CN102624251A - 多相发电机整流器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多相发电机整流器，该多相发电机整流器的每一相包含有至少一正电整流元件以及至少一负电整流元件，其中，该负电整流元件具有通过同极连接方式并联的一萧特基二极管(schottky diode)以及一具有雪崩崩溃(avalanche breakdown)效应的二极管，且该萧特基二极管的正极连接该输入端口，而负极连接该输出端口的负电端，利用上述设计达到低耗能及高压保护的目的。

Description

多相发电机整流器
技术领域
本发明涉及整流器，更详而言之是指一种多相发电机整流器。
背景技术
如汽车发电机等交流发电机通常设有一电压调整器(voltageregulator)以及一整流器(rectifier)，并通过上述电压调整器及整流器将发电机的输出由交流电转换成用以对电瓶充电或是其它利用的直流电。
而常用工作于发电机高电压、高电流环境的整流器，其每一相大多是由两个硅半导体(P、N junction)的耐高压二极管串接组成，以避免受发电机的瞬间异常高压(约250伏特)击穿，而上述的二极管的顺向压降(forward voltage drop)约为1伏特左右，若发电机输出150安培的电流，将产生150瓦的能量损耗，且该能量损耗会转换能热能而集中在整流器上，须利用散热片通过将热能散出，以避免二极管过热而烧毁。所以，当发电机输出越大时，将越需要将需要大面积的二极管晶片、及大体积的散热片来增加有效散热面积的大小，以提升散热的效果。然而，此举不仅会造成整体的体积及重量增加，且越大片的晶片因热胀冷缩而影响其可靠度的程度也越大。
另外，近年来，为降低与发电机关联的电子零件因受发电机的瞬间异常高压而损坏的机率，前述的硅半导体二极管逐渐由雪崩二极管(avalanche diode)所取代，利用雪崩二极管的雪崩崩溃(avalanchebreakdown)效应将电压牵制在一额定低压(约23伏特)内，以避免电子零件受发电机的瞬间异常高压而损坏。然而，上述的雪崩二极管不仅须执行整流的功能，亦须吸收瞬间异常电压所产生的焦耳数，此将造成雪崩二极管比前述的硅半导体二极管产生的热量更多，换言之，雪崩二极管不仅更容易因过热而损坏，亦需使用更大面积的晶片以及更大体积的散热片，而造成可靠度降低以及成本增加。
再者，亦有业者为减少大电流输出发电机(heavy duty alternator)的整流器的热效应，而利用两颗硅半导体二极管并联当成一组整流源件来使用，以平均分担因功率损耗所造成的热效应。然而，硅半导体二极管的顺向压降属负温度系数特性，当温度越高时则顺向压降越低，而电流将会集中流向顺向压降较低的硅半导体二极管，将使得温度高者越来越高，而无法自动调整来平均分担电流。
综合以上所述可得知，已知的整流器设计仍未臻完善，且尚有待改进的处。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多相发电机整流器，不仅具有低能量耗损的特性，同时更具有高压保护的功能。
缘以达成上述目的，本发明所提供的多相发电机整流器包含有一输入端口以及一输出端口，该输入端口用以接收交流电；该输出端口用以输出直流电，且该输出端口具有一正电端以及一负电端；另外，该多相发电机整流器的每一相包含有至少一正电整流元件以及至少一负电整流元件，其中，该正电整流元件一端连接该输入端口，且另一端连接该输出端口的正电端；该负电整流元件一端连接该输入端口，且另一端连接该输出端口的负电端，而与该正电整流元件串联；该负电整流元件具有通过同极连接方式并联的一萧特基二极管(schottky diode)以及一具有反向崩溃(reversebreakdown)效应的二极管，且该萧特基二极管的正极连接该输入端口，该萧特基二极管的负极连接该输出端口的负电端。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的电路图；
图2为上述本发明第一较佳实施例正整流时的电流流向；
图3为上述本发明第一较佳实施例负整流时的电流流向；
图4为本发明第二较佳实施例的电路图；
图5揭示本发明亦适用于的Y接三相发电机；
图6揭示本发明亦适用于的Y接三相四线发电机。
【主要元件符号说明】
1 多相发电机整流器
10 输入端口
11 R相端        12 S相端    13 T相端
14 N相中间抽头端
20 输出端口
21 正电端    22 负电端
31 R相正电整流元件    32 S相正电整流元件
33 T相正电整流元件    34 N相正电整流元件
41 R相负电整流元件    42 S相负电整流元件
43 T相负电整流元件    44 N相负电整流元件
