專利名稱：?jiǎn)蜗嘧则?qū)動(dòng)全橋同步整流的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于單相自驅(qū)動(dòng)全橋同步整流的方法和電路，并且尤其但不排外地涉 及將這種方法和電路應(yīng)用于電感地供電系統(tǒng)的二級(jí)電路中。
背景技術(shù)：
二極管整流器的傳導(dǎo)損耗是電源的總功率損耗的主要原因，尤其在低輸出電壓應(yīng) 用中。整流器傳導(dǎo)損耗是其正向壓降^和正向傳導(dǎo)電流；的乘積。

圖1(a)示出了一種類 型的整流器電路，其成為“電流倍增器”。即使在使用低正向壓降肖特基二極管(Schottky diode)時(shí)，Dl或D2上的壓降(通常0. 3-0. 4V)與低輸出電壓相比(例如，等于或小于5V) 仍然相當(dāng)顯著。如果通過二極管的電流是1A，那么二極管的功率損耗約為0. 3W-0. 4W，這與 例如5W的輸出功率相比相當(dāng)可觀?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的一種解決方法是“同步整流”(SR)，即使用低傳導(dǎo)損耗有源開 關(guān)，諸如M0SFET，在III象限中工作以替換二極管。η-通道(η-型)III象限MOSFET指的 是源極端連接至比漏極端更高的電壓，而電流從源極流向漏極。P-通道(P-型)ΙΙΙ象限 MOSFET指的是漏極端連接至比源極端更高的電壓，而電流從漏極流向源極。MOSFET在傳導(dǎo) 期間的內(nèi)電阻通常非常低，這因而減少了整流器傳導(dǎo)損耗。圖1(b)是應(yīng)用于電流倍增器的 自驅(qū)動(dòng)SR的簡(jiǎn)單示意圖。MOSFET的門驅(qū)動(dòng)計(jì)劃是將驅(qū)動(dòng)交叉耦合至輸入AC電壓?，F(xiàn)有技術(shù)描述了應(yīng)用于正整流器的自驅(qū)動(dòng)SR(例如，參考文獻(xiàn)[1]、[3]、[5]、[6]、 [8]、[13])、應(yīng)用于中心抽頭整流器的自驅(qū)動(dòng)SR(例如，參考文獻(xiàn)[7]、[19])、應(yīng)用于電流倍 增器的自驅(qū)動(dòng)SR(例如，參考文獻(xiàn)[8])、其輔助繞組應(yīng)用于正整流器的SR(例如參考文獻(xiàn) [4]、[10]、[18])、其輔助繞組應(yīng)用于中心抽頭整流器的SR(例如參考文獻(xiàn)[4]、[10]、[11]、 [17])、其輔助繞組應(yīng)用于電流倍增器的SR(例如參考文獻(xiàn)[4]、[10]、[16])、應(yīng)用于正整流 器的外部控制SR(例如參考文獻(xiàn)[2]、[14])、應(yīng)用于電流倍增器的外部控制SR(例如，參考 文獻(xiàn)[12]、[20])以及應(yīng)用于回掃整流器的外部控制SR(例如，參考文獻(xiàn)[15])。在上述現(xiàn)有技術(shù)的示例中，與輔助繞組類型和外部控制類型相比，自驅(qū)動(dòng)SR是最 簡(jiǎn)單的，因?yàn)闊o需額外的繞組和額外的控制器。然而，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的回顧，可知到目前 為止，尚未成功地嘗試提供自驅(qū)動(dòng)全橋SR。全橋整流器是一種具有廣泛應(yīng)用的重要整流器 電路。圖2中示出了典型的單相全橋整流器。AC輸入可以是電流源或電壓源。在圖2(a) 所示的第一半循環(huán)中，電流流過輸入、二極管D1、負(fù)載和二極管D4，這稱為電流回路。當(dāng)電 流方向反轉(zhuǎn)，二極管Dl和D4自動(dòng)關(guān)閉。那么電流流過輸入、二極管D2、負(fù)載和二極管D3， 如圖2(b)所示，這稱為另一電流回路。應(yīng)當(dāng)注意到，二極管的自動(dòng)關(guān)閉屬性對(duì)于電路的正 常工作是關(guān)鍵性的。因而實(shí)際的自驅(qū)動(dòng)全橋SR必須具有感測(cè)反轉(zhuǎn)電流的機(jī)構(gòu)，以關(guān)閉合適 的開關(guān)。通過擴(kuò)展已經(jīng)應(yīng)用于其他整流器(例如圖1(b)中所示)的現(xiàn)有自驅(qū)動(dòng)SR，可以獲 得簡(jiǎn)單的自驅(qū)動(dòng)全橋SR電路，如圖3 (a)中所示，其中四個(gè)二極管替換為兩個(gè)ρ-型M0SFET， Ml和M2，以及兩個(gè)η-型M0SFET，M3和M4。通過感測(cè)點(diǎn)B的電壓而驅(qū)動(dòng)Ml和M3，而通過感 測(cè)點(diǎn)A的電壓而驅(qū)動(dòng)M2和M4。這種方法稱為“電壓控制自驅(qū)動(dòng)”(VCSD)，因?yàn)閷Ⅱ?qū)動(dòng)信號(hào)
