功率晶体管串接电路的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路领域，具体地，涉及一种功率晶体管串接电路。


背景技术：

2.随着传统能源的储存量减少以及环保的要求不断提高，对于转换效率的要求越高，目前的切换式电源转换器部分开始增加pfc(功率因数校正)电路，pfc电路可以减少对电网的谐波污染和干扰。
3.pfc电路其实是一种boost升压电路，维持稳定输出在dc380v的工作电压，修改boost电路使其输出电压升高至dc600v-dc800v的工作电压使其切换式电源转换器的工作电压提高工作电流减小，工作时产生的热量减少，使其整体的转换效率提高。对于其他的应用也有相同的效果，如电机驱动装置及工业控制的辅助电源等。
4.现有的功率晶体管存在耐压等级不足的缺陷，无法应用在高电压场合。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种功率晶体管串接电路。
6.根据本实用新型提供的一种功率晶体管串接电路，包括第一功率晶体管、第二功率晶体管、脉冲电压、输入电压、输出电压、第一电阻、第二电阻、低压整流二极管、稳压二极管、第一高压整流二极管、第二高压整流二极管以及变压器，其中：
7.第一功率晶体管的源极接地，漏极连接第二功率晶体管的源极、稳压二极管的正极以及第一电阻的一端；
8.第一电阻的另一端连接脉冲电压、第一高压整流二极管的正极；
9.第一高压整流二极管的负极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二功率晶体管的栅极、稳压二极管的负极以及第二高压整流二极管的正极；
10.第二高压整流二极管的负极连接输入电压；第二功率晶体管的漏极和第二高压整流二极管的负极作为变压器初级线圈的第一端口和第二端口；
11.变压器次级线圈的第一端口和第二端口分别连接输出电压和低压整流二极管的正极，低压整流二极管的负极连接输出电压。
12.优选地，所述第一功率晶体管、第二功率晶体管采用硅功率晶体管或者碳化硅功率晶体管。
13.优选地，所述第一功率晶体管和第二功率晶体管采用800v功率晶体管。
14.优选地，所述脉冲电压的正极连接第一电阻的另一端，脉冲电压的负极接地。
15.优选地，所述输出电压的正极连接低压整流二极管的负极；输出电压的负极连接变压器次级线圈的第一端口。
16.优选地，所述输入电压的负极接地，正极连接变压器初级线圈的第二端口。
17.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
18.1、本实用新型结构合理、设计巧妙且成本较低。
19.2、本实用新型能够解决现有功率晶体管耐压不足，无法实现高电压应用场合的问题。
20.3、本实用新型为一功率驱动电路,可应用于电机的驱动、光伏逆变器的驱动、充电桩的驱动、等高电压应用电路。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为功率晶体管串接电路示意图。
23.图2为电机驱动装置的基础原理示意图。
24.图3为llc的应用电路示意图。
25.图4为满载55w的效率比较示意图。
26.图5为基于sic的llc的应用电路示意图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
28.如图1至图5所示，根据现有的对于提高工作电压至dc800v，目前市售的硅(si)类产品的功率晶体管耐压等级不足，需对功率晶体管串接以应对高电压应用的场合，本实用新型提供的一种功率晶体管串接电路，包括功率晶体管q11、功率晶体管q12、脉冲电压、输入电压、输出电压、电阻r21、电阻r22、二极管d13、稳压二极管d12、二极管d14、二极管d15以及变压器，其中：功率晶体管q11的源极接地，漏极连接功率晶体管q12的源极、稳压二极管d12的正极以及电阻r21的一端；电阻r21的另一端连接脉冲电压、二极管d14的正极；二极管d14的负极连接电阻r22的一端，电阻r22的另一端连接功率晶体管q12的栅极、稳压二极管d12的负极以及二极管d15的正极；二极管d15的负极连接输入电压；功率晶体管q12的漏极和二极管d15的负极作为变压器初级线圈的第一端口和第二端口；变压器次级线圈的第一端口和第二端口分别连接输出电压和二极管d13的正极，二极管d13的负极连接输出电压。
29.进一步说明，q11和q12都可以由低压端(v11脉冲信号)进行驱动，但q12截止受负载电流影响，负载电流较大截止较快，负载电流较小截止较慢。在q12截止期间，q11已经截止，且q11的汲极电压已经和输入电压一样，因为透过d12和d15，使得q11功率晶体管的汲源极电压(vds)被箝制在和输入电压一样，一旦高于输入电压，二极管便会导通进行箝制。当q11的集极(drain)电压达到输入电压，负载电流的流动方式改变为经过d12和d15与变压器(tx1)间进行循环流动，一直到q12截止，其间(v13)输出一脉冲正电压。
