一種全橋同步整流器的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

摘要 一般在AC／DC開(kāi)關(guān)電源的輸入級(jí)會(huì)加入一個(gè)全橋整流器，將電網(wǎng)的交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流，以便之后DC—DC變換器的處理。由于傳統(tǒng)橋式整流器的整流二極管存在約1 V的電壓降，當(dāng)系統(tǒng)功率較大時(shí)，此整流橋?qū)⑾囊徊糠帜芰?，這部分能量損失使得在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需進(jìn)行額外的散熱處理。同時(shí)這部分損失的能量也降低了AC／DC電源的系統(tǒng)效率。文中從用N溝道的增強(qiáng)型MOSFET構(gòu)建全橋同步整流器，并引入相應(yīng)控制信號(hào)對(duì)其進(jìn)行全橋同步整流，仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞 AC／DC開(kāi)關(guān)電源；橋式整流器；DC—DC變換器；全橋同步整流

由于現(xiàn)代高速超大規(guī)模集成電路的尺寸不斷減小，同時(shí)又對(duì)功率要求的不斷增加。因此必須提高供電電源的功率密度，在有限的散熱空間里增加功率密度，就必須提高電源的工作效率。近年來(lái)，通過(guò)增加輸出級(jí)同步整流、引入軟開(kāi)關(guān)技術(shù)等，使得開(kāi)關(guān)電源的效率得到了大幅提高。如何進(jìn)行一步提高其工作效率，筆者從輸入級(jí)的一次整流入手進(jìn)行了相應(yīng)分析和研究。

1 原理與設(shè)計(jì)
1．1 橋式整流與橋式同步整流分析
一般開(kāi)關(guān)電源中一次整流電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。因?yàn)閳D中電源V1由電網(wǎng)提供，要采用高壓二極管對(duì)其進(jìn)行整流，所以D1，D2，D3，D4的壓降約為1 V。當(dāng)輸出電流為I時(shí)，將在整個(gè)整流橋上產(chǎn)生P(VD)=1×2×I的功率損耗。

橋式同步整流電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中M1、M2、M3、M4為n溝道增強(qiáng)型功率MOS管，其中D1、D2、D3、D4為其寄生體二極管。圖中左半部分為其驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊。

為進(jìn)一步提高電源變換器的效率，降低一次整流部分的損耗是提高電源變換器工作效率的一種有效途徑。采用P-MOSFET管來(lái)實(shí)現(xiàn)整流功能的整流電路稱為同步整流電路，P-MOSFET管不像二極管那樣能自動(dòng)截止反向電流，需要用P-MOSFET管來(lái)實(shí)現(xiàn)同步整流，必須控制P-MOSFET管的導(dǎo)通和關(guān)斷，而P-MOSFET管的導(dǎo)通和關(guān)斷又取決于它的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因此，在設(shè)計(jì)同步整流P-MOSFET管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的大小和時(shí)序，要確保同步整流電路的正常工作。圖3為相應(yīng)開(kāi)關(guān)管M1、M2、M3、M4控制信號(hào)S1、S2、S3、S4波形圖。