本發(fā)明涉及整流二極管,具體涉及一種整流二極管替代電路及反偏截止驅動電路。

背景技術：

二極管是電源系統(tǒng)中的核心器件，通常情況下使用專用半導體器件或采用功率MOSFET加開關控制電路來提升二極管性能的二極管電路。

專用半導體器件可以采用在硅襯底上進行P型雜質擴散和N型雜質擴散生長PN結的方法，形成PN結硅二極管，或者通過在硅表面進行金屬與硅結合的加工工藝，形成金屬-硅結的方法形成肖特基二極管。二極管的正向壓降受限于材料和器件的結構，在8A左右的電流下，PN結硅二級管正向電壓0.6V左右，肖特基二極管正向電壓約為0.4V，很難通過工藝的調整再降低正向電壓。而最新的技術是二極管電路的采用，二極管電路是通過控制電路控制MOSFET的導通與截止，來實現(xiàn)二極管特性的電路。

因此專用半導體器件存在正向電壓高，而二極管電路存在反向截止時間長的問題。雖然無法有效的通過工藝的改善而降低半導體器件的正向電壓高的問題，但可通過電路結構降低二極管電路存在的反向截止時間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種整流二極管替代電路及反偏截止驅動電路。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是，一種具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路,包括整流二極管電路和反偏截止驅動電路，整流二極管電路包括儲能電容器、低壓時鐘發(fā)生器、電荷泵電路、帶隙基準電路、遲滯比較器、驅動放大器和功率MOS管；

低壓時鐘發(fā)生器檢測整流二級管兩端的電壓，并產(chǎn)生時鐘信號驅動電荷泵電路；

電荷泵電路檢測整流二極管電路兩端的電壓并放大后將電荷存儲在儲能電容器中；

儲能電容器上存儲的電壓與帶隙基準電路輸出的基準電壓分別輸出到遲滯比較器進行比較；當儲能電容器上存儲的電壓大于帶隙基準電路輸出的基準電壓時，遲滯比較器輸出開啟信號，并經(jīng)驅動放大器放大后輸出到功率MOS管，驅動功率MOS管導通；

其特征在于：反偏截止驅動電路對所述整流二極管電路兩端的電壓進行檢測，當陰極電位高于陽極電位時：

反偏截止驅動電路在功率MOS管的柵極形成快速的電荷瀉放通道，使功率MOS管截止；達到使整流二極管電路反偏時快速反轉的目的。

或者，反偏截止驅動電路在儲能電容器的兩端形成快速的電荷瀉放通道，使儲能電容器通過反偏截止驅動電路放電，儲能電容器兩端電壓快速降低，當儲能電容器兩端電壓低于整流二極管電路內部的帶隙基準電路的輸出電壓時，遲滯比較器輸出關斷信號，并通過驅動放大器放大后，使功率MOS管截止，同樣達到使整流二極管電路反偏時快速反轉的目的。

由于整流二極管電路在正向偏置的時候，分為兩種工作狀態(tài)，充電狀態(tài)和放電狀態(tài)。充電時，功率MOS管處于溝道截止狀態(tài)，當整流二極管電路由正向偏置轉為反向偏置的時候，整流二極管電路可以快速截止。但是當處于放電狀態(tài)時，由于為了達到低的平均正向導通電壓，儲能電容器C取值較大，因此放電時間較長，達到幾十～幾百ms。本發(fā)明解決了整流二極管電路在放電狀態(tài)時從正向偏置轉為反向偏置的情況下，整流二極管電路不能迅速截止，需要完成整個放電周期后才能進入反偏截止狀態(tài)的問題，該發(fā)明可使整流二極管電路從正向偏置轉為反向偏置后，截止時間不超過1ms，同時不影響整流二極管電路的正向工作性能，仍保持原本具有的低平均正向導通電壓的優(yōu)勢。

