动态开关式整流电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种整流电路，更具体地，涉及一种使用霍尔效应开关检测电流，以实现动态控制MOSFET的动态开关式整流电路及方法。
【背景技术】
[0002]通常的AC转换DC的整流电路是利用二极管的P-N结的单向导通特性实现。当小电流流经二极管时，普通二极管将有0.7V电压降，肖特基类型的二极管有0.3V。如果大电流流经二极管，比如100A或者200A，该压降可以高达1.0V或者更高。由此产生100W或者200W的功耗。在大电流整流应用的领域比如汽车的发电机等，该功耗是非常可观的。尤其在汽车发动机125摄氏度的环境温度里，150A最大的整流要求下，由二极管整流所产生的功耗将大大的降低设备的效率，可靠性。
[0003]MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，这里指大功率M0SFET，利用其非常低的导通时的电阻特性，应用在整流电路上。例如，由Linear Technology制作的一款型号为LT4310/LT4320-1的芯片，用于控制由四个N通道MOSFET组成的整流桥。美国专利文献20140129850 (授权LinearTechnology)公开一个开关式MOSFET整流桥电路，在该申请的0048段落中描述了由比较器和无源电路控制M0SFET，其通过检测输入电流的极性由比较器和无源电路控制MOSFET导通或截止。
[0004]由电压比较器或者固态电路检测AC电压过零点极性用于控制MOSFET打开或者关闭状态。这类型的MOSFET控制电路比较复杂。在动态感性负载和容性负载的情况下，电压检测可能不够可靠。
【发明内容】
[0005]本发明旨在于提供一种动态开关式整流电路及方法，其通过电流检测控制MOSFETo
[0006]本发明的目的是为大电流整流应用上提供简单，高效率的方案。
[0007]以下所表达的
【发明内容】
，由此产生的附带功能、特点，或者通过实践所产生的，都属于本发明范畴。本发明的目的、优点将由附带的设计图纸以及权利要求予以展示。
[0008]为取得上述效果以及实现上述目的，本发明包括一电流检测部件，其包括:一形成一间隙的铁磁芯；一导体缠绕在铁芯上；其中，当电流通过导体时，磁芯的间隙产生电磁场；一霍尔效应开关安装在间隙内。该霍尔效应开关在交流电流或半波电流通过导体时的半周期内，产生开信号和关信号。
[0009]另一方面，本发明还提供一种方法，用于将来自AC电源的AC电压转换为一 DC输出端的一 DC电压，其包括将MOSFET的源极和漏极分别连接AC电源的相线与中性线，将其中一端作为DC输出端。在至少一 AC电源的正半周期和负半周期，检测通过MOSFET的源极和漏极的电流，以根据该电流产生一开关控制信号；以及根据该开关控制信号控制MOSFET的导通和截止。
[0010]在一些实施例中，检测步骤包括:电流通过一输入电流导体，该输入电流导体在一个C型铁磁芯绕过至少一匝；以及由安装在C型铁磁芯内的霍尔效应开关产生该开关控制信号。该霍尔效果开关根据铁磁芯的间隙的磁通密度在第一状态和第二状态之间改变其状态，以产生该开关控制信号。
[0011]另一方面，本发明提供一种整流电路，用于将AC电源的AC电压转换为一 DC输出端的DC电压，其包括:一 MOSFET的源极和漏极分别连接AC电源的相线与中性线之间，其中一端作为DC输出端，以使得电流流经源极和漏极之间；以及一电流检测及控制电路包括一串联连接的输入电流导体，在AC电源的至少一正半周期和负半周期内，随着电流流经MOSFET的源极和漏极，该电流检测及控制电路输出一开关控制信号，其中，该开关控制信号输出至该MOSFET的栅极，以使得MOSFET根据该开关控制信号导通或截止。
[0012]另一方面，本发明提供一种整流电路，用于将AC电源的AC电压转换为一 DC输出端的DC电压，其包括:M0SFET的源极和漏极分别连接AC电源的相线和DC输出端的一端，以使得电流流经MOSFET的源极和漏极；以及一电流检测及控制电路包括一串联连接的输入电流导体，在AC电源的至少一正半周期和负半周期内，随着电流流经MOSFET的源极和漏极，该电流检测及控制电路输出一开关控制信号，其中，该开关控制信号输出至该MOSFET的栅极，以使得MOSFET根据该开关控制信号导通或截止；以及连接一 AC电源的电源电路，用于产生一 DC工作信号，并将该DC工作信号发送至电流检测及控制电路。