3耦合至電壓。然而，該電路存在一個(gè)缺陷。如圖3(b)中所示，通過Ml和M4的電流回路可 以雙向流動(dòng)，因?yàn)閂CSD門驅(qū)動(dòng)不能檢測(cè)反向電流。通過M2和M3的電流回路也如此。與圖 2中的二極管不同，其當(dāng)電流反轉(zhuǎn)時(shí)可以自動(dòng)關(guān)閉，這種雙向開關(guān)電流可能導(dǎo)致整流破壞。一些現(xiàn)有技術(shù)使用其他方法處理全橋SR。[21]采用了外部控制器，其適于應(yīng)用于 PFC(功率因數(shù)校正)。同樣在現(xiàn)有技術(shù)中已知的是[22]，但是該建議需要位于二級(jí)繞組處 的諧振電容以創(chuàng)建正弦電壓波形，以及位于輸出處的平滑電感以增強(qiáng)關(guān)閉時(shí)間選擇。但是 無源電容和電感尺寸較大，并且這不可避免地影響了一個(gè)循環(huán)中功率傳輸?shù)某掷m(xù)時(shí)間。這 種方法具有較大的局限性。最后，其改變了其策略以使用外部數(shù)字PLL控制的SR，以實(shí)現(xiàn)其 小型化。這仍然不是自驅(qū)動(dòng)全橋SR。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種全橋整流器，其配置以提供具有電流源或電壓源的同步 整流，所述整流器包括上分支和下分支以及兩個(gè)電流回路，每個(gè)所述分支包括電壓或電流 控制有源開關(guān)、二極管或其組合，電壓或電流控制有源開關(guān)、二極管或其組合的選擇以使得 每個(gè)所述回路包括來自所述上分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管以及來自所述下分支的一個(gè) 有源開關(guān)或二極管，并且其中每個(gè)所述電流回路包括至少一個(gè)二極管和電流控制有源開 關(guān)，并且其中在所述上或下分支之一中包括至少一個(gè)電壓或電流控制有源開關(guān)。優(yōu)選地，電壓和電流控制有源開關(guān)是自驅(qū)動(dòng)的，并且無需外部控制信號(hào)。例如，可 以由門驅(qū)動(dòng)電路提供至開關(guān)的輸入ac電壓驅(qū)動(dòng)電壓控制的有源開關(guān)。通過感測(cè)開關(guān)的電 流方向并且根據(jù)電流方向向門驅(qū)動(dòng)電路提供信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)電流控制有源開關(guān)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上分支包括兩個(gè)電壓控制的有源開關(guān)，而所述下分支 包括兩個(gè)電流控制的有源開關(guān)，或者一個(gè)電流控制的開關(guān)和一個(gè)二極管，或者兩個(gè)二極管。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，上分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電流控制有源 開關(guān)或二極管，而下分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電流控制有源開關(guān)或二極管， 其中未在同一電流回路中提供所述電流控制有源開關(guān)或二極管。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，上分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電流控制有源 開關(guān)或二極管，而下分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或者一個(gè)電流控制開關(guān)和一個(gè)二極
