一種全橋同步整流器的設計及其應用

摘要 一般在A(yíng)C／DC開(kāi)關(guān)電源的輸入級會(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。由于傳統橋式整流器的整流二極管存在約1 V的電壓降，當系統功率較大時(shí)，此整流橋將消耗一部分能量，這部分能量損失使得在設計系統時(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電源的系統效率。文中從用N溝道的增強型MOSFET構建全橋同步整流器，并引入相應控制信號對其進(jìn)行全橋同步整流，仿真結果達到了設計要求。
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

由于現代高速超大規模集成電路的尺寸不斷減小，同時(shí)又對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，筆者從輸入級的一次整流入手進(jìn)行了相應分析和研究。

1 原理與設計
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構如圖1所示。因為圖中電源V1由電網(wǎng)提供，要采用高壓二極管對其進(jìn)行整流，所以D1，D2，D3，D4的壓降約為1 V。當輸出電流為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構如圖2所示，圖中M1、M2、M3、M4為n溝道增強型功率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動(dòng)信號產(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)現整流功能的整流電路稱(chēng)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)現同步整流，必須控制P-MOSFET管的導通和關(guān)斷，而P-MOSFET管的導通和關(guān)斷又取決于它的柵極驅動(dòng)信號。因此，在設計同步整流P-MOSFET管柵極驅動(dòng)信號的大小和時(shí)序，要確保同步整流電路的正常工作。圖3為相應開(kāi)關(guān)管M1、M2、M3、M4控制信號S1、S2、S3、S4波形圖。