低成本同步整流电路的制作方法

本申请涉及整流电路的技术领域，尤其是涉及低成本同步整流电路。

背景技术：

为了降低功耗，各种高性能微处理器的供电电压越来越低，因此低压大电流dc-dc变换器日益成为重要的研究方向。由于次级输出大电流，整流损耗成为影响效率的主要因素。传统的肖特基二极管导通电阻大，不能满足高效率变换器的设计要求；而采用低导通电阻的mosfet管可以有效地降低损耗，即为同步整流电路。传统dc-dc拓扑结构是由功率mos开关功率管和续流二极管组成。续流二极管的导通电压通常在0.7v附近，在续流二极管导通阶段，其导通损耗过大，会降低系统工作效率。目前主流结构为同步dc-dc拓扑结构，传统的同步dc-dc拓扑结构中由开关功率管和功率mos续流功率管，故而同步拓扑结构能够减少续流通路的导通损耗，从而提升效率，同步整流器可以提高变换器的转换效率，目前已经普遍应用于低压大电流变换器的设计。

在理想稳定状态下，功率mos开关功率管和功率mos续流功率管工作状态相反，即，二者有一个导通时，另一个必须关断，反之亦然。由控制电路输出的脉宽调制pwm信号通过逻辑电路分成两个时钟方波信号，控制两个功率管开启和关断。理论上，分别驱动功率mos开关功率管和功率mos续流功率管的方波信号不会使这两个功率管同时导通。但实际上，由于mosfet(金氧半场效晶体管，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)对门级驱动稍有延时，在非理想情况下，两个功率管可能存在同时导通的一段时间，这种情况称为直通状态。直通状态下将输入短路到地，造成大量电流产生，这不仅会减小整个dc-dc的效率，同时有可能会损坏芯片。为减少直通状态的产生，在一功率管关断至另一功率管导通之间人为引进一定的延时，即驱动功率mos开关功率管和功率mos续流功率管的方波信号是非交叠时钟信号，并且称该延时为dc-dc变换器的“死区时间”。然而，在此段时间内，续流电流一直通过续流mos管的寄生二极管续流，因此同样在死区时间内也存在二极管导通损耗。此外，如果死区时间过短，同样会发生直通状态。

dc-dc转换器的死区控制是对两个工作过程内存在的死区时间进行控制：第一是功率开关功率管关闭至功率续流功率管开启之间的死区时间；第二是功率续流功率管关闭至功率开关功率管开启之间的死区时间。传统死区控制为固定死区，但设定的延时长度必须满足所有dc-dc转换器可能存在的应用情况，例如输入输出电压的变化和负载电流的变化等，存在有死区时间固定不便于适配不同的应用情况的缺陷。

技术实现要素：

为了可调节死区时间，本申请提供低成本同步整流电路。

本申请提供的低成本同步整流电路采用如下的技术方案：

低成本同步整流电路，包括依次连接的pwm方波产生模块、上下管互补产生模块、上下管驱动输出模块，以及buck拓扑模块，所述上下管互补产生模块包括死区时间控制子模块以及高低电平分离子模块，所述pwm方波产生模块的输出端连接于死区时间控制子模块的输入端，所述死区时间控制子模块的输出端连接与高低电平分离子模块。

通过采用上述技术方案，pwm方波产生模块产生pwm信号，pwm信号有死区控制子模块产生死区时间后进入高低电平分离子模块，形成两个互补的波形，从而驱动上下管输出模块启动以驱动buck拓扑模块启动，实现调节死区时间的效果。

优选的，所述死区时间控制子模块包括第一电阻r1以及与第一电阻r1连接的第一电容器c1，所述方波产生模块的输出端连接于第一电阻r1远离第一电容器c1的另一端；所述高低电平分离子模块包括第一比较器u1与第二比较器u2，第一比较器u1的正向端与第二比较器u2的反向端连接于第一电阻r1与第一电容c1之间，所述第一比较器u1的反向端接入的控制阀值电压大与第二比较器u2的正向端接入的控制阀值电压。

通过采用上述技术方案，第一电阻r1与第一电容c1对输入得pwm信号进行积分，使其产生死区时间后通入第一电容器c1与第二电容器c2实现高低电平分离且形成两个互补的波形，调节第一电阻r1的阻值与第一电容c1的电容值即可调节死区时间，具有死区时间可调的效果。

