一种同步整流电路的制作方法

本发明涉及同步整流技术领域，特别涉及一种同步整流电路。

背景技术：

随着微处理器和数字信号处理器的不断发展，对芯片的供电电源的要求越来越高了。不论是功率密度、效率和动态响应等方面都有了新要求，特别是要求输出电压越来越低，电流却越来越大。输出电压会从过去的3.3V降低到1.1～1.8V之间，甚至更低。从电源的角度来看，微处理器和数字信号处理器等都是电源的负载，而且它们都是动态的负载，这就意味着负载电流会在瞬间变化很大，从过去的13A/μs到将来的30A/μs～50A/μs。这就要求有能够输出电压低、电流大、动态响应好的变换器拓扑。近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC/DC变换器中迅速推广应用。

DC/DC变换器的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管(FRD，Fast Recovery Diode)或超快恢复二极管(SRD，Superfast Recovery Diode)可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管(SBD，Schottky Barrier Diode)，也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。功率MOSFET的导通功耗非常小，可以很好的提高电路效率。

在隔离DC/DC变换器大功率、低电压、大电流的使用场景中，双向励磁的拓扑具有明显的技术优势，如全桥、半桥、推挽等拓扑电路形式，具有变压器双向励磁、磁材利用率高、体积小等优势，所以双向励磁的拓扑十分适合以上场景的应用环境。

如图1所示，其为推挽、半桥、全桥拓扑的副边同步整流典型应用电路，图2显示的为图1中各开关管驱动波形，在T0-T1时间内，Q3、Q4开关管同时关闭，Q1、Q2同步整流管同时打开，进行变压器副边电流续流，电流通过Q1、Q2、变压器线圈N2、N3、电感L1、负载端流动；T1-T2时间内，原边开关管Q4开启，变压器进行励磁，并向副边传递电能，整流管Q2开启，Q1关闭，电流通过Q2、负载端、电感L1流回变压器，电感电流线性增加，T2-T3时间内重复T0时间内的续流动作；T3-T4时间内，整流管Q1开启，Q2关闭，电流通过Q1、负载端、电感L1流回变压器，由此可知变压器副边续流时，电流总是流经变压器副边线圈，增加环路消耗功耗，降低产品效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种同步整流电路，从而克服现有电路在续流过程中会增加环路消耗、产品效率较低的缺陷。

本发明实施例提供的一种同步整流电路，包括：第一电源、第二电源、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、电感和第一电容；

所述第一电源的正输出端与所述第一场效应管的漏极相连，所述第一场效应管的源极与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述电感的第一端相连，所述电感的第二端与所述第一电源的负输出端相连；

所述第二电源的正输出端与所述第二场效应管的漏极相连，所述第二场效应管的源极与所述第一电容的第一端相连，所述电感的第二端与所述第二电源的负输出端相连；

所述第三场效应管的漏极与所述电感的第二端相连，所述第三场效应管的源极与所述第一电容的第一端相连；

所述第一场效应管的栅极用于接收第一方波信号，所述第二场效应管的栅极用于接收第二方波信号，所述第三场效应管的栅极用于接收第三方波信号；所述第一方波信号和所述第二方波信号不同时为高电平，且在所述第一方波信号和所述第二方波信号均为低电平时，所述第三方波信号为高电平。

在一种可能的实现方式中，所述第一电源包括变压器的第一次级线圈，所述第二电源包括变压器的第二次级线圈；

所述第一次级线圈的第一端为所述第一电源的正输出端，所述第一次级线圈的第二端为所述第一电源的负输出端；所述第二次级线圈的第一端为所述第二电源的正输出端，所述第二次级线圈的第二端为所述第二电源的负输出端。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电源外围电路；所述电源外围电路与所述变压器的初级线圈相连。

在一种可能的实现方式中，所述电源外围电路包括：第四场效应管、第五场效应管、第二电容和第三电容；

所述第四场效应管的漏极与外部电源相连，并与所述第二电容的第一端相连，所述第四场效应管的源极与所述初级线圈的第一端相连；所述初级线圈的第二端与所述第三电容的第一端和所述第二电容的第二端相连，所述第三电容的第二端接地；

