CN107612390A

CN107612390A - 一种有源整流电路

Info

Publication number: CN107612390A
Application number: CN201710953475.6A
Authority: CN
Inventors: 杨正
Original assignee: Zhengzhou Yunhai Information Technology Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yunhai Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本申请公开了一种有源整流电路，包括整流主电路和有源二极管；整流主电路的输入端作为有源整流电路的输入端，用于将输入的交流进行整流并输出脉动直流；有源二极管的阳极与整流主电路的输出端连接，阴极作为有源整流电路的输出端，用于对脉动直流进一步进行整流并输出；其中，有源二极管包括比较器和第一PMOS管，比较器的反相输入端与第一PMOS管的漏极连接，并作为有源二极管的阳极；比较器的正相输入端与第一PMOS管的源极连接，并作为有源二极管的阴极；比较器的输出端分别与第一PMOS管的栅极和衬底连接。本申请利用采用DTMOS结构的PMOS管和比较器构建成有源二极管，可以有效地抑制反向漏电流，进而提高有源整流电路的能量利用效率。

Description

一种有源整流电路

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种有源整流电路。

背景技术

相较于二极管整流电路，有源整流电路利用低功耗的开关管代替二极管以实现整流。

由于MOS开关管中体二极管的存在，因此，传统的MOS管采用BTMOS结构，即，将MOS管的衬底与源极相连接。以PMOS管为例，其具体结构如图1所示，其中，D1和D2为PMOS管Q中的体二极管，PMOS管Q的漏极电流包括沟道电流和体二极管D2中流过的电流，体二极管D1因衬底与源极相连而被短路。

由图1分析可知，BTMOS结构的MOS管具有一个致命缺点，即，它会在在关断状态时因体二极管D2形成的通路具有较高的反向漏电流，而该反向漏电流还会随着反向偏压的增加而呈指数增长，因此，会严重影响有源整流电路的能量利用效率。

由此可见，如何抑制有源整流电路中MOS管的反向漏电流，进而提高电路的能量利用效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种有源整流电路，以便有效地抑制有源整流电路中MOS管的反向漏电流，进而提高电路的能量利用效率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种有源整流电路，包括整流主电路和有源二极管；

所述整流主电路的输入端作为所述有源整流电路的输入端，用于将输入的交流进行整流并输出脉动直流；所述有源二极管的阳极与所述整流主电路的输出端连接，阴极作为所述有源整流电路的输出端，用于对所述脉动直流进一步进行整流并输出；

其中，所述有源二极管包括比较器和第一PMOS管，所述比较器的反相输入端与所述第一PMOS管的漏极连接，并作为所述有源二极管的阳极；所述比较器的正相输入端与所述第一PMOS管的源极连接，并作为所述有源二极管的阴极；所述比较器的输出端分别与所述第一PMOS管的栅极和衬底连接。

可选地，所述比较器包括第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和反相器；

其中，所述第一NMOS管的漏极、所述第二PMOS管的源极和衬底均与所述第三PMOS管的源极连接，并作为所述比较器的反相输入端；所述第三PMOS管的衬底作为所述比较器的正相输入端；所述第一NMOS管的栅极和源极、所述第二NMOS管的栅极和漏极、所述第三NMOS管的栅极均与所述第四NMOS管的栅极连接；所述第一NMOS管的衬底、所述第二NMOS管的衬底和源极、所述第三NMOS管的衬底和源极与所述第四NMOS管的衬底和源极均接地；所述第二PMOS管的栅极和漏极、所述第三PMOS管的栅极均与所述第三NMOS管的漏极连接；所述第三PMOS管的漏极分别与所述第四NMOS管的漏极和所述反相器的输入端连接；所述反相器的输出端作为所述比较器的输出端。

可选地，所述整流主电路包括第四PMOS管、第五PMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管；所述整流主电路的输入端包括第一输入端和第二输入端；

其中，所述第四PMOS管的衬底与栅极连接；所述第五PMOS管的衬底与栅极连接；所述第四PMOS管的漏极分别与所述第五PMOS管的栅极、所述第五NMOS管的漏极及所述第六NMOS管的栅极连接，并作为所述整流主电路的第一输入端；所述第四PMOS管的栅极分别与所述第五PMOS管的漏极、所述第五NMOS管的栅极及所述第六NMOS管的漏极连接，并作为所述整流主电路的第二输入端；所述第五NMOS管的源极与所述第六NMOS管的源极接地；所述第四PMOS管的源极与所述第五PMOS管的源极连接，并作为所述整流主电路的输出端。

