一种降低桥式电路dv/dt的电路的制作方法

本实用新型涉及一种降低桥式电路dv/dt的电路。

背景技术：

随着半导体技术的进步，半导体开关器件的开关速度越来越快。在一些由可控开关管(如IGBT、MOS管等)构成的半桥或全桥电路中，由于空载或负载很小，经常会出现可控开关管在数十纳秒甚至数纳秒的时间内被开通的现象，如果供电电源电压较高，可控开关管在开关过程中会出现较高的dv/dt，过高的dv/dt除产生EMC问题外，还会因弥勒效应和结电容的影响，使得同一桥臂上原本关断的开关管触发极或门极电位被抬升到较高水平，出现同一桥臂上、下两个开关管瞬时直通。如果这种直通现象得不到有效控制，上、下两个开关管直通产生的直通电流不仅会使EMC问题更加严峻，还会导致同一桥臂上、下两个开关管严重发热或过压击穿，最终导致整个电路的提前失效。

为降低由可控开关管构成的桥式电路(如H桥电路、半桥电路、全桥电路)在开关过程中可能出现的过高的dv/dt，以及避免由于较高的dv/dt引起的一系列次生危害，如：EMC、上下管直通、过压、过热等问题，传统的方法是：增大开通或关断电阻的阻值，增大开关管门极电容的容值，以此来降低开关管触发极或门极的充电或放电速度，从而降低开关速度。

但是，随着半导体技术的发展，为了提升开关管的最高工作频率、降低开关损耗，降低系统体积，优化系统谐波，半导体器件开关的速度越来越快；特别是在轻载或空载的时候，开关管开通和关断产生的dv/dt高达10000V/us甚至更高，传统的方法已经很难解决空载或轻载时高dv/dt的问题，比较有效的方法是在开关管(例如IGBT、MOS管)两端增加吸收电路，如RC电路或RCD电路，但此方法带来的问题是：1、发热比较严重；2、因为散热的需求，整个RC或RCD吸收电路会占用较大的空间，同时因为发热系统的效率也会有一定幅度的降低。

技术实现要素：

鉴于上述原因，本实用新型的目的是提供一种效率较高、结构简单的降低桥式电路在开关过程中产生的dv/dt的电路。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种降低桥式电路dv/dt的电路，所述桥式电路由两个或四个或六个可控开关管搭接而成，在桥式电路输入端母线两端并联有一个母线电容，其特征在于：该降低桥式电路dv/dt的电路由连接在所述桥式电路各桥臂中点之间的电感构成；所述电感的一端与一个桥臂的中点相连，另一端与另一个桥臂的中点相连。

所述电感数值为：

Lmin：最小电感值；Lmax：最大电感值；U：桥式电路母线电压；f:可控开关管的开关频率；IC:在25℃时，IGBT开关管集电极电流，或者MOS管漏极电流。

在本实用新型的较佳实施例中，所述桥式电路为半桥结构，母线电压为300V；所述可控开关管的开关频率为100k，所述电感值为2.2mH。

本实用新型的优点：在桥式电路桥臂间增加负载电感后，能量在母线电容和电感之间交换，不影响系统的输入功率，只有少量的开关损耗和导通损耗以及电感器的磁损和铜损；对产品的损耗和发热影响较小；但可以明显降低桥式电路在开关过程中的dv/dt，以及避免由于较高的dv/dt引起的一系列次生危害，如：EMC、上下管直通、过压、过热等问题。

附图说明

图1是本实用新型在半桥电路中实施示例具体电路图；

图2是本实用新型在H桥电路中实施示例具体电路图；

图3是本实用新型在三相全桥电路中实施示例具体电路图；

图4是未连接本实用新型所述电感的半桥电路中MOS管两端电压波形；

图5是连接本实用新型所述电感后半桥电路中MOS管两端电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本实用新型的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本实用新型的特征显而易见。

本实用新型提供的降低桥式电路dv/dt的电路由连接在桥式电路各桥臂之间的电感构成。在本实用新型中，连接在桥臂之间的电感相当于假负载，在构成桥式电路的开关管导通或关断的瞬间，产生一个无功电流。本实用新型就是通过引入无功电流来改善开关管空载或轻载时的开关波形；系统增加无功电流后，构成桥式电路的开关管(例如MOS管或IGBT)开通时dv/dt有较大幅度的降低。