根據(jù)本發(fā)明所述的具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路的優(yōu)選方案，所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管、第二遲滯比較器和瀉放開關管，瀉放開關管與儲能電容器并聯(lián)連接，且瀉放開關管由第二遲滯比較器控制通斷，在第二遲滯比較器的正輸入端與整流二極管電路的陰極之間或者在第二遲滯比較器的負輸入端與整流二極管電路的陽極之間連接有傳輸開關管；傳輸開關管由整流二極管電路控制通斷；所述第二遲滯比較器對整流二極管電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器控制瀉放開關管導通，使儲能電容器通過瀉放開關管放電，當儲能電容器兩端電壓低于整流二極管電路內部的帶隙基準電路的輸出電壓時，整流二極管電路輸出控制信號使功率MOS管截止。

發(fā)明技術方案通過對整流二極管電路兩端電壓K、A進行比較監(jiān)測，當整流二級管電路在放電狀態(tài)由正向偏置轉為反向偏置的情況下，K端電位高于A端電位，本發(fā)明電路中的第二遲滯比較器輸出高電平，并驅動瀉放開關管導通，在儲能電容器的兩端形成快速的電荷瀉放通道，使整流二級管電路在充電周期中對電容充電積累的電荷迅速的瀉放，從而儲能電容器兩端電壓快速降低，當儲能電容器兩端電壓低于整流二極管電路內部的帶隙基準輸出電壓時，遲滯比較器輸出電壓變低，驅動放大器輸出電平變低，驅動功率MOS管關斷，使整流二極管電路可實現(xiàn)快速截止，本發(fā)明技術方案通過主動性實時對二級管電路兩端電壓進行檢測，在二極管電路由正向偏置轉為反向偏置時，在儲能電容器兩端產(chǎn)生一條快速的放電通道，極大縮短放電周期，使整流二極管電路迅速截止，達到二極管電路反偏時快速反轉的目的。

根據(jù)本發(fā)明所述的具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路的優(yōu)選方案，所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管、第二遲滯比較器和瀉放開關管；瀉放開關管并聯(lián)連接在功率MOS管的柵極與儲能電容器的負端之間，瀉放開關管由第二遲滯比較器控制通斷，在第二遲滯比較器的正輸入端與整流二極管電路的陰極之間或者在第二遲滯比較器的負輸入端與整流二極管電路的陽極之間連接有傳輸開關管；傳輸開關管由整流二極管電路控制通斷；所述第二遲滯比較器對整流二極管電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器控制瀉放開關管導通，在功率MOS管的柵極形成電荷瀉放通道，使功率MOS管截止。

本發(fā)明還可以當整流二級管電路在放電狀態(tài)由正向偏置轉為反向偏置的情況下，K端電位高于A端電位，第二遲滯比較器輸出高電平，驅動瀉放開關管導通，在功率MOS管的柵極形成快速的電荷瀉放通道，使功率MOS管截止。同樣能達到二極管電路反偏時快速反轉的目的。

根據(jù)本發(fā)明所述的具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路的技術方案，傳輸開關管和瀉放開關管由MOSFET管構成；第一MOSFET管的柵極連接驅動放大器的輸出，第二MOSFET管的源極和漏極并聯(lián)在儲能電容器兩端，第二MOSFET管的柵極連接第二遲滯比較器的輸出。

根據(jù)本發(fā)明所述的具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路的優(yōu)選方案，傳輸開關管和瀉放開關管由MOSFET管構成；第一MOSFET管的柵極連接驅動放大器的輸出，第二MOSFET管的源極和漏極并聯(lián)在在功率MOS管的柵極與儲能電容器的負端之間，第二MOSFET管的柵極連接第二遲滯比較器的輸出。

本發(fā)明的第二個技術方案是，一種整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路，其特點是：所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管、第二遲滯比較器和瀉放開關管；瀉放開關管與整流二極管替代電路中的儲能電容器并聯(lián)連接，且瀉放開關管由第二遲滯比較器控制通斷；在第二遲滯比較器的正輸入端與整流二極管替代電路的陰極之間或者在第二遲滯比較器的負輸入端與整流二極管替代電路的陽極之間連接有傳輸開關管；所述第二遲滯比較器對整流二極管替代電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管替代電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器控制瀉放開關管導通，使儲能電容器通過瀉放開關管放電，當儲能電容器C兩端電壓低于整流二極管替代電路內部的帶隙基準電路的輸出電壓時，整流二極管替代電路輸出控制信號使功率MOS管截止。

