电感负载功率开关电路制造技术

本发明专利技术描述了包括电感负载和开关器件的功率开关电路。开关器件可以是低侧开关或高侧开关。一些开关是晶体管，使得能够当在晶体管两端施加电压时阻断电压，或防止实质电流流过晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率开关电路，具体地说，涉及使用电感负载的功率开关电路。
技术介绍
单侧开关是一种开关构造，其中，开关器件用于将负载连接到处于低电势的节点——“低侧”开关，或将负载连接到处于高电势的节点——“高侧”开关。在图Ia中示出了低侧构造，并且在图加中示出了高侧构造，其中，通过高电压(HV)源来表示在高电势的节点，并且通过接地端子来表示在低电势的节点。在两种情况下，当负载10是电感负载时， 当该开关器件断开时，需要续流二极管11 (有时称为回扫二极管)来提供用于续流负载电流的路径。例如，如在图Ib中所示，当通过施加比器件阈值电压Vth大的栅-源电压Vgs以把将开关器件12偏置为高时，电流13流过负载10，并且流过该开关器件12，二极管11被反向偏置，使得没有大电流通过它。当如图Ic中所示，通过施加栅-源电压Vgs < Vth来把开关器件12切换到低时，通过电感负载10的电流不能急剧终止，因此电流13流过负载10 和二极管11，同时没有大电流流过开关器件12。分别在图2b和2c中示出了用于详细描述当开关被偏置为高时，和当开关被断开(切换为低)时的流过高侧开关构造的电流的类似的视图。理想地，在图1和2的电路中使用的续流二极管11在接通状态中具有低的传导损耗以及良好的开关特性，从而最小化在切换期间的瞬变电流，因此，通常使用肖特基二极管。然而，对于一些应用，肖特基二极管不能够支持足够大的反向偏置电压，因此必须使用表现出较高电导率和切换损耗的高压二极管。通常是晶体管的开关器件12可以是增强型 (通常断，Vth >0)器件或衰竭型(通常通，Vth <0)器件，其中，增强型也称为E型，并且衰竭型也称为D型。在功率电路中，增强型器件通常用于防止意外接通，以避免对于器件或其他电路部件的损害。在图1和2中的电路的关键问题是大多数高压二极管通常显示高电导率和切换损耗。而且，在高压PIN 二极管中的反向恢复电流增加了晶体管的损耗。对于在图1和2中所示的构造的一种替代方式是替代地使用同步整流，如在图 3a-e中所示。除了包括与二极管11反并联的高压金属氧化物半导体(MOS)晶体管61之外，图3a与图加相同。标准MOS晶体管固有地包含反并联的寄生二极管，因此可以被表示为与二极管63反并联的晶体管62，如图3a中所示。可以在图北中看出，当开关器件12被偏置为高，并且MOS晶体管61被偏置为低时，MOS晶体管61和二极管11两者阻断与在负载上的电压相等的电压，使得整个电流13流过负载10和开关器件12。当开关器件12切换到低时，如图3c中所示，二极管11通过将栅-漏电压箝位到比晶体管的Vth小并且比寄生二极管的接通电压小的值，来防止晶体管62和寄生二极管63接通。因此，几乎所有的续流电流(freewheeling current)流过二极管11，而仅小的无关紧要的部分流过晶体管沟道和寄生二极管。如在图3d中所示，MOS器件61然后可以被偏置为高，这导致在晶体管62 的沟道导电率上的提高，由此使得大多数的续流电流流过晶体管沟道。然而，必须在开关器件12的断开和晶体管62的接通之间设置某个空载时间，以避免从高电压电源(HV)向地的直通电流。因此，紧接着开关器件12从高向低切换后和紧接着开关器件12从低向高切换之前，二极管11接通一定时间。虽然这减少了在没有MOS晶体管61的情况下由二极管11 引发的传导损耗，但是其引发了二极管11的完全切换损耗，而与二极管保持接通多长时间无关。如在图!Be中所示，在图3a_d中的电路原理上可以在没有二极管11的情况下操作。在该情况下，寄生二极管63执行与二极管11在图3a-d的电路中执行的功能相同的功能。然而，寄生二极管63通常具有差得多的切换特性，并且承受比标准高压二极管更大的切换损耗，导致提高了的功率损耗，因此通常优选图3a-d的电路。许多功率开关电路包含一个或多个高侧或低侧开关。一个示例是在图如中所示的升压型功率因数校正电路，其包含低侧开关。