專利名稱：降低開關損耗與提高可靠性的一種功率開關管使用方法
技術領域：
本發(fā)明是一種功率開關管的使用方法，涉及開關電源，尤其是開關電源中的功率開關管的使用技術。
至今，用在開關電源中的功率開關管的使用方法是，每一開關臂是一只，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電源。就是使用在目前來講最為先進的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，雖然其導通壓降很低，但用它制造開關頻率高于20KHZ的大功率開關電源，因其開關速度不夠高，開關損耗仍很大，且還存在二次擊穿的危險。
針對上述情況，本發(fā)明的目的，是從電路結構設計方面，找到一種可以降低開關損耗，或可以提高可靠性，或兼有可以降低開關損耗與提高可靠性的功率開關管使用方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，用一種開關速度較高，或開關工作較可靠，或兼而有之的功率開關管與導通壓降低的功率開關管并接，對兩種管子實施時序控制，由后者以承擔功率輸出為主，而由前者以承擔開關損耗為主。


圖1為本發(fā)明的電原理圖。
圖2為本發(fā)明的實施例圖。
現(xiàn)說明于下。
本發(fā)明由主功率開關管V1與輔助功率開關管V2組成，并涉及控制驅動電路A1與A2。主功率開關管是一只或多只并接，輔助功率開關管是一只或多只并接。主、輔功率開關管是兩種特性不一的功率開關管。兩者相比，主功率開關管是一種導通壓降較低的管子。輔助功率開關管是一種開關速度較高，或者是一種開關工作可靠性較高，或者是一種兼有開關速度較高與開關工作較可靠的管子。它們的電連接關系是各開關兩輸出端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動電路A1與A2的輸出端。主、輔功率開關管分別由該兩組控制驅動電路實施時序控制。它們的關斷關系是，主功率開關管先關斷，輔助功率開關管在主功率開關管關斷瞬間，或在該瞬間略前或略后開始實施關斷。它們的開啟關系可以依主、輔功率開關管的功耗余量來確定，若輔助功率開關管功耗余量較大時，輔助功率開關管可先開啟，主功率開關管后開啟。由于功率開關管的開啟損耗遠較關斷損耗為低，且較可靠，因而主、輔功率開關管也可同時開啟。一般不宜采用主功率開關管先開啟的時序控制。主、輔功率開關管的控制時序由驅動電路內部產生，也可由控制驅動電路工作的前級控制部分產生。
實施例。
本實施例中，主功率開關管V1選用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，輔助功率開關管V2選用場效應晶體管(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構成主功率開關管驅動電路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構成輔助功率開關管的驅動電路A2，快速光電耦合器HD用于傳輸前級控制信號，經電阻R1取樣加于反相器IC1，輸出分二路，一路直接加于驅動電路A1，另一路經單向延時電路加于驅動電路A2。單向延時電路由二極管D1、電阻R4與電容C1組成。當開啟信號加于快速光電耦合器HD的初級時，反相器IC1輸出低電平，電容C1經二極管D1快速放電，控制驅動電路A2輸出開啟信號，該輸出信號較驅動電路A1輸出的開啟信號只有一個很小的滯后時間。因為場效應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管先開啟，或與主功率開關管同時開啟。當快速光電耦合器HD初級加有關斷信號時，反相器IC1輸出高電平，驅動電路A1迅即輸出關斷信號，而加于驅動電路A2的關斷控制信號是經延時后加入的，其輸出的關斷信號會有一個延時。延時值由R4與C1之積決定。若主功率開關管關斷時間為1秒，則延時值也設為1秒，或略小，或略人。電阻R2與R3分別為主、輔功率開關管的輸入阻尼電阻。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管提供關斷負偏壓，其值可選3～7V。兩組驅動電路由同一電源供電，電壓為15～25V。
若將上述實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電源中時，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的導通壓降為2V，占空比為40％時，平均功耗不大于48W。場效應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。當開關頻率為25KHZ，關斷時間約為0.2μS時，關斷損耗不大于81W。若不采用輔助功率開關管并接使用方法，單靠絕緣柵雙極性晶體管關斷，關斷損耗在300W以上，且有二次擊穿的危險。可見，本發(fā)明具有降低功率開關管開關損耗與提高其開關工作可靠性的效果。
權利要求
1.一種可以降低開關損耗，或可以提高可靠性，或兼有可以降低開關損耗與提高可靠性的功率開關管使用方法，它由主功率開關管與輔助功率開關管組成，并涉及控制驅動電路，主功率開關管是一只或多只并接，輔助開關管是一只或多只并接，其特征是1.1主功率開關管與輔助功率開關管是兩種特性不一的功率開關管，前者具有較低的導通壓降，后者具有較高的開關速度，或較高的開關工作可靠性，或兼有較高的開關速度與較高的開關工作可靠性；1.2主功率開關管與輔助功率開關管的電連接關系是，各開關輸出兩端相互并接，它們的控制輸入端分別連接兩組控制驅動電路輸出端；1.3主功率開關管與輔助功率開關管分別由兩組控制驅動電路實施時序控制，輔助功率開關管與主功率開關管的工作關系是，主功率開關管先關斷，輔助功率開關管在主功率開關管關斷瞬間，或在該瞬間略前，或略后開始實施關斷。
全文摘要
本發(fā)明是一種將開關速度較高，或開關工作較可靠，或兼有以上兩種特性的功率開關管與導通壓降較低的功率開關管并接的使用方法。前者主要承擔開關損耗，后者主要承擔功率輸出，它們分別由兩組控制驅動電路進行時序控制。采用本方法的開關電源，可以降低功率開關管損耗，或可以提高開關工作可靠性，或可以既降低開關損耗又提高可靠性。
文檔編號H03K17/04GK1132965SQ9411156
公開日1996年10月9日 申請日期1994年10月24日 優(yōu)先權日1994年10月24日
發(fā)明者陳大可, 陳然 申請人:陳大可