电压比向所述电感器流动增加电流的输入电压低。

5.根据权利要求3所述的整流电路，其中，

所述限制元件包括电阻。

6.根据权利要求3所述的整流电路，其中，

所述限制元件包括将从所述外部电源朝向所述辅助绕组的方向作为正向的二极管。

7.根据权利要求1所述的整流电路，其中，

所述二极管为肖特基势垒二极管。

8.根据权利要求1所述的整流电路，其中，

所述开关元件的所述栅极电极的阈值电压比所述二极管的正向电压低。

9.根据权利要求1所述的整流电路，其中，

所述开关元件为常通元件。

10.一种电源电路，其具备：

电感器；

权利要求1所述的整流电路，所述第一端子或所述第二端子与所述电感器连接。