本实用新型高效率全桥整流电路涉及的内容属于电子技术领域，用于电源的交直流变换。
背景技术：
整流电路的作用是将交流电压转换成直流电压，普遍采用的是四个二极管组成的桥式整流电路结构。但在低电压大电流整流过程中，整流二极管的电压降不能被忽视，管压降一般是1.0V-2.0V，整流二极管所产生的功率损耗占有较大的比例，通常达到总功率的10％-20％。因此，低电压环境下二极管桥式整流电路存在工作效率低的缺点，对于电能的有效利用是一大损害。
为了降低整流电路的功率损耗，目前采用功率场效应管替代二极管承担整流工作。低耐压功率场效应管的导通内阻很小，通常在10mΩ上下，即便是流过10A电流，所产生的电压降也远低于普通二极管的电压降，因而极大降低了整流器件自身的功率损耗。但二极管是简单的单向导通器件，无需外部控制；而场效应管是受控器件，必须根据通、断的需要进行同步控制。为了使得场效应管达到单向导通的目标，业界推出了基于功率场效应管的同步整流电路，以功率场效应管内部的保护二极管为参考，当场效应管上施加正方向的电压时，由另外一路同步控制电压开通场效应管，当场效应管上施加反方向的电压时，同步控制电压使场效应管关闭。目前同步整流电路基本用于高频开关电路中，采用双绕组的全波同步整流结构，如附图4所示。在低频正弦交流环境中因输入电压幅值连续变化，没有固定的开与关的转换时刻，不容易获取同步信号，基本没有采用同步整流方式，普遍采用经典的二极管整流电路。
功率场效应管替代二极管承担整流工作的基本要求是单向导电，即以功率场效应管内部的保护二极管为参考，两端施加正方向的电压时导通，两端施加反方向电压时关闭。在低速环境下，只要检测场效应管源漏两极之间的电压差，快速反馈至场效应管的栅极，完成通与断的调整即可，并不需要外部的同步信号参与控制。电子技术完全可以实现这种控制目标。据此，本实用新型设计了一款基于功率场效应管的高效率全桥整流电路结构，可在低频正弦交流电环境中实现高效率的整流工作。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种针对于低频正弦交流电的高效率全桥整流电路，从技术层面上看，具有以下特征：
高效率全桥整流电路由四只功率场效应管构成全桥式电路，四只功率场效应管连接关系按照功率场效应管内部保护二极管与普通整流桥中二极管极性一致为原则，即功率场效应管处于反向导通模式，如附图1所示；相对于整流后输出电压负极的两只低侧功率场效应管Q2和Q4栅源极分别连接光电耦合器输出口，两只高侧功率场效应管Q1和Q3分别与电压极性鉴别驱动电路组成模拟二极管电路，如附图3所示；两只光电耦合器的输入端串联限流电阻后连接至整流前的正弦交流电路，全桥整流电路输入端口串联电感L1后也连接整流前的正弦交流电路，全桥整流电路输出端口连接滤波电容，电路无外部控制端。
所述模拟二极管电路由二极管D5、高速电压比较器IC3、场效应管Q1、电阻R9、R10、R5、R1及电容C7组成，其中二极管D5阴极、高速电压比较器同相端和电源负端、场效应管Q1源极相互连接成共线，场效应管漏极经过电阻R9连接至电压比较器的反相端，上拉电阻R10接电源正端与高速电压比较器输出端，电压比较器所需的工作电压由外部供给，如附图2所示。
高效率全桥整流电路相比二极管整流电路所产生的有益效果：
在低电压大电流的工作环境中，相对于普通二极管整流电路，能够将整流效率提高10％-15％。
全桥式整流电路在整流过程中，四只功率场效应管构成的桥式中总是对边两只场效应管同时导通，另一对边两只场效应管同时截止，如Q1、Q4导通时Q3、Q2同时截止。以输出电压负端为参考，有两个低侧整流管和两个高侧整流管，如附图1所示。Q1、Q3为高侧场效应管，Q2、Q4为低侧场效应管。两个低侧整流管只要不同时开通即可，即Q2、Q4可以同时关闭，但不能同时导通，而两个高侧整流管不但不能同时开通，而且必须具备二极管导电特性，由其自身两端的电压极性决定其导通与关闭状态。对于输出端连接有滤波电容的整流桥，输出电压维持在较高的电压幅值，在正弦交流的一个周期内，存在输入电压将低于输出电压的时间。只有输入电压高于输出电压时，才能开通高侧场效应管Q1或Q3，这一工作特点可以称为电压随变特性。将整流电路的高侧场效应管设计成模拟二极管结构，如附图2所示，就具备了电压随变特性。附图2所示电路也可以称之为有源二极管。