这个电路用在AC至DC电压变换电路的输入端。在这个电路中的低侧开关的构造相对于在图Ia中所示的构造略有修改，因为在图Ia 中，续流二极管11与电感负载10反并联，而在这个电路中，续流二极管11位于电感负载30 和输出电容器35之间。然而，这两个电路的基本操作原理是相同的。如图4b中所示，当把开关器件12偏置到高时，电流13通过负载30和开关器件12。续流二极管11的阴极端的电压被输出电容器35保持得足够高，使得续流二极管11被反向偏置，由此没有任何大电流通过它。如图4c中所示，当把开关器件12切换到低时，电感器将在续流二极管11的阳极的电压强制得足够高，使得将续流二极管11正向偏置，并且电流13然后流过电感负载30、 续流二极管11和输出电容器35。因为没有大电流可以在二极管中反向流动，所以二极管 11在负载电流是0或负值的时段期间，可以防止输出电容器35通过开关器件12的放电，而如果在开始下一个切换周期之前完全将在电感器30中存储的能量传输出去，则会发生这种放电情况。
技术实现思路
在一个方面，描述了一种开关，包括第一开关器件，其与组件串联，所述组件包括负载和第二开关器件。所述第一开关器件包括第一沟道，所述第二开关器件包括第二沟道。 其中，在第一操作模式中，所述第二开关器件能够阻断在第一方向上在所述第二开关器件两端施加的电压；在第二操作模式中，当在第二方向上在所述第二开关器件两端施加电压， 并且所述第二开关器件的栅极被偏置为低于所述第二开关器件的阈值电压时，实质电流流过所述第二开关器件的第二沟道；并且在第三操作模式中，当在所述第二方向上在所述第二开关器件两端施加电压并且所述第二开关器件的栅极被偏置为高于所述第二开关器件的阈值电压时，实质电流流过所述第二开关器件的第二沟道。所述开关或所述组件可以没有任何二极管。在另一个方面，描述了一种操作开关的方法。在第一时间，开关的第一开关器件的栅极被偏置为高于所述第一开关器件的阈值电压，并且第二开关器件的栅极被偏置为低于所述第二开关器件的阈值电压，这使得电流从所述开关的高电压侧通过负载向所述开关的低电压侧或接地侧流动。在紧接着所述第一时间的第二时间，在所述第一开关器件的栅极上的偏压被改变得低于所述第一开关器件的所述阈值电压，使得所述第二开关器件在二极管模式中操作，并且阻断电流向地流动。在紧接着所述第二时间的第三时间，在所述第二开关器件的所述栅极上的偏压被改变得高于所述第二开关器件的所述阈值电压，其中，在所述第三时间改变所述偏压与在所述第二时间和所述第三时间之间的开关操作相比减少了传导损耗。在另一个方面，描述了一种升压模式功率因数校正电路。所述电路包括第一开关器件，其包括第一沟道；电感负载；电容器；第二开关器件，其包括第二沟道。其中，所述第一开关器件连接到在所述电感负载和浮动栅极驱动电路之间的节点，所述第二开关器件被构造来连接到所述浮动栅极驱动电路，并且所述第二开关器件位于所述电感负载和所述电容器之间。在另一个方面，描述了一种用于操作升压模式功率因数校正电路的方法。所述方法包括使得通过所述电感负载的负载电流是连续的；在第一时间，将第一开关器件的栅极偏置得高于所述第一开关器件的阈值电压，并且将第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种开关，包括：与组件串联的第一开关器件，所述组件包括负载和第二开关器件，所述第一开关器件包括栅极和第一沟道，所述第二开关器件包括第二沟道，其中，在第一操作模式中，所述第二开关器件能够阻断在第一方向上在所述第二开关器件两端施加的电压；在第二操作模式中，当在第二方向上在所述第二开关器件两端施加电压并且所述第二开关器件的栅极被偏置得低于所述第二开关器件的阈值电压时，则实质电流流过所述第二沟道；以及在第三操作模式中，当在所述第二方向上在所述第二开关器件两端施加电压并且所述第二开关器件的栅极被偏置得高于所述第二开关器件的所述阈值电压时，实质电流流过所述第二沟道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·霍尼亚，
申请(专利权)人：特兰斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US