功率开关电路及其控制方法与流程

本公开关于电力电子领域，特别涉及一种功率开关电路及其控制方法。

背景技术：

1、随着开关电源的功率等级的提升，用以控制开关电源的功率开关电路的功率要求亦随之提高，其中功率开关电路中的开关元件的流通能力、开关速度及散热能力皆须提升以回应其需求。为了满足开关电源的功率需求，功率开关电路通常包含多个开关元件，且多个开关元件之间并联连接，使得功率开关电路的总损耗降低且散热能力提升。然而，功率开关电路内的多个开关元件于同步导通或同步关断的情况下容易具有电流均流的问题。举例来说，多个开关元件的导通电阻分布具有偏差，或温度系数的差异，使得多个开关元件的稳态均流不一致。又例如，功率开关电路内的功率回路及驱动回路中具有寄生电感，或开关元件内部所具有的寄生电阻、跨导、寄生电容分布偏差、驱动电压导通阈值分布偏差、驱动电压导通阈值温度系数的差异性，使得多个开关元件的瞬态均流不一致。由于功率开关电路内的多个开关的稳态均流及瞬态均流有不一致的可能性，使得开关电源的输出稳定度较低且使用寿命较低。

2、因此，如何发展一种克服上述缺点的功率开关电路，实为目前迫切的需求。

技术实现思路

1、本公开的目的为提供一种功率开关电路，包含两个驱动电路，第一驱动电路包含第一电阻及第一连接支路，且第一电阻及第一连接支路分别连接于正驱动信号端及第一开关元件的第一驱动端之间，第二驱动电路包含第三电阻及第二连接支路，且第三电阻及第二连接支路分别连接于正驱动信号端及第二开关元件的第二驱动端之间，功率开关电路利用第一驱动电路及第二驱动电路的设置，使得于同一开关周期内，第一开关元件的导通时刻早于第二开关元件的导通时刻，且第一开关元件的关断时刻早于第二开关元件的关断时刻，即功率开关电路的两个开关元件在导通及关断的瞬态不具有电流不均的问题，使得其开关损耗及关断损耗分别分配于两个开关元件上，使得两个开关元件的损耗及温度皆可降低，进而提升整体功率开关电路的输出稳定度较高且使用寿命较高，并同步提升功率密度并降低设置成本。

2、为达上述目的，本公开的实施态样为提供一种功率开关电路，包含驱动信号部、第一开关元件、第二开关元件、第一驱动电路及第二驱动电路。驱动信号部接入输入电流或输入电压，且包含正驱动信号端及负驱动信号端。第二开关元件与第一开关元件并联连接。第一驱动电路包含第一电阻及第一连接支路，其中第一电阻及第一连接支路分别连接于正驱动信号端及第一开关元件的第一驱动端之间，第一连接支路至少包含第二电阻。第二驱动电路包含第三电阻及第二连接支路，其中第三电阻及第二连接支路分别连接于正驱动信号端及第二开关元件的第二驱动端之间，第二连接支路至少包含第四电阻及第一二极管。其中，于同一开关周期内，当驱动信号部接入的输入电流为正电流或者接入的输入电压为正电压时，通过第一驱动电路及第二驱动电路，控制第一开关元件的导通时刻早于第二开关元件的导通时刻；当驱动信号部接入的输入电流为负电流或接入的输入电压为零电压或负电压时，通过第一驱动电路及第二驱动电路，控制第一开关元件的关断时刻早于第二开关元件的关断时刻。

3、为达上述目的，本公开的另一实施态样为提供一种功率开关电路的控制方法，功率开关电路包含驱动信号部、第一开关元件及第二开关元件，驱动信号部包含正驱动信号端及负驱动信号端，第二开关元件与第一开关元件并联连接，其中控制方法包含下列步骤。设置第一驱动电路，其中第一驱动电路包含第一电阻及第一连接支路，第一电阻及第一连接支路分别连接于正驱动信号端及第一开关元件的第一驱动端之间，第一连接支路至少包含第二电阻。设置第二驱动电路，其中第二驱动电路包含第三电阻及第二连接支路，第三电阻及第二连接支路分别连接于正驱动信号端及第二开关元件的第二驱动端之间，第二连接支路至少包含第四电阻及第一二极管。于同一开关周期内，当驱动信号部接入的输入电流为正电流或者接入的输入电压为正电压时，通过第一驱动电路及第二驱动电路，控制第一开关元件的导通时刻早于第二开关元件的导通时刻；当驱动信号部接入的输入电流为负电流或者接入的输入电压为零电压或负电压时，通过第一驱动电路及第二驱动电路，控制第一开关元件的关断时刻早于第二开关元件的关断时刻。

