CN220173111U - 一种基于同步二极管的整流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种基于同步二极管的整流电路，整流电路包括：初级电路、变压器、次级电路；变压器包括初级绕组和次级绕组；初级电路接交流电源，并连接初级绕组；次级电路接次级绕组，次级电路包括同步二极管和滤波电容；其中，同步二极管的正极接次级绕组的异名端，同步二极管的负极连接滤波电容的第一端，滤波电容的第二端接次级绕组的同名端接地；或者，同步二极管的负极接次级绕组的同名端，同步二极管的正极连接滤波电容的第二端，并接地，滤波电容的第一端接次级绕组的异名端；负载并联在滤波电容的两端；同步二极管的正极与负极之间并联一组串联的电容和电阻。

Description

一种基于同步二极管的整流电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种基于同步二极管的整流电路。

背景技术

整流电路是将交流信号转换为直流信号的电路。在现有技术中，有常见的整流电路包括以下几种：

单相半波整流电路：该电路使用一个二极管进行半波整流，只能利用输入信号的一半周期。输出信号具有较高的纹波，并且功率转换效率相对较低。

单相全波整流电路：该电路使用两个二极管进行全波整流，可以利用输入信号的完整周期。输出信号的纹波较低，功率转换效率相对较高。但是，该电路需要使用中心引线或中性线，并且需要更多的二极管。

三相桥式整流电路：该电路使用四个二极管组成桥式整流电路，适用于三相交流电源。它可以实现全波整流，并具有较低的纹波和较高的功率转换效率。这种电路常用于工业应用和电力系统。

尽管整流电路有一定的优点，但也存在一些技术缺陷。常规的开关电源所使用的整流二极管开启电压高，在低电压大电流下损耗大，开关电源的效率低，对于高功率或高频率应用，设计和实现复杂的整流电路还可能需要更多的组件，这可能导致电路的成本和复杂性增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于同步二极管的整流电路。整流电路利用同步二极管的特性，可以有效地减小开关损耗和导通损耗，提高整流效率。该同步二极管中多个电路和主功率MOS管封装于一个芯片上，电路十分简洁，占用PCB的面积小，电路复杂性大大降低，一致性与可靠性得到提高。

为此，本实用新型实施例提供了一种基于同步二极管的整流电路，整流电路包括：初级电路、变压器、次级电路；

变压器包括初级绕组和次级绕组；

初级电路接交流电源，并连接初级绕组；

其中，同步二极管的正极接次级绕组的异名端，同步二极管的负极连接滤波电容的第一端，滤波电容的第二端接次级绕组的同名端接地；或者，同步二极管的负极接次级绕组的同名端，同步二极管的正极连接滤波电容的第二端，并接地，滤波电容的第一端接次级绕组的异名端；

负载并联在滤波电容的两端；同步二极管的正极与负极之间并联一组串联的电容和电阻。

优选的，初级绕组与次级绕组为反相位连接。

优选的，初级电路包括：

全波整流电路、整流电容、RC滤波器、第一二极管和电流控制电路；

全波整流电路由四个二极管组成，每两个二极管串联构成一个串联支路，两个串联支路并联，交流电源的两个输入端分别连接在串联支路的两个二极管中间的节点上；全波整流电路将交流电信号转换为直流电信号；

整流电容并联在全波整流电路的两端；

RC滤波器包括并联连接的一个电阻和一个电容，RC滤波器的一端接全波整流电路的输出端，并连接初级绕组的异名端，RC滤波器的另一端接第一二极管的负极，二极管的正极连接初级绕组的同名端；

电流控制电路包括MOS管和PWM控制电路，PWM控制电路的输出端接MOS管的栅极，MOS管的源漏两极分别接在初级绕组的同名端与地之间。

优选的，每个串联支路中，一个二极管的正极接地，负极与另一个二极管的正极串联于节点，另一个二极管的负极接全波整流电路的输出端。

优选的，同步二极管包括主功率MOS管、供电电路、电压判定电路、逻辑电路、贮能电容、正极和负极；

其中，主功率MOS管的漏极与电压判定电路输入及供电电路输入相连；电压判定电路输出极与逻辑电路输入相连；供电电路的输出与贮能电容及逻辑电路的供电极相连，贮能电容的另一极与主功率MOS管的源极相连，逻辑电路输出与主功率MOS管的栅极相连，逻辑电路的接地极与主功率MOS管的源极相连，源极MOS管的漏极与负极相连，主功率MOS管的源极与正极相连。

优选的，主功率MOS管包括漏极、源极、栅极和寄生二极管，漏极与源极连接在一起，寄生二极管的正极与源极相连接，寄生二极管的负极与漏极相连接。

本实用新型实施例提供的基于同步二极管的整流电路利用同步二极管的特性，可以有效地减小开关损耗和导通损耗，提高整流效率。该同步二极管中多个电路和主功率MOS管封装于一个芯片上，电路十分简洁，占用PCB的面积小，电路复杂性大大降低，一致性与可靠性得到提高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于同步二极管的整流电路的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种具体的基于同步二极管的整流电路的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种具体的基于同步二极管的整流电路的示意图。

