本發(fā)明涉及同步整流技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同步整流電路。

背景技術(shù)：

隨著微處理器和數(shù)字信號處理器的不斷發(fā)展，對芯片的供電電源的要求越來越高了。不論是功率密度、效率和動態(tài)響應(yīng)等方面都有了新要求，特別是要求輸出電壓越來越低，電流卻越來越大。輸出電壓會從過去的3.3V降低到1.1～1.8V之間，甚至更低。從電源的角度來看，微處理器和數(shù)字信號處理器等都是電源的負(fù)載，而且它們都是動態(tài)的負(fù)載，這就意味著負(fù)載電流會在瞬間變化很大，從過去的13A/μs到將來的30A/μs～50A/μs。這就要求有能夠輸出電壓低、電流大、動態(tài)響應(yīng)好的變換器拓?fù)?。近年來隨著電源技術(shù)的發(fā)展，同步整流技術(shù)正在向低電壓、大電流輸出的DC/DC變換器中迅速推廣應(yīng)用。

DC/DC變換器的損耗主要由3部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出?？旎謴?fù)二極管(FRD，F(xiàn)ast Recovery Diode)或超快恢復(fù)二極管(SRD，Superfast Recovery Diode)可達(dá)1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管(SBD，Schottky Barrier Diode)，也會產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。功率MOSFET的導(dǎo)通功耗非常小，可以很好的提高電路效率。

在隔離DC/DC變換器大功率、低電壓、大電流的使用場景中，雙向勵磁的拓?fù)渚哂忻黠@的技術(shù)優(yōu)勢，如全橋、半橋、推挽等拓?fù)潆娐沸问?，具有變壓器雙向勵磁、磁材利用率高、體積小等優(yōu)勢，所以雙向勵磁的拓?fù)涫诌m合以上場景的應(yīng)用環(huán)境。

如圖1所示，其為推挽、半橋、全橋拓?fù)涞母边呁秸鞯湫蛻?yīng)用電路，圖2顯示的為圖1中各開關(guān)管驅(qū)動波形，在T0-T1時間內(nèi)，Q3、Q4開關(guān)管同時關(guān)閉，Q1、Q2同步整流管同時打開，進(jìn)行變壓器副邊電流續(xù)流，電流通過Q1、Q2、變壓器線圈N2、N3、電感L1、負(fù)載端流動；T1-T2時間內(nèi)，原邊開關(guān)管Q4開啟，變壓器進(jìn)行勵磁，并向副邊傳遞電能，整流管Q2開啟，Q1關(guān)閉，電流通過Q2、負(fù)載端、電感L1流回變壓器，電感電流線性增加，T2-T3時間內(nèi)重復(fù)T0時間內(nèi)的續(xù)流動作；T3-T4時間內(nèi)，整流管Q1開啟，Q2關(guān)閉，電流通過Q1、負(fù)載端、電感L1流回變壓器，由此可知變壓器副邊續(xù)流時，電流總是流經(jīng)變壓器副邊線圈，增加環(huán)路消耗功耗，降低產(chǎn)品效率。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種同步整流電路，從而克服現(xiàn)有電路在續(xù)流過程中會增加環(huán)路消耗、產(chǎn)品效率較低的缺陷。

本發(fā)明實施例提供的一種同步整流電路，包括：第一電源、第二電源、第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、電感和第一電容；

所述第一電源的正輸出端與所述第一場效應(yīng)管的漏極相連，所述第一場效應(yīng)管的源極與所述第一電容的第一端相連，所述第一電容的第二端與所述電感的第一端相連，所述電感的第二端與所述第一電源的負(fù)輸出端相連；

所述第二電源的正輸出端與所述第二場效應(yīng)管的漏極相連，所述第二場效應(yīng)管的源極與所述第一電容的第一端相連，所述電感的第二端與所述第二電源的負(fù)輸出端相連；

所述第三場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連，所述第三場效應(yīng)管的源極與所述第一電容的第一端相連；

所述第一場效應(yīng)管的柵極用于接收第一方波信號，所述第二場效應(yīng)管的柵極用于接收第二方波信號，所述第三場效應(yīng)管的柵極用于接收第三方波信號；所述第一方波信號和所述第二方波信號不同時為高電平，且在所述第一方波信號和所述第二方波信號均為低電平時，所述第三方波信號為高電平。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一電源包括變壓器的第一次級線圈，所述第二電源包括變壓器的第二次級線圈；

所述第一次級線圈的第一端為所述第一電源的正輸出端，所述第一次級線圈的第二端為所述第一電源的負(fù)輸出端；所述第二次級線圈的第一端為所述第二電源的正輸出端，所述第二次級線圈的第二端為所述第二電源的負(fù)輸出端。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，該電路還包括：電源外圍電路；所述電源外圍電路與所述變壓器的初級線圈相連。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述電源外圍電路包括：第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管、第二電容和第三電容；

