專利名稱：無損耗電子轉(zhuǎn)換開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及所謂的“轉(zhuǎn)換輔助”的裝置，適用于改進通常的半導體器件、“雙極”晶體管、“MOSFET”晶體管、閘流管、IGBT等的特性，所述器件是用在電能的轉(zhuǎn)換中，而且事實上受到通過電抗性負載的電流的轉(zhuǎn)換對它們起的作用的影響。
事實上，在這些情況下，功率雙極晶體管的性能不完全像一個轉(zhuǎn)換器，而且在完全沒有轉(zhuǎn)換輔助裝置時，它表現(xiàn)出

圖1所表示的電壓/電流曲線。圖1所展示出的是由剖面線三角形ABG所體現(xiàn)的導通損耗和由剖面線三角形EFH所體現(xiàn)的阻斷損耗。
同樣，圖2表示一個在這同樣條件下使用的場效應MOS晶體管所記錄的損耗。
在以上情況下，導通損耗幾乎為零而由剖面線梯形D’E’F’H’表示的阻斷損耗仍然很大。
附帶說一下，在這里指出下面一點是有用的，即在恒定的轉(zhuǎn)換功率時，由剖面線三角形A’D’H’表示的場效應晶體管的導通損耗比被限制在剖面線梯形CDGH所占據(jù)的較小面積上的雙極晶體管的導通損耗更大。
現(xiàn)有技術(shù)描述了各種不同的半導體轉(zhuǎn)換輔助裝置，但作為低Knoll損耗網(wǎng)絡(luò)的例外，這些裝置中沒有一個改善了能量效率。
事實上，這些裝置中的大部分只是在一種不危險的形式下耗散和上述剖面線三角形相對應的全部能量。
一個這樣的解決辦法，盡管不夠簡單明了，仍然表現(xiàn)出有使這樣保護著的半導體能夠避免受到楞次定律的破壞作用的不可否認的優(yōu)點。
至于復雜的Knoll電路，它被保留作很專門的應用，這些應用能夠支持它需要的所有構(gòu)成部分的增添所決定的體積和成本的增加。
由于這些原因，按照現(xiàn)有技術(shù)的復雜的轉(zhuǎn)換輔助裝置未被保留在價格低廉的追求大力簡化、追求高的能量效率的有市場的電路中。
這樣，在小轉(zhuǎn)換器的制造中，應該采用權(quán)宜的辦法以較低價格解決此問題。
此技巧在圖3上表示的非常標準的轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成中體現(xiàn)。
此轉(zhuǎn)換器具有一種電容半橋式結(jié)構(gòu)，其第一個分枝由兩個串聯(lián)安裝的電容器5a和5b組成，而第二個分枝由串聯(lián)安裝的晶體管1a和1b組成，分別和“自由輪轉(zhuǎn)”的兩個二極管2a和2b并聯(lián)聯(lián)接。
至少包括有一個電感的一個電抗性負載4被連接在橋的上述分枝的每個中點之間。
極化公共端子6a和6b被連接到一個能提供適宜于被“劃分”的連續(xù)能量的供電電源。
晶體管1a和1b用一個這里未表示出的控制方法周期性地被交替導通。
在這種情況下，一個頻率可以很高的交變電流會穿過負載4。
如果這樣實現(xiàn)的電路被裝置在此，則可以發(fā)現(xiàn)圖1表示的各種損耗，并且該電路在長時間工作后不能不大量發(fā)熱，其累積結(jié)果立即會引起作為轉(zhuǎn)換器使用的半導體的損壞。
由于電容器3，被連接在由晶體管1a和1b組成的橋的上述分支的中點之間的所說的“緩沖器”，如圖4所示，縮小三角形損耗區(qū)變得有可能。
正如從此圖上可見，電容器3實際上與電流Ic的dI/dt無關(guān)，但與電壓Vce的dV/dt有關(guān)。
這樣一來，先前具有幾乎為距形的電壓信號Vce這時具有幾乎為等腰梯形的形狀。
可歸因于存在此“緩沖器”的確定結(jié)果如下a)大大縮小損耗面積A”B”G”和E”F”H”，b)對于在這種條件下使用的半導體而經(jīng)常具有嚴重危險的“交叉導電”的危險的降低，c)應能支持組成該所說的半導體的硅“晶片”的薄片的電位梯度的降低。
完成上述“緩沖器”的功能，與其并聯(lián)聯(lián)接有一個高值電阻7。
