電源電路及極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】一種用于升壓電路(24)的電源電路(22)包括一個(gè)二極管(34)和第一可控半導(dǎo)體(28)，其中，在第一可控半導(dǎo)體(28)的主電流方向(38)上，二極管(34)與第一可控半導(dǎo)體(28)串聯(lián)連接。二極管(34)將第一可控半導(dǎo)體(28)的輸出端(32)電連接至電源電路(22)的輸出端(44)。用于電負(fù)載(12)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)包括輸出級(26)、升壓電路(24)以及根據(jù)本發(fā)明的電源電路(22)。
【專利說明】電源電路及極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于升壓電路(voltage step-up circuit)的電源電路,其中，電源電路包括二極管和第一可控半導(dǎo)體，在第一可控半導(dǎo)體的主電流方向上，二極管與第一可控半導(dǎo)體串聯(lián)連接。
[0002]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于電負(fù)載的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路，其中，極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路包括輸出級和升壓電路。
【背景技術(shù)】
[0003]US6611410B1描述了一種包括N溝道MOSFET的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路。該MOSFET與負(fù)載串聯(lián)，以使MOSFET的(內(nèi)部)體二極管在不具有反轉(zhuǎn)極性的常規(guī)操作中正向連接，并防止在電源電壓端的極性反轉(zhuǎn)的情況下電流流過負(fù)載。為獲得導(dǎo)通狀態(tài)下MOSFET的漏極和源極之間的最小可能的電壓降，柵極電勢須高于極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路的電源電勢。極性反轉(zhuǎn)保護(hù)通過用于MOSFET的柵極的觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)，該觸發(fā)電路在不具有極性反轉(zhuǎn)的常規(guī)操作中僅產(chǎn)生足夠高以將MOSFET切換到導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓。利用直流電動(dòng)機(jī)和相位開關(guān)的感應(yīng)性，觸發(fā)電路被供應(yīng)有來自逆變器電路的電力。
[0004]如果沒有感應(yīng)性可被用于該目的，則觸發(fā)電路的電壓必須以另一種方式產(chǎn)生。DE19655180C2描述了包括倍壓器電路(被實(shí)現(xiàn)為充電泵)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路，其分別用于生成用于功率MOSFET的柵極電壓。為開通或關(guān)斷倍壓器電路，提供了也可由MOSFET實(shí)現(xiàn)的電子開關(guān)。
[0005]DE19845673A1描述了一種電路，其中，通過橋電路保護(hù)充電泵以防止電源的極性反轉(zhuǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電源電路，其比傳統(tǒng)的電源電路更具能量效率，和/或比傳統(tǒng)的電源電路在其生產(chǎn)中更具成本效益。
[0007]此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有這種優(yōu)勢的用于電負(fù)載的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路。
[0008]該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中被描述。
[0009]本發(fā)明基于傳統(tǒng)的電源電路，其中二極管將第一可控半導(dǎo)體的輸出端電連接至電源電路的輸出端。以這種方式，電源電路自身可在極性相反的情況下去激活。由于在這里單個(gè)二極管的阻塞能力是適當(dāng)?shù)倪@一事實(shí)，可獲得極性反轉(zhuǎn)保護(hù)功能的高可靠性。通過兩個(gè)二極管的串聯(lián)連接替代單個(gè)二極管，在兩個(gè)二極管中的一個(gè)變得不起作用的情況下，極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路的可靠性可進(jìn)一步提高。
[0010]電源電路可包括第一電或電子部件，第一電或電子部件將電源電路的電壓供給端電連接到電源電路的輸出。[0011]第一電或電子部件還可包括第一阻抗。第一阻抗提供差分電壓至可能的第一電源電壓端子。通過第一用電或電子部件的電子構(gòu)造，電源電路中的歐姆損耗可被最小化。為此目的，電源電路可被配置為推挽輸出級，例如，作為互補(bǔ)的輸出級或作為準(zhǔn)互補(bǔ)的輸出級。此外，如果第一阻抗包括電抗，提供給升壓電路的交流電壓的信號形式和/或頻譜可被第一阻抗影響。
