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JP6793227B2 - 交流発電機およびその整流器 - Google Patents

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Description

本開示は、交流発電機およびその整流器に関するものであり、より詳細には、電力損失を低減するための交流発電機およびその整流器に関するものである。
交流発電機では、しばしば整流器を用いて、交流（ＡＣ）入力電圧を調整し、直流（ＤＣ）電圧とみなされ得る整流電圧を生成する。従来技術では、しばしばダイオードまたはトランジスタを用いて、入力電圧の整流動作を実行する。理想的な状態の下では、マイナスの半周期における整流電圧の電圧値は、ベース電圧に等しく（例えば０ボルト）維持されなければならない。しかしながら、実際的な状況の下では、図１の従来の整流電圧の波形図に示すように、ピーク値は電圧ＶＰの整流電圧であり、そのマイナスの半周期ＴＮにおいて、整流電圧の電圧値は、そのベース電圧Ｖ０より低い。換言すれば、整流電圧のマイナスの半周期ＴＮにおいて、電力損失の現象が発生し、それにより、システムの動作効率が低減する。
本開示は、電力損失を低減するための交流発電機およびその整流器を提供する。
本開示の整流器は、トランジスタおよびゲート駆動回路を含む。トランジスタは、入力電圧を受信するための第１の端、整流電圧を生成するための第２の端およびゲート電圧を受信するための制御端を有する。ゲート駆動回路は、トランジスタに結合され、整流電圧と入力電圧との間の電圧差に従ってゲート電圧を生成する。ゲート駆動回路は、電圧差が第１のプリセット閾値電圧より小さい初期の時点を検出し、ゲート電圧を提供し、初期の時点の後の第１の期間の間、トランジスタをオンにし、電圧差が第１の基準電圧に等しくなるように設定する。ゲート駆動回路は、第１の期間の後の第２の期間の間、ゲート電圧を調整することによって、電圧差が第２の基準電圧に等しくなるように設定する。
本開示の一実施形態では、第１の基準電圧は、第２の基準電圧より大きくても、小さくても、または等しくてもよい。
本開示の一実施形態では、第１の基準電圧は、トランジスタの導通抵抗とトランジスタを流れる電流との積に等しい。
本開示の一実施形態では、ゲート駆動回路は、第２の期間の後の第３の期間の間、電圧差が第２の基準電圧から第２のプリセット閾値電圧まで上昇する第２の時点を検出し、ゲート電圧を調整し、第２の時点の後、トランジスタがカットオフされるように設定する。
本開示の一実施形態では、ゲート駆動回路は、演算増幅器、第１のスイッチおよび第２のスイッチを含む。演算増幅器は、電圧差を受信し、第１の制御信号に従って電圧を調整し、ゲート電圧を出力端で生成する。第１のスイッチは、第１の電圧と出力端との間に直列に接続され、第２の制御信号に従ってオンまたはオフされる。第２のスイッチは、第２の電圧と出力端との間に直列に接続され、第３の制御信号に従ってオンまたはオフされる。
本開示の一実施形態では、ゲート駆動回路は、制御信号発生器をさらに含む。制御信号発生器は、電圧差が第１のプリセット閾値電圧または第２のプリセット閾値電圧と比較されるように設定し、比較結果を生成し、比較結果に従って、第１の制御信号、第２の制御信号および第３の制御信号を生成する。
本開示の一実施形態では、制御信号発生器は、比較器、セレクタおよびカウンタを含む。比較器は、電圧差および選択された電圧を受信し、比較結果を生成する。カウンタは、比較器に結合され、比較結果に従ってカウント動作を実行し、第１の制御信号、第２の制御信号および第３の制御信号を生成する。
本開示の一実施形態では、カウンタは、第１の時点と第２の時点との間でカウント動作を実行し、カウント値を生成し、第１の期間は、カウント値が基準値より小さいときであり、第２の期間は、カウント値が基準値と最大カウント値との間にあるときである。
本開示の一実施形態では、ゲート駆動回路は、電圧発生器をさらに含む。電圧発生器は、動作電力に従って、第２の電圧、第２の基準電圧、第１のプリセット閾値電圧および第２のプリセット閾値電圧を生成する。
本開示の一実施形態では、電圧発生器は、電圧調整器および基準電圧発生器を含む。電圧調整器は、動作電力に従って第２の電圧を生成し、演算増幅器の第１の電圧およびカウンタの第２の電圧を生成する。基準電圧発生器は、動作電力に従って、第１のプリセット閾値電圧、第２のプリセット閾値電圧および調整電圧を生成する。
本開示の一実施形態では、整流器は、ダイオードおよびキャパシタをさらに含む。ダイオードのアノードは、トランジスタの第１の端に結合され、ダイオードのカソードは、動作電力を受信するゲート駆動回路の端点に結合される。キャパシタは、ダイオードのカソードとトランジスタの第２の端との間に結合される。