此電阻可以排除在每個半波之間在電容器3中支持著二極管2a和2b的整流負載。
如果一個這樣的裝置在極低功率的應用中運行得足夠正確，它總是表現(xiàn)出以下的重大缺點a)當負載4的組成電感中使用的磁性材料暫時飽和時，該裝置加電壓時“交叉導通”的重大危險，b)由于上述原因而要求有低轉(zhuǎn)換時間和超大尺寸幾何形狀的半導體的必要，c)意味著熱耗散量最低的高的轉(zhuǎn)換損耗，d)有爭議的能量效率，e)通常的隨機可靠性，f)原則上和該所述的半導體的質(zhì)量有關(guān)的相當高的總成本。
按照本發(fā)明的該裝置能夠基本上根除上面指出的各種缺點。
為此，本發(fā)明提出一種對一種被用作轉(zhuǎn)換器的受控半導體進行開關(guān)的轉(zhuǎn)換輔助裝置，用于經(jīng)一個電抗性負載保證對連接在兩個端子之間的直流電源輸出的電流按照加在負載的一個電極和半導體的一個公共極之間的分割電壓進行分割。該裝置的特征在于它包括有-一個信號發(fā)生器，用在因分割電壓將負載電極和受控半導體的公共電極分隔開的部分而進入導通狀態(tài)之時，-一個補償模塊，將該信號發(fā)生器連接到該受控半導體的負載的電極，該信號發(fā)生器可以通過補償裝置將一個和分割電流幾乎同相位的電流信號加到上述部分上，并重疊到此分割電流上與其逐點相加，這樣相加的總電流在轉(zhuǎn)換期間和分割電壓信號不會有任何重迭，這能夠縮小半導體分別在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間所產(chǎn)生的電損耗的面積。
本發(fā)明的其他各個方面和優(yōu)點將通過閱讀隨著本發(fā)明的作為非限制性例子給出的各種特殊實現(xiàn)方式的詳細說明而變得更清楚。該說明參照各個附圖，其中的圖1至圖4已經(jīng)作了說明-圖1表示一只典型的雙極功率晶體管在沒有任何轉(zhuǎn)換輔助裝置時的電壓/電流曲線；-圖2表示一只典型的MOSFET晶體管的和圖1的曲線類似的曲線；-圖3簡略表示只有著電容半橋式結(jié)構(gòu)的典型轉(zhuǎn)換器的電路；-圖4表示和圖1的曲線類似的曲線，和圖3的電路相對應，-圖5是在本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式中的一個轉(zhuǎn)換輔助裝置的電接線圖；-對于按照本發(fā)明的上述特殊實現(xiàn)方式的轉(zhuǎn)換輔助裝置，圖6表示和圖4的電壓/電流曲線類似的曲線，以及由圖5的周期信號發(fā)生器9的輸出端送出的電流19b的演變；-圖7表示在按照本發(fā)明對能量損耗進行補償之后圖6的曲線的結(jié)果；-圖8至圖12分別是在本發(fā)明的第二、第三、第四、第五和第六種實現(xiàn)方式中的一種轉(zhuǎn)換輔助裝置的電路圖；-圖13是在本發(fā)明的一種實際的實現(xiàn)方式中的一種轉(zhuǎn)換輔助裝置的電路圖；-圖14至16表示在圖5的負載4’和半導體模塊轉(zhuǎn)換器11中二極管10中的電流的變化，以及在一個實現(xiàn)方式中模塊11的集電極-發(fā)射極電壓和電流；-圖17和18是在轉(zhuǎn)換器模塊11的兩種實現(xiàn)方案中的圖5的轉(zhuǎn)換輔助裝置的電路圖；圖5的實現(xiàn)方式可以推廣到按照現(xiàn)有技術(shù)已知的構(gòu)成例如所述的“積累”和“直接隔離”型的單晶體管轉(zhuǎn)換器、所述的“推挽”、“半橋直接非對稱”和“電容半橋”型的雙晶體管轉(zhuǎn)換器、四晶體管轉(zhuǎn)換器以及還有所述的“全橋式”轉(zhuǎn)換器的所有結(jié)構(gòu)。
在此實現(xiàn)方式中，要分割的連續(xù)能量被加在極化公共端子8a和8b之間。
在端子8a和8b之間，分別串聯(lián)安裝有一個電抗性負載4’和一個半導體轉(zhuǎn)換器模塊11。
