桥式整流电路

摘要

本申请公开了一种桥式整流电路。该桥式整流电路包括：成电桥连接的整流部分(501，502，503，504)，包括位于电桥下侧的整流开关器件(503，504)；以及驱动部分(505a)，接收各整流开关器件(503，504)的相应驱动电压，并将上限值受限的驱动电压输出至相应整流开关器件(503，504)的控制端子。

权利要求

1.一种桥式整流电路，包括：

成电桥连接的整流部分(501，502，503，504)，包括位于电桥下侧的整流开关器件(503，504)；以及驱动部分(505a)，接收各整流开关器件(503，504)的相应驱动电压，并将上限值受限的驱动电压输出至相应整流开关器件(503，504)的控制端子，其中所述驱动部分(505a)还接收参考电压，所述驱动部分(505a)包括开关器件(5051，5052)，并利用所述参考电压(Vbias)和开关器件(5051，5052)的阈值电压，将驱动电压的上限值限制为等于所述参考电压减去所述阈值电压的值。

2.如权利要求1所述的桥式整流电路，还包括参考电压生成部分(505b)，用于生成所述参考电压。

3.如权利要求2所述的桥式整流电路，其中，所述参考电压生成部分(505b)包括：串联连接的电流源(5055)和齐纳二极管(5056)，其中所述电流源(5055)的电流(I1)流过所述齐纳二极管(5056)而生成所述参考电压(Vbias)。

4.如权利要求1所述的桥式整流电路，其中所述开关器件(5051，5052)包括：第一开关器件(5051)，连接在相应的整流开关器件(503)的控制端子及针对该整流开关器件的驱动电压(IN2)之间，且该第一开关器件(5051)的控制端子接收所述参考电压(Vbias)；以及第二开关器件(5052)，连接在相应的另一整流开关器件(504)的控制端子以及针对该另一整流开关器件的驱动电压(IN1)之间，且该第二开关器件(5052)的控制端子接收所述参考电压(Vbias)。

5.如权利要求4所述的桥式整流电路，其中，

所述第一开关器件(5051)包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，该第一MOSFET的栅极接收所述参考电压(Vbias)，源极连接至相应的整流开关器件(503)的控制端子，以及漏极连接至针对该整流开关器件(503)的驱动电压(IN2)；以及所述第二开关器件(5052)包括第二MOSFET，该第二MOSFET的栅极接收所述参考电压(Vbias)，源极连接至相应的另一整流开关器件(504)的控制端子，以及漏极连接至针对该另一整流开关器件(504)的驱动电压(IN1)。

6.如权利要求5所述的桥式整流电路，还包括：

与第一MOSFET并联的第一二极管(5058)；以及

与第二MOSFET并联的第二二极管(5059)。

7.如权利要求1所述的桥式整流电路，其中，所述整流部分包括：第一二极管(501)，连接在第一输入(IN1)与第一输出(OUT1)之间；

第二二极管(502)，连接在第二输入(IN2)与第一输出(OUT1)之间；

第一整流开关器件(503)，连接在第一输入(IN1)与第二输出(OUT2)之间，其控制端子连接至所述驱动部分以接收相应的驱动电压；以及第二整流开关器件(504)，连接在第二输入(IN2)与第二输出(OUT2)之间，其控制端子连接至所述驱动部分以接收相应的驱动电压，其中，所述第一二极管(501)、第二二极管(502)、第一开关器件(503)和第二开关器件(504)的电流传导路径构成电桥连接。

8.如权利要求7所述的桥式整流电路，其中，

所述第一整流开关器件(503)包括第一NMOSFET，其漏极连接至第一输入(IN1)，源极连接至第二输出(OUT2)，所述第二整流开关器件(504)包括第二NMOSFET，其漏极连接至第二输入(IN2)，源极连接至第二输出(OUT2)。

9.如权利要求7所述的桥式整流电路，其中，

所述驱动部分接收所述第二输入(IN2)处的电压作为所述第一整流开关器件(503)的驱动电压；以及所述驱动部分接收所述第一输入(IN1)处的电压作为所述第二整流开关器件(504)的驱动电压。

