本發(fā)明涉及電子電路并且尤其涉及用于提供千瓦范圍內(nèi)的功率的開(kāi)關(guān)電源。

背景技術(shù)：

開(kāi)關(guān)電源是已知的。具體地，存在所謂的降壓轉(zhuǎn)換器，或者降壓轉(zhuǎn)換器。所謂的多相降壓轉(zhuǎn)換器已知專門(mén)用于在計(jì)算機(jī)板上供給cpu。這種多相開(kāi)關(guān)電源包括其中降壓轉(zhuǎn)換器電路在輸入和負(fù)載之間并聯(lián)連接的電路拓?fù)?。n個(gè)“相”中的每一個(gè)在切換周期內(nèi)以均勻隔開(kāi)的間隔接通。這種所謂的多相降壓轉(zhuǎn)換器是已知的，例如，從專業(yè)出版物“使用耦合電感器增強(qiáng)多相降壓轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)性能(usingcoupledinductorstoenhancetransientperformanceofmulti-phasebuckconverters)”，j.li等人，ibmsymposium，2004年9月14-15日，第1-25頁(yè)中。

特別是對(duì)于必須切換相對(duì)高功率的開(kāi)關(guān)電源，關(guān)于電磁兼容性是非常重要的，一方面關(guān)于功率消耗和整體性能，即也關(guān)于效率，另一方面，關(guān)于實(shí)現(xiàn)了大程度的電磁兼容性和高效率，或低功耗。由于在開(kāi)關(guān)電源中發(fā)生的固有瞬態(tài)過(guò)程，非常重要的是不僅要思考輸出電壓或輸出電流，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源及其部件時(shí)還要考慮電荷反轉(zhuǎn)過(guò)程和相關(guān)磁場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于開(kāi)關(guān)電源和/或可用于開(kāi)關(guān)電源中的元件的改進(jìn)概念。

該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源和根據(jù)權(quán)利要求12所述的運(yùn)行開(kāi)關(guān)電源的方法實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)：如果開(kāi)關(guān)電源是多相開(kāi)關(guān)電源，并且還包括特定類型的依賴于電流的切換，特別是負(fù)電流，則開(kāi)關(guān)電源可以滿足這樣要求。開(kāi)關(guān)電源包括多個(gè)并聯(lián)支路，每個(gè)并聯(lián)支路包括兩個(gè)串聯(lián)連接的可控開(kāi)關(guān)和連接在兩個(gè)開(kāi)關(guān)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的線圈。此外，設(shè)置連接在并聯(lián)支路的輸出節(jié)點(diǎn)和接地之間的電容器?？刂破鞅慌渲脼閷⒚總€(gè)并聯(lián)支路的兩個(gè)開(kāi)關(guān)以以下這種方式切換：當(dāng)流過(guò)該并聯(lián)支路的線圈的電流達(dá)到大于5a的第一電流值時(shí)將并聯(lián)支路的第一開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換為非導(dǎo)通(阻塞)狀態(tài)，并且當(dāng)流過(guò)該并聯(lián)支路的線圈的電流達(dá)到小于0a的第二電流值時(shí)將第二開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換為非導(dǎo)通狀態(tài)。

以這種方式，確保流過(guò)線圈的電流在其再次切換之前通過(guò)地線，并且其甚至略微為負(fù)。這確保了例如在開(kāi)關(guān)或者另外設(shè)置在開(kāi)關(guān)上的續(xù)流二極管中的半導(dǎo)體元件中的自由電荷載體盡可能地耗盡。以這種方式，一方面可以實(shí)現(xiàn)快速切換，另一方面可以實(shí)現(xiàn)不需要與強(qiáng)磁場(chǎng)或電場(chǎng)相抗衡的切換。因此，使功率損耗顯著地減小或者最小化。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，采用晶體管堆疊電路，其包括第一晶體管元件，第一晶體管元件包括第一半導(dǎo)體區(qū)域，第一半導(dǎo)體區(qū)域包括第一前側(cè)，第一源極或發(fā)射極敷金屬布置在第一前側(cè)上，并且包括后側(cè)，第一漏極或集電極接觸形成在后側(cè)上，并且包括第一柵極或基極接觸。因此設(shè)置有第二晶體管元件。第二晶體管元件堆疊在第一晶體管元件上，第二漏極或集電極接觸布置成堆疊在第一源極或發(fā)射極敷金屬上并以傳導(dǎo)方式連接。此外，輸出接觸連接至第二漏極或集電極接觸并且連接至第一源極或者發(fā)射極敷金屬。