負載4’的非公共端子4b’被連接到半導體轉(zhuǎn)換器模塊11的負載電極11a，而其公共電極11c被連接到該所述的極化公共端子之一上。
一個控制信號發(fā)生器9由端子8a和8b之間可用的能量供電。
該所述的控制信號的送出是從輸出端9a和9b進行的。
端子9a被連接到半導體11的控制電極11b，并向該控制電極11b送去一個幅度和時間長度合適的信號，保證使分隔開負載電極11a和公共電極11c的部分能周期性地導通，因而使通過電抗性負載4’的電流也周期地導通。
是否和半導體11反向平行安裝一個“續(xù)流”二極管12，可以自行決定。
同樣可以自行決定，可以將一個所述的“緩沖器”的低值電容器3’的電極之一連接到負載4’和半導體11上的公共端子8c，該電容器的第二個電極被連接到該所述的極化公共端子之一上。
正如聯(lián)系圖4所說明的，電容器3’會影響周期性地加在半導體11的電極11a和11b之間的電壓信號的dV/dt。
圖5的電路還包括有一個二極管10，該二極管被適當極化，被連接在周期信號發(fā)生器9的輸出端9b和半導體11的負載電極11a之間。
選擇一個所述的“慢速的”二極管10很有好處，也就是說表現(xiàn)出一個較高的反向恢復時間trr。作為例子，對于一個慢速二極管，trr處于0.5μs和10μs之間，而對于一個所述的“快速的”二極管trr約為50ns，而對于一個所述的“半快速的”二極管，trr處于200至500ns之間。
二極管10被極化，使得在負載電極11a上存在的信號不能通過該二極管，而輸出端9b送出的信號I9b能夠無衰減地到達該所述的負載電極。
輸出端9b送出的信號I9b是一個極性與影響穿過電極11a和11c之間的電流I11ab的周期信號的信號的極性相同的周期信號。
另外，優(yōu)先地，可以將相應于在上述電流周期信號之間可能存在的相位差的該時間長度限定在一個低值，即幾十到幾百毫微秒。
另外，優(yōu)先地，輸出端9b送出的信號I9b具有和作為穿過電極11a和11c之間的電流I11ab的周期信號的特征的信號基本上相等的幅度和時間長度。
在這些條件下，在沒有二極管10時，當該裝置被加上電壓并開始工作時，在電極11a和11c之間記下的電壓/電流信號分別遵循表示在圖6上的實曲線V11ab和I11ab。這些曲線類似于表示在圖4上的Vce和Ic。
圖6可以估算這種電路的轉(zhuǎn)換損耗。這些損耗由剖面線區(qū)域代表。
相反，在二極管10存在時，從輸出端子9b送出的信號被加到電極11a上。
如果此信號對發(fā)出的命令有較強響應，則遵循圖6上以虛線表示的曲線I9b。
正如這里看到的，該所述的信號的起始點和周期和信號I11ab幾乎合在一起。
該兩個電流信號I11ab和I9b被加在負載電極11a上，這時形成將在負載電極11a和半導體11的公共電極11c之間穿過的實際電流。
此總和電流的圖像由圖7上的曲線Is表示。因而有Is=I11ab+I9b。
來自半導體11的自然轉(zhuǎn)換的電流I11ab和由發(fā)生器9的端子9b送出的同樣極性的電流I9b的相加可以得到開啟時和關(guān)閉時的現(xiàn)有技術(shù)所不知道的電壓/電流特性。
為了得到這一結(jié)果，必要的是圖6的信號I9b要始終適當成形，這特別是等于說，和其負的偽半周中的每一個相對應的面積要在時間上適當分布且保持有一份能抵消和它相反的電流I11ab引起的任何損耗的面積的能量。
這樣，在圖6表示的例子中，由發(fā)生器9的端子9b經(jīng)二極管10向負載電極11a送出的電流相對于起始軸OO’具有面積J和K。面積J和K對應的能量的極性和在分別面向它們并且代表會浪費半導體管芯11的上述各種轉(zhuǎn)換損耗的面積J’和K’中的連續(xù)能量的極性相反。
在這些條件下，如果面積J以絕對值代表一個至少等于面積J’中的連續(xù)能量但符號相反的能量，此二量同相且相互抵消，因而半導體11在關(guān)閉時記錄的損耗被消除了。
