CN110855275A - 电子开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子开关，该电子开关包括多个电子开关元件、驱动端子、输入端子和输出端子；多个电子开关元件的基极与驱动端子连接，多个电子开关元件的集电极与输入端子连接，多个电子开关元件的发射极与输出端子连接；多个电子开关元件并联连接，多个电子开关元件包括相对设置的第一多个电子开关元件和第二多个电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件的负载值相同，其中，第一指定电子开关元件为第一多个电子开关元件中的电子开关元件，第二指定电子开关元件为第二多个电子开关元件中的电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件相对设置。本发明能够有效改善并联电子开关元件电流及发热不均衡的问题。

Description

电子开关

技术领域

本发明涉及电子开关技术领域，更为具体来说，本发明特别涉及一种电子开关。

背景技术

大功率电子开关可以使用小功率的电子元件并联方式来实现。并联的小功率电子元件由于空间的分布不同，回路中的电感和电阻不同，并联的电子元件有共同的输入和输出端子以及共同的驱动端子，远离端子的元件，具有较大的回路电感和电阻，接近端子的元件，具有较小的回路电感和电阻。

如图1所示，大功率电子开关由K1，K2，K3，K4四个三极管并联组成，四个开关发射极和集电分别联接到输入端子和输出端子上，四个开关的基极连接到驱动端子上。并联后的大功率电子开关，等效成具有基极，集电极和发射极的接近于四倍单个三极管输出功率能力的一个功率三极管。

联接到基极，集电极和发射极的导线可以等效成电感和电阻，并联器件在排布上具有空间分散性，从输入端子、输出端子、驱动端子位置看，每个器件的电感和电阻都不同。从输入端看，联接到K1集电极的电阻是R1，电感是L1，联接到K4集电极的电阻是R1、R2、R3、R4之和，电感是L1、L2、L3、L4之和。显然K1的电阻和电感分别小于K4的电阻和电感。同理，K1，K2，K3，K4的基极、集电极和发射极的电阻和电感均不相同。

公知的是，不同的等效电感和电阻造成开关元件开关速度不同，在开通和关断的瞬间以及导通的期间，流过每个开关元件的电流不同。如图1所示的现有技术中的并联型电子开关的每个并联开关元件发热不均衡，开通快的发热高，开通慢的发热低，电阻小的发热高，并联开关元件甚至会陷入正反馈：发热越不均衡，电流越不均衡，造成更大的电流不均衡，最后由于热失控，导致开关损坏。

现有技术中的并联型电子开关，由于其中的各个开关元件的电阻和电感差距较大，导致电流及发热不均衡，电子开关使用寿命较低，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

有鉴于此，本公开实施方式的目的之一旨在解决前述的一个或多个问题，提供能够减小并联型电子开关中每个元件发热功率差距的技术方案。

本发明创新提供了一种电子开关，包括：

多个电子开关元件、驱动端子、输入端子和输出端子；

所述多个电子开关元件的基极与所述驱动端子连接，所述多个电子开关元件的集电极与所述输入端子连接，所述多个电子开关元件的发射极与所述输出端子连接；

所述多个电子开关元件并联连接，所述多个电子开关元件包括相对设置的第一多个电子开关元件和第二多个电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件的负载值相同，其中，所述第一指定电子开关元件为所述第一多个电子开关元件中的电子开关元件，所述第二指定电子开关元件为所述第二多个电子开关元件中的电子开关元件，所述第一指定电子开关元件与所述第二指定电子开关元件相对设置。

进一步地，还包括基板；

所述多个电子开关元件设置在所述基板的上表面呈U型分布；

所述输入端子设置在U型的底部位置；所述输出端子设置在U型的内部位置；所述驱动端子设置在U型的开口部位置。

进一步地，所述多个电子开关元件的负载值相同；所述第一多个电子开关元件和所述第二多个电子开关元件包括相同数量的电子开关元件；所述第一多个电子开关元件和所述第二多个电子开关元件沿U型的中轴线对称设置在U型的两条平行边上。

进一步地，所述多个电子开关元件的基极通过驱动导线与所述驱动端子连接，所述多个电子开关元件的集电极通过输入导线与所述输入端子连接，所述多个电子开关元件的发射极通过输出导线与所述输出端子连接，所述驱动导线沿U型的两个平行边对称设置；所述输入导线沿U型的两个平行边对称设置。

