一种基于MOS管的大电流低压差二极管等效电路的制作方法

本发明属于灵活互动智能用电和需求响应领域，尤其涉及一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路。

背景技术：

电子技术发展越来越快，电子产品也是日新月异，几乎所有的产品里面都少不了二极管的使用，应用功能也是各异，有整流的、稳压的、开关的等等。

肖特基二极管与普通二极管：

硅管的初始导通压降是0.5v左右，正常导通压降是0.7v左右，在接近极限电流情况下导通压降是1v左右；锗管的初始导通压降是0.2v左右，正常导通压降是0.3v左右，在接近极限电流情况下导通压降是0.4v左右，肖特基二极管的初始导通压降是0.4v左右，正常导通压降是0.5v左右，在接近极限电流情况下导通压降是0.8v左右。

两种二极管都是单向导电，可用于整流场合。区别是普通硅二极管的耐压可以做得较高，但是它的恢复速度低，只能用在低频的整流上，如果是高频的就会因为无法快速恢复而发生反向漏电，最后导致管子严重发热烧毁;肖特基二极管的耐压能常较低，但是它的恢复速度快，可以用在高频场合，故开关电源采用此种二极管作为整流输出用，尽管如此，开关电源上的整流管温度还是很高的。

肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(schottkybarrierdiode)，具有正向压降低(0.4--0.5v)、反向恢复时间很短(10-40纳秒)，而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150v，多用于低电压场合。这两种管子通常用于开关电源。肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒~!前者的优点还有低功耗，大电流，超高速~!电气特性当然都是二极管阿~!快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。

但是经过研究表明，虽然上述二极管具有较低的导通电压，但是流通电流大概在5a以下，针对大电流应用场合应用存在一定安全风险，目前公司项目上需要将多个蓄电池进行并联使用，为了防止电池间相互影响，在所有电池正极需要接入一个大功率二极管，电池只能对外输出，不允许其他电池对其进行充电。

图1为目前常用的肖特基二极管正向流通电流与正向压降曲线图，从图中可得到如下几个信息：1、正向电流在1a以下时二极管电压在0.4v以下，且随电流增加电压变化较小，2、电流1a以上时正向压降随着电流增加电压变化很快，在10a时压降为0.6v，到50a时压降就到1.6v。

根据功率公式：p=u*i=50a*1.6v=80w（50a正向电流），10a*0.6v=6w（10a正向电流），在一个二极管上消耗如此大的功耗，二极管发热相当高，如果需要长时间运行二极管必须按照庞大的散热系统，因为温度与正向电流存在如图2的曲线，图2反应随着二极管温度的升高，必须降低流通电流，不然二极管会烧毁。

针对上述问题，经过研究发现目前常用的mos管具备很大的电流承载能力，可轻松实现几十安培的开关，且不需要庞大的散热系统，但是mos管不具备二极管单向导通特性，因此需要外接主动干预才能实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路，用于解决大电流单向流通，降低单向流通器件自身损耗，提供系统效率等问题。

在本发明一实施例中，为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路，包括mos管、比较器、第一至第五电阻、第一至第二电容；所述mos管的一端、第一电阻的一端相连接至供电端，mos管的另一端与第二电阻的一端、第三电阻的一端、第一电容的一端相连接至受电端，mos管的控制端与第二电阻的另一端相连接至比较器的输出端，第一电阻的另一端与第四电阻的一端、第二电容的一端相连接至比较器的反相输入端，第四电阻的另一端与第二电容的另一端相连接至gnd端，第三电阻的另一端与第一电容的另一端、第五电阻的一端相连接至比较器的同相输入端，第五电阻的另一端连接至gnd，比较器的电源端、接地端分别连接至vcc端、gnd端；所述二极管等效电路工作方式为：当供电端正常供电时，电流由供电端通过mos管流向受电端，此时，mos管两端产生电压差值，该电压差值通过第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻组成的采集网络分压后给输入比较器的反相输入端、同相输入端，由于mos管一端的电压高于mos管另一端的电压，因此比较器反相输入端的电压高于同相输入端电压，比较器输出低电平，使得mos管控制端为低电平，mos管完全导通；当供电端停止供电时，由于mos管处于导通状态，存在受电端反向向供电端提供电流，因此存在上述的逆过程，mos管一端的电压低于mos管另一端的电压，此时比较器同相输入端的电压高于反相输入端电压，比较器输出高电平，使得mos管被强制关断，反向流动的电流回路被切断，因此实现二极管反向截止特性。

