一种全桥同步整流器的设计及其应用

摘要 一般在AC／DC开关电源的输入级会加入一个全桥整流器，将电网的交流电压变为脉动的直流，以便之后DC—DC变换器的处理。由于传统桥式整流器的整流二极管存在约1 V的电压降，当系统功率较大时，此整流桥将消耗一部分能量，这部分能量损失使得在设计系统时需进行额外的散热处理。同时这部分损失的能量也降低了AC／DC电源的系统效率。文中从用N沟道的增强型MOSFET构建全桥同步整流器，并引入相应控制信号对其进行全桥同步整流，仿真结果达到了设计要求。
关键词 AC／DC开关电源；桥式整流器；DC—DC变换器；全桥同步整流

由于现代高速超大规模集成电路的尺寸不断减小，同时又对功率要求的不断增加。因此必须提高供电电源的功率密度，在有限的散热空间里增加功率密度，就必须提高电源的工作效率。近年来，通过增加输出级同步整流、引入软开关技术等，使得开关电源的效率得到了大幅提高。如何进行一步提高其工作效率，笔者从输入级的一次整流入手进行了相应分析和研究。

1 原理与设计
1．1 桥式整流与桥式同步整流分析
一般开关电源中一次整流电路结构如图1所示。因为图中电源V1由电网提供，要采用高压二极管对其进行整流，所以D1，D2，D3，D4的压降约为1 V。当输出电流为I时，将在整个整流桥上产生P(VD)=1×2×I的功率损耗。

桥式同步整流电路结构如图2所示，图中M1、M2、M3、M4为n沟道增强型功率MOS管，其中D1、D2、D3、D4为其寄生体二极管。图中左半部分为其驱动信号产生模块。

为进一步提高电源变换器的效率，降低一次整流部分的损耗是提高电源变换器工作效率的一种有效途径。采用P-MOSFET管来实现整流功能的整流电路称为同步整流电路，P-MOSFET管不像二极管那样能自动截止反向电流，需要用P-MOSFET管来实现同步整流，必须控制P-MOSFET管的导通和关断，而P-MOSFET管的导通和关断又取决于它的栅极驱动信号。因此，在设计同步整流P-MOSFET管栅极驱动信号的大小和时序，要确保同步整流电路的正常工作。图3为相应开关管M1、M2、M3、M4控制信号S1、S2、S3、S4波形图。