一种功率变换器装置，该功率变换器装置包括：开关器件和控制器，利用控制器控制开关器件的通与断来实现电源之间的转换。其中，开关器件包括：至少一个常通型开关器件，该常通型开关器件的工作频率大于1KHZ；以及至少一个常闭型开关器件，该常闭型开关器件的工作频率大于1KHZ，且常通型开关器件与常闭型开关器件串联连接；以及控制器分别输出第一控制信号和第二控制信号，以对应地控制该常通型开关器件和该常闭型开关器件，使得在第一控制信号控制该常通型开关器件关闭后第二控制信号控制常闭型开关器件导通。本发明专利技术使用电路中原有的具备电压阻断能力的常闭型开关器件来实现常通型开关器件的直接使用，从而能够进一步提高开关电源的效率和功率密度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种功率变换器装置，尤其涉及基于常通型开关器件的功率变换器装置。
技术介绍
有源功率器件是开关电源的重要组件，其特性对于开关电源的性能十分关键。随着半导体技术的发展，采用有源功率器件组成的例如功率因数校正电路(PFC)或直流/直流转换电路(D2D)等的转换效率目前已高达97％，其功率密度也达到相当高的程度。然而基于硅(Si)材料的有源功率器件特性已经接近理论极限，继续发展的空间较小，阻碍了开关电源效率和功率密度的进一步提高。基于宽禁带材料例如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)等的有源功率器件内阻更小，开关损耗更小，并且能够承受更高的工作温度，从而能够进一步提高开关电源的效率和功率密度。宽禁带材料有源功率器件通常包含至少三个端子，其中一端为控制端，即栅极，用于控制该器件的导通及关断。以金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为例，三个端子分别是栅极、源极和漏极。而有源功率器件通常又分为常通型和常闭型两种，以常通型MOSFET器件为例，当栅极源极间电压为零时，器件导通；当栅极源极为负压时，器件关断。以常闭型MOSFET器件为例，当栅极源极间电压为正时，器件导通；栅极源极间电压为零时，器件关断。然而，使用常通型开关器件的一个最大的困难问题就是如何解决电路的启动问题，下面以降压式(Buck)电路为例来说明这一问题。图1是说明一种采用常通型开关器件组成的Buck电路的示意图。如图1中所示，Buck电路中的开关元件Q1和Q2为常通型半导体器件，例如为常通型GaN器件。该电路被期望能够通过中点O经电感L1向电容Co输出电
压。然而由于在该电路的初始状态，即该电路还未加电工作的时刻，直流输入电压Vin为零，辅助电源Vaux和控制/驱动模块C&D也未提供控制信号给Q1和Q2，这样，Q1和Q2的栅极源极电压也为零，因此Q1和Q2处于导通状态。而当该电路加电时，也即Vin开始建立，不等于零时，由于Vaux和C&D建立控制信号的时间落后于Vin，也即Q1和Q2的栅极源极电压并未达到使其保持关断状态的负压，则Q1和Q2上的电流会从Vin的正极“+”直通到地G而导致电路损坏。也就是说，由常通型开关器件组成的电路存在启动问题。基于图1，图2是说明一种采用电子开关解决由常通型开关器件组成的电路的启动问题的示意图。如图2中所述，在Vin、Q1和Q2形成的回路中串联了一个电子开关Qin。Qin为常闭型开关，如由Si制作的金属氧化物半导体(MOS)器件。由于加电前，常闭型开关器件的栅极电压为零，处于关断状态。当Vin加电时，在C&D完全建立控制信号前，Qin都处于关断状态，这样就不会发生Q1和Q2直通现象，即可保证电路安全。而当Vaux和C&D完全建立控制信号后，也即此时Q1和Q2的驱动信号开始正常工作后，则使Qin长期导通。这样就实现了电路的安全启动。但这样的不足是，Qin的电压应力与Q1和Q2一样，均为Vin。而Qin通常为Si的MOS器件，在与宽禁带半导体器件如GaN的MOS器件电压等级一样的情况下，其通态电阻造成的损耗不容忽视。这种电子开关通常不是作为功率转换电路的用于实现电源转换的开关器件，而是常通型器件应用时的辅助电子开关，该电子开关的工作频率相对会较低，通常低于1KHZ。为了解决额外增加的Si器件的耐压问题，以及为了使GaN器件可以直接替代传统的Si的MOS器件而无需改变控制和驱动方案，提出了图3的方案。图3是说明一种通过将常闭型开关器件与常通型开关器件串联作为一个组合来简单替换电路中的常闭型开关器件的示意图。如图3中所示，耐压40V的常闭型Si开关器件QL与耐压600V的常通型GaN开关器件QH串联形成一个组合，QH的源极与QL的漏极连接在一起，QH的栅极与QL的源极连接在一起，QH的漏极D用作该组合的漏极，QL的源极S用作该组合的源极，该组合可具备类似于传统Si器件的常闭控制特性，又利用了GaN器件
的一些优点。但是，图3所示的方案增加了电路的驱动损耗、回路电感、电磁干扰、反向恢复损耗，另外很难进行器件的参数搭配，无法充分发挥出GaN器件的优良特性。
技术实现思路
