一种全桥同步整流器的设计及其应用
移相全桥倍流同步整流变换器的设计
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移相全桥 同步整流
移相全桥同步整流移相全桥同步整流是一种常用的电路，用于将交流电转换为直流电。
它由四个二极管和一个中心点接地的中心分压电路组成。
这种电路能够实现高效率的整流，是电源供电领域中常见的电路设计之一。
移相全桥同步整流的工作原理如下：交流电源经过变压器降压后，接入移相全桥电路。
首先，通过两个二极管的导通，交流电信号经过整流，变为半波直流电。
然后，通过另外两个二极管的导通，剩下的半波电流也被整流为直流电。
通过这种方式，整个交流周期内的电能都可以被有效地转换为直流电，提高了电路的效率。
移相全桥同步整流的一个重要特点是能够实现零电压开关。
在传统的整流电路中，由于二极管的导通和关断需要一定的时间，会产生开关瞬态损耗。
而移相全桥电路通过合理地控制二极管的导通和关断时机，使得二极管在零电压时才进行切换，从而避免了瞬态损耗，提高了电路的效率。
移相全桥同步整流还具有输出电压稳定、输出电流平稳等优点。
由于采用了中心分压电路，使得输出电压稳定性较高，能够满足不同负载的需求。
同时，由于移相全桥电路的特殊结构，使得输出电流平稳，减少了功率波动对负载的影响，提高了系统的稳定性。
在实际应用中，移相全桥同步整流广泛用于各种电源供电系统中。
例如，电动车充电器、工业电源等领域都需要将交流电转换为直流电进行供电。
移相全桥电路通过高效的整流，提高了电路的转换效率，减少了能源的浪费，对于节能环保具有重要意义。
移相全桥同步整流是一种高效、稳定的电路设计，能够将交流电转换为直流电，广泛应用于各种电源供电系统中。
它通过合理控制二极管的导通和关断时机，实现了零电压开关，减少了瞬态损耗，提高了电路的效率。
在未来的发展中，相信移相全桥同步整流电路将会得到更广泛的应用，并在节能环保方面发挥更大的作用。
同步整流技术及其在DCDC变换器中的应用
同步整流技术及其在DC／DC变换器中的应用摘要：同步整流技术是采用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管，因此能大大降低整流器的损耗，提高DC／DC变换器的效率，满足低压、大电流整流的需要。
首先介绍了同步整流的基本原理，然后重点阐述同步整流式DC／DC 电源变换器的设计。
关键词：同步整流；磁复位；箝位电路；DC／DC变换器1 同步整流技术概述近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC／DC变换器中迅速推广应用。
DC／DC变换器的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。
快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。
举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。
即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）PO，占电源总损耗的60％以上。
因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
为满足高频、大容量同步整流电路的需要，近年来一些专用功率MOSFET不断问世，典型产品有FAIRCHILD公司生产的NDS8410型N沟道功率MOSFET，其通态电阻为0.015Ω。
全桥同步整流电路原理
全桥同步整流电路原理
全桥同步整流电路是一种广泛应用于开关电源、逆变器等功率转换设备中的高效整流技术，其主要目的是在高频率的开关电源中提高整流效率，减少功率损耗。
基本原理如下：
1. 电路结构：全桥同步整流电路由四个开关器件（通常为MOSFET 或IGBT）组成，这些开关器件按照一定的时序控制导通和关断，形成一个类似于“H”型的桥式结构。
与传统的二极管整流不同，同步整流使用的是可控的开关元件替代了二极管进行整流。
2. 工作过程：
-当输入交流电压正半周期时，上桥臂的两个开关器件按一定顺序导通，下桥臂保持关断，实现电流从输入端向输出端单向流动。
-当输入交流电压负半周期时，下桥臂的两个开关器件按相反的时序导通，上桥臂关断，仍然保证电流从输入端向输出端单向流动，只不过此时电流方向是通过下桥臂流向输出端。
3. 效率提升：由于同步整流器采用MOSFET等开关器件，其导通电阻远小于肖特基二极管或普通PN结二极管，因此在导通状态下产生
的压降小，从而显著降低了导通损耗，提高了整体系统的转换效率。
4. 驱动控制：为了正确地控制这些MOSFET开关，需要一个专用的驱动电路，该驱动电路根据主控制器的信号以及初级侧的感应信号来确定何时开启和关闭每个MOSFET，确保在任何时候都有一个MOSFET 导通以提供低阻通路给负载电流。
总结来说，全桥同步整流电路利用先进的电力电子技术和控制策略，有效克服了传统二极管整流电路存在的损耗问题，实现了更高的能效转换。
同步整流技术的发展及应用
同步整流技术的发展及应用从二十世纪末，由于MOSFET技术大幅度进步，引入开关电源技术中的同步整流技术给开关电源效率的提升带来了巨大的收益。
效率提升的百分点从3%~8%，比软开关技术带来的效果要好的多。
而且没有多少专利技术的限制。
目前使用的同步整流有，自驱动方式的同步整流；辅助绕组控制方式的同步整流；控制IC方式的同步整流。
近来已经出现了软开关技术的同步整流方式。
