CN106887963A - 一种车用电源系统及mosfet有源整流器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用电源系统及MOSFET有源整流器和控制方法；一种车用电源系统，包括发电机、励磁线圈、调压器和整流器；其特征在于：整流器采用有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路；三相桥式整流器的上桥臂和下桥臂均采用MOSFET管整流；整流器控制电路接收发电机相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；本发明可广泛应用于各类车用电源系统。

Description

一种车用电源系统及MOSFET有源整流器和控制方法
技术领域
本发明涉及车用电源系统，具体涉及一种车用电源系统及有源整流器和控制方法。
背景技术
车用电源系统是将发电机的三相交流电整流后提供给负载，汽车发电机输出功率根据汽车用电负载大小在500W～2000W。汽车发电机输出的额定电压为12V或24V。
现有的车用电源系统如图1所示，在图1中，电源供给采用三相交流励磁发电机，发电机最大功率输出700W～2000W，最大输出电流50～150A。发电机由电枢线圈和励磁线圈构成。电枢线圈输出发电机能量。励磁线圈通过改变电流调整发电机磁场强度调整发动机输出功率，整流器将发电机三相交流电转换为直流电。现有汽车电源整流器通常采用硅二极管整流。调压控制器根据整流器输出电压控制电机励磁线圈电流控制电机磁场。输出电压减小时增加励磁线圈电流，反之减小励磁电流。图1中调压控制器采用的是ST公司的L9409单片调压器，励磁控制输出端为OUT，最大励磁电流小于2A。调压器电源VDD直接连接整流器输出端时，控制端C是降低调压器静态功耗设置。
现有的车用电源系统普遍存在整流效率低，整流器耗散功率大，不能解决抛载问题等缺陷。以输出电压为14V，输出电流为100A的车用电源系统为例，如果全负荷输出，二极管压降1.1～1.3V，整流器压降为2.2～2.6V，整流器功耗耗散功率为220W～260W，整流效率为84.3％～86.4％。由于整流器功耗为220W～260W，整流器散热也是一个很大问题，会导致整流器二极管过热损坏。另外，在发电机工作过程中，如果蓄电瓶突然断开(抛负载)，会导致发电机输出电压急剧增加，最坏情况下超过100V，并且持续时间会维持几百毫秒。会损坏汽车电器系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种车用电源系统及MOSFET有源整流器和控制方法。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个技术方案，一种车用电源系统，包括发电机、励磁线圈、调压器和整流器；其中：
整流器将发电机三相交流电转换为直流电，为蓄电池提供充电电压；调压器根据整流器输出电压控制励磁线圈电流；其特点是：整流器采用有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路；三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流；
整流器控制电路接收发电机相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
根据本发明所述的一种车用电源系统的优选方案，整流器控制电路包括分压电路、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器、第一、第二和第三低边控制驱动器、第一、第二和第三高边比较器以及第一、第二和第三高边控制驱动器。
分压电路对整流器的输出电压进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器；
电压比较器将分压电路输出的电压信号与第一基准电压进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机三根相线输出的信号，与整流器的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极。
根据本发明所述的一种车用电源系统的优选方案，任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
根据本发明所述的一种车用电源系统的优选方案，任一高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路，该电荷泵驱动电路包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
整流器控制电路采用CMOS电路，发电机不工作时，静态工作电流小于0.2mA，整流器可直接接入系统电源。
本发明的第二个技术方案是，一种构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路；其特征在于：三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流；
整流器控制电路接收发电机相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂与该相对应的MOSFET管关断。
根据本发明所述的一种构成车用电源系统的MOSFET有源整流器的优选方案，整流器控制电路包括分压电路、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器、第一、第二和第三低边控制驱动器、第一、第二和第三高边比较器以及第一、第二和第三高边控制驱动器。
分压电路对整流器的输出电压进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器；
电压比较器将分压电路输出的电压信号与第一基准电压进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机三根相线输出的信号，与整流器的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极。
根据本发明所述的一种构成车用电源系统的MOSFET有源整流器的优选方案，任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