场效应管模拟二极管电路具有反向电压自动关闭能力，有较高的电压极性鉴别灵敏度。附图2中二极管D5用于限制电压比较器输入端的最高电位，输入端的最低负电位是由场效应管Q1内部保护二极管钳制。电压比较芯片采用LM397，其电平传输延迟时间约为0.3μs，远小于常用的电压比较器LM393传输延迟时间。电压比较器LM397的输出端内部是OC结构，只需外加上拉电阻R10完成脉冲电压输出，即可驱动场效应管Q1。也有一些电压比较器是采用图腾柱结构输出，但工作电压一般在5V以下，在此无法利用。虽然LM358一类的运算放大器是图腾柱结构输出，但它们工作于电压比较状态时，延迟时间可以长达0.5ms，也无法使用。
二极管从导通转为截止过程中存在暂短的延迟效应，模拟二极管从导通转为截止时存在更长的延迟时间，从而造成短时间的放电电流。因此，整流电路的输入端加入脉冲电流抑制电感L1，抑制因延迟关闭而造成的放电电流。模拟二极管电路所需的工作电压值视场效应管开通电压要求而定，对于NTD50N03、AON6504等场效应管开启电压低至1.7V，工作电压取为6～10V。
采用光电耦合器驱动低侧场效应管是为了简化电路而设计。光电耦合器无需额外的工作电源，直接根据输入的交流电压极性驱动相应的场效应管，电路结构简单。虽然光电耦合器存在导通门电压，实际带后级滤波电容的整流过程中，输出电压维持在较高的电压幅值，在正弦交流的一个周期内，大多数时间的输入电压将低于输出电压，在交流零电压附近无整流电流，交流零电压附近场效应管并无开通要求。因此，光电耦合器完全能够胜任场效应管的驱动要求。
完整的高效率全桥整流电路如附图3所示。当输入ACV1为正ACV2为负时，场效应管Q1开通，同时，光耦IC6输出电流，场效应管Q4开通，提供低阻整流通路，整流电流经过电感L1、场效应管Q1、输出直流负载、场效应管Q4形成回路；当输入ACV1为负ACV2为正时，场效应管Q3开通，同时，光耦IC5输出电流，场效应管Q2开通，提供低阻整流通路，整流电流经过场效应管Q3、输出直流负载、场效应管Q2、电感L1形成回路；当输入交流电压较低时，两只光耦均无输出电流，场效应管Q2和Q4均关闭，此时整流桥无整流电流，也无需提供低阻电流通路。
附图说明
附图1是由四只功率场效应管构建的全桥式整流电路主体结构。
图中ACV1和ACV2是交流电压的两个输入端，DCOUT+和DCOUT-是整流后直流电压的两个输出端。
附图2是基于场效应管的模拟二极管电路。
图中IC3是高速电压比较器，Q1是用作整流的场效应管。
附图3是高效率全桥整流电路的完整原理图。
图中ACV1和ACV2是交流电压的两个输入端，DCOUT+和DCOUT-是整流后直流电压的两个输出端，IC5和IC6是光电耦合器，IC3和IC4是高速电压比较器。
附图4是高频开关电路的双绕组全波同步整流电路基本结构。
图中T1是开关变压器，输入交流脉冲电压，Q1和Q2是整流管，L1是滤波电感，DCOUT+和DCOUT-是整流后直流电压的两个输出端，DCOUT-作为参考地端，va和vb是两个同频脉冲电压。
具体实施方式
下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。
有源二极管电路的供电可以取自整流后的直流电压，当整流输出电压高于15V时，可以采用开关降压方式，降低供电电路的功率消耗；当整流输出电压低于18V时，可以采用稳压二极管并联降压方式，以简化电路结构。
如附图3所示的高效率整流电路中高侧采用模拟二极管结构而低侧采用光电耗合器驱动场效应管，仅仅是为了简化电路结构，如果高低侧均采用模拟二极管结构，开通与关闭的速度会更加快。也是因为没有高灵敏电压比较的场效管专用驱动芯片可用，采用了附图2所示的复杂电路结构。如果能够将附图2中除功率场效应管之外部分电路制作成专用驱动芯片，能够极大简化实际整流电路结构。这一专用驱动芯片应该保证四个基本要求：足够高的电压鉴别灵敏度，足够快的信号传递速度，足够大的输出电流能力，在4～10V电压范围内均能够正常工作。
电感L1是用于抑制因有源二极管延迟关闭效应而造成的反向放电电流，电感量取数十微亨即可。电阻R8是输入电流取样电阻，用于对输入电流大小的检测，电阻值控制取为0.1Ω以下，以降低功率损耗，无需检测时可用导线代替。
高效率全桥式整流电路结构相对的比较独立，宜设计成整流模块，以方便其应用。场效应管Q1～Q4的选型视工作电压电流的需要而定，漏源耐压应大于最高输入电压，例如交流电压峰值在25V以下时，可以选用NTD50N03、AON6504、AOD518等场效应管；交流电压峰值在50V以下时，可以选用AOD2610、IRFZ44N、IRF3205等场效应管。
此高效率整流电路一般用于50V以下的交流电整流，随交流电压的升高，二极管电压降相对于输入电压的占比下降，其工作效率提升比例将下降。对试样电路的测试表明，在交流15V电压2A电流的整流中，整流效率可以达到96％，比用普通二极管桥式整流电路效率提高10％。