動態(tài)開關(guān)式整流電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整流電路，更具體地，涉及一種使用霍爾效應開關(guān)檢測電流，以實現(xiàn)動態(tài)控制MOSFET的動態(tài)開關(guān)式整流電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常的AC轉(zhuǎn)換DC的整流電路是利用二極管的P-N結(jié)的單向?qū)ㄌ匦詫崿F(xiàn)。當小電流流經(jīng)二極管時，普通二極管將有0.7V電壓降，肖特基類型的二極管有0.3V。如果大電流流經(jīng)二極管，比如100A或者200A，該壓降可以高達1.0V或者更高。由此產(chǎn)生100W或者200W的功耗。在大電流整流應用的領(lǐng)域比如汽車的發(fā)電機等，該功耗是非?？捎^的。尤其在汽車發(fā)動機125攝氏度的環(huán)境溫度里，150A最大的整流要求下，由二極管整流所產(chǎn)生的功耗將大大的降低設(shè)備的效率，可靠性。
[0003]MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導體場效應晶體管)，這里指大功率M0SFET，利用其非常低的導通時的電阻特性，應用在整流電路上。例如，由Linear Technology制作的一款型號為LT4310/LT4320-1的芯片，用于控制由四個N通道MOSFET組成的整流橋。美國專利文獻20140129850 (授權(quán)LinearTechnology)公開一個開關(guān)式MOSFET整流橋電路，在該申請的0048段落中描述了由比較器和無源電路控制M0SFET，其通過檢測輸入電流的極性由比較器和無源電路控制MOSFET導通或截止。
[0004]由電壓比較器或者固態(tài)電路檢測AC電壓過零點極性用于控制MOSFET打開或者關(guān)閉狀態(tài)。這類型的MOSFET控制電路比較復雜。在動態(tài)感性負載和容性負載的情況下，電壓檢測可能不夠可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在于提供一種動態(tài)開關(guān)式整流電路及方法，其通過電流檢測控制MOSFETo
[0006]本發(fā)明的目的是為大電流整流應用上提供簡單，高效率的方案。
[0007]以下所表達的
【發(fā)明內(nèi)容】
，由此產(chǎn)生的附帶功能、特點，或者通過實踐所產(chǎn)生的，都屬于本發(fā)明范疇。本發(fā)明的目的、優(yōu)點將由附帶的設(shè)計圖紙以及權(quán)利要求予以展示。
[0008]為取得上述效果以及實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括一電流檢測部件，其包括:一形成一間隙的鐵磁芯；一導體纏繞在鐵芯上；其中，當電流通過導體時，磁芯的間隙產(chǎn)生電磁場；一霍爾效應開關(guān)安裝在間隙內(nèi)。該霍爾效應開關(guān)在交流電流或半波電流通過導體時的半周期內(nèi)，產(chǎn)生開信號和關(guān)信號。
[0009]另一方面，本發(fā)明還提供一種方法，用于將來自AC電源的AC電壓轉(zhuǎn)換為一 DC輸出端的一 DC電壓，其包括將MOSFET的源極和漏極分別連接AC電源的相線與中性線，將其中一端作為DC輸出端。在至少一 AC電源的正半周期和負半周期，檢測通過MOSFET的源極和漏極的電流，以根據(jù)該電流產(chǎn)生一開關(guān)控制信號；以及根據(jù)該開關(guān)控制信號控制MOSFET的導通和截止。
[0010]在一些實施例中，檢測步驟包括:電流通過一輸入電流導體，該輸入電流導體在一個C型鐵磁芯繞過至少一匝；以及由安裝在C型鐵磁芯內(nèi)的霍爾效應開關(guān)產(chǎn)生該開關(guān)控制信號。該霍爾效果開關(guān)根據(jù)鐵磁芯的間隙的磁通密度在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間改變其狀態(tài)，以產(chǎn)生該開關(guān)控制信號。
[0011]另一方面，本發(fā)明提供一種整流電路，用于將AC電源的AC電壓轉(zhuǎn)換為一 DC輸出端的DC電壓，其包括:一 MOSFET的源極和漏極分別連接AC電源的相線與中性線之間，其中一端作為DC輸出端，以使得電流流經(jīng)源極和漏極之間；以及一電流檢測及控制電路包括一串聯(lián)連接的輸入電流導體，在AC電源的至少一正半周期和負半周期內(nèi)，隨著電流流經(jīng)MOSFET的源極和漏極，該電流檢測及控制電路輸出一開關(guān)控制信號，其中，該開關(guān)控制信號輸出至該MOSFET的柵極，以使得MOSFET根據(jù)該開關(guān)控制信號導通或截止。
[0012]另一方面，本發(fā)明提供一種整流電路，用于將AC電源的AC電壓轉(zhuǎn)換為一 DC輸出端的DC電壓，其包括:M0SFET的源極和漏極分別連接AC電源的相線和DC輸出端的一端，以使得電流流經(jīng)MOSFET的源極和漏極；以及一電流檢測及控制電路包括一串聯(lián)連接的輸入電流導體，在AC電源的至少一正半周期和負半周期內(nèi)，隨著電流流經(jīng)MOSFET的源極和漏極，該電流檢測及控制電路輸出一開關(guān)控制信號，其中，該開關(guān)控制信號輸出至該MOSFET的柵極，以使得MOSFET根據(jù)該開關(guān)控制信號導通或截止；以及連接一 AC電源的電源電路，用于產(chǎn)生一 DC工作信號，并將該DC工作信號發(fā)送至電流檢測及控制電路。