所述第五场效应管的漏极与所述初级线圈的第一端相连，所述第五场效应管的源极接地；

所述第四场效应管的栅极用于接收第一方波信号，所述第五场效应管的栅极用于接收第二方波信号；所述初级线圈的第二端、所述第一次级线圈的第一端和所述第二次级线圈的第二端互为同名端。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：用于输出所述第三方波信号的逻辑电路；

所述逻辑电路的第一输入端用于接收第一方波信号，所述逻辑电路的第二输入端用于接收第二方波信号；所述逻辑电路的输出端与所述第三场效应管的栅极相连。

在一种可能的实现方式中，所述逻辑电路包括：第一非门、第二非门和与门；

所述第一非门的输入端为所述逻辑电路的第一输入端，所述第一非门的输出端与所述与门的第一输入端相连；所述第二非门的输入端为所述逻辑电路的第二输入端，所述第二非门的输出端与所述与门的第二输入端相连；所述与门的输出端与所述第三场效应管的栅极相连。

在一种可能的实现方式中，所述逻辑电路包括：或门和非门；

所述或门的第一输入端为所述逻辑电路的第一输入端，所述或门的第二输入端为所述逻辑电路的第二输入端，所述或门的输出端与所述非门的输入端相连，所述非门的输出端与所述第三场效应管的栅极相连。

本发明实施例提供的一种同步整流电路，设置了用于续流的第三场效应管，从而使得在续流过程中不需要流经第一电源或第二电源，避免了第一电源或第二电源内阻的损耗，提高了产品效率，并减少了第一电源或第二电源的发热。同时，在增加了第三场效应管后，减少了原有整流管充当续流功能时的电能消耗，平均了电源内部的热量分布，提高电源的设计可靠性。该电路使用拓扑原边驱动信号经过或非运算后形成副边续流管的驱动信号，不需要额外设置其他多余的控制信号。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中同步整流应用电路的电路图；

图2为现有技术中开关管驱动波形的波形图；

图3为本发明实施例中同步整流电路的第一电路结构图；

图4为本发明实施例中方波信号的波形图；

图5为本发明实施例中同步整流电路的第二电路结构图；

图6为本发明实施例中同步整流电路的第三电路结构图；

图7为本发明实施例中逻辑电路的第一电路结构图；

图8为本发明实施例中逻辑电路的第二电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

根据本发明实施例，提供了一种同步整流电路，图3为该同步整流电路的电路结构图，具体包括：第一电源10、第二电源20、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、电感L1和第一电容C1。

其中，第一电源10的正输出端与第一场效应管Q1的漏极相连，第一场效应管Q1的源极与第一电容C1的第一端相连，第一电容C1的第二端与电感L1的第一端相连，电感L1的第二端与第一电源10的负输出端相连。

第二电源20的正输出端与第二场效应管Q2的漏极相连，第二场效应管Q2的源极与第一电容C1的第一端相连，电感L1的第二端与第二电源20的负输出端相连。

第三场效应管Q3的漏极与电感L1的第二端相连，第三场效应管Q3的源极与第一电容C1的第一端相连。

第一场效应管Q1的栅极用于接收第一方波信号PWM1，第二场效应管Q2的栅极用于接收第二方波信号PWM2，第三场效应管Q3的栅极用于接收第三方波信号PWM3；第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2不同时为高电平，且在第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2均为低电平时，第三方波信号PWM3为高电平。

并且，第一电源10和第二电源20不同时供电。具体的，在第一方波信号PWM1为高电平时，第一电源10供电；在第二方波信号PWM2为高电平时，第二电源20供电。

本发明实施例中，第一方波信号PWM1、第二方波信号PWM2、第三方波信号PWM3的一种波形示意图如图4所示。如图所示，第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2不同时为高电平，且存在二者同时为低电平的情况；当第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2均为低电平时，第三方波信号PWM3为高电平。同步整流电路的工作过程具体如下：

