CN217282896U - 半导体开关电路及半导体开关器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体开关电路以及半导体开关器件，属于电子开关技术领域，该半导体开关电路包括开关电路以及恒流驱动电路，其中开关电路包括：第一电源；第一负载，一端与第一电源连接；开关管，开关管的第一连接端与第一负载的另一端连接，开关管的第二连接端接地，开关管的控制端作为开关电路的控制端而与恒流驱动电路连接；其中，当脉冲发生器向恒流驱动电路输入第一电平信号时，恒流驱动电路向开关管的控制端输出恒电流以使开关管导通，当脉冲发生器向恒流驱动电路输入与第一电平信号相反的第二电平信号时，开关管的控制端通过恒流驱动电路进行恒流放电。本实用新型所提供的半导体开关电路能够降低开关管的开关损耗。

Description

半导体开关电路及半导体开关器件

技术领域

本申请属于电子开关技术领域，特别是涉及一种半导体开关电路及半导体开关器件。

背景技术

半导体开关器件在电力电子产品中应用非常广泛，传统的半导体开关器件几乎都是采用电压型驱动，以IGBT驱动为例，当脉冲电压源经过电阻后送到IGBT的栅极输入端，若输入电压达到IGBT开启电压，则IGBT开始导通；当脉冲电压源输出低电平时，IGBT的栅极电容通过电阻开始放电，当栅极电压下降至IGBT的关断阀值时，IGBT关断。

上述半导体开关器件的驱动电流无法进行控制，因而半导体开关器件存在开关损耗大、EMC效果差等缺点。

实用新型内容

本申请提供一种半导体开关电路及半导体开关器件，能够实现开关管的恒流驱动，降低开关管的开关损耗。

本申请实施例第一方面提供一种半导体开关电路，所述半导体开关电路包括开关电路以及恒流驱动电路，所述开关电路包括：第一电源；第一负载，一端与所述第一电源连接；开关管，所述开关管的第一连接端与所述第一负载的另一端连接，所述开关管的第二连接端接地，所述开关管的控制端作为所述开关电路的控制端而与所述恒流驱动电路连接；其中，当脉冲发生器向所述恒流驱动电路输入第一电平信号时，所述恒流驱动电路向所述开关管的控制端输出恒电流以使所述开关管导通，当所述脉冲发生器向所述恒流驱动电路输入与所述第一电平信号相反的第二电平信号时，所述开关管的控制端通过所述恒流驱动电路进行恒流放电。

本申请实施例第二方面提供一种半导体开关器件，包括上述任一项所述的半导体开关电路。

有益效果是：本申请设置恒流驱动电路一方面向开关电路中开关管的控制端输出恒定的电流，使得开关管导通，另一方面设置开关管的控制端通过恒流驱动电路进行恒流放电，从而如果将开关管的控制端等效为电容，在整个过程中，等效电容的电压变化率恒定，从而可以大幅度降低开关管的开关损耗，同时还能够改善开关管的EMC。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本申请半导体开关电路一实施方式的结构示意图；

图2是图1半导体开关电路在一应用场景中的具体结构示意图；

图3是本申请半导体开关器件一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请半导体开关电路一实施方式的结构示意图，该半导体开关电路1000包括开关电路1100以及恒流驱动电路1200。

其中，开关电路1100包括开关管1110、第二电源Vcc2以及第一负载1130。

第一负载1130的一端与第二电源Vcc2连接；开关管1110的第一连接端p1与第一负载1130的另一端连接，开关管1110的第二连接端p2接地，控制端p3作为开关电路1100的控制端与恒流驱动电路1200连接。其中，当脉冲发生器向恒流驱动电路1200输入第一电平信号时，恒流驱动电路1200向开关管1110的控制端p3输出恒电流以使开关管1110导通，当脉冲发生器向恒流驱动电路1200输入与第一电平信号相反的第二电平信号时，开关管1110的控制端p3通过恒流驱动电路1200进行恒流放电。

具体地，当开关管1110在恒流驱动电路1200的驱动下导通时，第一负载1130工作，当开关管1110在恒流驱动电路1200的驱动下截止时，第一负载1130停止工作。

