同步整流装置以及使用该装置的交流发电机的制作方法_2

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] 二极管103a按照从正极侧主端子TK向电容器104的正极侧端子的方向连接。二 极管103a在正极侧主端子TK与负极侧主端子TA之间施加了比二极管103a的正向压降更 高的电压时,对电容器104进行充电。
[0046] 电阻103b与二极管103a串联地连接。电阻103b和二极管103a的位置不限于图 1的例子,也可W调换。电阻103b限制向电容器104的充电电流。通过增大电阻103b的电 阻值,能够降低电容器104的故障率,提高可靠性。另外,如果电容器104的可靠性没有问 题,则电阻103b未必一定需要。
[0047] 判定电路102判定负极侧主端子TA和正极侧主端子TK的各电压。判定电路102 的非反相输入端子IN+不经由电阻而与整流M0SFET101的漏极连接。判定电路102的反相 输入端子IN -不经由电阻而与整流MOSFETlOl的源极连接。由此,能够防止电阻的偏差、 溫度依赖所致的判定电路102的输入端子的电压变动。 W48] 切断电路105的电容器电压输入端子VCIN与电容器104的正极侧端子连接,电容 器电压输出端子VC0UT与判定电路102的电源电压端子VCC连接。另外,漏极电压输入端 子VDIN与整流M0S阳T101的漏极连接,接地端子GND与整流M0S阳T101的源极连接。切断 电路105在规定的条件下切断在判定电路102中流过的电流。切断电路105的端子W及布 线无需一定如上所述,可W根据切断电路105的电路结构而变化。 W例电流lie是在控制电路106中流过的电流。此处,电流lie是在判定电路102中 流过的电流、与在切断电路105中流过的电流之和。
[0050] 电容器104供给用于控制电路106进行驱动的电源。通过将电容器104用于电 源,整流装置107的端子数为2个,能够与在交流发电机140中使用的W往的整流二极管的 端子具有互换性。由此,能够将W往的整流二极管置换为该整流装置107,提高交流发电机 140的性能。W下,将该电容器104的正极侧端子的电压定义为电压Vc。将在该电容器104 中流过的电流定义为电流Ic。
[0051] 电流化分流为电流Id、电流lie、W及电流Ic。旨P,电流化为电流Id、电流lie、 W及电流Ic之和。
[0052] W下,参照图2,说明整流装置107的判定电路102的电路结构的一个例子和动作, 参照图3,说明整流装置107的切断电路105的电路结构的一个例子和动作。
[0053] 图2是示出第1实施方式中的同步整流装置107的判定电路102的一个例子的电 路图。
[0054] 判定电路102a是例如由M0S阳T构成的比较器。判定电路102a具备恒定电流电路 CC1、PM0S11、12、13、14、15、W及醒0521、22、23。在判定电路102曰的电源电压端子¥〇:与 接地端子GND之间供给电源而动作。判定电路102a比较非反相输入端子IN+的电压Vin+ 和反相输入端子IN -的电压Vin -来进行判定。 阳05引 ?]?0511、12、13构成电流镜电路。旨日,?]\?)511、12、13的漏极与电源电压端子¥〇:连 接。进而,PM0S11、12、13的栅极和PM0S11的源极连接到同一节点,并与恒定电流电路CC1 连接。该恒定电流电路CC1 W从PM0S11、12、13的栅极和PM0S11的源极的连接节点朝向接 地端子GND流过电流的方式连接。
[0056] PM0S14、15的漏极与PM0S12的源极连接。PM0S12、14、15的背栅与电源电压端子 VCC连接。PM0S14的栅极与反相输入端子IN -连接。PM0S15的栅极与非反相输入端子IN+ 连接。PM0S14的源极与NM0S21的源极和NM0S2U22的栅极连接。PM0S15的源极与NM0S22 的源极和NM0S23的栅极连接。NM0S21、22、23的漏极与接地端子GND连接。
[0057] PM0S13的源极和NM0S23的源极连接到同一节点,进而连接到输出端子OUT。 阳05引 W下,说明图2所示的判定电路102a的动作。
