CN106208754B - 整流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种整流器，所述整流器包括：第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；交叉连接器，被配置为当第一高侧开关或第二高侧开关断开时，允许第一高侧开关或第二高侧开关的寄生电容流到地。

Description

整流器
本申请要求于2015年5月28日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0075108号韩国专利申请的权益，该申请的全部公开出于各种目的通过引用合并于此。
技术领域
以下描述涉及整流器。
背景技术
各种电子装置接收高压交流(AC)电力，将高压AC电力转换为直流(DC)电力，并且使用DC电力作为驱动电力。为此目的，电子装置使用将高压AC电力转换为具有预定功率级的DC电力的整流器。
在这样的整流器中，即使当高压AC电源被输入时，有效地将高压AC电力转换为DC电力也是重要的。为此目的，通常已使用大型开关装置。也就是说，这样的大型开关装置已被用于供应足量的电流。然而，在这样的传统的整流器中，存在一个问题：随着开关装置尺寸的增大，当开关装置执行断开操作时，也就是说，当开关装置将电力从高功率级转换为低功率级时，存储在开关装置中的寄生电容器的电荷的耗散可被延迟。
因此，从负载端看，寄生电容器存在于开关装置中。因此，直接地形成开关装置的下降沿，并且要求预定的时间段以使开关装置放电。结果，可能发生开关损耗。
发明内容
提供本发明内容以用简化的形式介绍构思的选择，其中，所述构思的选择在以下的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不意在识别所要求保护的主题的关键特征和必要特征，也不意在在确定所要求保护的主题的范围时作为帮助而被使用。
根据一个总体方面，一种整流器包括：第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；交叉连接器，被配置为当第一高侧开关或第二高侧开关断开时，允许第一高侧开关或第二高侧开关的寄生电容流入地。
交叉连接器可包括：第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
第一交叉开关和第二交叉开关可包括连接到地端的源极端。
第一高侧开关和第二高侧开关可被配置为根据输入交流电压的极性的改变而交替地进行操作。
第一低侧开关和第二低侧开关可被配置为执行分别与第二高侧开关和第一高侧开关一致的开关操作。
交叉连接器可包括：第一交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；第二交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
第一交叉开关和第二交叉开关可被配置为执行分别与第一高侧开关和第二高侧开关一致的开关操作。
根据另一总体方面，一种整流器包括：第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；交叉连接器，被配置为当第一高侧开关或第二高侧开关断开时，允许第一高侧开关或第二高侧开关的寄生电容流入地；第一电平移位器和第二电平移位器，分别连接到第一高侧开关和第二高侧开关的栅极端。
第一电平移位器和第二电平移位器可被配置为分别调整第一高侧开关和第二高侧开关的栅极电压，以使第一高侧开关和第二高侧开关的栅-源电压相同。
交叉连接器可包括：第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
第一交叉开关和第二交叉开关可包括连接到地端的源极端。
第一高侧开关和第二高侧开关可被配置为根据输入交流电压的极性的改变而交替地进行操作。
第一低侧开关和第二低侧开关可被配置为执行分别与第二高侧开关和第一高侧开关一致的开关操作。
交叉连接器可包括：第一交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；第二交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
第一交叉开关和第二交叉开关可被配置为执行分别与第一高侧开关和第二高侧开关一致的开关操作。
根据另一总体方面，一种整流器包括：第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
第一交叉开关可被配置为允许第二高侧开关的寄生电容经过第一交叉开关流入地；第二交叉开关可被配置为允许第一高侧开关的寄生电容经过第二交叉开关流入地。
所述整流器还可包括：电平移位器，连接到第一高侧开关和第二高侧开关的栅极端，并且被配置为调整第一高侧开关和第二高侧开关的栅极电压，以使第一高侧开关和第二高侧开关的栅-源电压相同。
其它特征和方面将从以下的具体实施方式、附图和权利要求中变得显而易见。
附图说明
图1是根据实施例的整流器的电路图。
图2是示出针对图1的整流器中的输入交流(AC)电压的开关信号的示例的曲线图。
