專利名稱：降低開關(guān)損耗與提高可靠性的一種功率開關(guān)管使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種功率開關(guān)管的使用方法，涉及開關(guān)電源，尤其是開關(guān)電源中的功率開關(guān)管的使用技術(shù)。
至今，用在開關(guān)電源中的功率開關(guān)管的使用方法是，每一開關(guān)臂是一只，若須多只并接，它們必定是同規(guī)格的管子，也就是說，每一開關(guān)臂是一種管子。用這種方法，目前很難制造出高工作頻率的大功率開關(guān)電源。就是使用在目前來講最為先進(jìn)的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，雖然其導(dǎo)通壓降很低，但用它制造開關(guān)頻率高于20KHZ的大功率開關(guān)電源，因其開關(guān)速度不夠高，開關(guān)損耗仍很大，且還存在二次擊穿的危險(xiǎn)。
針對上述情況，本發(fā)明的目的，是從電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，找到一種可以降低開關(guān)損耗，或可以提高可靠性，或兼有可以降低開關(guān)損耗與提高可靠性的功率開關(guān)管使用方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，用一種開關(guān)速度較高，或開關(guān)工作較可靠，或兼而有之的功率開關(guān)管與導(dǎo)通壓降低的功率開關(guān)管并接，對兩種管子實(shí)施時(shí)序控制，由后者以承擔(dān)功率輸出為主，而由前者以承擔(dān)開關(guān)損耗為主。


圖1為本發(fā)明的電原理圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例圖。
現(xiàn)說明于下。
本發(fā)明由主功率開關(guān)管V1與輔助功率開關(guān)管V2組成，并涉及控制驅(qū)動(dòng)電路A1與A2。主功率開關(guān)管是一只或多只并接，輔助功率開關(guān)管是一只或多只并接。主、輔功率開關(guān)管是兩種特性不一的功率開關(guān)管。兩者相比，主功率開關(guān)管是一種導(dǎo)通壓降較低的管子。輔助功率開關(guān)管是一種開關(guān)速度較高，或者是一種開關(guān)工作可靠性較高，或者是一種兼有開關(guān)速度較高與開關(guān)工作較可靠的管子。它們的電連接關(guān)系是各開關(guān)兩輸出端D1及S1與D2及S2相互并接，它們的控制輸入端G1與G2分別連接兩組控制驅(qū)動(dòng)電路A1與A2的輸出端。主、輔功率開關(guān)管分別由該兩組控制驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施時(shí)序控制。它們的關(guān)斷關(guān)系是，主功率開關(guān)管先關(guān)斷，輔助功率開關(guān)管在主功率開關(guān)管關(guān)斷瞬間，或在該瞬間略前或略后開始實(shí)施關(guān)斷。它們的開啟關(guān)系可以依主、輔功率開關(guān)管的功耗余量來確定，若輔助功率開關(guān)管功耗余量較大時(shí)，輔助功率開關(guān)管可先開啟，主功率開關(guān)管后開啟。由于功率開關(guān)管的開啟損耗遠(yuǎn)較關(guān)斷損耗為低，且較可靠，因而主、輔功率開關(guān)管也可同時(shí)開啟。一般不宜采用主功率開關(guān)管先開啟的時(shí)序控制。主、輔功率開關(guān)管的控制時(shí)序由驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部產(chǎn)生，也可由控制驅(qū)動(dòng)電路工作的前級控制部分產(chǎn)生。
實(shí)施例。
本實(shí)施例中，主功率開關(guān)管V1選用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，輔助功率開關(guān)管V2選用場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，由三極管V3、V4、V5與V8組成二組圖騰柱電路，連同反相器IC2構(gòu)成主功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路A1，由三極管V7、V8、V9、V10組成另二組圖騰柱電路，連同反相器IC3構(gòu)成輔助功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路A2，快速光電耦合器HD用于傳輸前級控制信號(hào)，經(jīng)電阻R1取樣加于反相器IC1，輸出分二路，一路直接加于驅(qū)動(dòng)電路A1，另一路經(jīng)單向延時(shí)電路加于驅(qū)動(dòng)電路A2。