本专利技术相对于传统常通型的应用，在此提供了一种常通型器件在功率转换器装置中应用的一种方式。在此，本专利技术提供了一种功率变换器装置，不同于传统的功率变换器装置，此种功率变换器装置中用于电源转换的开关器件至少包括两个开关器件，该两个开关器件一种是常通型开关器件，该常通型开关器件的工作频率大于1KHZ；另一种是一个常闭型开关器件，该常闭型开关器件的工作频率大于1KHZ。该功率变换器装置中的控制器，分别输出第一控制信号和第二控制信号，以对应地控制常通型开关器件和常闭型开关器件，使得在第一控制信号控制常通型开关器件关闭后第二控制信号控制常闭型开关器件导通。在此提供的功率变换器装置中，使电路中的开关器件中常通型器件和常闭型搭配使用，实现常通性器件的应用，在不改变功率变换器装置的电路结构的同时，有利于提高开关电源的效率。附图说明图1是说明一种传统的常通型开关器件应用于Buck电路的示意图；图2是说明一种传统的采用电子开关解决常通型开关器件应用于Buck时的启动问题的示意图；图3是说明另一种传统的解决常通型器件作为开关器件应用时的传统方式示意图；图4是说明根据本专利技术第一实施例的功率变换器装置的示意图；图5是说明根据本专利技术第一实施例的功率变换器装置的工作时序的示意图；图6是说明根据本专利技术第二实施例的功率变换器装置的示意图；图7是说明根据本专利技术第二实施例的功率变换器装置的工作时序的示意
图；图8是说明根据本专利技术第三实施例的功率变换器装置的示意图；图9是说明根据本专利技术第四实施例的功率变换器装置的示意图；图10是说明根据本专利技术第五实施例的功率变换器装置的示意图；图11是说明根据本专利技术第六实施例的功率变换器装置的示意图；图12是说明根据本专利技术第七实施例的功率变换器装置的示意图；图13是说明根据本专利技术第八实施例的功率变换器装置的示意图；以及图14是说明根据本专利技术第九实施例的功率变换器装置的示意图。具体实施方式下面将结合图4至图14详细描述本专利技术，其中，相同的附图标记表示相同或相似的设备或信号，另外，作为连接导线的线段之间如果存在交叉点，那么交叉点上带有黑点“·”则表示所述交叉点是连接点，交叉点上不带有黑点“·”则表示所述交叉点不是连接点而仅仅是相互穿越；各元件的符号不但代表所述元件自身，还可以表示所述元件的容量的代数符号。这里本专利技术所限定的器件或器件组合不同于图2中所示的Qin。Qin的耐压等级必须大于等于Vin，而且工作频率相对较低(例如通常在10HZ以下)，远低于该电路中用于形成功率转换器桥臂的开关元件的工作频率(如1KHZ以上)。而本专利技术所限定的器件或器件组合虽然其耐压等级也大于等于Vin，但其自身为形成功率转换器部分桥臂的开关元件，其工作频率等于功率转换器开关工作频率之一，通常是1kHZ以上，而且不是如图2中所示的额外设置的电子开关。下面将结合图4至图14详细描述本专利技术提供的功率转换器装置。如图4中所示，根据本专利技术第一实施例的功率变换器装置中，功率变换器装置至少包括两个开关器件SW(为便于描述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种功率变换器装置，从一个电源获得电力，所述功率变换器装置包括：开关器件，所述开关器件包括：至少一个常通型开关器件，所述常通型开关器件的工作频率大于1KHZ；以及至少一个常闭型开关器件，所述常闭型开关器件的工作频率大于1KHZ，且所述常通型开关器件与所述常闭型开关器件串联连接；以及控制器，分别输出第一控制信号和第二控制信号，以对应地控制所述常通型开关器件和所述常闭型开关器件，使得在所述第一控制信号控制所述常通型开关器件关闭后所述第二控制信号控制所述常闭型开关器件导通。
【技术特征摘要】
1.一种功率变换器装置，从一个电源获得电力，所述功率变换器装置包括：开关器件，所述开关器件包括：至少一个常通型开关器件，所述常通型开关器件的工作频率大于1KHZ；以及至少一个常闭型开关器件，所述常闭型开关器件的工作频率大于1KHZ，且所述常通型开关器件与所述常闭型开关器件串联连接；以及控制器，分别输出第一控制信号和第二控制信号，以对应地控制所述常通型开关器件和所述常闭型开关器件，使得在所述第一控制信号控制所述常通型开关器件关闭后所述第二控制信号控制所述常闭型开关器件导通。2.如权利要求1所述的功率变换器装置，其中，当所述功率变换器装置关闭时，在所述第二控制信号关闭所述常闭型开关器件后，所述第一控制信号维持关闭所述常通型开关器件预设时间后关闭所述第一控制信号。3.如权利要求1所述的功率变换器装置，其中，所述功率变换器装置为直流/直流转换装置。4.如权利要求3所述的功率变换器装置，其中，所述功率变换器装置为两级级联结构的直流/直流转换装置，且所述两级级联结构的直流/直流转换装置包括：前级直流/直流转换电路和后级直流/直流转换电路。5.如权利要求4所述的功率变换器装置，其中，所述前级直流/直流转换电路为隔离不调整直流/直流转换电路，且所述后级直流/直流转换电路为不隔离调整直流/直流转换电路。6.如权利要求4所述的功率变换器装置，其中，所述前级直流/直流转换电路为不隔离调整直流/...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，言超，叶浩屹，忽培青，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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