[0013]整流电路可以应用在单相半波，中心抽头双相全波，单相全波以及三相全波的整流结构中。
[0014]另一方面，本发明还提供一种电路，用于将三相AC电源的三相AC电压转换为一DC输出端的一 DC电压，其包括第一至第六M0SFET。其中，第一至第三MOSFET的源极分别连接AC电源的其中一相线；第一至第三MOSFET的漏极连接DC输出端的一端；以及第四到第六的MOSFET的源极分别连接DC输出端的另一端，以及第四到第六的MOSFET的漏极分别连接AC电源的其中一相线。其中，第一和第四，第二和第五，第三和第六MOSFET分别构成第一至第三半桥。第一至第三半桥驱动电路分别发送驱动信号至第一至第三半桥的各MOSFET的栅极，以控制各MOSFET的导通或截止；该第一至第三半桥驱动电路用于接收来自一外部控制器的控制信号；第一至第六电流检测及控制电路各包括一输入电流导体，第一至第六MOSFET中的每一个的源极与漏极之间的电流流经相应的一输入电流导体。其中，第一至第六电流检测及控制电路接收一通用输入DC电压，并将其作为一工作电压；其中，当输入DC电压为高电平时，每一电流检测及控制电路根据对应的输入电流导体的电流输出一开关控制信号；当输入DC电压为低电平时，每一电流检测及控制电路输出一间歇性关断信号。来自第一和第四，第二和第五，第四和第六电流检测及控制电路的开关控制信号分别输入至第一至第三半桥驱动电路。
【附图说明】
[0015]图1为本发明第一较佳实施例的使用MOSFET的动态开关整流电路的电路示意图。
[0016]图1A为本发明第一实施例替代方案的使用MOSFET的动态开关整流电路的电路示意图。
[0017]图2为本发明较佳实施例的用于电流检测的霍尔效应开关的电路示意图。
[0018]图3为本发明较佳实施例的各种电压和电流信号的波形示意图。图4为本发明第一实施例应用于单相半波配置中的动态开关整流电路的示意图。
[0019]图4A为本发明第一实施例的另一替换方案应用于单相半波配置中的动态开关整流电路的不意图。
[0020]图5为本发明第二实施例应用于一双相中心抽头全波配置的动态开关整流电路的示意图。
[0021]图6为本发明第三实施例中应用于单相全桥配置的动态开关整流电路的示意图。
[0022]图7为本发明第四实施例中应用于三相全桥全波配置的动态开关整流电路的示意图。
[0023]图8为本发明第五实施例使用一 MOSFET的动态开关整流电路的示意图。
[0024]图9为本发明第五实施例应用于单相半波配置的动态开关整流电路的示意图。
[0025]图10为本发明第六实施例应用于单相全桥配置的动态开关电路的示意图。
[0026]图11为本发明第六实施例应用于单相全桥配置的动态开关整流电路的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:
[0028]本发明的各具体实施提供动态开关整流电路，用于AC-DC整流，适用于各种AC配置如单相半波、中心抽头双相全波、单相全波和三相全波等。以上每一整流电路包括三主要部件:一用于实现整流功能的MOSFET ; —电流检测及控制电路，用于检测通过MOSFET的电流值，以产生一开或关信号至MOSFET ;以及一电源电路，用于提供工作电压给电流检测及控制电路。
[0029]图1为本发明第一实施例的动态开关整流电路的示意图，其应用于单相半波配置中，该动态开关整流电路包括一 MOSFET I，优选为N通道功率MOSFET ;—电流检测和控制电路2以及一电源电路3。本电路的AC输入端为单相交流电源，其包括一相线L和一中线N。MOSFET I的源极S连接该相线L，MOSFET I的漏极D连接正DC输出端DC+。AC中线N相当于负DC端DC-。DC负载连接于正DC输出端DC+和负DC输出端DC-之间。流经MOSFETI的电流流过电流检测及控制电路2的一输入导体202。电流检测及控制电路2中仅该输入导体202可电性导通电流，其他元件均不可以，损耗可忽略不计。电流检测及控制电路2产生一控制信号Out，以输入至MOSFET I的栅极G，进而控制MOSFET I导体或截止。电流检测及控制电路2的地线GND连接MOSFE