技术特征：

1.一种功率开关电路，包含：

2.如权利要求1所述的功率开关电路，其中该第一连接支路还包含一第二二极管，该第二电阻及该第二二极管串联连接于该正驱动信号端及该第一开关元件的该第一驱动端之间，其中该第二电阻连接于该正驱动信号端与该第二二极管的阴极之间，该第二二极管的阳极连接于该第一开关元件的该第一驱动端；或者，该第二二极管的阴极连接于该正驱动信号端，该第二电阻连接于该第二二极管的阳极与该第一开关元件的该第一驱动端之间。

3.如权利要求2所述的功率开关电路，其中该第四电阻及该第一二极管串联连接于该正驱动信号端及该第二开关元件的该第二驱动端之间，其中该第四电阻连接于该正驱动信号端与该第一二极管的阴极之间，该第一二极管的阳极连接于该第二开关元件的该第二驱动端；或者，该第一二极管的阴极连接于该正驱动信号端，该第四电阻连接于该第一二极管的阳极与该第二开关元件的该第二驱动端之间。

4.如权利要求3所述的功率开关电路，其中该第三电阻的阻值大于该第一电阻的阻值，该第四电阻的阻值大于或等于该第二电阻的阻值。

5.如权利要求2所述的功率开关电路，其中该第三电阻及该第二连接支路分别连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第二开关元件的该第二驱动端之间，其中该第四电阻连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第一二极管的阴极之间，该第一二极管的阳极连接于该第二开关元件的该第二驱动端；或者，该第一二极管的阴极连接于该第一开关元件的该第一驱动端，该第四电阻连接于该第一二极管的阳极与该第二开关元件的该第二驱动端之间。

6.如权利要求3所述的功率开关电路，其中该第三电阻连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第二开关元件的该第二驱动端之间。

7.如权利要求6所述的功率开关电路，其中该第二电阻的阻值为0ω。

8.如权利要求1-7任一所述的功率开关电路，其中该第二电阻的阻值小于该第一电阻的阻值，和/或，该第四电阻的阻值小于该第三电阻的阻值。

9.如权利要求1所述的功率开关电路，其中该第一连接支路还包含一第五电阻及一第三开关元件，该第五电阻的一第一端连接于该负驱动信号端，该第三开关元件的一第一端连接于该第五电阻的一第二端，该第三开关元件的一第二端连接于该第一开关元件的该第一驱动端，该第二电阻连接于该正驱动信号端与该第三开关元件的一第三驱动端之间。

10.如权利要求9所述的功率开关元件，其中该第一连接支路还包含一第二二极管，该第二二极管的阳极连接于该第三开关元件的该第三驱动端，该第二二极管的阴极连接于该第三开关元件的该第二端。

11.如权利要求9所述的功率开关电路，其中该第四电阻及该第一二极管串联连接于该正驱动信号端及该第二开关元件的该第二驱动端之间，其中该第四电阻连接于该正驱动信号端与该第一二极管的阴极之间，该第一二极管的阳极连接于该第二开关元件的该第二驱动端；或者，该第一二极管的阴极连接于该正驱动信号端，该第四电阻连接于该第一二极管的阳极与该第二开关元件的该第二驱动端之间。

12.如权利要求11所述的功率开关电路，其中该第三电阻的阻值大于该第一电阻的阻值，该第五电阻的阻值小于该第四电阻的阻值，该第五电阻的阻值小于该第一电阻的阻值。

13.如权利要求9所述的功率开关电路，其中该第三电阻及该第二连接支路分别连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第二开关元件的该第二驱动端之间，其中该第四电阻连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第一二极管的阴极之间，该第一二极管的阳极连接于该第二开关元件的该第二驱动端；或者，该第一二极管的阴极连接于该第一开关元件的该第一驱动端，该第四电阻连接于该第一二极管的阳极与该第二开关元件的该第二驱动端之间。

