[发明专利]桥式电路及其元件

说明书

技术领域

本发明涉及桥式电路及其组成元件。

背景技术

桥式电路用于很广泛的应用中。图1示出了用于电机驱动的典型三相桥式电路。电路10中的三个半桥15、25、35各自包括两个开关(61-66)，所述开关能够在一个方向上阻挡电流，并且能够在双方向上传导电流。由于通常用在电源电路中的晶体管(41-46)固有地无法反向传导电流，所以电路10中的开关61-66中的每一个包括反并联到续流二极管51-56的晶体管(41-46)。晶体管41-46各自能够在其偏置为截止状态时，阻挡至少与电路10的高压(HV)源一样大的电压，并且二极管51-56各自能够在其反向偏置时，阻挡至少与电路10的高压(HV)源一样大的电压。理想地，二极管51-56具有良好的开关特性以最小化开关过程中的瞬变电流，因此通常使用肖特基二极管。晶体管41-46可以是增强型(常闭，V_th＞0)，即E型，或者是耗尽型(常开，V_th＜0)，即D型器件。在电源电路中，通常使用增强型器件来防止意外导通，以避免对器件或其他电路元件造成损害。节点17、18和19全部经电感负载彼此耦接，即诸如电机线圈(图1中未示出)的电感元件。

图2a示出图1中的全3相电机驱动的半桥15，和节点17和18之间的电机绕组(电感元件21)以及电机电流馈送到其中的开关64。对于电源的这一相，晶体管44持续导通(V_gs44＞V_th)，晶体管42持续截止(V_gs42＜V_th，即，如果使用增强型晶体管，V_gs42＝0V)，而晶体管41则以脉宽调制(PWM)信号来调制以实现所需电机电流。图2b是图2a中示图的简化版本，其示出了晶体管41偏置为导通期间电流路径27。对于这一偏置，电机电流流过晶体管41和44，而因为晶体管42偏置为截止并且二极管52反向偏置，所以没有电流流过开关62。参照图2c，在晶体管41偏置为截止期间，没有电流能够流过晶体管41或二极管51，因此电机电流流过二极管52。在这部分操作期间，电感元件21强制节点17处的电压为足够负的值，以导致二极管52导电。

目前，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通常用在高功率桥式电路中，硅MOS晶体管(也称作MOSFET)用在低功率应用中。传统的IGBT固有地仅在一个方向导电，因此需要续流二极管以便于带有IGBT的开关正确操作。标准MOS晶体管固有地包含反并联寄生二极管。如从图3a看到的，如果MOS器件50的栅极和源极偏置在相同的电压，漏极偏置在较低电压，例如当晶体管41截止时晶体管42中所发生的(图2c)，则寄生二极管60阻止本征MOS晶体管71导通。因此，反向电流路径37穿过寄生二极管60。由于寄生二极管60固有地具有差的开关特性，所以当MOS器件50导通或截止时，寄生二极管60经历大的瞬变。

为了彻底防止寄生二极管60导通，经常采用图3b所示的3元件解决方案。在图3b中，二极管69被添加到开关以防止任何电流流过寄生二极管60，并且添加肖特基二极管68以在电流在图3b所示方向流动(即，从MOS器件50的源极侧流向漏极侧)期间输送电流。

发明内容

描述了一种半桥，所述半桥包括至少一个晶体管，所述晶体管具有能够处于第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式的沟道，所述第一工作模式在至少一个方向上阻挡基本电压，所述第二工作模式在所述至少一个方向上穿过沟道传导基本电流，所述第三工作模式在相反方向上穿过沟道传导基本电流。

描述了一种操作电路的方法，所述电路包括半桥电路级，所述半桥电路级包括第一晶体管、第二晶体管和电感元件，其中所述电感元件耦接在第一晶体管和第二晶体管之间，第一晶体管在电压源与第二晶体管之间，第二晶体管在地与第一晶体管之间。第一晶体管偏置为导通，第二晶体管偏置为截止，从而允许电流流过第一晶体管和电感元件、并且阻挡了跨越第二晶体管的电压。第一晶体管被改变为截止偏置，从而允许电流流过第二晶体管和电感元件、并且导致第二晶体管处于二极管模式。

描述了一种操作电路的方法，所述电路包括电感元件和半桥，所述半桥包括第一晶体管和第二晶体管，其中电感元件耦接在第一晶体管和第二晶体管之间，第一晶体管耦接到电压源，第二晶体管耦接到地。第一晶体管偏置为截止，第二晶体管偏置为导通，从而允许电流流过电感元件并且流过第二晶体管，其中第一晶体管阻挡第一电压。第二晶体管被改变为截止偏置，从而导致第一晶体管工作在二极管模式下以输送续流电流、并且导致第二晶体管阻挡第二电压。