專利名稱：用于電感性耦合的同步整流器和控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及交流電流整流。更特別地，本發(fā)明涉及電感性耦合的電 能的同步整流。
背景技術(shù)：
近來人們越來越關(guān)注電池供電的移動裝置中的功率控制。大部分電池供 電的移動裝置使用電壓調(diào)節(jié)器，其既可限制又能調(diào)節(jié)提供給裝置中的不同電
子電路的功率。電池供電的移動裝置的實例包括，個人數(shù)據(jù)助理(PDAs)、 蜂窩電話、用于電子郵件和文本消息的便攜式消息接發(fā)裝置、數(shù)字照相機、 個人音樂播放裝置等。
各種電路布置也已經(jīng)被完成，以用于對電池進行充電，或者為便攜式裝 置供電。例如，電池供電的移動裝置中的線圈可以被用于通過感應(yīng)的方式產(chǎn) 生正弦信號，然后該正弦信號經(jīng)過全波整流器整流以產(chǎn)生直流(DC)電壓。然 后，該DC電壓凈皮濾波和調(diào)壓，例如，通過孑氐壓差(dropout) (LDO)電壓調(diào) 節(jié)器來生成調(diào)節(jié)后的5伏的電源，用于對裝置中的電子電路供電。
傳統(tǒng)的全波橋式整流器利用結(jié)型二極管。每個結(jié)型二極管具有大約0.7V 的正向偏置電壓降。因此，對于全波橋式整流器，相對于輸入電壓引起的電 壓降可能高達1.4伏。在LDO電壓調(diào)節(jié)器兩端也可能出現(xiàn)450毫伏的電壓 降。這些電壓降通常都會產(chǎn)生不希望有的熱量。

發(fā)明內(nèi)容
簡言之，本發(fā)明一般涉及電感性耦合的電能的同步整流。電感性耦合的 電能可以使用FET (場效應(yīng)管)來進行整流，以使整流器的電壓降最小化， 這使得功率損耗最小化。在相當?shù)偷碾妷?諸如大約2.5到4.5伏)下將相 當大的功率耦合到裝置(諸如，電池充電器或其他能量儲存裝置)相當短的 時間(諸如小于一個小時)的情況下，在這種應(yīng)用中，功率損耗是一項非常 重要的考慮因素。FET的體二極管可以;波用于為自舉電路和控制FET的控制邏輯供電。
在一些實施例中，描述了同步開關(guān)電路，其包括電感器、同步整流器、 能量儲存裝置和控制電路。電感器被布置成響應(yīng)于接收到的變化的電磁場， 產(chǎn)生交流電壓。同步整流器包括第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓 側(cè)開關(guān)，同步整流器對交流電壓進行整流以產(chǎn)生直流電壓。能量儲存裝置被 布置成用于存儲來自直流電壓的能量?？刂齐娐繁徊贾贸身憫?yīng)于交流電壓信 號的狀態(tài)而控制第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)。
在另一些示例性同步開關(guān)電路中，當交流電壓信號的狀態(tài)為正向過零
(positive-going zero crossing)時，第一低壓側(cè)開關(guān)和第一高壓側(cè)開關(guān)被激 活,并且當交流電壓信號的狀態(tài)為負向過零(negative-going zero crossing ) 時，第二低壓側(cè)開關(guān)和第二高壓側(cè)開關(guān)被激活。在另外一些示例性同步開關(guān) 電路中，當具有所產(chǎn)生的交流電壓第一極的電壓水平大于能量儲存裝置的功 率端子的電壓時，第一高壓側(cè)開關(guān)被激活，當具有所產(chǎn)生的交流電壓第二極 的電壓水平大于能量儲存裝置的功率端子的電壓時，第二高壓側(cè)開關(guān)被激 活。在另外的一些示例性同步開關(guān)電路中，控制電路包括用于鎖定電壓補償 的鎖存器，其具有所產(chǎn)生的交流電壓的第一極和能量儲存裝置的功率端子的 電壓。