不管兩個(gè)堆疊晶體管元件中的哪一個(gè)是有源的，電流的傳輸仍然相對(duì)于整個(gè)晶體管堆疊在相同的方向上發(fā)生，使得磁場(chǎng)不會(huì)由于電流流過(guò)晶體管而干擾彼此，其可能采用相當(dāng)大的值，因?yàn)樾枰袚Q相當(dāng)大的功率。以這種方式，消除了損耗并實(shí)現(xiàn)了快速的切換行為。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電容器，其不僅包括用于連接正電位的第一端子引線和用于連接負(fù)電位的第二端子引線，第一端子引線和第二端子引線具有介于其間的電介質(zhì)，但是另外包括連接至第二端子引線并沿著第一端子引線延伸并與第一端子引線絕緣的第三端子引線。所述第三端子引線被優(yōu)選采用用于接觸從并聯(lián)支路連接至“地”的開(kāi)關(guān)，而電容器的正常第二端子用于接觸整個(gè)電路的實(shí)際電路接地。以這種方式，還確保在電路的所有空間區(qū)域中，相應(yīng)的電流流動(dòng)，在某些情況下，不需要相互抗衡，因此不需要對(duì)不同的磁場(chǎng)進(jìn)行放電或充電。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種線圈陣列，其包括第一棒(桿)，該第一棒(桿)包括第一間隙和第一桿周圍的第一繞組，第二桿包括第二間隙和第二桿周圍的第二繞組，以及蓋元件和底板元件，線圈陣列的繞組能夠在開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)支路內(nèi)部形成相應(yīng)的線圈。通過(guò)將所述線圈相應(yīng)地耦合為它們配置在具有共享底板和蓋元件的單個(gè)線圈陣列內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)在線圈陣列的體積內(nèi)存在幾乎類似尺寸的磁場(chǎng)，即使電流連續(xù)地完全接通，達(dá)到最大值，然后完全減小到等于0或甚至小于0的值。

盡管這種非常大的電流擺動(dòng)，但是通過(guò)本發(fā)明的線圈陣列布置獲得了盡管具有相應(yīng)大的電感值，但僅具有最小損耗和優(yōu)異的切換行為的系統(tǒng)。

應(yīng)當(dāng)注意，開(kāi)關(guān)電源以及電容器、晶體管堆疊電路和線圈陣列的各個(gè)方面優(yōu)選地一起使用。然而，開(kāi)關(guān)電源也可以有利地用可替代部件來(lái)運(yùn)行。上述情況也適用于電容器、晶體管堆疊電路和/或線圈陣列。所述單獨(dú)方面也可以彼此獨(dú)立地用于開(kāi)關(guān)電源以外的應(yīng)用中，然而，將所述元件一起使用是特別有利的，因?yàn)樵谶@種情況下將實(shí)現(xiàn)特別有利的低損耗性能。類似地，也可以在開(kāi)關(guān)電源內(nèi)或者不同的電子電路內(nèi)僅實(shí)現(xiàn)提到的方面的兩個(gè)或三個(gè)，而沒(méi)有剩余的方面。

附圖說(shuō)明

下文將參考附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)電源；

圖2示出了用于示出并聯(lián)支路內(nèi)的開(kāi)關(guān)的切換以及其他并聯(lián)支路的其他電流流動(dòng)的電路圖；

圖3a示出并聯(lián)支路內(nèi)的串聯(lián)連接的可控開(kāi)關(guān)的優(yōu)選表示；

圖3b示出根據(jù)實(shí)施方式的晶體管堆疊電路；

圖3c示出包括幾對(duì)可控開(kāi)關(guān)的晶體管堆疊電路；

圖4示出圖1的包括上游lc濾波器的開(kāi)關(guān)電源；

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包括第三端子引線的電容器的實(shí)現(xiàn)(實(shí)現(xiàn)方式)；