本開示の交流発電機は、ロータ、ステータおよび上述した複数の整流器を含む。整流器の各々は、入力電圧として対応するＡＣ入力電圧を受信し、整流電圧を整流器と一緒に生成する。
上記に基づいて、本開示の整流器は、第１の期間の間、トランジスタの２つの端にわたるマイナスの半周期における電圧差が第１の基準電圧に等しくなるように維持し、第１の基準電圧は、導通するトランジスタの等価な抵抗と導通するトランジスタを流れる電流との積の値として生成され、トランジスタの２つの端にわたるマイナスの半周期における電圧差は、第２の期間の間、第２の基準電圧に等しくなるように維持され、第１の基準電圧は、第２の基準電圧より大きくても、小さくても、または等しくてもよい。このように、整流器の電力損失を低減することができ、それにより、動作効率を改善する。
本開示の上述したおよび他の特徴をより理解可能にするために、いくつかの実施形態は、図面を伴って以下のように詳細に記載される。
従来の整流電圧の波形を示す。
本開示の一実施形態による整流器の概略図である。
本開示の一実施形態による電圧差の波形の概略図である。
本開示の異なる実施形態による電圧差の波形の概略図である。 本開示の異なる実施形態による電圧差の波形の概略図である。
本開示の一実施形態による電圧差、トランジスタ電流およびゲート電圧の波形の概略図である。
図４Ａの電圧差およびゲート電圧の波形の部分拡大図である。
本開示の他の実施形態による電圧差、トランジスタ電流およびゲート電圧の波形の概略図である。
図４Ｃの電圧差およびゲート電圧の波形の部分拡大図である。
本開示の一実施形態によるゲート駆動回路の概略図である。
本開示の一実施形態による制御信号発生器を実施することを示す図である。
本開示の一実施形態によるカウンタのカウント動作を実施する概略図である。
本開示の一実施形態による電圧発生器を実施することを示す図である。
本開示の他の実施形態による整流器の概略図である。
本開示の一実施形態による交流発電機の概略図である。
図２を参照されたい。図２は、本開示の一実施形態による整流器の概略図である。整流器２００は、トランジスタＴＤ１およびゲート駆動回路２１０を含む。トランジスタＴＤ１は、入力電圧ＶＳを受信するための第１の端、整流電圧ＶＤを生成するための第２の端およびゲート電圧ＶＧを受信するための制御端を有する。実施形態では、トランジスタＴＤ１の動作は、ゲート電圧ＶＧを介したダイオードに等しい。トランジスタＴＤ１の第１の端はダイオードのアノードに等しくてもよく、トランジスタＴＤ１の第２の端はダイオードのカソードに等しくてもよい。
ゲート駆動回路２１０は、トランジスタＴＤ１に結合され、ゲート電圧ＶＧを提供するために用いられる。ゲート駆動回路２１０は、整流器電圧ＶＤと入力電圧ＶＳとの間の電圧差ＶＤＳを受信し、電圧差ＶＤＳに従ってゲート電圧ＶＧを生成する。ゲート電圧ＶＧを生成することの詳細に関して、ゲート駆動回路２１０は、電圧差ＶＤＳの変化を検出する。ゲート駆動回路２１０は、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧より小さい初期の時点を検出し、初期の時点の後の第１の期間の間、ゲート電圧ＶＧを提供し、トランジスタＴＤ１をオンにする。また、トランジスタＴＤ１がゲート電圧ＶＧに従ってオンにされているという条件の下では、電圧差ＶＤＳは、第１の基準電圧に等しくてもよい。
次に、第１の期間の後の第２の期間の間、ゲート駆動回路２１０は、ゲート電圧ＶＧを調整することによってトランジスタＴＤ１により提供される等価な抵抗値を調整し、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧に等しくなるように設定し、第１の基準電圧は、第２の基準電圧より大きくても、小さくても、または等しくてもよい。
第１の期間の間、例えば、トランジスタＴＤ１をＮ型トランジスタとすると、ゲート駆動回路２１０は、比較的高い電圧を有するゲート電圧ＶＧをトランジスタＴＤ１の制御端に提供することができ、トランジスタＴＤ１を完全にオンに設定できることに留意されたい。この種の状況の下では、上述した第１の基準電圧は、完全または不完全に導通するトランジスタＴＤ１の導通抵抗と、トランジスタＴＤ１を流れる電流と、の積に等しくてもよい。トランジスタＴＤ１が完全に導通状態にある場合、トランジスタＴＤ１の導通抵抗は極めて小さいので、電圧差ＶＤＳは、０ボルト（Ｖ）に近い第１の基準電圧に等しくなるように維持され得る。第１の期間の後の第２の期間の間、ゲート駆動回路２１０は、ゲート電圧ＶＧの電圧値を低減することができ、導通状態にあるトランジスタＴＤ１の抵抗が増加するように設定することができる。このときに、ゲート駆動回路２１０により提供されるゲート電圧ＶＧは、電圧差ＶＤＳを第２の基準電圧に設定することができ、第２の基準電圧は、第１の基準電圧より大きくても、小さくても、または等しくてもよい。一実施形態では、第２の基準電圧は、−７０ミリボルト（ｍＶ）にほぼ等しくてもよい。
