CN102291022B - 一种同步整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步整流电路，包括整流管和续流管，其中整流管和续流管为场效应管，还包括电流检测控制装置，电流检测控制装置的电流检测元件与负载串联，电流检测控制装置的控制信号输出端耦合到续流场效应管的栅极，电流检测控制装置检测到通过负载的电流小于设定阈值时，控制关断续流场效应管以防止流过续流场效应管的电流方向与工作在续流条件下续流场效应管的电流方向相反。本发明提出设置电流检测控制装置，可以快速地检测到负载电流的瞬变，在电流反向流进续流MOS场效应管前，快速地关闭续流MOS场效应管，防止了续流MOS场效应管因反向电流而损坏，并可以有效地防止电流从一个电源倒灌进另个一电源而损坏续流MOS场效应管。

Description

一种同步整流电路

【技术领域】

本发明涉及一种同步整流电路。

【背景技术】

场效应管整流的作用之一就是采用通态电阻低的场效应管来取代整流二极管以降低整流损耗的一项技术。但由于场效应管导通之后，电流可以通过该场效应管双向流动如流过负向电流。因负向电流的存在，当空载时开关信号占空比不变，使得空载时损耗增大、效率降低；另外当多个电源并联对负载进行供电时，电源的热拔插或是输出电流的瞬变容易导致电流从一个电源倒灌进另一电源，从而损坏同步续流管。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种同步整流电路，包括整流管和续流管，其中所述整流管和所述续流管为场效应管，还包括电流检测控制装置，所述电流检测控制装置的电流检测元件与负载串联，所述电流检测控制装置的控制信号输出端耦合到续流管的栅极，所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述续流管以防止流过所述续流管的电流方向与工作在续流条件下所述续流管的电流方向相反。

优选地，还包括续流电感和滤波电容，所述电流检测控制装置还包括运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R8和电阻R9；所述电流检测元件是采样电阻；所述整流管和续流管串接在输入电压的两端，所述续流管和输入电压的公共端与地连接，所述滤波电容一端与地连接，另一端通过续流电感与所述续流管和整流管的公共端连接，所述负载的一端通过所述采样电阻与地连接，另一端与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，所述采样电阻和负载的公共端与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管和第二三极管的基极连接后与控制电源连接，所述第二三极管的射极与地连接，所述控制电源通过所述电阻R9和电阻R8与地连接，所述电阻R9与电阻R8的公共端与所述第二三极管的集电极和所述运算放大器的正输入端连接，所述电阻R4跨接在所述运算放大器的正输入端和输出端之间，所述运算放大器的负输入端与基准电压连接，所述运算放大器的输出端通过所述电阻R3与所述控制电源连接，所述运算放大器的输出端通过电阻R2与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述续流管的控制极连接，所述第三三极管的射极与地连接，所述电阻R1跨接在所述第三三极管的基极和地之间。

优选地，还包括续流电感和滤波电容，所述电流检测控制装置还包括运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R8和电阻R9；所述电流检测元件是采样电阻；所述整流管和续流管串接在输入电压的两端，所述续流管和输入电压的公共端与地连接，所述滤波电容一端与地连接，另一端通过续流电感与所述续流管和整流管的公共端连接，所述负载的一端通过所述采样电阻与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，另一端与地连接，所述采样电阻和续流电感的公共端与所述第一三极管的集电极连接；所述采样电阻和负载的公共端与所述第二三极管的射极连接；所述第一三极管和第二三极管的基极连接后与控制电源连接，所述控制电源通过所述电阻R9和电阻R8与地连接，所述电阻R9与电阻R8的公共端与所述第二三极管的集电极和所述运算放大器的正输入端连接，所述电阻R4跨接在所述运算放大器的正输入端和输出端之间，所述运算放大器的负输入端与基准电压连接，所述运算放大器的输出端通过所述电阻R3与所述控制电源连接，所述运算放大器的输出端通过电阻R2与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述续流管的控制极连接，所述第三三极管的射极与地连接，所述电阻R1跨接在所述第三三极管的基极和地之间。

优选地，还包括电阻R11，所述第二三极管的射极通过所述电阻R11与地连接。

优选地，还包括隔离场效应管，所述隔离场效应管是N沟道MOS场效应管，所述负载通过所述隔离场效应管与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，所述隔离场效应管的栅极与所述第三三极管的集电极连接，所述隔离场效应管的漏极与所述负载连接，源极与所述续流电感连接。