优选的，所述上下管互补产生模块还包括与第一比较器u1的反向端与第二比较器u2的正向端连接的控制阀值电压产生子模块。

通过采用上述技术方案，由控制阀值电压产生子模块产生控制阀值电压，具有简化模块，便于维护的效果。

优选的，所述控制阀值电压产生子模块包括依次连接的第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4，所述第三电阻r3的一端接地，所述第四电阻r4远离第三电阻的一端接入供电电源，所述第一比较器u1的反向端连接于第三电阻r3与第四电阻r4之间，所述第二比较器u2的正向端连接于第二电阻r2与第三电阻r3之间。

通过采用上述技术方案，通过第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的分压，使第一比较器u1的正向端与第二比较器u2的反向端接入的控制阀值电压不同，具有简化控制阀值电压产生电路，且通过调节第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4的阻值即可调节控制阀值电压的值。

优选的，所述上下管驱动输出模块包括h桥整流电路，所述h桥整流电路的输出端分别连接buck拓扑模块的输入端。

通过采用上述技术方案，h桥整流电路具有适配由第一比较器u1与第二比较器u2分离的高低电平导通，从而实现驱动buck拓扑模块的效果。

优选的，所述第一比较器u1的输出端连接h桥整流电路中上管的输入端，所述第二比较器u2的输出端连接h桥整流电路中下管的输入端。

通过采用上述技术方案，第一比较器u1输出的高电平驱动h桥整流电路中上管导通，第二比较器u2输出的高电平驱动h桥整流电路中下管导通，从而实现分别驱动h桥整流电路启动的效果。

优选的，所述第二电阻r2、第三电阻r3与第四电阻r4的阻值相同。

通过采用上述技术方案，第二电阻r2、第三电阻r3与第四电阻r4设为相同的阻值，使第一比较器u1的正向端与第二比较器的反向端的电压值之间的差值处于合理的间隔范围内。

优选的，所述第一电阻r1的阻值为2kω，所述第一电容器c1的电容量为22pf。

通过采用上述技术方案，第一电阻r1同一第一电容器c1的值设为这个值，通过计算可获得适合不外加负载的情况下，本申请电路输入12vpwm信号较为合适的死区时间。

附图说明

图1是本申请实施例低成本同步整流电路的原理图；

图2是本申请实施例中上下管互补产生模块的原理图。

附图标记说明：1、pwm方波产生模块；2、上下管互补产生模块；21、死区时间控制子模块；22、高低电平分离子模块；23、控制阀值电压产生子模块；3、上下管驱动输出模块；4、buck拓扑模块。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开低成本同步整流电路。参照图1和图2，低成本同步整流电路包括依次连接的pwm方波产生模块1、上下管互补产生模块2、上下管驱动输出模块3，以及buck拓扑模块4，pwm方波产生模块1产生pwm信号；上下管互补产生模块2包括死区时间控制子模块21以及高低电平分离子模块22，pwm方波产生模块1的输出端连接于死区时间控制子模块21，将pwm信号输入死区时间控制子模块21，而后输入高低电平分离子模块22以实现高低电平的分离，然后再经过上下管驱动输出模块3输出至buck拓扑模块4，实现高低电平低成本分离以及死区时间可控的效果。

参照图2，死区时间控制子模块21包括有第一电阻r1以及与第一电阻r1连接的第一电容器c1，pwm方波产生模块1的输出端连接于第一电阻r1远离第一电容c1的一端，第一电容c1远离第一电阻r1的一端接地。

高低电平分离子模块22包括相同型号、参数的第一比较器u1与第二比较器u2，第一比较器u1的正向端以及第二比较器u2的反向端均连接于第一电阻r1与第一电容c1之间，第一比较器u1的反向端以及第二比较器u2的正向端分别接入控制阀值电压，且第一比较器u1的反向端接入的控制阀值电压大于第二比较器u2的正向端接入的控制阀值电压，所有控制阀值电压均小于pwm信号的最大值。

pwm信号经过第一电阻r1与第一电容c1的积分，产生一个时延后分别输入第一比较器u1的正向端与第二比较器u2的反向端，当pwm信号高于第一比较器u1的反向端接入的控制阀值电压时，第一比较器u1的输出端输出一个延时后的高电平信号，第二比较器u2的输出端输出一个延时后的低电平信号，当pwm信号低于第二比较器u2的正向端接入的控制阀值电压时同理，因为第一电阻r1与第一电容u1积分使pwm信号产生延时，因此pwm信号存在于小于第一比较器u1的控制阀值电压且大于第二比较器u2的控制阀值电压的电压范围，在此电压范围内，第一比较器u1与第二比较器u2的输出端均输出低电平，从而形成了死区值时间。