图3是根据另一实施例的整流器的电路图。
图4和图5是示出图3的整流器的断开操作的电路图。
图6是针对输入到图3至图5的整流器的AC电压的开关信号的曲线图的示例。
图7是根据另一实施例的整流器的电路图。
图8是示出针对输入到图7的整流器的AC电压的电平的增加，图7的整流器的输出的示例的曲线图。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。为了清楚、说明和方便，附图可以不按比例绘制，且附图中元件的相对尺寸、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供以下的具体实施方式来帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的方法、设备和/或系统的各种变化、修改和等同物对于本领域的普通技术人员将是清楚的。除了必须以特定顺序发生的操作之外，在此描述的操作的顺序仅为示例且不是限于在此阐述的那些，而是可如对本领域的普通技术人员将是清楚的那样改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略对本领域的普通技术人员公知的功能和结构的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式被实现且不应被解释为限于在此描述的示例。相反，在此描述的示例已被提供，使得本公开将是充分和完整的，并将本公开的整个范围传达给本领域的普通技术人员。
图1是根据实施例的整流器10的电路图。参照图1，整流器10包括第一低侧开关M1和第二低侧开关M2、第一高侧开关M3和第二高侧开关M4以及输出电容器C。
第一低侧开关M1和第二低侧开关M2可根据输入交流电压VINP和VINN的极性而交替地操作。第一高侧开关M3和第二高侧开关M4还可根据输入交流电压VINP和VINN的极性而交替地操作。
例如，第一低侧开关M1和第二高侧开关M4可同时地执行开关操作，第二低侧开关M2和第一高侧开关M3可同时地执行开关操作。
根据多个开关的交替开关操作，输入交流电压VINP和VINN被累积在输出电容器C中，负载RL使用累积在输出电容器C中的电压。
在第一低侧开关M1和第二低侧开关M2中，由于源极连接到地，因此栅极电压VG1和VG2可保持在恒定电平(例如，5V)，然而，在第一高侧开关M3和第二高侧开关M4中，由于源极连接到输入端，因此在没有单独的组件的情况下，栅极电压VG3和VG4可能无法保持在恒定电平，因此可能发生开关损耗。
图2是示出针对输入到图1的整流器的交流电压VINP和VINN的开关信号的示例的曲线图。图2的示例示出针对输入交流电压VINP和VINN的交流输入，第一高侧开关M3的栅极电压VG3。
如示出的，第一高侧开关M3的栅极电压VG3的下降沿10具有缓和的曲线。也就是说，第一高侧开关M3的栅极电压VG3的电平VG3_LV针对输入交流电压VINP和VINN的交流输入，在GND与VBOOST之间变化。此时，第一高侧开关M3的寄生电容被缓慢地去除，因此栅极电压VG3_LV的下降沿10具有缓和的倾斜。因此，可发生可降低整流器效率的开关损耗。
具体地说，在使用高交流输入电压的整流器中，随着开关装置的尺寸增大，寄生电容的容量增大，因此，开关损耗可进一步增大。
以下将参照图3至图8描述可阻止开关损耗的各种实施例。
图3是根据实施例的整流器100的电路图。
参照图3，整流器100包括第一低侧开关M1和第二低侧开关M2、第一高侧开关M3和第二高侧开关M4、交叉连接器110以及输出电容器C。
第一高侧开关M3和第二高侧开关M4具有连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器C的一端的漏极端。
第一低侧开关M1和第二低侧开关M2具有连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容C的另一端的源极端。
第一低侧开关M1和第二低侧开关M2针对栅极电压VG1和VG2进行操作。第一高侧开关M3和第二高侧开关M4针对栅极电压VG3和VG4进行操作。
交叉连接器110将第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的寄生电容引至地。也就是说，在第一高侧开关M3或第二高侧开关M4执行断开操作时，交叉连接器110将第一高侧开关M3或第二高侧开关M4的寄生电容引至地。
交叉连接器110包括第一交叉开关M6和第二交叉开关M5。第一交叉开关M6包括连接到第一高侧开关M3的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关M4的栅极端的漏极端。第一交叉开关M6的源极端连接到地端。第二交叉开关M5包括连接到第二高侧开关M4的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关M3的栅极端的漏极端。第二交叉开关M5的源极端连接到地端。
第一高侧开关M3和第二高侧开关M4根据输入交流电压VINP和VINN的极性的改变而交替地进行操作。例如，第一高侧开关M3与输入交流电压的第一极性VINP同步，以执行开关操作，第二高侧开关M4与输入交流电压的第二极性VINN同步，以执行开关操作。
