用于单相和多相系统的通用ＡＣ－ＤＣ同步整流技术技术方案

描述了用于单相和多相、单级和多级全桥和半桥整流的电路配置和拓扑，在所述整流器中二极管由电压控制的自驱动有源开关、电流控制的自驱动有源开关和电感器代替，以便减少在二极管中的传导损耗的效应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自驱动半桥和全桥同步整流，尤其是涉及用于单相到多相的通用同步整流技术和多级AC到DC功率转换。
技术介绍
二极管整流器的传导损耗明显促成电源中的总功率损耗，特别是在低输出电压应用中。整流器传导损耗是其正向电压降^和正向传导电流If的乘积。附图说明图1(a)示出称为 “倍流器”的一种整流器电路。即使在使用低正向降肖特基二极管时，Dl或D2两端的电压降(通常为0. 3-0. 4V)与低输出电压(例如，等于或小于5V)比较也仍然明显。如果通过二极管的电流是1A，则来自二极管的功率损耗是大约0. 3W-0. 4W，其与输出功率例如5W比较相当大。在现有技术中已知的一个解决方案是“同步整流”(SR)，S卩，使用在第三象限中操作的低传导损耗有源开关例如MOSFET来代替二极管。η沟道(η型)象限III MOSFET意味着源极端子连接到比漏极端子高的电压，且电流从源极流到漏极。P沟道(P型)象限III MOSFET意味着漏极端子连接到比源极端子高的电压，且电流从漏极流到源极。在传导期间 MOSFET的内部电阻通常非常低，这因此减小了整流器传导损耗。图1(b)是应用于倍流器的自驱动SR的简单示意图。MOSFET的栅极驱动方案是将驱动器交叉耦合到输入AC电压。现有技术描述了应用于正向整流器的自驱动SR(例如参考文献 )、应用于中心抽头整流器的自驱动SR(例如参考文献 )、应用于倍流器的自驱动SR(例如参考文献)、应用于正向整流器的具有辅助绕组的SR(例如参考文献 )、应用于中心抽头整流器的具有辅助绕组的SR(例如参考文献 )、应用于倍流器的具有辅助绕组的SR(例如参考文献 )、应用于正向整流器的外部控制的SR(例如参考文献 )、应用于倍流器的外部控制的SR(例如参考文献 )和应用于反激式整流器的外部控制的SR(例如参考文献)。在现有技术的上面例子中，与辅助绕组版本和外部控制版本比较，自驱动SR是最简单的，因为不需要额外的绕组或额外的控制器。然而从现有技术的回顾中可看到，到此为止还没有提供自驱动全桥SR的成功尝试。全桥整流器是具有广泛应用的重要整流器电路。图2(a)和(b)中示出了一般单相全桥整流器。AC输入可以是电流源或电压源。在如图2(a)所示的第一半周期中，电流流经也称为电流环的输入、二极管D1、负载和二极管D4。 当电流方向反转时，二极管Dl和D4自动关断。电流接着流经作为另一电流环的输入、二极管D2、负载和二极管D3，如图2(b)所示。应注意，二极管的自动关断特性对电路的正常操作是关键的。实际自驱动全桥SR因此必须具有用于感测反向电流以关断适当的开关的机制。通过扩展应用于其它整流器(如图1(b)所示的整流器)的现有自驱动SR，可得到简单的自驱动全桥SR电路，如图3(a)所示，其中四个二极管由两个ρ型MOSFET Ml和M2 以及两个η型MOSFET Μ3和Μ4代替。Ml和Μ3通过感测点B的电压来驱动，而Μ2和Μ4通过感测点A的电压来驱动。这样的方法称为“电压控制的自驱动”(VCSD)，因为驱动信号耦合到电压。然而，在这个电路中存在缺陷。如图3(b)所示，通过Ml和M4的电流环可在两个方向上流动，因为VSCD栅极驱动器不能检测反向电流。电流也可在通过M2和M3的环中在两个方向上流动。与当电流被反转时可自动关断的图2中的二极管不同，具有双向开关电流流动的这样的开关可能使通信失败。因为η型功率MOSFET具有比ρ型MOSFET更低的导通状态电阻，对于高电流应用， 前面提到的两个P型MOSFET也可由2个η型MOSFET代替，假定额外的反转级被添加在如图4所示的栅极驱动电路中，以便保持基于检测输入ac电源的“自驱动”特征。一些现有技术使用其它方法来处理全桥SR(例如参考文献 )，这些方法使用适合于应用PFC (功率因数校正)的外部控制器。