其中，开关管1110可以是任何一种类型的半导体开关器件，例如三极管、MOS管或者IGBT管等，在此不做限制。

其中，在本实施方式中，开关管1110为P型IGBT管。

同时在本实施方式中，第一负载1130包括电感L以及二极管D。

二极管D的阴极和电感L的一端连接在一起而与第二电源Vcc2连接，二极管D的阳极与电感L的另一端连接而与开关管1110的第一连接端p1连接。

具体地，在开关管1110自导通变为截止状态时，二极管D可以为电感L产生的自感电流提供一个回路，防止电感L产生的自感电流击穿开关管1110。

其中，本申请对第一负载1130的结构不做具体限制，例如在其他实施方式中，第一负载1130还可以是串联在第二电源Vcc2与开关管1110的第一连接端p1之间的发光器件。

具体地，在本实施方式中，在开关管1110自截止变为导通的过程中，恒流驱动电路1200向开关管1110的控制端p3输出恒定的电流，进而使开关管1110导通，在开关管1110自导通变为截止的过程中，开关管1110的控制端p3通过恒流驱动电路1200进行恒流放电，从而使开关管1110变为截止，在整个过程中，如果将开关管1110的控制端p3等效为电容，该等效电容的电压变化率恒定，从而可以大幅度降低开关管1110的开关损耗，同时还能够改善开关管1110的EMC。

参阅图2，在一应用场景中，恒流驱动电路1200包括第一电源Vcc1、第一子恒流驱动电路1220以及第二子恒流驱动电路1230。

第一子恒流驱动电路1220包括第一控制端a1、第一输入端b1以及第一输出端c1，第一控制端a1用于连接脉冲发生器，第一输入端b1连接第一电源Vcc1，第一输出端c1用于连接开关电路1100中开关管1110的控制端p3，其中，当脉冲发生器输出第一电平信号时，第一子恒流驱动电路1220导通，第一输出端c1向开关管1110的控制端p3输出恒电流以使开关管1110导通，当脉冲发生器输出与第一电平信号相反的第二电平信号时，第一子恒流驱动电路1220截止。

第二子恒流驱动电路1230包括第二控制端a2、第二输入端b2以及第二输出端c2，第二控制端a2用于连接脉冲发生器，第二输出端c2用于连接开关管1110的控制端p3，第二输出端c2接地，其中，当脉冲发生器输出第一电平信号时，第二子恒流驱动电路1230截止，当脉冲发生器输出第二电平信号时，第二子恒流驱动电路1230导通而使开关管1110的控制端p3输出恒定的电流。

具体地，当脉冲发生器输出第一电平信号时，第一子恒流驱动电路1220导通，第二子恒流驱动电路1230截止，导通的第一子恒流驱动电路1220向开关管1110的控制端p3输出恒定的电流，进而使开关管1110导通。

当脉冲发生器输出第二电平信号时，第一子恒流驱动电路1220截止，第二子恒流驱动电路1230导通，此时开关管1110本身的寄生电容C1通过第二子恒流驱动电路1230开始恒流放电，且在寄生电容C1放电过程中，当开关管1110的控制端p3的电压下降至开关管1110的关断阈值时，开关管1110截止。

也就是说，如果将开关管1110的控制端p3等效为一个电容，在脉冲发生器输出第一电平信号的过程中，第一子恒流驱动电路1220输出恒定电流给该等效电容进行充电，在脉冲发生器输出第二电平信号的过程中，该等效电容通过第二子恒流驱动电路1230进行恒流放电，从而在整个过程中，等效电容的电压变化率恒定，从而可以大幅度降低开关管1110的开关损耗，同时还能够改善开关管1110的EMC。

在本实施方式中，第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号，但是在其他实施方式中，第一电平信号也可以是低电平信号，第二电平信号是高电平信号。

继续参阅图2，第一子恒流驱动电路1220包括：第一P型三极管T1、第二负载1221以及第二P型三极管T2。

其中，第一P型三极管T1的集电极作为第一输入端b1而与第一电源Vcc1连接；第二负载1221的一端与第一P型三极管T1的发射极连接；第二P型三极管T2的基极与第一P型三极管T1的发射极和第二负载1221的连接点连接，第二P型三极管T2的集电极与第一P型三极管T1的基极连接，第二P型三极管T2的发射极与第二负载1221的另一端连接，其中，第二P型三极管T2的集电极与第一P型三极管T1的基极的连接点作为第一控制端a1，第二P型三极管T2的发射极与第二负载1221的连接点作为第一输出端c1。