优选地，还包括隔离场效应管，所述隔离场效应管是N沟道MOS场效应管，所述负载通过所述隔离场效应管与所述采样电阻连接，所述隔离场效应管的栅极与所述第三三极管的集电极连接，所述隔离场效应管的漏极与所述负载连接，源极与所述采样电阻连接。

优选地，关断所述续流管的时机以连续电流模式和断续电流模式的临界点为基准。

优选地，所述电流检测控制装置的电流检测元件在回路中设置于比所述续流电感更远离整流MOS场效应管的位置。

优选地，还包括位于所述续流电感和负载之间的隔离场效应管，所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述隔离场效应管以防止电流从所述隔离场效应管流向所述整流管。

优选地，所述续流管和整流管是MOS场效应管。

优选地，所述续流管和整流管是N沟道MOS场效应管，所述续流管的源极接地，所述整流管的漏极与所述续流电感的一端连接。

本发明的有益效果是：针对采用MOSFET整流时MOSFET可以流过反向电流所带来的问题，本发明提出设置电流检测控制装置，监测流过负载电流，可以快速地检测到负载电流的瞬变，当测到所述负载的电流小于设定阈值时，在电流反向从续流MOS场效应管的漏极流向源极前，快速地关闭续流MOS场效应管，防止了续流MOS场效应管因反向电流而损坏，并可以有效地防止电源热拔插等情况下，电流从一个电源倒灌进另个一电源而损坏续流MOS场效应管；同时，尤其当负载是小负载时，可以大大降低电源损耗而提高电源的效率。

在优选实施方案下，本发明提出了能够有效完成上述检测与控制任务的电流检测控制装置。

电流检测控制装置可将关断续流MOS场效应管的时机选择在接近连续电流模式和断续电流模式的临界点，确保在电流反向前提前关断续流管，有效防止损坏续流MOS场效应管，还可以有效降低电源损耗。

将电流检测控制装置的电流检测元件在回路中设置于比续流电感更远离整流MOS场效应管的位置，即续流电感在电流检测元件和整流MOS场效应管之间，这样在电源进行热拔插或者是输出电流瞬变时，续流电感可以延缓通过检测元件的电流变化，为后续控制电路争取了反应时间，提高了整个***的可靠性。

【附图说明】

图1是本发明的同步整流电路的一种具体实例的部分电路图；

图2是图1中的电流检测控制装置的部分电路图；

图3是本发明的同步整流电路的另一种具体实例的部分电路图；

图4是图3中的电流检测控制装置的部分电路图；

图5是本发明的同步整流电路的一种具体实施例。

【具体实施方式】

以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。

一种同步整流电路，包括整流管和续流管，其中所述整流管和所述续流管为场效应管，还包括电流检测控制装置，所述电流检测控制装置的电流检测元件与负载串联，所述电流检测控制装置的控制信号输出端耦合到续流管的栅极，所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述续流管以防止流过所述续流管的电流方向与工作在续流条件下所述续流管的电流方向相反。

如图1和2所示，一种同步整流电路，包括整流MOS场效应管M2、续流MOS场效应管M3、整流电感L1、滤波电容C1、隔离MOS场效应管M1、和电流检测控制装置，所述整流MOS场效应管M2的栅极，即控制极与开关信号DR1连接，电流检测控制装置包括采样电阻RS、运算放大器U、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第八电阻R8和第九电阻R9；整流MOS场效应管M2、续流MOS场效应管M3和隔离MOS场效应管是N沟道MOS场效应管，整流MOS场效应管M2、续流电感L1、隔离MOS场效应管M1、负载RL和采样电阻RS依次串联在输入电压的两端之间,输入电压与采样电阻RS的公共端接地，续流MOS场效应管M3串接在整流MOS场效应管M2与续流电感L1的公共端和地之间；滤波电容C1两端跨接在续流电感L1和隔离MOS场效应管M1的公共端与地之间，续流MOS场效应管M3的源极接地，整流MOS场效应管M2的源极与输入电压连接，漏极与续流电感L1的一端连接，隔离MOS场效应管M1的漏极与负载RL连接，源极与续流电感L1连接，采样电阻RS和负载RL的公共端与第一三极管Q1的集电极IS端连接；第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极连接后与控制电源VDD连接，第二三极管Q2的射极与地连接，控制电源VDD通过第九电阻R9和第八电阻R8与地连接，第九电阻R9与第八电阻R8的公共端与所述第二三极管Q2的集电极和所述运算放大器U的正输入端连接，所述第四电阻R4跨接在所述运算放大器U的正输入端和输出端之间，所述运算放大器U的负输入端与基准电压VREF连接，所述运算放大器U的输出端通过所述第三电阻R3与所述控制电源VDD连接，所述运算放大器U的输出端通过第二电阻R2与所述第三三极管Q3的基极连接，所述第三三极管Q3的集电极DR2与所述续流MOS场效应管M3的控制极连接，所述隔离MOS场效应管M1的控制极与所述第三三极管Q3的集电极DR2或者控制信号连接，所述第三三极管Q3的射极与地连接，所述第一电阻R1跨接在所述第三三极管Q3的基极和地之间，所述输入电压是方波电压。

