[发明专利]整流器、能量供应设备及系统

说明书

整流器具有利用电流阀形成的整流器电路，在该整流器电路中，电流阀利用MEMS开关形成。能量供应设备具有这样的整流器。系统具有终端设备和这样的能量供应设备，其中，为了对终端设备进行能量供应，终端设备能够与能量供应设备连接。

技术领域

本发明涉及一种整流器、能量供应设备以及系统。

背景技术

通常通过交流电压进行电能供应。然而，由于半导体元件的密集使用，诸如计算机或智能电话的电子终端设备或者自动化技术的众多部件通常需要(通常低的)直流电压。这样的半导体元件为了运行通常需要唯一的电压水平，因此需要直流电压。附加地，非常多的电子设备还需要电流隔离，以便将电网电压转换为经常在5V至30V范围内的没有危险的直流电压。为此，通常使用定时电源(getaktete Stromversorgung)其，也简称为电源(Netzteil)。

为了对交流电压进行整流，已知二极管整流器，其在与连接在下游的转换器(转换器通常具有电势隔离)组合的情况下通常具有80％到90％之间的效率。为了实现直至95％的效率，通常使用谐振转换器，在谐振转换器中，输出侧的整流二极管被显著更高效的低压MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)代替。然而，为了在可变输入电压的情况下普遍使用，在谐振转换器中必须对中间电路电压进行预调。

这种预调通常借助有源功率因数校正(即aktive Power Factor Correction，有源PFC)来进行，其附加地提供几乎正弦形状的电流曲线，这进一步提高效率，因此使电源线的负荷最小化。然而，这种利用有源功率因数校正的预调也会遇到效率限制。

此外，已知具有功率因数校正的无桥整流器拓扑。然而，这种整流器拓扑一方面需要更大的安装空间。另一方面，这种整流器拓扑是昂贵的。

原则上，可以通过晶体管、例如MOSFET来代替二极管。然而，许多晶体管的并联连接是昂贵的，并且晶体管通常没有足够的耐压性并且经常没有足够低的电压降。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种改进的整流器、改进的能量供应设备以及改进的系统。特别是，整流器、能量供应设备和系统要能够以更高的能量效率运行。

本发明的上述技术问题利用具有在权利要求1中给出的特征的整流器、利用具有在权利要求10中给出的特征的能量供应设备以及利用具有在权利要求11中给出的特征的系统来解决。优选的扩展方案在所属的从属权利要求、下面的描述和附图中给出。

根据本发明的整流器具有利用电流阀形成的整流器电路，在该整流器电路中，电流阀利用MEMS开关来形成。

本发明的意义上的MEMS开关(MEMS(英语)＝“Micro-Electro MechanicalSystems”，微机电系统)应当理解为具有以微机械方式制造的可移动开关元件的开关，这些开关元件可以以电方式、特别是静电方式来操纵。

根据本发明，电流阀以MEMS开关的形态提供，而在现有技术中，电流阀通常以二极管的形式存在。然而，在迄今已知的整流器中，在例如230V的电网连接电压的情况下，使用这种二极管会导致相对于总设备输出功率大约1％的数量级的电源整流损耗。在较低的电网电压(例如美国的120V电网或日本的100V电网)以及这些电网电压的相应的容差的情况下，电网二极管整流器的损耗可能达到相对于总设备输出功率的2％的值。对于借助这种整流器实现的能量供应设备而言，在期望的效率为至少95％的情况下，输出功率中的这些损耗形成了大的挑战。此外，迄今要接受的损耗功率需要高的冷却要求，这需要附加的部件以进行散热。此外，热产生导致已知整流器过早故障的风险。

相反地，利用MEMS开关型式的电流阀的整流器具有多个优点：