一種開關器件電路的製作方法
2023-10-25 11:03:27 3
專利名稱：一種開關器件電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子技術領域，更具體的說是涉及一種開關器件電路。
背景技術：
在現行的電網中，對於電網電壓較高的場合需要使用耐壓為1000V以上的高耐壓電晶體作為開關器件，但是，由於耐壓1000V以上的電晶體屬於相對比較特殊的器件，採購周期長、價格高。因此，現有技術中一般採用提高耐壓的電路替代高耐壓電晶體進行使用， 現有技術中主要有以下三種電路。其一，由兩個MOS管Ql和Q2串聯構成提高器件耐壓的電路。如圖1所示，下管Ql 受PWM控制電路的直接驅動，當Ql由從導通變為關斷時，Ql的漏極和源極兩端電壓隨之升高，當Ql的漏極和源極兩端電壓接近穩壓管ZDl電壓時，此時上管Q2的柵極和源極電壓低於導通門檻電壓，Q2進入關斷狀態。當Q1、Q2都關斷時，Ql分擔的電壓由穩壓管ZDl的穩壓值決定。其中，當Ql由關斷轉為導通時DS兩端電壓下降，此時，電阻Rl將為Q2提供驅動電流，以使Q2也導通，但是，在該電路中由於Rl受自身功耗的限制，不能在Q2導通時提供較大的驅動電流，致使Q2的導通速度慢，以及造成較大的Q2開關損耗和導通損耗，因此該電路效率低，通常只適用於功率很小的場合。其二，為專利(申請號為200810028422. 4)中提供的提高器件耐壓的電路，如圖2 所示，主要基於其一的現有技術，採用在穩壓管D4上並聯一電容C2，通過Q2導通時C2的放電來改善Ql的驅動，並在開關管Ql門極和源極之間採用電阻和二極體串聯代替圖1中的穩壓管ZDl ；但是，採用該電路雖然C2的放電能提高Ql的驅動能力，不受Rl自身功耗的限制，但C2充放電過程中本身會產生較大的損耗。因此該電路和圖1雖然可適用於更大功率等級的應用，但效率仍然較低。其三為解決圖1中，上管Ql驅動能力不足的問題，採用如圖3所示的電路，當上管SW2導通時，所需的較大驅動電流由CBl提供；當上管SW2和下管SWl關斷時，其電壓分配由CB1、CB2的電壓決定，而CBl和CB2的分壓則由繞組NPl和NP2的變比決定，但是，該電路較為複雜，雖然加強了上管SW2的驅動能力，但是在SW2的驅動過程，以及在維持電容 CBl和CB2電壓的平衡的過程仍然會產生較大的損耗，造成整個電路的效率降低。有上述可知，無論採用現有技術中的哪種提高器件耐壓的電路，都會存在電路中的器件損耗過大，因而降低整個電路效率的問題，因此，迫切的需要一種新的提高器件耐壓的電路。
實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種開關器件電路，以克服現有技術中在提高器件耐壓過程中產生損耗過大，造成降低整個電路的可靠性和效率的問題。為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案一種開關器件電路，包括N個通過源極和漏極相串聯的開關管，及N-I個二極體與穩壓器件；第1開關管的柵極為該電路的第一輸入端，源極為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端，源極與該電路的電源負極連接；第N開關管的漏極為該電路的第一輸出端；第i 二極體的陰極與第i穩壓器件的陰極耦合至第i+Ι開關管的柵極處，所述第 i二極體的陽極連接於電源正極；所述第i+Ι開關管的源極與第i開關管的漏極連接，所述第i+Ι開關管的漏極與第i+2開關管的源極連接；其中，所述N的取值為大於等於3的正整數，i的取值範圍為1 (N-I)。優選的，所述第i穩壓器件的陽極連接於第1開關管至第i開關管中任一開關管的柵極處或源極處。優選的，還包括，至少並聯於一個所述穩壓器件上的電容Ci。優選的，還包括，至少並聯於一個所述二極體上的電容Cj。優選的，還包括，連接於所述電路的電源正極與負極之間的第一電容Cl。優選的，還包括，分別並聯於N個開關管的柵極與源極之間的N個箝位保護模塊；所述箝位保護模塊包括穩壓管，或瞬變電壓抑制二極體TVS。優選的，所述N-I個穩壓器件包括穩壓管，或瞬變電壓抑制二極體TVS。