[0059] 如果判定电路102a的非反相输入端子IN+的电压Vin+比反相输入端子IN -的 电压Vin -更低,则相比于在PM0S12中流过的电流中的、在PM0S15中流过的电流Iin+,在 PM0S14中流过的电流lin -更小。在NM0S21中流过的电流也变少而截止。被施加与NM0S21 相同的栅极电压的NM0S22也截止,NM0S23的栅极电压提高而NM0S23导通。其结果,电流 Ioff_out从输出端子OUT流入到接地端子GND,对输出端子OUT输出对接地端子GND施加 的L电平的电压。 W60] 如果判定电路102a的非反相输入端子IN+的电压Vin+比反相输入端子IN -的 电压Vin -更高,则相比于从PMOS12流入的电流中的、在PMOS15中流过的电流Iin+,在 PM0S14中流过的电流lin -更大。流入到PM0S14的电流lin -流入到NMOS21而导通。被 施加与NMOS21相同的栅极电压的NMOS22也导通,NMOS23的栅极压降而NMOS23截止。其 结果,电流I〇n_out从电源电压端子VCC流入到输出端子OUT,对输出端子OUT输出对电源 电压端子VCC施加的Η电平的电压。
[0061] 在W上的动作中,在判定电路102a中,持续流过在PM0S11、12、13中流过的电 流。在PM0S11中持续流过由恒定电流电路CC1确定的电流,在PM0S12U3中持续流过由 PM0S11、12、13形成的镜电路、即与PM0S11的沟道宽的比来确定的电流。如果将在恒定电流 电路CC1中流过的电流设为10[μΑ],将PM0S11、12、13的沟道宽的比设为1比2比2,则在 判定电路102a中,流过50[μΑ]的电流。在本实施方式中,通过设置切断电路105,在规定 的条件下切断向判定电路102a的电源供给,不流过电流。
[0062] 图3是第1实施方式中的整流装置107的切断电路105的一个例子的电路图。 W63] 如图3所示,切断电路105具备PM0S16、NM0S24、W及电阻R1、R2。电容器电压输 入端子VCIN经由PM0S16,与电容器电压输出端子VC0UT连接。漏极电压输入端子VDIN经 由电阻R1和NM0S24,与接地端子GND连接。PM0S16的栅极与漏极电压输入端子VDIN连接。 NM0S24的栅极与PM0S16的漏极连接。电容器电压输出端子VC0UT经由具有高电阻值的电 阻R2与接地端子GND连接。
[0064] W下,说明图3所示的切断电路105的动作。 W65] 如果使切断电路105的PM0S16截止,则电容器电压输入端子VCIN和电容器电压 输出端子VC0UT之间的电流路径被切断,切断向判定电路102的电源供给。于是,电容器电 压输出端子VC0UT的电位通过在电阻R2中流过的电流,成为与接地端子GND相同的电位。 在判定电路102的电源电压端子VCC与接地端子GND之间,不施加电压,在判定电路102中 不流过电流。另外,判定电路102也在电源电压端子VCC与接地端子GND之间流过电流,所 W也可W无电阻R2。如果电容器电压输出端子VC0UT的电位降低,则NM0S24的栅极压降而 NM0S24截止,漏极电压输入端子VDIN与接地端子GND之间的电流也切断。目P,在切断电路 105切断了电源供给时,在经由控制电路106而电流在一对主端子之间流过的所有路径中, 在路径内存在的晶体管中的至少1个处于截止状态。由此,能够切断控制电路106的电流。
[0066] 如果使切断电路105的PM0S16导通,则电容器电压输入端子VCIN与电容器电压 输出端子VC0UT之间的电流路径连接,向判定电路102的电源供给的切断被解除。于是,电 容器电压输出端子VC0UT的电位上升至电容器电压输入端子VCIN,在判定电路102中流过 电流。如果电容器电压输出端子VC0UT的电位上升,则NM0S24的栅极电压上升而NM0S24 导通,在漏极电压输入端子VDIN与接地端子GND之间也流过电流。
[0067] 关于PM0S16,如果PM0S16的栅极电压WPM0S16的源极电压为基准相比PM0S的阔 值电压Vth_PM0S而降低,则导通,如果上升则截止。对PM0S16的栅极施加切断电路105的 电容器电压输入端子VCIN的电压、即电容器104的正极侧端子的电压Vc。对PM0S16的漏 极施加切断电路105的漏极电压输入端子VDIN的电压、即整流装置107的正极侧主端子TK 的电压Vka。因此,将PM0S16的阔值电压设为Vth_PM0S,W下的式(1)示出PM0S16导通的 条件。运也是切断电路105解除电源供给的切断的条件。 W側【式1】
