[发明专利]具有SIC双极结型晶体管整流元件的整流器

说明书

美国政府的利益声明

根据陆军研究实验室合同No.W911NF-04-2-0022，本发明在政府的支持下完成。政府具有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及功率转换，且更具体地，涉及将交流电转换为直流电的整流电路。

背景技术

全波整流电路将交流电(AC)转换为直流电(DC)。一些整流电路包括一对二极管，所述一对二极管被配置成通过响应于AC输入信号的正半周期和负半周期以彼此互补的方式交替导通而用作整流元件。这种全波整流电路的效率可被使二极管导通的阈值正向电压(大约0.3V)所限制。对于低电压应用，二极管的阈值正向电压可能导致不可接受的效率损失。

一些全波整流电路还包括MOSFET晶体管，其横跨多个二极管连接，以帮助AC输入信号的整流。尽管MOSFET可以减少通过整流器的正向导通损耗，但附加的MOSFET电路的复杂性和成本可能是不可接受的。此外，当以硅实现时，二极管和MOSFET将被限制在对于一些应用不可接受的温度范围(例如，大约175℃以下)。

发明内容

在本发明的一些实施例中，整流电路包括碳化硅(SiC)双极结型晶体管(BJT)电路，该双极结型晶体管(BJT)电路具有连接到整流电路的整流信号输出节点的输出。该SiC BJT电路可以包括一个或多个SiC BJT。输入电路被连接到SiC BJT电路的输入，被配置为通过在交流(AC)输入信号的第一半周期期间正向偏置SiC BJT电路来响应于AC输入信号而在AC输入信号的第二半周期期间反向偏置SiCBJT电路，以在AC输入信号的至少第一半周期期间生成通过整流信号输出节点的整流输出信号。

在另一些实施例中，输入电路被配置为通过生成第一对相反极性的AC信号和第二对相反极性的AC信号来响应于AC输入信号。第一对AC信号具有比第二对AC信号大的电压范围。SiC BJT电路包括第一和第二SiC BJT，第一和第二SiC BJT中的每一个均包括连接成接收第二对相反极性的AC信号中不同的一个的输入端、连接成接收第一对相反极性的AC信号中不同的一个的基极端、以及连接到整流电路的整流信号输出节点的输出端。输入电路进一步被配置为通过第一和第二对相反极性的AC信号来控制第一和第二SiC BJT，以在AC输入信号的第一半周期期间正向偏置第一SiC BJT而反向偏置第二SiC BJT，并在AC输入信号的第二半周期期间反向偏置第二SiC BJT而正向偏置第二SiC BJT。因此，整流电路可在整流器信号输出节点处提供AC输入信号的全波整流。

在本发明的一些其他的实施例中，整流电路包括第一和第二SiCBJT以及第一、第二和第三变压器。第一和第二SiC BJT均包括输入端、基极端和输出端。第一变压器通过生成一对相反极性的AC信号来响应于AC输入信号。第一和第二SiC BJT的输入端被连接，以接收来自第一变压器的相反极性的AC信号中不同的一个。第二变压器通过生成第一SiC BJT的基极端和输入端两端的电压来响应于来自第一SiC BJT的输出端的信号。第三变压器通过生成第二SiC BJT的基极端和输入端两端的电压来响应于来自第二SiC BJT的输出端的信号。第一和第二SiC BJT的输出端通过第一和第二变压器被连接到整流电路的整流信号输出节点。

在本发明的一些其他的实施例中，整流电路包括第一和第二SiCBJT以及第一、第二和第三变压器。第一和第二SiC BJT均包括输入端、基极端和输出端。第一变压器通过生成第一对相反极性的AC信号和第二对相反极性的AC信号来响应于AC输入信号。第一对AC信号具有比第二对AC信号大的电压范围。第一和第二SiC BJT的输入端被连接，以接收第二对相反极性的AC信号中不同的一个。第一和第二SiC BJT的基极端被连接，以接收第一对相反极性的AC信号中不同的一个。第二变压器通过生成第一SiC BJT的基极端和输入端两端的电压来响应于来自第一SiC BJT的输出端的信号。第三变压器通过生成第二SiC BJT的基极端和输入端两端的电压来响应于来自第二SiC BJT的输出端的信号。第一和第二SiC BJT的输出端通过第一和第二变压器被连接到整流电路的整流信号输出节点。

附图说明

附图示出了本发明的特定实施例(一个或多个)，其被包括以提供对本发明的进一步理解，并被结合在本申请中并构成本申请的一部分。在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的将碳化硅双极结型晶体管用作整流元件的全波整流电路的示意图；