專利名稱：放電電路的制作方法
放電電路
本發明涉及根據權利要求1前序部分的、 一種用于對由于二極管的 正向延遲時間而引起的過沖電壓進行限制的電路裝置，其中該二極管通
在二極管中由于正向延遲時間而引起的過沖電壓
(Spannungsueberh6hungen ),尤其是在非常快速的開關過程中有問題 的。在緩慢的開關過程中，二極管通常通過施加在硅二極管中約為0.7V 的導通電壓而變成導通。相反，在非常快速的開關時間中，可注意到的 是，二極管在有限的時間之后才變成導通。尤其在從截止方向變換到導 通方向時，需要一定的時間段，以把載流子分布到空間電荷區的整個截 面上，并在一定程度上將其"充滿"載流子。如果應該通過該二極管導 通大的電流，比如如果該二極管是電感的放電二極管，那么所述的有限 的時間則尤其是苛刻的。在該情況下，該二極管并未在如同針對緩慢開 關過程那樣標準的導通電壓下變成導通，而是在較高的電壓下才導通。 在快速的開關過程中這種較高的導通電壓被稱為過沖電壓。過沖電壓在 此是電流升高速度(至少以A/ps來表示)的一個函數，并且可以獲得各 個二極管的相應數據表。
在二極管中由于正向延遲時間而引起的這種過沖電壓通常通過要 保護的元件的裕度設計來應對。另一種可能性是減慢開關過程，但這帶 來了其他的缺點，比如在開關元件上額外的開關損耗。
從而本發明的目標是，避免這些缺點并提供一種電路裝置，其中該 電路裝置對二極管中由于正向延遲時間而引起的過沖電壓進行限制。該 目標通過權利要求1的特征而實現。
權利要求1涉及一種用于對由于笫一二極管的正向延遲時間而引起 的過沖電壓進行限制的電路裝置，其中該第一二極管通過一個開關單元 的開關而交替地在截止方向和導通方向上切換。根據本發明，在此規定， 該第一二極管與一個第一電容器串聯，并且為該第一電容器設置了一個
預充電電路，其中當該第一二極管切換到截止方向期間，該預充電電路 給該第一電容器充電。在該第一電容器上的預充電以及與之相關的電壓 使該第一二極管在該電壓值附近較早地開始導通。所述過沖電壓從而被降低。按照權利要求2，只要該電壓值超過該第一二極管的過沖電壓，
那么所述過沖電壓就可以完全^皮避免。
根據權利要求3,該第一二極管能夠在陽極側與該笫一電容器串聯 連接。對于這種情況，權利要求4建議，該預充電電路包含與該第一二 極管并聯的第二電容器、以及第三二極管，其中該第三二極管在陽極側 與該第二電容器相連接，并在陰極側與該第一電容器的朝向該第一二極 管的一側相連接。
根據權利要求5,代替地，該第一二極管也可以在陰極側與該第一 電容器相串聯。在這種情況下，按照權利要求6,預充電電路比如可以 如此來實現，即該預充電電路包含有與該第一二極管并聯的第二電容 器、以及第三二極管，其中該第三二極管在陰極側與該第二電容器相連 接，并在陽極側與該第一電容器的朝向該第一二極管的一側相連接。
權利要求7規定，該第一電容器與第二二極管并聯連接，該第二二 極管與該第一二極管同向連接。只要該第二二極管關于該第 一 電容器的 充電狀態而變成導通，那么該第二二極管在此承擔了流過該第 一 電容器 的電流。短語"同向(in Gleichrichtung)連接"在此意味的是，兩個二 極管在同一電流方向上被連接、或者二者在截止方向上或者二者在導通 方向上^皮連接。
權利要求8提供了本發明的電路裝置的一種優選應用，也即在變壓 器電路中，比如其存在于逆變器或開關電源中。權利要求8在此建議， 該開關單元在一個變壓器電路的初級側與一個變壓器的初級線圏串聯 連接，并且該初級線圈和開關單元與一個直流電壓源相連接，其中該第 一二極管作為針對該初級線圈的放電二極管來連接。
最后權利要求9涉及一種開關電源，其具有根據權利要求1至8所 述的電路裝置。
本發明下面借助一個實施例并結合附圖來詳細解釋。其中
圖1示出了本發明的電路裝置的一個第一電路例子，以及
圖2示出了本發明的電路裝置的另一實施方案。
