[发明专利]模拟二极管的电路

说明书

本发明涉及一种功能和二极管一样的电路，它在一个方向上导通电流，而在相反的方向上截止电流。更具体地说，本发明涉及一种模拟二极管而没有实际二极管的缺陷的电路。

普通的PN结二极管和肖特基势垒二极管与正向电压临界值有关。更具体地说，一个理想二极管将在一个方向上无功率损耗地导通电流，而在相反方向上截止电流。但是，实际的(真正的)二极管仅在到达特定阈值电压后在正向上导通电流。此外，由于实际二极管的内阻，根据内阻和电流的值产生一个额外电压降。阈值电压和内阻导致的电压降之和被称为二极管的正向电压降(Vf)。

在具有高正向电流的电路中，象备用电源中的电力整流器和“或”运算(ORing)二极管，功率损耗非常高并对电路效率具有很大的影响。因此，需要一种模拟二极管的功能的电路，在该电路中，在一个方向上导通电流，而在相反的方向上截止电流，同时为了降低电路中的功率损耗，具有一个低正向电压降Vf。

Edlund在1983年11月22日公布的美国专利No.4417164中公开了一种单向机械阀电气模式。Edlund提出，在这种模式下使用的的实际二极管的性能具有不同于理想二极管的主要缺陷，如当它导通电流时跨过二极管出现电压降。此外，实际二极管直到阳极和阴极之间的电压差达到约0.5V的接通电压时才开始导通电流。此外，二极管不会迅速从非导通状态变换到导通状态，而是具有一个有限的切换速度，该切换速度部分取决于跨过二极管的电压变化速率。二极管受阳极和阴极之间的结电容的不利影响。因此，Edlund公开了如图1A所示的电路，包括一个场效应晶体管(n-沟道增强MOSFET)1，其漏极和源极端子分别连接到输入和输出端子A和K，如图示。电压比较器2具有分别连接到MOSFET 1的漏极和源极的一个正输入端3和一个负输入端4，如图示。比较器输出端5连接到MOSFET 1的栅极。电压比较器电源是浮动的，因此该装置不受电力系统余数的影响。

众所周知，在n-沟道装置中，漏极电流通常沿正向流动－即电流以正栅极-源极电压从漏极流向源极。典型地，漏极被连接到一个比源极更高的电压。此外，众所周知，n-沟道装置具有一个与其连接的整体反向整流器。此本征二极管是该装置的一个整体组成部分而不是一个独立的电气元件。在n-沟道装置中，本征二极管实际上具有一个连接到源极的阳极和一个连接到漏极的阴极。

申请人为本发明专利提供的图1B是用于分析图1A的已有技术的电路的实际操作，并示出了具有一个本征二极管1a的n-沟道增强MOSFET 1，本征二极管1a的阳极连接到源极、其阴极连接到漏极。本征二极管1a被圈在一个圆圈内，并用符号MOSFET表示本征二极管1a是MOSFET 1的一部分而不是一个单独的电气元件。

图1A中Edlund的电路的理论操作如下：当一个较高的电压被施加在漏极上然后施加在源极上，电压比较器2的输出5变高并被输入到MOSFET 1的栅极。因此，MOSFET 1被控制，从较高电压的端子A导通电流到较低电压的端子K。另一方面，理论上，操作期间，当端子K的电压比端子A的电压高时，电压比较器2的输出5变低并被输入到MOSFET 1的栅极，从而控制MOSFET停止导通电流。理论上，当端子A的电压比端子K高时，MOSFET 1将从端子A导通电流到端子K。此外，理论上，在操作中，当端子K的电压比端子A高时，MOSFET 1不会从端子K导通电流到端子A。因此，理论上，Edlund的电路模仿了二极管的作用。

然而，事实上，本发明专利的申请人已经认识到现有技术中的问题：当利用实际MOSFET 1实际构造Edlund的电路时，失败了。图1B用于分析图1A的现有技术电路的实际操作。更具体地说，当端子A的电压比端子K的电压高时，电压比较器2的输出5变高并被输入到MOSFET 1的栅极。栅极控制MOSFET从端子A导通电流到端子K。另一方面，当端子K的电压比端子A高时，电压比较器2产生一个低输出电压5，低输出电压5被输入到MOSFET 1的栅极，从而控制MOSFET 1停止从端子K向端子A导通电流并截止电流。由于MOSFET 1的整体反向本征二极管1a，在实际操作中，MOSFET 1实际从高电压端子K向低电压端子A导通电流。因此，图1A所示Edlund的电路没有实际模拟二极管的功能，这是因为它没有考虑到本发明专利申请人所认识到的MOSFET 1的本征二极管1a的影响。