模拟零切入电压二极管的电路及具备其特性的整流电路制造技术

本发明专利技术是为一种模拟零切入电压二极管的电路及具备其特性的整流电路，其是以ＣＭＯＳ制程中的ＭＯＳ晶体管为元件，经适当的偏压使其能具有二极管的整流功能，进而取代二极管成为整流器的构成元件；且经适当的偏压调整，可使此ＭＯＳ晶体管所构成的整流元件具有零切入电压，低电压操作和低电流损耗的功能，而使得整流电路能达到高效率的要求。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关二极管及整流电路的
，尤指一种使用CMOS制程中的MOS晶体管为元件所制作的模拟零切入电压二极管的电路，以及具备该二极管所构成的零切入电压整流电路。按，传统交流—直流(AC to DC)的全波整流器(full-wave rectifier)主要是以二极管(diode)为基本的构成要件。然而二极管有约0.6V的切入电压(cut-in voltage)，故会造成整流器(rectifier)在操作当中电压转换的损失，尤其当输入电压越小时，则此效应所造成的影响越专利技术显。在无接触式(contactless)集成电路(IC)等的应用领域，IC的电源供应来自于线圈感应所得的微弱交流信号，而整流的效率便直接影响到此类IC的使用距离。因此整流器设计的好坏往往决定了此类IC的工作效能。而在前述的交流转直流的全波整流器中，一种极为普遍的电路是如图5所示的桥式全波整流器，其主要是由四组呈桥状连接的二极管902-905所构成，以当交流电压源901将交流信号送至全波整流器时，如果所送的波形ACIN 1＞ACIN 2，则二极管902及905导通，交流信号透过二极管902及905对电容906充电；反之，如果所送的波形ACIN 2＞ACIN 1，则二极管903及904导通，交流信号透过二极管903及904对电容906充电，如此交流信号经由整流过程得到直流电压。图6是为桥式整流器的整流波形图，其显示整流电路由于受到二极管切入电压(cut-in voltage)的影响，在交流电压源的峰值(peak)为Vac时，整流所得的直流电压VDD的极大值仅为Vac-2*Vd，其中，Vd为二极管的切入电压。如此将大大的降低了整流器的效率。为解决此一问题，图7显示另一种习知的整流电路，其主要利用N型基底(substrate)的金氧半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管914及915来控制二极管以进行交流转直流的整流操作，当ACIN 1-ACIN 2＞Vtn(N型MOS晶体管的起始电压)时，N型MOS晶体管915导通，ACIN 2连接到最低电压VSS，等ACIN 1-VDD＞Vd时，二极管912导通，交流电压源开始对VDD充电；而当ACIN 2-ACIN1＞Vtn时，N型MO5晶体管914导通，ACIN 1连接到最低电压VSS，等ACIN 2-VDD＞Vd时，二极管913导通，交流电压源开始对VDD充电。图8是为图7电路的整流波形图，与图6比较，可发现此设计能减少一个二极管切入电压的压降，也就是直流电压VDD的极大值仅能改善到Vac-Vd，故仍无法完全免除切入电压的影响存在，在无电流负载下，仍有Vd约0.6V的电压损失。为了更进一步将二极管切入电压压降完全去除，以达到VDD的极大值为Vac，在美国专利第5,825,214号专利案中，即提出一种以模拟“零切入电压”的二极管特性的电路来取代原有约0.6V切入电压的二极管，据以实现零切入电压的整流电路。其电路示意是如图9所示，主要由三个反相器921、922、923及一个作为开关的P型MOS晶体管924所组成，其中，反相器921的输入端与输出端是直接连接，如此输出的电压准位自动设在反相器的切换点(trigger point)，此准位会随著电源供应的高低而做同一方向的变化；而经反相器921所设定的电压准位直接输入至以交流输入ACIN为电源且与反相器921等大小、同特性的反相器922的输入端；故当ACIN小于VDD时，反相器922的输入将被视为高电位，透过反相器923将P型晶体管924关闭，避免有漏电流(leakage)发生；而当ACIN大于VDD时，反相器922输入则被视为低电位，透过反相器923将P型晶体管924开启，进行对VDD的充电。于前述电路中，虽P型晶体管开关924可完全开启而达到“零切入电压”的目的，然而反相器921及922若欲在高速操作，则无可避免有高电流损耗的问题，如此整流器的效率仍因此电流损耗，而效率不彰。