开关电路、开关电源和电子装置的制作方法

1.本发明涉及开关技术领域，尤其涉及一种开关电路、开关电源和电子装置。


背景技术：

2.由于其良好的高温高频特性，碳化硅功率开关器件已成为半导体行业发展的热点方向。运用碳化硅材料制成的半导体功率器件的开关速度快，但同样会导致电压电流振荡严重，产生较高的dv/dt和di/dt(其中，v为电压，i为电流，t为时间)，导致产品出现emi(电磁干扰)不合格的情况，影响了碳化硅功率开关器件的应用。
3.emi是emc(电磁兼容)标准的一部分，而电磁兼容是对电子产品在电磁场方面干扰大小和抗干扰能力的综合评定，是产品质量重要的指标之一。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种开关电路、开关电源和电子装置，解决现有技术中开关器件的emi不合格的问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种开关电路，包括开关器件和高频滤波电路；
6.所述开关器件的控制端与开关控制端电连接，所述开关器件的第一端通过负载与直流电源的正极电连接，所述开关器件的第二端与第一电压端电连接，所述开关器件用于在所述开关控制端提供的开关控制信号的控制下打开或关闭；所述直流电源用于提供电源电压；
7.所述高频滤波电路的第一端与所述开关器件的第一端电连接，所述高频滤波电路的第二端与所述直流电源的正极电连接，用于在所述开关器件改变开关状态时，滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
8.可选的，所述开关器件包括碳化硅功率开关器件。
9.可选的，所述高频滤波电路包括相互串联的滤波电阻和滤波电容。
10.可选的，所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路；
11.所述控制晶体管的控制极与控制电压端连接，所述控制晶体管的第一极与所述开关器件的第一端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述低通滤波子电路的第一端电连接，所述低通滤波子电路的第二端与所述直流电源的正极电连接；所述控制电压端用于提供控制所述控制晶体管的开关状态的控制电压信号；
12.所述低通滤波子电路用于当所述控制晶体管导通时，滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
13.可选的，所述高频滤波电路集成于所述开关器件中。
14.本发明还提供了一种开关电路的驱动方法，应用于上述的开关电路，所述开关电路的驱动方法包括：
15.开关器件在开关控制信号的控制下，控制所述第一端与所述第二端之间的通断；
16.当所述开关器件改变开关状态时，高频滤波电路滤除所述开关器件的第一端的电
压信号中的高频噪声。
17.可选的，所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路；所述控制晶体管的控制极与控制电压端连接，所述控制晶体管的第一极与所述开关器件的第一端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述低通滤波子电路的第一端电连接，所述低通滤波子电路的第二端与所述直流电源的正极电连接；
18.所述当所述开关器件改变开关状态时，高频滤波电路滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声步骤包括：
19.当所述开关器件导通时，所述控制电压端提供的控制电压信号控制所述控制晶体管导通，所述低通滤波子电路滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
20.本发明还提供了一种开关电源，包括上述的开关电路。
21.本发明还提供了一种电子装置，包括上述的开关电路。
22.本发明实施例所述的开关电路、开关电源和电子装置在开关器件和直流电源之间增加高频滤波电路，以直流电源的电参数为基准，吸收开关器件开关过程中的电压振荡，使得开关器件的电参数稳定在直流电源的电参数，降低开关器件开关过程中的电压电流过冲产生的电磁干扰。
附图说明
23.图1是本发明实施例所述的开关电路的结构图；
24.图2是本发明另一实施例所述的开关电路的电路图；
25.图3是本发明又一实施例所述的开关电路的电路图；
26.图4是本发明再一实施例所述的开关电路的电路图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例所述的开关电路包括开关器件和高频滤波电路；
29.所述开关器件的控制端与开关控制端电连接，所述开关器件的第一端通过负载与直流电源的正极电连接，所述开关器件的第二端与第一电压端电连接，所述开关器件用于在所述开关控制端提供的开关控制信号的控制下打开或关闭；所述直流电源用于提供电源电压；