2多相发电机整流器
50 输入端口
60 输出端口
71～73 正电整流元件
81～83 负电整流元件
SD 萧特基二极管    AD 雪崩二极管
100、300、400 发电机
200 负载
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合图示详细说明如后。
请参阅图1，为本发明第一较佳实施例的多相发电机整流器1，用以将一△接的三相发电机100产生的交流电转换成直流电后输出。该多相发电机整流器1包含有一输入端口10、一输出端口20、三组正电整流元件31～33以及三组负电整流元件41～43。其中：
该输入端口10用以接收三相发电机100产生的三相交流电，且该输入端口包含有R相端11、S相端12以及T相端13，并分别与该三相发电机100的R相、S相及T相连接。
该输出端口20用以将整流后得到的直流电输出，且该输出端口20具有一正电端21以及一负电端22，用以分别代表该多相发电机整流器1输出的直流电的正极与负极。
该三正电整流元件31～33分别为R相正电整流元件31、S相正电整流元件32以及T相正电整流元件33，该等正电整流元件31～33的一端同时与该输出端口20的正电端21连接，而另一端则分别对应连接该输入端口10的R相端11、S相端12以及T相端13。该等正电整流元件31～33分别包含有通过同极连接方式并联的一萧特基二极管SD(schottky diode)以及一具有反向崩溃(reverse breakdown)效应的雪崩二极管AD(avalanche diode)，且该等正电整流元件31～33的萧特基二极管SD的正极连接该输出端口20的正电端21，而负极则连接该输入端口10。
该等负电整流元件41～43分别为R相负电整流元件41、S相负电整流元件42以及T相负电整流元件43。该等负电整流元件41～43的一端同时与该输出端口20的负电端22连接，而另一端则分别与对应的该正电整流元件31～33连接该输入端口10的该端连接。各该负电整流元件41～43同样包含有通过同极连接方式并联的一萧特基二极管SD(schottky diode)以及一雪崩二极管AD(avalanche diode)，且该等负电整流元件41～43的萧特基二极管SD的正极连接该输入端口10，而负极则连接该输出端口20的负电端22。
使用萧特基二极管SD的目的在于其低顺向压降(约小于0.6伏特)的特性，将使得该多相发电机整流器1在整流时，电流将会集中流向顺量压降较低的萧特基二极管SD，且在固定电流下，越低的顺向压降将使得功率耗损越低，而功率损耗所产生的热能也将随的越低，换言之，其所需的晶片面积及散热片体积将因此而大幅降低。
请参阅图2，以该三相发电机100的R-S相电源为例，当R-S相电源为正电压时，电流由该R相端11流入并通过该R相正电整流元件31的萧特基二极管SD后，由该输出端口20的正电端21输出至一负载200(如电瓶)，再由输出端口20的负电端22流入，最后经过形成串联回路的该S相负电整流元件42的萧特基二极管SD而由S相端12流出。反之，当该三相发电机100的R-S相电源如图3所示为负电压时，电流由该S相端12流入并通过该S相正电整流元件32的萧特基二极管SD后，由该输出端口20的正电端21输出至该负载200，再由输出端口20的负电端22流入，最后经过形成串联回路的该R相负电整流元件41的萧特基二极管SD而由R相端11流出。通过此，利用上述图2与图3配合而达到全波整流的目的。而S-T相电源与T-R相电源的整流原理与上述R-S相电源的整流原理相同，于此容不再赘述。
另外，将萧特基二极管SD与雪崩二极管AD并联的目的在于萧特基二极管SD除具有低顺向压降的特性外，亦伴随有低反向耐压(最高约为200伏特左右)的特性，因此，在该三相发电机100高电压、高电流的整流环境中，将容易造成萧特基二极管SD被瞬间异常高压击穿而损毁。是以，通过将萧特基二极管SD与雪崩二极管AD并联，在该三相发电机100产生瞬间异常高压时，将造成该雪崩二极管AD反向崩溃而产生反向崩溃电压(约19～23伏特)，且瞬间异常高压产生的焦耳数将被雪崩二极管AD吸收，将使得萧特基二极管SD两端的电压被控制在该雪崩二极管AD的反向崩溃电压内，换言之，萧特基二极管SD的反向耐压只要设计在25伏特左右即可避免烧毁的情事发生。另外，萧特基二极管SD同时具有反向耐压越低，其顺向压降越低的特性，是以，萧特基二极管SD的反向耐压设计在25伏特的低压时，将使其同时具有较低的顺向压降，而导致其整流时的功率耗损也将随之降低。再者，因雪崩二极管AD不必执行整流只负责吸收瞬间异常高压产生时的焦耳数，将不会因多任务而造成温度过高，而使得其所需的晶片面积及散热片体积同样因此而大幅降低。