[0012]第一阻抗可以包括第一電阻器。MOSFET在非導(dǎo)通狀態(tài)下在反向具有非常好的禁用(disabling)性能，在導(dǎo)通狀態(tài)下在正向具有非常好的導(dǎo)通性能。但是，也可使用另一種類型的場效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、IGBT或另一種類型的可控半導(dǎo)體開關(guān)，代替MOSFET用于第一可控半導(dǎo)體。
[0013]第一可控半導(dǎo)體可包括M0SFET，尤其是N溝道MOSFET。
[0014]第一可控半導(dǎo)體可包括雙極型晶體管，尤其是npn晶體管。
[0015]本發(fā)明基于傳統(tǒng)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路，其中極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路包括根據(jù)本發(fā)明的電源電路。以這種方式，可在極性反轉(zhuǎn)的情況下，防止電壓將施加于輸出級的控制輸入端，在極性反轉(zhuǎn)的情況下，其可能將輸出級切換至導(dǎo)通狀態(tài)。
[0016]極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路可包括第二電或電子部件，其將輸出級的控制輸入端電連接到輸出級的電壓供給端。利用第二電或電子部件的電子構(gòu)造，通過增加歐姆導(dǎo)通狀態(tài)的DC電阻，輸出級的歐姆損耗可被最小化，而無需在輸出級的控制輸入端和電壓供給端之間的電壓均衡。如果阻抗包括電抗分量，它可用于影響提供給輸出級的控制輸入端的交流電壓的信號形式和/或頻譜。
[0017]第二電或電子部件可包括第二阻抗。
[0018]第二阻抗可包括第二電阻器。
[0019]輸出級可包括第二可控半導(dǎo)體。
[0020]第二可控半導(dǎo)體的源電極或漏電極可電連接到極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路的電壓供給端。以這種方式，電負(fù)載的電源電壓也可用于該電源電路。
[0021]在輸出級的正常工作模式下，第二可控半導(dǎo)體的體二極管被定向于正向。
[0022]第二可控半導(dǎo)體可包括M0SFET，尤其是N溝道MOSFET。MOSFET在非導(dǎo)通狀態(tài)下在反向具有非常好的勢壘(barrier)性能，在導(dǎo)通狀態(tài)下在正向具有非常好的導(dǎo)通性能。但是，也可使用另一種類型的場效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、IGBT或另一種類型的可控半導(dǎo)體開關(guān)，代替MOSFET用于第二可控半導(dǎo)體。
[0023]升壓電路可包括倍壓器電路和/或維拉德(Villad)電路和/或格萊納赫(Greinacher)電路和/或德隆(Delon)電路。以這種方式可在不具有感應(yīng)性的情況下實(shí)現(xiàn)電壓增加。感應(yīng)性通常難以在集成電路中實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]現(xiàn)將參考附圖，借助特別優(yōu)選的實(shí)施例通過舉例的方式描述本發(fā)明，在附圖中:
[0025]圖1示出了用于電負(fù)載的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路的示意性框圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]首先，將描述圖中I所示的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路10的實(shí)施例的構(gòu)造。用于電負(fù)載12的電壓供應(yīng)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路10可包括一對用于電源電壓Utl的端子14、16、一對用于交流電壓信號Uw的端子18、20、電源電路22、升壓電路24以及輸出級26。
[0027]電源電路22可包括增強(qiáng)型的第一 N溝道M0SFET28，該M0SFET28的源電極30被連接到電源電壓U0的負(fù)端16。第一 M0SFET28的漏電極32可通過串聯(lián)連接34、36連接到電源電壓U0的正端14。該串聯(lián)連接34、36可包括在正常操作(不具有極性反轉(zhuǎn)的操作)下被切換到正向38中的二極管34，以及第一電阻器36。第一電阻器36的第一端40可被連接到電源電壓U0的正端14。二極管34的陰極42可被連接到第一 M0SFET28的漏電極32。電阻器36的另一端41可被連接到二極管34的陽極43，并可作為電源電路22的輸出端44，輸出端44被提供并且適于為升壓電路24的輸入端46提供交流電壓Uy。
[0028]在圖中I所示的實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的格萊納赫電路被用作升壓電路24?？商鎿Q的，本文也可使用包括或不包括感應(yīng)性的任何其他類型的升壓電路24。升壓電路24的輸出端47可連接到輸出級26的控制輸入端48。第二可控半導(dǎo)體50的柵極電容，可部分或甚至專門地用作格萊納赫電路的電容C2。