所述第四場效應(yīng)管的漏極與外部電源相連，并與所述第二電容的第一端相連，所述第四場效應(yīng)管的源極與所述初級線圈的第一端相連；所述初級線圈的第二端與所述第三電容的第一端和所述第二電容的第二端相連，所述第三電容的第二端接地；

所述第五場效應(yīng)管的漏極與所述初級線圈的第一端相連，所述第五場效應(yīng)管的源極接地；

所述第四場效應(yīng)管的柵極用于接收第一方波信號，所述第五場效應(yīng)管的柵極用于接收第二方波信號；所述初級線圈的第二端、所述第一次級線圈的第一端和所述第二次級線圈的第二端互為同名端。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，該電路還包括：用于輸出所述第三方波信號的邏輯電路；

所述邏輯電路的第一輸入端用于接收第一方波信號，所述邏輯電路的第二輸入端用于接收第二方波信號；所述邏輯電路的輸出端與所述第三場效應(yīng)管的柵極相連。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述邏輯電路包括：第一非門、第二非門和與門；

所述第一非門的輸入端為所述邏輯電路的第一輸入端，所述第一非門的輸出端與所述與門的第一輸入端相連；所述第二非門的輸入端為所述邏輯電路的第二輸入端，所述第二非門的輸出端與所述與門的第二輸入端相連；所述與門的輸出端與所述第三場效應(yīng)管的柵極相連。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述邏輯電路包括：或門和非門；

所述或門的第一輸入端為所述邏輯電路的第一輸入端，所述或門的第二輸入端為所述邏輯電路的第二輸入端，所述或門的輸出端與所述非門的輸入端相連，所述非門的輸出端與所述第三場效應(yīng)管的柵極相連。

本發(fā)明實施例提供的一種同步整流電路，設(shè)置了用于續(xù)流的第三場效應(yīng)管，從而使得在續(xù)流過程中不需要流經(jīng)第一電源或第二電源，避免了第一電源或第二電源內(nèi)阻的損耗，提高了產(chǎn)品效率，并減少了第一電源或第二電源的發(fā)熱。同時，在增加了第三場效應(yīng)管后，減少了原有整流管充當(dāng)續(xù)流功能時的電能消耗，平均了電源內(nèi)部的熱量分布，提高電源的設(shè)計可靠性。該電路使用拓?fù)湓咈?qū)動信號經(jīng)過或非運算后形成副邊續(xù)流管的驅(qū)動信號，不需要額外設(shè)置其他多余的控制信號。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中同步整流應(yīng)用電路的電路圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)管驅(qū)動波形的波形圖；

圖3為本發(fā)明實施例中同步整流電路的第一電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例中方波信號的波形圖；

圖5為本發(fā)明實施例中同步整流電路的第二電路結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實施例中同步整流電路的第三電路結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明實施例中邏輯電路的第一電路結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明實施例中邏輯電路的第二電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實施方式的限制。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種同步整流電路，圖3為該同步整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖，具體包括：第一電源10、第二電源20、第一場效應(yīng)管Q1、第二場效應(yīng)管Q2、第三場效應(yīng)管Q3、電感L1和第一電容C1。

其中，第一電源10的正輸出端與第一場效應(yīng)管Q1的漏極相連，第一場效應(yīng)管Q1的源極與第一電容C1的第一端相連，第一電容C1的第二端與電感L1的第一端相連，電感L1的第二端與第一電源10的負(fù)輸出端相連。

第二電源20的正輸出端與第二場效應(yīng)管Q2的漏極相連，第二場效應(yīng)管Q2的源極與第一電容C1的第一端相連，電感L1的第二端與第二電源20的負(fù)輸出端相連。

第三場效應(yīng)管Q3的漏極與電感L1的第二端相連，第三場效應(yīng)管Q3的源極與第一電容C1的第一端相連。

第一場效應(yīng)管Q1的柵極用于接收第一方波信號PWM1，第二場效應(yīng)管Q2的柵極用于接收第二方波信號PWM2，第三場效應(yīng)管Q3的柵極用于接收第三方波信號PWM3；第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2不同時為高電平，且在第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2均為低電平時，第三方波信號PWM3為高電平。

并且，第一電源10和第二電源20不同時供電。具體的，在第一方波信號PWM1為高電平時，第一電源10供電；在第二方波信號PWM2為高電平時，第二電源20供電。

本發(fā)明實施例中，第一方波信號PWM1、第二方波信號PWM2、第三方波信號PWM3的一種波形示意圖如圖4所示。如圖所示，第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2不同時為高電平，且存在二者同時為低電平的情況；當(dāng)?shù)谝环讲ㄐ盘朠WM1和第二方波信號PWM2均為低電平時，第三方波信號PWM3為高電平。同步整流電路的工作過程具體如下：

