交流至直流變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及電子設(shè)備，并且特別涉及交流到直流(AC/DC)變換器。本公開一般而言應(yīng)用于使用整流橋的任何系統(tǒng)，例如，用于控制電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)充電器、開關(guān)電源等的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]基于可以是可控的(例如，晶體管)或者不可控的(例如，二極管)的整流元件，作為整流橋安裝，采用AC電壓供電并傳遞DC電壓的許多AC/DC變換器架構(gòu)是已知的，該DC電壓本身可能轉(zhuǎn)變回至AC電壓。
[0003]通常希望最小化待機(jī)時(shí)的功耗，即變換器采用AC電壓供電但是沒有負(fù)載從輸出端汲取功率時(shí)的功耗。
[0004]進(jìn)一步地，通常希望限制浪涌電流，即只要在跨整流橋輸出的電容器的電壓未達(dá)到足夠大的值，特別是在啟動(dòng)階段，AC電壓的每個(gè)半波中出現(xiàn)的電流峰值。
[0005]美國專利號5，715，154，美國專利申請公開號2002/0080630，以及日本公開號JPS62135269描述了AC/DC變換器的示例(通過引用并入所有參考文獻(xiàn))。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]—個(gè)實(shí)施例克服了普通功率變換器控制電路的所有或者部分缺點(diǎn)。
[0007 ] 一個(gè)實(shí)施例提供了減小待機(jī)損耗的變換器啟動(dòng)電路方案。
[0008]因此，一個(gè)實(shí)施例提供了一種AC/DC變換器，包括:第一端子和第二端子，用來接收交流電壓;第三端子和第四端子，用來提供第一直流電壓;具有分別連接到第一和第二端子的輸入端子的整流橋；以及具有分別通過可控開關(guān)元件耦合到第三端子和連接到第四端子的輸出端子，或者具有分別連接到第三和第四端子的輸出端子，分別將第一和第二端子耦合至第三端子的橋的兩個(gè)可控整流元件。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于控制開關(guān)元件的電極或者用于控制整流元件的電極，通過第一開關(guān)耦合至用于提供正向電位的端子以及通過第二開關(guān)耦合至第四端子。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，變換器進(jìn)一步包括用于提供正向電位的電路，通過至少一個(gè)二極管耦合到第一端子。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，變換器進(jìn)一步包括用于控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的微控制器，由正向電位供電。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一開關(guān)是PNP類型的雙極晶體管或者P溝道MOS晶體管，第二開關(guān)是NPN類型的雙極晶體管或者N溝道MOS晶體管。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開關(guān)元件是雙向晶閘管。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開關(guān)元件是能夠由注入電流至柵極并從柵極汲取電流控制的陰極-柵極晶體管。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可控開關(guān)元件是能夠由注入電流至柵極并從柵極汲取電流控制的陰極-柵極晶體管。
[0016]—個(gè)實(shí)施例提供了一種控制變換器的方法，其中在第一階段，第一開關(guān)注入電流至開關(guān)元件或者整流元件的柵極，之后，在第二階段，第二開關(guān)從開關(guān)元件或者整流元件汲取柵極電流。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在第二階段，開關(guān)元件和整流元件被控制在相角以限制浪涌電流。