圖1示出了具有開關元件Sl的電路裝置，其中該開關元件Sl通常 是一個半導體開關，尤其是一個功率開關。該開關元件Sl在所示的例 子中在一個變壓器電路的初級側與一個變壓器T的初級線圏Wl串聯連 接，并且該初級線圈Wl和該開關元件Sl與一個直流電壓源Us相連接。
5通過該開關元件Sl的周期性斷開和閉合，該直流電壓源Us的直流電壓 被轉換為電壓脈沖，該電壓脈沖通過該變壓器T被變換到該變壓器電路 的次級側。
另外圖1還示出， 一個第一二極管Dl作為針對該初級線圈Wl的 放電二極管來連接。該第一二極管D1關于該直流電壓源Us而切換到截 止方向。如果該開關元件S1斷開，那么電流就流過該第一二^ L管Dl的 中間回路，使得該第一二極管Dl根據該開關元件Sl的開關狀態而交替 切換到截止方向和導通方向。
為了限制由于該第一二極管Dl的正向延遲時間而引起的過沖電 壓，根據本發明，它在陽極側與一個第一電容器CI相串聯。另外還為 該笫一電容器CI設置了一個預充電電路，其中當該笫一二極管Dl切換 為截止方向時，該預充電電路給該第一電容器CI的朝向該第一二極管 Dl的一側正充電。該第一電容器C1另外還與一個第二二極管D2相并 聯，該第二二極管D2與該第一二極管Dl同向連接。
在圖1的實施例中，該預充電電路包括一個與該第一二極管Dl并 聯的第二電容器C2、以及一個第三二極管D3，其中該第三二極管D3 在陽極側與該第二電容器C2相連接，并在陰極側與該第一電容器CI 的朝向該第一二極管Dl的一側相連接。
另外，該第一二極管Dl和該第二電容器C2的并聯電路與一個笫三 電容器C3和一個齊納二極管的并聯電路相串聯。該開關元件僅僅是可 選的，并且僅僅示出了以下一種可能性，即為了保護該開關元件S1而 構建一個反向直流電壓，其中該反向直流電壓保護該開關元件Sl,但并 不干擾該變壓器T的正常運行。
然而在實際中，與圖l的實施方案相反，人們嘗試比如借助一個電 路在該開關元件Sl斷開之后對該變壓器T的初級電路中的漏泄能量進 行利用，在該電路中該漏泄能量被反饋到一個電壓中間回路中。對此的 一個例子在圖2中示出。圖2示出了一個電路裝置，其中另一開關元件
sr與該初級線圏wi串聯連接。給兩個開關元件si、 sr分別分配了具
有放電二極管Dl和Dl、的中間回路。在這兩個放電二極管Dl、 Dl、上 采用了本發明的電路裝置，當然是以兩個不同的實施例的形式，也即具 有第一電容器CI關于該第一二極管Dl的一種陽極側配置，以及具有第
一電容器cr關于第一二極管Di、的一種陰極側配置。在后一種情況中，該預充電電路相應包含與該第一二極管D1、并聯連接的笫二電容器C2、、 以及第三二極管D3'，其中該第三二極管D3、在陰極側與該第二電容器 C2、相連接，并在陽極側與該第一電容器Cl、的朝向該第一二極管Dl、的 一側相連接。
本發明的電路裝置的電路技術狀態可以劃分為四個階段，并借助圖 1來進行解釋。
在一個第一階段中，該開關元件S1閉合，并且該第一二極管D1切 換到截止方向。在該截止階段期間，該第一電容器C1通過由該第二電 容器C2和該第三二極管D3組成的預充電電路而利用一個電壓被預充 電，其中該電壓優選為該第一二極管Dl上的截止電壓的一部分。在此 該第一電容器C1的朝向該第一二極管D1的一側被正充電。
在一個第二階段中，該開關元件S2被斷開，在該開關元件S1上的 電壓變得更加正，直到在該開關元件S1上和在該第一電容器C1上的電
壓之和變成正于電壓UE和Uz之和(見圖1)。
在一個第三階段中，現在該第一二極管D1變成導通，并且這導致 開頭所述的過沖電壓。在合適設計的情況下，該過沖電壓小于在該第一 電容器C1上的電壓，使得在該開關元件S1上的電壓在該階段中總是保 持低于該電壓Ue和Uz之和。在該第一二極管Dl的接通延遲之后，在 該第一二極管Dl的陽極上電勢僅僅處于其陰極上電勢之上一個二極管 閾值。在該第一電容器Cl上的電壓變成負的，并且該第二二極管D2 變成導通之后，該第三階段結束。在此應該注意的是，在該第二二極管 D2上的過沖電壓在實際中可以忽略，因為在該第二二極管D2上的電壓 升高是微小的，并且該二極管可以設計為具有較小的截止電壓。從而該 第二 二極管D 2在其正向延遲時間方面是不苛刻的。