圖5b示出由第一端子引線和第三端子引線組成的對(duì)的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的俯視圖；

圖5c示出關(guān)于平面電路上的第一端子的第三端子的替代實(shí)現(xiàn)；

圖5d示出了電容器安裝在電路板上的剖視圖，其中第一端子引線穿過(guò)該電路板；

圖5e示出了通過(guò)電路板的截面表示，該電路板具有布置在電路板上的電容器并且具有布置在電路板背面的晶體管堆疊電路和電感器；

圖6a示出了包括例如圖5a的電容器的開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)；

圖6b示出來(lái)自具有圖3b的晶體管堆疊電路的圖5a的電容器的電路；

圖7a示出根據(jù)示意性俯視圖中的實(shí)施方式的線圈陣列；

圖7b示出圖7a的以示意性截面表示的線圈陣列；

圖8a示出根據(jù)另一實(shí)施方式的線圈陣列；

圖8b示出通過(guò)圖8a的以示意性表示的線圈陣列的橫截面；并且

圖8c示出了圖8a的實(shí)施方式的詳細(xì)表示，具有兩個(gè)線圈截面l1a和l1b以及它們的布線。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)電源。具體地，設(shè)置多個(gè)并聯(lián)支路，每個(gè)并聯(lián)支路分別包括兩個(gè)串聯(lián)連接的可控開(kāi)關(guān)s1、s2和s3，s4和s5和s6，分別包括線圈l1和l2、ln，連接在兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間，即，分別連接至各自的中間節(jié)點(diǎn)out1、out2和out3，以及輸出節(jié)點(diǎn)150。此外，設(shè)置由152表示的電容器cout，所述電容器152連接在并聯(lián)支路的輸出節(jié)點(diǎn)150和電路接地154之間。此外，設(shè)置控制器160，其被配置為切換每個(gè)并聯(lián)支路的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)流過(guò)對(duì)應(yīng)的并聯(lián)支路的線圈的電流到達(dá)大于5a的第一電流值時(shí)，第一開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到非導(dǎo)通狀態(tài)，并且當(dāng)流過(guò)并聯(lián)支路的線圈的電流達(dá)到小于0a的第二電流值時(shí)，第二開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，控制器具有針對(duì)每個(gè)電流i1、i2、in的輸入，并且在圖1所示的實(shí)施方式中，其具有針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)s1至s6的輸出。

具體地，在圖1所示的實(shí)施方式中，第一并聯(lián)支路包括兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)110、112。續(xù)流二極管111和113分別連接在兩個(gè)開(kāi)關(guān)的兩端。第一線圈141安裝在節(jié)點(diǎn)out1上，第一開(kāi)關(guān)s1和第二開(kāi)關(guān)s2在節(jié)點(diǎn)out1處并聯(lián)連接。

第二并聯(lián)支路由第一開(kāi)關(guān)120和第二開(kāi)關(guān)122，以及因此連接的二極管121和123組成，第一開(kāi)關(guān)120和第二開(kāi)關(guān)122在圖1中由s3和s4表示。具體地，二極管連接在開(kāi)關(guān)兩端，使得在相反的方向，即當(dāng)電流流回時(shí)，可能發(fā)生通過(guò)二極管的電流流動(dòng)。因此，當(dāng)來(lái)自節(jié)點(diǎn)out1的電流流動(dòng)流向輸入節(jié)點(diǎn)108時(shí)，即使當(dāng)開(kāi)關(guān)s1斷開(kāi)時(shí)，所述電流也能流動(dòng)通過(guò)二極管d1。類似條件存在于其他二極管中。例如，當(dāng)電流從開(kāi)關(guān)s2112連接的電路接地154流至節(jié)點(diǎn)out1時(shí)，允許所述電流流動(dòng)，也就是由于二極管d2113，即使當(dāng)開(kāi)關(guān)s2112斷開(kāi)時(shí)。這種行為特別有利的是，由此可以實(shí)現(xiàn)流過(guò)線圈l1的負(fù)電流，在實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的低損耗運(yùn)行方面，所述電流是相當(dāng)重要的，將在下面參考圖2說(shuō)明。

