专利名称：放电电路的制作方法
放电电路
本发明涉及根据权利要求1前序部分的、 一种用于对由于二极管的 正向延迟时间而引起的过冲电压进行限制的电路装置，其中该二极管通
在二极管中由于正向延迟时间而引起的过冲电压
(Spannungsueberh6hungen ),尤其是在非常快速的开关过程中有问题 的。在緩慢的开关过程中，二极管通常通过施加在硅二极管中约为0.7V 的导通电压而变成导通。相反，在非常快速的开关时间中，可注意到的 是，二极管在有限的时间之后才变成导通。尤其在从截止方向变换到导 通方向时，需要一定的时间段，以把载流子分布到空间电荷区的整个截 面上，并在一定程度上将其"充满"载流子。如果应该通过该二极管导 通大的电流，比如如果该二极管是电感的放电二极管，那么所述的有限 的时间则尤其是苛刻的。在该情况下，该二极管并未在如同针对緩慢开 关过程那样标准的导通电压下变成导通，而是在较高的电压下才导通。 在快速的开关过程中这种较高的导通电压被称为过冲电压。过沖电压在 此是电流升高速度(至少以A/ps来表示)的一个函数，并且可以获得各 个二极管的相应数据表。
在二极管中由于正向延迟时间而引起的这种过冲电压通常通过要 保护的元件的裕度设计来应对。另一种可能性是减慢开关过程，但这带 来了其他的缺点，比如在开关元件上额外的开关损耗。
从而本发明的目标是，避免这些缺点并提供一种电路装置，其中该 电路装置对二极管中由于正向延迟时间而引起的过冲电压进行限制。该 目标通过权利要求1的特征而实现。
权利要求1涉及一种用于对由于笫一二极管的正向延迟时间而引起 的过冲电压进行限制的电路装置，其中该第一二极管通过一个开关单元 的开关而交替地在截止方向和导通方向上切换。根据本发明，在此规定， 该第一二极管与一个第一电容器串联，并且为该第一电容器设置了一个
预充电电路，其中当该第一二极管切换到截止方向期间，该预充电电路 给该第一电容器充电。在该第一电容器上的预充电以及与之相关的电压 使该第一二极管在该电压值附近较早地开始导通。所述过冲电压从而被降低。按照权利要求2，只要该电压值超过该第一二极管的过沖电压，
那么所述过沖电压就可以完全^皮避免。
根据权利要求3,该第一二极管能够在阳极侧与该笫一电容器串联 连接。对于这种情况，权利要求4建议，该预充电电路包含与该第一二 极管并联的第二电容器、以及第三二极管，其中该第三二极管在阳极侧 与该第二电容器相连接，并在阴极侧与该第一电容器的朝向该第一二极 管的一侧相连接。
根据权利要求5,代替地，该第一二极管也可以在阴极侧与该第一 电容器相串联。在这种情况下，按照权利要求6,预充电电路比如可以 如此来实现，即该预充电电路包含有与该第一二极管并联的第二电容 器、以及第三二极管，其中该第三二极管在阴极侧与该第二电容器相连 接，并在阳极侧与该第一电容器的朝向该第一二极管的一侧相连接。
权利要求7规定，该第一电容器与第二二极管并联连接，该第二二 极管与该第一二极管同向连接。只要该第二二极管关于该第 一 电容器的 充电状态而变成导通，那么该第二二极管在此承担了流过该第 一 电容器 的电流。短语"同向(in Gleichrichtung)连接"在此意味的是，两个二 极管在同一电流方向上被连接、或者二者在截止方向上或者二者在导通 方向上^皮连接。
权利要求8提供了本发明的电路装置的一种优选应用，也即在变压 器电路中，比如其存在于逆变器或开关电源中。权利要求8在此建议， 该开关单元在一个变压器电路的初级侧与一个变压器的初级线圏串联 连接，并且该初级线圈和开关单元与一个直流电压源相连接，其中该第 一二极管作为针对该初级线圈的放电二极管来连接。
最后权利要求9涉及一种开关电源，其具有根据权利要求1至8所 述的电路装置。
本发明下面借助一个实施例并结合附图来详细解释。其中
图1示出了本发明的电路装置的一个第一电路例子，以及
图2示出了本发明的电路装置的另一实施方案。
图1示出了具有开关元件Sl的电路装置，其中该开关元件Sl通常 是一个半导体开关，尤其是一个功率开关。该开关元件Sl在所示的例 子中在一个变压器电路的初级侧与一个变压器T的初级线圏Wl串联连 接，并且该初级线圈Wl和该开关元件Sl与一个直流电压源Us相连接。