也在现有技术中已知的是参考文献，但该提议需要在次级绕组处产生正弦电压波形的谐振电容器和在输出处增强关断定时的平流电感器的帮助。但无源电容器和电感器在尺寸上较大， 且这不可避免地产生驱动脉冲之间的大的死时间，驱动脉冲在一个周期中不利地影响功率转移的持续时间。这种方法具有较大的限制。最终这种方法被改变为使用外部数字PLL控制的SR来实现小型化。这仍然不是自驱动全桥SR的例子。专利技术概述 根据本专利技术，提供了半桥或全桥整流器，其配置成使用电流源或电压源来提供同步整流，所述整流器包括上分支和下分支以及至少两个电流环，每个所述分支包括电压或电流控制的有源开关、电感器、二极管或其组合，其选择成使得所述环包括来自所述上分支的一个有源开关、电感器或二极管以及来自所述下分支的一个有源开关、电感器或二极管， 且其中每个所述电流环包括至少一个二极管、电感器或电流控制的有源开关，且其中至少一个电压或电流控制的有源开关包括在所述上分支或下分支之一中，且以没有电流环可包含两个电感器为条件。优选地，电压和电流控制的有源开关是自驱动的，且不需要外部控制信号。这样的电压控制的有源开关的一个例子是由输入ac电压驱动的开关，该输入ac电压通过栅极驱动电路被提供到所述开关。电流控制的有源开关的例子是通过感测开关的电流方向并根据电流方向将信号提供到栅极驱动电路来驱动的开关。有源开关可包括功率MOSFET或某个其它半导体开关器件。感测电阻器可用于感测电流方向，包括电流控制的有源开关的内部电阻可用于感测电流方向的可能性。整流器可配置成接收电流源或电压源。在本专利技术的一个实施方式中，上分支包括两个电压控制的有源开关，而下分支包括两个电流控制的有源开关，或一个电流控制的开关和一个二极管，或两个二极管。在本专利技术的另一实施方式中，上分支包括一个电压控制的有源开关和一个电流控制的有源开关或二极管，而下分支包括一个电压控制的有源开关和一个电流控制的有源开关或二极管，其中电流控制的有源开关或二极管没有设置在同一电流环中。在本专利技术的另一实施方式中，上分支包括一个电压控制的有源开关和一个电流控制的有源开关或二极管，而下分支包括两个电流控制的有源开关，或一个电流控制的开关和一个二极管，或两个二极管。在本专利技术的另一实施方式中，上分支包括两个电流控制的有源开关，或一个电流控制的有源开关和一个二极管，或两个二极管，而下分支包括两个电压控制的有源开关。在本专利技术的另一实施方式中，上分支包括两个电流控制的有源开关，或一个电流控制的有源开关和一个二极管，或两个二极管，而下分支包括一个电压控制的有源开关和一个电流控制的有源开关或一个二极管。在本专利技术的另一实施方式中，整流器只包括在上分支和下分支中的电流控制的有源开关和/或二极管，且其中这些分支中的至少一个包括至少一个电流控制的有源开关。在本专利技术的另一实施方式中，整流器是半桥整流器，其中上分支和下分支每个都包括电容器、以及电流控制的有源开关、电感器或二极管之一，服从于这些分支的不超过一个包括二极管的限制。在本专利技术的另一实施方式中，整流器是包括上分支和下分支以及六个电流环的三相全桥整流器，每个分支包括电压或电流控制的有源开关、二极管或其组合，该有源开关、 二极管或其组合被选择成使得每个环包括来自上分支的一个有源开关或二极管以及来自下分支的一个有源开关或二极管，且其中每个电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半桥或全桥整流器，其配置成使用电流源或电压源来提供同步整流，所述整流器包括上分支和下分支以及至少两个电流环，每个所述分支包括电压或电流控制的有源开关、电感器、二极管或其组合，该有源开关、电感器、二极管或其组合被选择成使得所述环包括来自所述上分支的一个有源开关、电感器或二极管以及来自所述下分支的一个有源开关、电感器或二极管，且其中每个所述电流环包括至少一个二极管、电感器或电流控制的有源开关，且其中至少一个电压或电流控制的有源开关包括在所述上分支或下分支之一中，且以没有电流环可包含两个电感器为条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永财，
申请(专利权)人：电方便有限公司，
类型：发明
国别省市：HK