他方、ゲート駆動回路２１０は、初期の時点を、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧より小さいか否かを検出することによって決定する。本開示の実施形態では、第１のプリセット閾値電圧は、第１の基準電圧および第２の基準電圧より小さくてもよい。電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧未満に低下するとき、ゲート駆動回路２１０は、初期の時点を決定することができ、ゲート電圧ＶＧの調整機構を始動することができる。一実施形態では、第１のプリセット閾値電圧は、−３００ｍＶに等しくてもよい。
上述した説明から、本開示の実施形態による整流器２００において、０Ｖの電圧差ＶＤＳより低い電圧値範囲は、ゲート駆動回路２１０を介してゲート電圧ＶＧを調整することによって制御可能であり、それにより、不必要な電力損失を効果的に低減するということが分かる。
上述した実施形態から続けて、第２の期間の後、入力電圧が変化するにつれて、トランジスタＴＤ１を流れる電流はより小さくなる。ゲート電圧ＶＧの調整動作により、電圧差ＶＤＳは、第２の期間の後の第３の期間の間、上昇し始める。ゲート駆動回路２１０は、第３の期間の間、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧から第２のプリセット閾値電圧に等しくなるまで上昇するか否かを検出することができ、電圧差ＶＤＳが第２のプリセット閾値電圧に等しくなるまで上昇する第２の時点を設定する。さらに、ゲート駆動回路２１０は、第２の時点の後、ゲート電圧ＶＧを調整することによって、トランジスタＴＤ１をカットオフするように設定する。
以下、図２および図３Ａを参照されたい。図３Ａは、本開示の一実施形態による電圧差の波形の概略図である。電圧差ＶＤＳは、電圧のピーク値ＶＰを有し、ベース電圧Ｖ０を有する。電圧差ＶＤＳのプラスの半周期は、時点ｔ０とｔ１との間にあり、電圧差ＶＤＳのマイナスの半周期は、時点ｔ１とｔ２との間にある。時点ｔ１の後、ゲート駆動回路２１０は、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮより低いか否かを検出し、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮより低い初期の時点ＴＰ１を設定する。
初期の時点ＴＰ１の後の第１の期間ＴＺ１の間、ゲート駆動回路２１０は、ゲート電圧ＶＧを提供することによって、トランジスタＴＤ１をオンに設定することができ、電圧差ＶＤＳが第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に等しく実質的に維持されるように設定することができる。ここで、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２は、トランジスタの導通抵抗とトランジスタを流れる電流との積である。
次に、第１の期間ＴＺ１の後の第２の期間ＴＺ２の間、ゲート駆動回路２１０は、ゲート電圧ＶＧを調整することによって、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに等しく維持されるように設定することができる。
第２の期間ＴＺ２の後の第３の期間ＴＺ３の間、トランジスタＴＤ１を流れる電流が低減するにつれて、かつ、ゲート電圧ＶＧの調整動作により、電圧差ＶＤＳは上昇し始める。さらに、ゲート駆動回路２１０は、電圧差ＶＤＳが第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦより大きいか否かを検出することができ、電圧差ＶＤＳが第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦより大きい第２の時点ＴＰ２を設定する。ゲート駆動回路２１０は、第２の時点ＴＰ２の後、ゲート電圧ＶＧを調整することによって、トランジスタＴＤ１をカットオフするように設定する。
実施形態では、第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦは、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２より大きく、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２は、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧより大きく、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧは、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮより大きい。
