CN103825435A - 双向可控的高频开关电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双向可控的高频开关电路，包括第一双管IGBT元件、第二双管IGBT元件、第一接线端子、第二接线端子、正向驱动单元以及反向驱动单元，其中：所述第一双管IGBT元件的上管的集电极与第二双管IGBT元件的上管的集电极相连；所述第一IGBT元件的下管的发射极与第二双管IGBT元件的下管的发射极相连；所述正向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的下管的栅极和第二双管IGBT元件的上管的栅极；所述反向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的上管的栅极和第二双管IGBT元件的下管的栅极。本发明通过正向驱动单元以及反向驱动单元分别控制四个开关元件，使得在正向和反向分别具有两路导通，从而实现高频开关。

Description

双向可控的高频开关电路
技术领域
本发明涉及电气控制领域，更具体地说，涉及一种双向可控的高频开关电路。
背景技术
双向可控的高频开关是矩阵变换器、T型三电平以及软开关电路等电力电子拓扑中必不可少的器件。
如图1所示，是一种常见的双向开关器件，其通过在不能承受反压的单向开关管（例如IGBT元件等）反向并联二极管的方式实现双向导通，但该双向开关器件无法实现反向导通控制（反向只能自然导通），同时该双向开关器件也增大了导通状态损耗。
如图2所示，是另一常见的双向开关器件，其采用二极管整流桥和单个IGBT元件连接实现，但该器件由于采用了较多的电子元件，使得其布局困难。
此外，还有采用两个逆阻型IGBT元件并联实现双向导通的方案，如图3所示。但逆阻器件本身并不常用，并且为了防止反向电压(源极侧电压比漏极侧电压还高的状态)对开关元件的损伤，必须采用复杂的驱动电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述双向开关无法实现反向导通控制、布局困难或控制复杂的问题，提供一种新的双向可控的高频开关电路。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种双向可控的高频开关电路，包括第一双管IGBT元件、第二双管IGBT元件、第一接线端子、第二接线端子、正向驱动单元以及反向驱动单元，其中：所述第一双管IGBT元件的上管的集电极与第二双管IGBT元件的上管的集电极相连；所述第一IGBT元件的下管的发射极与第二双管IGBT元件的下管的发射极相连；所述第一接线端子连接到第一双管IGBT元件的上管和下管的连接点，所述第二接线端子连接到第二双管IGBT元件的上管和下管的连接点；所述正向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的下管栅极和第二双管IGBT元件的上管的栅极；所述反向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的上管的栅极和第二双管IGBT元件的下管的栅极。
在本发明所述的双向可控的高频开关电路中，所述正向驱动单元包括分别用于根据正向驱动脉冲控制所述第一双管IGBT元件的下管和第二双管IGBT元件的上管通断的第二驱动子单元和第三驱动子单元，所述第二驱动子单元和第三驱动子单元输出相同控制信号；所述反向驱动单元包括分别用于根据反向驱动脉冲控制所述第一双管IGBT元件的上管和第二双管IGBT元件的下管通断的第一驱动子单元和第四驱动子单元，所述第一驱动子单元和第四驱动子单元输出相同控制信号。
在本发明所述的双向可控的高频开关电路中，所述第一驱动子单元、第二驱动子单元、第三驱动子单元和第四驱动子单元分别包括栅极电阻、降压电容以及泄放电阻，其中：所述降压电容和泄放电阻并联连接到对应IGBT元件的集电极和发射极之间。
本发明的双向可控的高频开关电路，通过正向驱动单元以及反向驱动单元分别控制两个双管IGBT元件中的四个开关元件，使得在正向和反向分别具有两路导通，从而实现高频开关。
附图说明
图1是现有双向开关电路的示意图。
图2是另一现有双向开关电路的示意图。
图3是又一现有双向开关电路的示意图。
图4是本发明双向可控的高频开关电路实施例的示意图。
图5是图4中正向驱动单元实施例的示意图。
图6是图4中反向驱动单元实施例的示意图。
图7是图4中的双向可控的高频开关电路正向导通的示意图。
图8是图4中的双向可控的高频开关电路反向导通的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图4所示，是本发明双向可控的高频开关电路实施例的示意图，其包括第一双管IGBT元件、第二双管IGBT元件、第一接线端子、第二接线端子、正向驱动单元41以及反向驱动单元42，其中第一双管IGBT元件的上管T1H、第一双管IGBT元件的下管T1L、第二双管IGBT元件的上管T2H、第二双管IGBT元件的下管T2L的集电极和发射极之间分别接有一个续流二极管D1H、D1L、D2H、D2L，正向驱动单元41用于控制第一双管IGBT元件的下管T1L、第二双管IGBT元件的上管T2H的导通与关断、反向驱动单元42用于控制第一双管IGBT元件的上管T1H、第二双管IGBT元件的下管T2L的导通与关断，从而实现第一接线端子和第二接线端子之间的双向导通控制。