说明书

桥式整流电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电路领域，具体地，涉及一种桥式整流电路，该桥式整流电路中所含开关器件的驱动电压受到限制。

背景技术

[0002] 桥式整流电路广泛用于各种应用中，特别是用来将交流(AC)电流整流为直流(DC)电流。附图1中示出了一种常规的桥式整流电路。如图1所示，该桥式整流电路包括4个二极管101、102、103、104，这四个二极管成电桥连接。在第一输入IN1和第二输入IN2处输入的AC电流，通过该桥式整流电路，可以在第一输出OUT1和OUT2处变换为DC电流。
通常，例如可以在输出OUT1和OUT2之间连接电容器C1以便提供稳定的DC输出电压。

[0003] 输出OUT1和OUT2之间的输出电压Vout可以如下计算：

[0004] Vout＝MAX(ABS(VIN1-VIN2))-2*Vdiode，

[0005] 其中，MAX(x)表示取“x”的最大值，ABS(x)表示取“x”的绝对值，VIN1和VIN2分别表示输入IN1和IN2处的电压，以及Vdiode表示二极管(101，102，103，104)导通时的压降。

[0006] 如果输入电压足够高(即，VIN1和VIN2相差足够大)，则输出电压也足够大，二极管上的压降Vdiode可以忽略不计。此时，电路的转换效率较高。

[0007] 然而，当前的电路应用，特别是集成电路应用，趋向于使用小的DC电压。因此，在这种低输出电压应用中，二极管上的压降相对较大，从而导致电路的转换效率降低。

[0008] 为了提高电路的转换效率，可以使用导通时压降较小的肖特基二极管。图2中示出了这样一种桥式整流电路，与图1所示的电路相比，其中的整流二极管均替换为肖特基二极管201、202、203、204。

[0009] 为进一步提高电路的效率，还可以使用开关器件如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来代替桥式整流电路中的二极管元件。图3中示出了这样一种桥式整流电路，与图2所示的电路相比，以两个NMOSFET(N型MOSFET)303和304代替了两个下侧肖特基二极管203和204，在电桥上侧则仍然采用了两个肖特基二极管301和302。

[0010] 在图3所示的桥式整流电路中，当输入IN1与IN2之间的电压差大于输出电压时，二极管301将被正向偏置并因此导通。因此，电流从第一输入IN1通过二极管301而对电容器C1充电，并通过NMOSFET 304而返回到第二输入IN2。同样，当输入IN2与IN1之间的电压差大于输出电压时，二极管302将导通。此时，电流从第二输入IN2通过二极管302而对电容器C1充电，并通过NMOSFET 303而返回到第一输入IN1。

[0011] 如果将NMOSFET 303和304的导通电阻做得极低(这是可以通过当前的半导体工艺实现的)，那么整个整流电路上的压降可以仅为一个二极管(301或302)上的电压，从而可以进一步提升电路的转换效率。

[0012] 图3所示的电路当以分立器件来实现时，可以很好地工作。但是，如果需要将这种电路集成到芯片中，则可能存在问题。具体来说，在当前的集成电路工艺中，晶体管的栅介质层做得越来越薄，以实现更好的源漏导通电阻性能。这使得MOSFET的栅源电压(Vgs)存在上限，否则栅介质层将可能击穿。因此，当图3的电路实现为集成电路时，如果输入IN1和IN2之间的电压差相对于Vgs的上限过大时，将不能如图3所示那样来直接驱动MOSFET。

[0013] 为了避免MOSFET的驱动电压过高而导致其栅介质击穿，已经提出了使用单独的驱动电路来为MOSFET提供较低驱动电压。这种驱动电路需要单独的电源来为其供电。而且由于通常需要MOSFET进行快速开关，因此这种电源应当是强电源。此外，驱动电路的时序需严格控制，以避免2个MOSFET 303和304同时导通。因此，这种驱动电路及相应电源的实现成本较高。

