CN1874133A

CN1874133A - 全波桥式同步整流电路

Info

Publication number: CN1874133A
Application number: CN 200610036100
Authority: CN
Inventors: 肖俊承; 邹高迪
Original assignee: 肖俊承
Current assignee: Foshan Igor Electric Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2006-12-06

Abstract

本发明公开了全波桥式同步整流电路，包括连接成桥式整流电路的同步整流MOS管，还包括电压限幅元件，它连接在对应的同步整流MOS管的栅极和源极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行限幅，确保对应的同步整流MOS管的工作安全；还包含驱动电压整形电路，它连接在交流输入电压中的一个端子和对应的MOS场效应晶体管的栅极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行波形整形，有利于对应的同步整流MOS管适时的导通与关断。本发明具有结构简单、可独立使用、负载导线长等特点，广泛应用于开关工作模式电源输出的高频低电压的同步整流电路中。

Description

全波桥式同步整流电路

技术领域

本发明涉及同步整流电路，尤其涉及一种全波桥式同步整流电路。

背景技术

近年来，电子技术的发展，很多场合要求电路的工作电压越来越低、电流越来越大。在要求输出直流低电压、大电流的情况下，即使采用低导通压降的肖特基二极管(SBD)来作整流器件，也会产生大约0.5V的压降，若电流达到10A，甚至20A以上时，一只整流二极管的管耗将达到10W左右。管耗十分突出，使电源整流输出效率极低。因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流整流的需要。

同步整流是采用通态电阻极低的大功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。用功率MOSFET构成整流器时，要求栅极驱动电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。为满足高频、大电流同步整流电路的需要，近年来一些大电流低导通电阻MOSFET不断问世，它们的通态电阻一般为0.01欧姆以下至几个毫欧，在通过20A电流时的导通压降还不到0.2V。从而大大降低了电流通过整流器件所消耗能量，提高了整个电源系统的变换效率。

现有技术中，中国专利号96107652.6，名称为《全波桥式整流电路》，如图1所示，该电路主要包括：两个P型MOSFET管MP1及MP2、两个N型MOSFET管MN1及MN2、两个高电平比较电路COMH1及COMH2、两个低电平比较电路COML1及COML2。

该电路虽然也能达到低电压、大电流需要的同步整流目的，但是存在着下述不足：(1)电路复杂，成本较高。构成该电路的4个电平比较电路由4个运算放大器组成，也可以如图2所示，由7个MOS管和一个反相器组成(图2为其实施例)，这样，共需要28个MOS管和4个反相器。无论是何种构成形式，由于所需要的电子元气件数目太多，都会导致该电路的结构复杂，成本偏高。(2)使用十分不便。如图1、图2所示，运算放大器正常工作作电平比较时，必需要直流辅助电源V_dd，也就是说，该电路并不能独立的工作，它必须由线路变换或其他装置来提供直流电源V_dd的辅助下，才能正常的工作，导致该电路的复杂和操作的不便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明特提出一种电路结构简单、成本低、使用输入电压经整形后来驱动全波桥式同步整流电路。

为了达到上述目的，本发明采取了下述技术方案：

全波桥式同步整流电路，包括4个连接成桥式整流电路的同步整流MOS管，所述的同步整流MOS管用于对交流输入电流的导通与关断，执行同步整流功能，该电路还包括电压限幅元件，它连接在对应的同步整流MOS管的栅极和源极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行限幅，确保对应的同步整流MOS管的工作安全；该电路还包含驱动电压整形电路，它连接在交流输入电压中的一个端子和对应的MOS场效应晶体管的栅极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行波形整形，有利于对应的同步整流MOS管适时的导通与关断。

上述的同步整流元件为MOS场效应晶体管，数目为4个，为增大通过电流能力也可各并联至多个，其中，两个为NMOS管N1、N2，两个为PMOS管P1、P2，并且：两只异型管N1、P1的漏极电连接于交流输入电压的1端子；两只异型管N2、P2的漏极电连接于交流输入电压的1’端子；两只同型管N1、N2的源极电连接于直流输出电压的端子2；两只同型管P1、P2的源极电连接于直流输出电压的端子2’。

上述的电压限幅元件为双向稳压二极管，所述的双向稳压管连接在对应的MOS场效应晶体管的栅极和源极之间。其中，双向稳压二极管D₁接在PMOS管P1的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₂接在PMOS管P2的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₃接在NMOS管N1的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₄接在NMOS管N2的栅极和源极之间。电压限幅元件也可以是其他类似功能器件或电路，只要其能完成双向电压限幅的功能即可。

上述的交流输入电压整形电路为RC并联或其他使用电容加速的波形整形回路，所述的RC并联回路连接在MOS场效应晶体管的栅极和交流输入电压的一个端子之间，其作用是对输入的交流电压进行整形，比如使输入波形的前沿更加陡峭或增大波形前沿或后沿幅值，这样，有利于同步整流MOS管的导通与关断

为了保护同步整流MOS管的安全，在驱动电压整形电路和对应的MOS场效应晶体管的栅极之间串联有限流电阻，当交流输入端的电压过大时，该限流电阻可以起到分压限流的作用。

