[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。根据一个示例，整流器包括半导体基板并且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。此外，整流器包括控制电路，所述控制电路被配置成使第一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。第一MOS晶体管、二极管和控制电路被集成在半导体基板中。

此外，本文描述了一种整流器装置。根据一个示例，整流器装置包括集成在半导体基板中的多个晶体管单元，其中，晶体管单元连接整流器装置的参考端子与基板端子，并且其中，第一晶体管由包括在多个晶体管单元中的晶体管单元组成。此外，整流器装置包括：二极管，二极管连接参考端子与基板端子；以及控制电路，控制电路被配置成使第一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。

此外，本文描述了一种用于操作整流器装置的方法，整流器装置包括并联耦接在第一端子与第二端子之间的半导体开关和二极管。根据一个示例，该方法包括：检测二极管被正向偏置；在检测到二极管被正向偏置时使半导体开关导通；在二极管被正向偏置时，检测第一端子与第二端子之间的整流器装置两端的电压达到特定阈值电压；以及在检测到在整流器装置两端的电压已经达到特定阈值电压时，使半导体开关关断。

附图说明