[发明专利]整流器装置和用于操作整流器装置的方法

说明书

本文描述了整流器装置和用于操作整流器装置的方法。根据一个示例，该整流器装置包括：半导体衬底；阳极端子和阴极端子，其通过第一MOS晶体管的负载电流路径和与负载电流路径并联连接的二极管相连接。交流输入电压被可操作地施加在阳极端子与阴极端子之间。此外，控制电路耦合到第一MOS晶体管的栅电极并且被配置成在导通时段内导通第一MOS晶体管，在该导通时段期间，二极管被正向偏置。栅极驱动器电路被包括在控制电路中并且包括缓冲电容器以及连接在缓冲电容器与第一MOS晶体管的栅电极之间的两个或更多个晶体管级的级联。

技术领域

本公开内容涉及电力供应，具体涉及整流器电路和装置以及相关的方法和装置。

背景技术

在电力网中，电力通常由于各种原因以交流(AC)的形式分配给用户。此外，例如在机动车辆中使用交流发电机来生成交流电流。在许多应用中，交流电流必须转换成直流电流(DC)，以便为需要DC电源的电子电路或其他装置提供DC电源。这种转换过程被称为整流。用于构建整流器的标准元件是硅二极管。存在几种类型的整流器。一种常见的类型是单相全波整流器，其通常使用以桥配置(所谓的格雷兹(Graetz)桥)连接的四个二极管构建。作为补充说明，应该指出的是，由电力网提供的交流电压(例如120伏或230伏)通常在被整流之前利用变压器被转换为较低的电压。在机动车辆领域，交流发电机通常会生成多相输出电压，并且合适的三相全波整流器可以例如包括六个二极管。此外，也可以例如在(DC/DC或AC/DC)开关转换器中使用整流器二极管。

硅二极管的正向电压约为0.6伏至0.7伏。肖特基二极管和锗二极管具有约0.3伏的稍低的正向电压。pn结(即二极管)的正向电压取决于半导体材料，因此实际上可以认为对于通常基于硅的特定半导体制造技术是常数参数(在忽略温度相关性的情况下)。也就是说，硅二极管将始终产生(在室温下)每安培负载电流约600毫瓦至700毫瓦的功耗。由四个二极管构成的二极管桥(桥式整流器)，因此产生负载电流的约1.2瓦特/安培至1.4瓦特/安培(RMS)的功耗，这是因为两个二极管总是在二极管电桥中正向偏置。特别是对于相对较低的电压(例如5至15伏)，整流器中的功耗可能是总生成功率的重要部分。

为了降低整流器装置中的功耗，可以使用称为主动整流的技术。因此，硅二极管被诸如功率MOS场效应晶体管(MOSFET)或功率双极结型晶体管(BJT)之类的功率晶体管取代，与简单的硅二极管相比功率晶体管具有相对较低的导通电阻并因此可以产生显著较低的电压降。然而，通常需要相对复杂的控制电路来将晶体管同步地切换到交流电压。特别地，发明人认识到关于功率晶体管的控制的几个问题，这些问题是由施加到硅衬底的电压是交流电压这一事实引起的，其中功率晶体管被集成在硅衬底上。

发明内容

本文描述了一种整流器装置。根据一个示例，整流器装置包括半导体衬底；阳极端子和阴极端子，其通过第一MOS晶体管的负载电流路径和与负载电流路径并联连接的二极管连接。交流输入电压可操作地施加在阳极端子与阴极端子之间。此外，控制电路耦合到第一MOS晶体管的栅电极并且被配置成在导通时段内导通第一MOS晶体管，在该导通时段期间，二极管被正向偏置。栅极驱动器电路包括在控制电路中并且包括缓冲电容器以及连接在缓冲电容器与第一MOS晶体管的栅电极之间的两个或更多个晶体管级的级联。

此外，本文描述了用于操作整流器装置的方法。根据一个示例，整流器装置包括在阳极端子和阴极端子之间并联耦合的MOS晶体管和二极管，并且该方法包括检测二极管是正向偏置的；以及在检测到二极管正向偏置时，通过控制电路导通MOS晶体管。该方法还包括当二极管被正向偏置时，检测在阴极端子与阳极端子之间的整流器装置两端的电压达到特定阈值电压；一旦检测到整流器装置两端的电压达到了特定阈值就关断MOS晶体管，其中导通MOS晶体管包括利用两个或更多晶体管级的级联将MOS晶体管的栅极与缓冲电容器连接。

附图说明

参考以下描述和附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是着重于说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记表示相同的部分。在附图中：