同樣，如果在面積K中包含的能量的絕對值至少等于面積K’表示的極性相反的能量的絕對值，此二量相互抵消且該半導體11開啟時記錄的損耗同樣被消除了。
借助于一個示波器，其兩個探針檢測分別穿過圖5上指出的點13a和13b的電流，很容易得到對此結(jié)果的演示。
如果探針定向正確，得到的圖像和圖6上的各曲線相似。
如果這時對曲線I11ab和I9b逐點實現(xiàn)電子加法，這時可以得到和圖7的各曲線相似的圖像，但該所述的示波器的第三通道裝備有一個電壓探針，此探針被連接在公共電極11c和半導體11的負載電極11a之間，給出分割電壓V11ab的圖像。
圖7清楚表示出在原點軸OO’上代表零功率的兩個線段LM和NP。
圖14表示兩個曲線，其中一個表示在二極管10中電流IDiode的變化，而另一個表示負載4’中電流ILoad的變化。
圖15同樣表示在一種其中模塊11包括有一個雙極晶體管的專門實現(xiàn)方式中，作為參考標準的IDiode的變化，以及表示具有半導體11的轉(zhuǎn)換模塊中電流Itransistor的變化的第二根曲線。在另一些實現(xiàn)方式中，模塊11可以包括一個場效應晶體管，或者作為非限制性例子，還有IGBT類型。
圖16表示兩種曲線，其一表示在模塊11的晶體管的集電極和發(fā)射極之間的VTCE電壓的變化，而另一個表示在此同樣的集電極和發(fā)射極之間電流ITCE的變化。
這些曲線全都來源于同步信號并被表示在被包括在轉(zhuǎn)換器11關(guān)和開之間的時間間隔上。
除轉(zhuǎn)換時間外，電壓VTCE和在輸出端9a處送出的控制電壓同步，它可以被認為是低的或可以忽略的。
圖16說明在模塊11的晶體管關(guān)閉和開通時(例如見圖16上的D點)得到的“空載時間”(dead times)。
正如圖17和18所說明的，對于模塊11的雙極晶體管來說，可能有兩種結(jié)構(gòu)形狀。
如圖17所表示的，模塊11的雙極晶體管可以按共發(fā)射極方式進行連接和工作。用一種場效應晶體管或從IGBT類型也可以得到同樣的結(jié)構(gòu)。在此種結(jié)構(gòu)中，控制電流I9b和電流ITCE同相。如果再有該負載4’是電感性的，二極管10起“續(xù)流”二極管的作用，而一個負脈沖被從負載4’發(fā)送給它，這能減弱控制電流I9b并通過累積效應阻斷晶體管11的電流。這個的結(jié)果是減少轉(zhuǎn)換時間。在此情況下并參照圖10和17，由端子9b送至二極管10的陽極的電壓和端子9a傳送的電壓同相，參看圖10繞組15b、15c的耦合。
按照如圖18所表示的變化例，模塊11的雙極晶體管可以按照共基極方式連接和工作?？刂齐娏鱅9b這時和集電極-發(fā)射極電流ITCE的相位相反。此變化例特別有用，因為由它可以獲得短得多的轉(zhuǎn)換時間，并可以提高轉(zhuǎn)換頻率。在這種情況下并參照圖11和18，由端子9b送至二極管10的正極的電壓和端子9a傳送的電壓反相，參看圖11繞組19b、19c的耦合。
連接到各補償器部件的半導體11因而變成一個接近完善的轉(zhuǎn)換器模塊。
事實上，不用求助于任何常規(guī)的轉(zhuǎn)換輔助裝置，這時半導體11能通過電抗性負載4’對一個很大幅度的電流進行轉(zhuǎn)換，無論開通時或是關(guān)閉時都不會觀察到電流/電壓的任何恢復。
此簡單裝置的應用是普遍的。它特別可用于所有的轉(zhuǎn)換半導體。
圖8表示本發(fā)明的目標裝置的第二種實現(xiàn)方式。
和在第一種實現(xiàn)方式中一樣，低電壓發(fā)生器9不再是獨立的，而分別加到控制電極11b和負載電極11a上的各信號從包括在負載4’中的感抗或容抗上取出。
為此預備有兩個補充輸出端子4c’和4d’。此兩個端子帶有一個和上述公共極化端子中之一共同的返回端子4e’。