这种软开关的含义主要指减少或消除MOSFET的开关损耗，即减少体二极管的导通时间并消除体二极管的反响恢复时间造成的损耗。
它首先出现在推挽、全桥电路拓扑中，随之又出现在正激电路拓扑中。
软开关方式的同步整流，由于其处理的多为大电流，低电压，所以对效率的提升比初级侧软开关处理的高电压小电流更为有效。
为了更精确地控制二次侧同步整流，已有几种PWM控制IC将同步整流控制信号设计在IC内部，用外部元件调节同步整流信号的延迟时间，从而能更准确地做到同步整流的软开关控制。
此外功率半导体技术的进步使得MOSFET的导通电阻已经达到低于2mΩ，开关速度小于20ns。
栅驱动电荷小于25nq的先进水平。
有些MOSFET的体二极管还做成了快恢复的，这使得DC/DC变换器中只要采用同步整流技术，初级既使不用软开关技术，效果也已经很不错了。
同步整流技术已经成为现代开关电源技术的标志。
凡是高水平开关电源，必定有同步整流技术。
在使用面上早已不再局限于5V、3.3V、2.5V这些低输出电压领域，现在上至12V，15V，19V，24V至28V以下输出，几乎都在使用同步整流技术。
下面我就来介绍和分析各种同步整流技术的优点、缺点及实现方法。
一．自驱动同步整流这是最早的方法，也是最简单和成本最低廉的技术，这里给出反激、正激及推挽三种电路的同步整流电路。
在正常输入电压值附近工作时，效果十分明显，在高端时，效率变坏而且容易损坏MOSFET。
其电路如图1所示。
输出电压必须小于5V。
图1. 反激、正激、推挽方式电路的自偏置同步整流电路二．辅助绕组驱动的同步整流这是改进的方法，为防止高端输入时同步整流的MOSFET栅极上的电压过高，改用从二次绕组中增加驱动绕组的方式。
桥式同步整流电路设计[实用新型专利]
![桥式同步整流电路设计[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1b963ebb3b3567ec112d8ac1.png)
专利名称：桥式同步整流电路设计专利类型：实用新型专利
发明人：徐达经,朱允康
申请号：CN200520127181.0
申请日：20051011
公开号：CN2888740Y
公开日：
20070411
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种同步整流控制电路，包括：输入单元，接收第一输与第二输入讯号，并产生第一与第二触发讯号；一延迟单元，接收所述第一与第二触发讯号，产生第一与第二延迟讯号；一开关讯号单元，接收延迟单元所产生的第一与第二延迟讯号；并产生控制电流开关的开讯号，该开关讯号含休止期，该休止期由第一或第二触发讯号的一个瞬频率波送达开关讯号单元时起始，且于该第一或该第二延迟讯号的下一个瞬频率波送达开关讯号单元时终止，每一开关讯号于休止期内关闭其控制的电流开关；一电源供应单元，提供开关讯号单元的操作电源，并输出至少一参考电压。
优点是：避免正反相电流开关同时开启而烧毁；防止电压输出不稳定使电流开关动作异常。
申请人：尼克森微电子股份有限公司
地址：台湾省台北县汐止市康宁街169巷23号13楼之2
国籍：CN
代理机构：北京元中知识产权代理有限责任公司
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一种全桥同步整流器的设计及其应用
一种全桥同步整流器的设计及其应用王贤江;石玉;李功福【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1V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。
%Generally a full-bridge rectifier is added to the AC/DC switching power supply input stage to convert the AC voltage grid into a pulsating direct current for later processing by the DC-DC converter. As the traditional rec-tifier diode bridge rectifier has a voltage drop of about 1 V, it will consume some energy when the system power is large. This energy loss makes extra heat treatment necessary in the design of the system. And this loss also reduces the AC/DC power system efficiency. In this paper, with the N-channel enhancement-mode MOSFET we build a full- bridge synchronous rectifier control signal and introduce its corresponding control signal for full-bridge synchronous rectification. The simulation result meets the requirement of the design.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2012(025)009【总页数】4页(P91-93,120)【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【作者】王贤江;石玉;李功福【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN86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。