[0018]一個(gè)實(shí)施例提供了一種交流至直流(AC/DC)變換器，其包括:第一端子和第二端子，被配置為接收交流電壓;第三端子和第四端子，被配置為提供第一直流電壓;整流橋，所述整流橋具有分別連接到所述第一端子和所述第二端子的輸入端子，以及進(jìn)一步具有耦合到所述第三端子和所述第四端子的輸出端子;其中所述整流橋包括耦合在所述第一端子和所述第三端子之間的第一可控整流元件，所述第一可控整流元件具有所述第一控制電極;第一開關(guān)，所述第一開關(guān)將所述第一控制電極耦合至用于提供正向電位的端子;以及第二開關(guān)，所述第二開關(guān)將所述第一控制電極耦合至所述第四端子。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括電路，所述電路被配置為使用耦合到所述第一端子的至少一個(gè)二極管傳遞所述正向電位。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括微控制器，所述微控制器被配置為控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的控制激勵(lì)。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述微控制器用于在交流電壓的初始階段啟動(dòng)時(shí)，激活所述第一開關(guān)，然后在緊隨所述初始階段的交流電壓的階段，周期性地激活所述第二開關(guān)。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在第一階段，所述微控制器用于激活所述第一開關(guān)，以注入電流至可控整流元件的所述第一控制電極，之后，在第二階段，所述微控制器用于激活所述第二開關(guān)，以從所述可控整流元件的所述第一控制電極汲取電流。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在所述第二階段，所述第一可控整流元件由所述微控制器以相位角控制，以限制浪涌電流。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第一開關(guān)是PNP類型的雙極晶體管或者P溝道MOS晶體管中的一個(gè)，并且其中所述第二開關(guān)是NPN類型的雙極晶體管或者N溝道MOS晶體管中的一個(gè)。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第一整流元件是陰極-柵極晶閘管。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述整流橋進(jìn)一步包括耦合在所述第二端子和所述第三端子之間的第二可控整流元件，所述第二可控整流元件具有第二控制電極，其中所述第一開關(guān)進(jìn)一步將所述第二控制電極耦合至用于提供正向電位的所述端子，以及其中所述第二開關(guān)進(jìn)一步將所述第二控制電極耦合至所述第四端子。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第一可控整流元件和所述第二可控整流元件是陰極-柵極晶體管。
【附圖說明】
[0028]將結(jié)合附圖在具體實(shí)施例的下述非限制性描述中討論前述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0029]圖1顯示了AC/DC變換器的一個(gè)實(shí)施例；
[0030]圖2A、2B、2C、2D和2E示出了圖1的變換器的操作時(shí)序圖；
[0031 ]圖3顯示了 AC/DC變換器的另一個(gè)實(shí)施例；
[0032]圖4顯示了AC/DC變換器的另一個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)；
[0033]圖5是具有正向柵極電流的陰極-柵極晶體管的一個(gè)實(shí)施例的簡化截面圖；以及
[0034]圖6是具有負(fù)向柵極電流的陰極-柵極晶體管的一個(gè)實(shí)施例的簡化截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在不同附圖中相同的元件用相同的標(biāo)號指示。特別地，對于不同實(shí)施例通用的結(jié)構(gòu)和/或功能元件采用相同的標(biāo)號指示并可以具有一致的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料特性。為清楚起見，僅僅顯示并詳細(xì)說明了有助于理解所述實(shí)施例的那些步驟和元件。特別地，沒有詳細(xì)描述由功率變換器供電的電路，所述實(shí)施例是符合普通應(yīng)用的。在本公開中，術(shù)語“連接”表示兩個(gè)元件之間的直接連接，而術(shù)語“耦合”和“鏈接”表示兩個(gè)元件之間的連接可以是直接的或者通過一個(gè)或者多個(gè)其它元件的。當(dāng)引用術(shù)語“大致”、“近似地”或者“大約”時(shí)，這表示在10%范圍內(nèi)，優(yōu)選為5%范圍內(nèi)。