同时第二负载1221包括第一电阻R1。第一电阻R1的一端与第一P型三极管T1的发射极连接，另一端与第二P型三极管T2的发射极连接。

继续参阅图2，第二子恒流驱动电路1230包括：第一N型三极管T3、第三负载1231以及第二N型三极管T4。

第一N型三极管T3的集电极作为第二输出端c2接地；第三负载1231的一端与第一N型三极管T3的发射极连接；第二N型三极管T4的基极与第一N型三极管T3的发射极和第三负载1231的连接点连接，第二N型三极管T4的集电极与第一N型三极管T3的基极连接，第二N型三极管T4的发射极与第三负载1231的另一端连接，其中，第二N型三极管T4的集电极与第二N型三极管T4的基极的连接点作为第二控制端a2，第二N型三极管T4的发射极与第三负载1231的连接点作为第二输入端b2。

同时，第三负载1231包括第二电阻R2。第二电阻R2的一端与第一N型三极管T3的发射极连接，另一端与第二N型三极管T4的发射极连接。

其中，第一控制端a1和第二控制端a2均通过第三电阻R3与脉冲发生器连接。

为了便于说明，以下用Vbe表示三极管基极与发射极的电压差，用Veb表示三极管发射极与基极的电压差。

具体地，当脉冲发生器输出高电平信号后，第一P型三极管T1导通，第一电阻R1产生压降，当第一电阻R1上的压降达到第二P型三极管T2的关断阈值时，第二P型三极管T2导通，随后第一P型三极管T1的Vbe降低，从而第一电阻R1上的压降下降，当第一电阻R1上的压降小于第二P型三极管T2的关断阈值时，第二P型三极管T2截止，随后第一P型三极管T1的Vbe升高，最终使得第一P型三极管T1处于放大区，使得流经第一电阻R1的电流稳定在Vbe(T2)/R1，其中，Vbe(T2)为第二P型三极管T2的关断阈值。也就是说，第一子恒流驱动电路1220输出的恒电流大小为Vbe(T2)/R1。

同时当脉冲发生器输出高电平信号后，第二N型三极管T3处于截止状态，从而第二子恒流驱动电路1230处于截止状态。

而当脉冲发生器输出低电平信号后，第一P型三极管T1处于截止状态，从而第一子恒流驱动电路1220处于截止状态，此时对于第二子恒流驱动电路1230而言，第一N型三极管T3导通，第二电阻R2产生压降，当第二电阻R2的压降达到第二N型三极管T4的关断阈值后，第二N型三极管T2导通，而随着第二N型三极管T2导通，第一N型三极管T3的Veb减小，从而第二电阻R2上的压降下降，当第二电阻R2的压降低于第二N型三极管T4的关断阈值后，第二N型三极管T4截止，随后第一N型三极管T1的Veb升高，最终使得第一N型三极管T3处于放大区，使得流经第二电阻R2的电流稳定在Veb(T4)/R2，其中，Veb(T4)为第二N型三极管T4的关断阈值。也就是说，第二子恒流驱动电路1230输入的恒电流大小为Veb(T4)/R2。

需要说明的是，本申请对第二负载1221以及第三负载1231的结构不做具体限制。

另外本申请对第一子恒流驱动电路1220、第二子恒流驱动电路1230的具体结构也不做具体限制，只要第一子恒流驱动电路1220能够输出恒定的电流对开关管1110的控制端p3的等效电容进行充电，同时开关管1110的控制端p3的等效电容能够通过第二子恒流驱动电路1230进行恒流放电即可。

需要说明的是，本申请并不限制恒流驱动电路1200的具体结构，只要其能够恒流驱动开关管1110导通以及开关管1110能够通过恒流驱动电路1200进行恒流放电即可。

同时本申请还保护一种恒流驱动电路，其与上述任一项实施方式中的恒流驱动电路结构相同，具体可参见上述实施方式，在此不再赘述。

参阅图3，图3是本申请半导体开关器件一实施方式的结构示意图，该半导体开关器件200包括半导体开关电路210，该半导体开关电路210与上述任一项实施方式中的半导体开关电路1000结构相同，具体可参见上述实施方式，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种半导体开关电路，其特征在于，所述半导体开关电路包括开关电路以及恒流驱动电路，所述开关电路包括：