全桥输出整流电路
一种全桥同步整流控制器，应用于推挽变换器或全桥变换器，包括两个二极管和两个场效应管。
二极管优选肖特基二极管；场效应管可以是PMOS或NMOS。
通过不同的组合可以形成多种全桥整流结构；次级变压器线圈绕组的两端分别连接于整流桥的桥臂；产效应管驱动部分有的是自驱结构，有的是它驱结构。
所述的它驱结构就是通过检测桥臂的电压，生成控制场效应管开通和关断的控制逻辑。
全桥变换器和推挽变换器，对变压器线圈形成互补对称驱动，次级经二极管全桥整流输出电压Vo，因为导通电流经过连两个二极管正向压降，损耗较大。
有改进的输出全桥整流是使用4个场效应管替代4个输出整流二极管，如下图，
这样能减小输出导通压降，但Q5~Q8驱动过程会产生较大的噪声。
原因之一是次级整
流管开关和原边驱动管总存在不同步的问题，不能及时截至电流，会导致反向电流尖峰，导致输出噪声较大。
兼顾两种输出全桥整流的优缺点。
下面设计几种输出全桥整流电路。
二极管优选肖特基二极管，原边关断时，二极管输出电流快速截止，即便场效应管关断不同步也不会导致电流尖峰，即抑制了输出噪声。
下面这种结构也达到相同的效果。
这样输出的导通压降时一个二极管的压降+场效应管的导通压降。
选用低Rdson场效应管就能减小场效应管的导通压降。
达到了减小导通损耗的效果。
输出整流的场效应管的驱动，可以通过检测电路实现正确的驱动逻辑，检测输出全桥整流的桥臂电压，可以判断哪一个场效应管导通。
有的也可以使用自驱驱动。
如下。
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一种全桥同步整流器的设计及其应用
2012-10-24 22:01:37 来源:21IC
关键字：全桥同步整流器
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。
为防止开关管发生直通的现象，在上下桥臂的波形切换之间加入了死区时间Tdeadtime。
因为工作频率在50 Hz，所以无需考虑其开关损耗。
桥式同步整流电路中功率损耗主要发生在其导通的直流电阻RDS上，即P=(RDS×2)I2，图4给出了相应损耗功耗曲线。
设全桥整流时整流桥的损耗功率P(VD)=2×I。
设全桥同步整流时开关管的损耗功率P(VT)=Ron×I2。
与全桥整流相比全桥同步整流所节省的功率损耗P(D)=P(VD)-P(VT)=2×I-Ron×I2。
根据函数的增减性，当I=1／Ron时，P(D)可取得最大值。
1．2 相应参数计算
此部分主要考虑将输入正弦波变为与之同步的方波，相应电路如图5所示。
为防止整流开关管发生直通的现象，在上下桥臂波形切换之间加入了死区时间。
引死区时间由过零比较电压时行设定，即电阻R1与电阻R2、R3与电阻R4的比值来确定。
死区时间Tdeadtime 在整个周期中所占的时间为
其中，V1-1为同步交流信号的幅值；T为输入交流信号的周期。
2 实验部分
分别对全桥同步整流的效率进行了测量与对比，并对其工程应用进行了实验与分析。
2．1 效率对比
对相应电路进行了实验，实验中图2所示的同步开关管采用IRF4710，图5中所采用的电压比较器为LM339，为安全起见，图2中所示输入电压V1为与电网隔离的12 V。
电压V1-1为与V1同步且与电网隔离的12 V，但经过分压处理。
表1为二极管全桥整流与全桥同步整流在不同的负载情况下得到的效率。
从表1中的相应数据可以看出，全桥同步整流的效率要比二极管全波整流效率高出近10％，与理论以及仿真分析的结果基本是一致的。
2．2 实际应用
带阻性负载(3 Ω)时，其输入电压、电流波形如图6所示，输出电压波形图7所示。
从图中可以发现其电压、电流波形相位比较接近，其输出电压呈脉动的直流。
带感性负载(直流电动机)时，其输入电压、电流波形如图8所示，输出电压波形，图9所示。
输入电流出现了能量的反向流动，且一些区域呈现了较大的电流尖峰。
输出电压中也同样出现了幅值较大的尖峰电压。
带容性负载(在23 Ω的负载电阻上并联一个470 μF的电容)时，其输入电压、电流波形如图10所示，输出电压波形图11所示。
和带感性负载一样也出现了能量的回流现象，这主要是由于开关管的反向导通所致。
但从图中可以发现其输入电流波形出现了严重失真，这在实际应用中是不允许的。
3 结束语
通过对全桥同步整流器的原理分析，仿真分析以及实验电路，得到以下结论：(1)根据相应原理推导，可以看出只有当开关管M1，M2，M3和M4的导通电阻比较低时才会大幅度的降低全桥同步整流器的功耗损耗，即提高一定空间的效率。
(2)对于负载而言，即后级而言。
可以直接应用于带APFC的开关电源。
当然也可以直接使用电阻性负载。
(3)当加入电动机这样的感性负载时，会出现能量回流以及较大的电压、电流尖峰。
(4)当加入电容这样的容性负载时，会出现较大电流的正反向流动而且输入电流波形出现严重失真。
这样将会对供电电网造成一定程度的波动，实际应用中当然是不允许出现的。
综上所述，(1)和(2)部分可以达到预期的要求，但是对于(3)和(4)部分还有待于进一步地研究。