一種全橋同步整流器的設(shè)計及其應(yīng)用

摘要 一般在AC／DC開關(guān)電源的輸入級會加入一個全橋整流器，將電網(wǎng)的交流電壓變?yōu)槊}動的直流，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，當系統(tǒng)功率較大時，此整流橋?qū)⑾囊徊糠帜芰?，這部分能量損失使得在設(shè)計系統(tǒng)時需進行額外的散熱處理。同時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溝道的增強型MOSFET構(gòu)建全橋同步整流器，并引入相應(yīng)控制信號對其進行全橋同步整流，仿真結(jié)果達到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞 AC／DC開關(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，通過增加輸出級同步整流、引入軟開關(guān)技術(shù)等，使得開關(guān)電源的效率得到了大幅提高。如何進行一步提高其工作效率，筆者從輸入級的一次整流入手進行了相應(yīng)分析和研究。

1 原理與設(shè)計
1．1 橋式整流與橋式同步整流分析
一般開關(guān)電源中一次整流電路結(jié)構(gòu)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行整流，所以D1，D2，D3，D4的壓降約為1 V。當輸出電流為I時，將在整個整流橋上產(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)動信號產(chǎn)生模塊。

為進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管來實現(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截止反向電流，需要用P-MOSFET管來實現(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)動信號。因此，在設(shè)計同步整流P-MOSFET管柵極驅(qū)動信號的大小和時序，要確保同步整流電路的正常工作。圖3為相應(yīng)開關(guān)管M1、M2、M3、M4控制信號S1、S2、S3、S4波形圖。