在开关电源系统中采用的控制设备技术方案

本发明专利技术涉及一种在开关电源系统中打算采用的控制设备(1)，具体地能够在可变速驱动器中采用所述系统来对它的电子件供电。该控制设备(1)包括意欲接收源自控制单元(U)的控制信号的第一晶体管(T1)和与第一晶体管(T1)串联连接并具有浮动控制栅极(G)的第二晶体管(T2)。

【技术实现步骤摘要】
在开关电源系统中采用的控制设备
本专利技术属于在开关电源系统中应用的控制设备。本专利技术还涉及采用了所述控制设备的开关电源系统。
技术介绍
开关电源系统（也称为表示“开关模式电源”的SMPS）使得可以基于在输入分出的DC电压传递一个或多个DC电压作为输出。具体地在可变速驱动器中采用这种类型的开关电源系统。在可变速驱动器中，开关电源系统承担通过根据从该可变速驱动器的DC电源总线分出的主DC电压提供可以为该可变速驱动器的所有电子件供电的辅助DC电压的任务。DC电源总线提供范围可以从350Vcc到多于1000Vcc的主DC电压。从而该开关电源系统中采用的控制设备必须能够在1700Vcc下切换高达2A的电流。在已知方式下，该控制设备可以包括具有在1200V和1700V之间的击穿电压的MOSFET类型的单个晶体管。然而，在这些击穿电压处，该MOSFET晶体管处于它的工艺极限。此外，它的成本高，并且工作期间，因为焦耳效应它的损耗特别高。为了改善这些缺点，已知的是串联两个MOSFET晶体管，具有更低的击穿电压，范围从600V到900V。从而串联的这两个晶体管的每个经受更少的电压，符合MOSFET技术的最佳应用。在现有技术中，提出了关于这两个串联晶体管的若干设置。2000年9月第5期卷15的IEEEtransactionsonpowerelectronics（IEEE电力电子学报）中RobertL.Hess和RusselJacobBaker题为“TransformerlessCapacitiveCouplingofGateSignalsforSeriesOperationofPowerMOSDevices（用于电力MOS设备的串联工作的选通信号的无变压器的电容耦合）”的出版物描述了包括至少两个串联的MOSFET类型晶体管的控制设备。在图1A中表现此拓扑。在此拓扑中，该控制设备包括两个输入端A、B，及连接至第二输入端B并在其栅极接收源自控制单元U的控制信号的第一晶体管T1。第二晶体管T2与第一晶体管T1串联连接，并连接至第一输入端A。在第二晶体管T2的栅极和第二输入端B之间连接电容C1。电容C1的作用是两方面：提供控制第二晶体管的足够电荷，以及将横越第一晶体管的端子的电压限制在最优值。为了不取决于这两个条件，特别提出用齐纳（Zener）二极管Dz1来替换该电容，则可以固定横越第一晶体管T1的端子的电压。在图1B中表现此第二种已知拓扑。在此设置中，此时依靠该齐纳二极管Dz1的本征电容（Ci）存储的电荷保证了第二晶体管T2的控制。然而，如果（例如由于DC总线的电压过低）该齐纳二极管Dz1的本征电容发送的电荷低于正确地控制第二晶体管T2所必需的电荷，则需要添加与该齐纳二极管并联的电容器以保证对第二晶体管的合适的控制。通过添加与该齐纳二极管并联的电容器，针对第一种设置识别的缺点再次出现了。在这两种设置中，对第二晶体管T2的控制都依赖于所述电容器的电容（不管后者是本征的或额外的）以及该电容器两端的电压电平。为了用合适的方式控制第二晶体管T2，基于该电容器（齐纳二极管Dz1的本征或额外的）两端较低的电压，需要增加与晶体管T2的栅极串联的电容器的电容。然而，不能不确定地增加该电容器的电容。本专利技术的目标是提出一种打算用在开关电源系统中的具有串联的两个晶体管的控制设备，无论主DC电压的电平为何，该控制设备都允许对第二晶体管的合适的控制，并且不用增加电容器的电容。
技术实现思路
通过一种开关电源系统中打算采用来控制所述开关电源系统的DC/DC转换器的控制设备来实现此目标，所述控制设备包括：第一输入端子和第二输入端子，连接至第二输入端子并提供有意在接收源自控制单元的控制信号的栅极的第一晶体管，以及连接至第一输入端子、与第一晶体管串联连接并提供有浮动控制栅极的第二晶体管，该控制设备包括连接至第二晶体管的栅极和连接至第二输入端子的控制组件，该控制组件包括电压源和连接至该电压源的电压钳位/路由设备。根据特定的特征，电压钳位/路由设备包括与电压源串联连接的齐纳二极管。根据另一特定特征，例如与齐纳二极管单独并联连接一额外的电容器。根据另一特定特征，电压钳位/路由设备包括与电压源串联连接的二极管，和与电压源及所述二极管并联连接的齐纳二极管。根据另一特定特征，另外额外的电容器与控制组件并联连接，控制组件是按“齐纳二极管+电压源串联”的配置，或者按“二极管+电压源串联并与齐纳二极管并联”的配置。根据另一特定特征，该设备包括一个或多个添加的一样的样式（pattern），每个样式包括：-两个连接点，-连接至第一连接点的电容器，-与所述电容器串行连接的第一齐纳二极管，-第三晶体管，具有连接至所述电容器的栅极，并具有连接至第二连接点的源极，-连接在第三晶体管的栅极和源极之间的齐纳二极管，-通过到第二晶体管的漏极的它的第二连接点，并通过到第二晶体管的栅极的它的第一连接点而连接起来的第一个增加的样式，-通过到前一个样式的晶体管的漏极的它的第二连接点，并通过到前一个样式的晶体管的栅极的它的第一连接点而连接起来的每个额外的样式。该专利技术还涉及一种开关电源系统，包括在其中连接了DC电压源的第一端子和第二端子，连接至第一端子的DC/DC转换器，以及与DC/DC转换器串联连接并连接到第二端子的控制设备，所述控制设备与上文中定义的一致。根据一个实施例，DC/DC转换器是隔离“回扫”类型。根据另一个实施例，DC/DC转换器是隔离“向前”类型。根据另一个实施例，DC/DC转换器是升压类型。根据最后一个实施例，DC/DC转换器是降压类型。本专利技术还涉及一种意欲控制电负载的可变速驱动器，所述可变速驱动器包括：-意欲对配电网提供的AC电压整流的整流模块，-连接至整流模块的DC电源总线，其包括处于正电势的第一供电线和处于负电势的第二供电线，在这两供电线之间施加由整流模块提供的主DC电压，-连接至第一供电线和第二供电线的总线电容器，-包括若干开关晶体管的逆变器模块，意欲将所述总线上可用的DC电压转换成运往电负载的可变电压，-根据上文中定义的开关电源系统，所述电源系统的第一端子连接至DC电源总线的第一供电线，而该开关电源系统的第二端子连接至DC电源总线的第二供电线。附图说明在下面针对附图给出的详细描述中，其它特征和优点将变得清楚，在附图中：-图1A示出根据第一现有技术的具有串联的两个晶体管的控制设备；-图1B示出根据第二现有技术的具有串联的两个晶体管的控制设备；-图2示出开关电源系统；-图3示出采用了本专利技术的开关电源系统的可变速驱动器；-图4A至4E示出根据本专利技术的各个替换实施例的具有串联的两个晶体管的控制设备；-图5示出可以在图4A至4E中所示的控制设备上多次级联的样式；-图6示出包括若干级联的晶体管的本专利技术的控制设备。具体实施方式在图1A和1B中表现的解决方案形成了现有技术的一部分，并且在上文本说明书的介绍部分已经描述了。在后续的描述中，保留图1A和1B的描述中采用的某些参考标记用于本专利技术的描述，只要所采用的部件相同并且实现相同的功能。本专利技术涉及一种打算在开关电源系统中采用的控制设备1。在诸如图3中所示的可变速驱动器中采用这种开关电源系统。参照图3，从传递AC电压并且基于AC/DC/AC拓扑（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在开关电源系统中打算采用来控制所述开关电源系统的DC/DC转换器的控制设备(1)，所述控制设备包括：第一输入端子(A)和第二输入端子(B)，连接至第二输入端子(B)并提供有意欲接收源自控制单元(U)的控制信号的栅极(G)的第一晶体管(T1)，以及连接至第一输入端子(A)、与第一晶体管(T1)串联连接并提供有浮动控制栅极(G)的第二晶体管(T2)，其特征在于该控制设备包括：?连接至第二晶体管(T2)的栅极(G)并且连接至第二输入端子(B)的控制组件，其包括电压源(Vdc)和连接至该电压源(Vdc)的电压钳位/路由设备。