因此，前述习知的整流电路实仍有予以改进的必要。创作人是因于此，本于积极创新的精神，亟思一种可以解决上述问题的“零切入电压二极管的电路及具备零切入电压特性的整流电路”，几经研究实验终至完成此项新颖进步的创作。本专利技术的目的是在提供一种模拟零切入电压二极管的电路及具备其特性的整流电路，以有效提升整流的效率，使得整流电路在无负载情形下，只会有约数个毫安的电流损失，并且可以消除因二极管切入电压所造成输出电压下降的损失。依据本专利技术的一特色，是提供一种具备零切入电压特性的整流电路，包括有一固定偏压电路、一第一N型MOS晶体管、一第二N型MOS晶体管、以及交互相连的第一P型MOS晶体管与第二P型MOS晶体管，该固定偏压电路是由一电阻与一N型MOS晶体管串接所构成，该第一N型MOS晶体管的栅极与该偏压电路的N型MOS晶体管的栅极相连，以形成一零切入电压二极管，该第二N型MOS晶体管的栅极与该偏压电路的N型MOS晶体管的栅极相连，以形成另一零切入电压二极管，该第一、第二P型MOS晶体管是耦接至该第一、第二N型MOS晶体管，以将交流电压源输入中的较高电位导通至直流电压输出的高电位，而交流电压源输入中的较低电位是透过该零切入电压二极管之一，对直流电压输出的低电位充电。依据本专利技术的另一特色，是提供一种模拟零切入电压二极管的电路，其包括有一第一N型MOS晶体管；一电阻，其与该第一N型MOS晶体管串接以形成一偏压电路；以及一第二N型MOS晶体管，其是与第一N型MOS晶体管具有相同的特性，且其栅极与该第一N型MO5晶体管的栅极互连；其中，该第一N型MOS晶体管是由该电阻的阻值控制以偏压在近乎起始电压。依据本专利技术的又一特色，是提供一种具备零切入电压特性的整流电路，包括有一固定偏压电路、一第一P型MOS晶体管、一第二P型MOS晶体管、以及交互相连的第一N型MOS晶体管与第二N型MOS晶体管，该固定偏压电路是由一电阻与一P型MOS晶体管串接所构成，该第一P型MOS晶体管的栅极与该偏压电路的P型MOS晶体管的栅极相连，以形成一零切入电压二极管，该第二P型MOS晶体管的栅极与该偏压电路的P型MOS晶体管的栅极相连，以形成另一零切入电压二极管，该第一、第二N型MOS晶体管是耦接至该第一、第二P型MOS晶体管，以将交流电压源输入中的较低电位导通至直流电压输出的低电位，而交流电压源输入中的较高电位是透过该零切入电压二极管的一对直流电压输出的高电位充电。依据本专利技术的再一特色，是提供一种模拟零切入电压二极管的电路，包括有一第一P型MOS晶体管；一电阻，其与该第一P型MOS晶体管串接以形成一偏压电路；以及一第二P型MOS晶体管，其是与第一P型MOS晶体管具有相同的特性，且其栅极与该第一P型MOS晶体管的栅极互连；其中，该第一P型MOS晶体管的栅极是由该电阻的阻值控制以偏压在VDD-Vtp，当中，VDD为直流电压的高电位，Vtp为P型MOS晶体管的起始电压。由于本专利技术设计新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请新型专利。为使贵审查委员能进一步了解本专利技术的结构、特征及其目的，兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后，其中附图说明图1是显示本专利技术的一较佳实施例的具备零切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备零切入电压特性的整流电路，其特征在于，主要包括： 一固定偏压电路，包括一电阻与一Ｎ型ＭＯＳ晶体管，该电阻与该Ｎ型ＭＯＳ晶体管的漏极连接，该Ｎ型ＭＯＳ晶体管的栅极与漏极相连； 一第一Ｎ型ＭＯＳ晶体管，其栅极与该偏压电路的Ｎ型ＭＯＳ晶体管的栅极相连，以形成一零切入电压二极管； 一第二Ｎ型ＭＯＳ晶体管，其栅极与该偏压电路的Ｎ型ＭＯＳ晶体管的栅极相连，以形成另一零切入电压二极管；以及 交互相连的第一Ｐ型ＭＯＳ晶体管与第二Ｐ型ＭＯＳ晶体管，其耦接至该第一、第二Ｎ型ＭＯＳ晶体管，以将交流电压源输入中的较高电位导通至直流电压输出的高电位，而交流电压源输入中的较低电位是透过该零切入电压二极管之一，对直流电压输出的低电位充电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪希贤，李新洲，
申请(专利权)人：凌阳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]