如圖4所示，在T0時間之前，第一方波信號PWM1為高電平，此時第一電源供電且第一場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通；電流流經(jīng)第一場效應(yīng)管Q1、第一電容C1、電感L1后流回第一電源，此時Q1充當(dāng)整流管功能。T0-T1時間內(nèi)，第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2均為低電平，即PWM1和PWM2占空比關(guān)閉，此時第三方波信號PWM3為高電平，第三場效應(yīng)管Q3開啟，此時由第三場效應(yīng)管Q3、第一電容C1、電感L1組成的回路進(jìn)行電流續(xù)流；在PWM2為高電平之前(即T1時刻)，置位PWM3為低電平，關(guān)閉Q3續(xù)流管。T1-T2時間段內(nèi)第二方波信號PWM2為高電平，第二電源供電，此時電流流經(jīng)第二場效應(yīng)管Q2、第一電容C1、電感L1后流回第二電源，Q2充當(dāng)整流管功能。T2-T3時間內(nèi)，與T0-T1期間相同，輸入PWM1和PWM2占空比關(guān)閉期間，PWM3為高電平，Q3開啟，繼續(xù)續(xù)流動作。

本發(fā)明實施例提供的一種同步整流電路，設(shè)置了用于續(xù)流的第三場效應(yīng)管，從而使得在續(xù)流過程中不需要流經(jīng)第一電源或第二電源，避免了第一電源或第二電源內(nèi)阻的損耗，提高了產(chǎn)品效率，并減少了第一電源或第二電源的發(fā)熱。同時，在增加了第三場效應(yīng)管后，減少了原有整流管充當(dāng)續(xù)流功能時的電能消耗，平均了電源內(nèi)部的熱量分布，提高電源的設(shè)計可靠性。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，由變壓器為該同步整流電路提供電能，即由變壓器提供第一電源和第二電源。具體的，參見圖5所示，第一電源10為變壓器的第一次級線圈N2，第二電源20為變壓器的第二次級線圈N3。其中，第一次級線圈N2的第一端為第一電源10的正輸出端，即第一次級線圈N2的第一端與第一場效應(yīng)管Q1的漏極相連；第一次級線圈N2的第二端為第一電源10的負(fù)輸出端，即第一次級線圈N2的第二端與電感L1的第二端相連。第二次級線圈N3的第一端為第二電源20的正輸出端，即第二次級線圈N3的第一端與第二場效應(yīng)管Q2的漏極相連；第二次級線圈N3的第二端為第二電源20的負(fù)輸出端，即第二次級線圈N3的第二端與電感L1的第二端相連。通過控制變壓器初級線圈N1的電流流向即可以確定兩個次級線圈N2、N3輸出的電流方向，即可以確定哪一端為正向輸出端。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，該電路還包括：電源外圍電路；電源外圍電路與變壓器的初級線圈N1相連；該電源外圍電路用于通過外部電源為變壓器提供電能。具體的，參見圖6所示，電源外圍電路包括：第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管Q5、第二電容C2和第三電容C3。

其中，第四場效應(yīng)管Q4的漏極與外部電源Vin相連，該外部電源用于提供電能。同時，第四場效應(yīng)管Q4的漏極還與第二電容C2的第一端相連，第四場效應(yīng)管Q4的源極與初級線圈N1的第一端相連；初級線圈N1的第二端同時與第三電容C3的第一端和第二電容C2的第二端相連，第三電容C3的第二端接地。第五場效應(yīng)管Q5的漏極與初級線圈N1的第一端相連，第五場效應(yīng)管Q5的源極接地。

第四場效應(yīng)管Q4的柵極用于接收第一方波信號PWM1，第五場效應(yīng)管Q5的柵極用于接收第二方波信號PWM2；即第一場效應(yīng)管Q1和第四場效應(yīng)管Q4的控制信號相同，均為PWM1；第二場效應(yīng)管Q2和第五場效應(yīng)管Q5的控制信號相同，均為PWM2。初級線圈N1的第二端、第一次級線圈N2的第一端和第二次級線圈N3的第二端互為同名端。

本發(fā)明實施例提供的同步整流電路，電源變壓器原邊的驅(qū)動信號來控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，不需要設(shè)置過多的驅(qū)動信號。以圖4所示的波形圖為例，該同步整流電路的工作過程具體如下：

在T0時間之前，第一方波信號PWM1為高電平，此時第四場效應(yīng)管Q4和第一場效應(yīng)管Q1均處于開啟狀態(tài)，電源外圍電路中的電流走向為：Vin→Q4→N1→C3；由于初級線圈N1的第二端與第一次級線圈N2的第一端互為同名端，根據(jù)圖6可知，第一次級線圈N2的第一端為電流的正輸出端；此時副邊側(cè)的電流走向為：N2→Q1→Vo-→C1→Vo+→L1→N2，即電流流經(jīng)第一場效應(yīng)管Q1、第一電容C1、電感L1后流回第一電源，此時Q1充當(dāng)整流管功能。