在另一實施例中， 一些同步開關(guān)電路進一步包括調(diào)節(jié)器，其用于連接到 能量裝置的功率節(jié)點，從而調(diào)節(jié)器為控制電路供電。在其他的示例性同步開 關(guān)電路中，調(diào)節(jié)器為低壓差電壓調(diào)節(jié)器。在所描述的同步開關(guān)電路的另一些 實例中，調(diào)節(jié)器為降壓-升壓切換式調(diào)節(jié)器。在另一些示例性同步開關(guān)電路 中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，并且第一和第二高壓側(cè)開關(guān) 為PMOS晶體管，其中NMOS晶體管包括用于執(zhí)行低壓側(cè)整流的體PN結(jié)， PMOS晶體管包括用于執(zhí)行高壓側(cè)整流的PN結(jié)，從而NMOS和PMOS晶 體管的整流提供了到能量裝置的功率節(jié)點的功率。在另外一些示例性同步開 關(guān)電路中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶 體管，其中第一和第二高壓側(cè)開關(guān)與基底隔離，且該基底是與第一和第二低 壓側(cè)開關(guān)共用的基底；其中NMOS晶體管包括用于執(zhí)行整流的體PN結(jié)，從 而NMOS和PMOS晶體管的整流提供了到能量裝置的功率節(jié)點的功率。在 另一些示例性同步開關(guān)電路中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二高壓 側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的背柵連接到共同的基底，其中第一和第二高壓側(cè)晶體管包括體PN 結(jié)，其跨接于每個高壓側(cè)晶體管的源極和漏極，其中PN結(jié)對交流電壓執(zhí)行 整流，以提供到能量裝置的功率節(jié)點的功率。
在一些其他實例中，描述了用于同步整流的方法，該方法包括將功率信
號電感性耦合到第 一和第二輸入端；當功率信號的狀態(tài)為正向過零時激活第 一低壓側(cè)開關(guān)和第一高壓側(cè)開關(guān)，并且當交流電壓信號為負向過零時激活第 二低壓側(cè)開關(guān)和第二高壓側(cè)開關(guān)，從而產(chǎn)生直流電壓；在能量儲存裝置中儲
存來自直流電壓的能量；和從能量儲存裝置向控制邏輯提供功率，用于激活 第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)。
在另外一些示例性方法中，能量儲存裝置為電容器。在一些其他的實例 中，描述的方法可以進一步包括當?shù)?一輸入端的電壓水平大于能量儲存裝置 的功率端的電壓時激活第一高壓側(cè)開關(guān)，當?shù)诙斎攵说碾妷核酱笥谀芰?儲存裝置的功率端的電壓時激活第二高壓側(cè)開關(guān)。在另一些實例中， 一些示 例性方法進一步包括，調(diào)節(jié)來自能量儲存裝置的電壓，以給控制邏輯提供功 率。在所描述的方法的另一些實例中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶 體管，且第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為PMOS晶體管，NMOS晶體管包括用于 執(zhí)行低壓側(cè)整流的體PN結(jié)，且PMOS晶體管包括用于執(zhí)行高壓側(cè)整流的 PN結(jié)，從而NMOS和PMOS晶體管的整流提供了到能量裝置的功率節(jié)點的 功率。在所描述的方法的另外的實例中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及第一和 第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，第一和第二高壓側(cè)開關(guān)與基底隔離，該 基底是與第一和第二低壓側(cè)開關(guān)共用的基底，且NMOS晶體管包括用于執(zhí) 行整流的體PN結(jié)，從而NMOS和PMOS晶體管的整流提供了到能量裝置 的功率節(jié)點的功率。在所描述的方法的另外的實例中，第一和第二低壓側(cè)開