管，或兩個(gè)二極管。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，上分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或一個(gè)電流控制開 關(guān)和一個(gè)二極管，或兩個(gè)二極管，而下分支包括兩個(gè)電壓控制有源開關(guān)。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，上分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或一個(gè)電流控制開 關(guān)和一個(gè)二極管，或兩個(gè)二極管，而下分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電流控制開
關(guān)或一個(gè)二極管。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，整流器包括在上或下分支中的電流控制有源開關(guān)和三個(gè)
二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，整流器可以包括四個(gè)電流控制有源開關(guān)。整流器可以配置以接受電流源或電壓源。有源開關(guān)優(yōu)選包括功率MOSFET。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種能量接收電路，用于電感功率傳輸系統(tǒng)中，包 括
繞組，電容，與所述繞組串聯(lián)連接以形成電流源，輸入至全橋整流器的所述電流源包括上分支和下分支以及兩個(gè)電流回路，每個(gè)所 述分支包括電壓或電流控制有源開關(guān)、二極管或其組合，電壓或電流控制有源開關(guān)、二極管 或其組合的選擇以使得每個(gè)所述回路包括來自所述上分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管以及 來自所述下分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管，并且其中每個(gè)所述電流回路包括至少一個(gè)二極 管和電流控制有源開關(guān)，并且其中在所述上或下分支之一中包括至少一個(gè)電壓或電流控制 有源開關(guān)。附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在將作為實(shí)例并參考隨附附圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中圖1 (a)是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流倍增器整流器的電路圖，圖1(b)示出了將自驅(qū)動(dòng)SR應(yīng)用于圖1(a)的電流倍增器，圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的二極管全橋整流器，圖3是示出了簡(jiǎn)單用MOSFET替換二極管而不感測(cè)反向電流的問題的圖，圖4是一個(gè)電流回路以及VCSD和CCSD的實(shí)施方式的實(shí)施例，圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流源輸入上半部VCSD全橋同步整流電路 的電路圖，圖6 (a) _ (f)示出了圖5的電路中的電流，圖7示出了圖5的電路的波形，圖8示出了全橋整流器(圖2)中使用的肖特基二極管和SDSR(圖5)中所使用的 有源開關(guān)(MOSFET)之間的傳導(dǎo)損耗的比較，圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流源輸入上半部VCSD和下半部CCSD全橋同 步整流電路的電路圖，圖10(a) _(j)示出了圖9的電路中的電流，圖11示出了圖9的電路的波形，圖12示出了全橋整流器(圖2)中使用的肖特基二極管和SD SR(圖9)中所使用 的有源開關(guān)(MOSFET)之間的傳導(dǎo)損耗的比較，圖13是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓源輸入上半部VCSD和下半部CCSD全 橋同步整流電路的電路圖，圖14 (a)-(1)示出了圖13的電路中的電流，圖15示出了圖13的電路的波形，以及圖16是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的SR電路的二級(jí)組件的結(jié)構(gòu)圖。