優選的，所述N個開關管包括N溝道型MOS管NM0S，或絕緣柵雙極型電晶體IGBT，或大功率三極體；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT的集電極對應所述漏極，發射極對應所述源極；所述大功率三極體的集電極對應所述漏極，發射極對應所述源極，基極對應所述柵極。優選的，所述電路作為降壓式變換電路BUCK中的開關管，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。優選的，所述電路作為升壓電路BOOST電路中的開關管，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。優選的，所述電路作為反激電路中的開關管，所述第N開關管的漏極與所述反激電路的原邊繞組相連。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型公開提供了一種開關器件電路，主要通過N個通過源極和漏極相串聯的開關管，以及N-I個二極體與穩壓器件構成；其中，第1開關管的柵極為該電路的第一輸入端，源極為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端，且該源極還與電路電源負極相連接；第N開關管的漏極為該電路的第一輸出端；第i 二極體的陰極與第i穩壓器件的陰極耦合至第i+Ι開關管的柵極處，第i 二極體的陽極連接於電源正極；第i+Ι開關管的源極與第i開關管的漏極連接，第i+Ι開關管的漏極與第i+2開關管的源極連接。通過上述採用多個較低耐壓的開關管串聯，並在某一開關管導通時，直接由電路電源直接提供該開關管的驅動電壓，不需要任何轉換電路，因此不會產生額外的損耗，能夠實現降低損耗、提高整個電路可靠性和高效性的目的。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術中的一種開關器件電路示意圖；圖2為現有技術中的另一種開關器件電路示意圖；圖3為現有技術中的另一種開關器件電路示意圖；圖4為本實用新型實施例一公開的一種開關器件電路示意圖；圖5為本實用新型實施例一公開的另一種開關器件電路示意圖；圖6為本實用新型實施例二公開的一種開關器件電路示意圖；圖7為本實用新型實施例三公開的一種開關器件電路示意圖；圖8為本實用新型實施例作為反激電路中的開關管時的電路示意圖；圖9為本實用新型實施例作為BUCK電路中的開關管時的電路示意圖；圖10為本實用新型實施例作為BOOST電路中的開關管時的電路示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。由背景技術可知，現有技術中的提高器件耐壓的電路，在向開關管提供驅動電壓時，都會受到電路中電阻或電容的影響，造成開關管的驅動過程以及在維持整個電路的平衡過程中都會產生較大的損耗，從而影響整個電路的可靠性和高效性。因此，本實用新型實施例公開了一種新的開關器件的電路，主要通過N個通過源極和漏極相串聯的開關管，及 N-I個二極體與穩壓器件構成；本實用新型的電路包括輸入端和輸出端，輸入端包括兩個端子，分別為第一輸入端和第二輸入端，輸出端包括兩個端子，分別為第二輸入端和第二輸出端；其中，將第1開關管的柵極作為該電路的第一輸入端，源極作為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端，且該源極還與該電路的電源負極連接；對於第N開關管，則將其漏極作為該電路的第一輸出端。上述N個開關管與N-I個二極體和穩壓器件的連接關係為第i 二極體的陰極與第i穩壓器件的陰極耦合至第i+Ι開關管的柵極處，所述第i 二極體的陽極連接於電源正極；所述第i+Ι開關管的源極與第i開關管的漏極連接，所述第i+Ι開關管的漏極與第i+2 開關管的源極連接；其中，所述N的取值為大於等於3的正整數，i的取值範圍為1 (N-I)。通過上述採用多個較低耐壓的開關管串聯，並在某一開關管導通時，直接由電路電源直接提供該開關管的驅動電壓，不需要任何轉換電路，因此不會產生額外的損耗，能夠實現降低損耗、提高整個電路可靠性和高效性的目的。