關(guān)以及第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中第一和第二高壓側(cè)開 關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的背柵耦合到共同的基底，其中第一和第二高 壓側(cè)晶體管包括體PN結(jié)，其跨接于每個高壓側(cè)晶體管的源極和漏極，其中 PN結(jié)執(zhí)行交流電壓的整流，以提供到能量裝置的功率節(jié)點的功率。
在其他的實例中，所描述的同步開關(guān)包括用于將功率信號電感性耦合 到第一和第二輸入端的裝置；當功率信號的狀態(tài)為正向過零時激活第一低壓 側(cè)開關(guān)和第一高壓側(cè)開關(guān)，并當交流電壓信號的狀態(tài)為負向過零時激活第二 低壓側(cè)開關(guān)和第二高壓側(cè)開關(guān)的裝置，從而產(chǎn)生直流電壓；用于存儲來自直流電壓的能量的裝置；和用于從能量儲存裝置向控制邏輯提供功率以用于激 活第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的裝置。
在同步開關(guān)的另一個實例中，用于存儲能量的裝置包括電池。在同步開 關(guān)另一實例中，第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二高壓側(cè)開關(guān)的體二極
管被用于整流電感性耦合的功率信號，從而產(chǎn)生用于自舉(bootstrapping) 控制邏輯的功率。
求，可以更完整地理解本發(fā)明及其改進，下面對附圖進行簡要說明。


參考以下附圖描述了非限制性和非窮舉的實施例。
圖1是示出用于電感性耦合的電能的同步整流器和控制器的示意圖。
圖2是示出用于電感性耦合的電能的另一同步整流器和控制器的示意圖。
圖3是示出用于低壓側(cè)整流的NFET晶體管和用于高壓側(cè)整流的PFET 晶體管的使用的示意圖。
圖4是示出用于低壓側(cè)開關(guān)和高壓側(cè)開關(guān)的NFET晶體管的使用的示意圖。
圖5是示出使用單片處理實現(xiàn)的NFET晶體管的使用的示意圖，但是這 里的NFET晶體管與P外延基底是不需要隔離的。
圖6是示出由同步整流器供電的柵極驅(qū)動電路和控制電路的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考附圖詳細描述不同的實施例，在若干視圖中，使用相同的附圖 標記表示相同的部件和組件。對不同實施例的參考并不限制本發(fā)明的保護范 圍，本發(fā)明的保護范圍僅由所附的權(quán)利要求來限定。另外，在說明書中闡釋 的任何實例，其目的都不是用于進行限定，而僅是針對本發(fā)明主張的許多可 能的實施例中的一些進行解釋。
在說明書和權(quán)利要求中，以下術(shù)語在本文中至少具有明確關(guān)聯(lián)的含義， 除非上下文清楚地表明是其他情況。以下指出的含義并非用于限定這些術(shù) 語，而僅是針對術(shù)語的使用提供解釋性的實例。"一個(a/an)"和"該(the)"的含義可以既包括單數(shù)又包括復(fù)數(shù)。"在……中(in)"的含義可以包括 "在……里(in)"和"在......上(on)"。術(shù)語"連接(connected)"可以表
示直接連接、電磁連接、機械連接、邏輯連接，或者其他兩項之間的連接， 而不存在任何電連接、機械連接、邏輯連接或者其他中間連接。術(shù)語"耦合" 可表示項目之間的直接連接、項目之間以不構(gòu)成連接的方式通過一個或者多 個中間媒介、或者通信而形成的間接連接。術(shù)語"電路"可表示單個元件或 多個元件、有源或者無源的、獨立的或集成的，它們被耦合在一起以提供所 需的功能。術(shù)語"信號"可表示至少一個電流、電壓、電荷、數(shù)據(jù)或其他這 才羊可識別的量。
簡單地說，本發(fā)明一般涉及電感性耦合的電能的同步整流?？梢允褂?FET (場效應(yīng)管)來對電感性耦合的電能進行整流，以使整流器的電壓降最 小化，這可以使功率損耗最小化。功率損耗以下情況的應(yīng)用中是一項重要的 考慮因素在相當?shù)偷碾妷?諸如大約2.5到4.5伏)，將相當大的功率耦合 于裝置(諸如，電池充電器或其他能量儲存裝置)相當短的時間(例如小于 一小時)的情況下。FET的體二極管可被用于為自舉和控制FET的控制邏 輯供電。