进一步地，所述电子开关元件包括：三极管、MOSFET或者IGBT。

进一步地，还包括壳体；所述多个电子开关元件焊接在所述基板上，所述基板通过所述输入端子、所述输出端子，及螺钉设置在壳体上。

进一步地，所述螺钉设置在所述输入端子和所述输出端子的底座上。

进一步地，包括多个电子开关元件的数量为四个。

本发明还公开了一种电子开关，包括两个串联的上述述的电子开关；其中一个电子开关的集电极和另一个电子开关的发射极相连。

本发明还公开了一种电子开关，包括并联的两个上述的电子开关。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种减小并联型电子开关中每个元件的发热功率差距、开通时间差距、电流差距的技术方案。进一步地，基板和壳体紧密贴合，能够及时导出热量，确保电子开关低温运行，提高寿命。

附图说明

图1为一种现有的电子开关的结构图。

图2示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

图3示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

图4示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

图5示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

图6示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

图7示出了根据本公开一种实施方式的电子开关的结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明涉及的电子开关进行详细的解释和说明。

大功率电子开关可以使用小功率的电子元件并联方式来实现。如图1所示，当并联型电子开关的各个开关元件按照一字型排布时，各个开关元件到输入端子101、输出端子102和驱动端子103的距离差距较大。各个开关元件基极、集电极和发射极的电阻和电感差距较大，导致电流及发热不均衡。本发明实施例提供了一种电子开关。该电子开关由多个电子开关元件并联组成。并联的多个电子开关元件具有共同的输入端子、输出端子和驱动端子。多个电子开关元件包括相对设置的第一多个电子开关元件和第二多个电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件的负载值相同，其中，第一指定电子开关元件为第一多个电子开关元件中的电子开关元件，第二指定电子开关元件为第二多个电子开关元件中的电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件相对设置。对称设置的各个电子开关元件基极、集电极和发射极的电阻和电感差距比一字型排布时小，能够有效改善电流及发热不均衡的问题。

对称设置的各个电子开关元件基极、集电极和发射极的电阻和电感仍存在差别。各个电子开关元件在开关期间的电流也不同。为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种电子开关，还包括基板。多个电子开关元件固定在所述基板的上表面呈U型分布。输入端子固定在U型的底部位置。输出端子固定在U型的内部位置。驱动端子固定在U型的开口部位置。多个电子开关元件为四个时，如图2所示，该电子开关包括四个电子开关元件：K1’、K2’、K3’、K4’。该电子开关还包括输入端子201、输出端子202和驱动端子203。K1’和K2’设置在U型的一条平行边上。K3’和K4’设置在U型的另一条平行边上。U型的底部可不设置电子开关元件。输入端子201固定在U型的底部居中位置。输出端子202固定在U型的内部居中位置。驱动端子203固定在U型的开口部居中位置。四个电子开关元件的基极通过驱动导线与驱动端子203连接。四个电子开关元件的集电极通过输入导线与输入端子201连接。四个电子开关元件的发射极通过输出导线与输出端子202连接。K1’和K3’到输入端子201的距离相等，输入端的等效电阻R1’和R3’相等，输入端的等效电感L1’和L3’相等。K1’和K3’到输出端子202的距离相等，输出端的等效电阻相等，输出端的等效电感相等。因此，K1’和K3’的开关速度相同。K2’和K4’到输入端子201的距离相等。同理，K2’和K4’输入端的等效电阻相等，输入端的等效电感相等。K2’和K4’到输出端子202的距离相等，输出端的等效电阻相等，输出端的等效电感相等。因此，K2’和K4’的开关速度相同。K1’和K3’到驱动端子203的距离相等，驱动端的等效电阻相等，驱动端的等效电感相等，基极电流的上升速率相等。K2’和K4’到驱动端子203的距离相等，驱动端的等效电阻相等，驱动端的等效电感相等，基极电流的上升速率相等。K1’和K3’的驱动速度比K2’和K4’慢。K1’和K3’的开通速度比K2’和K4’快。各个电子开关元件驱动速度的快慢和开关速度的快慢相中和，各个电子开关元件在开关期间的电流接近相同。接近相同的电流使得各个电子开关元件发热均匀，温度相同，可避免由于温度不一致导致降额使用。相同的电流可以使用更少的电子开关元件，有利于降低成本。