上述第一双管IGBT元件与第二双管IGBT元件并联连接，即第一双管IGBT元件的上管T1H的集电极与第二双管IGBT元件的上管T2H的集电极相连，第一双管IGBT元件的下管T1L的发射极与第二双管IGBT元件的下管T2L的发射极相连。第一接线端子连接到第一双管IGBT元件的上管T1H和第一双管IGBT元件的下管T1L的连接点，第二接线端子连接到第二双管IGBT元件的上管T2H和第二双管IGBT元件的下管T2L的连接点。正向驱动单元41的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的下管T1L的栅极和第二双管IGBT元件的上管T2H的栅极，反向驱动单元42的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的上管T1H的栅极和第二双管IGBT元件的下管T2L的栅极。
在双向可控的高频开关电路需正向导通时，正向驱动单元41产生导通信号（反向驱动单元42不产生导通信号），使第一双管IGBT元件的下管T1L和第二双管IGBT元件的上管T2H导通，这样第一接线端子经由第一双管IGBT元件的上管的续流二极管D1H、第二双管IGBT元件的上管T2H以及经由第一双管IGBT元件的下管T1L、第二双管IGBT元件的下管的续流二极管D2L两个支路与第二接线端子导通，如图7所示；在双向可控的高频开关电路需反向导通时，反向驱动单元42产生导通信号（正向驱动单元41不产生导通信号），使第一双管IGBT元件的上管T1H和第二双管IGBT元件的下管T2L导通，这样第二接线端子经由第二双管IGBT元件的上管的续流二极管D2H、第一双管IGBT元件的上管T1H以及经由第二双管IGBT元件的下管T2L、第一双管IGBT元件的下管的续流二极管D1L两个支路与第一接线端子导通，如图8所示。
当然，上述双向可控的高频开关电路中，上述双管IGBT元件也可采用其他元件代替，例如MOS管等。
如图5、6所示，上述双向可控的高频开关电路在具体实现时，正向驱动单元41可包括分别用于根据正向驱动脉冲（S+）控制第一双管IGBT元件的下管T1L和第二双管IGBT元件的上管T2H通断的第二驱动子单元和第三驱动子单元，反向驱动单元42可包括分别用于根据反向驱动脉冲（S-）控制第一双管IGBT元件的上管T1H和第二双管IGBT元件的下管T2L通断的第一驱动子单元和第四驱动子单元；上述第二驱动子单元和第三驱动子单元输出相同控制信号，第一驱动子单元和第四驱动子单元输出相同控制信号。
特别地，上述第一驱动子单元、第二驱动子单元、第三驱动子单元和第四驱动子单元分别包括栅极电阻Rg、降压电容C1以及泄放电阻R1，其中降压电容C1和泄放电阻R1并联连接到对应IGBT元件的集电极和发射极之间。通过降压电容C1以及泄放电阻R1可对IGBT元件提供保护，防止对应IGBT被击穿，从而提高开关电路的稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种双向可控的高频开关电路，其特征在于：包括第一双管IGBT元件、第二双管IGBT元件、第一接线端子、第二接线端子、正向驱动单元以及反向驱动单元，其中：所述第一双管IGBT元件的上管的集电极与第二双管IGBT元件的上管的集电极相连；所述第一IGBT元件的下管的发射极与第二双管IGBT元件的下管的发射极相连；所述第一接线端子连接到第一双管IGBT元件的上管和下管的连接点，所述第二接线端子连接到第二双管IGBT元件的上管和下管的连接点；所述正向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的下管栅极和第二双管IGBT元件的上管的栅极；所述反向驱动单元的控制信号输出端分别连接到第一双管IGBT元件的上管的栅极和第二双管IGBT元件的下管的栅极。
2.根据权利要求1所述的双向可控的高频开关电路，其特征在于：所述正向驱动单元包括分别用于根据正向驱动脉冲控制所述第一双管IGBT元件的下管和第二双管IGBT元件的上管通断的第二驱动子单元和第三驱动子单元，所述第二驱动子单元和第三驱动子单元输出相同控制信号；所述反向驱动单元包括分别用于根据反向驱动脉冲控制所述第一双管IGBT元件的上管和第二双管IGBT元件的下管通断的第一驱动子单元和第四驱动子单元，所述第一驱动子单元和第四驱动子单元输出相同控制信号。
3.根据权利要求2所述的双向可控的高频开关电路，其特征在于：所述第一驱动子单元、第二驱动子单元、第三驱动子单元和第四驱动子单元分别包括栅极电阻、降压电容以及泄放电阻，其中：所述降压电容和泄放电阻并联连接到对应IGBT元件的集电极和发射极之间。
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