具体实施方式

整流滤波是一种电子电路技术，用于将交流电信号转换为直流电信号。在整流电路中，只有正半周的信号通过，而负半周的信号被阻断或转换为其他形式。通过正向整流，交流信号的负半周被滤除，只剩下正半周的信号。这样，输出信号就变成了具有相同幅值的直流信号。正向整流广泛应用于电力供应、电子电路和通信系统中。它是许多电子设备的基本组成部分。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型实施例提供了一种基于同步二极管的整流电路，如图1所示，整流电路包括：初级电路1、变压器2、次级电路3；

变压器2包括初级绕组21和次级绕组22；初级绕组21与次级绕组22为反相位连接。

初级电路1接交流电源10，并连接初级绕组21；

次级电路3接次级绕组22，次级电路3包括同步二极管31和滤波电容32；

其中，同步二极管31的正极311接次级绕组22的异名端，同步二极管31的负极312连接滤波电容32的第一端，滤波电容32的第二端接次级绕组22的同名端并接地GND，负载4并联在滤波电容32的两端；同步二极管31的正极311与负极312之间并联一组串联的电容C0和电阻R0。

本实施例中的同步二极管31，包括主功率MOS管M1、供电电路313、电压判定电路314、逻辑电路315、贮能电容C1、正极311和负极312；主功率MOS管M1包括漏极(D极)、源极(S极)、栅极(G极)和寄生二极管D1，漏极与源极连接在一起，寄生二极管D1的正极与源极相连接，寄生二极管D1的负极与漏极相连接。

主功率MOS管M1的漏极与电压判定电路314输入及供电电路313输入相连；电压判定电路314的输出端与逻辑电路315的输入端相连；供电电路313的输出端与贮能电容C1及逻辑电路315的供电极相连。贮能电容C1的另一极与主功率MOS管M1的源极相连，逻辑电路315的输出端与主功率MOS管M1的栅极相连，逻辑电路315的接地极与主功率MOS管M1的源极相连，源极MOS管M1的漏极与负极312相连，主功率MOS管M1的源极与正极311相连。

在以上电路中，交流电源10提供交流电信号，它可以是来自电网的交流电或其他交流电源。交流电信号经过变压器2进行调整，以适应整流电路的需求，例如降低电压或提高电压。变压器2输出的交流电信号进入整流器3。当主功率MOS管M1的D极电压高于主功率MOS管M1的S极电压时，输出低电平给逻辑电路315，逻辑电路315输出低电压给主功率MOS管M1的G极，主功率MOS管M1关断；当主功率MOS管M1的D极电压低于其S极电压时，输出高电平给逻辑电路315，逻辑电路315输出高电压给主功率MOS管M1的G极，主功率MOS管M1开通。

最后，经滤波电容32滤波后的直流信号被连接到负载4，负载4可以例如是电子设备或电路，以供其正常工作。

在一个具体的例子中，初级电路1可具体如图2所示，包括：全波整流电路11、整流电容12、RC滤波器、二极管D0和电流控制电路；

全波整流电路11由四个二极管组成，每两个二极管串联构成一个串联支路，两个串联支路并联，交流电源10的两个输入端分别连接在串联支路的两个二极管中间的节点a、b上；全波整流电路11将交流电信号转换为直流电信号；其中，每个串联支路中，均为一个二极管的正极接地，负极与另一个二极管的正极串联于节点，另一个二极管的负极接全波整流电路11的输出端。

整流电容12并联在全波整流电路11的两端；

RC滤波器包括并联连接的一个电阻R2和一个电容C2，RC滤波器的一端接全波整流电路11的输出端，并连接初级绕组21的异名端，RC滤波器的另一端接二极管D0的负极，二极管D0的正极连接初级绕组21的同名端；

电流控制电路包括MOS管M2和PWM控制电路13，PWM控制电路13的输出端接MOS管M2的栅极，MOS管M2的源漏两极分别接在初级绕组21的同名端与地GND之间。

在交流信号正半周的时候，交流电源10的正极与第一串联支路(靠近交流电源10的支路)中的第一个二极管(图中上方)的正向极性相连，使第一个二极管处于导通状态，电流通过第一串联支路。同时，交流电源10的负极与第二串联支路中的第二个二极管的反向极性相连，使第二个二极管处于截止状态，电流无法通过第二串联支路。

在交流信号负半周的时候，交流电源10的正极与第一串联支路中的第一个二极管的反向极性相连，使第一串联支路中的第一个二极管处于截止状态，电流无法通过第一串联支路。同时，交流电源10的负极与第二串联支路中的第二个二极管的正向极性相连，使第二个二极管处于导通状态，电流通过第二个串联支路。