さらに、図３Ｂおよび図３Ｃを参照されたい。図３Ｂおよび図３Ｃは、本開示の異なる実施形態による電圧差の波形の概略図である。図３Ａの実施形態とは異なり、図３Ｂでは、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２は、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧより小さい。図３Ｃでは、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２は、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに等しい。
以下、図４Ａおよび図４Ｂを参照されたい。図４Ａは、本開示の一実施形態による電圧差、トランジスタ電流およびゲート電圧の波形の概略図である。図４Ｂは、図４Ａの電圧差およびゲート電圧の波形の部分拡大図である。図４Ａにおいて、第１の期間ＴＺ１の間、ゲート電圧生成回路は、ゲート電圧ＶＧが比較的高い電圧値を有するように調整し、それにより、トランジスタを完全にオンに設定し、電圧差ＶＤＳが第１の基準電圧に等しく実質的に維持されるように設定する。第２の期間ＴＺ２および第３の期間ＴＺ３の間、ゲート電圧生成回路は、第２の期間の間、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧に等しくなるように設定し、第３の期間の間、ゲート電圧ＶＧを調整することによって、電圧差ＶＤＳが僅かに上昇し始めるように設定する。ゲート電圧生成回路は、第３の期間ＴＺ３の終了後、比較的低い電圧のゲート電圧ＶＧを提供し、トランジスタをオフにする。図４Ａでは、トランジスタ電流ＩＤＳは、周期的に変化する。
第１の基準電圧と第２の基準電圧との関係に関して、図４Ｂを参照することができる。図４Ｂでは、電圧差ＶＤＳは、第１の期間ＴＺ１の間、比較的高い電圧を有するゲート電圧ＶＧによって、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に等しくてもよい。図４Ｂでは、電圧差ＶＤＳが、第１の期間ＴＺ１の間、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に直ちに等しくなるわけではないということに言及する価値がある。その代わりに、電圧差ＶＤＳは、回路部品内の寄生静電容量効果のため、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に徐々に接近する。基本的に、電圧差ＶＤＳは、第１の期間ＴＺ１の間、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に実質的に等しくてもよい。
第２の期間ＴＺ２の間、ゲート駆動回路は、徐々に低減するゲート電圧ＶＧを提供し、第２の期間ＴＺ２の間、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに実質的に等しくなるように設定する。
図４Ａおよび図４Ｂでは、第３の期間ＴＺ３の長さは、第２の期間ＴＺ２の長さに対して非常に短い。
以下、図４Ｃおよび図４Ｄを参照されたい。図４Ｃは、本開示の他の実施形態による電圧差、トランジスタ電流およびゲート電圧の波形の概略図である。図４Ｄは、図４Ｃの電圧差およびゲート電圧の波形の部分拡大図である。図４Ｃでは、第１の期間ＴＺ１の間、ゲート電圧生成回路は、ゲート電圧ＶＧが（第２の期間ＴＺ２に対して）比較的低い電圧値を有するように調整し、それにより、トランジスタを部分的にオンに設定し、電圧差ＶＤＳが第１の基準電圧に実質的に等しくなるように設定する。第２の期間ＴＺ２および第３の期間ＴＺ３の間、ゲート電圧生成回路は、第２の期間ＴＺ２の間、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧に等しくなるように設定し、ゲート電圧ＶＧを増加させることによって、第３の期間ＴＺ３の間、電圧差ＶＤＳが僅かに上昇し始めるように設定する。図４Ｄから、電圧差ＶＤＳが、第１の期間ＴＺ１の間、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に実質的に等しく、第２の期間ＴＺ２の間、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに実質的に等しく、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２が、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧより小さいことが明確に分かる。