请参阅图4，为本发明第二较佳实施例的多相发电机整流器2，同样用以将该△接的三相发电机100产生的交流电转换成直流电后输出。该多相发电机整流器2包含有与上述实施例相同结构的一输入端口50、一输出端口60以及三组负电整流元件81～83，与此容不再赘述。而与上述实施例不同处在于该多相发电机整流器2的各正电整流元件71～73仅具有单一萧特基二极管SD而已，上述设计的目的是因为电路中电子的实际流动方向与电流相反，换言之，当该三相发电机100的瞬间异常高压产生时，电子将大量往该等负电整流元件81～83移动，是以，该等负电整流元件81～83的雪崩二极管AD只要设计能分摊掉瞬间异常电压所产生的焦耳数，将可同样达到保护该等萧特基二极管DS不会被瞬间异常高压烧毁的目的。另外，因内部总构件数减少，将可降低整体晶片面积及散热片体积，进一步达到降低成本的功效。
必须说明的是，本发明的多相发电机整流器除适用于上述的△接的该三相发电机100外，以第一实施例为例，该多相发电机整流器1亦同样适用于如图5所示的Y接三相发电机300上；或是如图6所示，在该多相发电机整流器1的构件基础下多增加一组N相正电整流元件34以及一组N相负电整流元件44，且在输入端口多增加一N相中间抽头端14，通过用在Y接三相四线发电机400上，而其达成的功效与上述各实施例无异，于此容不再赘述。当然，除上述的三相发电机外，本发明亦适用于其它结构的多相发电机。除第一实施例所述的该多相发电机整流器1外，第二实施例的该多相发电机整流器2亦可达到相同的效果。
另外，本发明除使用雪崩二极管外，亦可依需求改用同样具有反向崩溃(reverse breakdown)效应的齐纳二极管(zener diode)或是瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)来达到高压保护的效果。
再者，只要在负电整流元件中使用同极连接方式并联的一萧特基二极管(schottky diode)以及一雪崩二极管(avalanche diode)来达到低耗能与高压防止的目的，其正电整流元件不管使用何种构件来达到整流的目的，亦属本发明的其它实施态样而已。
综合以上所述可得知，本发明的多相发电机整流器不仅具有低能量耗损的特性，同时更具有高压保护的功能。
以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (7)

1.一种多相发电机整流器，其特征在于，包含有一输入端口以及一输出端口，该输入端口用以接收交流电；该输出端口用以输出直流电，且该输出端口具有一正电端以及一负电端；另外，该多相发电机整流器的每一相包含有：
至少一正电整流元件，一端连接该输入端口，且另一端连接该输出端口的该正电端；
至少一负电整流元件，一端连接该输入端口，且另一端连接该输出端口的该负电端，而与该正电整流元件串联；该负电整流元件包含有通过同极连接方式并联的一萧特基二极管以及一具有反向崩溃效应的二极管，且该萧特基二极管的正极连接该输入端口，该萧特基二极管的负极连接该输出端口的该负电端。
2.如权利要求1所述的多相发电机整流器，其特征在于，该正电整流元件包含有一萧特基二极管，且该正电整流元件的萧特基二极管的负极连接该输入端口，而正极则连接该输出端口的该正电端。
3.如权利要求2所述的多相发电机整流器，其特征在于，该正电整流元件还包含一具有反向崩溃效应的二极管，且该具有反向崩溃效应的二极管通过同极连接方式与该正电整流元件的萧特基二极管并联。
4.如权利要求3所述的多相发电机整流器，其特征在于，该正电整流元件的具有反向崩溃效应的二极管为一雪崩二极管。
5.如权利要求1所述的多相发电机整流器，其中，该具有反向崩溃效应的二极管为一雪崩二极管。
6.如权利要求1所述的多相发电机整流器，其特征在于，包含有三个正电整流元件以及三个负电整流元件，且该输入端口包含有一R相端、一S相端以及一T相端，其中，该等正电整流元件的一端分别连接该输入端口的该R相端、该S相端以及该T相端，另一端则同时连接该输出端口的该正电端；该等负电整流元件的一端分别与对应的该正电整流元件连接该输入端口的该端连接，另一端则同时连接该输出端口的该负电端。
7.如权利要求1所述的多相发电机整流器，其特征在于，包含有四个正电整流元件以及四个负电整流元件，且该输入端口包含有一R相端、一S相端、一T相端以及一N相中间抽头端，其中，该等正电整流元件的一端分别连接该输入端口的该R相端、该S相端、该T相端以及该N相中间抽头端，另一端则同时连接该输出端口的该正电端；该等负电整流元件的一端分别与对应的该正电整流元件连接该输入端口的该端连接，另一端则同时连接该输出端口的该负电端。
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