[发明专利]用于交流发电机的有源整流器

说明书

技术领域

本专利申请的客体涉及一种有源整流器的结构(主要旨在用于整流旋转电机、尤其交流发电机的交流电)，在该结构中，实施功率MOSFET晶体管以代替一般使用的功率二极管。MOSFET晶体管在整个整流器中提供了降低的压降并且增加了总体交流发电机效率。

本发明涉及的类别：H05K7/20；H01L23/34；H01L25/07；H02J7/00；H02K11/04；H02M7/12。

背景技术

使用在DC发电机功能中的交流电(AC)旋转电机典型地集成二极管以将交流电整流为所需的DC电流。交流发电机(其旨在用于充电车辆起动系统上的电池或者静止装备，诸如发电机组或者类似物)尤其具有连接在整流电路系统中的功率二极管。半导体功率二极管利用每个二极管0.6V至1V的范围内不可避免的压降沿正向导电方向做功。该压降代表显著功率损失，同时将生成的电流传导至电池或者其他电力负荷。结果，交流发电机具有相当低的操作效率，特定地相当低的操作功率旨在用于14V或者28V的低系统电压。

我们要解决的技术问题是找到这样一种整流器结构，使得整流器结构将具有降低的压降并且因此具有整流中降低的能力损失操作，因此具有更好的总体效率。此外，对于整流器的结构理想的是，其以这种方式构造使得其将替换交流发电机上处于相同位置的正常二极管整流器而无需更改简单的空气冷却以及现存的装置，以不增加机器的生产成本。

使用具有充分低阻力的MOSFET晶体管、优选TOLL类型(无引线封装)，将0.6V–1V的不想要的压降降低至0–0.2V的范围，因此还成比例地降低交流发电机的功率损失并且使其更有效。将晶体管安装在与二极管相同的位置并且不更改用于冷却的强迫空气通风，这能够改造的交流发电机操作而其关键零件(电刷、转子环以及轴承)处于较低作业温度，降低它们的磨损，因此增加了交流发电机的寿命。

该发明的有源整流器的结构是这样的，使得其包括连接的模块，其中，它们中的每个具有半桥构造并且替换通常连接至发电机的相同相位的两个二极管。典型地，需要三个相同的模块来形成三相交流发电机整流器。具有更大或更小数量相位的发电机需要适当地更大或者较小数量的相等模块。

每个MOSFET晶体管具有其自身过零检测和驱动电路系统，该系统由小信号电子设备制成，组装在MOSFET的附近并且安装在与模块的铝壳体具有良好热接触的单个基板上，该壳体还是放置在交流发电机的强迫空气冷却的空气气流中的散热片。每个模块内在地连接至这样的相位，该相位被整流并且使用相位的功率用于供给检测和驱动电路系统。这使得模块独立于车辆系统电压和交流发电机的的调压器。模块不需要任何额外连接。继续描述的整流器在交流发电机(或者其他发电机)的制造过程中仅引起不显著的修改，因此有效地维持它们的低生产成本。

存在少量有源整流器的公知解决方案。专利公开US7292445B2中提议了一个例子，该专利公开描述了一种调压器，其与有源整流器集成，用于更有效地充电电池。集成的多层设备利用水冷却安装在单独铝底板上，整个组件作为延伸安装在存在的交流发电机的侧面，这增加了其的总体直径。

专利公开US2006151874中提议了另一例子。提议的解决方案包括一种功率电路，其被控制部件控制。功率电路的所有功率传导部件是功率MOS部件并且集成为堆叠构造，堆叠构造集成两个平行基板。功率MOS部件放置在两个平行基板之间并且在两侧具有触头。

发明内容

本发明解决了与需要使用功率二极管的传统整流器结构关联的技术问题，传统整流器结构使用功率二极管，同时引入功率MOSFET晶体管作为替换。对应控制电路系统提供了控制信号，该控制信号与发电机的交流输出电压同步地接通以及关闭晶体管。检测出沿正向导电方向通常关联于二极管的不想要的压降，并且通过接通MOSFET晶体管显著降低该压降。因为降低了整个半导体中的压降，还降低了整个整流器中的功率损失，因此改善了总体发电机效率。该改善还导致交流发电机的关键磨损零件的较低操作温度。

有源整流器的结构是这样的，使得其包括N个连接的模块，其中，它们中的每个具有半桥构造并且替换通常连接至发电机的相同相位的两个二极管。典型地，需要三个相同的模块来形成三相交流发电机整流器。交流发电机的模块的电连接相同于常规二极管整流器的连接。