[发明专利]整流器装置及其操作方法和整流器桥

说明书

本文描述了一种整流器装置及其操作方法和整流器桥。根据一个示例，整流器装置包括具有负载电流路径的晶体管和并联连接至负载电流路径的二极管。二极管和负载电流路径被连接在阳极端子与阴极端子之间；交流输入电压被可操作地施加在阳极端子与阴极端子之间。控制电路被耦接至晶体管的栅极端子，并且被配置成使晶体管在导通时间段导通，在所述导通时间段期间，二极管被正向偏置。此外，钳位电路被耦接至晶体管的栅极端子，并且被配置成在二极管被反向偏置并且交流输入电压的电平达到钳位电压时，至少部分地导通晶体管。

技术领域

本发明涉及电力供应领域，特别地涉及整流器电路和装置以及相关的方法和装置。

背景技术

在电力网中，出于各种原因，电力通常以交流电流(AC)的形式分配给消费者。此外，例如在汽车中使用交流发电机来生成交流电流。在许多应用中，交流电流需要被转换成直流(DC)以向需要DC供电的电子电路或其他装置提供DC供电。该转换过程被称为整流。用于构建整流器的标准部件是硅二极管。存在若干种类型的整流器。一种通用类型是单相全波整流器，该单相全波整流器通常使用以桥式配置(所谓的Graetz桥) 连接的四个二极管来构建。作为附注，应当注意，由电力网提供的交流电压(例如，120或230伏)通常在被整流之前使用变压器被转换成较低的电压。在汽车行业，交流发电机通常生成多相输出电压，并且例如，三相全波整流器包括六个二极管。此外，也可以例如在(DC/DC或AC/DC) 开关转换器中使用整流器二极管。

硅二极管具有近似0.6伏至0.7伏的正向电压。肖特基锗二极管具有近似0.3伏的稍微较低的正向电压。pn结(即二极管的pn结)的正向电压取决于半导体材料，因而对于特定半导体制造技术实际上可以被视为恒定参数，所述特定半导体制造技术一般是基于硅的。然而，应当理解，实际的正向电压是温度相关的。也就是说，硅二极管每安培负载电流将总是产生近似600毫瓦至700毫瓦的功率消耗。因此，由四个二极管组成的二极管桥(桥式整流器)每安培(RMS)负载电流将产生近似1.2瓦至1.4 瓦的功率消耗，因为在二极管桥中两个二极管总是正向偏置。特别是对于同样低的电压(例如，5伏至15伏)，整流器中的功率消耗可以是总功率消耗中的相当大的一部分。

为了减小整流器装置中的功率消耗，可以使用称为有源整流的技术。从而，硅二极管被诸如功率MOS场效应晶体管(MOSFET)或功率双极结型晶体管(BJT)等功率晶体管所替代，所述功率晶体管具有同样低的导通电阻并且因此可以产生与简单的硅二极管相比的显著较低的电压降。然而，通常需要相对复杂的控制电路以与交流电压同步地使晶体管导通和关断。

在用交流发电机操作整流器的应用中，整流器应该具有钳位功能(例如像齐纳二极管)以避免电池端子之间的过电压，从而保护由电池供电的负载。这可能是例如机动车电池与交流发电机断开而负载仍然连接至交流发电机的情况。

发明内容

本文描述了整流器装置。根据一个示例，整流器装置包括具有负载电流路径的晶体管和并联连接至负载电流路径的二极管。二极管和负载电流路径被连接在阳极端子与阴极端子之间；交流输入电压被可操作地施加在阳极端子与阴极端子之间。控制电路被耦接至晶体管的栅极端子，并且被配置成使晶体管在导通时间段内导通，在导通时间段期间，二极管被正向偏置。此外，钳位电路被耦接至晶体管的栅极端子，并且被配置成在二极管被反向偏置并且交流输入电压的电平达到钳位电压时，至少部分地导通晶体管。

根据另一示例，整流器装置包括被集成在半导体本体中的多个晶体管单元，其中，所述多个晶体管单元中的第一组晶体管单元被分配至第一晶体管，并且所述多个晶体管单元中的第二组晶体管单元被分配至第二晶体管。整流器装置的阳极端子和阴极端子通过第一晶体管的负载电流路径和第二晶体管的负载电流电路被连接，并且二极管被布置在半导体本体中且位于阳极端子与阴极端子之间。此外，钳位电路被布置在半导体本体中，并且被耦接在第一晶体管的栅极端子与阴极端子之间。第一组晶体管单元被布置在半导体本体的第一分段中，并且第二组晶体管单元被布置在半导体本体的第二分段中。