在T0-T1時間內(nèi)，第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2均為低電平，即PWM1和PWM2占空比關(guān)閉，第三方波信號PWM3為高電平，此時由于Q4和Q5均斷開，故變壓器不供電。同時，第三場效應(yīng)管Q3開啟，此時由第三場效應(yīng)管Q3、第一電容C1、電感L1組成的回路進(jìn)行電流續(xù)流；在PWM2為高電平之前(即T1時刻)，置位PWM3為低電平，關(guān)閉Q3續(xù)流管。

T1-T2時間段內(nèi)第二方波信號PWM2為高電平，此時第五場效應(yīng)管Q5和第二場效應(yīng)管Q2均處于開啟狀態(tài)，變壓器原邊側(cè)電源外圍電路中的電流走向為：Vin→C2→N1→Q5；由于初級線圈N1的第二端與第一次級線圈N2的第一端互為同名端，根據(jù)圖6可知，此時第二次級線圈N3的第一端為電流的正輸出端；此時副邊側(cè)的電流走向為：N3→Q2→Vo-→C1→Vo+→L1→N3，即電流流經(jīng)第二場效應(yīng)管Q2、第一電容C1、電感L1后流回第二電源，Q2充當(dāng)整流管功能。

T2-T3時間內(nèi)，與T0-T1期間相同，輸入PWM1和PWM2占空比關(guān)閉期間，PWM3為高電平，Q3開啟，繼續(xù)續(xù)流動作。

同時，根據(jù)上述工作流程可以得出此種同步整流電路比傳統(tǒng)同步整流電路減少消耗的功率約為：P＝I²R(Doff-Don)；其中，R為變壓器線圈N2、N3的內(nèi)阻，I為電源輸出電流，Vo為電源輸出電壓，Doff為開關(guān)電源開關(guān)管關(guān)斷占空比，Don為開關(guān)電源開關(guān)管開啟占空比。在續(xù)流過程中避免了電源變壓器線圈的內(nèi)阻的損耗，電源效率顯著提高。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，該電路還包括：用于輸出第三方波信號PWM3的邏輯電路。其中，邏輯電路的第一輸入端用于接收第一方波信號PWM1，邏輯電路的第二輸入端用于接收第二方波信號PWM2；邏輯電路的輸出端與第三場效應(yīng)管Q3的柵極相連。

具體的，可以根據(jù)或非邏輯、或者根據(jù)非與邏輯將第一方波信號PWM1和第二方波信號PWM2轉(zhuǎn)換為第三方波信號PWM3。

根據(jù)非與邏輯的實現(xiàn)方式如下：參見圖7所示，邏輯電路包括：第一非門、第二非門和與門。第一非門的輸入端為邏輯電路的第一輸入端，第一非門的輸出端與與門的第一輸入端相連；第二非門的輸入端為邏輯電路的第二輸入端，第二非門的輸出端與與門的第二輸入端相連；與門的輸出端與第三場效應(yīng)管的柵極相連。即，第一非門的輸入端輸入第一方波信號PWM1，第二非門的輸入端輸入第二方波信號PWM2，經(jīng)過非與運算后即可以得到第三方波信號PWM3。

同樣的，根據(jù)或非邏輯的實現(xiàn)方式如下：此時邏輯電路包括：或門和非門?；蜷T的第一輸入端為邏輯電路的第一輸入端，或門的第二輸入端為邏輯電路的第二輸入端，或門的輸出端與非門的輸入端相連，非門的輸出端與第三場效應(yīng)管Q3的柵極相連。即，或門的第一輸入端輸入第一方波信號PWM1，或門的第二輸入端輸入第二方波信號PWM2，經(jīng)過或非運算后即可以得到第三方波信號PWM3。

本發(fā)明實施例提供的一種同步整流電路，設(shè)置了用于續(xù)流的第三場效應(yīng)管，從而使得在續(xù)流過程中不需要流經(jīng)第一電源或第二電源，避免了第一電源或第二電源內(nèi)阻的損耗，提高了產(chǎn)品效率，并減少了第一電源或第二電源的發(fā)熱。同時，在增加了第三場效應(yīng)管后，減少了原有整流管充當(dāng)續(xù)流功能時的電能消耗，平均了電源內(nèi)部的熱量分布，提高電源的設(shè)計可靠性。該電路使用變壓器原邊驅(qū)動信號經(jīng)過或非運算后形成副邊續(xù)流管的驅(qū)動信號，不需要額外設(shè)置其他多余的控制信號。

以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。

通過以上的實施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品可以存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對示例性實施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。