一種提高器件耐壓的電路的製作方法
2023-05-24 18:56:36
專利名稱：一種提高器件耐壓的電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子技術領域，特別涉及一種提高器件耐壓的電路。
背景技術：
對於較高的電網電壓，例如480VAC電網，設計適用的開關電源會遇到高耐壓晶體 管開關器件的選取困難的問題。對於480VAC電網來說，考慮到電網電壓的波動以及設計裕 量，使用傳統的開關電源設計方案需要選用耐壓1000V以上的電晶體作為開關器件。但是 耐壓1000V以上的電晶體屬於相對比較特殊的器件，因此將造成選取困難、成本較高的問題。現有技術中為了解決耐高壓電晶體選取困難、成本高的問題提出了幾個方案，首 先參見圖1，該圖為現有技術中提供的提高器件耐壓的電路圖。圖1所示電路中用兩個NMOS管Ql和Q2串聯來提供耐壓能力，其中下管Ql受PWM 控制電路的直接驅動，當Ql由導通變為關斷時，Ql的漏極和源極之間的電壓升高，當Ql的 漏極和源極之間的電壓接近穩壓管ZDl的電壓時，上管Q2的柵極和源極之間的電壓將低於 導通門檻電壓，因此，Q2也進入關斷狀態。當Ql和Q2均關斷時，Ql分擔的電壓由穩壓管 ZDl的穩壓值決定。當Ql由關斷轉為導通時，其漏極和源極之間的電壓將下降，電阻Rl將 為Q2提供驅動電流，從而使Q2也導通。但是，圖1所示的電路存在以下缺點為上管Q2提供驅動能量的是電阻Rl取自輸 入電壓Vin的能量，由於輸入電壓Vin是高壓(通常高於電網電壓)，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，這樣將使Q2的導通速度慢，Q2的開關損耗和導 通損耗較大，因此該電路的效率低，通常只適用於功率很小的場合。參見圖2，該圖為現有技術中提供的另一種耐高壓的電路圖。圖2提供的電路(申請號200810028422. 4)與圖1所示的電路相似，圖2所示的 電路在穩壓管D4上並聯電容C2。Q2導通時C2放電可以改善上管Ql的驅動。Ql柵極和源極之間用電阻R4和二極 管D3串聯代替圖1中的穩壓管ZD2。但是圖2所示電路仍然存在以下缺點為上管Ql提供驅動能量的是電阻Rl取自 輸入電壓Vin的能量，由於輸入電壓Vin是高壓(通常高於電網電壓)，電阻Rl受自身功耗 的限制，不能為Ql導通提供較大的驅動電流；當下管Q2關斷後，Q2漏極電壓上升，C2充電， 直到兩端電壓達到D4的穩壓值(通常為幾百伏)；而在開關管Q1，Q2導通時，電容C2會通 過Ql門極放電，直到等於開關管Ql的門極驅動電壓(十幾伏)，C2的放電雖然能提高Ql 的驅動能力，但在開關過程中的充放電，會產生較大損耗。因此該電路和圖1所示電路相比 可適用於更大功率等級的場合，但效率仍然較低。現有技術中還提供一種改進方案(US2008/0080212)如圖3所示，上管SW2導通時 所需的較大驅動電流由電容CBl提供。上管SW2和下關SWl關斷時的電壓分配由電容CBl 和電容CB2的電壓決定，而CBl和CB2的分壓由繞組NPl和NP2的變比決定。
3[0011]但是圖3所示的電路存在以下缺點雖然驅動上管SW2的能力得到改善，但是，驅 動SW2的器件為電容CBl。與圖2的現有技術存在相同的問題，即電容CBl和電容CB2仍為 高壓充放電。因此，電容CBl在給上管SW2提供驅動能量的過程，以及CBl和CB2電壓的平 衡過程存在較大損耗。綜上所述，以上論述的現有技術提供的電路均存在較大損耗的問題。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種提高器件耐壓的電路，能夠提高器件的 耐壓能力，並且降低電路的損耗。本實用新型提供一種提高器件耐壓的電路，包括第一電容、第一穩壓管、第一二 極管、上NMOS管和下NMOS管；上NMOS管的柵極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源；電源的地之間連接第一電容；上NMOS管的柵極通過第一穩壓管接地；上NMOS管的源極連接下NMOS管的漏極，下NMOS管的源極接地，下NMOS管的柵極 連接PWM驅動信號。優選地，還包括並聯於上NMOS管的柵極和源極之間的第二穩壓管。優選地，所述電路作為反激電路中與原邊繞組連接的開關管。優選地，所述電路作為BUCK電路中的開關管，上NMOS管的漏極連接BUCK電路中 的二極體的陽極。優選地，所述電路作為BOOST電路中的開關管，上NMOS管的漏極連接BOOST電路 中的二極體的陽極。本實用新型還提供一種提高器件耐壓的電路，包括第一電容、第一穩壓管、第 一二極體、上IGBT管和下IGBT管；上IGBT管的門極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源；電源的地之間連接第一電容；上IGBT管的門極通過第一穩壓管接地；上IGBT管的發射極連接下IGBT管的集電極，下IGBT管的發射極接地，下IGBT管 的門極連接PWM驅動信號。優選地，還包括並聯於上IGBT管的門極和發射極之間的第二穩壓管。優選地，所述電路作為反激電路中與原邊繞組連接的開關管。優選地，所述電路作為BUCK電路中的開關管，上IGBT管的集電極連接BUCK電路 中的二極體的陽極。優選地，所述電路作為BOOST電路中的開關管，上IGBT管的集電極連接BOOST電 路中的二極體的陽極。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型提供的提高器件耐壓的電路，提供給上NMOS管的驅動電壓直接來自 於電源，因此不需任何轉換電路。當上NMOS管導通時，電源只需提供上NMOS管門極導通時 所需要的驅動能量，沒有其它損耗；當下NMOS管關斷時，第一二極體將電源與第一穩壓管