优选地，上述电流检测控制装置还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第十电阻R10和第十一电阻R11。第二电阻R2串接在第三三极管Q3的基极和运算放大器U的输出端之间，第五电阻R5串接在第二三极管Q2的集电极和运算放大器U的正输入端之间，第六电阻R6串接在运算放大器U的负输入端和设定的基准电压VREF之间，第七电阻R7串接在运算放大器U的负输入端和地之间，第十电阻R10串接在控制电源VDD和第二三极管Q2的基极之间，第十一电阻R11串接在第二三极管Q2的射极和地之间。

第一电阻R1用以保护第三三极管Q3，第十一电阻R11可以提高第二三极管Q2放大的精确度。

关闭续流MOS场效应管M3的时机选择在接近电流临界模式(连续电流模式和断续电流模式的临界点)，这样可以在电流反向前提前关闭续流MOS场效应管Q3，因为负载工作在续流的条件下，电流是从续流场效应管M3的源极流向漏极的。当通过采样电阻RS的输出电流变小时，导致IS端的电压降低，进而第二三极管Q2的集电极与射极之间的导通程度变弱，从而拉高第二三极管Q2的集电极的电压，使运算放大器U的正输入端的电压变高，高于运算放大器U的负输入端的电压，导致运算放大器U的输出端输出高电平，该输出端通过第二电阻R2驱动第三三极管Q3导通，从而使第三三极管Q3的集电极电压降低，即续流管M3的控制极的电压降低，从而关闭续流MOS场效应管M3，防止反向电流从续流MOS场效应管M3的漏极流向源极。当第三三极管Q2的集电极与隔离MOS场效应管M1的控制极连接时，则同时关闭隔离MOS场效应管M1，这样可以防止其他电源的电流通过隔离MOS场效应管M1倒灌进续流MOS场效应管M3而将续流MOS场效应管M3破坏。当第三三极管Q3的集电极没有与隔离MOS场效应管M1的控制极连接时，控制信号可以一直使隔离MOS场效应管M1导通。本实施例中，采样电阻RS位于续流电感L1之后，这样在电源进行热拔插或者是输出电流瞬变时，续流电感L1可以延缓通过采样电阻RS的电流变化，为后续控制电路争取了反应时间，提高了整个***的可靠性。本实施例的电路不仅可以防止电流从一个电源反灌进另一个电源，同时可以减轻小负载时的损耗，提高电源小负载时的效率。