[0029]輸出級26可包括第二 N溝道M0SFET50和第二電阻器52。第二 M0SFET50的源電極54可連接到電源電壓Utl的正端14。第二 M0SFET50的漏電極56可連接到用于連接和操作電負(fù)載12的受控的負(fù)載輸出端58。負(fù)載12可連接和工作在負(fù)載輸出端58和電源電壓UO的負(fù)端16之間。第二電阻器52可連接在第二 M0SFET50的柵極60和電源電壓U0的正端14之間。
[0030]第二 M0SFET50可包括體二極管62。該體二極管62可被切換到輸出級26的主要正向64上，用于不具有極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路10的極性反轉(zhuǎn)的操作模式。在具有反轉(zhuǎn)極性的操作模式下，那么，體二極管62被切換到反向。
[0031]現(xiàn)在，將對極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路10的實(shí)施例的功能性原則進(jìn)行解釋。極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路10可包括兩個(gè)反轉(zhuǎn)極性保護(hù)功能。第一反轉(zhuǎn)極性保護(hù)功能可保護(hù)電負(fù)載12以防極性反轉(zhuǎn)。該第一反轉(zhuǎn)極性保護(hù)功能存在于:在電源電壓Utl的極性反轉(zhuǎn)的情況下，第二M0SFET50的漏極56和源極54之間區(qū)段是高歐姆。一方面，這可通過在電路中設(shè)置第二M0SFET50以使得其體二極管62在極性反轉(zhuǎn)的情況下被定向于反向來實(shí)現(xiàn)。由此得出，在正常操作和無反轉(zhuǎn)極性期間，體二極管62可被定向于輸出級26的正向64。
[0032]因此，在正常操作中，輸出級26不是必須被提供用于開通和關(guān)斷電負(fù)載12。另一方面，體二極管62通常只具有適度的導(dǎo)通狀態(tài)屬性，以便應(yīng)用是良好可想象的，其中，第二M0SFET50在貫通連接及非貫通連接狀態(tài)下的電導(dǎo)之間的差值是足夠用于該應(yīng)用的適當(dāng)?shù)牟僮?，雖然體二極管62被定向在正向64。在這些情況下，第二M0SFET50不僅可用作反轉(zhuǎn)極性保護(hù)，也可用作切換應(yīng)用。
[0033]為保護(hù)電負(fù)載12以防止極性反轉(zhuǎn)，在電源電壓Utl的極性反轉(zhuǎn)的情況下，第二M0SFET50不切換到導(dǎo)通狀態(tài)。要做到這一點(diǎn)，可將能夠影響第二 M0SFET50的柵電極60和源電極54之間的電壓降低的電阻器52設(shè)置在第二 M0SFET50的柵極60和第一電源電壓端14之間。為防止柵電極60和源電極54之間產(chǎn)生電壓Uz，在極性反轉(zhuǎn)的情況下，無論如何需中斷或禁用柵極60的電壓供應(yīng)。這可通過在極性反轉(zhuǎn)的情況下(并且，特別是還在極性反轉(zhuǎn)期間的激活的情況下)阻止電流流經(jīng)電源電路22來實(shí)現(xiàn)。為此，二極管34可然后被切換至反向。以此方式，在極性反轉(zhuǎn)的情況下，電源電路22不會(huì)放大由交流電壓信號源0%所提供的交流電壓信號uw。電源電路22可然后不再為升壓電路24提供交流電壓Uy。因此，升壓電路24也就無法提供高到足以將第二 M0SFET50切換到導(dǎo)通狀態(tài)的輸入電壓U0+Uz至輸出級26的控制輸入端48。在極性反轉(zhuǎn)期間的激活的情況下，二極管34尤其也可防止第二可控半導(dǎo)體50的柵極60被供應(yīng)有激活脈沖，激活脈沖否則在極性反轉(zhuǎn)的情況下將經(jīng)由第一可控半導(dǎo)體28、輸入電容器Cl和串聯(lián)二極管D2被傳輸至柵極60，并且激活脈沖對輸出級26和/或電負(fù)載12的影響是特別不利的。
[0034]利用所建議的在電源電路22中的單電流閥34的有利的設(shè)置，可成功地提供有效的反轉(zhuǎn)極性保護(hù)，因?yàn)榕c常規(guī)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路相比，其需要較少的元件數(shù)量。
[0035]說明書、權(quán)利要求書和附圖旨在還公開了與所明確描述的實(shí)施例互補(bǔ)的實(shí)施例。例如，如果采用P溝道MOSFET替代N溝道M0SFET28、50，則可使用負(fù)電源電壓替代正電源電壓Utl，且升壓電路24的輸出的極性是相反的，或使用互補(bǔ)的升壓電路。
[0036]附圖標(biāo)記
[0037]10極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路
[0038]12電負(fù)載
[0039]14 電源電壓U。的正端
[0040]16電源電壓U。的負(fù)端
[0041]18交流電壓信號Uw的第一端
[0042]20交流電壓信號Uw的第二端
[0043]22電源電路
[0044]24升壓電路
[0045]26輸出級
[0046]28第一可控半導(dǎo)體；第一 MOSFET
[0047]30 第一 M0SFET28 的源電極
[0048]32 第一 M0SFET28 的漏電極
[0049]34 二極管
[0050]36第一電阻器
[0051]38第一 M0SFET28的主要正向
[0052]40 電阻器36的第一端
[0053]41電阻器36的第二端
[0054]42 二極管34的陰極
[0055]43 二極管34的陽極