如图4所示，在T0时间之前，第一方波信号PWM1为高电平，此时第一电源供电且第一场效应管Q1导通；电流流经第一场效应管Q1、第一电容C1、电感L1后流回第一电源，此时Q1充当整流管功能。T0-T1时间内，第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2均为低电平，即PWM1和PWM2占空比关闭，此时第三方波信号PWM3为高电平，第三场效应管Q3开启，此时由第三场效应管Q3、第一电容C1、电感L1组成的回路进行电流续流；在PWM2为高电平之前(即T1时刻)，置位PWM3为低电平，关闭Q3续流管。T1-T2时间段内第二方波信号PWM2为高电平，第二电源供电，此时电流流经第二场效应管Q2、第一电容C1、电感L1后流回第二电源，Q2充当整流管功能。T2-T3时间内，与T0-T1期间相同，输入PWM1和PWM2占空比关闭期间，PWM3为高电平，Q3开启，继续续流动作。

本发明实施例提供的一种同步整流电路，设置了用于续流的第三场效应管，从而使得在续流过程中不需要流经第一电源或第二电源，避免了第一电源或第二电源内阻的损耗，提高了产品效率，并减少了第一电源或第二电源的发热。同时，在增加了第三场效应管后，减少了原有整流管充当续流功能时的电能消耗，平均了电源内部的热量分布，提高电源的设计可靠性。

在一种可能的实现方式中，由变压器为该同步整流电路提供电能，即由变压器提供第一电源和第二电源。具体的，参见图5所示，第一电源10为变压器的第一次级线圈N2，第二电源20为变压器的第二次级线圈N3。其中，第一次级线圈N2的第一端为第一电源10的正输出端，即第一次级线圈N2的第一端与第一场效应管Q1的漏极相连；第一次级线圈N2的第二端为第一电源10的负输出端，即第一次级线圈N2的第二端与电感L1的第二端相连。第二次级线圈N3的第一端为第二电源20的正输出端，即第二次级线圈N3的第一端与第二场效应管Q2的漏极相连；第二次级线圈N3的第二端为第二电源20的负输出端，即第二次级线圈N3的第二端与电感L1的第二端相连。通过控制变压器初级线圈N1的电流流向即可以确定两个次级线圈N2、N3输出的电流方向，即可以确定哪一端为正向输出端。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：电源外围电路；电源外围电路与变压器的初级线圈N1相连；该电源外围电路用于通过外部电源为变压器提供电能。具体的，参见图6所示，电源外围电路包括：第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第二电容C2和第三电容C3。

其中，第四场效应管Q4的漏极与外部电源Vin相连，该外部电源用于提供电能。同时，第四场效应管Q4的漏极还与第二电容C2的第一端相连，第四场效应管Q4的源极与初级线圈N1的第一端相连；初级线圈N1的第二端同时与第三电容C3的第一端和第二电容C2的第二端相连，第三电容C3的第二端接地。第五场效应管Q5的漏极与初级线圈N1的第一端相连，第五场效应管Q5的源极接地。

第四场效应管Q4的栅极用于接收第一方波信号PWM1，第五场效应管Q5的栅极用于接收第二方波信号PWM2；即第一场效应管Q1和第四场效应管Q4的控制信号相同，均为PWM1；第二场效应管Q2和第五场效应管Q5的控制信号相同，均为PWM2。初级线圈N1的第二端、第一次级线圈N2的第一端和第二次级线圈N3的第二端互为同名端。

本发明实施例提供的同步整流电路，电源变压器原边的驱动信号来控制第一场效应管和第二场效应管，不需要设置过多的驱动信号。以图4所示的波形图为例，该同步整流电路的工作过程具体如下：

