具有輔助電壓輸出的整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及全波整流器，特別是涉及橋式整流器。
【背景技術(shù)】
[0002]橋式整流器是一種類型的電氣電路，在該電氣電路中，四個(gè)整流路徑被連接在兩個(gè)交流電流(AC)輸入路徑中的每個(gè)和兩個(gè)直流電流(DC)輸出路徑中的每個(gè)之間以針對(duì)任一極性的輸入(半波)提供相同極性的輸出。整流路徑通常包括相當(dāng)?shù)托什⑶绎@著地減少?gòu)腁C能量到DC能量的電力轉(zhuǎn)換的總體效率的一個(gè)或更多個(gè)二極管。低效率產(chǎn)生于二極管的正向電壓，正向電壓可以達(dá)到1伏特或更多。由于在橋式整流器的操作期間在任何時(shí)間至少兩個(gè)二極管被串聯(lián)連接，因此在具有在85和265伏特(V)之間的輸入電壓的常見的電源電路中，由二極管引起的電壓損失可以近似地在0.8%和2.5%之間。在各個(gè)應(yīng)用中，要求附加的輔助電壓用于在不牽涉整個(gè)橋式整流器的情況下對(duì)例如控制電路、備用電路、啟動(dòng)電路等供電。已知的輔助電壓供給電路展現(xiàn)顯著的功率消耗。與橋式整流器組合，輔助電壓供給電路典型地增加還提供輔助電壓的整流器系統(tǒng)的整體低效率。由輔助電壓供給電路引起的低效率經(jīng)常被認(rèn)為是嚴(yán)重的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實(shí)施例，整流器包括被配置為接收交流輸入電壓的兩個(gè)輸入路徑、被配置為提供直流輸出電壓的兩個(gè)輸出路徑、和被配置為提供輔助輸出電壓的輔助輸出路徑。至少兩個(gè)整流路徑被連接在輸入路徑中的每個(gè)和輸出路徑中的每個(gè)之間。整流路徑中的至少兩個(gè)是開關(guān)模式整流路徑。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑被連接到一個(gè)相同的輸出路徑。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑被配置為在輸入電壓的一個(gè)半波期間將一個(gè)輸出路徑連接到一個(gè)輸入路徑，并且被配置為在輸入電壓的另一半波期間將該一個(gè)輸出路徑連接到另一輸入路徑。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑每個(gè)包括具有可控制的路徑的兩個(gè)半導(dǎo)體元件。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑中的每個(gè)中的兩個(gè)半導(dǎo)體元件的可控制的路徑經(jīng)由對(duì)應(yīng)的輔助輸出節(jié)點(diǎn)而與彼此串聯(lián)連接。至少一個(gè)整流器元件被連接在輔助輸出和兩個(gè)輔助輸出節(jié)點(diǎn)之間。
[0004]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，整流器包括被配置為接收交流輸入電壓的兩個(gè)輸入路徑、被配置為提供直流輸出電壓的兩個(gè)輸出路徑、被配置為提供輔助輸出電壓的輔助輸出路徑、和被連接在輸入路徑中的每個(gè)和輸出路徑中的每個(gè)之間的四個(gè)整流路徑。四個(gè)整流路徑中的兩個(gè)是開關(guān)模式整流路徑。該兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑被連接到一個(gè)相同的輸出路徑。整流路徑被配置為在輸入電壓的一個(gè)半波期間將一個(gè)輸入路徑連接到一個(gè)輸出路徑并且將另一輸入路徑連接到另一輸出路徑，并且被配置為在輸入電壓的另一半波期間將第一輸入路徑連接到第二輸出路徑并且將第二輸入路徑連接到第一輸出路徑。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑的每個(gè)包括具有可控制的路徑的兩個(gè)半導(dǎo)體元件。兩個(gè)開關(guān)模式整流路徑中的每個(gè)中的兩個(gè)半導(dǎo)體元件的可控制的路徑經(jīng)由對(duì)應(yīng)的輔助輸出節(jié)點(diǎn)而與彼此串聯(lián)連接。至少一個(gè)整流器元件被連接在輔助輸出和兩個(gè)輔助輸出節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)之間。
【附圖說明】
[0005]在附圖中圖解這些和其它方面，在附圖中，貫穿不同的視圖，類似的參考標(biāo)號(hào)指明對(duì)應(yīng)的部分。
[0006]圖1是在每個(gè)整流路徑中具有兩個(gè)晶體管的全波整流器的電路圖。
[0007]圖2是圖解在圖1中示出的全波整流器的模擬結(jié)果的示圖。