同様に、図４Ｄでは、電圧差ＶＤＳは、第１の期間ＴＺ１の間、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に直ちに等しくなるわけではない。その代わりに、電圧差ＶＤＳは、回路部品内の寄生静電容量効果のため、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に徐々に接近する。基本的に、電圧差ＶＤＳは、第１の期間ＴＺ１の間、第１の基準電圧ＶＤＳ＿ＳＷ２に実質的に等しくてもよい。電圧差ＶＤＳはまた、第２の期間ＴＺ２の間、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに直ちに等しくなるわけではない。その代わりに、電圧差ＶＤＳは、回路部品内の寄生静電容量効果のため、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに徐々に接近する。基本的に、電圧差ＶＤＳは、第２の期間ＴＺ２の間、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに実質的に等しくてもよい。
図５を参照されたい。図５は、本開示の一実施形態によるゲート駆動回路の概略図である。ゲート駆動回路５００は、演算増幅器ＯＰ１、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を含む。演算増幅器ＯＰ１は、電圧差ＶＤＳおよび第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧとしての調整電圧を受信し、制御信号ＥＮ＿ＯＰＡに従って出力端ＯＴでゲート電圧ＶＧを生成する。さらに、演算増幅器ＯＰ１は、動作電源としての電力ＶＡを受信し、基準接地電圧としての電圧ＶＳを受信する。スイッチＳＷ２は、電圧ＶＨと出力端ＯＴとの間に直列に接続される。スイッチＳＷ２は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ２に従ってオンまたはオフされる。スイッチＳＷ１は、電圧ＶＳと出力端ＯＴとの間に直列に接続される。スイッチＳＷ１は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ１に従ってオンまたはオフされる。
動作の詳細に関して、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧より小さい初期の時点の後（第１の期間の間）、ゲート駆動回路５００は、制御信号ＥＮ＿ＯＰＡを介して、演算増幅器ＯＰ１をディセーブルに設定し、制御信号ＥＮ＿ＳＷ２を介してスイッチＳＷ２をオンに設定し、ゲート電圧ＶＧを電圧ＶＨまで上昇させる。同時に、スイッチＳＷ１は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ１に従ってカットオフされる。次に、第１の期間の後の第２の期間の間、ゲート駆動回路５００は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ２およびＥＮ＿ＳＷ１を介して、スイッチＳＷ２およびＳＷ１をそれぞれカットオフに設定し、制御信号ＥＮ＿ＯＰＡを介して、演算増幅器ＯＰ１を動作状態に設定する。第２の期間の間、演算増幅器ＯＰ１は、電圧差ＶＤＳが第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧに等しくなるように制御することによって、ゲート電圧ＶＧを出力端ＯＴで提供する。次に、第３の期間の間、ゲート駆動回路５００は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ２およびＥＮ＿ＯＰＡをそれぞれ介してスイッチＳＷ２をカットオフに設定し、演算増幅器ＯＰ１をディセーブルに設定する。また、第３の期間の間、ゲート駆動回路５００は、制御信号ＥＮ＿ＳＷ１を介して、スイッチＳＷ１をオンに設定する。導通したスイッチＳＷ１によって、ゲート電圧ＶＧは、電圧ＶＳに等しくなるようにプルダウンされ、トランジスタはカットオフされる。