具體過程通過以下實施例進行說明。實施例一如圖4所示，為本實用新型實施例公開的一種開關器件電路示意圖，主要包括N 個開關管，以及N-I個二極體和穩壓器件。圖4中所示開關管的第一端子為源級，第二端子為漏極，第三端子為柵極。所有開關管通過源級和漏極相串聯，連接的過程具體為第i開關管Qi的漏極連接第i+Ι開關管Q(i+1)的源極，該第i+Ι開關管Q(i+1) 的漏極連接第i+2開關管QG+幻的源級。第i穩壓器件ZDi和第i 二極體Di的陰極相連接，並耦合到第i+Ι開關管Q (i+1) 的柵極，即第i 二極體Di的陰極連接第i+Ι開關管Q (i+1)的柵極，此時，第i 二極體Di的陽極則連接電路電源的正極，第i+Ι開關管Q(i+1)的柵極通過第i穩壓器件ZDi接第1開關管Ql的源級，第1開關管Ql的源級則連接電路電源的負極。需要說明的是，在公開的該實施例中，所有開關管的柵極都通過其連接的穩壓器件與第1開關管Ql的源級相連接，即所有穩壓器件的陽極都連接於第1開關管的源極處。第1開關管Ql的柵極和源極作為該電路的第一輸入端和第二輸入端；第N開關管 QN的源級和第1開關管Ql的源極作為該電路的第一輸出端和第二輸出端；其中，第1開關管Ql的源極作為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端子。針對上述描述需要說明的是，有關該電路中的開關管、二極體和穩壓器件的個數， 其中，N的取值為大於等於3的正整數，i的取值範圍則為1 (N-I)。需要說明的是，在穩壓管ZDi上還可以並聯有電容Ci，該電容加速了開關管的開通和關斷。可以在每個穩壓管ZDi上都並聯電容，也可以在一個或部分穩壓管上並聯電容 Ci。另外，在二極體Di上也可以並聯有電容Cj，該電容同樣可以加速開關管的通斷，可以在每個二極體上都並聯電容Cj，也可以在一個或部分二極體上並聯電容Cj。所述電容Ci和 Cj還可以是二極體或穩壓管的寄生電容。上述本實用新型公開的實施例的具體工作過程為第1開關管Ql通過第一輸入端和第一輸出端，接收脈衝驅動信號的直接驅動，由電路結構可知，當開關管Q(i-l)的導通，連接於開關管Qi柵極處的二極體D(i-1)導通，此時，Vcc通過該二極體D (i-1)為開關管Qi的柵極充電，直至Qi導通。因此，當開關管Ql由脈衝驅動信號驅動導通後，Q2至QN則依次導通。當開關管Ql在脈衝驅動信號的控制下關斷，此時，由於開關管Q(i-l)的關斷， 該開關管的漏極和源極的電壓上升，當上升至Vcc時，連接於開關管Qi柵極處的二極體 D(i-l)截止，此時，開關管Qi的柵極電壓降低，直至該開關管Qi關斷。因此，由於開關管 Ql由脈衝驅動信號控制下關斷後，Q2至QN則依次關斷。由上可知，本實用新型提供的電路中串聯有多個具有較低耐壓值的開關管，並且提供給第i開關管的驅動電壓直接來自於電路的電源，因此不需任何轉換電路。其中，當第 i開關管導通時，電源只需提供第i開關管柵極導通時所需要的驅動能量，不會產生其它損耗；當從第i+Ι至第N開關管關斷時，電路中的第i 二極體將電源與第i穩壓器件分開，此時也不會產生額外的損耗，因此，本實用新型提供了一種在提高器件耐壓的同時，還能降低電路損耗，以及提高整個電路可靠性和高效性的電路結構，並且本實用新型所提供的電路還可以替代需要一個高耐壓值的開關管的電路場合。此外，在上述本實用新型公開的實施例的基礎上，如圖5所示，該電路中還包括 連接於所述電路的電源正極與負極之間的第一電容Cl。如圖5所示，該電路中還包括分別並聯於N個開關管的柵極與源極之間的N個箝位保護模塊，該箝位保護模塊可以為穩壓管，也可以為瞬變電壓抑制二極體TVS。[0058]實施例二如圖6所示，本實用新型還公開了一種開關器件電路，主要包括N個開關管，以及 N-I個二極體和穩壓器件。圖6中所示開關管的第一端子為源級，第二端子為漏極，第三端子為柵極。所有開關管通過源級和漏極相串聯，連接的過程具體為第i開關管Qi的漏極連接第i+Ι開關管Q(i+1)的源極，該第i+Ι開關管Q(i+1) 的漏極連接第i+2開關管QG+幻的源級。