30.在连续导通模式(ccm)应用时，q11先导通后，储存于变压器的能量仍在为输出供电，d13在此期间为导通状态，所以在一次侧变压器(tx1-pin12)的跨压为nvo，此时功率晶体管q12上面的跨压为输入电压(vin)和输出电压反射回一次侧的电压(nvo)加总(vin nvo)，这种状态和只有单使用一颗mosfet的方式相同，而丧失串接两颗mosfet增加耐压的
效果，因而造成电压不足而烧毁，这在设计上需要特别注意。
31.图3为提高工作电压llc的应用电路，输入交流(208vac-480vac)，经前段boost升压电路(pfc)将bus的电压稳在dc800v的工作电压，以供后段llc切换式转换器的电源，增加转换效率。
32.llc采用600v的功率晶体管。在串接功率晶体管用于llc架构，因为无法采用箝制电压的线路，所以需要额外的瞬态电压抑制(tvs)二极管，以避免因为两颗功率晶体管的等效输出电容不同而造成电压分压不平均。
33.对于上述的llc应用电路中，使用的功率晶体管都是硅(si)类的产品，因功率晶体管的耐压问题，所以需串接功率晶体管，这让整体的转换效率只提高2％左右的效率，一般来说，提高工作电压能使转换效率提高约4％至5％的效率，因串接功率晶体管，使得一部分的能效被功率晶体管给消耗，让转换效率只提高2％左右。
34.图4是不同功率及反射电压的效率对比示意图。如图4所示，菱形直线表示两颗800v/1ω功率晶体管串联，反射电压vr＝460v的输入电压与效率示意曲线。虚线表示两颗800v/1ω功率晶体管串联，反射电压vr＝260v的输入电压与效率示意曲线。方形直线表示两颗800v/2.8ω功率晶体管串联，反射电压vr＝260v的输入电压与效率示意曲线。直线表示一颗1200v/2.4ω功率晶体管，反射电压vr＝260v的输入电压与效率示意曲线。因为耐压问题所以1200v无法使用在460v的反射电压，三角形直线表示800v/2.8ω功率晶体管串联，反射电压vr＝460v的输入电压与效率示意曲线。
35.图5是将图3中串接功率晶体管修改为碳化硅(sic)的功率晶体管，以减少功率器件的损失，增加转换效率。
36.本实用新型能够实现提高工作电压减小工作电流，降低传导损失达到提高转换效率。
37.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种功率晶体管串接电路，其特征在于，包括第一功率晶体管、第二功率晶体管、脉冲电压、输入电压、输出电压、第一电阻、第二电阻、低压整流二极管、稳压二极管、第一高压整流二极管、第二高压整流二极管以及变压器，其中：第一功率晶体管的源极接地，漏极连接第二功率晶体管的源极、稳压二极管的正极以及第一电阻的一端；第一电阻的另一端连接脉冲电压、第一高压整流二极管的正极；第一高压整流二极管的负极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二功率晶体管的栅极、稳压二极管的负极以及第二高压整流二极管的正极；第二高压整流二极管的负极连接输入电压；第二功率晶体管的漏极和第二高压整流二极管的负极作为变压器初级线圈的第一端口和第二端口；变压器次级线圈的第一端口和第二端口分别连接输出电压和低压整流二极管的正极，低压整流二极管的负极连接输出电压。2.根据权利要求1所述的功率晶体管串接电路，其特征在于，所述第一功率晶体管、第二功率晶体管采用硅功率晶体管或者碳化硅功率晶体管。3.根据权利要求1所述的功率晶体管串接电路，其特征在于,所述第一功率晶体管和第二功率晶体管采用800v功率晶体管。4.根据权利要求1所述的功率晶体管串接电路，其特征在于，所述脉冲电压的正极连接第一电阻的另一端，脉冲电压的负极接地。5.根据权利要求1所述的功率晶体管串接电路，其特征在于，所述输出电压的正极连接低压整流二极管的负极；输出电压的负极连接变压器次级线圈的第一端口。6.根据权利要求1所述的功率晶体管串接电路，其特征在于，所述输入电压的负极接地，正极连接变压器初级线圈的第二端口。

技术总结
本实用新型提供了一种功率晶体管串接电路，第一功率晶体管的源极接地，漏极连接第二功率晶体管的源极、稳压二极管以及第一电阻；第一电阻连接脉冲电压、第一高压整流二极管；第一高压整流二极管的负极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二功率晶体管的栅极、稳压二极管的负极以及第二高压整流二极管的正极；第二高压整流二极管的负极连接输入电压；第二功率晶体管的漏极和第二高压整流二极管的负极作为变压器初级线圈的第一端口和第二端口；变压器次级线圈的第一端口和第二端口分别连接输出电压和低压整流二极管的正极，低压整流二极管的负极连接输出电压。本实用新型能够解决现有功率晶体管耐压不足，无法实现高电压应用场合的问题。电压应用场合的问题。电压应用场合的问题。


技术研发人员：曾铭钦 廖奇泊
受保护的技术使用者：北京绿能芯创电子科技有限公司
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/5/25