【技术特征摘要】
2012.03.30 FR 12529561.一种在开关电源系统中打算采用来控制所述开关电源系统的DC/DC转换器的控制设备(1)，所述控制设备包括：第一输入端子(A)和第二输入端子(B)，连接至第二输入端子(B)并提供有意欲接收源自控制单元(U)的控制信号的栅极(G)的第一晶体管(T1)，以及连接至第一输入端子(A)、与第一晶体管(T1)串联连接并提供有浮动控制栅极(G)的第二晶体管(T2)，其特征在于该控制设备包括：-旨在控制第二晶体管并仅连接至第二晶体管(T2)的栅极(G)并且连接至第二输入端子(B)的控制组件，其包括电压源(Vdc)和连接至该电压源(Vdc)的电压钳位/路由设备。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于电压钳位/路由设备包括与电压源(Vdc)串联连接的齐纳二极管(Dz1)。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于与齐纳二极管(Dz1)并联连接一电容器(Cadd)。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于电压钳位/路由设备包括与电压源(Vdc)串联连接的二极管(D1)，以及与电压源(Vdc)和二极管(D1)并联连接的齐纳二极管(Dz1)。5.根据权利要求2或4所述的设备，其特征在于与控制组件并联连接一电容器(Cadd)。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于它包括一个或多个添加的一样的样式，每个样式包括：-两个连接点(M、N)，-连接至第一连接点(M)的电容器(Cb)，-与所述电容器(Cb)串联连接的第一齐纳二极管(Dz1)，-具有连接至所述电容器(Cb)的栅极(G)并具有连接至第二连接点(N)的源极(S)的第三晶体管(T3_i)，-连接在第三晶体管(T3_i)的栅极(G)和源极(S)之间的齐纳二极管(Dz3)，-通过其到第二晶体管(T2)的漏极(D)...

【专利技术属性】
技术研发人员：H鲍尔哈茨，AP巴劳纳，
申请(专利权)人：施耐德东芝换流器欧洲公司，
类型：发明
国别省市：