上述した実施形態に関して、ゲート駆動回路５００内の制御信号発生器を設定することによって、制御信号ＥＮ＿ＯＰＡ、ＥＮ＿ＳＷ１およびＥＮ＿ＳＷ２を生成することができる。制御信号発生器の実施態様のために、図６を参照することができる。図６では、制御信号発生器６００は、セレクタ６１０、比較器ＣＭＰ１およびカウンタ６２０を含む。セレクタ６１０は、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮおよび第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦを受信し、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮまたは第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦを選択し、比較器ＣＭＰ１に提供するように用いられる。比較器ＣＭＰ１は、セレクタ６１０に結合され、電圧差ＶＤＳが、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮおよび第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦの一方と比較されるように設定し、比較結果ＶＣＭＰを生成する。比較結果ＶＣＭＰがセレクタ６１０にフィードバックされ、セレクタ６１０が、比較結果ＶＣＭＰに従って、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮおよび第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦの一方を選択し、出力するように設定できるということを強調する価値がある。詳細には、初期状態の下では、セレクタ６１０は、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮを選択し、比較器ＣＭＰ１に出力する。比較器ＣＭＰ１は、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮと比較されるように設定し、電圧差ＶＤＳが第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮより小さいとき（初期の時点）、比較結果ＶＣＭＰを調整することによって、セレクタ６１０が第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦを選択するように変更し、比較器ＣＭＰ１に出力するように設定する。
上述した実施形態から続けて、次に、比較器ＣＭＰ１は、電圧差ＶＤＳが第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦと比較されるように設定し、電圧差ＶＤＳが第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦより大きいとき（第２の時点）、比較結果ＶＣＭＰを調整することによって、セレクタ６１０が第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮを再選択し、比較器ＣＭＰ１に出力するように変更する。
他方、カウンタ６２０のカウント動作に関して、図６および図７を同時に参照されたい。図７は、本開示の一実施形態によるカウンタのカウント動作を実施する概略図である。カウンタ６２０は、比較器ＣＭＰ１に結合され、比較結果ＶＣＭＰに従ってカウント動作を実行する。カウンタ６２０のカウント動作は、初期の時点ＴＰ１で開始し、第２の時点ＴＰ２で終了する。カウンタ６２０のカウント動作は、徐々に変化する（増加または低減する）カウント値を生成することができる。例えば、増加するカウント動作の場合、カウンタ６２０は、カウント値が基準値ＲＥＦＶより小さい第１の期間ＴＺ１の間、ゲート駆動回路が動作するように設定し、カウント値が基準値ＲＥＦＶと最大カウント値Ｃ（ｎ）との間にある第２の期間ＴＺ２または第３の期間ＴＺ３の間、ゲート駆動回路が動作するように設定することができる。さらに、ゲート駆動回路が第１の期間ＴＺ１、第２の期間ＴＺ２または第３の期間ＴＺ３の間、動作するか否かに従って、カウンタ６２０は、対応する制御信号ＥＮ＿ＯＰＡ、ＥＮ＿ＳＷ１およびＥＮ＿ＳＷ２を生成することができる。
上述した基準値ＲＥＦＶの設定に関して、基準値ＲＥＦＶは、カウント動作の最大カウント値Ｃ（ｎ）と比の値ａ１との積として設定することができ、比の値ａ１は、０より大きくても、０に等しくても、１より小さくても、１に等しくてもよい。図面におけるＣ（ｎ−１）は、以前のサイクルの間の初期の時点ＴＰ１から第２の時点ＴＰ２までの長さである。
他方、上述した図５に関する実施形態では、電圧ＶＨ、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧ、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮ、第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦ、電力ＶＡおよび電力ＶＣは、ゲート駆動回路５００内の電圧発生器を設定することによって生成することができる。電圧発生器の実施態様に関して、図８を参照することができる。図８では、電圧発生器８００は、電圧調整器８１０および基準電圧発生器８２０を含む。電圧調整器８１０は、動作電力ＶＨＨを受信し、動作電力ＶＨＨに従って電圧調整動作を実行し、電圧ＶＨ、電力ＶＡおよび電力ＶＣを生成する。基準電圧発生器８２０もまた、動作電力ＶＨＨを受信し、動作電力ＶＨＨを用いて、第２の基準電圧ＶＤＳ＿ＲＥＧ、第１のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＮおよび第２のプリセット閾値電圧ＶＤＳ＿ＯＦＦを生成する。