單向延時(shí)電路由二極管D1、電阻R4與電容C1組成。當(dāng)開啟信號(hào)加于快速光電耦合器HD的初級時(shí)，反相器IC1輸出低電平，電容C1經(jīng)二極管D1快速放電，控制驅(qū)動(dòng)電路A2輸出開啟信號(hào)，該輸出信號(hào)較驅(qū)動(dòng)電路A1輸出的開啟信號(hào)只有一個(gè)很小的滯后時(shí)間。因?yàn)閳鲂?yīng)管較絕緣柵雙極性晶體管開啟速度高許多，只要電容C1取值足夠小，反相器IC1吸收電流足夠大，就可以保證輔助開關(guān)管先開啟，或與主功率開關(guān)管同時(shí)開啟。當(dāng)快速光電耦合器HD初級加有關(guān)斷信號(hào)時(shí)，反相器IC1輸出高電平，驅(qū)動(dòng)電路A1迅即輸出關(guān)斷信號(hào)，而加于驅(qū)動(dòng)電路A2的關(guān)斷控制信號(hào)是經(jīng)延時(shí)后加入的，其輸出的關(guān)斷信號(hào)會(huì)有一個(gè)延時(shí)。延時(shí)值由R4與C1之積決定。若主功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間為1秒，則延時(shí)值也設(shè)為1秒，或略小，或略人。電阻R2與R3分別為主、輔功率開關(guān)管的輸入阻尼電阻。電阻R5、穩(wěn)壓管D2、電容C2與C3組成分壓電路為主輔功率開關(guān)管提供關(guān)斷負(fù)偏壓，其值可選3～7V。兩組驅(qū)動(dòng)電路由同一電源供電，電壓為15～25V。
若將上述實(shí)施例用于供電電壓為530V，最大工作電流為60A，電路形式為單端雙臂式的開關(guān)電源中時(shí)，絕緣柵雙極性管可選用額定電流為100A，耐壓值高于1000V的管子。60A的導(dǎo)通壓降為2V，占空比為40％時(shí)，平均功耗不大于48W。場效應(yīng)晶體管選用額定電流為25A，最大電流為100A，耐壓大于800V的管子。當(dāng)開關(guān)頻率為25KHZ，關(guān)斷時(shí)間約為0.2μS時(shí)，關(guān)斷損耗不大于81W。若不采用輔助功率開關(guān)管并接使用方法，單靠絕緣柵雙極性晶體管關(guān)斷，關(guān)斷損耗在300W以上，且有二次擊穿的危險(xiǎn)?？梢?，本發(fā)明具有降低功率開關(guān)管開關(guān)損耗與提高其開關(guān)工作可靠性的效果。
權(quán)利要求
1.一種可以降低開關(guān)損耗，或可以提高可靠性，或兼有可以降低開關(guān)損耗與提高可靠性的功率開關(guān)管使用方法，它由主功率開關(guān)管與輔助功率開關(guān)管組成，并涉及控制驅(qū)動(dòng)電路，主功率開關(guān)管是一只或多只并接，輔助開關(guān)管是一只或多只并接，其特征是1.1主功率開關(guān)管與輔助功率開關(guān)管是兩種特性不一的功率開關(guān)管，前者具有較低的導(dǎo)通壓降，后者具有較高的開關(guān)速度，或較高的開關(guān)工作可靠性，或兼有較高的開關(guān)速度與較高的開關(guān)工作可靠性；1.2主功率開關(guān)管與輔助功率開關(guān)管的電連接關(guān)系是，各開關(guān)輸出兩端相互并接，它們的控制輸入端分別連接兩組控制驅(qū)動(dòng)電路輸出端；1.3主功率開關(guān)管與輔助功率開關(guān)管分別由兩組控制驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施時(shí)序控制，輔助功率開關(guān)管與主功率開關(guān)管的工作關(guān)系是，主功率開關(guān)管先關(guān)斷，輔助功率開關(guān)管在主功率開關(guān)管關(guān)斷瞬間，或在該瞬間略前，或略后開始實(shí)施關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明是一種將開關(guān)速度較高，或開關(guān)工作較可靠，或兼有以上兩種特性的功率開關(guān)管與導(dǎo)通壓降較低的功率開關(guān)管并接的使用方法。前者主要承擔(dān)開關(guān)損耗，后者主要承擔(dān)功率輸出，它們分別由兩組控制驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行時(shí)序控制。采用本方法的開關(guān)電源，可以降低功率開關(guān)管損耗，或可以提高開關(guān)工作可靠性，或可以既降低開關(guān)損耗又提高可靠性。
文檔編號(hào)H03K17/04GK1132965SQ9411156
公開日1996年10月9日 申請日期1994年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月24日
發(fā)明者陳大可, 陳然 申請人:陳大可