[0008]圖3是基于在圖1中示出的全波整流器的替換的全波整流器的電路圖。
[0009]圖4是在每個(gè)整流路徑中具有兩個(gè)晶體管的替換的全波整流器的電路圖。
[0010]圖5是在圖1中示出的全波整流器的簡(jiǎn)化的等價(jià)電路圖。
[0011]圖6是具有附加的輔助電壓電路和電壓檢測(cè)器的如圖1中示出的全波整流器的電路圖。
[0012]圖7是圖解相對(duì)于輸入電壓的輔助電壓AUX的特性的電壓定時(shí)圖。
[0013]圖8是具有附加的輔助電壓電路和替換的電壓檢測(cè)器的如圖1中示出的全波整流器的電路圖。
[0014]圖9是具有提供兩個(gè)輔助電壓的附加的輔助電壓電路的如圖1中示出的全波整流器的電路圖。
[0015]圖10是作為對(duì)在圖1中示出的全波整流器的替換的、在每個(gè)整流路徑中具有三個(gè)晶體管的全波整流器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了簡(jiǎn)單起見，在下面描述的示例性雙線路全波整流器中使用的所有晶體管是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。替換地，這些晶體管能夠由雙極晶體管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、碳化硅晶體管、氮化鎵晶體管或任何其它適當(dāng)?shù)木w管來(lái)單獨(dú)地替代。
[0017]如圖1中示出的那樣，示例性橋式整流器BRB1包括四個(gè)整流路徑A、B、C和D，四個(gè)整流路徑A、B、C和D被連接在兩個(gè)AC輸入路徑AC1和AC2 (被連接到AC源V)中的每個(gè)與兩個(gè)DC輸出路徑DC1和DC2 (被連接到負(fù)載L)中的每個(gè)之間。特別是，整流路徑A被連接在輸入路徑AC1和輸出路徑DC1之間，整流路徑B被連接在輸入路徑AC2和輸出路徑DC1之間，整流路徑C被連接在輸入路徑AC1和輸出路徑DC2之間，并且整流路徑D被連接在輸入路徑AC2和輸出路徑DC2之間。圖1的電路中的輸出路徑DC1可以被連接到地G。四個(gè)整流路徑A、B、C和D中的每個(gè)包括可控制的開關(guān)，可以由常開晶體管和常關(guān)晶體管的級(jí)聯(lián)電路來(lái)提供可控制的開關(guān)。級(jí)聯(lián)電路基本上是由跟隨有電流緩沖器的跨導(dǎo)放大器組成的兩極放大器。它能夠從兩個(gè)串聯(lián)連接的晶體管來(lái)構(gòu)造，其中一個(gè)作為公共源極(或公共發(fā)射極)來(lái)操作并且另一個(gè)作為公共柵極(或公共基極)來(lái)操作。
[0018]級(jí)聯(lián)電路可以采用單個(gè)導(dǎo)電類型的晶體管(S卩，p溝道或η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或不同導(dǎo)電類型的晶體管(即，Ρ溝道和η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。在圖1中示出的橋式整流器中，整流路徑Α和Β僅包括η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而整流路徑C和D包括η溝道晶體管和ρ溝道晶體管兩者。特別是，整流路徑Α和B可以被同樣地構(gòu)造并且可以包括常關(guān)η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1或Q2，常關(guān)η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1或Q2的源極線被連接到輸出路徑DC1并且常關(guān)η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1或Q2的柵極線被連接到相應(yīng)的另一晶體管Q2或Q1的漏極線(級(jí)聯(lián)電路的公共柵極級(jí))。在整流路徑A中，晶體管Q1的漏極線被連接到常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3的源極線，常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3的柵極被耦合到輸出路徑DC1并且常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3的漏極線被連接到輸入路徑AC1 (級(jí)聯(lián)電路的公共源極級(jí))。相應(yīng)地，在整流路徑Β中，晶體管Q2的漏極線被連接到常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q4的源極線，常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q4的柵極被耦合到輸出路徑DC1并且常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q4的漏極線被連接到輸入路徑AC2。