被連接到控制電極11b的端子4c’向該控制電極送去一個能保證維持半導體11的周期導通的信號，而端子4d’經(jīng)適當極化的二極管10送去一個和圖6表示的曲線I9b類似的電流信號。
此實現(xiàn)方式可以得到已經(jīng)說明的實現(xiàn)方式產(chǎn)生的結(jié)果類似的結(jié)果。
圖9表示本發(fā)明的目標裝置的第三種實現(xiàn)方式。
按照此種實現(xiàn)方式，要加到控制電極11b和負載電極11a的信號的送出不再是從和負載4’中包括的各電抗元件的某一個耦合的任何一種裝置得到的，而是從一個小的電流變壓器14得到，該變壓器的原級和負載4’的端子之一串聯(lián)連接。
如以前那樣，該變壓器14被配備有兩個輸出端14a和14b，所述輸出端14a和14b都有一個和上述各公共極化端子中之一共同的返回端子。
被連接到控制電極11b的端子14a可以保證維持半導體11的周期導通，而端子14b經(jīng)適當極化的二極管10送出一個和圖6所表示的曲線I9b類似的電流信號。
此實現(xiàn)方式可以得到和前面說明的各個實現(xiàn)方式產(chǎn)生的類似的結(jié)果。除有賴于使用控制變壓器14之外，同樣由圖6表示的關(guān)閉時的損耗面積J’幾乎不存在，因此，負的能量面積J的產(chǎn)生成了多余的。
圖10表示本發(fā)明的目標裝置的第四種實現(xiàn)方式。
按照此實現(xiàn)方式，電抗性負載4’歸結(jié)為一個變壓器15，該變壓器的原級15a和按照所述的“共發(fā)射極”方式安裝的雙極晶體管11’的集電極-發(fā)射極區(qū)間串聯(lián)連接。
被耦合到所述的原級并相對原級適當取向的次級15c在幾個伏的電壓下為維持一個這樣的工作于自激振蕩器方式的電路的周期導通向該所述的晶體管的基極送去必要的反饋電流。
和繞組15c作串聯(lián)連接的電阻17將上述反饋電流限制在一個適當值。
次級15b也向它送去一個和前一個電壓同相的幾伏的電壓；此電壓至少應等于二極管10的特征電位Vf和晶體管11’的Vcesat之和，這使得這樣建立的串聯(lián)電路能夠通有其數(shù)值被電阻18限定在一個適當幅度的電流。
這樣建立的、按照本發(fā)明的該裝置按前面說明的進行工作。
繞組15b送出的很低的電壓使得可以產(chǎn)生一個電流，該電流在通過適當極化的二極管10后和圖6表示的電流I11ab按相位相加，這使得在晶體管11’中產(chǎn)生一個和圖7所表示的一樣的集電極電流。
按照本發(fā)明的該裝置所轉(zhuǎn)換的能量在屬于變壓器15的次級15d的端子16a和16b之間傳送。
圖11表示本發(fā)明的目標裝置的第五種實現(xiàn)方式。
按照此實現(xiàn)方式，要求的轉(zhuǎn)換器裝置是一個按照所述的“共基極”方式連接的雙極晶體管11’。
被保留的電路是一個如前所述使用一個控制變壓器19的自激振蕩器。
此電流變壓器的原級19a和電抗性負載4’及該所述的晶體管的集電極-基極結(jié)作串聯(lián)連接。
加到在這里起控制電極作用的發(fā)射極的電流是從反饋繞組19c得到的。該反饋繞組相對該所述的原級適當定向，送出一個幾伏的電壓，能夠使一個電流穿過晶體管11’的基極-發(fā)射極結(jié)和將該所述的電流限制在一個選定值的電阻17’。
和以前一樣，次級19b送出一個很低電壓，向包括二極管10和晶體管11’的集電極-基極結(jié)的電路供給一個和上述曲線I9b一樣的電流，使該結(jié)處于導通狀態(tài)。
和二極管10串聯(lián)安裝的電阻18’將該所述的發(fā)射極的控制電流的幅度限制在一個適當?shù)闹怠?br> 在此實現(xiàn)方式中，分別由次級19b和19c送出的信號的相位相反，考慮到了使用所述的“共基極”的電路。
從此實現(xiàn)方式得到的結(jié)果和早先說明過的一樣。
圖12表示本發(fā)明的目標裝置的第六種實現(xiàn)方式。
按照此實現(xiàn)方式，和以前完全一樣，主要差別在于該雙極晶體管11’被由參考標號11”所表示的所述的“功率MOS”晶體管所代替。
