[發(fā)明專利]在開關(guān)電源系統(tǒng)中采用的控制設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310110219.2
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103368403B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H.鮑爾哈茨;A.P.巴勞納
• 申請（專利權(quán)）人: 施耐德東芝換流器歐洲公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M5/458
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 錢大勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于在開關(guān)電源系統(tǒng)中應(yīng)用的控制設(shè)備。本發(fā)明還涉及采用了所述控制設(shè)備的開關(guān)電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)

開關(guān)電源系統(tǒng)（也稱為表示“開關(guān)模式電源”的SMPS）使得可以基于在輸入分出的DC電壓傳遞一個或多個DC電壓作為輸出。具體地在可變速驅(qū)動器中采用這種類型的開關(guān)電源系統(tǒng)。在可變速驅(qū)動器中，開關(guān)電源系統(tǒng)承擔(dān)通過根據(jù)從該可變速驅(qū)動器的DC電源總線分出的主DC電壓提供可以為該可變速驅(qū)動器的所有電子件供電的輔助DC電壓的任務(wù)。

DC電源總線提供范圍可以從350Vcc到多于1000Vcc的主DC電壓。從而該開關(guān)電源系統(tǒng)中采用的控制設(shè)備必須能夠在1700Vcc下切換高達(dá)2A的電流。在已知方式下，該控制設(shè)備可以包括具有在1200V和1700V之間的擊穿電壓的MOSFET類型的單個晶體管。然而，在這些擊穿電壓處，該MOSFET晶體管處于它的工藝極限。此外，它的成本高，并且工作期間，因?yàn)榻苟?yīng)它的損耗特別高。

為了改善這些缺點(diǎn)，已知的是串聯(lián)兩個MOSFET晶體管，具有更低的擊穿電壓，范圍從600V到900V。從而串聯(lián)的這兩個晶體管的每個經(jīng)受更少的電壓，符合MOSFET技術(shù)的最佳應(yīng)用。

在現(xiàn)有技術(shù)中，提出了關(guān)于這兩個串聯(lián)晶體管的若干設(shè)置。2000年9月第5期卷15的IEEE?transactions?on?power?electronics（IEEE電力電子學(xué)報）中Robert?L.Hess和Russel?Jacob?Baker題為“Transformerless?Capacitive?Coupling?of?Gate?Signals?for?Series?Operation?of?Power?MOS?Devices（用于電力MOS設(shè)備的串聯(lián)工作的選通信號的無變壓器的電容耦合）”的出版物描述了包括至少兩個串聯(lián)的MOSFET類型晶體管的控制設(shè)備。在圖1A中表現(xiàn)此拓?fù)洹Ｔ诖送負(fù)渲校摽刂圃O(shè)備包括兩個輸入端A、B，及連接至第二輸入端B并在其柵極接收源自控制單元U的控制信號的第一晶體管T1。第二晶體管T2與第一晶體管T1串聯(lián)連接，并連接至第一輸入端A。在第二晶體管T2的柵極和第二輸入端B之間連接電容C1。電容C1的作用是兩方面：提供控制第二晶體管的足夠電荷，以及將橫越第一晶體管的端子的電壓限制在最優(yōu)值。

為了不取決于這兩個條件，特別提出用齊納（Zener）二極管Dz1來替換該電容，則可以固定橫越第一晶體管T1的端子的電壓。在圖1B中表現(xiàn)此第二種已知拓?fù)洹Ｔ诖嗽O(shè)置中，此時依靠該齊納二極管Dz1的本征電容（Ci）存儲的電荷保證了第二晶體管T2的控制。然而，如果（例如由于DC總線的電壓過低）該齊納二極管Dz1的本征電容發(fā)送的電荷低于正確地控制第二晶體管T2所必需的電荷，則需要添加與該齊納二極管并聯(lián)的電容器以保證對第二晶體管的合適的控制。通過添加與該齊納二極管并聯(lián)的電容器，針對第一種設(shè)置識別的缺點(diǎn)再次出現(xiàn)了。

在這兩種設(shè)置中，對第二晶體管T2的控制都依賴于所述電容器的電容（不管后者是本征的或額外的）以及該電容器兩端的電壓電平。為了用合適的方式控制第二晶體管T2，基于該電容器（齊納二極管Dz1的本征或額外的）兩端較低的電壓，需要增加與晶體管T2的柵極串聯(lián)的電容器的電容。然而，不能不確定地增加該電容器的電容。

本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種打算用在開關(guān)電源系統(tǒng)中的具有串聯(lián)的兩個晶體管的控制設(shè)備，無論主DC電壓的電平為何，該控制設(shè)備都允許對第二晶體管的合適的控制，并且不用增加電容器的電容。

發(fā)明內(nèi)容

通過一種開關(guān)電源系統(tǒng)中打算采用來控制所述開關(guān)電源系統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，所述控制設(shè)備包括：第一輸入端子和第二輸入端子，連接至第二輸入端子并提供有意在接收源自控制單元的控制信號的柵極的第一晶體管，以及連接至第一輸入端子、與第一晶體管串聯(lián)連接并提供有浮動控制柵極的第二晶體管，該控制設(shè)備包括連接至第二晶體管的柵極和連接至第二輸入端子的控制組件，該控制組件包括電壓源和連接至該電壓源的電壓鉗位/路由設(shè)備。

根據(jù)特定的特征，電壓鉗位/路由設(shè)備包括與電壓源串聯(lián)連接的齊納二極管。

根據(jù)另一特定特征，例如與齊納二極管單獨(dú)并聯(lián)連接一額外的電容器。

根據(jù)另一特定特征，電壓鉗位/路由設(shè)備包括與電壓源串聯(lián)連接的二極管，和與電壓源及所述二極管并聯(lián)連接的齊納二極管。

根據(jù)另一特定特征，另外額外的電容器與控制組件并聯(lián)連接，控制組件是按“齊納二極管+電壓源串聯(lián)”的配置，或者按“二極管+電壓源串聯(lián)并與齊納二極管并聯(lián)”的配置。