第i穩壓器件ZDi和第i 二極體Di的陰極相連接，並耦合到第i+Ι開關管的柵極， 即第i 二極體Di的陰極連接第i+Ι開關管Q(i+1)的柵極，此時，第i 二極體Di的陽極則連接電路電源的正極，第i+Ι開關管Q(i+1)的柵極通過第i穩壓器件ZDi連接於第i開關管Qi的柵極。實施例三如圖7所示，本實用新型還公開了一種開關器件電路，主要包括N個開關管，以及 N-I個二極體和穩壓器件。圖7中所示開關管的第一端子為源級，第二端子為漏極，第三端子為柵極。所有開關管通過源級和漏極相串聯，連接的過程具體為第i開關管Qi的漏極連接第i+Ι開關管Q(i+1)的源極，該第i+Ι開關管Q(i+1) 的漏極連接第i+2開關管QG+幻的源級。第i穩壓器件ZDi和第i 二極體Di的陰極相連接，並耦合到第i+Ι開關管的柵極， 即第i 二極體Di的陰極連接第i+Ι開關管Q(i+1)的柵極，此時，第i 二極體Di的陽極則連接電路電源的正極，第i+Ι開關管Q(i+1)的柵極通過第i穩壓器件ZDi連接於第i開關管Qi的源極。在實施例二和實施例三中，與實施例一中不同的是穩壓器件的連接方式，因此，對於MOS管而言，至少一個穩壓器件的陰極連接Qi的柵極即可，而所連接的穩壓器件的陽極則可以連接第1開關管Ql至第i開關管Qi中任一開關管的柵極處，如圖6中為ZDi連接到Qi的柵極；或第1開關管Ql至第i開關管Qi中任一開關管的源級處，如圖7中為ZDi 連接到Qi的源極。其所改變的只是穩壓管的取值不同而已，並不會影響整個電路的工作過程。如圖4中的每個穩壓器件ZDi的取值與開關管Ql至開關管Qi的所有耐壓值相關，而在圖5中，穩壓器件ZDi的取值至於對應的開關管Qi的耐壓值相關。上述公開的實施例，同樣採用串聯有多個具有較低耐壓值的開關管的方式，並且提供給第i開關管的驅動電壓也直接來自於電路的電源，因此不需任何轉換電路。能夠實現降低損耗、提高整個電路可靠性和高效性的目的。需要說明的是，在上述本實用新型公開的實施例中，所述N-I個穩壓器件可以為穩壓管，也可以為瞬變電壓抑制二極體TVS ；所述N個開關管可以為N溝道型MOS管NM0S， 也可以為絕緣柵雙極型電晶體IGBT，也可以為大功率三極體。其中，當開關管為IGBT時，根據其工作原理，其集電極即對應實施例中的漏極，發射極對應源極；當開關管為大功率三極體時，根據其工作原理，其集電極對應實施例中的漏極，發射極對應源極，基極則對應柵極。需要說明的是，圖4、圖6和圖7所示的實施例可以組合使用，即陰極連接在開關管柵極的所有穩壓管中，一部分穩壓管ZDi的陽極連接第一開關管Ql的源極，一部分穩壓管ZDi的陽極連接開關管Qi的柵極，另一部分穩壓管ZDi的陽極連接開關管Ql到Qi的任一開關管的源極。此外，上述本實用新型所公開的實施例中的電路，可以封裝成一個包括四個管腳或引腳的獨立半導體器件，所述四個管腳或引腳分別為所述第一輸入端、第一輸出端、電源正端、和第二輸入端第二輸出端的公共端。當封裝好的上述電路作為反激電路中的開關管時，如圖8所示，所述第N開關管的漏極與所述反激電路的原邊繞組相連。當封裝好的上述電路作為降壓式變換電路BUCK中的開關管時，如圖9所示，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。當封裝好的上述電路作為升壓電路BOOST電路中的開關管時，如圖10所示，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。綜上所述通過上述本實用新型實施例中所公開的提高耐壓器件的電路，採用串聯有多個具有較低耐壓值的開關管替代高耐壓電晶體，並在某一開關管導通時，直接由電路電源直接提供該開關管的驅動電壓，不需要任何轉換電路，因此不會產生額外的損耗，能夠實現降低損耗、提高整個電路可靠性和高效性的目的。並且本實用新型所提供的電路還可以替代需要一個高耐壓值的開關管的電路場合。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求1.