在這種情況下，該反饋繞組19c向晶體管11”的柵極送去一個控制信號，該控制信號能夠維持該所述的晶體管的漏-源結(jié)的周期導通。
并聯(lián)安裝在柵極和源極之間的電阻17”限制加在這兩個電極之間的電壓。
次級19b送出一個很低的電壓，向包括二極管10和該所述的晶體管的漏-源區(qū)間的電路供給一個和上述的曲線I9b一樣的電流。
電阻18’將該所述的電流的幅度限制在一個選定值。
從此實現(xiàn)方式得到的結(jié)果仍然和前面說明的一樣。
圖13表示本發(fā)明的目標裝置的一種實際的實現(xiàn)方式。
此種實現(xiàn)方式要求由圖3表示的電容半橋式結(jié)構(gòu)。
該所述的橋的無源分支由串聯(lián)安裝的兩個電容器5a’和5b’構(gòu)成，而其有源分支由串聯(lián)連接并按照所述的“共基極”方式安裝的兩個晶體管1a’和1b’構(gòu)成。
在橋的每個所述的分支的中點之間連接有一個由控制變壓器20的初級20c和包括有被連接到電容器22的電感21的串聯(lián)振蕩電路構(gòu)成的串聯(lián)電路。
每個該所述的晶體管的集電極-基極區(qū)間的交替周期導通由變壓器20的次級20b和20e維持，這兩個次級分別將一個相位相反的信號送至每個該所述的晶體管的發(fā)射極-基極結(jié)。
在這些條件下，在將端子8a和8b加上電壓并加上一個由在此未作說明的裝置提供的啟動脈沖后，如此構(gòu)成的半橋可以按照主要取決于作為串聯(lián)振蕩電路的特征諧振頻率的周期進入振蕩，該串聯(lián)振蕩電路包括有電感21和電容器22，在電容器22的各該端子之間連接有放電管23，放電管23代替了輸出負載。
變壓器20的次級20a和20d送出電壓很低的信號，它們是相位相反的。
這些信號中的每一個經(jīng)二極管10a和10b分別被交替加到晶體管1a’和1b’的集電極-基極結(jié)上，而此結(jié)則處于導通狀態(tài)。
電阻18a和18b將該所說的信號的電流值限制在一個適當值。
由此，有可能給每個處于導通狀態(tài)的集電極-基極結(jié)提供一個和圖6表示的曲線I9b一樣的電流。
此電流被加到晶體管1a’和1b’中每一個的自然轉(zhuǎn)換電流上，能夠重新建立一個和圖7表示的曲線Is類似的集電極-基極電流。
如前所述，此裝置可以消除幾乎全部對按照現(xiàn)有技術(shù)建造的此種裝置有影響的轉(zhuǎn)換損耗。
按照本發(fā)明的該裝置能夠使用所有類型的可能被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體。
另一方面，此裝置適用于所有已知的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，無論這些轉(zhuǎn)換器是要求一個還是多個轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置。
在大多數(shù)應用中，在被指定有大的恢復時間“trr”的“慢速”模式中選擇二極管10、10a和10b可以得到處最好的結(jié)果。
事實上，是使用這種類型的二極管，使得能得到給出最大表面的負極性面積J或K，這可以增加線段LM和NP的長度。
這樣，按照現(xiàn)有技術(shù)在該裝置中所遇到的重大缺點求助于本發(fā)明幾乎可以完全消除。
這特別意味著沒有任何“交叉導通”的危險，并且?guī)缀跬耆绱耸褂玫陌雽w的轉(zhuǎn)換損耗，損耗只受不可阻止的剩余損耗的影響，這種損耗很弱，主要決定于一個雙極晶體管的Vce(sat)、決定于MOSFET功率晶體管的Rds(on)和一個閘流管的Vt。
按照本發(fā)明的該裝置，如說明過的那樣，可以用于要求使用半導體作為轉(zhuǎn)換裝置的任何種類的轉(zhuǎn)換器的制造。