電圧調整器８１０および基準電圧発生器８２０のハードウェア構造は、当業者に周知の電圧生成回路の任意の形を適用することによって構成され得るが、これに限定されるものではない。
以下、図９を参照されたい。図９は、本開示の他の実施形態による整流器の概略図である。整流器９００は、トランジスタＴＤ１、ゲート駆動回路９１０、ダイオードＤＰおよびキャパシタＣＰを含む。ゲート駆動回路９１０は、上述したゲート駆動回路５００を用いて実施可能である。ダイオードＤＰのアノードは、トランジスタＴＤ１の第２の端に結合され、ダイオードＤＰのカソードは、動作電力ＶＨＨを受信するゲート駆動回路９１０の端点に結合される。キャパシタＣＰは、ダイオードＤＰのカソードとトランジスタＴＤ１の第１の端との間に結合される。
図１０を参照されたい。図１０は、本開示の一実施形態による交流発電機の概略図である。交流発電機１０００は、ロータＲＴ、ステータＳＴおよび複数の整流器１０１１〜１０３２を含む。実施形態では、ステータＳＴは、複数の相電圧ＶＵ、ＶＶおよびＶＷを生成する。相電圧ＶＵ、ＶＶおよびＶＷは、それぞれ、複数の整流回路１０１０、１０２０および１０３０に異なる位相を提供する。整流回路１０１０は、直列に結合された整流器１０１１および１０１２を含み、整流回路１０２０は、直列に結合された整流器１０２１および１０２２を含み、整流回路１０３０は、直列に結合された整流器１０３１および１０３２を含む。実施形態では、交流発電機１０００は、並列に結合された抵抗Ｒ１（再充電可能電池の等価負荷または等価抵抗である）およびＤＣに近い整流出力電圧を生成するのに用いられる等価電荷容量であるキャパシタＣ１を含む。
まとめると、本開示は、ゲート駆動回路によりゲート電圧を生成し、ゲート電圧によりトランジスタの２つの端にわたるマイナスの半周期における電圧差の電圧値を制御する。その結果、整流器によって生成され得る電力損失を低減することができ、それにより、動作効率を改善する。
本開示は、上述した実施形態において開示されてきたが、実施形態は、本開示を制限することを意図しない。さまざまな変更および変形が本開示の範囲または精神を逸脱しない範囲で開示された実施形態になされ得ることは、当業者にとって明らかである。上記を考慮すると、変更および変形が以下の請求項およびそれらの均等物の範囲内にあるならば、本開示がそれらの変更および変形をカバーすることが意図されている。
本開示は、ゲート駆動回路によりゲート電圧を生成し、トランジスタの２つの端にわたるマイナスの半周期における電圧差の電圧値を制御する。すなわち、整流器の電力使用効率を改善することができる。
２００ 整流器
２１０、５００ ゲート駆動回路
６００ 制御信号発生器
６１０ セレクタ
６２０ カウンタ
８００ 電圧発生器
８１０ 電圧調整器
８２０ 基準電圧発生器
９００ 整流器
９１０ ゲート駆動回路
１０００ 交流発電機
１０１０、１０２０、１０３０ 整流回路
１０１１〜１０３２ 整流器
ＶＰ 電圧
Ｖ０ ベース電圧
ＴＮ マイナスの半周期
ＴＤ１ トランジスタ
ＶＳ 入力電圧
ＶＤ 整流電圧
ＶＧ ゲート電圧
ＶＤＳ 電圧差
ｔ１、ｔ２、ｔ３ 時点
ＶＤＳ＿ＯＮ 第１のプリセット閾値電圧
ＶＤＳ＿ＯＦＦ 第２のプリセット閾値電圧
ＴＰ１ 初期の時点
ＴＰ２ 第２の時点
ＶＤＳ＿ＳＷ２ 第１の基準電圧
ＶＤＳ＿ＲＥＧ 第２の基準電圧
ＴＺ１ 第１の期間
ＴＺ２ 第２の期間
ＴＺ３ 第３の期間
ＩＤＳ トランジスタ電流
ＥＮ＿ＯＰＡ、ＥＮ＿ＳＷ１、ＥＮ＿ＳＷ２ 制御信号
ＶＨ 電圧
ＯＴ 出力端
ＯＰ１ 演算増幅器
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
ＣＭＰ１ 比較器
ＶＣＭＰ 比較結果
ＲＥＦＶ 基準値
Ｃ（ｎ） 最大カウント値
ａ１ 比の値
ＶＡ、ＶＣ 電力
ＶＨＨ 動作電力
ＤＰ ダイオード
ＣＰ、Ｃ１ キャパシタ
ＲＴ ロータ
ＳＴ ステータ
ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ 相電圧
Ｒ１ 抵抗器

Claims (12)

  1. 整流器であって、
    入力電圧を受信するための第１の端、整流電圧を生成するための第２の端およびゲート電圧を受信するための制御端を有するトランジスタと、
    該トランジスタに結合され、該整流電圧と該入力電圧との間の電圧差に従って該ゲート電圧を生成するためのゲート駆動回路と