30.所述高频滤波电路的第一端与所述开关器件的第一端电连接，所述高频滤波电路的第二端与所述直流电源的正极电连接，用于在所述开关器件改变开关状态时，滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
31.本发明实施例在开关器件和直流电源之间增加高频滤波电路，以直流电源的电参数为基准，吸收开关器件开关过程中的电压振荡，使得开关器件的电参数稳定在直流电源的电参数，降低开关器件开关过程中的电压电流过冲产生的电磁干扰。
32.可选的，所述第一电压端可以为地端或低电压端，但不以此为限。
33.在本发明实施例中，所述高频滤波电路也可以在开关器件处于打开状态时，滤除开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
34.如图1所示，本发明实施例所述的开关电路包括开关器件11和高频滤波电路12；
35.所述开关器件11的控制端与开关控制端sc电连接，所述开关器件11的第一端通过负载f1与直流电源v0的正极电连接，所述开关器件11的第二端与地端gnd电连接，所述开关器件11用于在所述开关控制端sc提供的开关控制信号的控制下打开或关闭；所述直流电源v0用于提供电源电压；
36.所述高频滤波电路12的第一端与所述开关器件11的第一端电连接，所述高频滤波电路12的第二端与所述直流电源v0的正极电连接，用于在所述开关器件11改变开关状态时，滤除所述开关器件11的第一端的电压信号中的高频噪声。
37.在本发明实施例中，所述直流电源v0的负极可以接地，但不以此为限。
38.在具体实施时，所述开关器件11打开指的是：所述开关器件11的第一端和所述开关器件11的第二端之间连通；
39.所述开关器件11关闭指的时：所述开关器件11的第一端与所述开关器件11的第二端之间断开；
40.所述开关器件11改变开关状态指的是：所述开关器件11由打开状态变为关闭状态；或者，所述开关器件11由关闭状态变为打开状态；但不以此为限。
41.在本发明实施例中，所述开关器件11可以为高频开关器件，例如，所述开关器件11可以为碳化硅功率开关器件，所述开关器件11的第一端可以为漏极，所述开关器件11的第二端可以为源极，所述开关器件11的控制端为栅极，但不以此为限。
42.可选的，所述碳化硅功率开关器件可以为碳化硅场效应晶体管；但不以此为限。
43.在本发明实施例中，所述高频滤波电路12用于滤除所述碳化硅功率开关器件的漏极的电压信号中的高频噪声，例如，所述高频噪声可以为频率高于所述开关器件11的工作频率的噪声电压信号。
44.具体的，所述碳化硅功率开关器件的漏极的电压信号也即为所述漏极的电位，但不以此为限。
45.在具体实施时，所述高频滤波电路可以吸收所述碳化硅功率开关器件的漏极电压尖峰，有效降低了碳化硅功率开关器件在高频开关过程中产生的输出振荡，减少由所述输出振荡带来的电磁噪声和所述输出振荡对碳化硅功率开关器件的影响，减少对电网的高频干扰，提高了碳化硅功率开关器件的可靠性和工作效率。
46.本发明实施例在碳化硅功率开关器件和直流电源之间增加高频滤波电路，以直流电源的电参数为基准，吸收碳化硅功率开关器件开关过程中的电压振荡，使得碳化硅功率开关器件的电参数稳定在直流电源的电参数，降低碳化硅功率开关器件开关过程中的电压电流过冲产生的电磁干扰。
47.根据一种具体实施方式，所述高频滤波电路包括相互串联的滤波电阻和滤波电容，此时，所述高频滤波电路为主动吸收电路。
48.在具体实施时，当所述高频滤波电路包括相互串联的滤波电阻和滤波电容时，
49.在一种情况下，所述滤波电阻的第一端与所述电源的正极电连接，所述滤波电阻的第二端与所述滤波电容的第一端电连接，所述滤波电容的第二端与所述碳化硅功率开关
器件的漏极电连接；
50.在另一种情况下，所述滤波电容的第一端与所述电源的正极电连接，所述滤波电容的第二端与所述滤波电阻的第一端电连接，所述滤波电阻的第二端与所述碳化硅功率开关器件的漏极电连接。
51.根据另一种具体实施方式，所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路；
52.所述控制晶体管的控制极与控制电压端连接，所述控制晶体管的第一极与所述开关器件的第一端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述低通滤波子电路的第一端电连接，所述低通滤波子电路的第二端与所述电源的正极电连接；所述控制电压端用于提供控制所述控制晶体管的开关状态的控制电压信号；
53.所述低通滤波子电路用于当所述控制晶体管导通时，滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
54.在具体实施时，所述控制晶体管的开关状态指的是：所述控制晶体管处于打开状态或关闭状态；
55.所述控制晶体管处于打开状态指的可以是：所述控制晶体管的第一极与所述控制晶体管的第二极之间连通；
56.所述控制晶体管处于关闭状态指的是：所述控制晶体管的第一极与所述控制晶体管的第二极之间断开。
57.在本发明实施例中，当所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路时，所述高频滤波电路可以为被动吸收电路。