相比于现有技术，本发明的优势在于：(1)电路的结构更加简单，采用的电子元器件的个数少，成本更加低廉；(2)本发明产品可以独立的工作，使用十分方便，在本发明的交流输入端输入低压、高频的交流输入电压，无需其它辅助工作电源，其直流输出端就能得到低电压大电流的脉动直流电；(3)负载连接导线可延长，扩展了其使用范围。一般的电子变压器，如果直接接负载，由于是高频交流电其负载连接导线一般不能超过2-3米，否则，会因为高频交流电流流过过长的负载导线产生过大的感抗而导致负载获得的电压很低，达不到负载所需的工作电压，同时由于改变了负载特性而影响前级电路匹配的工作状态，轻则造成温升高，效率低，重则使整个产品烧毁。而采用本发明装置，由于直流输出端为单向直流电，负载导线的高频感抗很小，这样，在本发明装置的后面再接低压负载，其负载导线允许的长度可以大大增加，可以达到20-30米，拓展了低压、高频输出的电子变压器的使用范围。

本发明可广泛应用于开关工作模式电源输出的高频低电压的同步整流中，尤其应用于低压、高频输出的以高频开关模式工作的电子变压器的后续整流变换装置中。

附图简要说明

图1是现有技术的电原理图；

图2是现有技术的电平比较电路的实施例图；

图3是本发明的一个实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明实施例的具体工作过程。

如图3所示，全波桥式同步整流电路，由四个MOSFET组成桥式同步整流电路，其中两个为NMOSFET管N1、N2，两个为PMOSFET管P1、P2，并且：两只异型管N1、P1的漏极电连接于交流输入电压的1端子；两只异型管N2、P2的漏极电连接于交流输入电压的1’端子；两只同型管N1、N2的源极电连接于直流输出电压的端子2；两只同型管P1、P2的源极电连接于直流输出电压的端子2’。双向稳压二极管D₁接在PMOS管P1的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₂接在PMOS管P2的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₃接在NMOS管N1的栅极和源极之间；双向稳压二极管D₄接在NMOS管N2的栅极和源极之间。每个MOS管的栅极还串接有一个RC并联回路。其中，R2、C1构成的RC并联回路的一端通过限流电阻R1连接到MOS管P1的栅极，另一端连接在交流输入端的1’端子；R4、C2构成的RC并联回路的一端通过限流电阻R3连接到MOS管P2的栅极，另一端连接在交流输入端的1端子；R6、C3构成的RC并联回路的一端通过限流电阻R5连接到MOS管N1的栅极，另一端连接在交流输入端的1’端子；R8、C4构成的RC并联回路的一端通过限流电阻R7连接到MOS管N2的栅极，另一端连接在交流输入端的1端子。

当在1、1’端子间输入高频、低压的交流电压时，通常，此类输入电压可来自高频、低压的高频变压器的输出，电压的范围可以在几伏至几十伏之间，具体可根据不同的电压来选择合适的V_GS、V_DS的MOSFET，输入的交流电压的波形可以为方波或正弦波，或类似于方波或准方波及梯形波。若1、1’端子之间的输入电压在时间序列上1端为正脉冲时，此正脉冲电压经过整形、双向限幅后，驱动四个桥式整流MOS管中的N1、P2导通，同时1’端为负脉冲使MOS管中的N2、P1关断使2端输出正电压，2’端输出负电压。若输入电压在时间序列上1’为正脉冲时，此正脉冲电压经过整形、双向限幅后，使得四个桥式整流MOS管中的N2、P1导通，同时1端的负脉冲使MOS管中的N1、P2关断，也使得在2端输出正电压，2’端输出负电压。这样，在直流输出端子2、2’之间就可以得到2为“+”，2’为“-”的脉动的低压直流电压输出。

Claims

1、全波桥式同步整流电路，包含：4个连接成桥式整流电路的同步整流MOS场效应晶体管，所述的同步整流MOS场效应晶体管用于对交流输入电流的导通与关断，执行同步整流功能，其特征在于：

还包括电压限幅元件，所述的电压限幅元件连接在对应的同步整流MOS场效应晶体管的栅极和源极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行限幅，确保所述的同步整流MOS场效应晶体管的工作安全；

还包含驱动电压整形电路，所述的驱动电压整形电路连接在交流输入电压中的一个端子和对应的MOS场效应晶体管的栅极之间，用于对引自交流输入端的驱动电压进行波形整形，有利于所述的同步整流MOS场效应晶体管适时的导通与关断。

2、按照权利要求1所述的全波桥式同步整流电路，其特征在于：所述的电压限幅元件为双向或单向稳压二极管组成。

3、按照权利要求1所述的全波桥式同步整流电路，特征在于：所述的驱动电压整形电路为电容或电容与电阻的组合而形成的电路。

4、按照权利要求1或2或3所述的全波桥式同步整流电路，其特征在于：所述的驱动电压整形电路和对应的MOS场效应晶体管的栅极之间连接有限流电阻。