根据本发明所述的构成车用电源系统的MOSFET有源整流器的优选方案，任一高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路，该电荷泵驱动电路包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门同时接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
本发明的第三个技术方案是，一种MOSFET有源整流器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、设置三相桥式整流器；三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流。
B、设置整流器控制电路，该整流器控制电路用于控制上桥臂和下桥臂的MOSFET管。
C、整流器控制电路接收发电机相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
本发明所述的一种车用电源系统及有源整流器和控制方法的有益效果是：本发明具有整流效率高，功率耗散小，可靠性高、综合成本低的特点，解决了车用电源系统抛载问题；当整流器输出电压过高时，有源整流器控制电路控制下桥臂的MOSFET导通，将发电机输出短路，高电压不能通过整流器输出。本发明可广泛应用于车用电源系统。
附图说明
图1是现有技术车用电源系统的原理方框图。
图2是本发明所述的一种车用电源系统的原理方框图。
图3是本发明所述的整流器4的原理方框图。
图4是本发明所述的低边控制驱动器的原理图。
图5是本发明所述的高边控制驱动器的原理图。
图6是整流器带阻性负载时的工作时序图。
图7是整流器带容性负载时的工作时序图。
具体实施方式
参见图2至图5，一种车用电源系统，包括发电机1、励磁线圈2、调压器3和整流器4；整流器4将发电机三相交流电转换为直流电，为蓄电池E提供充电电压；调压器3根据整流器4输出电压控制励磁线圈2电流；其中，整流器4采用有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路5；三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流发电机1的第一相线U同时连接第四MOSFET管MHU的源极和第一MOSFET管MLU的漏极，当调压器3的电源端VDD直接连接蓄电池E的正端时，发电机1的第一相线还连接调压器的控制端C；发电机1的第二相线V同时连接第五MOSFET管MHV的源极和第二MOSFET管MLV的漏极；发电机的第三相线W同时连接第六MOSFET管MHW的源极和第三MOSFET管MLW的漏极；第四、第五和第六MOSFET管的漏极相连接，为三相桥式整流器的输出，并同时连接蓄电池E的正端；调压器的输出端OUT连接励磁线圈2；第一、第二和第三MOSFET管的源极接地，第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极分别连接整流器控制电路5的六个输出端DLU、DLV、DLW、DHU、DHV、DHW；发电机的第一、第二和第三相线还分别连接整流器控制电路5的三个输入端KU、KV、KW；其中第四、第五和第六MOSFET管为上桥臂MOSFET管；第一、第二和第三MOSFET管为下桥臂MOSFET管。
整流器控制电路5接收发电机1相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号，即分别为第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
本发明的有源整流器整流效率高、耗散功率小。解决了车用电源系统抛载问题。当输出电压过高时，有源整流器控制电路控制下桥臂的MOSFET导通，将发电机输出短路，高电压不能通过整流器输出。由于汽车电源抛载时间相对很短，下桥臂的MOSFET短路不会损坏发电机和整流器。
以输出电压为14V，输出电流为100A的车用电源系统为例，有源整流器上桥臂和下桥臂均采用导通电阻为2mΩ的MOSFET,全负荷输出时，整流器压降VR＝2*100A*2mΩ＝0.4V。整流效率可达98％。整流器耗散功率40W。与二极管整流器比较，有效降低整流器工作温度，提高整流器可靠性。另外，如果电源系统抛负载，电源系统输出电压增加到规定值--通常为额定工作电压的2.0倍，整流器会控制下桥臂MOSFET导通，吸收电机输出能量，输出电压迅速降低，保护汽车电器系统。有源混合整流电源系统不存在抛载问题。
参见图6和图7，车用电源系统的工作原理是：
发电机工作时，三相发电机线电压输出端U、V、W输出交流电压。该电压输入到MOSFET有源整流器，整流器控制电路5分别将交流电压与整流器输出端电压Vout和地电压比较。
如果U、V、W某相电压大于整流器输出电压，整流器控制电路使该相对应的上桥臂对应MOSFET管导通，如果U、V、W某相电压小于整流器输出电压，整流器控制电路使该相对应的上桥臂对应MOSFET管关断。
如果U、V、W某相电压小于地电压，整流器控制电路使该相对应的下桥臂对应MOSFET管导通，如果U、V、W某相电压大于地电压，整流器控制电路使该相对应的下桥臂对应MOSFET管关断。
以U相为例说明如下：设Vu为三相发电机U相线输出电压，Vout为整流器输出电压，V-为整流器接地端电压，V-＝0。整流器控制电路有如下控制逻辑：
如果Vu>Vout，整流器控制电路DHU端输出高电平驱动MHU导通；
如果Vu<Vout，整流器控制电路DHU端输出低电平驱动MHU关断；
如果Vu>0，整流器控制电路DLU端输出低电平驱动MLU关断；
如果Vu<0，整流器控制电路DLU端输出高电平驱动MLU导通。
在具体实施例中，整流器控制电路5包括分压电路R1、R2、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器7LU、7LV、7LW、第一、第二和第三低边控制驱动器8LU、8LV、8LW、第一、第二和第三高边比较器7HU、7HV、7HW以及第一、第二和第三高边控制驱动器8HU、8HV、8HW。
分压电路对整流器4的输入电压VH进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器6；分压电路由R1、R2构成；