58.在具体实施时，所述低通滤波子电路可以包括相互串联的电阻和电容，但不以此为限，所述低通滤波子电路也可以为其他可以滤除高频噪声的电路。
59.可选的，所述高频滤波电路可以集成于所述开关器件中，以节省电路面积和方便连接。
60.在具体实施时，所述高频滤波电路可以通过半导体技术集成于所述碳化硅功率开关器件中；或者，所述高频滤波电路也可以外置于碳化硅器件电路中。
61.如图2所示，在图1所示的开关电路的实施例的基础上，第一电压端为地端gnd；
62.所述开关器件为碳化硅功率开关器件q1；
63.q1的栅极与开关控制端sc电连接，q1的漏极通过负载与所述直流电源v0的正极电连接,q1的源极与地端gnd电连接；
64.所述负载包括相互串联的负载电阻r1和负载电感l1；
65.r1的第一端与q1的漏极电连接，r1的第二端与l1的第一端电连接，l1的第二端与所述直流电源v0的正极电连接；
66.在图2中，标号为l0的为第一寄生电感，标号为l2的为第二寄生电感；
67.所述高频滤波电路12连接于所述直流电源v0与q1的漏极之间。
68.在图2中，所述直流电源v0的负极与地端gnd电连接，但不以此为限。
69.如图3所示，在图2所述的开关电路的实施例的基础上，所述高频滤波电路12可以包括相互串联的滤波电阻r0和滤波电容c0；
70.c0的第一端与q1的漏极电连接，c0的第二端与r0的第一端，r0的第二端与直流电
源v0的正极电连接。
71.在图3所示的实施例中，r0和c0组成被动吸收电路。
72.如图4所示，在图2所示的开关电路的实施例的基础上，所述高频滤波电路可以包括相互串联的控制晶体管t0和低通滤波子电路41；
73.t0的栅极与控制电压端ct连接，t0的漏极与q1的漏极电连接，t0的源极与所述低通滤波子电路41的第一端电连接，所述低通滤波子电路41的第二端与所述直流电源v0的正极电连接；所述控制电压端ct用于提供控制所述控制晶体管t0的开关状态的控制电压信号；
74.所述低通滤波子电路41用于当所述控制晶体管t0导通时，滤除q1的电压信号中的高频噪声。
75.在图4所示的实施例中，t0可以为场效应晶体管或者薄膜晶体管，但不以此为限。
76.本发明如图4所示的实施例在工作时，在q1改变开关状态时，也即，当q1由打开状态变为关闭状态的过程中，或者，q1由关闭状态变为打开状态的过程中，t0打开，以使得所述低通滤波子电路41能够滤除q1的漏极的电压信号中的高频噪声。
77.本发明如图4所示的实施例在工作时，当q1打开时，t0也可以打开，但不以此为限。
78.本发明实施例所述的开关电路的驱动方法，应用于上述的开关电路，其特征在于，所述开关电路的驱动方法包括：
79.开关器件在开关控制信号的控制下，控制所述第一端与所述第二端之间的通断；
80.当所述开关器件改变开关状态时，高频滤波电路滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
81.本发明实施例在开关器件和直流电源之间增加高频滤波电路，以直流电源的电参数为基准，吸收开关器件开关过程中的电压振荡，使得开关器件的电参数稳定在直流电源的电参数，降低开关器件开关过程中的电压电流过冲产生的电磁干扰。
82.在具体实施时，所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路；所述控制晶体管的控制极与控制电压端连接，所述控制晶体管的第一极与所述开关器件的第一端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述低通滤波子电路的第一端电连接，所述低通滤波子电路的第二端与所述直流电源的正极电连接；
83.所述当所述开关器件改变开关状态时，高频滤波电路滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声步骤包括：
84.当所述开关器件改变开关状态时，所述控制电压端提供的控制电压信号控制所述控制晶体管导通，所述低通滤波子电路滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
85.当所述高频滤波电路包括相互串联的控制晶体管和低通滤波子电路时，在开关器件改变开关状态时，控制晶体管导通，以使得低通滤波子电路能够所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
86.在具体实施时，当所述开关器件处于打开状态时，所述控制电压信号控制所述控制晶体管也可以导通，以使得所述低通滤波子电路能够滤除所述开关器件的第一端的电压信号中的高频噪声。
87.本发明实施例所述的开关电源包括上述的开关电路。
88.在具体实施时，碳化硅功率开关器件可以应用于开关电源中，但不以此为限。
89.本发明实施例所述的电子装置包括上述的开关电路。
90.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。