4分開，因此也不產生額外的損耗。因此，本實用新型實施例提供的電路可以降低損耗。
圖1是現有技術中提供的提高器件耐壓的電路圖；圖2是現有技術中提供的又一種提高器件耐壓的電路圖；圖3是現有技術中提供的另一種提高器件耐壓的電路圖；圖4是本實用新型實施例一提供的電路圖；圖5是本實用新型實施例二提供的提高器件耐壓的電路；圖6是本實用新型提供的電路的一種應用電路；圖7是本實用新型提供的電路的又一種應用電路；圖8是本實用新型提供的電路的另一種應用電路。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖對本 實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖4，該圖為本實用新型實施例一提供的電路圖。本實用新型實施例提供的提高器件耐壓的電路包括第一電容Cl、第一穩壓管 ZD1、第一二極體 D1、上 NMOS 管 Q2、下 NMOS 管 Ql ；其中，上NMOS管Q2的柵極連接第一二極體Dl的陰極，第一二極體Dl的陽極連接 電源Vcc。電源Vcc與地之間連接第一電容Cl。上NMOS管的柵極通過第一穩壓管ZDl接地；上NMOS管的源極連接下NMOS管的漏極，下NMOS管的源極接地，下NMOS管的柵極 連接PWM驅動信號Vd。下面結合圖4詳細說明本實用新型實施例提供的該電路的工作原理。下NMOS管Ql受PWM控制電路的直接驅動，其中Vd為PWM驅動信號。當Ql受PWM驅動信號的驅動由導通變為關斷時，Ql的漏極和源極之間的電壓升 高，第一二極體Dl承受反壓關斷，當Ql的DS漏極和源極之間的電壓接近第一穩壓管ZDl 的穩壓值時，上NMOS管Q2的柵極和源極之間的電壓低於導通門檻電壓，Q2也將進入關斷 狀態。當Ql和Q2都關斷時，Ql分擔的電壓由第一穩壓管ZDl的穩壓值決定。當Ql的柵極有高電平驅動時，Ql的漏極和源極之間的電壓將下降直至完全導通。 當Ql的漏極和源極兩端的電壓較低時，第一二極體Dl導通，Vcc進而為Q2提供足夠的驅 動電壓和電流，使Q2也導通。Vcc由於只需要提供Q2能導通的門極驅動電壓，因此幅值很 低，一般十幾V左右即可滿足要求。本實用新型中，提供給Q2的驅動電壓直接來自於Vcc，不需任何轉換電路，在Q2導 通時，Vcc只提供門極導通驅動所需要的能量，沒有其它損耗；在Ql關斷時，第一二極體Dl 將Vcc與第一穩壓管ZDl分開，也不產生額外的損耗。因此，本實用新型實施例提供的電路 可以降低損耗。本實用新型實施例還提供一種提高器件耐壓的電路，參見圖5，該圖為本實用新型實施例二提供的提高器件耐壓的電路。本實施例提供的提高器件耐壓的電路與實施例一的區別是增加了箝位保護電路。 如圖5所示，Q2的柵極和源極之間並聯箝位保護電路，可以將Q2的柵極電壓箝位在安全範 圍之內。本實施例中的箝位保護電路為一個穩壓管，如圖5所示的第二穩壓管ZD2。需要說明的是，以上實施例提供的提高器件耐壓的電路中的上管和下管均是NMOS 管，可以理解的是上管和下管也可以為IGBT管，除了上管和下管不同外，其他部分的電路 均相同。因此，其工作原理在此不再贅述。本實施例提供的提高器件耐壓的電路包括第一電容、第一穩壓管、第一二極體、 上IGBT管和下IGBT管；上IGBT管的門極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源；電源的地之間連接第一電容；上IGBT管的門極通過第一穩壓管接地；上IGBT管的發射極連接下IGBT管的集電極，下IGBT管的發射極接地，下IGBT管 的門極連接PWM驅動信號。需要說明的是，本實用新型實施例提供的提高器件耐壓的電路整體可以作為一個 開關管來使用，其工作原理的實質是將兩個開關管串聯起來增加耐壓能力。下面介紹幾種 典型的該電路作為開關管的應用場合。參見圖6，該圖為本實用新型提供的電路的一種應用電路。本實施例提供的開關管是應用於反激電路。如圖6所示，虛框內是本實用新型提供的提高器件耐壓的電路，其整體作為一個 開關管使用，上NMOS管Q2的漏極連接變壓器Tl的原邊繞組的同名端，變壓器Tl的副邊繞 組的同名端通過第二二極體D2連接輸出正端。輸出正端和輸出負端之間並聯第二電容C2。其中反激電路的典型應用是應用在開關電源中，其輸入電壓為Vin，輸出電壓為 Vo。如果輸入電壓Vin較大，此時就需要開關管的耐壓能力較強，耐壓較高。參見圖7，該圖為本實用新型提供的電路的又一種應用電路。本實施例提供的開關管是應用於BUCK電路。如圖7所示，虛框內是本實用新型提供的提高器件耐壓的電路，其整體作為一個 開關管使用，上NMOS管Q2的漏極連接BUCK電路中的第二二極體D2的陽極。第二二極體D2的陰極連接輸入電壓Vin的正端，陽極還連接第一電感Ll的一端， 第一電感Ll的另一端連接輸出電壓Vo的負端，輸出電壓Vo的正端和負端之間並聯第二電 容C2。參見圖8，該圖為本實用新型提供的電路的又一種應用電路。本實施例提供的開關管是應用於BOOST電路。如圖8所示，虛框內是本實用新型提供的提供器件耐壓的電路，其整體作為一個 開關管使用，上NMOS管Q2的漏極連接BUCK電路中的第二二極體的陽極。第二二極體D2的陽極通過第一電感Ll連接輸入電壓Vin的正端，陰極連接輸出 電壓Vo的正端。輸出電壓Vo的正端和負端之間並聯第二電容C2。需要說明的是，以上僅是開關管的典型應用電路圖，可以理解的是，應用本實用新