电压比较器6将分压电路输出的电压信号与第一基准电压Vref进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；在具体实施例中，当分压电压Vt超过基准电压Vref时，电压比较器6输出高电平到第一、第二和第三低边控制驱动器，反之输出低电平。
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机1三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；在具体实施例中，低边比较器采用过零比较方式，即低边比较器的一个输入端接地。当发电机某相线输出的信号低于零电压时，对应低边比较器控制对应低边控制驱动器输出高电压，使下桥臂对应MOSFET管导通。
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机1三根相线输出的信号，与整流器4的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；当发电机某相电压大于整流器输出电压时，对应高边比较器控制对应高边控制驱动器输出高电压，使上桥臂的对应MOSFET管导通。
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器6输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到下桥臂的MOSFET管的栅极，即第一、第二和第三MOSFET管的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还同时分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到上桥臂的对应MOSFET管的栅极，即第四、第五和第六MOSFET管MHU、MHV、MHW的栅极。
由于整流器控制电路采用CMOS电路，发电机不工作时，静态工作电流小于0.2mA。整流器可直接接入系统电源。在具体应用中，整流器也可和调压器集成为一个模块成为整流调压器，直接安装在车用电源系统中。
在具体实施例中，任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
以第一低边控制驱动器8LU为例，二输入与非门CD1的一端和R–S触发器RS的R端以及非门CD3同时接收第一低边比较器7U的输出信号，二输入与非门CD1的另一端接收电压比较器6输出的信号，二输入与非门CD1输出信号到R–S触发器的S端；非门CD3和R–S触发器分别输出信号到二输入或非门CD2，二输入或非门CD2为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到MOSFET管MU。CMOS互补驱动器由MOSFET管1MP、1MN构成。
在具体实施例中，任一高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路9，该电荷泵驱动电路9包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
以第一高边控制驱动器8HU为例，
第一高边控制驱动器包括电流源I、隔离二级管D1、泵电容Cq1、与门CD4、开关管2MD、驱动器CD5和第二CMOS互补驱动器2MP、2MN；与门CD4接收第一高边比较器7HU和第一低边驱动器8LU输出的信号，输出信号到开关管2MD，开关管2MD和驱动器CD5对收到的信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管MHU的栅极；泵电容Cq1的一端接相线，另一端通过隔离二级管D1接收电源电压信号。电流源I为开关管提供工作电流，
另外，整流器控制电路VH端通过电压比较器6测量输出电压。例如：当
整流器控制电路VH端检测到输出电压超过VTH。这时如果U相输入电压Vu>
Vout，控制电路将使连接U相的低端MOS管MLU导通，并关断高端MOS管MHU，
并将保持该状态，直到U相输入由正电压变为负电压。
阈值电压VTH可以通过整流器控制电路内部电阻R1、R2调整。在工程中，VTH大致调整到额定工作电压的两倍，对于12V电源系统，VTH＝24V。
一种构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路5；三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流。
发电机1的第一相线同时连接第四MOSFET管MHU的源极和第一MOSFET管MLU的漏极；发电机1的第二相线同时连接第五MOSFET管MHV的源极和第二MOSFET管MLV的漏极；发电机的第三相线同时连接第六MOSFET管MHW的源极和第三MOSFET管MLW的漏极；第四、第五和第六MOSFET管的漏极相连接，作为三相桥式整流器的输出；第一、第二和第三MOSFET管的源极接地，第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极分别连接整流器控制电路5的六个输出端DLU、DLV、DLW、DHU、DHV、DHW；发电机的第一、第二和第三相线还分别连接整流器控制电路5的三个输入端KU、KV、KW。其中第四、第五和第六MOSFET管为上桥臂MOSFET管；第一、第二和第三MOSFET管为下桥臂MOSFET管。
整流器控制电路5接收发电机1相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号，即分别为第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
在具体实施例中，整流器控制电路5包括分压电路R1、R2、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器7LU、7LV、7LW、第一、第二和第三低边控制驱动器8LU、8LV、8LW、第一、第二和第三高边比较器7HU、7HV、7HW以及第一、第二和第三高边控制驱动器8HU、8HV、8HW。
分压电路对整流器4的输出电压进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器6；分压电路由R1、R2构成；