根據(jù)本發(fā)明述的整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路的優(yōu)選方案，傳輸開關管和瀉放開關管由MOSFET管構成；傳輸開關管的柵極連接驅動放大器的輸出，瀉放開關管的源極和漏極并聯(lián)在儲能電容器的兩端，瀉放開關管柵極連接第二遲滯比較器的輸出。

根據(jù)本發(fā)明述的整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路的優(yōu)選方案，所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管、第二遲滯比較器和瀉放開關管；瀉放開關管并聯(lián)連接在整流二極管替代電路中的功率MOS管的柵極與儲能電容器的負端之間，且瀉放開關管由第二遲滯比較器控制通斷；在第二遲滯比較器的正輸入端與整流二極管替代電路的陰極之間或者在第二遲滯比較器的負輸入端與整流二極管替代電路的陽極之間連接有傳輸開關管；所述第二遲滯比較器對整流二極管替代電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管替代電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器7控制瀉放開關管導通，在功率MOS管的柵極形成電荷瀉放通道，使功率MOS管截止。

根據(jù)本發(fā)明述的整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路的優(yōu)選方案，傳輸開關管和瀉放開關管由MOSFET管構成；傳輸開關管的柵極連接驅動放大器的輸出，瀉放開關管的源極和漏極并聯(lián)連接在功率MOS管的柵極與儲能電容器的負端之間，瀉放開關管的柵極連接第二遲滯比較器的輸出。

本發(fā)明所述的一種整流二極管替代電路及反偏截止驅動電路的有益效果是：本發(fā)明解決了整流二極管電路在放電狀態(tài)時從正向偏置轉為反向偏置的情況下不能迅速截止的問題，本發(fā)明可使整流二極管電路從正向偏置轉為反向偏置后，快速截止，同時不影響整流二極管電路的正向工作性能，仍保持原本具有的低平均正向導通電壓的優(yōu)勢，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是實施例1中一種整流二極管替代電路的原理框圖。

圖2是實施例2一種整流二極管替代電路的原理框圖。

圖3是反偏截止驅動電路的原理框圖。

圖4是整流二極管替代電路的等效電路圖。

具體實施方式

實施例1，參見圖1、圖3和圖4，一種具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路,包括整流二極管電路和反偏截止驅動電路6；所述整流二極管電路包括儲能電容器C、低壓時鐘發(fā)生器1、電荷泵電路2、帶隙基準電路3、遲滯比較器4、驅動放大器5和功率MOS管Q；

低壓時鐘發(fā)生器1檢測整流二級管電路A、K兩端的電壓，并產(chǎn)生時鐘信號驅動電荷泵電路2；

電荷泵電路2檢測整流二極管電路A、K兩端的電壓并放大后將電荷存儲在儲能電容器C中；

儲能電容器C上存儲的電壓與帶隙基準電路3輸出的基準電壓分別輸出到遲滯比較器4進行比較；當儲能電容器C上存儲的電壓大于帶隙基準電路3輸出的基準電壓時，遲滯比較器4輸出開啟信號，并經(jīng)驅動放大器5放大后輸出到功率MOS管Q，驅動功率MOS管Q導通；

反偏截止驅動電路6對所述整流二極管電路A、K兩端的電壓進行檢測，當陰極電位高于陽極電位時：

反偏截止驅動電路6在功率MOS管Q的柵極形成電荷瀉放通道，使功率MOS管Q截止。

在具體實施例中，所述反偏截止驅動電路6包括傳輸開關管M1、第二遲滯比較器7和瀉放開關管M2；瀉放開關管M2并聯(lián)連接在功率MOS管Q的柵極與儲能電容器C的負端之間，且瀉放開關管M2由第二遲滯比較器7控制通斷；在第二遲滯比較器7的正輸入端與整流二極管電路的陰極之間連接有傳輸開關管M1，或者在第二遲滯比較器7的負輸入端與整流二極管電路的陽極之間連接有傳輸開關管M1；傳輸開關管M1由整流二極管電路控制通斷；所述第二遲滯比較器7對整流二極管電路A、K兩端的電壓進行檢測，當整流二極管電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器7控制瀉放開關管M2導通，在功率MOS管Q的柵極形成電荷瀉放通道，使功率MOS管Q截止。