這些轉(zhuǎn)換器，由于在現(xiàn)有技術(shù)中從未見過的它們的可靠性、它們的能量效率和功率密度，以及由于它們低廉的成本，它們能夠順利地進入建造分區(qū)供電系統(tǒng)、電子變壓器、“電子鎮(zhèn)流器”、高分辨率電視機的偏向系統(tǒng)、“噴射等離子體”汽車點火器，等等。
正如理所當然且正如從前面所述已經(jīng)得到的結(jié)果那樣，本發(fā)明不只限于其已經(jīng)詳細考慮過的應用和實現(xiàn)方式中的那些，相反，它還包括所有各種變動方案。
權(quán)利要求
1．開啟和關(guān)閉一個被用作轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置的受控半導體(11)的轉(zhuǎn)換輔助裝置，用于通過一個電抗性負載(4’)保證對被連接在端子(8a)和(8b)之間的一個連續(xù)供電源送出的電流，基于一個加在負載電極(11a)和受控半導體(11)的公共電極(11c)之間的分割電壓進行分割，該裝置的特征在于它包括有-一個信號發(fā)生器(9)，將負載電極(11a)和受控半導體(11)的公共電極(11c)分隔開的部分借助于該所述的分割電壓進入導通，-一個補償裝置(10)，將該信號發(fā)生器(9)連接到該所述的受控半導體(11)的負載電極(11a)，該所述的信號發(fā)生器(9)能夠通過該所述的補償裝置(10)將一個幾乎與分割電流(I11ab)同相的電流信號(I9b)加到該所述的部分上，并重疊在此分割電流上與其逐點相加，該所述的相加的的總電流在轉(zhuǎn)換開關(guān)期間分割電壓信號沒有任何恢復，這使得可以消除半導體(11)當其轉(zhuǎn)向開啟和轉(zhuǎn)向關(guān)閉時引起的電氣損耗的面積。
2．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該信號發(fā)生器(9)是由供電端子(8a)和(8b)獨立進行供電的。
3．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該低電壓電流信號(I9b)由被耦合到在電抗性負載(4’)中內(nèi)附的一個電感元件或一個電容元件的一個輸出端(4d’)送至負載電極(11a)，在此最后一個上提取一個相位和幅度適當?shù)男盘枴?br> 4．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該低電壓電流信號(I9b)由被耦合到一個電流變換器(14)的一個輸出端(14b)送至負載電極(11a)，該電流變換器(14)的另一個輸出端(14a)適宜于向一個控制電極(11b)送出一個能保證該半導體(11)的周期導通的信號。
5．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征在于，被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體(11)是一個所述的“雙極”晶體管(11’)，該晶體管按照所述的“共發(fā)射極”方式連接，這意味著存在續(xù)流二極管(12)，該二極管和該所述的晶體管(11’)的集電極-發(fā)射極部分作反向并聯(lián)安裝。
6．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征在于，被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體(11)是一個所述的“雙極”晶體管(11’)，該晶體管按照所述的“共基極”方式連接，該裝置還包括有一個帶有次級(19b)和(19c)的控制變壓器(19)，該所述的“共基極”方式意味著分別由次級(19b)和(19c)送出的信號是相位相反的。