14.如权利要求11所述的功率开关电路，其中该第三电阻连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第二开关元件的该第二驱动端之间。

15.如权利要求14所述的功率开关电路，其中该第五电阻的阻值为0ω。

16.如权利要求9-15任一所述的功率开关电路，其中该第一电阻的阻值小于该第二电阻的阻值，和/或，该第四电阻的阻值小于该第三电阻的阻值。

17.如权利要求1所述的功率开关电路，其中该功率开关元件具有一第一总电容，该第一总电容包含该第一开关元件的第一寄生电容，该的第一寄生电容连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第一开关元件的一第一端之间；和/或，该功率开关元件还具有一第二总电容，该第二总电容包含该第二开关元件的第二寄生电容，该第二寄生电容连接于该第二开关元件的该第二驱动端及该第二开关元件的一第一端之间。

18.如权利要求17所述的功率开关电路，该第一总电容还包括一第一附加电容，连接于该第一开关元件的该第一驱动端及该第一开关元件的一第一端之间；和/或，该第二总电容还包括一第二附加电容，连接于该第二开关元件的该第二驱动端及该第二开关元件的一第一端之间。

19.如权利要求17所述的功率开关电路，该驱动信号部接入的该输入电流为正电流或者接入的该输入电压为正电压时，该输入电流通过对该功率开关电路的该第一总电容及该第二总电容进行充电，当该第一总电容上的电压大于该第一开关元件的阈值电压时，该第一开关元件导通，当该第二总电容上的电压大于该第二开关元件的阈值电压时，该第二开关元件导通；该驱动信号部接入的该输入电流为负电流或者接入的该输入电压为零电压或负电压时，该功率开关电路的该第一总电容及该第二总电容进行放电，当该第一总电容上的电压小于该第一开关元件的阈值电压时，该第一开关元件关断，当该第二总电容上的电压小于该第二开关元件的阈值电压时，该第二开关元件关断。

20.如权利要求19所述的功率开关电路，其中该第一总电容及该第二总电容的充电起始时刻相同，及/或，该第一总电容及该第二总电容的放电起始时刻相同。

21.如权利要求17或18所述的功率开关电路，该第一总电容的容值等于该第二总电容的容值。

22.如权利要求1所述的功率开关电路，其中与导通该第一开关元件具相关性的一电阻元件及一电容元件的一第一时间常数小于与导通该第二开关元件具相关性的一电阻元件及一电容元件的一第二时间常数，以使同一开关周期内该第一开关元件的导通时刻早于该第二开关元件的导通时刻；且与关断该第一开关元件具相关性的一电阻元件及一电容元件的一第三时间常数小于与关断该第二开关元件具相关性的一电阻元件及一电容元件的一第四时间常数，以使同一开关周期内该第一开关元件的关断时刻早于该第二开关元件的关断时刻。

23.一种功率开关电路的控制方法，其中该功率开关电路包含一驱动信号部、一第一开关元件及一第二开关元件，该驱动信号部接入一输入电流且包含一正驱动信号端及一负驱动信号端，该第二开关元件与该第一开关元件并联连接，其中该控制方法包含：

技术总结
本公开关于一种功率开关电路，包含驱动信号部、两个开关元件及两个驱动电路，两个开关元件并联连接，第一驱动电路包含第一电阻及第一连接支路，皆连接于正驱动信号端及第一开关元件的第一驱动端之间，第一连接支路包含第二电阻，第二驱动电路包含第三电阻及第二连接支路，皆连接于正驱动信号端及第二开关元件的第二驱动端之间，第二连接支路包含第四电阻及第一二极管，于同一开关周期内，当驱动信号部接入正电流或正电压时，通过第一、第二驱动电路控制第一开关元件的导通时刻早于第二开关元件的导通时刻；当驱动信号部接入负电流或零电压或负电压时，通过第一、第二驱动电路控制该第一开关元件的关断时刻早于该第二开关元件的关断时刻。

技术研发人员：王小磊
受保护的技术使用者：台达电子企业管理（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19