優(yōu)選實(shí)施例詳述為了克服圖3中所示電路中的缺點(diǎn)，推薦一種新方法如下在任意電流回路(正如 圖3(b)中的Ml和M4形成的)中，不能存在兩個(gè)電壓控制自驅(qū)動(dòng)(VCSD) MOSFET。每個(gè)電流 回路中的至少一個(gè)開關(guān)必須是二極管或者具有與二極管類似屬性的有源開關(guān)，因?yàn)楫?dāng)電流 反轉(zhuǎn)時(shí)有源開關(guān)必須關(guān)閉。在圖4中，為了更清楚地加以觀察，以由Sl和S4形成的唯一電 流回路作為實(shí)例。假設(shè)Sl是VCSD有源開關(guān)，那么S4必須是二極管或有源開關(guān)，其當(dāng)電流反 向時(shí)能夠阻塞電流。在圖4中，示出了開關(guān)的實(shí)施方式。Sl是VCSD M0SFET，并且由Ql和Q2形成的補(bǔ)充門驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)，而該門驅(qū)動(dòng)電路的輸入交叉連接至一個(gè)輸入電壓端(在 該實(shí)例中為點(diǎn)B)。S4可以是二極管或有源開關(guān)。如果是有源開關(guān)，必須通過感測(cè)電流加以 控制。這種有源開關(guān)可以稱為電流控制自驅(qū)動(dòng)(CCSD)有源開關(guān)。如圖4中所示，使用感測(cè) 電阻Rsen以檢測(cè)S4的電流方向。比較器Ul根據(jù)Rsen檢測(cè)得的電流方向產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。 流過S4的正電流(“正”定義為從接地流向點(diǎn)B的電流)將使得比較器Ul的輸出較高。比 較器輸出的高電壓水平依次將驅(qū)動(dòng)由Q7和Q8形成的補(bǔ)充門驅(qū)動(dòng)電路。因而S4根據(jù)其正 電流方向而打開，并且以相反的方式關(guān)閉。在無需外部控制電路的意義上，VCSD和CCSD有 源開關(guān)是自驅(qū)動(dòng)的。將使用下列實(shí)例給出對(duì)上述原理的詳細(xì)描述。實(shí)例1 本發(fā)明的第一實(shí)施例可以采取如圖5中所示的電流源輸入上半部VCSD全橋同步 整流(SR)。兩個(gè)ρ-型功率M0SFET，M1和M2代替了二極管橋的左右分支的上二極管(圖2中 的Dl和D2)。Dml和Dm2可以是兩個(gè)MOSFET的體二極管或者額外的外部二極管。在該結(jié) 構(gòu)中，MOSFET Ml的門信號(hào)受控于乂8，而M0SFETM2的門信號(hào)受控于VA。兩個(gè)MOSFET門通過 Q1-Q2對(duì)和Q3-Q4對(duì)形成的補(bǔ)充門驅(qū)動(dòng)電路而交叉相連抵靠電流源輸入端(點(diǎn)A和點(diǎn)B)。 可以使用電流源輸入和MOSFET之間的門驅(qū)動(dòng)緩沖(圖騰柱、驅(qū)動(dòng)器或直接連接)而驅(qū)動(dòng)功 率開關(guān)相應(yīng)的打開/關(guān)閉。在圖6和圖7中，在時(shí)刻t0，電流源的電流方向從點(diǎn)A開始至 點(diǎn)B。由點(diǎn)A處出現(xiàn)的低電壓驅(qū)動(dòng)上部右側(cè)MOSFET M2以完全打開。在t0 < t < tl中， 輸入電流流向M2和D3的路徑中的負(fù)載RL和輸出濾波電容Cout。當(dāng)輸入電流為零并且方 向反轉(zhuǎn)成從點(diǎn)B至點(diǎn)A，二極管D3由于其反向偏置而自動(dòng)關(guān)閉，而由于VaW然保持為低而 M2仍然打開。然而，M2的電流(tl < t < t2)以相反的方式流動(dòng)，并且對(duì)Ml的體電容Cl 放電。點(diǎn)A的電壓線性上升，并且增加M2的門電壓。當(dāng)不能維持M2的負(fù)門閾值電壓，M2 將關(guān)閉，而電壓Va持續(xù)增加直至其達(dá)到Vout，并且開始正偏置外部二極管或Ml的體二極管 (t2 < t < t3)。由于輸入電流仍然反向流動(dòng)，其可以對(duì)M2的體電容C2充電，并且點(diǎn)B的 電壓Vb迅速下降。