第一低侧开关M1和第二低侧开关M2执行分别与第二高侧开关M4和第一高侧开关M3一致的开关操作。
第二交叉开关M5的漏极端连接到第一高侧开关M3的栅极，第一交叉开关M6的漏极连接到第二高侧开关M4的栅极。就这一点而言，第一交叉开关M6和第二交叉开关M5执行分别与第一高侧开关M3和第二高侧开关M4一致的开关操作。
图4和图5是示出整流器100的断开操作的电路图。以下将参照图4和图5描述整流器100的开关M1、M2、M3、M4、M5和M6的开关操作。
图4的示例示出第二高侧开关M4的从具有低电压电平变化到具有高电压电平的栅极电压，以及第一高侧开关M3的从具有高电压电平变化到具有低电压电平的栅极电压。
第一高侧开关M3的栅极电压从具有高电压电平变化到具有低电压电平，因此第一高侧开关M3的栅极电压是在下降沿状态。同时，由于第二高侧开关M4的栅极电压为高，因此第二交叉开关M5的栅极电压也为高，因此电流被施加到第二交叉开关M5。因此，第一高侧开关M3中剩余的寄生电容沿箭头A的方向经过第二交叉开关M5流入到地。
图5的示例示出第二高侧开关M4的从具有高压电平变化到具有低压电平的栅极电压，以及第一高侧开关M3的从具有低压电平变化到具有高压电平的栅极电压。
第二高侧开关M4的栅极电压从具有高压电平变化到具有低压电平，因此第二高侧开关M4的栅极电压是在下降沿状态。同时，由于第一高侧开关M3的栅极电压为高，因此第一交叉开关M6的栅极电压也为高，因此电流被施加到第一交叉开关M6。因此，第二高侧开关M4中剩余的寄生电容沿箭头A1的方向经过第一交叉开关M6流入到地。
图6是针对输入到整流器100的交流电压，第一高侧开关M3的开关信号的曲线图。
如图6中所示，第一高侧开关M3的下降沿20直线地形成。这是因为当第一高侧开关M3变化为断开状态时，第一高侧开关M3中剩余的寄生电容被快速地去除。
因此，即使增大包括在整流器100中的开关的容量(capacity)，也形成大体为直线的下降沿，因此，即使当输入高压交流时，也可使开关损失最小化。
图7是根据另一实施例的整流器200的电路图。除了整流器200还包括第一电平移位器(level shifter)121和第二电平移位器122之外，整流器200与整流器100相似。因此，可从参照以上的图3至图6提供的整流器100的前面的描述来理解整流器200的开关装置M1、M2、M3、M4、M5和M6的配置和操作。
第一电平移位器121和第二电平移位器122分别连接到第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅极端。第一电平移位器121和第二电平移位器122分别调整第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅极电压，以使第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅-源电压相同。
第一低侧开关M1和第二低侧开关M2的源极端连接到地端，因此第一低侧开关M1和第二低侧开关M2的栅极端和源极端之间的电压差(栅-源电压)可保持相同(例如，5V)。同时，第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的源极端分别连接到交流输入端的一端，因此，第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的源极端的电压可不同。因此，第一电平移位器121和第二电平移位器122可分别调整第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅极电压，以使第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅-源电压相同。
在一个实施例中，第一电平移位器121和第二电平移位器122被配置为检测输入AC电压的变化量，并且将第一高侧开关M3和第二高侧开关M4的栅极电压移位与检测的量一样多。
图8是示出针对输入到整流器200的AC电压的电压电平的增大，整流器200的输出的示例的曲线图。如图8中所示，在整流器200从第一电平移位器121和第二电平移位器122未操作的被动模式变化到第一电平移位器121和第二电平移位器122操作的主动模式的同时，即使当整流器的电压增大时，整流器也可提供稳定的输出。
如以上所阐述的，根据在此公开的示例性实施例，存储在存在于开关装置中的寄生电容器中的电荷，在开关装置执行开关操作时，可被高速地放电，因此可消除开关损耗。
尽管本公开包括特定的示例，但是对于本领域的普通技术人员而言可在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下在这些示例中做出形式和细节上的各种改变将是清楚的。在此描述的示例将仅被视为描述性的意义，而不是为了限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述应将被认为是适用于其它示例中的类似特征或方面。如果所描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果所描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其它组件或其等价物所替代或补充，则可取得合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变形应被解释为包括在本公开中。