[0013]整流電路可以應用在單相半波，中心抽頭雙相全波，單相全波以及三相全波的整流結(jié)構(gòu)中。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供一種電路，用于將三相AC電源的三相AC電壓轉(zhuǎn)換為一DC輸出端的一 DC電壓，其包括第一至第六M0SFET。其中，第一至第三MOSFET的源極分別連接AC電源的其中一相線；第一至第三MOSFET的漏極連接DC輸出端的一端；以及第四到第六的MOSFET的源極分別連接DC輸出端的另一端，以及第四到第六的MOSFET的漏極分別連接AC電源的其中一相線。其中，第一和第四，第二和第五，第三和第六MOSFET分別構(gòu)成第一至第三半橋。第一至第三半橋驅(qū)動電路分別發(fā)送驅(qū)動信號至第一至第三半橋的各MOSFET的柵極，以控制各MOSFET的導通或截止；該第一至第三半橋驅(qū)動電路用于接收來自一外部控制器的控制信號；第一至第六電流檢測及控制電路各包括一輸入電流導體，第一至第六MOSFET中的每一個的源極與漏極之間的電流流經(jīng)相應的一輸入電流導體。其中，第一至第六電流檢測及控制電路接收一通用輸入DC電壓，并將其作為一工作電壓；其中，當輸入DC電壓為高電平時，每一電流檢測及控制電路根據(jù)對應的輸入電流導體的電流輸出一開關(guān)控制信號；當輸入DC電壓為低電平時，每一電流檢測及控制電路輸出一間歇性關(guān)斷信號。來自第一和第四，第二和第五，第四和第六電流檢測及控制電路的開關(guān)控制信號分別輸入至第一至第三半橋驅(qū)動電路。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明第一較佳實施例的使用MOSFET的動態(tài)開關(guān)整流電路的電路示意圖。
[0016]圖1A為本發(fā)明第一實施例替代方案的使用MOSFET的動態(tài)開關(guān)整流電路的電路示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明較佳實施例的用于電流檢測的霍爾效應開關(guān)的電路示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明較佳實施例的各種電壓和電流信號的波形示意圖。圖4為本發(fā)明第一實施例應用于單相半波配置中的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0019]圖4A為本發(fā)明第一實施例的另一替換方案應用于單相半波配置中的動態(tài)開關(guān)整流電路的不意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明第二實施例應用于一雙相中心抽頭全波配置的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明第三實施例中應用于單相全橋配置的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明第四實施例中應用于三相全橋全波配置的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0023]圖8為本發(fā)明第五實施例使用一 MOSFET的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0024]圖9為本發(fā)明第五實施例應用于單相半波配置的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
[0025]圖10為本發(fā)明第六實施例應用于單相全橋配置的動態(tài)開關(guān)電路的示意圖。
[0026]圖11為本發(fā)明第六實施例應用于單相全橋配置的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述:
[0028]本發(fā)明的各具體實施提供動態(tài)開關(guān)整流電路，用于AC-DC整流，適用于各種AC配置如單相半波、中心抽頭雙相全波、單相全波和三相全波等。以上每一整流電路包括三主要部件:一用于實現(xiàn)整流功能的MOSFET ; —電流檢測及控制電路，用于檢測通過MOSFET的電流值，以產(chǎn)生一開或關(guān)信號至MOSFET ;以及一電源電路，用于提供工作電壓給電流檢測及控制電路。
[0029]圖1為本發(fā)明第一實施例的動態(tài)開關(guān)整流電路的示意圖，其應用于單相半波配置中，該動態(tài)開關(guān)整流電路包括一 MOSFET I，優(yōu)選為N通道功率MOSFET ;—電流檢測和控制電路2以及一電源電路3。本電路的AC輸入端為單相交流電源，其包括一相線L和一中線N。MOSFET I的源極S連接該相線L，MOSFET I的漏極D連接正DC輸出端DC+。AC中線N相當于負DC端DC-。DC負載連接于正DC輸出端DC+和負DC輸出端DC-之間。流經(jīng)MOSFETI的電流流過電流檢測及控制電路2的一輸入導體202。電流檢測及控制電路2中僅該輸入導體202可電性導通電流，其他元件均不可以，損耗可忽略不計。電流檢測及控制電路2產(chǎn)生一控制信號Out，以輸入至MOSFET I的柵極G，進而控制MOSFET I導體或截止。電流檢測及控制電路2的地線GND連接MOSFE