當(dāng)Vb低于Ml的負(fù)閾值門電壓時(shí)，使得Ml導(dǎo)通。最終，電壓％足夠低以 使得D4導(dǎo)通，并且驅(qū)動(dòng)Ml完全飽和?？捎^察得從電流源通過D4和Ml至輸出的功率傳輸 (t3 < t < t4)。在半個(gè)周期之后，輸入電流再次反轉(zhuǎn)其方向。電流不再流動(dòng)通過二極管D4。由于 Vb較低，Ml仍然打開，維持Ml的負(fù)閾值門電壓。Ml處的反轉(zhuǎn)電流開始對(duì)電容C2放電(t4 <t<t5)。一旦電壓乂8達(dá)到接近Vout，其關(guān)閉Ml，而C2完全放電。二極管Dm2吸收電流， 并且使得電壓Vb變高。Cl放電(t5<t<t6)，而電壓Va將下跌，并且最終足夠低而打開 M2。完整電流從電流源通過D3和M2流至輸出。圖8示出了圖2中使用的肖特基二極管和圖5中所使用的有源開關(guān)(MOSFET)之 間的傳導(dǎo)損耗的模擬比較。在該模擬中，以IA電流源和10歐姆負(fù)載作為實(shí)例。該模擬示 出了，每個(gè)肖特基二極管的傳導(dǎo)損耗(0. 35V正壓降)引起了每個(gè)周期中約IOOmW的平均功 率損耗，而每個(gè)有源開關(guān)(例如，來自Vishay的MOSFET Si4403DY，具有17m歐姆的導(dǎo)通電 阻)引起了約5mW的平均損耗。比率在10的數(shù)量級(jí)上相當(dāng)大。在該實(shí)例中，由于二極管存在于每個(gè)電流回路中，兩個(gè)有源開關(guān)無需通過感測(cè)其
6反向電流而關(guān)閉。但是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，必須在分支的上半部或分支的下半部中設(shè)置兩個(gè)二 極管。它們必須不被設(shè)置在對(duì)角位置。實(shí)例2 為了進(jìn)一步減少二極管中的功率損耗，本發(fā)明的第二實(shí)施例包括電流源輸入上半 部VCSD和下半部“電流控制”(CCSD)全橋同步整流(SR)，如圖9中所示。在該情況下，圖 5中的D3和D4分別替換為兩個(gè)η-型MOSFET，Μ3和Μ4。如圖9中所示，感測(cè)電阻Rsenl和RSen2設(shè)置在下部腿的兩側(cè)，用于檢測(cè)M3和M4 的電流方向(限定從接地流至Vout的正電流)。使用比較器Ul和U2以根據(jù)Rsenl和RSen2 處的電流方向而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。Ul和U2的電壓源可以直接獲自于DC輸出的已整流的DC 高電壓Vout，因?yàn)檫@是最節(jié)省成本的方法(或者間接地獲自于輔助電源)。通過M3和Dm3 或M4和Dm4的正電流將使得比較器Ul或U2的輸出進(jìn)入高狀態(tài)。比較器輸出的高電壓水 平依次地驅(qū)動(dòng)緩沖器Q5或Q7 (圖騰柱或驅(qū)動(dòng)器)。功率開關(guān)M3或M4將根據(jù)其正電流方向 而打開，并且以相反的方式關(guān)閉。將兩個(gè)P-型MOSFET設(shè)置在橋的上分支，其形成SD SR的 上半部，并且門驅(qū)動(dòng)使用電壓控制，而無需反向電流感測(cè)。該實(shí)施例的操作在t0時(shí)開始。在圖10和圖11中，輸入電流從點(diǎn)B流至點(diǎn)A。功 率MOSFET Ml和M4均打開。電壓Va處于Vout的水平，而電壓Vb處于接地水平(tO < t <tl)。當(dāng)輸入電流以相反方式改變其電流方向時(shí)，該階段結(jié)束。Ml和M4仍然打開非常短 的階段(tl < t < t2)。在RSen2發(fā)展的反向電壓將觸發(fā)比較器U2翻轉(zhuǎn)，封鎖緩沖器Q8。 隨后，M4關(guān)閉。由于Vb處于低狀態(tài)，Ml仍然打開(t2 < t < t3)。反向電流使得通路(Ml、 C2)中的M2的C2(外部或體電容)放電，并且同時(shí)對(duì)通路(Ml、C4、RL、Cout)中的M4的C4 充電。在升高至Vout的過程中，Vb逐步地減少M(fèi)l的負(fù)閾值門電壓。最終，當(dāng)％到達(dá)輸出 電壓Vout (t3 < t < t4)時(shí)，Ml關(guān)閉，而Dm2打開。此時(shí)，Ml的Cl正在通路(Dm2、Cl)中充 電，而M3的C3在通路(Dm2、RL、Cout、C3)中放電。