圖1為示出用于電感性耦合的電能的同步整流器和控制器的示意圖。電 路100接收來自接收線圈L101的能量。接收線圈L101可以是來自電話110 的接收線圈。接收線圈L101的輸出電壓是正弦的(由于電感性耦合)，因此 整流、峰值檢測和濾波典型地是由電路100來執(zhí)行的(以類似于傳統(tǒng)AC電 源的整流和濾波的方式)。
在操作中，過零檢測比較器U102被用于檢測功率信號"正"和"負" 的過零。響應(yīng)于過零檢測，產(chǎn)生信號以導(dǎo)通合適的低壓側(cè)開關(guān)。例如，當檢 測到正向過零時，比較器U102激活正相位低壓側(cè)開關(guān)M102。當檢測到負 向過零時，比較器U102激活負相位低壓側(cè)開關(guān)M103。
高壓側(cè)開關(guān)M 101和M 104能夠響應(yīng)于過零檢測比較器U 102以及相位 整流器比較器U 101和U 103的輸出。例如，當過零檢測比較器U102的輸 出指示為正向過零時(例如，信號"相位"被斷言(asserted))并且正相位 整流器比較器UIOI指示為信號"plus(正)"大于"Vout，，時，正相位高壓 側(cè)開關(guān)M104導(dǎo)通。當過零檢測比較器U102的輸出指示為檢測到負過零時 (例如信號"phase2，，，信號"phase"的反相信號，被斷言)并且負相位整流器比較器U103指示為信號"minus (負)"大于"Vout"時，負相位高壓 側(cè)開關(guān)M101導(dǎo)通。這樣，比較器被用于比較輸出電容器C101與每個相電 壓，并且只要相電壓較高，比較器就為高。
用于低電壓控制電路的功率可以通過使用無源橋式整流器驅(qū)動串聯(lián)調(diào) 節(jié)器來獲得。在另一個實施例中，圖1中的同步整流相電壓可被用于對另一 串聯(lián)調(diào)節(jié)器供電。這兩個調(diào)節(jié)器的輸出可以并行地連接以為控制電路供電。 如下面參考圖3-6所描述的，整流器FET中固有的體二極管也可以用作無 源橋式整流器。因此，當使用整流器FET的體二極管時，從同步整流器輸出 提供的單個LDO可用于對控制電路供電，。
用于NMOS同步整流器FET的驅(qū)動電壓可以由自舉電源獲得，諸如， 從電容器提供，其可以為構(gòu)成電路100的集成電路從外部供電。根據(jù)集成電 路的處理技術(shù)，可以使用不需要自舉電源的PFET。
上面的電路一般用于取代傳統(tǒng)的無源二極管橋式整流器，其在導(dǎo)通期間 大約有1.4V的電壓降。FET開關(guān)兩端的電壓降是由其導(dǎo)通時的電阻Rds-on 決定的，但是在典型開關(guān)大小和500mA負載電流的情況下典型地會降低至 200mV (或者更小)。
輸出電壓一般取決于充電線圈(充電站)和接收線圈(在電話或其他便 攜式裝置內(nèi))以及負載電流之間的耦合程度。變壓器的漏電感(圖1中示出 L101為10|iH)兩端的開路電壓通常下降相當大的量，這可能是實用充電和 接收線圈(如接收線圈LIOI)形成的。
"臨時，，變壓器(其通常包括充電站中的線圈和帶有待充電的電池的設(shè) 備中的線圈)的漏電感通常比較大。變壓器的比較大的漏電感導(dǎo)致整流器的 輸出電壓響應(yīng)于負載電流的減小而上升。因為這個原因，使用降壓(buck) 切換式調(diào)節(jié)器而不用線性調(diào)節(jié)器/LDO，可以在負載小于最大期望值時節(jié)省 大量的功率并且避免熱量產(chǎn)生。
使用同步整流器以減小負載電流變化時的電壓降，并且通過使用降壓切 換式調(diào)節(jié)器(如下所描述的)以使小于最大負載電流時的功率損耗最小化， 比起傳統(tǒng)的功率傳送系統(tǒng)，以上兩者的組合可以產(chǎn)生更高效的功率傳送。在 負載電流較輕時，使功率耗散最小化典型地會使效率更高。