    を備え、
    該ゲート駆動回路は、該電圧差が第１のプリセット閾値電圧より小さい初期の時点を検出し、該ゲート電圧を提供し、該初期の時点の後の第１の期間の間、該トランジスタをオンにし、該電圧差が第１の基準電圧に実質的に等しくなるように設定し、該ゲート駆動回路は、該第１の期間の後の第２の期間の間、該ゲート電圧を調整することによって、該電圧差が第２の基準電圧に実質的に等しくなるように設定する、
    整流器。
  2. 前記第１の基準電圧は、前記第２の基準電圧より大きい、小さい、または、等しい、
    請求項１に記載の整流器。
  3. 前記第１の基準電圧は、前記トランジスタの導通抵抗と前記トランジスタを流れる電流との積に等しい、
    請求項１または２に記載の整流器。
  4. 前記ゲート駆動回路は、前記第２の期間の後の第３の期間の間、前記電圧差が前記第２の基準電圧から第２のプリセット閾値電圧まで上昇する第２の時点を検出し、前記ゲート電圧を調整し、前記第２の時点の後、前記トランジスタがカットオフされるように設定する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の整流器。
  5. 前記ゲート駆動回路は、
    前記電圧差および調整電圧を受信し、第１の制御信号に従って出力端で前記ゲート電圧を生成するための演算増幅器と、
    第１の電圧と該出力端との間に直列に接続され、第２の制御信号に従ってオンまたはオフされる第１のスイッチと、
    第２の電圧と該出力端との間に直列に接続され、第３の制御信号に従ってオンまたはオフされる第２のスイッチと
    を備え、
    該調整電圧は、前記第２の基準電圧に等しい、
    請求項４に記載の整流器。
  6. 前記ゲート駆動回路は、
    前記電圧差を前記第１のプリセット閾値電圧または前記第２のプリセット閾値電圧と比較し、比較結果を生成し、該比較結果に従って、前記第１の制御信号、前記第２の制御信号および前記第３の制御信号を生成する制御信号発生器
    をさらに備える、
    請求項５に記載の整流器。
  7. 前記制御信号発生器は、
    前記電圧差および選択された電圧を受信するため、かつ、前記比較結果を生成するための比較器と、
    該比較器に結合され、前記第１のプリセット閾値電圧または前記第２のプリセット閾値電圧を選択し、該選択された電圧を生成するためのセレクタと、
    該比較器に結合され、前記比較結果に従ってカウント動作を実行するため、かつ、前記第１の制御信号、前記第２の制御信号および前記第３の制御信号を生成するためのカウンタと
    を備える、
    請求項６に記載の整流器。
  8. 前記カウンタは、前記初期の時点と前記第２の時点との間で前記カウント動作を実行し、カウント値を生成し、
    前記第１の期間は、該カウント値が基準値より小さいときであり、前記第２の期間または前記第３の期間は、該カウント値が前記基準値と最大カウント値との間にあるときである、
    請求項７に記載の整流器。
  9. 前記ゲート駆動回路は、
    動作電力に従って、前記第２の電圧、前記第２の基準電圧、前記第１のプリセット閾値電圧および前記第２のプリセット閾値電圧を生成する電圧発生器
    をさらに備える、
    請求項７または８に記載の整流器。
  10. 前記電圧発生器は、
    前記動作電力に従って前記第２の電圧を生成するため、かつ、前記演算増幅器の第１の電力および前記カウンタの第２の電力を生成するための電圧調整器と、
    前記動作電力に従って、前記第１のプリセット閾値電圧、前記第２のプリセット閾値電圧および前記調整電圧を生成するための基準電圧発生器と
    を備える、
    請求項９に記載の整流器。
  11. 前記トランジスタの前記第２の端に結合されるアノードおよび動作電力を受信する前記ゲート駆動回路の端点に結合されるカソードを有するダイオードと、
    該ダイオードの該カソードと前記トランジスタの前記第１の端との間に結合されるキャパシタと
    をさらに備える、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の整流器。
  12. 交流発電機であって、
    ロータと、
    該ロータに結合され、複数の交流（ＡＣ）入力電圧を生成するためのステータと、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の複数の整流器と
    を備え、
    該複数の整流器の各々は、入力電圧として対応するＡＣ入力電圧を受信し、該複数の整流器は、整流電圧を一緒に生成する、
    交流発電機。
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