在T0时间之前，第一方波信号PWM1为高电平，此时第四场效应管Q4和第一场效应管Q1均处于开启状态，电源外围电路中的电流走向为：Vin→Q4→N1→C3；由于初级线圈N1的第二端与第一次级线圈N2的第一端互为同名端，根据图6可知，第一次级线圈N2的第一端为电流的正输出端；此时副边侧的电流走向为：N2→Q1→Vo-→C1→Vo+→L1→N2，即电流流经第一场效应管Q1、第一电容C1、电感L1后流回第一电源，此时Q1充当整流管功能。

在T0-T1时间内，第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2均为低电平，即PWM1和PWM2占空比关闭，第三方波信号PWM3为高电平，此时由于Q4和Q5均断开，故变压器不供电。同时，第三场效应管Q3开启，此时由第三场效应管Q3、第一电容C1、电感L1组成的回路进行电流续流；在PWM2为高电平之前(即T1时刻)，置位PWM3为低电平，关闭Q3续流管。

T1-T2时间段内第二方波信号PWM2为高电平，此时第五场效应管Q5和第二场效应管Q2均处于开启状态，变压器原边侧电源外围电路中的电流走向为：Vin→C2→N1→Q5；由于初级线圈N1的第二端与第一次级线圈N2的第一端互为同名端，根据图6可知，此时第二次级线圈N3的第一端为电流的正输出端；此时副边侧的电流走向为：N3→Q2→Vo-→C1→Vo+→L1→N3，即电流流经第二场效应管Q2、第一电容C1、电感L1后流回第二电源，Q2充当整流管功能。

T2-T3时间内，与T0-T1期间相同，输入PWM1和PWM2占空比关闭期间，PWM3为高电平，Q3开启，继续续流动作。

同时，根据上述工作流程可以得出此种同步整流电路比传统同步整流电路减少消耗的功率约为：P＝I²R(Doff-Don)；其中，R为变压器线圈N2、N3的内阻，I为电源输出电流，Vo为电源输出电压，Doff为开关电源开关管关断占空比，Don为开关电源开关管开启占空比。在续流过程中避免了电源变压器线圈的内阻的损耗，电源效率显著提高。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括：用于输出第三方波信号PWM3的逻辑电路。其中，逻辑电路的第一输入端用于接收第一方波信号PWM1，逻辑电路的第二输入端用于接收第二方波信号PWM2；逻辑电路的输出端与第三场效应管Q3的栅极相连。

具体的，可以根据或非逻辑、或者根据非与逻辑将第一方波信号PWM1和第二方波信号PWM2转换为第三方波信号PWM3。

根据非与逻辑的实现方式如下：参见图7所示，逻辑电路包括：第一非门、第二非门和与门。第一非门的输入端为逻辑电路的第一输入端，第一非门的输出端与与门的第一输入端相连；第二非门的输入端为逻辑电路的第二输入端，第二非门的输出端与与门的第二输入端相连；与门的输出端与第三场效应管的栅极相连。即，第一非门的输入端输入第一方波信号PWM1，第二非门的输入端输入第二方波信号PWM2，经过非与运算后即可以得到第三方波信号PWM3。

同样的，根据或非逻辑的实现方式如下：此时逻辑电路包括：或门和非门。或门的第一输入端为逻辑电路的第一输入端，或门的第二输入端为逻辑电路的第二输入端，或门的输出端与非门的输入端相连，非门的输出端与第三场效应管Q3的栅极相连。即，或门的第一输入端输入第一方波信号PWM1，或门的第二输入端输入第二方波信号PWM2，经过或非运算后即可以得到第三方波信号PWM3。

本发明实施例提供的一种同步整流电路，设置了用于续流的第三场效应管，从而使得在续流过程中不需要流经第一电源或第二电源，避免了第一电源或第二电源内阻的损耗，提高了产品效率，并减少了第一电源或第二电源的发热。同时，在增加了第三场效应管后，减少了原有整流管充当续流功能时的电能消耗，平均了电源内部的热量分布，提高电源的设计可靠性。该电路使用变压器原边驱动信号经过或非运算后形成副边续流管的驱动信号，不需要额外设置其他多余的控制信号。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。