降壓切換式調(diào)節(jié)器可由整流電路提供以調(diào)節(jié)輸出電壓，使輸出電壓下降 到適用于電池充電系統(tǒng)的適當?shù)闹?。在另一個實施例中，降壓轉(zhuǎn)換器可以被配置成直接對電池充電，這是通過將該降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計成響應(yīng)于電池的充電 狀態(tài)在恒定電流或恒定電壓模式下工作而實現(xiàn)的。
另外，除了電池以外的功率儲存裝置可以通過電路100來充電。例如，
電容器和燃料電池可以被有效地充電。在相當?shù)偷碾妷?如大約2.5V到 4.5V)下，將相當大的功率耦合到裝置相當短的時間(如小于一小時)的情 況下的應(yīng)用中，可以顯著降低功率損耗。
圖2是說明用于電感性耦合的電能的另 一個同步整流器和控制器的示意 圖。在該實施例中，整流和調(diào)節(jié)被組合到一個功能中，并且使用整流開關(guān) M201-M204來執(zhí)行該功能。電路200接收來自接收線圈210的功率，其驅(qū) 動功率信號"plus(正)"和"mi薩(負)"。
在操作中，過零檢測比較器U202被用于檢測功率信號"plus(正)"和 "minus(負)"的過零。響應(yīng)于檢測到功率信號過零，產(chǎn)生信號"phase(相位)" 和"phase2(相位2)，，以使適當?shù)牡蛪簜?cè)開關(guān)導(dǎo)通。例如，當檢測到正向過零 時，比較器U202通過信號"phase"激活正相位低壓側(cè)開關(guān)M202。當檢測 到負向過零時，比較器U202通過信號"phase2，，激活負相位低壓側(cè)開關(guān)M203。 響應(yīng)于過零檢測比較器U 202以及相位整流器比較器U201和U203的 輸出，高壓側(cè)開關(guān)被啟動。例如，當過零檢測比較器U202的輸出指示檢測 到正向過零時(例如信號"phase"被斷言)并且負相位整流器比較器U201 指示信號"plus"大于"Vout，，時，正相位高壓側(cè)開關(guān)M204導(dǎo)通。當過零 檢測比較器U202的輸出指示檢測到負過零時(例如信號"phase2"，信號 "phase"的反相信號，被斷言)并且負相位整流器比較器U203指示信號 "minus"大于"Vout，，時，負相位高壓側(cè)開關(guān)M201導(dǎo)通。因此，比較器被 用于比較輸出電容器C201與每個相電壓，并且只要相電壓為高值，則比較 器將為高值。
比較器U204比較濾波后的輸出電壓(VOUT)與參考電壓(例如，圖2 中示為5V)。這樣，使用附加條件來使高壓側(cè)開關(guān)導(dǎo)通。相電壓一般保持在 輸出電壓以上，并且輸出電壓一般保持在參考電壓以下?？梢允褂弥T如A204 和A205的鎖存器以防止?jié)撛诘?振蕩"(諸如，整流器相位開關(guān)的頻繁的導(dǎo) 通/關(guān)斷切換)，這不是必須在每個實施方式中都要使用的。
如在電3各100中，通過使調(diào)節(jié)器直接向電池充電，可以利用電路200來 提供電池充電功能?？赏ㄟ^檢測負載電流和關(guān)斷高壓側(cè)開關(guān)來實現(xiàn)恒流模式充電，而不是檢測輸出電壓和驅(qū)動高壓側(cè)開關(guān)來控制充電。
圖3是說明用于低壓側(cè)整流的NFET晶體管和用于高壓側(cè)整流的PFET 晶體管的使用的示意圖。電路300包括接收線圈L302， NFET晶體管M310 和M320, PFET晶體管M330和M340,以及電容器C304。
電路300可以利用單個P外延式CMOS單片處理或者利用分離的FET 晶體管來制造。在兩種實例中，F(xiàn)ET的體二極管均可以起到無源整流器的作 用，從而為柵極驅(qū)動和控制電路提供功率源。類似地，F(xiàn)ET的體二極管可以 被用于防止當FET被關(guān)斷時可能損壞FET的電壓尖刺(spike)。如果使用N 外延式處理，那么一般會采用對PFET的隔離選擇(諸如，隔離阱)。
圖4是說明用于低壓側(cè)切換和高壓側(cè)切換(其降低了柵極驅(qū)動電流要求 并提高了輕負載電流時的效率)的NFET的使用的示意圖。電路400包括接 收線圈L402， NFET晶體管M410、 M420、 M430和M440，以及電容器 C404.
