[发明专利]用于仿真电源控制装置中的理想二极管的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真用于电源控制装置的理想二极管的系统和方法。更具体地，本发明涉及控制晶体管以仿真理想二极管的系统和方法。

背景技术

传统的二极管用于许多应用中，并且更具体地用于包括整流的应用中。例如，二极管经常用在功率变换系统中以将交流电转化为直流电、用于过压保护以及用于在具有多个电源(例如不可间断电源)的系统中阻止反向电流。传统二极管两端的电压降和相应的功率耗散一般被认为是相对较小的值。然而，功率变换系统一般包括高频率变换，因此由于二极管功率耗散而带来损耗可能变得相当大。在这种情形下，与具有接近理想特性(例如可以忽略的电压降)的二极管相比，传统二极管可能是低效的。

已经提出了具有某些优选特性的理论上的理想二极管。当被施加正向偏压时，这种理论上的理想二极管看起来像短路；而当被施加反向偏压时，其看起来像断路/开路。也就是说，理想二极管在任一个方向都不耗散功率。凭经验这种理想二极管并不存在，但是，接近这种理想特性可提供与效率和电路性能相关的显著优势。

在高电流的情况下，在功率变换系统中使用的传统二极管两端的实际电压降和伴随的功率耗散可能是相当大的。在一些情形中，单个二极管两端的电压降可能高达1.2伏特。在一些功率变换应用中，经过二极管的电流可在50安培到400安培变化。对于负载400安培且有1.2伏特电压降的二极管而言，会耗散480瓦特的功率。这种大规模的功率耗散会对功率变换系统内使用的或与功率变化系统相连的电子设备的可靠性产生不利影响。例如，在一些情况中，这种耗散需要使用大量的吸热设备/散热器。因此，二极管两端的电压降可极大地影响效率，并且可能需要专门的部件来消耗所产生的大量热。

发明内容

本发明的多个方面涉及仿真用于功率控制装置的理想二极管的系统和方法。在一个实施例中，本发明涉及仿真理想二极管的电路，该电路包括至少一个场效应晶体管和比较器，该至少一个场效应晶体管包括源极、漏极、栅极和体二极管，该比较器包括耦合到源极的第一输入、耦合到漏极的第二输入和耦合到栅极的输出，其中比较器被配置为基于源极电压是否大于漏极电压而激活至少一个场效应晶体管，并且其中体二极管包含耦合到源极的阳极和耦合到漏极的阴极。

在另一个实施例中，本发明涉及仿真理想二极管的电路，该电路包括至少一个场效应晶体管、输入、输出、控制电路以及控制电路输出；该至少一个场效应晶体管包括源极、漏极、栅极和体二极管，该输出耦合到漏极，该控制电路包括耦合在输入和源极之间的电流传感器，该控制电路输出耦合到栅极其中该控制电路被配置为基于流入源极的电流是否大于预定阈值而激活至少一个场效应晶体管，并且其中体二极管包含耦合到源极的阳极和耦合到漏极的阴极。

在又一个实施例中，本发明涉及包括变压器整流单元的电源系统，该电源系统包括耦合到变压器整流单元的交流电源和耦合到变压器整流单元的直流负载，该变压器整流单元包括原绕组、与原绕组电磁连通的复卷绕组/次级绕组以及耦合到复卷绕组的至少一个理想二极管电路，该至少一个理想二极管电路包括耦合到控制电路的至少一个场效应晶体管。

附图说明

图1是根据本发明实施例的理想二极管电路的示意图，该理想二极管电路包括场效应晶体管(FET)和控制该FET的比较器。

图2是根据本发明实施例的理想二极管电路的示意图，该理想二极管电路包括电源部分和控制理想二极管电路的控制电路。

图3是根据本发明实施例的理想二极管电路的电源部分的示意图，该理想二极管电路的电源部分包括并联的八个场效应晶体管。

图4(1)-4(2)是根据本发明实施例的理想二极管控制电路的示意图，该理想二极管控制电路被配置为测量电流、控制理想二极管电路、报告状态并提供强制导通(force-on)能力。

图5(1)-5(3)是根据本发明实施例的理想二极管控制电路的示意图，该理想二极管控制电路被配置为测量电流、报告测量的电流、控制理想二极管电路、报告控制状态并提供强制断开(force-off)能力。

图6是根据本发明实施例包括变压器整流单元的电源系统的示意性框图，该变压器整流单元包括多个理想二极管电路单元。

具体实施方式