Va下降，并且立刻到達(dá)接地。Va的低電 壓水平以及M3的Dm3 (外部或體二極管)的正偏置將使得M2切換至打開(t4 < t < t5)。 Rsenl處的正電流允許比較器Ul驅(qū)動(dòng)緩沖器Q5。隨后，M3將通過其正向電流打開，并且下 半個(gè)轉(zhuǎn)移循環(huán)開始(t5 < t < t6)。當(dāng)輸入電流改變其電流方向時(shí)，該半周期結(jié)束。M2和M3仍然打開較短階段(t6 <t<t7)。在Rsenl發(fā)展的反向電壓將觸發(fā)比較器Ul翻轉(zhuǎn)，封鎖緩沖器Q6。隨后，M3關(guān) 閉。由于Va處于低狀態(tài)，M2仍然打開(t7 < t < t8)。反向電流使得通路(M2、C1)中的Ml 的Cl放電，并且同時(shí)對(duì)通路(M2、C3、RL、Cout)中的M3的C3充電。在升高至Vout的過程 中，Va逐步地減少M(fèi)2的負(fù)閾值門電壓。最終，當(dāng)Va到達(dá)輸出電壓Vout (t8 < t < t9)時(shí)， M2關(guān)閉，而Dml打開。此時(shí)，M2的C2正在通路(Dml、C2)中充電，而M4的C4在通路(Dml、 RL、Cout, C4)中放電。Vb下降，并且立刻到達(dá)接地。Vb的低電壓水平以及Dm4的正偏置將 使得Ml打開(t9 < t < tlO)。源電流再次重復(fù)該循環(huán)。圖12示出了圖2中使用的肖特基二極管和圖9中所使用的有源開關(guān)(MOSFET)之 間的傳導(dǎo)損耗的模擬比較。在模擬中，采用IA電流源和10歐姆的負(fù)載作為實(shí)例。該模擬 示出了，每個(gè)肖特基二極管的傳導(dǎo)損耗(0. 35V正壓降)引起了每個(gè)周期中約IOOmW的平均 功率損耗，而每個(gè)有源開關(guān)(例如，來自Vishay的MOSFET Si4403DY，具有17m歐姆的導(dǎo)通 電阻)引起了約5mW的平均損耗。比率在10的數(shù)量級(jí)上相當(dāng)大。
通過將兩個(gè)CCSD MOSFET設(shè)置在整流器的上半部以及兩個(gè)VCSDM0SFET設(shè)置在整 流器的下半部中，可以實(shí)現(xiàn)類似的電路性能。必須強(qiáng)調(diào)的是，兩個(gè)CCSD MOSFET必須設(shè)置在 整流器的上半部或下半部中。同樣可行的是，整流器中所有四個(gè)開關(guān)均為CCSD MOSFET0實(shí)例3 本發(fā)明的第三實(shí)施例可以采取如圖13中所示的電壓源輸入上半部VCSD下半部 CCSD全橋同步整流的形式。所推薦的全橋SR的輸入也可以是電壓源，而非實(shí)例1和2中的電流源。感測(cè)電阻 Rsenl和RSen2設(shè)置在橋的下部腿處，用于檢測(cè)電流方向(定義從接地至Vout的正電流)。 使用比較器Ul和U2以根據(jù)Rsenl和Rsen2處的電流方向而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。M3和Dm3或M4 和Dm4的正電流將使得比較器Ul或U2的輸出變?yōu)楦咚健１容^器的高電壓水平依次將驅(qū) 動(dòng)緩沖器Q5或Q7 (圖騰柱或驅(qū)動(dòng)器)。功率開關(guān)M3或M4將根據(jù)其正電流方向而打開，并 且以相反的方式關(guān)閉。兩個(gè)P-型MOSFET處于橋的上分支處，其形成上半部VCSD SR0該應(yīng) 用的操作在t0時(shí)開始。在圖14和圖15中，輸入電流從點(diǎn)A流至點(diǎn)B。功率MOSFET M2和 M3均打開。電壓Vb處于Vout的水平，而電壓Va處于接地水平(tO < t < tl)。當(dāng)電壓Vb 小于輸出電壓Vout時(shí)，該階段結(jié)束。輸入源電流保持繼續(xù)流動(dòng)，但是以相反的方式(tl < t <t2)改變其電流方向。在Rsenl發(fā)展的反向電壓將觸發(fā)比較器Ul翻轉(zhuǎn)，封鎖緩沖器Q6。 隨后，M3關(guān)閉。由于Va處于低狀態(tài)，M2仍然打開，但是在該過渡階段(t2<t<t3)停止向 輸出進(jìn)行功率傳輸。反向電流使得通路(M2、C1)中的Ml的Cl (外部或體電容)放電，并且 同時(shí)對(duì)通路(M2、C3、RL、Cout)中的M3的C3充電。