具有最小能量损失的有源整流器制造技术

用于电源电路的有源整流器，包括被连接在输入端子（９）和输出端子（８）之间的二极管（４），其特征在于，还包括在基片（５０）上形成的并具有一个控制电极（５）和两个传导电极（６，７）的晶体管（２），这后两个电极分别被连接到所述的输入端子（９）和所述的输出端子（８），以及包括由所述电源电路供电的比较器（３），它具有分别被连接到所述输入端子（９）和输出端子（８）的两个输入端（＋，－），和被连接到所述晶体管控制电极（５）的一个输出端。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及整流器，具体地，涉及包括一个被连接在输入和输出端子之间的二极管的整流器。众所周知，使用整流器以便完全地或部分地构成各种把由电压发生器产生的交流电压变换成适用于作为电子电路用的电源的直流电压的电路。例如，这样的电路被用于手表，该手表的特点在于具有交流(AC)电压发生器和由它产生的电源所驱动的时间保持电路。在这种手表中，需要整流器电路，以便把由AC电压发生器产生的交流电压变换成适用于驱动时间保持电路的直流(DC)电压。在已知的手表应用中，整流器电路借助于单个二极管完成半波整流，或借助于采用以传统方式排列的四个二极管的电桥来完成全波整流。然而，在前向偏置时，二极管在其输入和输出端子之间呈现的电压降略大于阈值电压，在此阈值电压下电流开始流入二极管。对于硅结型二极管，这个电压降可以是约为0.7伏，在肖特基二极管的情况下，约为0.4伏。所以，加到时间保持电路的电压可以比AC电压发生器提供的电压小1.4伏，其结果是功率受到损失。在许多情况下，例如在低功率、低电压的应用中，这种功率损失变成很显著，因而是不希望有的。为了克服这种损失，在理论上可以增加AC发生器线圈的圈数。然而，具有大圈数的线圈很笨重，并可能难于装进小体积的钟表(例如手表)中可提供的有限空间中。如果人们要做出这种具有足够小直径的绕组的线圈以使得它不笨重，则它的制造将成为很难和很贵的。增加AC发生器线圈的圈数也增加线圈的电阻，因而，附加了功率损失。而且，上述的电压降导致能提供给时间保持电路并且以后由时间保持电路存储的能量的减小。如果AC发生器在任何持续的时间间隔内不工作，那麽在这个不工作时间间隔内，只有较少的能量用于驱动和保持时间保持电路正确地工作。本专利技术的一个目的是提供一种可减轻和克服已知整流器缺点的整流器。本专利技术的另一个目的是提供在把交流信号变换为直流信号的期间能量损失最小的整流器。本专利技术的再一个目的是提供能以集成电路形式实现的整流器，优选地，它是以CMOS技术实现的，它使所需要的外部元件数最小。本专利技术的又一个目的是提供实现简便、经济的和占用最小体积的整流器。考虑到此，本专利技术提供了一种用于电源电路的整流器，包括被连接在输入和输出端子之间的二极管，其特征在于，所述整流器还包括在基片上形成的并具有一个控制电极和两个传导电极的晶体管，这两个传导电极分别连接到所述输入端和输出端子；以及由所述电源电路供电的比较器，它具有分别连接到所述输入和输出端子的两个输入端，和连接到所述晶体管控制电极的一个输出端。二极管在启动时，确保整流器在输入和输出端子之间导通。一旦达到比较器的最小电源电压，二极管就被比较器控制的晶体管短路，这样，在正常工作时，整流器的电压降大大降低。在本专利技术的优选实施例中，二极管可以由在基片上形成的寄生结型二极管构成，以便使所需要的外部元件数再进一步最小化。从以下的对于整流器的各种不同实施例的非限制性例子的说明，本专利技术的其它目的和优点将变得很明显。这些说明将参照附图被给出，其中-附图说明图1是包括按照本专利技术的整流器的半波整流器电路的一个实施例的电路原理图；-图2是包括按照本专利技术的多个整流器的全波整流器电路的一个实施例的电路原理图；-图3是构成图2的两个整流器的一部分的晶体管的横截面示意图；-图4是包括按照本专利技术的多个整流器的全波整流器电路的另一个实施例的电路原理图；-图5是包括按照本专利技术的多个整流器的全波整流器电路的再一个实施例的电路原理图；-图6是构成图5的整流器的一部分的晶体管的横截面示意图；-图7是通过图5的两个晶体管的扩散而形成的几个寄生元件的示意-图8是显示图4的整流器的MOS晶体管的空间排列的实施例的示意图；现在参照图1，图上显示了有源整流器1，包括MOS晶体管2，比较器3，和二极管4，该二极管优选地是通过把MOS晶体管2扩散在基片中而形成的。