在本发明一实施例中，所述mos管采用低通阻抗的mos管，由此使得mos管完全导通时，整个电路实现极低的正向压降。

在本发明一实施例中，所述第五电阻的阻值高于第一至第四电阻。

在本发明一实施例中，所述比较器采用lm139ad。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明电路充分考虑二极管工作特性，降低二极管在大电流正向流通时的压降，并可快速关断反向电流。

附图说明

图1为目前常用的肖特基二极管正向流通电流与正向压降曲线图。

图2为二极管温度与正向电流的曲线关系图。

图3为本发明的一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路，包括mos管、比较器、第一至第五电阻、第一至第二电容；所述mos管的一端、第一电阻的一端相连接至供电端，mos管的另一端与第二电阻的一端、第三电阻的一端、第一电容的一端相连接至受电端，mos管的控制端与第二电阻的另一端相连接至比较器的输出端，第一电阻的另一端与第四电阻的一端、第二电容的一端相连接至比较器的反相输入端，第四电阻的另一端与第二电容的另一端相连接至gnd端，第三电阻的另一端与第一电容的另一端、第五电阻的一端相连接至比较器的同相输入端，第五电阻的另一端连接至gnd，比较器的电源端、接地端分别连接至vcc端、gnd端；所述二极管等效电路工作方式为：当供电端正常供电时，电流由供电端通过mos管流向受电端，此时，mos管两端产生电压差值，该电压差值通过第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻组成的采集网络分压后给输入比较器的反相输入端、同相输入端，由于mos管一端的电压高于mos管另一端的电压，因此比较器反相输入端的电压高于同相输入端电压，比较器输出低电平，使得mos管控制端为低电平，mos管完全导通；当供电端停止供电时，由于mos管处于导通状态，存在受电端反向向供电端提供电流，因此存在上述的逆过程，mos管一端的电压低于mos管另一端的电压，此时比较器同相输入端的电压高于反相输入端电压，比较器输出高电平，使得mos管被强制关断，反向流动的电流回路被切断，因此实现二极管反向截止特性。所述mos管采用低通阻抗的mos管，由此使得mos管完全导通时，整个电路实现极低的正向压降。

所述第五电阻的阻值高于第一至第四电阻。

所述比较器采用lm139ad。

以下为本发明的具体实例。

如图3所示，本发明的一种基于mos管的大电流低压差二极管等效电路，主要器件为mos管、比较器两个核心部件，器件成本极低。设计原理如下：

图3左侧为供电端，如太阳能板或其他适配器设备，右侧为受电端，如蓄电池，正常情况下电流由供电端通过q1的mos管流向受电端，在q1两端必然会产生一定的电压差值，此电压差值通过其两端由r1、r2、r7（r7阻值高于其他电阻，以保证mos管能稳定关断）、r8组成的采集网络分压后给电压比较器u2a的同相、反相输入端，根据电流流向图中1处电压高于2处，故电压比较器4号脚电压高于5号脚，比较器输出2号脚为低电平，pmos控制脚栅极由高电平变为低电平，mos管完全导通，通过选用较低通阻抗的mos管，根据欧姆定律就实现了极低的正向压降。

当供电端电压丢失，不在提供电流时，由于此时q1是打开的，比如存在受电端反向向供电端提供电流，因此存在上述的逆过程，q1的端点2电压高于端点1，触发电压比较器输出由低电平变为高电平，mos管q1被强制关断，反向流动的电流回路被切断，因此实现二极管反向截止特性。

目前市面上的大部分mos管导通阻抗可以做到几个毫欧，因此正向导通电压可以控制在十几个毫伏，这样在mos管上耗散的功率很少，器件发热少，可以实现长期稳定运行。

下表为东芝的一款mos管，导通阻抗可做到1.7mω，在30a流通电流情况下，器件耗散功率p=30a*30a*0.0017=1.53w，远低于普通肖特基二极管同条件下的功耗。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。