7．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征在于，被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體(11)是由一個所述的“MOSFET”的功率晶體管(11”)構(gòu)成的。
8．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征在于，被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體(11)是由一個名為“IGBT”的復合器件構(gòu)成的。
9．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征在于，被用作轉(zhuǎn)換裝置的半導體(11)是由一個所述的“閘流管”的可控整流器構(gòu)成的。
10．按照權(quán)利要求1至9中的任何一個的裝置，其特征在于，進入只需要唯一一個半導體(11)用作開關(guān)設(shè)備的變換器的制造，特別是在所述的“累積”式和“直接絕緣”式的結(jié)構(gòu)中。
11．按照權(quán)利要求1至9中的任何一個的裝置，其特征在于，該裝置進入電視接收機的掃描電路的制造。
12．按照權(quán)利要求1至9中的任何一個的裝置，其特征在于，該裝置進入所述的“噴射等離子體”的汽車點火器的制造。
13．按照權(quán)利要求1至9中的任何一個的裝置，其特征在于，該裝置進入要求使用兩個半導體(11)的變換器的制造，這些半導體被使用在所述的“直接非對稱半橋式”、“電容器半橋式”和“推挽式”結(jié)構(gòu)中。
14．按照權(quán)利要求1至9中的任何一個的裝置，其特征在于，該裝置進入要求使用四個、六個或更多半導體(11)的變換器的制造，這些半導體被使用在所述的“完全橋式”的結(jié)構(gòu)中。
15．按照權(quán)利要求10、13或14的裝置，其特征在于，該電抗性負載(4’)包括有一個并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，該電路包括有一個電感(21)和一個電容器(22)，它們的諧振得到利用，特別是用于啟動和維持放電管(23)的電流。
16．按照權(quán)利要求1至15中的任何一個的裝置，其特征在于，可以運用低電壓電流信號(I9b)的設(shè)備是一個二極管(10)、(10a)或(10b)，二極管被適當極化，只少許減弱該所述的信號，禁止負載電極(11a)上存在的高電壓信號再回到送出信號(I9b)的端子。
17．按照權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，二極管(10)、(10a)或(10b)是在給出高的反向恢復時間“trr”的所述的“慢速”的類型中選取的。
全文摘要
本發(fā)明涉及開關(guān)輔助裝置,用于減少用作切斷通過電抗性負載的電流的開關(guān)設(shè)備的一個半導體記錄的損耗。所述的裝置使得能夠完全消除所述的開啟損耗,以及或許消除關(guān)閉損耗。該裝置使用一種低電壓電流信號(I9b)加到隔開負載電極和所述的半導體公共電極的部分上,以便按相位加到由普通開關(guān)產(chǎn)生的一個電流信號(I11ab)上。所述的加法使得能夠產(chǎn)生一個復合的電流信號,此信號能消除現(xiàn)有技術(shù)中記錄的損耗區(qū)域(J’、K’)的存在。所述裝置可以到處適用于作動力開關(guān):所有類型的轉(zhuǎn)換器、分區(qū)供電、電子變壓器、電視轉(zhuǎn)換開關(guān)、汽車點火器等。
文檔編號H02M7/5383GK1299534SQ9881412
公開日2001年6月13日 申請日期1998年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月21日
發(fā)明者亨利·德·莫雷·庫里爾 申請人:Snch.B.工業(yè)公司