優(yōu)選地，控制器160包括電流傳感器146、147、148。電流傳感器可以布置在圖1所示的各個(gè)線圈141、142、143與輸出節(jié)點(diǎn)150之間的位置處?？商娲?，電流傳感器還可以布置在中間節(jié)點(diǎn)out1、out2、out3和線圈l1、l2、ln之間，或者在不同的位置，即，一個(gè)或另一個(gè)開(kāi)關(guān)的下游，以便以某種方式提供電流流過(guò)相應(yīng)線圈的指示。根據(jù)通過(guò)輸入i1、i2、in饋入控制器160的這些電流信號(hào)，在圖1所示的實(shí)施方式中將設(shè)置切換信號(hào)s1至s6。電流傳感器可以以任何所期望的方式例如配置為在它們與晶體管堆疊電路集成的實(shí)現(xiàn)中的霍爾傳感器，或者配置為離散元件。

即使圖1以示例的方式示出了三個(gè)并聯(lián)支路，開(kāi)關(guān)電源也可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)僅配置有兩個(gè)并聯(lián)支路或多于三個(gè)并聯(lián)支路，例如四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)并聯(lián)支路。

在圖2的上圖中示出線圈電流i1、i2、in根據(jù)時(shí)間t關(guān)于彼此的電流流動(dòng)圖。下圖示出了發(fā)送到第一并聯(lián)支路的開(kāi)關(guān)s1、s2的相應(yīng)控制信號(hào)；電流i1是圖2上圖中的實(shí)線，在第一并聯(lián)支路內(nèi)流動(dòng)。第二并聯(lián)支路具有與之相關(guān)聯(lián)的圖2的上圖中的虛線電流i2，并且第三并聯(lián)支路具有與其相關(guān)聯(lián)的電流in，其由圖2中的上圖中的點(diǎn)劃線表示。這導(dǎo)致用于第二支路和第三支路內(nèi)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的切換信號(hào)被類似于第一支路內(nèi)的切換信號(hào)s1、s2配置，但是在切換周期內(nèi)以時(shí)間偏移的方式配置。另外，圖2的上圖示出第二開(kāi)關(guān)s2優(yōu)選阻塞在-0.5a的值處。針對(duì)相應(yīng)的電流值執(zhí)行所述阻塞，在其他實(shí)施方式中電流值也可以在-0.1a至-1a的范圍內(nèi)。

此外，當(dāng)電流的最大值為10a或8至12a之間時(shí)，優(yōu)選關(guān)閉第一晶體管s1。最大電流值的優(yōu)選值在9與12a之間，并且最小電流值的優(yōu)選值在-0.2與-2a之間。

如上所述，每個(gè)開(kāi)關(guān)優(yōu)選設(shè)置有并聯(lián)連接并被極化的二極管，使得小于0a的電流可以流過(guò)二極管，如實(shí)現(xiàn)負(fù)電流值所需的，如圖2的上圖所示。

另外，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，控制器160被配置為在將第二開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換至非導(dǎo)通狀態(tài)之后，以延遲一死區(qū)時(shí)間的方式將并聯(lián)支路的第一開(kāi)關(guān)從非導(dǎo)通狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)；在圖2中的200處示出的所述死區(qū)時(shí)間優(yōu)選大于100ns并且小于1μs。此外，如可以在圖2中看到，控制器被配置為在將第一開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到非導(dǎo)通狀態(tài)之后，以延遲死區(qū)時(shí)間200的方式將并聯(lián)支路的第二開(kāi)關(guān)從非導(dǎo)通狀態(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)，所述死區(qū)時(shí)間也大于100ns且小于1μs。s2和s1的切換之間的死區(qū)時(shí)間優(yōu)選是在圖2的中心的s1和s2的切換之間的時(shí)間，盡管這不需要一定是這樣；因此，死區(qū)時(shí)間可能不同，但都應(yīng)在所提到的范圍內(nèi)。