[0019]整流路徑C和D還可以被同樣地構(gòu)造。整流路徑C可以包括常關(guān)ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q5，常關(guān)ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q5的漏極線被連接到輸入路徑AC1 (公共漏極級(jí))并且常關(guān)Ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q5的柵極線被連接到整流路徑Α中的晶體管Q1的漏極線。常關(guān)η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q7經(jīng)由它的源極線而被連接到晶體管Q5的源極線，經(jīng)由它的柵極線而被連接到輸入路徑AC1并且經(jīng)由它的漏極線而被連接到輸出路徑DC2(公共柵極級(jí))。整流路徑D可以包括常關(guān)ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q6，常關(guān)ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q6的漏極線被連接到輸入路徑AC2并且常關(guān)ρ溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q6的柵極線被連接到整流路徑B中的晶體管Q2的漏極線。常開η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q8經(jīng)由它的源極線而被連接到晶體管Q6的源極線，經(jīng)由它的柵極線而被連接到輸入路徑AC2并且經(jīng)由它的漏極線而被連接到輸出路徑DC2。
[0020]晶體管Q1-Q8可以包括在晶體管Q1-Q8的相應(yīng)的源極線和漏極線之間的在內(nèi)部的類似二極管的結(jié)構(gòu)(被提及為體二極管D1-D8)，由此在η溝道晶體管Q1-Q4、Q7和QA8中，類似二極管的結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極被耦合到源極線并且陰極被耦合到漏極線。在P溝道晶體管Q5和Q6中，體二極管D5和D6的陰極被耦合到源極線并且它們的陽(yáng)極被耦合到漏極線。
[0021]當(dāng)交流電壓源V提供具有在輸入線AC1上的正極性和在輸入線AC2上的負(fù)極性的電壓時(shí)，晶體管Q2的源極處(S卩，在輸出路徑DC1中)的電勢(shì)在理論上與輸入路徑AC2中的電勢(shì)相比更為正地多出近似體二極管D2和D4的正向電壓之和。由于晶體管Q4是常開晶體管，因此電勢(shì)的實(shí)際上的差可能僅在與體二極管D2的正向電壓相同的值附近。在晶體管Q2的源極線和漏極線之間發(fā)生的電壓相當(dāng)?shù)蛷亩w管Q1接收不到相關(guān)的柵極源極電壓并且因此阻斷(block)。輸入路徑AC1和AC2之間的電壓與常開晶體管Q3的漏極線和常關(guān)晶體管Q1的源極線之間的電壓幾乎相同。在該操作狀態(tài)中，常關(guān)晶體管Q1和常開晶體管Q3兩者都阻斷并且因此將在它們的漏極線和源極線之間的節(jié)點(diǎn)處劃分第一輸入路徑AC1和第一輸出路徑DC1之間的電壓。常關(guān)晶體管Q1的漏極線處的電壓還出現(xiàn)在常關(guān)晶體管Q2的柵極線和源極線之間，從而該晶體管和串聯(lián)連接的常開晶體管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)。在該操作狀態(tài)中，分別由晶體管Q2和Q4的導(dǎo)通的漏極-源極路徑來(lái)橋接體二極管D2和D4。經(jīng)由第一輸出路徑DC1和輸入路徑AC2而流過負(fù)載L的電流可以引起第一輸出路徑DC1和輸入路徑AC2之間的電壓下降，該電壓下降是由體二極管D2和D4與具有歐姆特性的晶體管Q2和Q4的溝道的并聯(lián)連接來(lái)限定的。在常開晶體管Q3的漏極線和源極線之間發(fā)生的電壓被反向地應(yīng)用到常關(guān)P溝道晶體管Q5的柵極-源極路徑，常關(guān)ρ溝道晶體管Q5因此處于導(dǎo)通狀態(tài)中。當(dāng)常關(guān)時(shí)，晶體管Q5是導(dǎo)通的并且串聯(lián)連接的常開晶體管Q7也導(dǎo)通。
[0022]另一方面，在它的導(dǎo)通狀態(tài)中，常開晶體管Q4引起常關(guān)ρ溝道晶體管Q6的柵極電壓為低并且因此引起晶體管Q6和對(duì)應(yīng)的串聯(lián)連接的常開晶體管Q8阻斷。晶體管Q6和Q8與晶體管Q