在一個第四階段中，該第二二極管D2承擔了之前流過該第一電容 器Cl的電流。在該開關元件Sl上的電壓現在為電壓Ue和Uz以及兩個 二極管閾值之和。
從而借助本發明的電路裝置限制了在該第一二極管Dl中由于正向 延遲時間而引起的過沖電壓，這尤其在非常快速的開關過程中是有利 的。
權利要求
1.一種用于對由于第一二極管(D1，D1`)的正向延遲時間而引起的過沖電壓進行限制的電路裝置，該第一二極管通過開關元件(S1，S1`)的開關而交替切換到截止方向和導通方向，其特征在于，該第一二極管(D1，D1`)與第一電容器(C1，C1`)串聯連接，并且為該第一電容器(C1，C1`)設置有預充電電路，在該第一二極管(D1，D1`)切換到截止方向期間，該預充電電路給該第一電容器(C1，C1`)充電。
2. 根據權利要求1所述的電路裝置，其特征在于，在該第一二極管(di,di、)切換到截止方向期間，針對該第一電容器(ci,cr)的預 充電電路給該第一電容器(ci,cr)充電，在數量上大于該第一二極管(D1,D1、)的過沖電壓。
3. 根據權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，該第一二 極管(Dl )在陽極側與該第一電容器(Cl )相串聯。
4. 根據權利要求3所述的電路裝置，其特征在于，該預充電電路 包含有與該第一二極管(Dl )并聯的第二電容器(C2)、以及第三二極 管(D3),其中該第三二極管(D3)在陽極側與該第二電容器(C2) 相連接，并在陰極側與該第一電容器(Cl)的朝向該第一二極管(Dl) 的一側相連4^。
5. 根據權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，該第一二 極管(Dl、)在陰極側與該第一電容器(C1、)串聯。
6. 根據權利要求5所述的電路裝置，其特征在于，該預充電電路 包含有與該第一二極管(Dl、)并聯的第二電容器(C2、)、以及第三二 極管(D3、)，其中該第三二極管(D3、)在陰極側與該第二電容器(C2、) 相連接，并在陽極側與該第一電容器(C1、)的朝向該第一二極管(Dl、) 的一側相連接。
7. 根據權利要求1至6之一所述的電路裝置，其特征在于，該第 一電容器(Cl,Cr)并聯連接到第二二極管(D2,D2、)上，其中該第二 二極管(D2,D2、)與該第一二極管(D1,D1、)同向連接。
8. 根據權利要求1至7之一所述的電路裝置，其特征在于，該開 關元件(S1,S1、)在一個變壓器電路的初級側與一個變壓器(T)的初級線圏(wi)串聯連接，并且初級線圏(wi)和開關元件(si,sr)與一個直流電壓源(Us)相連接，其中該第一二極管(Dl)作為針對該初級線圏(Wl)的放電二極管來連接。
9.一種開關電源，其具有根據權利要求1至8之一所述的電路裝置。
全文摘要
本發明涉及用于對由于一個第一二極管(D1，D1`)的正向延遲時間而引起的過沖電壓進行限制的電路裝置，其中該第一二極管(D1，D1`)通過一個開關元件(S1，S1`)的開關而交替切換到截止方向和導通方向，根據本發明推薦，該第一二極管(D1，D1`)與一個第一電容器(C1，C1`)相串聯，并且為該第一電容器(C1，C1`)設置了一個預充電電路，其中當該第一二極管(D1，D1`)切換到截止方向時，該預充電電路給該第一電容器(C1，C1`)充電。優選地該預充電電路給該第一電容器(C1，C1`)充電，在數量上大于該第一二極管(D1，D1`)的過沖電壓。
文檔編號H02M1/34GK101595629SQ200780050351
公開日2009年12月2日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年1月23日
發明者H·韋因邁耶 申請人:奧地利西門子公司