電路400可以利用單片處理來制造，以節(jié)省芯片面積(例如，通過減少 隔離選擇)。電路300可以利用單片處理或利用分離的功率FET來制造。如 上面關(guān)于電路300所描述的，電路400的FET的體二極管構(gòu)成無源電橋，其 為柵極驅(qū)動和控制電路提供電源。電路400可以利用用于高壓側(cè)FET的自舉 驅(qū)動電路來實施。高壓側(cè)FET M430和M440 —4殳與基底(取決于所使用的 處理)隔離。
圖5是說明利用單片處理來實施NFET的使用的示意圖，但是這里不需 要NFET與P外延式基底的隔離。電路500包括接收線圈L502, NFET晶體 管M510、 M520、 M530和M540,以及電容器C504。
在電路500中，高壓側(cè)NFET的背柵(backgate )為基底自身。高壓側(cè) NFET的無源二極管與高壓側(cè)FET的源/漏結(jié)并聯(lián)地耦合，以便為柵極驅(qū)動 和控制電路提供電源，并且還可防止在FET被關(guān)斷時可能損壞FET的電壓 尖刺。
圖6是說明由同步整流器供電的柵極驅(qū)動電路和控制電路的示意圖。電 路600包括接收線圈L602、NFET晶體管M610和M620、PFET晶體管M630 和M640、 LDO X610、比較器X620和X630、控制電路X640和電容器C604。
電路600包括LDOX610,其耦合在整流器(其包括四個體二極管，圖 中示為FETM610、 M620、 M630和M640 )輸出與控制電路X640之間。因為同步整流器的輸出一般隨著負載電流的增加而上升，LDO被用于保持足 夠低的電壓供給以保護低壓控制電路。在許多的，如果不是全部，同步整流
器的實施方案中，^C控制的LDO輸出電壓的全擺幅可以-波施加于^^壓側(cè) NFET柵極。
在控制電^各的l俞出端與高壓側(cè)整流FET M630和M640的4冊4及之間可以 使用電平移動電路。通常使用電平移動電路是因為柵極驅(qū)動擺幅一般必須大 于LDO的輸出電壓。例如，在PFET高壓側(cè)FET的情況下，4冊極驅(qū)動擺幅 可高至整流器輸出電壓，并且在NFET高壓側(cè)FET的情況下，；斷極驅(qū)動擺幅 可以高至自舉電壓。
盡管本文已經(jīng)借助于示例性實施例描述了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明 的精神和范圍的情況下，還可以對本文所描述的結(jié)構(gòu)和方法作出改變。例如， 可以改變各種元件的位置和/和尺寸。單個元件和元件的排列可以被替換，這 在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。由于在不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下可 以作出許多本發(fā)明的實施例，因此本發(fā)明除了所附的權(quán)利要求外不受其他限 制。
權(quán)利要求
1. 一種同步開關(guān)電路，包括電感器，其用于響應(yīng)于接收到的變化的電磁場產(chǎn)生交流電壓；同步整流器，其包括第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及第一和第二低壓側(cè)開關(guān)，該同步整流器對所述交流電壓進行整流，以產(chǎn)生直流電壓；能量儲存裝置，其用于存儲來自所述直流電壓的能量；和控制電路，其響應(yīng)于交流電壓信號的狀態(tài)，控制所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)以及所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電路，其中在所述交流電壓信號的狀態(tài)為正 向過零時，激活所述第一低壓側(cè)開關(guān)和所述第一高壓側(cè)開關(guān)，并且其中在所 述交流電壓信號的狀態(tài)為負向過零時，激活所述第二低壓側(cè)開關(guān)和所述第二 高壓側(cè)開關(guān)。
3. 如權(quán)利要求2所述的電路，其中在具有所產(chǎn)生的交流電壓的第一 極的電壓水平大于所述能量儲存裝置的功率端子的電壓時，激活所述第一高 壓側(cè)開關(guān)，并且其中在具有所產(chǎn)生的交流電壓的第二極的電壓水平大于所述 能量儲存裝置的功率端子的電壓時，激活所述第二高壓側(cè)開關(guān)。
4. 如權(quán)利要求3所述的電路，其中所述控制電路包括鎖存器，其用 于鎖定具有所產(chǎn)生的交流電壓的第一極的電壓與所述能量儲存裝置的功率 端子的電壓的比較結(jié)果。
5. 如權(quán)利要求1所述的電路，進一步包括調(diào)節(jié)器，其耦合于所述能 量裝置的功率節(jié)點，從而所述調(diào)節(jié)器為所述控制電路提供功率。
6. 如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述調(diào)節(jié)器為低壓差電壓調(diào)節(jié)器。
7. 如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述調(diào)節(jié)器為降壓-升壓切換式調(diào)節(jié)器。
8. 如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)為 NMOS晶體管，并且所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為PMOS晶體管，其中該 NMOS晶體管包括用于執(zhí)行低壓側(cè)整流的體PN結(jié)，該PMOS晶體管包括用 于執(zhí)行高壓側(cè)整流的PN結(jié)，從而該NMOS和PMOS晶體管的整流為所述 能量裝置的功率節(jié)點提供功率。