如图3和4所示，一种同步整流电路的另一种具体实施例，包括整流MOS场效应管M2、续流MOS场效应管M3、整流电感L1、滤波电容C1、隔离MOS场效应管M1、和电流检测控制装置，所述整流MOS场效应管M2的栅极，即控制极与开关信号DR1连接，电流检测控制装置包括采样电阻RS、运算放大器U、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第八电阻R8和第九电阻R9；整流MOS场效应管M2、续流电感L1、采样电阻RS、隔离MOS场效应管M1和负载RL依次串联在输入电压的两端之间,输入电压与负载RL的公共端接地，续流MOS场效应管M3串接在整流MOS场效应管M2与续流电感L1的公共端和地之间；滤波电容C1两端跨接在续流电感L1和采样电阻RS的公共端与地之间，续流MOS场效应管M3的源极接地，整流MOS场效应管M2的源极与输入电压连接，漏极与隔离电感L1的一端连接，隔离MOS场效应管M1的漏极与负载RL连接，源极与采样电阻RS连接，采样电阻RS和续流电感L1的公共端与第一三极管Q1的集电极连接，采样电阻RS和隔离MOS场效应管M1的公共端与第二三极管Q2的射极连接；第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极连接后与控制电源VDD连接，控制电源VDD通过第九电阻R9和第八电阻R8与地连接，第九电阻R9与第八电阻R8的公共端与所述第二三极管Q2的集电极和所述运算放大器U的正输入端连接，所述第四电阻R4跨接在所述运算放大器U的正输入端和输出端之间，所述运算放大器U的负输入端与基准电压VREF连接，所述运算放大器U的输出端通过所述第三电阻R3与所述控制电源VDD连接，所述运算放大器U的输出端通过第二电阻R2与所述第三三极管Q3的基极连接，所述第三三极管Q3的集电极与所述续流MOS场效应管M3的控制极连接，所述隔离MOS场效应管M1的控制极与所述第三三极管Q3的集电极DR2或者控制信号连接，所述第三三极管Q3的射极与通过第十一电阻R11与采样电阻的Vo端连接，第十一电阻R11用以调节第二三极管的精度，所述第一电阻R1跨接在所述第三三极管Q3的基极和地之间，所述输入电压是方波电压。

通过负载RL电流的阈值可以根据电路的实际情况具体选择，通常以电流连续模式和电流断续模式的临界点时的电流为参考基准，进行选择。基准电压的选取与负载电流的阈值和运算放大器的放大倍数相关，可以是负载电流的阈值对应的电流检测单元的电压与运算放大器的放大倍数的乘积。

优选地，上述电流检测控制装置还包括第二电阻R2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第十电阻R10和第十一电阻R11。第二电阻R2串接在第三三极管Q3的基极和运算放大器U的输出端之间，第五电阻R5串接在第二三极管Q2的集电极和运算放大器U的正输入端之间，第六电阻R6串接在运算放大器U的负输入端和设定的基准电压VREF之间，第七电阻R7串接在运算放大器U的负输入端和地之间，第十电阻R10串接在控制电源VDD和第二三极管Q2的基极之间，第十一电阻R11串接在第二三极管Q2的射极和地之间。

第一电阻R1用以保护第三三极管Q3，第十一电阻R11可以提高第二三极管Q2放大的精确度。

本实施例的工作原理与前一实施例相似，当通过采样电阻RS的输出电流变小时，会导致第二三极管Q1的集电极的电压增大，从而使第三三极管Q3的集电极的电压降低而关闭续流MOS场效应管M3或同时关闭续流MOS场效应管M3和隔离MOS场效应管M1。

如图5所示，在另一种实施例中，可以用MOS管内阻或者是电流霍尔传感器等直流电流检测与控制装置代替采样电阻RS，通过对MOS管内阻或者是电流霍尔传感器两端的电压采样后，通过放大器进行放大，进而通过单片机将放大后的电压信号与基准电压进行比较，最后输出信号来控制续流MOS场效应管(或者续流MOS场效应管和隔离MOS场效应管)的关闭。

Claims (14)

1.一种同步整流电路，包括整流管和续流管，其中所述整流管和所述续流管为场效应管，其特征是：还包括电流检测控制装置、续流电感、以及位于所述续流电感和负载之间的隔离场效应管，所述隔离场效应管通过所述续流电感分别与所述整流管和续流管连接，所述电流检测控制装置的电流检测元件与负载串联，所述电流检测控制装置的控制信号输出端耦合到续流管的栅极，所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述续流管以防止流过所述续流管的电流方向与工作在续流条件下所述续流管的电流方向相反；所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述隔离场效应管以防止电流从所述隔离场效应管流向所述续流管；

还包括滤波电容，所述电流检测控制装置还包括运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R8和电阻R9；所述电流检测元件是采样电阻；所述整流管和续流管串接在输入电压的两端，所述续流管和输入电压的公共端与地连接，所述滤波电容一端与地连接，另一端通过续流电感与所述续流管和整流管的公共端连接，所述负载的一端通过所述采样电阻与地连接，另一端与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，所述采样电阻和负载的公共端与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管和第二三极管的基极连接后与控制电源连接，所述第二三极管的射极与地连接，所述控制电源通过所述电阻R9和电阻R8与地连接，所述电阻R9与电阻R8的公共端与所述第二三极管的集电极和所述运算放大器的正输入端连接，所述电阻R4跨接在所述运算放大器的正输入端和输出端之间，所述运算放大器的负输入端与基准电压连接，所述运算放大器的输出端通过所述电阻R3与所述控制电源连接，所述运算放大器的输出端通过电阻R2与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述续流管的控制极连接，所述第三三极管的射极与地连接，所述电阻R1跨接在所述第三三极管的基极和地之间。

