專利名稱：一種同步整流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)，尤其涉及一種使用開關(guān)管實現(xiàn)的同步整流裝置。
背景技術(shù)：
目前普遍應(yīng)用的整流橋電路，其是一種把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源的一種電路拓撲。請參考圖I，無論是三相整流還是單相整流，無論是半波整流還是全波整流，所用的整流器件都是二極管；二極管整流橋具有電路簡單、成本相對低廉的優(yōu)點，但缺點也非常明顯因為由于二極管的正向?qū)▔航当容^大，所以二極管的功耗會很大，電路轉(zhuǎn)換效率低，不符合綠色節(jié)能要求，易高溫失效降低電路的可靠性和壽命等問題。為提高效率，現(xiàn)有技術(shù)通常選用正向管壓降較低的二極管。從降低功耗、提高效率的角度而言，采用快恢復(fù)整流二極管的整流橋優(yōu)于采用普通整流二極管的；而采用肖特基整流二極管的又優(yōu)于采用快恢復(fù)整流二極管。由于二極管正向管壓降的存在，這些整流橋電路的功耗還是很大，尤其在大電流應(yīng)用場合。而且由于整流橋電路的功耗大，顯然還會引發(fā)整機散熱的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種同步整流裝置，包括開關(guān)管整流橋、電流檢測單元、整流驅(qū)動單元；其中所述開關(guān)管整流橋用于將輸入的交流電進行整流，并在驅(qū)動信號的控制下導(dǎo)通；所述電流檢測單元用于檢測流經(jīng)所述開關(guān)管整流橋的電流，并將該電流轉(zhuǎn)換為檢測電壓輸出；所述整流驅(qū)動單元，用于比較檢測電壓與預(yù)設(shè)的參考電壓，并在所述檢測電壓大于該參考電壓，輸出驅(qū)動信號到所述開關(guān)管整流橋。對比現(xiàn)有的用二極管構(gòu)成的整流橋，本發(fā)明則采用開關(guān)管取代二極管，通過控制電路來精確控制開關(guān)管的同步開通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)把交流轉(zhuǎn)換為直流的整流功能，充分利用了開關(guān)管極低的導(dǎo)通電阻這一特點來降低電源電路本身的功耗。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)采用二極管的普通整流橋電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明一種實施方式中同步整流裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明一種實施方式中同步整流裝置的電路圖。圖4是本發(fā)明另一種實施方式同步整流裝置的電路圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種同步整流裝置，其包括開關(guān)管整流橋、電流檢測單元、整流驅(qū)動單元以及參考電壓輸出單元。請參考圖2所示的本發(fā)明一種實施方式下同步整流裝置的結(jié)構(gòu)圖。請參考圖2以及圖3的一種具體電路圖，在一種優(yōu)選的實施方式中，開關(guān)管整流橋包括上半橋開關(guān)管以及下半橋開關(guān)管；其中上半橋開關(guān)管包括Ql以及Q2兩個P溝道MOS管，下半橋開關(guān)管包括Q3以及Q4兩個N溝道MOS管。其中Ql的柵極連接到Q4的柵極，Q2的漏極連接到Q3的漏極。在成本可接受的前提下，Q I、Q2、Q3以及Q4可以使用更低導(dǎo)通電阻的開關(guān)管，這樣可以把整流橋電路的功耗降得很低，從而極大提高轉(zhuǎn)換效率。在優(yōu)選的實施方式中，所述電流檢測單元包括第一及第二電流檢測電路，第一(第二)電流檢測電路包括電流檢測放大器UlA (U2A)以及檢測電阻Rsl (Rs2);其中UlA (U2A)的兩個輸入端跨接在檢測電阻Rsl(Rs2)兩端，檢測電阻Rsl串聯(lián)于Ql與電源正極端之間，檢測電阻Rs2則串聯(lián)于Q2與電源正極端之間。所述整流驅(qū)動單元包括驅(qū)動輸出子單元以及輔助驅(qū)動子單元；驅(qū)動輸出子單元包括第一以及第二驅(qū)動輸出電路，第一及第二驅(qū)動輸出電路包括比較器U4A、U3A，所述比較器是驅(qū)動輸出電路的主器件；輔助驅(qū)動子單元包括第一輔助驅(qū)動電路以及第二輔助驅(qū)動電路。所述第一以及第二電流檢測電路的輸出分別連接到第一及第二驅(qū)動輸出電路的輸入。第一驅(qū)動輸出電路的輸出連接到Q4的驅(qū)動控制腳·(通常是柵極)以及第一輔助驅(qū)動電路的輸入；第二驅(qū)動輸出電路的輸出連接到Q3驅(qū)動控制腳(通常是柵極)以及第二輔助驅(qū)動電路的輸入。