[發(fā)明專利]整流器裝置及其操作方法和整流器橋

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• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108233741A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿爾比諾·皮杜蒂;達米亞諾·加德勒;赫伯特·吉特勒;邁克爾·倫茲
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/32
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;韓雪梅

本文描述了一種整流器裝置及其操作方法和整流器橋。根據(jù)一個示例，整流器裝置包括具有負載電流路徑的晶體管和并聯(lián)連接至負載電流路徑的二極管。二極管和負載電流路徑被連接在陽極端子與陰極端子之間；交流輸入電壓被可操作地施加在陽極端子與陰極端子之間。控制電路被耦接至晶體管的柵極端子，并且被配置成使晶體管在導通時間段導通，在所述導通時間段期間，二極管被正向偏置。此外，鉗位電路被耦接至晶體管的柵極端子，并且被配置成在二極管被反向偏置并且交流輸入電壓的電平達到鉗位電壓時，至少部分地導通晶體管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力供應(yīng)領(lǐng)域，特別地涉及整流器電路和裝置以及相關(guān)的方法和裝置。

背景技術(shù)

在電力網(wǎng)中，出于各種原因，電力通常以交流電流(AC)的形式分配給消費者。此外，例如在汽車中使用交流發(fā)電機來生成交流電流。在許多應(yīng)用中，交流電流需要被轉(zhuǎn)換成直流(DC)以向需要DC供電的電子電路或其他裝置提供DC供電。該轉(zhuǎn)換過程被稱為整流。用于構(gòu)建整流器的標準部件是硅二極管。存在若干種類型的整流器。一種通用類型是單相全波整流器，該單相全波整流器通常使用以橋式配置(所謂的Graetz橋) 連接的四個二極管來構(gòu)建。作為附注，應(yīng)當注意，由電力網(wǎng)提供的交流電壓(例如，120或230伏)通常在被整流之前使用變壓器被轉(zhuǎn)換成較低的電壓。在汽車行業(yè)，交流發(fā)電機通常生成多相輸出電壓，并且例如，三相全波整流器包括六個二極管。此外，也可以例如在(DC/DC或AC/DC) 開關(guān)轉(zhuǎn)換器中使用整流器二極管。

硅二極管具有近似0.6伏至0.7伏的正向電壓。肖特基鍺二極管具有近似0.3伏的稍微較低的正向電壓。pn結(jié)(即二極管的pn結(jié))的正向電壓取決于半導體材料，因而對于特定半導體制造技術(shù)實際上可以被視為恒定參數(shù)，所述特定半導體制造技術(shù)一般是基于硅的。然而，應(yīng)當理解，實際的正向電壓是溫度相關(guān)的。也就是說，硅二極管每安培負載電流將總是產(chǎn)生近似600毫瓦至700毫瓦的功率消耗。因此，由四個二極管組成的二極管橋(橋式整流器)每安培(RMS)負載電流將產(chǎn)生近似1.2瓦至1.4 瓦的功率消耗，因為在二極管橋中兩個二極管總是正向偏置。特別是對于同樣低的電壓(例如，5伏至15伏)，整流器中的功率消耗可以是總功率消耗中的相當大的一部分。

為了減小整流器裝置中的功率消耗，可以使用稱為有源整流的技術(shù)。從而，硅二極管被諸如功率MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或功率雙極結(jié)型晶體管(BJT)等功率晶體管所替代，所述功率晶體管具有同樣低的導通電阻并且因此可以產(chǎn)生與簡單的硅二極管相比的顯著較低的電壓降。然而，通常需要相對復雜的控制電路以與交流電壓同步地使晶體管導通和關(guān)斷。

在用交流發(fā)電機操作整流器的應(yīng)用中，整流器應(yīng)該具有鉗位功能(例如像齊納二極管)以避免電池端子之間的過電壓，從而保護由電池供電的負載。這可能是例如機動車電池與交流發(fā)電機斷開而負載仍然連接至交流發(fā)電機的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述了整流器裝置。根據(jù)一個示例，整流器裝置包括具有負載電流路徑的晶體管和并聯(lián)連接至負載電流路徑的二極管。二極管和負載電流路徑被連接在陽極端子與陰極端子之間；交流輸入電壓被可操作地施加在陽極端子與陰極端子之間。控制電路被耦接至晶體管的柵極端子，并且被配置成使晶體管在導通時間段內(nèi)導通，在導通時間段期間，二極管被正向偏置。此外，鉗位電路被耦接至晶體管的柵極端子，并且被配置成在二極管被反向偏置并且交流輸入電壓的電平達到鉗位電壓時，至少部分地導通晶體管。

根據(jù)另一示例，整流器裝置包括被集成在半導體本體中的多個晶體管單元，其中，所述多個晶體管單元中的第一組晶體管單元被分配至第一晶體管，并且所述多個晶體管單元中的第二組晶體管單元被分配至第二晶體管。整流器裝置的陽極端子和陰極端子通過第一晶體管的負載電流路徑和第二晶體管的負載電流電路被連接，并且二極管被布置在半導體本體中且位于陽極端子與陰極端子之間。此外，鉗位電路被布置在半導體本體中，并且被耦接在第一晶體管的柵極端子與陰極端子之間。第一組晶體管單元被布置在半導體本體的第一分段中，并且第二組晶體管單元被布置在半導體本體的第二分段中。