[0069] Vka《Vc+Vth_PM0S · · · (1)
[0070] 此处,Vka :正极侧主端子ΤΚ的电压
[0071] Vc :电容器104的正极侧端子的电压
[0072] Vth_PM0S :PM0S16 的阀值电压
[007引进而,W下的式似示出PM0S16截止的条件。它还是切断电路105切断电源供给 的条件。
[0074]【式2】 阳0巧]Vka > Vc+Vth_PM0S · · · (2)
[0076] 此处,Vka :正极侧主端子ΤΚ的电压
[0077] Vc :电容器104的正极侧端子的电压
[0078] Vth_PM0S :PM0S16 的阀值电压
[0079] 在图3所示的切断电路105中,由PM0S16和NM0S24构成的保持电路保持切断的 状态或者切断解除的状态。切断电路105能够通过该保持电路,不使电流流入到切断电路 105自身而保持电流的切断状态。因此,能够减小切断状态下的控制电路106的电流。另 夕F,保持电路不限于图3所示的电路,也可W应用其他结构的保持电路。
[0080] 接下来,参照图4,说明第1实施方式中的外部2端子的自律同步整流M0SFET的整 流装置107的筛查时的电压/电流特性和效果。 阳0川图4是第1实施方式中的外部2端子的自律同步整流M0SFET的整流装置107的 筛查时的电压/电流特性。
[0082] 该图形表示在整流装置107的外部2端子、正极侧主端子TK与负极侧主端子TA 之间施加了正的电压Vka时,在各部中流过的泄漏电流的特性。实线所示的电流Ic是在电 容器104中流过的泄漏电流的特性。单点划线所示的电流Id是在整流M0SFET101中流过 的泄漏电流的特性。双点划线所示的电流lie是有切断电路105的控制电路106的泄漏电 流的特性。虚线所示的电流lie是无切断电路105时的控制电路106的泄漏电流的特性。 此处,为了比较,还一并示出了未具备切断电路105的控制电路106的电压/电流特性。运 是DC测定的结果,不包括电容器104的过渡的充电电流。在两个端子之间流过的泄漏电流 化为电流Ic、电流Id、W及电流lie之和。 阳08引如果使电压Vka从0V变大,则在整流M0S阳T101的源极与漏极之间,原样地施加 电压Vka。对控制电路106的栅极输出端子输出0V。因此,在整流M0SFET101中,流过栅极 电压是0V时的泄漏电流Id。对电容器104施加从电压Vka减去二极管103a的正向压降 V化而得到的电压。该正向压降V化为0.6V左右。在电容器104中,流过与该施加电压对 应的泄漏电流1C。
[0084] 关于控制电路106,对切断电路105的PM0S16的源极施加从电压Vka减去二极管 103a的正向压降V化而得到的电压,对PM0S16的栅极施加电压Vka。因此,PM0S16满足式 (2)所示的截止的条件,切断电路105维持电源供给的切断状态。在切断电路105是切断 状态的情况下,控制电路106的泄漏电流lie是PM0S16和NM0S24的漏极与源极之间的泄 漏电流。PM0S16和NM0S24是控制电路106内的沟道宽小的M0S,其泄漏电流相比于整流 MOS阳TlOl的泄漏电流Id、电容器104的泄漏电流Ic充分小。 阳0财在图4的例子中,使电容器104的泄漏电流Ic比整流M0S阳T101的泄漏电流Id 更大,在电容器104中流过的泄漏电流Ic最大。关于整流M0SFET101的泄漏电流Id,通过 减小忍片面积、延长沟道长、增大阔值电压等,能够减小电流值。在控制电路106中设置切 断电路105,使电容器104的泄漏电流Ic大于整流M0S阳T101的泄漏电流Id。由此,在组 装时在电容器104中产生不良而电容器104的泄漏电流Ic增加时,能够检测该泄漏电流Ic 的增加。目P,能够进行电容器104的不良的筛查。
[0086] 图4的虚线表示在无切断电路105的情况下在控制电路中流过的泄漏电流lie的 特性。判定电路102始终持续流过电流,所W相比于在电容器104中流过的泄漏电流Ic, 在控制电路106中流过的电流lie大出几位,即使由于不良而电容器104的泄漏电流Ic变 大,仍难W检测到它。
[0087] 筛查时的施加电压为例如15V。需要施加高电压
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