5通过该开关元件Sl的周期性断开和闭合，该直流电压源Us的直流电压 被转换为电压脉冲，该电压脉冲通过该变压器T被变换到该变压器电路 的次级侧。
另外图1还示出， 一个第一二极管Dl作为针对该初级线圈Wl的 放电二极管来连接。该第一二极管D1关于该直流电压源Us而切换到截 止方向。如果该开关元件S1断开，那么电流就流过该第一二^ L管Dl的 中间回路，使得该第一二极管Dl根据该开关元件Sl的开关状态而交替 切换到截止方向和导通方向。
为了限制由于该第一二极管Dl的正向延迟时间而引起的过冲电 压，根据本发明，它在阳极侧与一个第一电容器CI相串联。另外还为 该笫一电容器CI设置了一个预充电电路，其中当该笫一二极管Dl切换 为截止方向时，该预充电电路给该第一电容器CI的朝向该第一二极管 Dl的一侧正充电。该第一电容器C1另外还与一个第二二极管D2相并 联，该第二二极管D2与该第一二极管Dl同向连接。
在图1的实施例中，该预充电电路包括一个与该第一二极管Dl并 联的第二电容器C2、以及一个第三二极管D3，其中该第三二极管D3 在阳极侧与该第二电容器C2相连接，并在阴极侧与该第一电容器CI 的朝向该第一二极管Dl的一侧相连接。
另外，该第一二极管Dl和该第二电容器C2的并联电路与一个笫三 电容器C3和一个齐纳二极管的并联电路相串联。该开关元件仅仅是可 选的，并且仅仅示出了以下一种可能性，即为了保护该开关元件S1而 构建一个反向直流电压，其中该反向直流电压保护该开关元件Sl,但并 不干扰该变压器T的正常运行。
然而在实际中，与图l的实施方案相反，人们尝试比如借助一个电 路在该开关元件Sl断开之后对该变压器T的初级电路中的漏泄能量进 行利用，在该电路中该漏泄能量被反馈到一个电压中间回路中。对此的 一个例子在图2中示出。图2示出了一个电路装置，其中另一开关元件
sr与该初级线圏wi串联连接。给两个开关元件si、 sr分别分配了具
有放电二极管Dl和Dl、的中间回路。在这两个放电二极管Dl、 Dl、上 采用了本发明的电路装置，当然是以两个不同的实施例的形式，也即具 有第一电容器CI关于该第一二极管Dl的一种阳极侧配置，以及具有第
一电容器cr关于第一二极管Di、的一种阴极侧配置。在后一种情况中，该预充电电路相应包含与该第一二极管D1、并联连接的笫二电容器C2、、 以及第三二极管D3'，其中该第三二极管D3、在阴极侧与该第二电容器 C2、相连接，并在阳极侧与该第一电容器Cl、的朝向该第一二极管Dl、的 一侧相连接。
本发明的电路装置的电路技术状态可以划分为四个阶段，并借助图 1来进行解释。
在一个第一阶段中，该开关元件S1闭合，并且该第一二极管D1切 换到截止方向。在该截止阶段期间，该第一电容器C1通过由该第二电 容器C2和该第三二极管D3组成的预充电电路而利用一个电压被预充 电，其中该电压优选为该第一二极管Dl上的截止电压的一部分。在此 该第一电容器C1的朝向该第一二极管D1的一側被正充电。
在一个第二阶段中，该开关元件S2被断开，在该开关元件S1上的 电压变得更加正，直到在该开关元件S1上和在该第一电容器C1上的电
压之和变成正于电压UE和Uz之和(见图1)。
在一个第三阶段中，现在该第一二极管D1变成导通，并且这导致 开头所述的过冲电压。在合适设计的情况下，该过沖电压小于在该第一 电容器C1上的电压，使得在该开关元件S1上的电压在该阶段中总是保 持低于该电压Ue和Uz之和。在该第一二极管Dl的接通延迟之后，在 该第一二极管Dl的阳极上电势仅仅处于其阴极上电势之上一个二极管 阈值。在该第一电容器Cl上的电压变成负的，并且该第二二极管D2 变成导通之后，该第三阶段结束。在此应该注意的是，在该第二二极管 D2上的过冲电压在实际中可以忽略，因为在该第二二极管D2上的电压 升高是微小的，并且该二极管可以设计为具有较小的截止电压。从而该 第二 二极管D 2在其正向延迟时间方面是不苛刻的。