[0056]44電源電路22的輸出端
[0057]46升壓電路24的輸入端
[0058]47升壓電路24的輸出端
[0059]48輸出級26的控制輸入端
[0060]50第二可控半導(dǎo)體；第二 MOSFET
[0061]52第二電阻器
[0062]54 第二 M0SFET50 的源電極
[0063]56 第二 M0SFET50 的漏電極[0064]58輸出級26的負(fù)載輸出端
[0065]60 第二 M0SFET50 的柵極
[0066]62體二極管
[0067]64輸出級26的正向，
[0068]Osc振蕩器
[0069]U0電源電壓
[0070]Uw交流電壓信號
[0071]Uy交流電壓
[0072]Uz升壓(boost)
[0073]Cl格萊納赫電路24的輸入電容器
[0074]C2格萊納赫電路24的平滑電容器
[0075]Dl格萊納赫電路24的鉗位二極管
[0076]D2格萊納赫電路24的串聯(lián)二極管
【權(quán)利要求】
1.一種用于升壓電路(24)的電源電路(22)，其中，所述電源電路(22)包括二極管(34)和第一可控半導(dǎo)體(28)，在所述第一可控半導(dǎo)體(28)的主電流方向(38)上，所述二極管(34)與所述第一可控半導(dǎo)體(28)串聯(lián)連接，其特征在于，所述二極管(34)將所述第一可控半導(dǎo)體(28)的輸出端(32)電連接至所述電源電路(22)的輸出端(44)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源電路(22)，其特征在于，所述電源電路(22)包括第一電或電子部件(36)，所述第一電或電子部件(36)將所述電源電路(22)的電壓供給端(14)電連接到所述電源電路(22)的輸出端(44)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源電路(22)，其特征在于，所述第一電或電子部件(36)包括第一阻抗(36)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源電路(22)，其特征在于，所述第一阻抗(36)包括第一電阻器(36) ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的電源電路(22)，其特征在于，所述第一可控半導(dǎo)體(28)包括MOSFET，尤其包括N溝道MOSFET。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的電源電路(22)，其特征在于，所述第一可控半導(dǎo)體(28)包括雙極型晶體管，尤其包括npn晶體管。
7.一種用于電負(fù)載(12)的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其中，所述極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)包括輸出級(26)和升壓電路(24)，其特征在于，還包括根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的電源電路(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，第二電或電子部件(52)將所述輸出級(26)的控制輸入端(48)電連接到所述輸出級(26)的電壓供給端(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述電或電子部件(52)為第二阻抗(52)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述第二阻抗(52)為第二電阻器(52)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中的任一項(xiàng)所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述輸出級(26)包括第二可控半導(dǎo)體(50)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述第二可控半導(dǎo)體(50)的源電極(54)或漏電極(56)電連接到所述極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)的電壓供給端(14)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，在所述輸出級(26)的正常操作模式下，所述第二可控半導(dǎo)體(50)的體二極管(62)被定向于正向(38)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中的任一項(xiàng)所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述第二可控半導(dǎo)體(50)包括MOSFET，尤其包括N溝道MOSFET。
15.根據(jù)權(quán)利要求7-14中的任一項(xiàng)所述的極性反轉(zhuǎn)保護(hù)電路(10)，其特征在于，所述升壓電路(24)包括倍壓器電路和/或維拉德電路和/或格萊納赫電路和/或德隆電路。
【文檔編號】H02J7/00GK103765517SQ201280026816
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月30日
【發(fā)明者】U·里希特 申請人:韋巴斯托股份公司