[0014] 有鉴于此，有必要提供一种新颖的桥式整流电路，该电路使用开关器件以增加转换效率，同时又以简单的配置实现开关器件的驱动。

发明内容

[0015] 本发明的目的在于提供一种桥式整流电路，该电路可以以简单的配置实现，且其中所含的开关器件的驱动电压可以受到限制。

[0016] 根据本发明的一个方面，提供了一种桥式整流电路，包括：成电桥连接的整流部分，包括位于电桥下侧的整流开关器件；以及驱动部分，接收各整流开关器件的相应驱动电压，并将上限值受限的驱动电压输出至相应整流开关器件的控制端子。

[0017] 优选地，驱动部分还接收参考电压，并根据接收到的参考电压来限制驱动电压的上限值。例如，该桥式整流电路可以包括参考电压生成部分，用于生成参考电压。这种参考电压生成部分可以包括：串联连接的电流源和齐纳二极管，其中所述电流源的电流流过所述齐纳二极管而生成所述参考电压。

[0018] 优选地，驱动部分可以包括开关器件。驱动部分根据参考电压，并利用开关器件的阈值电压，来将驱动电压的上限值限制为等于参考电压减去阈值电压的值。

[0019] 这种开关器件可以包括：第一开关器件，连接在相应的整流开关器件的控制端子及针对该整流开关器件的驱动电压之间，且该第一开关器件的控制端子接收参考电压；以及第二开关器件，连接在相应的另一整流开关器件的控制端子以及针对该另一整流开关器件的驱动电压之间，且该第二开关器件的控制端子接收参考电压。

[0020] 优选地，第一开关器件可以包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该第一MOSFET的栅极接收参考电压，源极连接至相应的整流开关器件的控制端子，以及漏极连接至针对该整流开关器件的驱动电压；以及第二开关器件可以包括第二MOSFET，该第二MOSFET的栅极接收参考电压，源极连接至相应的另一整流开关器件的控制端子，以及漏极连接至针对该另一整流开关器件的驱动电压。

[0021] 进一步优选地，该桥式整流电路还可以包括：与第一MOSFET并联的第一二极管；以及与第二MOSFET并联的第二二极管。

[0022] 优选地，整流部分可以包括：第一二极管，连接在第一输入与第一输出之间；第二二极管，连接在第二输入与第一输出之间；第一整流开关器件，连接在第一输入与第二输出之间，其控制端子连接至驱动部分以接收相应的驱动电压；以及第二整流开关器件，连接在第二输入与第二输出之间，其控制端子连接至驱动部分以接收相应的驱动电压，其中，第一二极管、第二二极管、第一开关器件和第二开关器件的电流传导路径构成电桥连接。

[0023] 第一整流开关器件可以包括第一NMOSFET，其漏极连接至第一输入，源极连接至第二输出。第二整流开关器件可以包括第二NMOSFET，其漏极连接至第二输入，源极连接至第二输出。

[0024] 优选地，驱动部分接收第二输入处的电压作为第一整流开关器件的驱动电压；以及驱动部分接收第一输入处的电压作为第二整流开关器件的驱动电压。

[0025] 根据本发明，以一种简单的配置，实现了对驱动电压具有限压作用的驱动部分，从而可以容易地驱动桥式整流电路下侧所包含的开关器件，而不会由于过高的驱动电压而造成开关器件损坏。

附图说明

[0026] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和有点将更为清楚，在附图中：

[0027] 图1～3出了根据现有技术的桥式整流电路的示意图；

[0028] 图4示出了根据本发明一个实施例的桥式整流电路的示意图；以及[0029] 图5示出了根据本发明另一实施例的桥式整流电路的示意图。

具体实施方式

[0030] 以下，通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0031] 图4示出了根据本发明一个实施例的桥式整流电路的示意图。

[0032] 如图4所示，该桥式整流电路包括按电桥形式连接的二极管401、402以及开关器件403、404所构成的整流部分。该整流部分在第一输入IN1和第二输入IN2之间例如接收AC电流，并在第一输出OUT1和第二输出OUT2之间例如输出DC电流。该DC电流例如可以通过电容器C1而转换为DC电压。在此，开关器件403和404可以包括NMOSFET。