在一个第四阶段中，该第二二极管D2承担了之前流过该第一电容 器Cl的电流。在该开关元件Sl上的电压现在为电压Ue和Uz以及两个 二极管阈值之和。
从而借助本发明的电路装置限制了在该第一二极管Dl中由于正向 延迟时间而引起的过沖电压，这尤其在非常快速的开关过程中是有利 的。
权利要求
1.一种用于对由于第一二极管(D1，D1`)的正向延迟时间而引起的过冲电压进行限制的电路装置，该第一二极管通过开关元件(S1，S1`)的开关而交替切换到截止方向和导通方向，其特征在于，该第一二极管(D1，D1`)与第一电容器(C1，C1`)串联连接，并且为该第一电容器(C1，C1`)设置有预充电电路，在该第一二极管(D1，D1`)切换到截止方向期间，该预充电电路给该第一电容器(C1，C1`)充电。
2. 根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，在该第一二极管(di,di、)切换到截止方向期间，针对该第一电容器(ci,cr)的预 充电电路给该第一电容器(ci,cr)充电，在数量上大于该第一二极管(D1,D1、)的过冲电压。
3. 根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，该第一二 极管(Dl )在阳极侧与该第一电容器(Cl )相串联。
4. 根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，该预充电电路 包含有与该第一二极管(Dl )并联的第二电容器(C2)、以及第三二极 管(D3),其中该第三二极管(D3)在阳极侧与该第二电容器(C2) 相连接，并在阴极侧与该第一电容器(Cl)的朝向该第一二极管(Dl) 的一侧相连4^。
5. 根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，该第一二 极管(Dl、)在阴极侧与该第一电容器(C1、)串联。
6. 根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，该预充电电路 包含有与该第一二极管(Dl、)并联的第二电容器(C2、)、以及第三二 极管(D3、)，其中该第三二极管(D3、)在阴极侧与该第二电容器(C2、) 相连接，并在阳极侧与该第一电容器(C1、)的朝向该第一二极管(Dl、) 的一侧相连接。
7. 根据权利要求1至6之一所述的电路装置，其特征在于，该第 一电容器(Cl,Cr)并联连接到第二二极管(D2,D2、)上，其中该第二 二极管(D2,D2、)与该第一二极管(D1,D1、)同向连接。
8. 根据权利要求1至7之一所述的电路装置，其特征在于，该开 关元件(S1,S1、)在一个变压器电路的初级侧与一个变压器(T)的初级线圏(wi)串联连接，并且初级线圏(wi)和开关元件(si,sr)与一个直流电压源(Us)相连接，其中该第一二极管(Dl)作为针对该初级线圏(Wl)的放电二极管来连接。
9.一种开关电源，其具有根据权利要求1至8之一所述的电路装置。
全文摘要
本发明涉及用于对由于一个第一二极管(D1，D1`)的正向延迟时间而引起的过冲电压进行限制的电路装置，其中该第一二极管(D1，D1`)通过一个开关元件(S1，S1`)的开关而交替切换到截止方向和导通方向，根据本发明推荐，该第一二极管(D1，D1`)与一个第一电容器(C1，C1`)相串联，并且为该第一电容器(C1，C1`)设置了一个预充电电路，其中当该第一二极管(D1，D1`)切换到截止方向时，该预充电电路给该第一电容器(C1，C1`)充电。优选地该预充电电路给该第一电容器(C1，C1`)充电，在数量上大于该第一二极管(D1，D1`)的过冲电压。
文档编号H02M1/34GK101595629SQ200780050351
公开日2009年12月2日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年1月23日
发明者H·韦因迈耶 申请人:奥地利西门子公司