[0036]圖1原理性地顯示了AC/DC變換器的一個(gè)實(shí)施例。
[0037]兩個(gè)輸入端子12和14旨在于接收AC電壓Vac，例如，配電網(wǎng)的電壓(例如，230或者120V，50或者60Hz)。端子12連接到整流橋3(例如，全波)的第一整流輸入端子32，其具有第二整流輸入端子34連接到端子14。橋3的第一整流的輸出端子36通過開關(guān)(在本示例中是雙向晶閘管T)耦合到提供高電位的DC電壓Vdc的第一輸出端子16。橋3的第二整流的輸出端子38連接到提供低電位的DC電壓Vdc的第二輸出端子18。在圖1的示例中，端子38和18定義了組件的參考電位(地)，于是輸出電壓Vdc是正的。存儲(chǔ)和平滑電容器CO耦合端子16和18。
[0038]在本示例中，整流橋3由四個(gè)二極管D31、D33、D35和D37形成。二極管D31和D33分別耦合端子32和34至端子36(二極管D31和D33的陰極在端子36的一側(cè))，以及二極管D35和D37分別耦合端子32和34至端子38( 二極管D35和D37的陽極位于端子38的一側(cè))。端子36和38之間的電壓Vr對應(yīng)于整流的且未濾波的電壓Vac。
[0039]雙向晶閘管T具有控制輸出電源的功能。其被控制在脈沖模式，即控制電路2在交流電壓Vac的每個(gè)半波施加脈沖在其柵極。然后，雙向晶閘管T保持導(dǎo)通直到其傳導(dǎo)的電流消失。
[0040]控制電路2包括負(fù)責(zé)產(chǎn)生雙向晶閘管T的控制脈沖的數(shù)字電路22，例如，微控制器(yC)。微控制器22接收不同的參考值CT或者檢測值，以根據(jù)其中通過變換器供電的負(fù)載的需求在正確的時(shí)刻產(chǎn)生脈沖。
[0041]微控制器22由橋3供電，即不需要提供直接從電壓Vac采樣電源的輔助電路。在所示示例中，電源電路24(PW)是在端子36和38之間與電容元件Cl串聯(lián)連接的。用于為微控制器22供電的兩個(gè)端子222和224連接到傳遞電源電壓Vdd的電容Cl的兩端。電路24具有調(diào)節(jié)電壓Vdd的功能，使得其保持符合微控制器的電源需求。實(shí)際上，相比于電壓Vac、Vr和Vdc，電壓Vdd是低壓。典型地，電壓Vdd是低于1V的。
[0042]作為一個(gè)示例，電路24可以是開關(guān)電源。于是其形式為由集成電路調(diào)節(jié)電壓Vdd控制的MOS晶體管。這種MOS晶體管通?？刂齐姼谢蛘叽判宰儔浩鞯某跫?。
[0043]微控制器22控制耦合端子222(在電位Vdd)至雙向晶閘管T的柵極的第一晶體管Tl。在圖1的示例中，晶體管Tl是PNP類型的雙極晶體管，具有其發(fā)射極連接到端子222，以及其集電極通過與可選電阻Rl串聯(lián)連接的二極管Dl耦合到雙向晶閘管T的柵極。晶體管Tl的基極可選地通過電阻器R2耦合到微控制器22的第一輸出端子。
[0044]微控制器22還控制用于控制雙向晶閘管T的第二晶體管T2。在圖1的示例中，晶體管T2是NPN類型的雙極晶體管，具有其發(fā)射極連接到地38，以及其集電極通過與電阻器R3連接到雙向晶閘管T的柵極。晶體管T2的基極可選地通過電阻R4耦合到微控制器22的第二輸出端子。
[0045]圖2A、2B、2C、2D和2E是圖1的變換器在啟動(dòng)時(shí)的操作時(shí)序圖。圖2A顯示了電壓Vac的形狀的一個(gè)示例。圖2B顯示了電壓Vdd的對應(yīng)形狀。圖2C顯示了雙向晶閘管T的柵極電流Ig的形狀。圖2D顯示了從交流電源采樣的電流Iac的形狀。圖2E顯示了電壓Vdc的對應(yīng)形狀。
[0046]最初，電容器CO和Cl被放電。因此，微控制器22未上電，并且雙向晶閘管T關(guān)斷。
[0047]當(dāng)AC電源Vac施加在端子12和14之間時(shí)(例如，通過通電的開關(guān)，未示出)，電容器Cl通過電源模塊24充電直到其達(dá)到微控制器22操作所需的電壓Vdd。
[0048]但是，因?yàn)殡娙萜鰿O被放電，不能從晶體管T2的分支汲取電