图1是本实用新型实施示例1具体电路图。图中MOS管Q3和Q4、电容C3和C4构成半桥电路，上下串联的Q3和Q4构成一个桥臂，上下串联的电容C3和C4构成另一个桥臂。本实用新型公开的降低桥式电路dv/dt的电路包括电感L1。电感L1连接在两个桥臂之间，即电感L1的一端与Q3、Q4上下串联构成的桥臂的中点A相连，电感L1的另一端与C3、C4上下串联构成的桥臂的中点B相连。上下串联的电容C3和C4并联在半桥电路输入端母线的两端，故，上下串联的电容C3和C4不仅构成一个桥臂，而且还相当于桥式电路中的母线电容。

图2是本实用新型实施示例2具体电路图。图中，四个MOS管Q5-Q8构成H桥电路，本实用新型公开的降低桥式电路dv/dt的电路包括电感L2。电感L2连接在两个桥臂之间，即电感L2的一端与Q5、Q6上下串联构成的桥臂的中点C相连，电感L2的另一端与Q7、Q8上下串联构成的桥臂的中点D相连。

图3是本实用新型实施示例3具体电路图。图中，六个MOS管Q7-Q12构成三相全桥电路，本实用新型公开的降低桥式电路dv/dt的电路包括连接在桥臂之间的电感L3、L4、L5。上下串联的Q7和Q8构成一个桥臂Ⅰ，上下串联的Q9和Q10构成一个桥臂Ⅱ，上下串联的Q11和Q12构成一个桥臂Ⅲ，电感L3连接在桥臂Ⅰ的中点和桥臂Ⅱ的中点之间，电感L4连接在桥臂Ⅱ的中点和桥臂Ⅲ的中点之间，电感L5连接在桥臂Ⅰ的中点和桥臂Ⅲ的中点之间。

构成本实用新型的连接在所述桥式电路各桥臂中点之间的电感的数值在数nH到数百mH之间。因系统电压、开关频率不同而不同，且跟MOS管的开通关断速度关联性较强；最终电感值需要通过实验来最终确定的，电感值太大，dv/dt抑制效果较差，电感值太小开关管损耗比较大；例如：在母线电压300V、开关频率为100kHz、MOS管为FDPF12N50NZT的半桥电路中，电感值取2.2mH效果最佳；

Lmin：最小电感值；Lmax：最大电感值；

U：桥式电路母线电压；

f:可控开关管的开关频率；

IC:在25℃时，IGBT开关管集电极电流，或者MOS管漏极电流。

图4是未连接本实用新型所述电感的桥式电路的MOS管两端电压波形。如图4所示，CH1：上管DS波形，CH2：下管的门极波形GS；当构成桥式电路桥臂间没有连接电感L时，构成桥臂的上、下两个MOS管的DS电压上升和下降很陡峭。一个MOS管开通时，虽然另一个MOS管关断，但从关断的MOS管的门极电压波形可知：下管门极电压被抬升至触发电压以上，上下管存在直通振荡现象，这正是由于开关管在开通瞬间，dv/dt较高，关断的MOS管实际上已被二次触发所致。

图5是连接本实用新型所述电感后构成桥式p电路的MOS管两端电压波形。如图5所示，构成桥臂的上、下两个MOS管的DS电压上升和下降变得很缓慢，一个MOS管开通时，另一个MOS未被触发开通，MOS管的DS电压无振荡，由于桥臂间连接了电感L，在MOS管开通瞬间，DS电压dv/dt降低明显了，关断的MOS管没有被二次触发，上、下MOS管不存在直通的现象。

在桥式电路桥臂间增加负载电感后，能量在母线电容和电感之间交换，不影响系统的输入功率，只有少量的开关损耗和导通损耗以及电感器的磁损和铜损；对产品的损耗和发热影响较小；但可以明显降低桥式电路在开关过程中的dv/dt，以及避免由于较高的dv/dt引起的一系列次生危害，如：EMC、上下管直通、过压、过热等问题。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。