2.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征是：还包括电阻R11，所述第二三极管的射极通过所述电阻R11与地连接。

3.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征是：所述隔离场效应管是N沟道MOS场效应管，所述负载通过所述隔离场效应管与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，所述隔离场效应管的栅极与所述第三三极管的集电极连接，所述隔离场效应管的漏极与所述负载连接，源极与所述续流电感连接。

4.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征是：关断所述续流管的时机以连续电流模式和断续电流模式的临界点为基准。

5.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征是：所述电流检测控制装置的电流检测元件在回路中设置于比所述续流电感更远离整流管的位置。

6.如权利要求1至4任一所述的同步整流电路，其特征是：所述续流管和整流管是MOS场效应管。

7.如权利要求1所述的同步整流电路，其特征是：所述续流管和整流管是N沟道MOS场效应管，所述续流管的源极接地，所述整流管的漏极与所述续流电感的一端连接。

8.一种同步整流电路，包括整流管和续流管，其中所述整流管和所述续流管为场效应管，其特征是：还包括电流检测控制装置、续流电感、以及位于所述续流电感和负载之间的隔离场效应管，所述隔离场效应管通过所述续流电感分别与所述整流管和续流管连接，所述电流检测控制装置的电流检测元件与负载串联，所述电流检测控制装置的控制信号输出端耦合到续流管的栅极，所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述续流管以防止流过所述续流管的电流方向与工作在续流条件下所述续流管的电流方向相反；所述电流检测控制装置检测到通过所述负载的电流小于设定阈值时，控制关断所述隔离场效应管以防止电流从所述隔离场效应管流向所述续流管；

还包括滤波电容，所述电流检测控制装置还包括运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R8和电阻R9；所述电流检测元件是采样电阻；所述整流管和续流管串接在输入电压的两端，所述续流管和输入电压的公共端与地连接，所述滤波电容一端与地连接，另一端通过续流电感与所述续流管和整流管的公共端连接，所述负载的一端通过所述采样电阻与所述续流电感和滤波电容的公共端连接，另一端与地连接，所述采样电阻和续流电感的公共端与所述第一三极管的集电极连接；所述采样电阻和负载的公共端与所述第二三极管的射极连接；所述第一三极管和第二三极管的基极连接后与控制电源连接，所述控制电源通过所述电阻R9和电阻R8与地连接，所述电阻R9与电阻R8的公共端与所述第二三极管的集电极和所述运算放大器的正输入端连接，所述电阻R4跨接在所述运算放大器的正输入端和输出端之间，所述运算放大器的负输入端与基准电压连接，所述运算放大器的输出端通过所述电阻R3与所述控制电源连接，所述运算放大器的输出端通过电阻R2与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述续流管的控制极连接，所述第三三极管的射极与地连接，所述电阻R1跨接在所述第三三极管的基极和地之间。

9.如权利要求8所述的同步整流电路，其特征是：还包括电阻R11，所述第二三极管的射极通过所述电阻R11与所述采样电阻的一端连接。

10.如权利要求8所述的同步整流电路，其特征是：所述隔离场效应管是N沟道MOS场效应管，所述负载通过所述隔离场效应管与所述采样电阻连接，所述隔离场效应管的栅极与所述第三三极管的集电极连接，所述隔离场效应管的漏极与所述负载连接，源极与所述采样电阻连接。

11.如权利要求8所述的同步整流电路，其特征是：关断所述续流管的时机以连续电流模式和断续电流模式的临界点为基准。

12.如权利要求8所述的同步整流电路，其特征是：所述电流检测控制装置的电流检测元件在回路中设置于比所述续流电感更远离整流管的位置。

13.如权利要求8至11任一所述的同步整流电路，其特征是：所述续流管和整流管是MOS场效应管。

14.如权利要求8所述的同步整流电路，其特征是：所述续流管和整流管是N沟道MOS场效应管，所述续流管的源极接地，所述整流管的漏极与所述续流电感的一端连接。