可选地，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管均为增强型NMOS管；所述第四PMOS管和所述第五PMOS管均为增强型PMOS管。

可选地，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管型号相同；所述第四PMOS管和所述第五PMOS管型号相同。

本申请所提供的有源整流电路包括整流主电路和有源二极管；所述整流主电路的输入端作为所述有源整流电路的输入端，用于将输入的交流进行整流并输出脉动直流；所述有源二极管的阳极与所述整流主电路的输出端连接，阴极作为所述有源整流电路的输出端，用于对所述脉动直流进一步进行整流并输出；其中，所述有源二极管包括比较器和第一PMOS管，所述比较器的反相输入端与所述第一PMOS管的漏极连接，并作为所述有源二极管的阳极；所述比较器的正相输入端与所述第一PMOS管的源极连接，并作为所述有源二极管的阴极；所述比较器的输出端分别与所述第一PMOS管的栅极和衬底连接。

可见，相比于现有技术，本申请所提供的有源整流电路中，利用采用DTMOS结构的PMOS管和比较器构建成有源二极管，对整流主电路的输出信号进行进一步整流，可以有效地抑制电路中MOS管的反向漏电流，进而可以提高有源整流电路的能量利用效率。

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为现有技术中传统的BTMOS结构的MOS管的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种有源整流电路的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的DTMOS结构的MOS管的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种比较器的电路结构图；

图5为本申请实施例所提供的一种整流主电路的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种有源整流电路，以便有效地抑制有源整流电路中MOS管的反向漏电流，进而提高电路的能量利用效率。

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2，图2为本申请实施例所提供的一种有源整流电路的结构示意图，主要包括整流主电路1和有源二极管2；

整流主电路1的输入端作为有源整流电路的输入端，用于将输入的交流进行整流并输出脉动直流；有源二极管2的阳极与整流主电路1的输出端连接，阴极作为有源整流电路的输出端，用于对所述脉动直流进一步进行整流并输出；

其中，有源二极管2包括比较器C和第一PMOS管P1，比较器C的反相输入端与第一PMOS管P1的漏极连接，并作为有源二极管2的阳极；比较器C的正相输入端与第一PMOS管P1的源极连接，并作为有源二极管2的阴极；比较器C的输出端分别与第一PMOS管P1的栅极和衬底连接。

具体地，根据图2可知，第一PMOS管P1的衬底并没有与源极连接，而是与栅极一同与比较器C的输出端连接，即，其采用的是DTMOS结构。DTMOS结构的原理如图3所示，由于体二极管D2和体二极管D1均未形成通路，因此可以有效地抑制反向漏电流。

分析图2可知，有源二极管2的阳极和阴极分别与比较器C的反相输入端和正相输入端连接，因此，当有源二极管2的阳极电压高于阴极电压时，比较器C的反相输入端电压高于正相输入端电压，因而输出为低电平；进而使得第一PMOS管P1导通。相反地，当有源二极管2的阳极电压低于阴极电压时，比较器C的反相输入端电压低于正相输入端电压，因而输出为高电平，进而使得第一PMOS管P1关断。由此可见，由比较器C和第一PMOS管P1构成的电路单元的功能就相当于二极管，具有单向导通性，可以有效地抑制反向漏电流，进而提高电路的能量利用效率。

可见，本申请所提供的有源整流电路中，利用采用DTMOS结构的PMOS管和比较器构建成有源二极管，对整流主电路的输出信号进行进一步整流，可以有效地抑制电路中MOS管的反向漏电流，进而可以提高有源整流电路的能量利用效率。

本申请所提供的有源整流电路，在上述实施例的基础上：

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种比较器的电路结构图。作为一种优选实施例，比较器C包括第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4和反相器INV；

其中，第一NMOS管N1的漏极、第二PMOS管P2的源极和衬底均与第三PMOS管P3的源极连接，并作为比较器C的反相输入端V-；第三PMOS管P3的衬底作为比较器C的正相输入端V+；第一NMOS管N1的栅极和源极、第二NMOS管N2的栅极和漏极、第三NMOS管N3的栅极均与第四NMOS管N4的栅极连接；第一NMOS管N1的衬底、第二NMOS管N2的衬底和源极、第三NMOS管N3的衬底和源极与第四NMOS管N4的衬底和源极均接地；第二PMOS管P2的栅极和漏极、第三PMOS管P3的栅极均与第三NMOS管N3的漏极连接；第三PMOS管P3的漏极分别与第四NMOS管N4的漏极和反相器INV的输入端连接；反相器INV的输出端作为比较器C的输出端Vc。