[0033] 在此需要指出的是，这种电桥连接形式的整流部分本身在本领域中是公知的，例如参见图3所示。具体地，例如二极管401连接在第一输入IN1与第一输出OUT1之间，二极管402连接在第二输入IN2与第一输出OUT1之间，开关器件403连接在第一输入IN1与第二输出OUT2之间，开关器件404连接在第二输入IN2与第二输出OUT2之间。在此，与第一输出OUT1相连的元件(二极管401、402)称作“上侧”元件，与第二输出OUT2相连的元件(开关器件403、404)称作“下侧”元件。

[0034] 这里，整流部分中各元件的电流传导路径应被适配为实现整流电桥。例如，在图4所示的实施例中，二极管401的阳极连接至第一输入IN1，阴极连接至第一输出OUT1；二极管402的阳极连接至第二输入IN2，阴极连接至第一输出OUT1；NMOSFET 403的漏极连接至第一输入IN1，源极连接至第二输出OUT2；NMOSFET 404的漏极连接至第二输入IN2，源极连接至第二输出OUT2。

[0035] 参照图3所示的现有技术电路图，为了实现开关器件403和404的正确驱动时序以实现整流目的，可以以第一输入IN1处的电压作为开关器件404的驱动电压，以第二输入IN2处的电压作为开关器件403的驱动电压。为避免现有技术中的问题(输入IN1与IN2之间的电压差过大可能导致损坏开关器件403、404)，根据本发明该实施例的桥式整流电路还包括驱动部分405。该驱动部分接收针对开关器件403、404的驱动电压，即输入IN2、IN1处的电压，并且将上限值受限的驱动电压送至开关器件403、404的控制端子。具体来说，驱动部分405将第一输入IN1处的电压传输至开关器件404的控制端子处，但将该驱动电压的上限值限制在预定值；将第二输入IN2处的电压传输至开关器件403的控制端子处，但将该驱动电压的上限值限制在预定值。从而，可以正常地驱动开关器件403、404。所述预定值可以根据开关器件403、404的特性来确定。例如，当开关器件403、404为NMOSFET时，可以根据其栅介质击穿的条件来确定所述上限值。

[0036] 根据本发明的有利实施例，这种驱动电路例如可以由开关器件(例如MOSFET或者具体地NMOSFET)来构成。利用开关器件的阈值电压，可以实现驱动电路的上述“限压”动作。具体地，例如开关器件的控制端子可以接收一参考电压，而其电流传导路径连接在相应的驱动电压(IN1/IN2处的电压)与相应整流开关器件(403/404)的控制端子之间。这样，在开关器件导通的情况下，其将驱动电压(IN1/IN2处的电压)几乎原样不变地送至相应整流开关器件(403/404)的控制端子，从而有效地驱动整流开关器件。而开关器件在导通状态下控制端子与另一端子之间的压降应该大于阈值电压(例如，对于NMOSFET而言，栅源电压大于阈值电压)，由于开关器件在控制端子处接收固定的参考电压，因此在导通状态下该开关器件所述另一端子处的电压不会超出参考电压减去阈值电压的值。利用开关器件的这一固有特性，可以实现上述“限压”。

[0037] 图5示出了根据本发明另一实施例的桥式整流电路的示意图。在该实施例中，特别示出了上述驱动部分的具体示例并示出了用于生成上述参考电压的参考电压生成部分的示例。

[0038] 如图5所示，根据该实施例的桥式整流电路包括按电桥形式连接的二极管501、502以及开关器件503、504所构成的整流部分。该整流部分在第一输入IN1和第二输入IN2之间例如接收AC电流，并在第一输出OUT1和第二输出OUT2之间例如输出DC电流。
该DC电流例如可以通过电容器C1而转换为DC电压。在此，开关器件503和504可以包括NMOSFET。关于该整流部分的具体连接关系，可以参照以上针对图4所示实施例的描述。

[0039] 在该实施例中，该桥式整流电路包括驱动部分505a和参考电压生成部分505b。

[0040] 参考电压生成部分505b可以生成恒定的参考电压Vbias。例如，该参考电压生成部分505b可以包括串联连接的电流源5055和齐纳二极管5056。电流源5055的电流I1流过齐纳二极管5056，从而相对于第二输出OUT2生成恒定的参考电压Vbias。可选地，该参考电压生成部分505b还可以包括与齐纳二极管5056并联连接的电容器5057，用以稳定输出的参考电压Vbias。该电流源5055例如可以是其他电路中所生成的电流，或者可以由电荷泵或升压电路(尤其在低输入电压的应用中)来实现。本领域技术人员可以设想多种方式来实现这种参考电压生成部分。