第一电源；

第一负载，一端与所述第一电源连接；

开关管，所述开关管的第一连接端与所述第一负载的另一端连接，所述开关管的第二连接端接地，所述开关管的控制端作为所述开关电路的控制端而与所述恒流驱动电路连接；

其中，当脉冲发生器向所述恒流驱动电路输入第一电平信号时，所述恒流驱动电路向所述开关管的控制端输出恒电流以使所述开关管导通，当所述脉冲发生器向所述恒流驱动电路输入与所述第一电平信号相反的第二电平信号时，所述开关管的控制端通过所述恒流驱动电路进行恒流放电。

2.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其特征在于，所述恒流驱动电路包括：

第一电源：

第一子恒流驱动电路，包括第一控制端、第一输入端以及第一输出端，所述第一控制端用于连接所述脉冲发生器，所述第一输入端连接所述第一电源，所述第一输出端用于连接开关电路中开关管的控制端，其中，当脉冲发生器输出所述第一电平信号时，所述第一子恒流驱动电路导通，所述第一输出端向所述开关管的控制端输出恒电流以使所述开关管导通，当所述脉冲发生器输出所述第二电平信号时，所述第一子恒流驱动电路截止；

第二子恒流驱动电路，包括第二控制端、第二输入端以及第二输出端，所述第二控制端用于连接所述脉冲发生器，所述第二输出端用于连接所述开关管的控制端，所述第二输出端接地，其中，当所述脉冲发生器输出所述第一电平信号时，所述第二子恒流驱动电路截止，当所述脉冲发生器输出所述第二电平信号时，所述第二子恒流驱动电路导通而使所述开关管的控制端输出恒定的电流。

3.根据权利要求2所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第一电平信号为高电平信号，所述第二电平信号为低电平信号。

4.根据权利要求3所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第一子恒流驱动电路包括：

第一P型三极管，所述第一P型三极管的集电极作为所述第一输入端而与所述第一电源连接；

第二负载，一端与所述第一P型三极管的发射极连接；

第二P型三极管，所述第二P型三极管的基极与所述第一P型三极管的发射极和所述第二负载的连接点连接，所述第二P型三极管的集电极与所述第一P型三极管的基极连接，所述第二P型三极管的发射极与所述第二负载的另一端连接，其中，所述第二P型三极管的集电极与所述第一P型三极管的基极的连接点作为所述第一控制端，所述第二P型三极管的发射极与所述第二负载的连接点作为所述第一输出端。

5.根据权利要求4所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第二负载包括：

第一电阻，一端与所述第一P型三极管的发射极连接，另一端与所述第二P型三极管的发射极连接。

6.根据权利要求3所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第二子恒流驱动电路包括：

第一N型三极管，所述第一N型三极管的集电极作为所述第二输出端接地；

第三负载，一端与所述第一N型三极管的发射极连接；

第二N型三极管，所述第二N型三极管的基极与所述第一N型三极管的发射极和所述第三负载的连接点连接，所述第二N型三极管的集电极与所述第一N型三极管的基极连接，所述第二N型三极管的发射极与所述第三负载的另一端连接，其中，所述第二N型三极管的集电极与所述第二N型三极管的基极的连接点作为所述第二控制端，所述第二N型三极管的发射极与所述第三负载的连接点作为所述第二输入端。

7.根据权利要求6所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第三负载包括：

第二电阻，一端与所述第一N型三极管的发射极连接，另一端与所述第二N型三极管的发射极连接。

8.根据权利要求2所述的半导体开关电路，其特征在于，所述半导体开关电路进一步包括：

第三电阻，一端用于连接所述脉冲发生器，另一端同时连接所述第一输入端以及所述第二输出端。

9.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其特征在于，所述开关管为P型IGBT管。

10.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其特征在于，所述第一负载包括：

电感；

二极管，阴极和所述电感的一端连接在一起而与所述第二电源连接，阳极与所述电感的另一端连接而与所述开关管的所述第一连接端连接。

11.一种半导体开关器件，其特征在于，所述半导体开关器件包括如权利要求1至10任一项所述的半导体开关电路。

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