所述第一及第二輔助驅(qū)動電路的輸出分別連接到Ql及Q2的驅(qū)動控制腳(通常是柵極)。同步整流裝置還包括輔助電源單元，該輔助電源單元包括電阻R5、二極管ZD1、濾波電容Cl，其輸出為VCC作為其他有源器件的電源輸入。參考電壓輸出單元包括分壓電路(R6以及R7);其中R7的電壓作為參考電壓(Vref)并輸出到U3A以及U4A的反向輸入端。請參考圖3，交流電AC輸入電壓是周期性變化的。在開關(guān)管未導(dǎo)通時，整個開關(guān)管整流橋的電流經(jīng)由各個開關(guān)管內(nèi)部寄生的體二極管流通，并流經(jīng)電流檢測電阻Rsl以及Rs2。參考電壓輸出單元的分壓電路中的R6、R7用于設(shè)定第一及第二驅(qū)動輸出電路的比較器U4A以及U3A的反向輸入端的參考電壓Vref，其中Vref=VccXR7/(R6+R7);調(diào)整R6以及R7構(gòu)成的分壓電路可以調(diào)整Vref。當(dāng)流經(jīng)Rsl (或Rs2)上的電流大于預(yù)設(shè)的門限值(Ith)時電流檢測放大器UlA(U2A)的輸出電壓ISl (IS2)大于所述Vref ;也就是說比較器U4A(或U3A)的同相輸入端電壓大于Vref,此時第一以及第二比較器輸出的驅(qū)動信號(Gil、G4以及G22、G3,也稱為同步驅(qū)動信號)為高電平。其中Gll與G4是相同的驅(qū)動信號，G4用來驅(qū)動Q4導(dǎo)通，而Gll經(jīng)過第一輔助驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動Ql導(dǎo)通；G22與G3是相同的驅(qū)動信號；G3用來驅(qū)動Q3導(dǎo)通，而G22經(jīng)過第二輔助驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動Q2導(dǎo)通。在Q1、Q4 (或Q2、Q3)導(dǎo)通時，電流從經(jīng)由Q1、Q4 (或Q2、Q3)內(nèi)部寄生的體二極管流通變?yōu)榻?jīng)由Q1、Q4 (或Q2、Q3)的本體流通。其中第一輔助驅(qū)動電路包括MOS管Q 11以及電阻(R1，R2)，第二輔助驅(qū)動電路包括MOS管Q22以及電阻(R3，R4)，兩個輔助驅(qū)動電路的作用主要將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢则?qū)動Ql和Q2的驅(qū)動信號。同樣的道理當(dāng)Rsl (或Rs2)電流小于預(yù)設(shè)的門限值Ith時電流檢測放大器UlA(或U2A)的輸出，也就是比較器U4A (或U3A)的同相輸入端電壓小于Vref，則比較器輸出為低。則Q1、Q4 (或Q2、Q3)被關(guān)閉，此后電流從經(jīng)由Ql、Q4 (或Q2、Q3)的本體流通變?yōu)榻?jīng)由Ql、Q4 (或Q2、Q3)內(nèi)部寄生的體二極管繼續(xù)流通，直到由于AC輸入電壓峰值小于電容Cbulk兩端的直流電壓而自然為零，開關(guān)管內(nèi)部寄生的體二極管也自然反向截止。如前所述，Vref的值可以由分壓電路來調(diào)整，Vref的調(diào)整相當(dāng)于調(diào)整電流門限值Ith，由于Ith=Vref/( & *Rsl)，其中&為UlA或U2A的增益。預(yù)設(shè)的門限值Ith事實上決定了 Ql、Q4(或Q2、Q3)的導(dǎo)通和關(guān)閉時間，由于AC是周期性變化的，Ith越小，每個周期內(nèi)各個開關(guān)管的導(dǎo)通時間就越長，就越能提高電路效率；當(dāng)然Ith過小也可能會因為抖動等意外因素引發(fā)電路的誤操作，具體實施可以在充分測試評估后再根據(jù)應(yīng)用的實際需要和環(huán)境來確定合適的Ith。圖4示出了本發(fā)明另一種實施方式，其中各個器件與圖3具有相同的功能和特性，其與圖3的區(qū)別是電流檢測單元的位置不同。在圖3中的電流信號檢測及放大電路是位于整流橋電路的正極端與開關(guān)管整流橋之間，本發(fā)明稱這樣的電流檢測機制為高邊電流檢測，而圖4中的電流檢測單元位于整流橋電路的接地端與開關(guān)管整流橋之間，本發(fā)明稱這樣的電流檢測機制為低邊電流檢測。對比現(xiàn)有的用二極管構(gòu)成的整流橋，本發(fā)明則采用開關(guān)管取代二極管，通過控制電路來精確控制開關(guān)管的同步開通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)把交流轉(zhuǎn)換為直流的整流功能在電流小于預(yù)設(shè)的門限值時關(guān)斷，使電流不可倒灌，在電流大于門限值后開關(guān)管開通，利用開關(guān)管極低的導(dǎo)通電阻這一特點來降低電源電路本身的功耗。以下提供一種實測數(shù)據(jù)來表明本發(fā)明在降低電源電路功耗上取得的效果。請參考表I以及表2，假設(shè)要求輸出功率為30W，在相同的AC輸入情況下，采用普通二極管一體化整流方案以及肖特二極管分離式整流方案的損耗分別為2. 85W以及I. 8W，而本發(fā)明中使用一種成本低廉(人民幣6兀左右)的實施方案時，損耗僅為0. 783W,損耗相對于普通二極管一體化整流方案下降73%，相對于肖特二極管分離式整流方案下降56%。在要求輸出功率為56W時，這兩個數(shù)據(jù)分別為66%以及50%。而溫度上來說，表I以及表2的表現(xiàn)均比現(xiàn)有技術(shù)有更為良好的表現(xiàn)。從表I以及表2可以清晰地看出，本發(fā)明在合理的成本下大幅度降低了整流電路的功耗以及發(fā)熱量。