在升高至Vout的過程中，Va逐步地減 少M(fèi)2的負(fù)閾值門電壓。最終，M2關(guān)閉，而Dm2導(dǎo)通。Va達(dá)到輸出電壓Vout (t3 < t < t4)。 此時(shí)，M2的C2正在通路(Dml、C2)中充電，而M4的C4在通路(Dml、RL、Cout、C4)中放電。 Vb下降。而Vb的下降為Ml形成負(fù)閾值電壓，其隨后將立即打開。然而，輸入AV電壓遠(yuǎn)小 于輸出電壓Vout。在該過渡階段(t4 < t < t5)未將功率傳輸至輸出。一旦Vb電壓足夠 低以正偏置M4的二極管Dm4(t5 < t < t6)。RSen2處的正電流將觸發(fā)比較器U2變高。U2 的輸出通過緩沖器Q7驅(qū)動(dòng)M4打開，而Va高于輸出電壓。立即將功率遞送至輸出(t6<t < t7)。當(dāng)電壓Va下降低于輸出電壓水平時(shí)，反向電流開始流動(dòng)(t7<t<t8)。在RSen2 處發(fā)展的反向電壓將觸發(fā)比較器U2翻轉(zhuǎn)。隨后，M4關(guān)閉。由于Vb處于低狀態(tài)，Ml仍然打 開，但是在其過渡階段(t8 < t < t9)中停止向輸出端進(jìn)行功率傳輸。反向電流使得通路 (M1、C2)中的M2的C2放電，并且同時(shí)對(duì)通路(Ml、C4、RL、Cout)中的M4的C4充電。在升 高至Vout的過程中，Vb逐步地減少M(fèi)l的負(fù)閾值門電壓。最終，Ml關(guān)閉，而Dm2導(dǎo)通。Vb到 達(dá)輸出電壓Vout (t9 < t < tlO)時(shí)。此時(shí)，Ml的Cl正在通路(Dm2、Cl)中充電，而M3的 C3在通路(Dm2、RL、Cout、C3)中放電。Va進(jìn)一步下降。Va的低電壓水平還通過緩沖器Q4 驅(qū)使M2飽和(tlO < t < til)。Vjf達(dá)到接地水平并且在(til < t < tl2)中正偏置M3 的二極管Dm3。在tl2之后循環(huán)重復(fù)。通過在整流器的上半部設(shè)置兩個(gè)CCSD MOSFET并且在整流器的下半部設(shè)置兩個(gè) VCSD M0SFET，可以實(shí)現(xiàn)類似的性能。必須強(qiáng)調(diào)的是，兩個(gè)CCSDM0SFET必須設(shè)置在整流器的 上半部或下半部。同樣可行的是，整流器中的所有四個(gè)開關(guān)替換為CCSD MOSFET0由下文對(duì)具有可以是二極管或有源開關(guān)的四個(gè)開關(guān)S1-S4的全橋整流器的考慮，可以實(shí)現(xiàn)上述實(shí)例。開關(guān)設(shè)置使得兩個(gè)開關(guān)Sl和S2形成上分支，而兩個(gè)開關(guān)S3和S4形 成下分支。示意性地，這可以示為
權(quán)利要求
1.一種能量接收電路，用于電感功率傳輸系統(tǒng)中，包括繞組，電容，與所述繞組串聯(lián)連接以形成電流源，輸入至全橋整流器的所述電流源被配置為 提供同步整流，該整流器包括上分支和下分支以及兩個(gè)電流回路，每個(gè)所述分支包括電壓 或電流控制有源開關(guān)、二極管或其組合，其選擇以使得每個(gè)所述回路包括來自所述上分支 的一個(gè)有源開關(guān)或二極管以及來自所述下分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管，并且其中每個(gè)所 述電流回路包括至少一個(gè)二極管和電流控制有源開關(guān)，并且其中在所述上或下分支之一中 包括至少一個(gè)電壓或電流控制有源開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電壓和電流控制有源開關(guān)是自驅(qū)動(dòng)的，并且 無需外部控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述電壓控制有源開關(guān)由門驅(qū)動(dòng)電路提供至所述 開關(guān)的輸入ac電壓驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述電流控制有源開關(guān)通過感測(cè)開關(guān)的電流方向 并且根據(jù)電流方向向門驅(qū)動(dòng)電路提供信號(hào)而驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述上分支包括兩個(gè)電壓控制有源開關(guān)，而所述 