具体地，如图4所示的比较器C采用了衬底驱动技术，即，将第二PMOS管P2衬底和第三PMOS管P3的衬底分别作为比较器C的反相输入端V-和正相输入端V+，并且将第二PMOS管P2和第三PMOS管P3偏置在亚阈值区，以便降低比较器C的功耗。此外，如图4所示，比较器C中的元器件直接由比较器C的反相输入端V-供电，无需额外的驱动电源，当反相输入端V-的电压不够高时，比较器C会自动停止工作，进一步减少了电路中的功耗。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种整流主电路的电路结构图。作为一种优选实施例，整流主电路1包括第四PMOS管P4、第五PMOS管P5、第五NMOS管N5和第六NMOS管N6；整流主电路1的输入端包括第一输入端Vin+和第二输入端Vin-；

其中，第四PMOS管P4的衬底与栅极连接；第五PMOS管P5的衬底与栅极连接；第四PMOS管P4的漏极分别与第五PMOS管P5的栅极、第五NMOS管N5的漏极及第六NMOS管N6的栅极连接，并作为整流主电路1的第一输入端Vin+；第四PMOS管P4的栅极分别与第五PMOS管P5的漏极、第五NMOS管N5的栅极及第六NMOS管N6的漏极连接，并作为整流主电路1的第二输入端Vin-；第五NMOS管N5的源极与第六NMOS管N6的源极接地；第四PMOS管P4的源极与第五PMOS管P5的源极连接，并作为整流主电路1的输出端Vout。

具体地，如图5所示的整流主电路1中，每个MOS管的栅极均与整流主电路1的输入端连接，因此不需要额外的偏置电压电路，并且电路结构十分简单。此外，第四PMOS管P4和第五PMOS管P5分别将各自的衬底与栅极短接，即采用了DTMOS结构，而并没有将衬底与源极短接，因此，其衬源电压就等于栅源电压，是随着电路的输入电压而浮动变化的。事实上，MOS管的阈值电压计算公式为

其中，γ为体效应系数，φ_F为半导体费米势，V_BS为MOS管的衬底与源极间的电压差即衬源电压，V_TH0为V_BS＝0时的阈值电压的值。

根据该计算公式可知，MOS管的阈值电压与衬源电压是反比例的变化关系，即衬源电压越大，阈值电压越低。根据MOS管的阈值电压的计算公式可知，BTMOS结构的MOS管的V_BS为0，其阈值电压是恒定不变的，无法实现动态调整。对于MOS管构成的整流主电路来说，阈值电压降低有利于正向电流增大，阈值电压增大有利于反向漏电流降低；而采用DTMOS结构的MOS管，其衬源电压随输入电压的变化而变化，因而可以实现对阈值电压的动态调整。

作为一种优选实施例，第五NMOS管和第六NMOS管均为增强型NMOS管；第四PMOS管和第五PMOS管均为增强型PMOS管。

具体地，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整流主电路1的交流电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，实现电路的整流功能。

作为一种优选实施例，第五NMOS管和第六NMOS管型号相同；第四PMOS管和第五PMOS管型号相同。

具体地，相同沟道类型的MOS管优选为相同型号，以便形成更为对称的电路结构，以便提高电路的差动特性。

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

1.一种有源整流电路，其特征在于，包括整流主电路和有源二极管；

2.根据权利要求1所述的有源整流电路，其特征在于，所述比较器包括第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和反相器；

3.根据权利要求1或者2所述的有源整流电路，其特征在于，所述整流主电路包括第四PMOS管、第五PMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管；所述整流主电路的输入端包括第一输入端和第二输入端；

4.根据权利要求3所述的有源整流电路，其特征在于，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管均为增强型NMOS管；所述第四PMOS管和所述第五PMOS管均为增强型PMOS管。

5.根据权利要求4所述的有源整流电路，其特征在于，所述第五NMOS管和所述第六NMOS管型号相同；所述第四PMOS管和所述第五PMOS管型号相同。