[發(fā)明專利]用于單相和多相系統(tǒng)的通用AC-DC同步整流技術(shù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980132255.0
• 申請日: 2009-08-19
• 公開（公告）號: CN102246405A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何永財;許樹源;劉遜;蔡偉邦
• 申請（專利權(quán)）人: 電方便有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自驅(qū)動半橋和全橋同步整流，尤其是涉及用于單相到多相的通用同步整流技術(shù)和多級AC到DC功率轉(zhuǎn)換。?

發(fā)明背景?

二極管整流器的傳導(dǎo)損耗明顯促成電源中的總功率損耗，特別是在低輸出電壓應(yīng)用中。整流器傳導(dǎo)損耗是其正向電壓降V_F和正向傳導(dǎo)電流I_F的乘積。圖1(a)示出稱為“倍流器”的一種整流器電路。即使在使用低正向降肖特基二極管時，D1或D2兩端的電壓降(通常為0.3-0.4V)與低輸出電壓(例如，等于或小于5V)比較也仍然明顯。如果通過二極管的電流是1A，則來自二極管的功率損耗是大約0.3W-0.4W，其與輸出功率例如5W比較相當大。?

在現(xiàn)有技術(shù)中已知的一個解決方案是“同步整流”(SR)，即，使用在第三象限中操作的低傳導(dǎo)損耗有源開關(guān)例如MOSFET來代替二極管。n溝道(n型)象限III?MOSFET意味著源極端子連接到比漏極端子高的電壓，且電流從源極流到漏極。p溝道(p型)象限III?MOSFET意味著漏極端子連接到比源極端子高的電壓，且電流從漏極流到源極。在傳導(dǎo)期間MOSFET的內(nèi)部電阻通常非常低，這因此減小了整流器傳導(dǎo)損耗。圖1(b)是應(yīng)用于倍流器的自驅(qū)動SR的簡單示意圖。MOSFET的柵極驅(qū)動方案是將驅(qū)動器交叉耦合到輸入AC電壓。?

現(xiàn)有技術(shù)描述了應(yīng)用于正向整流器的自驅(qū)動SR(例如參考文獻[1][3][5][6][9][13])、應(yīng)用于中心抽頭整流器的自驅(qū)動SR(例如參考文獻[7][19])、應(yīng)用于倍流器的自驅(qū)動SR(例如參考文獻[8])、應(yīng)用于正向整流器的具有輔助繞組的SR(例如參考文獻[4][10][18])、應(yīng)用于中心抽頭整流?器的具有輔助繞組的SR(例如參考文獻[4][10][11][17])、應(yīng)用于倍流器的具有輔助繞組的SR(例如參考文獻[4][10][16])、應(yīng)用于正向整流器的外部控制的SR(例如參考文獻[2][14])、應(yīng)用于倍流器的外部控制的SR(例如參考文獻[12][20])和應(yīng)用于反激式整流器的外部控制的SR(例如參考文獻[15])。?

在現(xiàn)有技術(shù)的上面例子中，與輔助繞組版本和外部控制版本比較，自驅(qū)動SR是最簡單的，因為不需要額外的繞組或額外的控制器。然而從現(xiàn)有技術(shù)的回顧中可看到，到此為止還沒有提供自驅(qū)動全橋SR的成功嘗試。全橋整流器是具有廣泛應(yīng)用的重要整流器電路。圖2(a)和(b)中示出了一般單相全橋整流器。AC輸入可以是電流源或電壓源。在如圖2(a)所示的第一半周期中，電流流經(jīng)也稱為電流環(huán)的輸入、二極管D1、負載和二極管D4。當電流方向反轉(zhuǎn)時，二極管D1和D4自動關(guān)斷。電流接著流經(jīng)作為另一電流環(huán)的輸入、二極管D2、負載和二極管D3，如圖2(b)所示。應(yīng)注意，二極管的自動關(guān)斷特性對電路的正常操作是關(guān)鍵的。實際自驅(qū)動全橋SR因此必須具有用于感測反向電流以關(guān)斷適當?shù)拈_關(guān)的機制。?

通過擴展應(yīng)用于其它整流器(如圖1(b)所示的整流器)的現(xiàn)有自驅(qū)動SR，可得到簡單的自驅(qū)動全橋SR電路，如圖3(a)所示，其中四個二極管由兩個p型MOSFET?M1和M2以及兩個n型MOSFET?M3和M4代替。M1和M3通過感測點B的電壓來驅(qū)動，而M2和M4通過感測點A的電壓來驅(qū)動。這樣的方法稱為“電壓控制的自驅(qū)動”(VCSD)，因為驅(qū)動信號耦合到電壓。然而，在這個電路中存在缺陷。如圖3(b)所示，通過M1和M4的電流環(huán)可在兩個方向上流動，因為VSCD柵極驅(qū)動器不能檢測反向電流。電流也可在通過M2和M3的環(huán)中在兩個方向上流動。與當電流被反轉(zhuǎn)時可自動關(guān)斷的圖2中的二極管不同，具有雙向開關(guān)電流流動的這樣的開關(guān)可能使通信失敗。?

因為n型功率MOSFET具有比p型MOSFET更低的導(dǎo)通狀態(tài)電阻，對于高電流應(yīng)用，前面提到的兩個p型MOSFET也可由2個n型MOSFET代替，假定額外的反轉(zhuǎn)級被添加在如圖4所示的柵極驅(qū)動電路中，以便保持基于檢測輸入ac電源的“自驅(qū)動”特征。?