更進一步，傳輸開關管M1和瀉放開關管M2由MOSFET管構成；傳輸開關管M1的柵極連接驅動放大器5的輸出，瀉放開關管M2的源極和漏極并聯(lián)連接在功率MOS管Q的柵極與儲能電容器C的負端之間，瀉放開關管M2的柵極連接第二遲滯比較器7的輸出。

實施例2：參見圖2、圖3和圖4，一種具有反偏截止驅動的整流二極管替代電路,包括整流二極管電路和反偏截止驅動電路6；所述整流二極管電路包括儲能電容器C、低壓時鐘發(fā)生器1、電荷泵電路2、帶隙基準電路3、遲滯比較器4、驅動放大器5和功率MOS管Q；

低壓時鐘發(fā)生器1檢測整流二級管電路A、K兩端的電壓，并產(chǎn)生時鐘信號驅動電荷泵電路2；

電荷泵電路2檢測整流二極管電路A、K兩端的電壓并放大后將電荷存儲在儲能電容器C中；

儲能電容器C上存儲的電壓與帶隙基準電路3輸出的基準電壓分別輸出到遲滯比較器4進行比較；當儲能電容器C上存儲的電壓大于帶隙基準電路3輸出的基準電壓時，遲滯比較器4輸出開啟信號，并經(jīng)驅動放大器5放大后輸出到功率MOS管Q，驅動功率MOS管Q導通；

反偏截止驅動電路6對所述整流二極管電路A、K兩端的電壓進行檢測，當陰極電位高于陽極電位時：反偏截止驅動電路6在儲能電容器C的兩端形成電荷瀉放通道，儲能電容器通過反偏截止驅動電路放電,使儲能電容器C兩端電壓快速降低，當儲能電容器C兩端電壓低于整流二極管電路內部的帶隙基準電路3的輸出電壓時，遲滯比較器4輸出關斷信號，使功率MOS管Q截止。

在具體實施例中，所述反偏截止驅動電路6包括傳輸開關管M1、第二遲滯比較器7和瀉放開關管M2；瀉放開關管M2與儲能電容器C并聯(lián)連接，且瀉放開關管M2由第二遲滯比較器7控制通斷；在第二遲滯比較器7的正輸入端與整流二極管電路的陰極之間連接有傳輸開關管

M1，或者在第二遲滯比較器7的負輸入端與整流二極管電路的陽極之間連接有傳輸開關管M1，傳輸開關管M1由整流二極管電路控制通斷；所述第二遲滯比較器7對整流二極管電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器7控制瀉放開關管M2導通，使儲能電容器C通過瀉放開關管M2放電，當儲能電容器C兩端電壓低于整流二極管電路內部的帶隙基準電路3的輸出電壓時，整流二極管電路輸出控制信號使功率MOS管Q截止。

更進一步，傳輸開關管M1和瀉放開關管M2由MOSFET管構成；傳輸開關管M1的柵極連接驅動放大器5的輸出，瀉放開關管M2的源極和漏極并聯(lián)在儲能電容器C的兩端，瀉放開關管M2柵極連接第二遲滯比較器7的輸出。

在上述實施例1和實施例2中，其平均正向電壓僅為150mV左右。因此二極管電路具有較專用半導體器件明顯的優(yōu)勢。但如果沒有反偏截止驅動電路，就會存在著反向偏置時不能快速截止的問題，需要等到其電容上電壓降到低于帶隙基準輸出電壓是時才完成整個放電周期，關斷功率MOSFET，才能進入反偏截止狀態(tài)。