上下管驱动输出模块3包括h桥整流电路，具体电路原理图参照图1，h桥整流电路的上管的输入端与第一比较器u1的输出端连接，h桥整流电路的下管的输入端与第二比较器u2的输出端连接，buck拓扑模块4包括两个n-mos型场效应管，具体电路原理图参照图1，而h桥整流电路上管的输出端与h桥整流电路下管的输出端分别连接两个n-mos型场效应管的栅极。

当第一比较器u1的输出端输出高电平时，h桥整流电路的上管导通，由第一比较器u1输出的高电平信号通过h桥整流电路的上管驱动与h桥整流电路的上管连接的n-mos型场效应管启动，而后经由n-mos型场效应管推挽放大，第二比较器u2与h桥整流电路的下管以及连接于h桥整流电路的下管的n-mos型场效应管的配合同理，将第一电阻r1与第一电容c1积分形成的死区时间经由第一比较器u1与第二比较器u2粉尘两个互补信号，且分别通过h桥整流电路驱动buck拓扑模块4里的n-mos型场效应管，从而达到死区时间可控，以实现高效整流的目的。

参照图2，在第一比较器u1的反向端与第二比较器u2的正向端连接有控制阀值电压产生子模块23，控制阀值电压产生子模块23包括依次连接的第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4，第三电阻r3的一端接地，第四电阻r4远离第三电阻r3的一端接入供电电源，第一比较器u1的反向端连接于第三电阻r3与第四电阻r4之间，第二比较器u2的正向端连接于第二电阻r2与第三电阻r3之间。

在本实施例中，pwm信号的幅值为12v，第一电阻r1的阻值为2kω，第一电容器c1的电容量为22pf，第二电阻r2、第三电阻r3与第四电阻r4的阻值均为10kω，且本实施例中，比较器的型号为lm358，通过这些搭配，pwm信号通过第一电阻r1和第一电容c1积分，产生一个很小的延时，输入到lm358两个比较器的正向端和反向端，当pwm信号为高电平，第一比较器u1的输出端输出一个延时后的高电平信号，此时第二比较器u2的输出端输出低延时后的低电平，当pwm信号为低电平时，第一比较器u1输出一个延时后的低电平信号，此时第二比较器u2输出低延时后倒相的高电平，r2、r3、r4三个10k的电阻分别给比较器提供一个控制阀值电平，如供电电源为12v，那么第一比较器u1反向端对应的电压为8v，第二比较器u2的正向端电压为4v，当pwm信号大于8伏时，第一比较器u1输出高电平，当pwm信号小于4伏时，第二比较器u2输出高电平，当pwm信号大于4伏，小于8v时，第一比较器u1和第二比较器u2同时输出低电平，产生一个死区值时间，死区的时间长短取值于第一电阻r1和第一电容c1的值。

本申请实施例低成本同步整流电路的实施原理为：pwm信号通过第一电阻r1和第一电容c1积分，产生延时，输入到两个比较器的正向端和反向端，当pwm信号为高电平，第一比较器u1的输出端输出一个延时后的高电平信号，此时第二比较器u2的输出端输出低延时后的低电平，当pwm信号为低电平时，第一比较器u1输出一个延时后的低电平信号，此时第二比较器u2输出低延时后倒相的高电平，r2、r3、r4三个10k的电阻分别给比较器提供一个控制阀值电平，当pwm信号大于第一比较器u1的控制阀值电压时，第一比较器u1输出高电平，当pwm信号第二比较器u2的控制阀值电压时，第二比较器u2输出高电平，当pwm信号大于第二比较器u2的控制阀值电压，小于第一比较器u1的控制阀值电压时，第一比较器u1和第二比较器u2同时输出低电平，产生一个死区值时间，通过调节第一电阻r1和第一电容c1的值可控制死区时间。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。