图3示出了根据本公开一种实施方式的电子开关300的结构图。如图3所示，多个电子开关元件301为十个。该电子开关300包括基板302。十个电子开关元件301固定在基板302的上表面呈U型均匀分布。电子开关元件301可以是大功率三极管、MOSFET、IGBT等。U型的两条平行边上分别设置有四个电子开关元件301。优选地，U型的两条平行边上的电子开关元件301沿U型的中轴线对称设置。U型的底部设置有两个电子开关元件301。十个电子开关元件301压装或焊接在基板302上。输入端子303固定在U型的底部居中位置。输出端子304固定在U型的内部居中位置。驱动端子305固定在U型的开口部居中位置。十个电子开关元件301的基极通过驱动导线与驱动端子305连接。十个电子开关元件301的集电极通过输入导线与输入端子303连接。十个电子开关元件301的发射极通过输出导线与输出端子304连接。优选地，驱动导线沿U型的两个平行边对称设置。输入导线沿U型的两个平行边对称设置。U型分布的各个电子开关元件301驱动速度的快慢和开关速度的快慢相中和，各个电子开关元件301在开关期间的电流接近相同。

电子元件在开关过程和导通过程中不可避免的要发热，将热量快速的导出去，确保开关器件的低温运行也是不可或缺的保证器件寿命的手段。图4示出了根据本公开一种实施方式的电子开关400的结构图。如图4所示，该电子开关400包括壳体406、输入端子403、输出端子404、基板402、控制端子405。输入端子403、输出端子404、基板402和壳体406通过螺栓固定连接。优选地，输入端子403和输出端子404的分别设置有两个或多个安装孔。螺钉409通过安装孔将基板402压紧在壳体406上，使得基板402的下表面和壳体406贴合，降低了基板402和壳体406间的热阻，将电子开关元件401不可避免产生的热量快速的导向壳体406。进一步降低了电子开关元件401的管芯温度，相同数量的元件数量可以通过更大的电流，可以提高经济性。优选地，螺钉409设置在输入端子和输出端子的底座上。

本发明实施例还提供了一种电子开关。如图5所示，该电子开关包括两个串联的图3所示的电子开关300。其中一个电子开关300的集电极和另一个电子开关300的发射极相连形成半个桥臂。该电子开关也具有发热均匀的优势。

本发明实施例还提供了一种电子开关。如图6所示，该电子开关包括两个并联的图5所示的电子开关。该电子开关也具有发热均匀的优势。

本发明实施例还提供了一种电子开关。如图7所示，该电子开关包括三个并联的图5所示的电子开关。该电子开关也具有发热均匀的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子开关，其特征在于，包括：

多个电子开关元件、驱动端子、输入端子和输出端子；

所述多个电子开关元件的基极与所述驱动端子连接，所述多个电子开关元件的集电极与所述输入端子连接，所述多个电子开关元件的发射极与所述输出端子连接；

所述多个电子开关元件并联连接，所述多个电子开关元件包括相对设置的第一多个电子开关元件和第二多个电子开关元件，第一指定电子开关元件与第二指定电子开关元件的负载值相同，其中，所述第一指定电子开关元件为所述第一多个电子开关元件中的电子开关元件，所述第二指定电子开关元件为所述第二多个电子开关元件中的电子开关元件，所述第一指定电子开关元件与所述第二指定电子开关元件相对设置。

2.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，还包括基板；

所述多个电子开关元件设置在所述基板的上表面呈U型分布；

所述输入端子设置在U型的底部位置；所述输出端子设置在U型的内部位置；所述驱动端子设置在U型的开口部位置。

3.根据权利要求2所述的电子开关，其特征在于，所述多个电子开关元件的负载值相同；所述第一多个电子开关元件和所述第二多个电子开关元件包括相同数量的电子开关元件；所述第一多个电子开关元件和所述第二多个电子开关元件沿U型的中轴线对称设置在U型的两条平行边上。

4.根据权利要求3所述的子开关，其特征在于，所述多个电子开关元件的基极通过驱动导线与所述驱动端子连接，所述多个电子开关元件的集电极通过输入导线与所述输入端子连接，所述多个电子开关元件的发射极通过输出导线与所述输出端子连接，所述驱动导线沿U型的两个平行边对称设置；所述输入导线沿U型的两个平行边对称设置。

5.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，所述电子开关元件包括：三极管、MOSFET或者IGBT。

6.根据权利要求2所述的电子开关，其特征在于，还包括壳体；所述多个电子开关元件焊接在所述基板上，所述基板通过所述输入端子、所述输出端子，及螺钉设置在壳体上。

7.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于，所述螺钉设置在所述输入端子和所述输出端子的底座上。

8.根据权利要求1-7任一所述的电子开关，其特征在于，包括多个电子开关元件的数量为四个。

9.一种电子开关，其特征在于，包括两个串联的权利要求1-7中任一项所述的电子开关；其中一个电子开关的集电极和另一个电子开关的发射极相连。

10.一种电子开关，其特征在于，包括并联的两个权利要求8所述的电子开关。

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