[发明专利]整流器装置及其操作方法

说明书

本文描述了一种整流器装置及其操作方法。根据一个示例，整流器包括半导体基板并且还包括通过第一MOS晶体管的负载电流路径以及并联连接至负载电流路径的二极管来连接的阳极端子和阴极端子。在阳极端子与阴极端子之间可操作地施加交流输入电压。此外，整流器包括被配置成使第一MOS晶体管在导通时间段内导通的控制电路，在导通时间段期间二极管被正向偏置。第一MOS晶体管、二极管以及控制电路被集成在半导体基板上。

技术领域

本发明涉及供电领域，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，并且合适的三相全波整流器可以例如包括六个二极管。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(当不考虑温度相关性时)，所述特定半导体制造技术一般是基于硅的。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(在室温下)。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的生成功率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。

发明内容

本文描述了一种整流器装置。根据示例性实施方式，所述整流器装置包括阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和所述阴极端子通过第一MOS 晶体管的负载电流路径以及并联连接至负载电流路径的二极管来连接；在阳极端子与阴极端子之间可操作地施加交流输入电压。整流器装置还包括控制电路。所述控制电路包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置成使第一 MOS晶体管在导通时间段内导通，在所述导通时间段期间二极管被正向偏置。控制电路还包括安全电路，所述安全电路被配置成在输入电压达到安全阈值时触发第一MOS晶体管的关断。

根据另外的示例性实施方式，整流器装置包括：半导体基板；多个晶体管单元，所述多个晶体管单元被布置在半导体基板中；以及第一MOS 晶体管，所述第一MOS晶体管由多个晶体管单元中的至少一部分晶体管单元组成。第一MOS晶体管具有负载电流路径和并联耦接至负载电流路径的体二极管。整流器装置还包括阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和所述阴极端子通过第一MOS晶体管的负载电流路径以及体二极管来连接。此外，整流器装置包括控制电路。所述控制电路包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置成在检测到阴极端子与阳极端子之间的电压达到第一阈值电压时使第一MOS晶体管导通。控制逻辑还被配置成在检测到阴极端子与阳极端子之间的电压达到第二阈值电压时使第一MOS晶体管关断，其中，阳极端子具有用作控制逻辑的地电势的电势，以及其中，第一阈值电压和第二阈值电压为负。此外，控制电路包括安全电路，所述安全电路被配置成在阴极端子与阳极端子之间的电压达到安全阈值时触发第一 MOS晶体管的关断，所述安全阈值是正的阈值电压。