CN107482934A - 一种整流器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种整流器，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管；其中，第一NMOS管的漏极分别与第二NMOS管的栅极、第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的栅极连接，并作为整流器的第一输入端；第二NMOS管的漏极分别与第一NMOS管的栅极、第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的漏极连接，并作为整流器的第二输入端；第一PMOS管的源极与第二PMOS管的源极连接，并作为整流器的第一输出端；第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接并接地，作为整流器的第二输出端。本申请利用PMOS管和NMOS管构成对称的整流桥电路，并将每个MOS管的栅极和漏极分别与交流信号的两个输入端连接，可以有效地降低电路的导通压降并对MOS管的阈值电压进行动态补偿，从而有效提高整流器的能量转换效率。

Description

一种整流器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种整流器。

背景技术

MOS整流器是电子技术领域中一种常用的整流电路。图1所示为一种典型的MOS整流器：当输入的交流电Vin在正半周期且满足Q2和Q3导通条件时，MOS管Q2和Q3开通、Q1和Q4截止；而当交流电Vin在负半周期且满足Q1和Q4导通条件时，MOS管Q1和Q4开通、Q2和Q3截止；从而输出脉动直流Vout。

然而，由于图1所示的MOS整流器的两条支路中的MOS管均是栅漏连接的，因此，交流电Vin在正半周期时的导通压降为MOS管Q2和Q3的阈值电压之和，即|V_th2|+|V_th3|；在负半周期时的导通压降为MOS管Q1和Q4的阈值电压之和，即|V_th1|+|V_th4|。由此可见，每条支路的导通压降均大约为单个MOS管的阈值电压的两倍，对于一些超低压应用场合，该导通压降有待降低，能量转换效率有待提高。

现有技术中还提供了一种阈值补偿的方法，以便增强图1所示整流器在低压场合的适用性。具体方案如图2所示，以NMOS管为例，将MOS管Q的栅极与恒压源V的正输出端连接，利用栅极偏置电压使MOS管Q处于接近开启状态，从而在输入电压较低时即可开启，相当于降低了阈值电压。

然而，图2所示的方法需要独立的直流偏置电路以提供栅极偏置电压，因此增加了电路设计的复杂度，并且能量转换效率不高；此外，当栅极偏置电压过大时，还会引起MOS管Q的反向导通，使整流器丧失整流特性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种结构简单的整流器，以便有效地提高能量转换效率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种整流器，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管；

其中，所述第一NMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的栅极连接，并作为所述整流器的第一输入端；所述第二NMOS管的漏极分别与所述第一NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的漏极连接，并作为所述整流器的第二输入端；所述第一PMOS管的源极与所述第二PMOS管的源极连接，并作为所述整流器的第一输出端；所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接并接地，作为所述整流器的第二输出端。

可选地，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为增强型NMOS管；所述第一PMOS管和所述第二PMOS管均为增强型PMOS管。

可选地，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管型号相同，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管型号相同。

可选地，还包括有源二极管；

其中，所述有源二极管的阳极与所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极连接，所述有源二极管的阴极作为所述整流器的第一输出端。

可选地，还包括电容：

所述电容的两端分别与所述整流器的第一输出端和第二输出端连接。

本申请所提供的整流器包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管；其中，所述第一NMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的栅极连接，并作为所述整流器的第一输入端；所述第二NMOS管的漏极分别与所述第一NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的漏极连接，并作为所述整流器的第二输入端；所述第一PMOS管的源极与所述第二PMOS管的源极连接，并作为所述整流器的第一输出端；所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接并接地，作为所述整流器的第二输出端。

可见，本申请所提供的整流器，利用PMOS管和NMOS管构成了对称的电路结构，并将每个MOS管的栅极和漏极分别与交流输入信号极性相反的输入端连接，使得整流器不仅电路结构简单，不需要额外的偏置电压电路，而且可以有效地降低电路的导通压降并对MOS管的阈值电压进行动态补偿，从而提高整流器的能量转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为现有技术中所提供的一种整流器的电路结构图；

图2为现有技术中所提供的一种MOS管阈值补偿电路的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种整流器的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种结构简单的整流器，以便有效地提高能量转换效率。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种整流器的电路结构图，包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第一PMOS管P1和第二PMOS管P2；

其中，第一NMOS管N1的漏极分别与第二NMOS管N2的栅极、第一PMOS管P1的漏极和第二PMOS管P2的栅极连接，并作为整流器的第一输入端；第二NMOS管N2的漏极分别与第一NMOS管N1的栅极、第一PMOS管P1的栅极和第二PMOS管P2的漏极连接，并作为整流器的第二输入端；第一PMOS管P1的源极与第二PMOS管P2的源极连接，并作为整流器的第一输出端；第一NMOS管N1的源极与第二NMOS管N2的源极连接并接地，作为整流器的第二输出端。

具体地，根据图3可知，第一NMOS管N1的栅极和第一PMOS管P1的栅极均与第二输入端连接，而第二NMOS管N2的栅极和第二PMOS管P2的栅极均与第一输入端连接。因此，当第一输入端的输入电压Vin⁺处于正半周期且满足第一导通条件时，第一PMOS管P1和第二NMOS管N2导通，而第一NMOS管N1和第二PMOS管P2截止；当第一输入端的输入电压Vin⁺处于负半周期且满足第二导通条件时，第一PMOS管P1和第二NMOS管N2截止，而第一NMOS管N1和第二PMOS管P2导通。由此，第一输出端Vout⁺和第二输出端Vout-之间将输出整流后的直流电。