电压比较器6将分压电路输出的电压信号与第一基准电压Vref进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；在具体实施例中，当分压电压Vt超过第二基准电压Vref时，电压比较器6输出高电平到第一、第二和第三低边控制驱动器，反之输出低电平。
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机1三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；具体实施例中，低边比较器采用过零比较方式，低边比较器的一个输入端接地。当发电机某相线输出的信号低于零电压时，对应低边比较器控制对应低边控制驱动器输出高电压，使下桥臂对应MOSFET导通。
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机1三根相线输出的信号，与整流器4的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；当发电机某相电压大于整流器输出电压时，对应高边比较器控制对应高边控制驱动器输出高电压，使上桥臂的对应MOSFET导通。
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器6输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到下桥臂的对应MOSFET管的栅极，即第一、第二和第三MOSFET管MLU、MLV、MLW的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还同时分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到上桥臂的对应MOSFET管的栅极，即第四、第五和第六MOSFET管MHU、MHV、MHW的栅极。
任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路9。该电荷泵驱动电路9包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
整流器控制电路的工作原理为：
高边比较器控制对应高边控制驱动器，当某一高边比较器输出为高电平时，对应高边控制驱动器驱动上桥臂对应MOSFET管导通；低边比较器控制对应低边控制驱动器，当某一低边比较器输出为高电平时，对应低边控制驱动器驱动下桥臂对应MOSFET管导通。低边比较器还输出控制信号到高边控制驱动器。一旦低边控制驱动器驱动下桥臂对应MOSFET管导通时，必须保证对应高边控制驱动器关断。比如，当MOSFET管MLU导通时,MOSFET管MHU关断。
高边控制驱动器的G1、G2、G3端来自低边控制驱动器输出，是高边驱动器阻塞端，当低边驱动器输出高电平，使低边MOSFET导通时，低边控制驱动器输出低电平阻塞高边比较器输出，避免因高边比较器的延时导致MHU和MLU的同时导通。
一种MOSFET有源整流器控制方法，包括如下步骤：
A、设置三相桥式整流器；三相桥式整流器的上桥臂即输出桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流；在具体实施例中，三相桥式整流器由第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管构成，第四MOSFET管MHU的源极和第一MOSFET管MLU的漏极连接发电机1的第一相线；第五MOSFET管MHV的源极和第二MOSFET管MLV的漏极连接发电机1的第二相线；同时第六MOSFET管MHW的源极和第三MOSFET管MLW的漏极连接发电机的第三相线；第四、第五和第六MOSFET管的漏极相连接，作为三相桥式整流器的输出；第一、第二和第三MOSFET管的源极接地。
B、设置整流器控制电路，该整流器控制电路用于控制上桥臂和下桥臂的MOSFET管；即整流器控制电路5的六个输出端DLU、DLV、DLW、DHU、DHV、DHW分别连接第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极。
C、整流器控制电路5接收发电机1相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；处理后分别为第一、第二、第三、第四、第五和第六MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供驱动信号控制该相对应的桥式整流器上桥臂的MOSFET管导通，当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制该相对应的三相桥式整流器上桥臂的MOSFET管关断；当发电机某相电压电压低于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制该相对应的桥式整流器下桥臂的MOSFET管导通，当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路5提供控制信号控制该相对应的桥式整流器下桥臂的MOSFET管关断。
采用MOSFET有源整流器就能解决汽车电源抛载问题，当输出电压过高时如输出电压超过22～24V，有源整流器控制电路控制低边MOSFET导通。将发动机输入短路，去除整流器输出的高压。由于汽车电源抛载时间相对发电机和整流器时间很短，低边MOSFET短路不会损坏发电机和整流器。
本发明的有源整流器通过增加或减少一个控制驱动通道，同样适用于发电机为四线输出或两相输出的车用电源系统。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车用电源系统，包括发电机(1)、励磁线圈(2)、调压器(3)和整流器(4)；其中：
其特征在于：整流器(4)采用有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路(5)；三相桥式整流器的上桥臂和下桥臂均采用MOSFET管整流；
整流器控制电路(5)接收发电机(1)相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
2.根据权利要求1所述的一种车用电源系统，其特征在于：整流器控制电路(5)包括分压电路(R1、R2)、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器、第一、第二和第三低边控制驱动器、第一、第二和第三高边比较器以及第一、第二和第三高边控制驱动器。