下分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或者一個(gè)電流控制開關(guān)和一個(gè)二極管，或兩個(gè)二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述上分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電 流控制有源開關(guān)或者二極管，而下分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電流控制有源開 關(guān)或者二極管，其中所述電流控制有源開關(guān)或二極管未提供在同一電流回路中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述上分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和一個(gè)電 流控制有源開關(guān)或二極管，而下分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或者一個(gè)電流控制開關(guān) 和一個(gè)二極管，或兩個(gè)二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述上分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或者一 個(gè)電流控制開關(guān)和一個(gè)二極管，或者兩個(gè)二極管，而下分支包括兩個(gè)電壓控制有源開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述上分支包括兩個(gè)電流控制有源開關(guān)，或者一 個(gè)電流控制開關(guān)和一個(gè)二極管，或者兩個(gè)二極管，而下分支包括一個(gè)電壓控制有源開關(guān)和 一個(gè)電流控制開關(guān)或一個(gè)二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，包括在上下分支中的電流控制有源開關(guān)和三個(gè)二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，包括四個(gè)電流控制有源開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電容與所述繞組串聯(lián)連接，以形成電流源， 而所述整流器配置以接收所述電流源。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電容與所述繞組并聯(lián)連接，以形成電壓源， 而所述整流器配置以接收所述電壓源。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述有源開關(guān)包括功率M0SFET。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，包括并聯(lián)連接的一個(gè)以上的所述電流源。
全文摘要
單相自驅(qū)動(dòng)全橋同步整流一種全橋整流器被配置以使用電流源或電壓源提供同步整流。整流器具有上分支和下分支以及兩個(gè)電流回路，其中每個(gè)分支包括電壓或電流控制有源開關(guān)、二極管或其組合，電壓或電流控制有源開關(guān)、二極管或其組合的選擇使得每個(gè)回路包括上分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管以及下分支的一個(gè)有源開關(guān)或二極管，并且每個(gè)電流回路包括至少一個(gè)二極管或電流控制有源開關(guān)，而在上下分支之一包括至少一個(gè)電壓或電流控制有源開關(guān)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102124640SQ200980132098
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
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