CN202634268U - 一种多管串联高压开关结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多管串联高压开关结构，包括若干个串联的高压开关结构，每个所述高压开关结构包括开关管、电阻、电容和低压二极管，所述电阻与所述电容并联后的第一端与所述开关管的集电极连接，所述电阻与所述电容并联后的第二端与所述低压二极管的第一端连接，所述低压二极管的第二端与所述开关管的发射极连接。本实用新型采用多管串联高压开关结构，产生一种简单可靠，并适合于高压输入高频功率变换的高压高速开关器件，在现实中有非常广泛用途。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多管串联高压开关结构，属于高频功率变换技术领域。
背景技术
目前，在现有高频高压功率变换方案中，由于受到半导体功率器件耐压的影响，在实际应用中往往采用高压开关串联结构，而现有的高压串联结构都需要解决静态偏压、动态偏压的问题。对静态偏压往往可以采取电阻偏压的形式，当遇到涉及动态偏压的问题时，通常选择多电平功率变换结构避免动态偏压问题，而在现有技术中还没有直接解决动态偏压问题相关的记载。
发明内容
本实用新型为解决现有的高频功率变换技术中存在的无法直接通过动态偏压解决在高压侧直接进行功率变换的问题，进而提供了一种多管串联高压开关结构。为此，本实用新型提供了如下的技术方案：
一种多管串联高压开关结构，包括若干个串联的高压开关结构，每个所述高压开关结构包括开关管、电阻、电容和低压二极管，所述电阻与所述电容并联后的第一端与所述开关管的集电极连接，所述电阻与所述电容并联后的第二端与所述低压二极管的第一端连接，所述低压二极管的第二端与所述开关管的发射极连接。
本实用新型实施方式提供的技术方案采用多管串联高压开关结构，产生一种简单可靠，并适合于高压输入高频功率变换的高压高速开关器件，在现实中有非常广泛用途。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的具体实施方式提供的多管串联高压开关结构的结构示意图；
图2是本实用新型的具体实施方式提供的串联后进行BUCK变换的实施例电路的结构示意图；
图3是本实用新型的具体实施方式提供的单管正激吸收电路的结构示意图；
图4是本实用新型的具体实施方式提供的经过RCD变化的单管正激吸收电路的结构示意图；
图5是本实用新型的具体实施方式提供的图4中的高压开关结构的二级串联结构示意图；
图6是本实用新型的具体实施方式提供的高压开关结构的另一种连接方式示意图；
图7是本实用新型的具体实施方式提供的串联单元在开关管关闭后的静态电流通路示意图；
图8是本实用新型的具体实施方式提供的串联单元在开关管关闭瞬间的动态电流通路示意图；
图9是本实用新型的具体实施方式提供的采用多管串联高压开关结构的三电平电路的结构示意图；
图10是本实用新型的具体实施方式提供的采用多管串联高压开关结构的五电平电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本具体实施方式提供了一种多管串联高压开关结构，其原理是通过将成熟单端正激吸收电路进行参数和形式改进，产生一种简单可靠，可以用于高压应用的高压开关结构，避免了在高压高频变换应用中，由于没有相应高频大功率高压开关管，造成功率变换实现困难的状况。为更好的描述本具体实施方式，现结合附图进行详细说明。
相应的多管串联高压开关结构如图1所示，包括若干个串联的高压开关结构，每个所述高压开关结构包括开关管V1、电阻R1、电容C1和低压二极管V2，电阻R1与电容C1并联后的第一端与开关管V1的集电极连接，电阻R1与电容C1并联后的第二端与低压二极管V2的第 一端连接，低压二极管V2的第二端与开关管V1的发射极连接。
其中，每个高压开关结构的开关管V1的发射极与其它串联的高压开关结构的开关管V1的集电极连接。相应的开关管V1可采用MOSFET或IGBT；相应的低压二极管V2可采用具有单向导通作用的低压器件，如：二极管或等效二极管的三极管；相应的电阻R1可采用较低耐压的电阻，电阻的阻值可选择100K-1M欧；相应的电容C1可采用较低耐压的电容，电容的容量可选择0.01-0.1μF。
图2所示为本具体实施方式在buck电路上的一个实施例，图1中的高压开关结构在图2中等效为方框中的开关管，两个串联的高压开关结构之间通过开关管的集电极和发射极连接，具有控制简单、工作于独立的PWM控制的特点，既可以工作在隔离状态，也可以工作于非隔离的Buck、Boost或buck-boost状态。
图3所示的是一种典型单管正激吸收电路，通过RCD吸收结构，限制磁芯漏感引起的电压过冲，同时自动满足磁芯伏秒积分平衡条件。RCD吸收也可以采用如图4所示结构，进行相应的改动后，功耗、开关管上电压应力、电容上电压都会增加，因此在正常应用中很少采用，并且图4所示的结构从小信号结构上跟图3没有区别。图5所示的是通过对图4功率吸收部分通过合理的选择参数，构成一个串联单元，经过串联，成为一种新的串联高速开关，与单管开关相比，区别是串联开关的最高电压幅度可以很高。瞬态变化时，受到电容电压不能瞬时变化的固有特性作用，被电容钳位在一个安全值；而静态时，由电阻分压决定了开关管的电压分配，一般为平均分配。图6所示的是串联单元的另一种接法，二极管的位置跟性能无关，只是在不同位置，阻容钳位在空间的电位有所不同。在实际应用中，对空间的辐射影响不一样。
图7所示的是串联单元在开关管关闭后的静态电流通路。各支路电阻的分压决定了功率管CE间电压的大小。各功率管的开关速度，布线，外部结构有差异，造成功率管间VCE有差异，调整电阻，可以把差异限制在一个可控范围。
图8所示的是串联单元在开关管关闭瞬间的动态电流通路。在开启或关闭瞬间，由于每个串联单元差异，如果没有电容限制CE间电压，将会造成功率管瞬态过压而损坏，而电容将这一瞬态差异平均化。
图9和图10所示的是采用三电平电路及五电平电路，通过错相的方法达到电平均分，降低Vce电压。工作方式一般是半桥，适合于变压器隔离输出。
采用本具体实施方式提供的技术方案，通过低压二极管，电容，开关管的组合，产生一种可以作为高压快速开关的开关结构；速度比高压开关管更快，相对于高压开关管，多 管串联高压开关结构速度从理论上可以达到单个低压开关管的速度；与多电平电路比较，控制简单可靠，适合隔离，非隔离变换。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种多管串联高压开关结构，其特征在于，包括若干个串联的高压开关结构，每个所述高压开关结构包括开关管、电阻、电容和低压二极管，所述电阻与所述电容并联后的第一端与所述开关管的集电极连接，所述电阻与所述电容并联后的第二端与所述低压二极管的第一端连接，所述低压二极管的第二端与所述开关管的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，每个所述高压开关结构的开关管的发射极与其它串联的高压开关结构的开关管的集电极连接。
3.根据权利要求1所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，所述开关管采用MOSFET或IGBT。
4.根据权利要求1所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，所述低压二极管采用具有单向导通作用的低压器件。
5.根据权利要求4所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，所述低压器件包括二极管或等效二极管的三极管。
6.根据权利要求1所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，所述电阻采用较低耐压的电阻。
7.根据权利要求1所述的多管串联高压开关结构，其特征在于，所述电容采用较低耐压的电容。
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| CN108173431A (zh) * | 2016-12-07 | 2018-06-15 | 特变电工新疆新能源股份有限公司 | 基于同步导通技术的高压直流取能变换器 |
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