9. 如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及 所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中所述第一和第二高壓側(cè) 開關(guān)與基底隔離，該基底是與所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)共用的基底，其中 所述NMOS晶體管包括用于執(zhí)行整流的體PN結(jié)，從而該NMOS和PMOS 晶體管的整流為所述能量裝置的功率節(jié)點提供功率。
10. 如權(quán)利要求5所述的電路，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及 所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中所述第一和第二高壓側(cè) 開關(guān)以及所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的背柵耦合于共用的基底，其中所述第 一和第二高壓側(cè)晶體管包括體PN結(jié)，該體PN結(jié)跨接于每個高壓側(cè)晶體管的源極和漏極，其中該體PN結(jié)執(zhí)行交流電壓的整流，來為所述能量裝置的 功率節(jié)點提供功率。
11. 一種用于同步整流的方法，包括將功率信號電感性耦合于第 一 和第二輸入端子；在所述功率信號的狀態(tài)為正向過零時，激活第一低壓側(cè)開關(guān)和第一高壓 側(cè)開關(guān)，并在所述交流電壓信號的狀態(tài)為負向過零時，激活第二低壓側(cè)開關(guān) 和第二高壓側(cè)開關(guān)，從而產(chǎn)生直流電壓；在能量儲存裝置中存儲來自所述直流電壓的能量；和 將來自所述能量儲存裝置的功率提供給控制邏輯，以激活所述第一和第 二高壓側(cè)開關(guān)以及所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述能量儲存裝置為電容器。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括當所述第一輸入端子的電壓水平大于所述能量儲存裝置的功率端子的電壓時，激活所述第一高壓側(cè)開 關(guān)，并且當所述第二輸入端子的電壓水平大于所述能量儲存裝置的功率端子 的電壓時，激活所述第二高壓側(cè)開關(guān)。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括調(diào)節(jié)來自所述能量儲存裝 置的電壓，來向所述控制邏輯提供功率。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為PMOS晶體管，其中該NMOS 晶體管包括用于執(zhí)行低壓側(cè)整流的體PN結(jié)，該PMOS晶體管包括用于執(zhí)行 高壓側(cè)整流的PN結(jié)，從而該NMOS和PMOS晶體管的整流為所述能量裝 置的功率節(jié)點提供功率。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及 所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中所述第一和第二高壓側(cè) 開關(guān)與基底隔離，該基底是與所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)共用的基底，其中 該NMOS晶體管包括用于執(zhí)行整流的體PN結(jié)，從而該NMOS和PMOS晶 體管的整流為所述能量裝置的功率節(jié)點提供功率。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)以及 所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)為NMOS晶體管，其中所述第一和第二高壓側(cè) 開關(guān)以及所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的背柵耦合于共用的基底，其中所述第 一和第二高壓側(cè)晶體管包括體PN結(jié)，該體PN結(jié)跨接于每個高壓側(cè)晶體管 的源極和漏極，其中該體PN結(jié)執(zhí)行交流電壓的整流，來向所述能量裝置的 功率節(jié)點提供功率。
18. —種同步開關(guān)，包括用于將功率信號電感性耦合于第 一和第二輸入端子的裝置；用于在所述功率信號的狀態(tài)為正向過零時，激活第一低壓側(cè)開關(guān)和第一高壓側(cè)開關(guān)，并在交流電壓信號的狀態(tài)為負向過零時，激活第二低壓側(cè)開關(guān)和第二高壓側(cè)開關(guān)，從而產(chǎn)生直流電壓的裝置；用于存儲來自所述直流電壓的能量的裝置；和用于將來自能量儲存裝置的功率提供給控制邏輯，以激活所述第一和第 二高壓側(cè)開關(guān)以及所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān)的裝置。
19. 如權(quán)利要求18所述的同步開關(guān)，其中所述用于存儲能量的裝置包 括電池。
20. 如權(quán)利要求18所述的同步開關(guān)，其中所述第一和第二低壓側(cè)開關(guān) 以及所述第一和第二高壓側(cè)開關(guān)的體二極管被用于整流電感性耦合的功率 信號，從而產(chǎn)生用于自舉所述控制邏輯的功率。
全文摘要
同步整流器被布置成使用FET(場效應(yīng)管)對電感性耦合的電能進行整流，以使整流器的電壓降最小化，這可以使功率損耗最小化。在相當?shù)偷碾妷?諸如，約2.5到4.5伏)將相當大的功率耦合到裝置(諸如，電池充電器或其他能量儲存裝置)相當短的時間(諸如，小于一小時)的情況的應(yīng)用中，功率損耗是一項重要的考慮因素。FET的體二極管可被用來為自舉和控制FET的控制邏輯供電。
文檔編號H02M7/217GK101436831SQ200810171458
公開日2009年5月20日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者喬納森·R·奈特 申請人:美國國家半導(dǎo)體公司