分压电路对整流器(4)的输出电压进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器(6)；
电压比较器(6)将分压电路输出的电压信号与第一基准电压进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机(1)三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机(1)三根相线输出的信号，与整流器(4)的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器(6)输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极。
3.根据权利要求2所述的一种车用电源系统，其特征在于：任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
4.根据权利要求2或3所述的一种车用电源系统，其特征在于：任一高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路(9)，该电荷泵驱动电路(9)包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
5.一种构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，包括三相桥式整流器和整流器控制电路(5)；其特征在于：三相桥式整流器的上桥臂和下桥臂均采用MOSFET管整流；
整流器控制电路(5)接收发电机(1)相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
6.根据权利要求5所述的构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，其特征在于：整流器控制电路(5)包括分压电路(R1、R2)、输出电压比较器、第一、第二和第三低边比较器、第一、第二和第三低边控制驱动器、第一、第二和第三高边比较器以及第一、第二和第三高边控制驱动器。
分压电路对整流器(4)的输出电压进行分压后，将分压后的电压信号输出到电压比较器(6)；
电压比较器(6)将分压电路输出的电压信号与第一基准电压进行比较，输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三低边比较器分别接收发电机(1)三根相线输出的信号，与地电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三低边控制驱动器；
第一、第二和第三高边比较器分别接收发电机(1)三根相线输出的信号，与整流器(4)的输出电压进行比较，分别输出信号到第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三低边控制驱动器接收电压比较器(6)输出的信号，分别接收第一、第二和第三低边比较器输出的信号，对收到的信号进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极，同时，第一、第二和第三低边控制驱动器还分别输出控制信号到对应的第一、第二和第三高边控制驱动器；
第一、第二和第三高边控制驱动器分别接收第一、第二和第三高边比较器输出的信号，还分别接收第一、第二和第三低边控制驱动器输出的控制信号，进行处理后，分别输出驱动信号到对应MOSFET管的栅极。
7.根据权利要求6所述的构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，其特征在于：任一低边控制驱动器包括二输入与非门、R–S触发器、非门、二输入或非门和CMOS互补驱动器；二输入与非门、R–S触发器的R端以及非门接收对应的低边比较器的输出信号，二输入与非门还同时接收输出电压比较器输出的信号，二输入与非门输出信号到R–S触发器的S端；非门和R–S触发器均输出信号到二输入或非门，二输入或非门为CMOS互补驱动器提供驱动信号，CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管。
8.根据权利要求6或7所述的构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，其特征在于：任一高边控制驱动器包括电荷泵驱动电路(9)。
9.根据权利要求8所述的构成车用电源系统的MOSFET有源整流器，其特征在于：该电荷泵驱动电路(9)包括隔离二级管、泵电容、与门、开关管、驱动器和第二CMOS互补驱动器；与门同时接收对应高边比较器和对应低边驱动器输出的信号，输出信号到开关管，开关管和驱动器对信号进行电平变换后输出驱动信号到第二CMOS互补驱动器；第二CMOS互补驱动器输出驱动信号到对应MOSFET管；泵电容的一端接相线，另一端通过隔离二级管接收电压信号。
10.一种MOSFET有源整流器控制方法，其特征在于：包括如下步骤
A、设置三相桥式整流器；三相桥式整流器的上桥臂和下桥臂即接地桥臂均采用MOSFET管整流；
B、设置整流器控制电路，该整流器控制电路用于控制上桥臂和下桥臂的MOSFET管；
C、整流器控制电路(5)接收发电机(1)相线输出的信号，处理后分别为上桥臂MOSFET管和下桥臂MOSFET管的栅极提供驱动信号；当发电机某相电压大于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供驱动信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压小于三相桥式整流器输出电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器上桥臂并与该相对应的MOSFET管关断；当发电机某相电压低于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管导通；当发电机某相电压电压高于地电压时，整流器控制电路(5)提供控制信号控制三相桥式整流器下桥臂并与该相对应的MOSFET管关断。
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