Claims (18)

1.一种整流器，包括：
第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；
第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；
交叉连接器，被配置为当第一高侧开关或第二高侧开关断开时，允许第一高侧开关或第二高侧开关的寄生电容的电荷流到地。
2.如权利要求1所述的整流器，其中，交叉连接器包括：
第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；
第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
3.如权利要求2所述的整流器，其中，第一交叉开关和第二交叉开关包括连接到地端的源极端。
4.如权利要求1所述的整流器，其中，第一高侧开关和第二高侧开关被配置为根据输入交流电压的极性的改变而交替地进行操作。
5.如权利要求4所述的整流器，其中，第一低侧开关和第二低侧开关被配置为执行分别与第二高侧开关和第一高侧开关一致的开关操作。
6.如权利要求5所述的整流器，其中，交叉连接器包括：
第一交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；
第二交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
7.如权利要求6所述的整流器，其中，第一交叉开关和第二交叉开关被配置为执行分别与第一高侧开关和第二高侧开关一致的开关操作。
8.一种整流器，包括：
第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；
第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；
交叉连接器，被配置为当第一高侧开关或第二高侧开关断开时，允许第一高侧开关或第二高侧开关的寄生电容的电荷流到地；
第一电平移位器和第二电平移位器，分别连接到第一高侧开关和第二高侧开关的栅极端。
9.如权利要求8所述的整流器，其中，第一电平移位器和第二电平移位器被配置为分别调整第一高侧开关和第二高侧开关的栅极电压，以使第一高侧开关和第二高侧开关的栅-源电压相同。
10.如权利要求8所述的整流器，其中，交叉连接器包括：
第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；
第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
11.如权利要求10所述的整流器，其中，第一交叉开关和第二交叉开关包括连接到地端的源极端。
12.如权利要求8所述的整流器，其中，第一高侧开关和第二高侧开关被配置为根据输入交流电压的极性的改变而交替地进行操作。
13.如权利要求12所述的整流器，其中，第一低侧开关和第二低侧开关被配置为执行分别与第二高侧开关和第一高侧开关一致的开关操作。
14.如权利要求13所述的整流器，其中，交叉连接器包括：
第一交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；
第二交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
15.如权利要求14所述的整流器，其中，第一交叉开关和第二交叉开关被配置为执行分别与第一高侧开关和第二高侧开关一致的开关操作。
16.一种整流器，包括：
第一高侧开关和第二高侧开关，包括连接到交流输入端的源极端以及连接到输出电容器的一端的漏极端；
第一低侧开关和第二低侧开关，包括连接到交流输入端的漏极端以及连接到地端和输出电容器的另一端的源极端；
第一交叉开关，包括连接到第一高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第二高侧开关的栅极的漏极端；
第二交叉开关，包括连接到第二高侧开关的栅极的栅极端以及连接到第一高侧开关的栅极的漏极端。
17.如权利要求16所述的整流器，其中：
第一交叉开关被配置为允许第二高侧开关的寄生电容的电荷经过第一交叉开关流入地；
第二交叉开关被配置为允许第一高侧开关的寄生电容的电荷经过第二交叉开关流入地。
18.如权利要求16所述的整流器，还包括：电平移位器，连接到第一高侧开关和第二高侧开关的栅极端，并且被配置为调整第一高侧开关和第二高侧开关的栅极电压，以使第一高侧开关和第二高侧开关的栅-源电压相同。
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