[發明專利]雙向功率器件

有效

• 申請號: 201210425849.4
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103795285A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 邱海陵;朱俊;管誠華;朱元慶;李華武;陶燦
• 申請（專利權）人: 上海儒競電子科技有限公司
• 主分類號: H02M7/70
• 分類號: H02M7/70;H02M1/092
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及電力電子器件技術領域，特別是涉及一種雙向功率器件。

背景技術

功率器件就是進行功率處理、具有處理高電壓和大電流能力的器件。早期的功率器件：大功率二極管、晶閘管等等，主要用于工業和電力系統，后來，隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率器件的迅速發展，功率器件可以說是越來越火。現在功率器件在計算機、通行、消費電子、汽車電子為代表的4C行業（Computer、Communication、Consumer?electronics、Cartronics）應用已經非常廣泛，由于功率器件，在配上各種各樣的無源器件，就可以構成電力電子變換器的功率電路部分。功率器件十分重要，發展非常迅速，目前已經具有多種型式，如單管、智能功率模塊（IPM）、功率集成模塊（PIM）等等。其中有一類器件為雙向可控開關，又稱為四象限開關，主要用在交交變換器中，例如矩陣變換器等。功率器件，在大多數情況下，是被作為開關使用，一個理想的開關，應該具有兩個基本的特性：1，電流通過的時候，這個理想開關兩端的電壓降是零；2，電流截斷的時候，這個理想開關兩端可以承受的電壓可以是任意大小，也就是0至無窮大。因此，功率器件的研究和發展，就是圍繞著這個目標不斷前進的。現在的功率器件，已經具有很好的性能了，在要求的電壓電流處理范圍內，可以接近一個比較理想的開關。

由于目前市場非常小，目前雙向可控開關均由單管器件組合而成，如共發射極逆導開關、共集電極逆導開關、反并聯逆阻開關等。由于具有分散性，開關特性較差，熱特性也較低，而且不具有智能特征。

在家用變頻電器，例如變頻空調領域，需要采用功率因數校正技術。有一些校正技術需要采用雙向可控開關，即雙向功率器件。目前采用的雙向功率器件及其驅動、保護和電源電路均由分立器件組合而成，具有分散性的所有不足之處。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種雙向功率器件，用于解決現有技術中功率器件結構分散、開關性能較差的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種雙向功率器件，包括：開關電路，包括由二極管整流橋與所述二極管整流橋反并聯的絕緣柵雙極型晶體管構成的雙向逆導開關；故障電路，與所述開關電路相連，包括信號光電耦合器和滯環比較器，用于判斷開關電路中是否出現過流；驅動電路，與所述開關電路和故障電路相連，包括驅動光電耦合器和晶體管，用于驅動開關電路；電源電路，與所述開關電路相連，包括隔離二極管、第一穩壓二極管、第二穩壓二極管、穩壓器和分壓電阻，為過流保護提供參考電壓及隔離強電和弱電。

可選地，所述二極管整流橋為兩臂二極管整流橋，所述兩臂二極管整流橋的兩個橋臂分別與強電輸入端相連。

可選地，所述開關電路還包括：第一穩壓電阻和第二穩壓電阻、檢流電阻、門極電阻、門極二極管和下拉電阻；第一穩壓電阻的一端與二極管整流橋的直流正極端及絕緣柵雙極型晶體管的集電極相連，第一穩壓電阻的另一端與第二穩壓電阻相連；檢流電阻的一端與絕緣柵雙極型晶體管的發射極相連；下拉電阻的一端、門極電阻的一端和門極二極管的一端與絕緣柵雙極型晶體管的柵極相連；門極電阻的另一端和門極二極管的另一端與驅動電路中驅動光電耦合器相連；第二穩壓電阻的另一端、下拉電阻的另一端、檢流電阻的另一端連入強電地。

可選地，所述驅動光電耦合器包括一發光二極管和兩個光敏三極管組合而成的受光三極管；兩個光敏三極管的發射極相連引出一輸入引腳，一個光敏三極管的集電極連接電源，另外一個光敏三極管的集電極接入強電地；發光二級管的陰極接入模擬地。

可選地，所述驅動電路還包括第一驅動電阻、第二驅動電阻和第三驅動電阻；第一驅動電阻的一端與所述驅動光電耦合器中發光二極管的陽極相連，第一驅動電阻的另一端、第二驅動電阻的一端與晶體管的發射極和信號光電耦合器的輸入端相連；第二驅動電阻的另一端連接電源；第三驅動電阻的一端與晶體管的基極相連，另一端接地。

可選地，所述晶體管的基極引出形成驅動信號端。

可選地，所述故障電路還包括第三穩壓電阻、第四穩壓電阻、第一電容和第二電容；所述信號光電耦合器包括一發光二極管和一光敏三極管；發光二極管的陽極與第一電容的一端及滯環比較器的輸出端相連，發光二極管的陰極與第一電容的另一端及第三穩壓電阻的一端相連；第三穩壓電阻的另一端接地；發射極接地；滯環比較器的反相輸入端連接電源，正相輸入端與第四穩壓電阻的一端及第二電容的一端相連；第四穩壓電阻的另一端與檢流電阻和絕緣柵雙極型晶體管的發射極的共同端相連；第二電容的另一端接地。