通过交替导通和截止状态，四个二极管实现了对输入交流信号的整流。在每个半周中，至少有一个二极管处于导通状态，从而实现了全波整流。

输出信号经过整流后仍然包含高频噪声，为了平滑输出信号，加入整流电容12和电容C2和电阻R2并联形成的一个低通滤波器，以平滑脉动并输出稳定的直流电压。

二极管D0反向串联在电容C2和电阻R2并联电路的输出端，用以提供一个回路以避免电压过高。

控制MOS管M2的栅极电压通过PWM控制信号，从而控制电流的通断。PWM控制电路13通过调整PWM信号的占空比(高电平和低电平时间的比例)来调节电流的平均值。PWM控制可以用于调整输出功率。

在初级电路输入电源经过电容和电阻的低通滤波作用，得到平滑的直流电压。这个直流电压经过反向二极管保护，然后作为初级线圈的输入，经过变压器变换到次级侧或其他负载所需的电压级别。MOS管通过PWM控制信号的调节，控制电流在初级绕组中的通断，从而控制输出功率。

在另一个具体的例子中，如图3所示，整流电路包括：初级电路1、变压器2、次级电路3；

变压器2包括初级绕组21和次级绕组22；初级绕组21与次级绕组22为反相位连接。

初级电路1接交流电源10，并连接初级绕组21；

次级电路3接次级绕组22，次级电路3包括同步二极管31和滤波电容32；

其中，同步二极管31的负极312接次级绕组22的同名端，同步二极管31的正极连接滤波电容32的第二端，并接地GND，滤波电容GND的第一端接次级绕组22的异名端；负载4并联在滤波电容32的两端；同步二极管31的正极与负极之间并联一组串联的电容C0和电阻R0。

图3所示电路的工作原理与前述图2所示电路原理相同，区别仅仅在于同步二极管的连接到同名端且正负极与图2所示电路连接方式相反，在此不再对其工作过程进行赘述。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于同步二极管的整流电路，其特征在于，整流电路包括：初级电路、变压器、次级电路；

变压器包括初级绕组和次级绕组；

初级电路接交流电源，并连接初级绕组；

次级电路接次级绕组，次级电路包括同步二极管和滤波电容；

其中，同步二极管的正极接次级绕组的异名端，同步二极管的负极连接滤波电容的第一端，滤波电容的第二端接次级绕组的同名端接地；或者，同步二极管的负极接次级绕组的同名端，同步二极管的正极连接滤波电容的第二端，并接地，滤波电容的第一端接次级绕组的异名端；

负载并联在滤波电容的两端；同步二极管的正极与负极之间并联一组串联的电容和电阻。

2.根据权利要求1所述的基于同步二极管的整流电路，其特征在于，初级绕组与次级绕组为反相位连接。

3.根据权利要求1所述的基于同步二极管的整流电路，其特征在于，初级电路包括：

全波整流电路、整流电容、RC滤波器、第一二极管和电流控制电路；

全波整流电路由四个二极管组成，每两个二极管串联构成一个串联支路，两个串联支路并联，交流电源的两个输入端分别连接在串联支路的两个二极管中间的节点上；全波整流电路将交流电信号转换为直流电信号；

整流电容并联在全波整流电路的两端；

RC滤波器包括并联连接的一个电阻和一个电容，RC滤波器的一端接全波整流电路的输出端，并连接初级绕组的异名端，RC滤波器的另一端接第一二极管的负极，二极管的正极连接初级绕组的同名端；

电流控制电路包括MOS管和PWM控制电路，PWM控制电路的输出端接MOS管的栅极，MOS管的源漏两极分别接在初级绕组的同名端与地之间。

4.根据权利要求3所述的基于同步二极管的整流电路，其特征在于，每个串联支路中，一个二极管的正极接地，负极与另一个二极管的正极串联于节点，另一个二极管的负极接全波整流电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的基于同步二极管的整流电路，其特征在于，同步二极管包括主功率MOS管、供电电路、电压判定电路、逻辑电路、贮能电容、正极和负极；

其中，主功率MOS管的漏极与电压判定电路输入及供电电路输入相连；电压判定电路输出极与逻辑电路输入相连；供电电路的输出与贮能电容及逻辑电路的供电极相连，贮能电容的另一极与主功率MOS管的源极相连，逻辑电路输出与主功率MOS管的栅极相连，逻辑电路的接地极与主功率MOS管的源极相连，源极MOS管的漏极与负极相连，主功率MOS管的源极与正极相连。

6.根据权利要求5所述的基于同步二极管的整流电路，其特征在于，主功率MOS管包括漏极、源极、栅极和寄生二极管，漏极与源极连接在一起，寄生二极管的正极与源极相连接，寄生二极管的负极与漏极相连接。