[0041] 驱动部分505b在正常情况下(即，开关器件的驱动电压较小时)可以将驱动电压直接传送至相应开关器件503、504的控制端子。而当开关器件的驱动电压较大时，驱动部分505b可以根据参考电压来来限制驱动电压的上限值，并将上限值受限的驱动电压输出至相应开关器件503、504的控制端子。

[0042] 进一步，这种驱动部分505b可以通过开关器件来实现。具体地，如图5所示，驱动部分505a可以包括两个开关器件5051、5052，例如NMOSFET。开关器件5051连接在相应的开关器件503的控制端子与针对开关器件503的驱动电压节点IN2之间，以便能够将IN2处的驱动电压传送至开关器件503。开关器件5051的控制端子连接至参考电压生成部分505b接收参考电压Vbias。因此，开关器件5051的控制端子处的电压被限制在参考电压Vbias。同样地，开关器件5052连接在相应的开关器件504的控制端子与针对开关器件504的驱动电压节点IN1之间，以便能够将IN1处的驱动电压传送至开关器件504。开关器件5052的控制端子连接至参考电压生成部分505b接收参考电压Vbias。因此，开关器件5052的控制端子处的电压被限制在参考电压Vbias。

[0043] 在开关器件5051、5052为NMOSFET的情况下，如图5所示，NMOSFET 5051的漏极连接至第二输入IN2，源极连接至开关器件503的控制端子且可以通过下拉电阻器5053连接至第二输出OUT2；NMOSFET 5052的漏极连接至第一输入IN1，源极连接至开关器件504的控制端子且可以通过下拉电阻器5054连接至第二输出OUT2。

[0044] 这样，对于NMOSFET 5051和5052而言，当其漏极处的电压(从输入IN1/IN2处接收到的驱动电压)较小时，具体地，小于等于(Vbias-Vth)(其中，Vth为NMOSFET 5051、5052的阈值电压)时，NMOSFET 5051和5052处于正常的导通状态，从而其源极电压近似等于其漏极电压。也就是说，NMOSFET 5051和5052直接将漏极处的电压(驱动电压)传送至源极并进一步传送至相应开关器件504和503的控制端子处，以正常驱动开关器件504和503。

[0045] 而当NMOSFET 5051和5052漏极处的电压(从输入IN1/IN2处接收到的驱动电压)较大时，在此具体地大于(Vbias-Vth)时，NMOSFET5051和5052的源极电压将不再跟随漏极电压。这是因为，NMOSFET5051和5052处于导通时，其源极电压等于栅极电压(为“Vbias”)减去阈值电压(Vth)。也就是说，NMOSFET 5051和5052的源极电压被限制在(Vbias-Vth)。也就是说，(Vbias-Vth)对应于受限驱动电压的上限值，该上限值可以通过选择Vbias(具体地，例如通过选择齐纳二极管5056的规格)来设置。

[0046] 可以看出，开关器件503和504实际接收到的驱动电压的上限值被限制在(Vbias-Vth)，从而可以有效地避免损坏开关器件503和504。

[0047] 在此，可选地可以设置分别与开关器件5051和5052并联的二极管5058和5059，来帮助传输电流。具体地，二极管5058的阳极和阴极分别连接至开关器件5051的源极和漏极，二极管5059的阳极和阴极分别连接至开关器件5052的源极和漏极。

[0048] 根据本发明的实施例，无需花费额外的精力来控制开关器件503和504的驱动时序。具体来说，当输入IN1与IN2之间的电压差大于开关器件504的阈值电压时，开关器件504导通而开关器件503将截止。同样，当输入IN2与IN1之间的电压差大于开关器件503的阈值时，开关器件503导通而开关器件504截止。因此，开关器件503和504不会同时导通。

[0049] 以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。