6型實施例提供的耐高壓的開關管不局限應用於這幾種場合，在其他開關管應用的場合也同 樣適用，在此不再一一舉例介紹。以上僅是以NMOS管為例進行介紹的應用場合，可以理解的是，應用IGBT管也可以 完成相同的功能，因此，在此不再贅述。本實用新型實施例提供的開關管，將兩個開關管串聯從而提高耐壓能力，並且電 路結構簡單，功耗小。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上 的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何 熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的 方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的 等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本實用新型技術方案保護的 範圍內。
權利要求一種提高器件耐壓的電路，其特徵在於，包括第一電容、第一穩壓管、第一二極體、上NMOS管和下NMOS管；上NMOS管的柵極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源；電源的地之間連接第一電容；上NMOS管的柵極通過第一穩壓管接地；上NMOS管的源極連接下NMOS管的漏極，下NMOS管的源極接地，下NMOS管的柵極連接PWM驅動信號。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括並聯於上NM0S管的柵極和源極之間的第二穩壓管。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，所述電路作為反激電路中與原邊繞組 連接的開關管。
4.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，所述電路作為BUCK電路中的開關管， 上NM0S管的漏極連接BUCK電路中的二極體的陽極。
5.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，所述電路作為BOOST電路中的開關 管，上NM0S管的漏極連接BOOST電路中的二極體的陽極。
6.一種提高器件耐壓的電路，其特徵在於，包括第一電容、第一穩壓管、第一二極體、 上IGBT管和下IGBT管；上IGBT管的門極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源； 電源的地之間連接第一電容； 上IGBT管的門極通過第一穩壓管接地；上IGBT管的發射極連接下IGBT管的集電極，下IGBT管的發射極接地，下IGBT管的門 極連接PWM驅動信號。
7.根據權利要求6所述的電路，其特徵在於，還包括並聯於上IGBT管的門極和發射極之間的第二穩壓管。
8.根據權利要求6或7所述的電路，其特徵在於，所述電路作為反激電路中與原邊繞組 連接的開關管。
9.根據權利要求6或7所述的電路，其特徵在於，所述電路作為BUCK電路中的開關管， 上IGBT管的集電極連接BUCK電路中的二極體的陽極。
10.根據權利要求6或7所述的電路，其特徵在於，所述電路作為BOOST電路中的開關 管，上IGBT管的集電極連接BOOST電路中的二極體的陽極。
專利摘要本實用新型提供一種提高器件耐壓的電路，包括第一電容、第一穩壓管、第一二極體、上NMOS管和下NMOS管或上IGBT管和下IGBT管；上NMOS管的柵極連接第一二極體的陰極或上IGBT管的門極連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接電源；電源的地之間連接第一電容；上NMOS管的柵極通過第一穩壓管接地或上IGBT管的門極通過第一穩壓管接地；上NMOS管的源極連接下NMOS管的漏極或上IGBT管的發射極連接下IGBT管的集電極，下NMOS管的源極接地或下IGBT管的發射極接地，下NMOS管的柵極連接PWM驅動信號或下IGBT管的門極連接PWM驅動信號。本實用新型提供的電路可以降低損耗。
文檔編號H02M1/08GK201766489SQ20102025329
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月7日 優先權日2010年7月7日
發明者姜德來, 葛良安 申請人:英飛特電子(杭州)有限公司