權(quán)利要求
1.一種同步整流裝置，包括開關(guān)管整流橋、電流檢測單元、整流驅(qū)動單元；其特征在于， 所述開關(guān)管整流橋用于將輸入的交流電進行整流，并在驅(qū)動信號的控制下導(dǎo)通； 所述電流檢測單元用于檢測流經(jīng)所述開關(guān)管整流橋的電流，并將該電流轉(zhuǎn)換為檢測電壓輸出； 所述整流驅(qū)動單元，用于比較檢測電壓與預(yù)設(shè)的參考電壓，并在所述檢測電壓大于該參考電壓，輸出驅(qū)動信號到所述開關(guān)管整流橋。
2.如權(quán)利要求I所述的同步整流裝置，其特征在于，所述開關(guān)管整流橋包括上半橋開關(guān)管以及下半橋開關(guān)管，所述整流驅(qū)動單元包括驅(qū)動輸出子單元以及輔助驅(qū)動子單元，所述驅(qū)動輸出子單元的輸出連接到下半橋開關(guān)管的驅(qū)動控制腳以及輔助驅(qū)動子彈單元的輸入，所述輔助驅(qū)動子單元的輸出連接到所述上半橋開關(guān)管的驅(qū)動控制腳。
3.如權(quán)利要求2所述的同步整流裝置，其特征在于，所述上半橋開關(guān)管包括第一以及第二開關(guān)管，所述下半橋開關(guān)管包括第三及第四開關(guān)管，其中第一及第二開關(guān)管為P溝道MOS管，第三及第四開關(guān)管為N溝道MOS管；所述驅(qū)動輸出子單元的輸出連接到所述下半橋MOS管的柵極；所述輔助驅(qū)動子單元的輸出連接到上半橋MOS管的柵極。
4.如權(quán)利要求3所述的同步整流裝置，其特征在于，所述電流檢測單元包括第一及第二電流檢測放大器，且第一及第二電流檢查放大器的兩個輸入端均分別連接到第一及第二檢測電阻的兩端，其中 所述第一檢測電阻串聯(lián)于第一 MOS管與電源正極端之間，第二檢測電阻串聯(lián)于第二MOS管與電源正極端之間；或者 第一檢測電阻串聯(lián)于所述電源接地端與第四MOS管之間，第二檢測電阻串聯(lián)于所述電源接地端與第三MOS管之間。
5.如權(quán)利要求3所述的同步整流裝置，其中所述第一MOS管的漏極連接第三MOS管的漏極，所述第二 MOS管的漏極連接到第四MOS管的漏極。
6.如權(quán)利要求3所述的同步整流裝置，其中驅(qū)動輸出子單元包括第一驅(qū)動輸出電路以及第二驅(qū)動輸出電路，輔助驅(qū)動子單元包括第一輔助驅(qū)動電路以及第二輔助驅(qū)動電路，其中第一驅(qū)動輸出電路的輸出連接到第四MOS管的柵極以及第一輔助驅(qū)動電路的輸入；第二驅(qū)動輸出電路的輸出連接到第三MOS管的柵極以及第二輔助驅(qū)動電路的輸入；所述第一及第二輔助驅(qū)動電路的輸出分別連接到第一及第二 MOS管的柵極。
7.如權(quán)利要求I所述的同步整流裝置，其特征在于，還包括參考電壓輸出單元以及輔助電源單元，該參考電壓輸出單元包括連接到輔助電源的分壓電路，所述分壓電路包括串聯(lián)的第一和第二分壓電阻，所述參考電壓為第二分壓電阻的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種同步整流裝置，包括開關(guān)管整流橋、電流檢測單元、整流驅(qū)動單元；其中所述開關(guān)管整流橋用于將輸入的交流電進行整流，并在驅(qū)動信號的控制下導(dǎo)通；所述電流檢測單元用于檢測流經(jīng)所述開關(guān)管整流橋的電流，并將該電流轉(zhuǎn)換為檢測電壓輸出；所述整流驅(qū)動單元，用于比較檢測電壓與預(yù)設(shè)的參考電壓，并在所述檢測電壓大于該參考電壓，輸出驅(qū)動信號到所述開關(guān)管整流橋。對比現(xiàn)有的用二極管構(gòu)成的整流橋，本發(fā)明則采用開關(guān)管取代二極管，通過控制電路來精確控制開關(guān)管的同步開通與關(guān)斷，充分利用了開關(guān)管極低的導(dǎo)通電阻這一特點來降低電源電路本身的功耗。
文檔編號H02M7/219GK102790543SQ20121027947
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者盛華, 韋永奎 申請人:浙江宇視科技有限公司