[發明專利]無需附加補償電路的具有閾值電壓補償的交流直流轉換器

有效

• 申請號: 201711445807.6
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108092528B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 王偉印;王永流;李榮信
• 申請（專利權）人: 華大半導體有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的;張東梅

本發明提供了一種無需附加補償電路的具有閾值電壓補償的交流直流轉換器，該電路可以靈活地采用MOSFET來實現，從而更低的成本和更高的集成度，而且該電路降低了閾值電壓本身，從而總體上降低了對電路的電壓的要求，由此提高電路的靈敏度和效率。此外，通過所述交流直流轉換器，省去了用于對轉換器兩端的MOSFET進行閾值電壓補償的附加補償電路，由此減少為了補償閾值電壓所需的補償器件、如二極管、MOSFET等等的數目，從而降低了電路設計和制造成本。

技術領域

本發明總體上涉及電子電路領域，更具體而言涉及一種具有閾值電壓補償的交流直流轉換電路。

背景技術

用于將交流信號轉換成直流電流或電壓的交流直流轉換器廣泛地應用于各個領域、如電源領域、汽車領域、清潔能源領域等等。隨著應用領域不同，交流直流轉換器的結構和功能往往差異較大。

在射頻或微波能量收集領域，交流直流轉換器的任務是，將射頻或微波信號轉換成直流電壓，并在此過程中，對輸入信號的電壓進行放大。

在現有技術中，常常采用多級電容加二極管的結構來實現交流直流轉換，其中每個整流放大級各具有一個電容和一個二極管，各個整流放大級逐級連接，其中通過對各個整流放大級的電容進行充電來實現逐級電壓放大。但是這樣的電路的缺點在于，二極管成本較高且體積較大，從而造成這樣的電路成本高、集成度低。

隨著半導體技術的技術進步，在交流直流轉換電路中出現了用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)代替二極管的趨勢。MOSFET具有低成本、高集成度的優點，因此這樣的交流直流轉換器在成本和集成度上較二極管而言具有較大優勢。但是與二極管不同，MOSFET具有導通閾值電壓(后簡稱閾值電壓)，即柵極源極電壓必須高于某個閾值，MOSFET才能導通。例如，即使在諸如40nm、28nm之類的先進工藝中，閾值電壓也在300mV左右。這樣的閾值電壓與射頻或微波輸入電壓相比通常較高，使得采用MOSFET的交流轉換電路不能工作在低電壓工作點，由此造成其靈敏度較低，嚴重影響其應用范圍和效率。

隨著對這個問題的深入研究，在現有技術中也曾出現過解決閾值電壓問題的嘗試。

發明內容

從現有技術出發，本發明的任務是提供一種無需附加補償電路的具有閾值電壓補償的交流直流轉換器，該電路可以靈活地采用MOSFET來實現，從而更低的成本和更高的集成度，而且該電路降低了閾值電壓本身，從而總體上降低了對電路的電壓的要求，由此提高電路的靈敏度和效率。此外，通過所述交流直流轉換器，省去了用于對轉換器兩端的MOSFET進行閾值電壓補償的附加補償電路，由此減少為了補償閾值電壓所需的補償器件、如二極管、MOSFET等等的數目，從而降低了電路設計和制造成本。

根據本發明，該任務通過一種無需附加補償電路的具有閾值電壓補償的交流直流轉換器來解決，該轉換器包括n個整流放大級(T1，T2，…，Tn)，n為大于1的整數，所述n個整流放大級的電壓依次升高或依次降低，每個整流放大級(T1，T2，…，Tn)各包括一個電容(C1，C2，…，Cn)和一個二極管(M1，M2，…，Mn)；

如果當前整流放大級的二極管是二極管連接的n型金屬氧化物半導體場效應晶體管nMOSFET(M1，M2，…，Mn)，則所述nMOSFET(M1，M2，…，Mn)的襯底連接到第一補償節點，所述第一補償節點為比當前整流放大級的電壓高的整流放大級中的電容與二極管之間的節點；

如果當前整流放大級的二極管是二極管連接的p型金屬氧化物半導體場效應晶體管pMOSFET(M1，M2，…，Mn)，則所述pMOSFET(M1，M2，…，Mn)的襯底連接到第二補償節點，所述第二補償節點為比當前整流放大級的電壓低的整流放大級中的電容與二極管之間的節點；