如果沒有反偏截止驅動電路，以8A電流時功率MOSFET導通下的正向電壓落差為80mV，可計算出功率MOSFET的導通電阻為10mΩ，對于10mΩ數(shù)量級別的功率MOSFET的柵極輸入電容約幾個nF，為了使功率MOSFET的開關電荷損耗對電路性能的影響可以忽略不計，那么儲能電容器C的電容值通常都應該取100nF甚至更高，導致二極管電路充放電時間均會較大，充電時間T1＝5ms的情況下，T2為放電時間，按照T1/(T1+T2)＝10％計算，則放電時間為45ms，平均導通電壓為152mV，若按照T1/(T1+T2)＝99％的計算則放電時間為500ms，平均導通電壓為87.2mV，由此可見為了獲得更低的平均導通電壓，放電時間長則會更為明顯，那么二極管電路在由正向偏置放電狀態(tài)轉為反向偏置后，所需要的截止時間也會更長。這一問題將嚴重影響到二極管電路的應用。

本發(fā)明技術方案通過主動性實時對二級管電路兩端電壓進行檢測，在二極管電路由正向偏置轉為反向偏置時，產(chǎn)生一條快速的放電通道，極大縮短放電周期，使二極管電路迅速截止。

實施例3，一種整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路，所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管M1、第二遲滯比較器7和瀉放開關管M2；瀉放開關管M2與整流二極管替代電路中的儲能電容器C并聯(lián)連接，且瀉放開關管M2由第二遲滯比較器7控制通斷；在第二遲滯比較器7的正輸入端與整流二極管替代電路的陰極之間連接有傳輸開關管M1，或者在第二遲滯比較器7的負輸入端與整流二極管替代電路的陽極之間連接有傳輸開關管M1，所述第二遲滯比較器7對整流二極管替代電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管替代電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器7控制瀉放開關管M2導通，使儲能電容器C通過瀉放開關管M2放電，當儲能電容器C兩端電壓低于整流二極管替代電路內部的帶隙基準電路3的輸出電壓時，整流二極管替代電路輸出控制信號使功率MOS管Q截止。

在具體實施例中，傳輸開關管M1和瀉放開關管M2由MOSFET管構成；傳輸開關管M1的柵極連接驅動放大器5的輸出，瀉放開關管M2的源極和漏極并聯(lián)在儲能電容器C的兩端，瀉放開關管M2柵極連接第二遲滯比較器7的輸出。

實施例4，一種整流二極管替代電路的反偏截止驅動電路，所述反偏截止驅動電路包括傳輸開關管M1、第二遲滯比較器7和瀉放開關管M2；瀉放開關管M2并聯(lián)連接在整流二極管替代電路中的功率MOS管Q的柵極與儲能電容器C的負端之間，且瀉放開關管M2由第二遲滯比較器7控制通斷；在第二遲滯比較器7的正輸入端與整流二極管替代電路的陰極之間連接有傳輸開關管M1，或者在第二遲滯比較器7的負輸入端與整流二極管替代電路的陽極之間連接有傳輸開關管M1，所述第二遲滯比較器7對整流二極管替代電路兩端的電壓進行檢測，當整流二極管替代電路的陰極電位高于陽極電位時，第二遲滯比較器7控制瀉放開關管M2導通，在功率MOS管Q的柵極形成快速的電荷瀉放通道，使功率MOS管Q截止；當儲能電容器C兩端電壓低于整流二極管替代電路內部的帶隙基準電路3的輸出電壓時，整流二極管替代電路輸出控制信號使功率MOS管Q截止。

在具體實施例中，傳輸開關管M1和瀉放開關管M2由MOSFET管構成；傳輸開關管M1的柵極連接驅動放大器5的輸出，瀉放開關管M2的源極和漏極并聯(lián)連接在功率MOS管Q的柵極與儲能電容器C的負端之間，瀉放開關管M2的柵極連接第二遲滯比較器7的輸出。

上面對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但是，本發(fā)明保護的不僅限于具體實施方式的范圍。