一種開關器件電路，其特徵在於，包括N個通過源極和漏極相串聯的開關管，及N-I 個二極體與穩壓器件；第1開關管的柵極為該電路的第一輸入端，源極為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端，源極與該電路的電源負極連接；第N開關管的漏極為該電路的第一輸出端；第i 二極體的陰極與第i穩壓器件的陰極耦合至第i+Ι開關管的柵極處，所述第i 二極體的陽極連接於電源正極；所述第i+Ι開關管的源極與第i開關管的漏極連接，所述第i+Ι開關管的漏極與第i+2 開關管的源極連接；其中，所述N的取值為大於等於3的正整數，i的取值範圍為1 N-I。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述第i穩壓器件的陽極連接於第1開關管至第i開關管中任一開關管的柵極處或源極處。
3.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括，至少並聯於一個所述穩壓器件上的電容Ci。
4.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括，至少並聯於一個所述二極體上的電容Cj。
5.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括，連接於所述電路的電源正極與負極之間的第一電容Cl。
6.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括，分別並聯於N個開關管的柵極與源極之間的N個箝位保護模塊；所述箝位保護模塊包括穩壓管，或瞬變電壓抑制二極體TVS。
7.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述N-I個穩壓器件包括穩壓管，或瞬變電壓抑制二極體TVS。
8.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述N個開關管包括N溝道型MOS管NM0S，或絕緣柵雙極型電晶體IGBT，或大功率三極體；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT的集電極對應所述漏極，發射極對應所述源極；所述大功率三極體的集電極對應所述漏極，發射極對應所述源極，基極對應所述柵極。
9.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述電路作為降壓式變換電路BUCK中的開關管時，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。
10.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述電路作為升壓電路BOOST電路中的開關管時，所述第N開關管的漏極連接於所述BUCK電路中的二極體的陽極。
11.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述電路作為反激電路中的開關管時， 所述第N開關管的漏極與所述反激電路的原邊繞組相連。
專利摘要本實用新型公開了一種開關器件電路，包括N個通過源極和漏極相串聯的開關管，及N-1個二極體與穩壓器件；第1開關管的柵極為該電路的第一輸入端，源極為該電路的第二輸入端和第二輸出端的公共端；第N開關管的漏極為該電路的第一輸出端；第i二極體的陰極與第i穩壓器件的陰極耦合至第i+1開關管的柵極處，第i二極體的陽極連接於電源正極；第i+1開關管的源極與第i開關管的漏極連接，第i+1開關管的漏極與第i+2開關管的源極連接。通過上述採用多個較低耐壓的開關管串聯，並在某一開關管導通時，直接由電路電源直接提供該開關管的驅動電壓，因此不會產生額外的損耗，能夠實現降低損耗、提高整個電路可靠性和高效性的目的。
文檔編號H02M1/088GK202034896SQ20112011414
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者華桂潮, 姚曉莉, 葛良安 申請人:英飛特電子(杭州)有限公司