在本文中，术语“有源整流器”是指通过使用至少一个有源元件(例如，运算放大器，比较器，晶体管或类似元件)来整流交流信号的器件，它必须由电源供电，与此相对的是“无源整流器”，它只使用无源元件，例如，二极管。类似地，在以下说明中的名词“基片”是指在其上形成晶体管的基片，阱(well)或任何其它结构。MOS晶体管2包括栅极5，源极6，和漏极7，这后两个电极分别连接到输出端子8和输入端子9。MOS晶体管最好是通常的关断器件(OFFdevice)，例如，增强型MOSFET，它在加在其栅极和源极之间的电压为零时，没有明显的漏电流。比较器3的两个输入端分别被连接到端子8和9。比较器3的输出优选地通过倍压器10被连接到MOS晶体管2的栅极5。在运行期间，比较器3比较在端子8和9之间的电位差。当在端子8和9之间的电位差为正值时，逻辑高信号被提供给倍压器10的输入端。类似地，当在端子8和9之间的电位差为负值时，逻辑低信号被提供给倍压器10的输入端。倍压器10在来自比较器的输出信号被加到晶体管2的栅极5之前放大该输出信号。这样由倍压器10加在MOS晶体管2的栅极和源极之间的电压便起作用，使得在任何给定的漏-源电压下，晶体管2的漏电流最大。因此，当晶体管2处在导通状态时，在漏极和源极之间的电阻保持为极低。在p-型MOS晶体管的情况下，这种现象被称为负栅极过激励，或在n-型MOS晶体管的情况下，这种现象被称为正栅极过激励。然而，应当看到，本专利技术的其它实施例可以省略使用这样的倍压器，因为即使没有这种特性，在按照本专利技术的有源整流器上的电压降也出现明显降低。有源整流器1的端子8和9与AC发生器11串联，该发生器在其端子和负载12上提供AC电压。有源整流器1提供对由AC发生器11给出的AC电压的半波整流，并提供这个直流整流电压给负载12。负载12包括至少一个电容元件，以使它能存储电荷，这样，正如下面所解释的，作为用于比较器3和倍压器10的电源而进行工作。从比较器3和倍压器10都由有源整流器1本身产生的整流器直流电压来激励的意义上，有源整流器1提供了它自己的电源电压。比较器3和倍压器10每个包括两个电源端子，它们分别连接到端子8和在AC发生器11与负载12之间的公共点。AC发生器11可以是通常在手表中包含的类型，因此将不作详细描述。这样的手表包括振动块(oscillating weight)，其中旋转中心和重力中心彼此之间是偏心的。由手表运动造成的振动块的旋转被安排成使得构成AC发生器一部分的转子旋转。转子包括永久磁铁，并由定子包围。线圈被绕在构成定子一部分的芯心上。转子的旋转在线圈中感应一个以交流电压形式出现的电动势。例如，当包括图1所示的电路的手表留在静止位置一段长时间，因而负载12被完全放电时，在AC发生器11、有源整流器1或负载12中没有电流流动。因此，在端子8和在AC发生器11与负载12之间的公共点之间基本上不出现电压。所以，没有足够的电源电压来使得比较器3和倍压器10能工作。在不存在加到其栅极5上的信号时，MOS晶体管处在非传导状态，没有明显的漏极电流流动。在AC发生器11启动后，例如当手表被用户拿起并戴上时，在其端子上产生交流(AC)电压，且相应的AC电流开始流动。当MOS晶体管2处在非导通状态时，这个电流通过寄生二极管4，并由该二极管半波整流。这样，在负载12上建立了整流的DC电压，借此，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电源电路的整流器，包括：－－被连接在输入端子（９）和输出端子（８）之间的二极管（４），其特征在于，还包括－－在基片（５０）上形成的并具有一个控制电极（５）和两个传导电极（６，７）的晶体管（２），这后两个电极分别被连接到所 述的输入端子（９）和所述的输出端子（８）、以及－－由所述电源电路供电的比较器（３），具有分别被连接到所述输入端子（９）和所述输出端子（８）的两个输入端（＋，－），和被连接到所述晶体管控制电极（５）的一个输出端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P诺瓦克，R布格曼，
申请(专利权)人：EM微电子马林有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]