以第一PMOS管P1和第二NMOS管N2所在的支路为例，如图3所示，第一PMOS管P1的漏极和栅极分别与整流器的第一输入端和第二输入端连接，而第二NMOS管N2的漏极和栅极分别与整流器的第二输入端和第一输入端连接，即，该支路中每个MOS管的漏极和栅极分别与极性相反的整流器的输入端连接。因此，当该支路导通时，所说的第一导通条件即为两个输入端之间的电压差能同时满足条件“大于|V_{th_P1}|”和“大于|V_{th_N2}|”，因此，该支路的导通压降应为max(|V_{th_P1}|,|V_{th_N2}|)。其中，|V_{th_P1}|和|V_{th_N2}|分别为第一PMOS管P1和第二NMOS管N2的阈值电压。同理，对于第一NMOS管N1和第二PMOS管P2所在支路，其导通压降应为max(|V_{th_N1}|,|V_{th_P2}|)，其中，|V_{th_N1}|和|V_{th_P2}|分别为第一NMOS管N1和第二PMOS管P2的阈值电压。当然，整流器电路中的MOS管的具体型号可由本领域技术人员自行选择并实现，本申请实施例对此并不进行限定。

当然，如图3所示，当支路中的MOS管尚未导通启动时，若输入电压小于该支路的导通压降，则整流器不能正常启动工作；但是当整流器工作在稳态时，输入电压可略小于支路的导通压降。

根据电路连接关系可知，当整流器第一输入端的输入电压Vin+大于零时，第二NMOS管N2的栅极电压为正，即相当于在第二NMOS管N2的栅极设置了正的偏置电压，从而等效于降低了第二NMOS管N2的阈值电压，以便提高整流器的电压转换效率，并且由于无需额外的偏置电源，电路的能量转换效率也大大提高。而另一方面，当整流器第一输入端的输入电压Vin+小于零时，第二NMOS管N2的栅极电压为负，即相当于在第二NMOS管N2的栅极设置了负的偏置电压，从而等效于提高了第二NMOS管N2的阈值电压，以便避免第二NMOS管N2的反向导通，达到抑制反向漏电流的目的。

电路中其他MOS管的阈值电压的动态补偿过程和原理与第二NMOS管N2类似，这里就不再赘述。

可见，本申请实施例所提供的整流器，利用PMOS管和NMOS管构成了对称的电路结构，并将每个MOS管的栅极和漏极与交流信号极性相反的两个输入端连接，使得整流器不仅电路结构简单，不需要额外的偏置电压电路，而且可以有效地降低电路的导通压降并动态补偿MOS管的阈值电压，由于该电路结构对称，其自身的差动特性通过动态的阈值补偿可以有效地抑制MOS管的反向漏电流，提高整流器的能量转换效率。

本申请所提供的整流器，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，第一NMOS管N1和第二NMOSN2管均为增强型NMOS管；第一PMOS管P1和第二PMOS管P2均为增强型PMOS管。

具体地，这里优选采用兼容标准CMOS工艺的增强型MOS管。由于增强型NMOS管的阈值电压大于零，而增强型PMOS管的阈值电压小于零，因此可以很方便地利用交流电的两个输入端来分别控制增强型NMOS管和增强型PMOS管的导通与关闭。

作为一种优选实施例，第一NMOS管N1和第二NMOS管N2型号相同，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2型号相同。

具体地，第一NMOS管N1和第二NMOS管N2优选为同样型号的NMOS管，第一PMOS管P1和第二PMOS管P2优选为同样型号的PMOS管，以便形成更为对称的电路结构，保证电路的优良差动特性。

作为一种优选实施例，还包括有源二极管；

其中，有源二极管的阳极与第一PMOS管P1的源极和第二PMOS管P2的源极连接，有源二极管的阴极作为整流器的第一输出端。

具体地，还可以利用低功耗的有源二极管的单向输出性，对经桥式整流输出得到的脉动直流信号进一步进行整流输出，以进一步保障整流器的整流特性。

作为一种优选实施例，还包括电容：

电容的两端分别与整流器的第一输出端和第二输出端连接。

具体地，还可以在整流器的第一输出端和第二输出端并联设置电容，作为滤波和储能元件，以便利用电容的滤波作用，对整流输出得到的脉动直流进一步进行滤波得到恒定的直流信号。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种整流器，其特征在于，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管和第二PMOS管；

其中，所述第一NMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的栅极连接，并作为所述整流器的第一输入端；所述第二NMOS管的漏极分别与所述第一NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的漏极连接，并作为所述整流器的第二输入端；所述第一PMOS管的源极与所述第二PMOS管的源极连接，并作为所述整流器的第一输出端；所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接并接地，作为所述整流器的第二输出端。

2.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管均为增强型NMOS管；所述第一PMOS管和所述第二PMOS管均为增强型PMOS管。

3.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管型号相同，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管型号相同。

4.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，还包括有源二极管；

其中，所述有源二极管的阳极与所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极连接，所述有源二极管的阴极作为所述整流器的第一输出端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的整流器，其特征在于，还包括电容：

所述电容的两端分别与所述整流器的第一输出端和第二输出端连接。