如所說(shuō)明的，圖1的控制器160還被配置成以在時(shí)間上偏移的方式將另外的并聯(lián)支路的開(kāi)關(guān)切換至并聯(lián)支路的開(kāi)關(guān)，使得流過(guò)并聯(lián)支路線圈和另外的并聯(lián)支路的線圈的電流不同。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源包括k個(gè)并聯(lián)支路，k大于或等于2，并且控制器被配置為以時(shí)間上偏移的方式驅(qū)動(dòng)k個(gè)并聯(lián)支路的開(kāi)關(guān)，使得在一個(gè)周期，開(kāi)關(guān)的關(guān)斷時(shí)間均等地分布，例如在第一并聯(lián)支路的第一電流值(諸如210)處開(kāi)始，并且在時(shí)間上隨后的下一個(gè)實(shí)現(xiàn)所述電流值的實(shí)例，即在212處結(jié)束的周期。

這表明在該周期內(nèi)，電流i2和in中的每一個(gè)具有最小值和最大值。另外，優(yōu)選單個(gè)并聯(lián)支路的切換相位均勻分布，即，從時(shí)間角度將點(diǎn)210和點(diǎn)212之間的周期細(xì)分為k個(gè)部分，在圖2中k等于3，并且單個(gè)并聯(lián)支路始終達(dá)到它們各自的最大電流，并且，因此，第一開(kāi)關(guān)的關(guān)斷時(shí)間相對(duì)于另一并聯(lián)支路偏移切換周期(即210和212之間的時(shí)間段)的1/k倍加上/減去所述值的10％的公差的時(shí)間段。如果周期的長(zhǎng)度為例如4微秒并且如果使用k＝4支路，那么電流流動(dòng)的最大值和/或最小值和/或零相交等時(shí)間上彼此間隔開(kāi)1微秒加上/減去10％，即，0.9微秒至1.1微秒。

如已經(jīng)說(shuō)明的，圖1所示的開(kāi)關(guān)電源和圖2所示的其切換行為旨在提供高于2kw且優(yōu)選高于5kw的輸出功率。優(yōu)選的負(fù)載是用于驅(qū)動(dòng)具有高轉(zhuǎn)速的熱泵的渦輪壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)。

因此，并聯(lián)支路內(nèi)設(shè)置的開(kāi)關(guān)配置為功率晶體管。圖3a示出兩個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)為igbt(絕緣柵雙極晶體管)或者為mos功率晶體管。特別優(yōu)選的是，每個(gè)開(kāi)關(guān)s1至s6由具有對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)二極管的對(duì)應(yīng)的igbt或mos晶體管實(shí)現(xiàn)，如圖3a中示意性所示。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，電源進(jìn)一步包括lc濾波器級(jí)，如圖4所示。具體地，圖4示出輸入節(jié)點(diǎn)108、并聯(lián)支路401、402、403以及輸出節(jié)點(diǎn)152。lc濾波器包括lf表示的電感410和cf表示的電容412。干線的三相電流可以連接在電感410的輸入節(jié)點(diǎn)處，所述節(jié)點(diǎn)由420表示，特別優(yōu)選的是饋送干線的三相電流的三相的一相在節(jié)點(diǎn)420和接地節(jié)點(diǎn)422之間。因此，圖4中明顯的是開(kāi)關(guān)電源401、402、403的三個(gè)并聯(lián)支路連接在兩個(gè)電容器412、152之間。

圖1或圖4中的開(kāi)關(guān)電源的功能特別有利之處在于電流相互疊加在輸出側(cè)，從而獲得小的紋波。因此，由于電流和因此相應(yīng)的磁場(chǎng)相互疊加在電路容量?jī)?nèi)，因此補(bǔ)償了看似“缺點(diǎn)”的大電流擺動(dòng)。另外，在相應(yīng)的線圈內(nèi)流動(dòng)的電流已經(jīng)為負(fù)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，各個(gè)第二晶體管的關(guān)斷，即將第二晶體管從接通狀態(tài)切換到阻塞狀態(tài)，導(dǎo)致由切換造成的損失是最小的。

另外，特別有利的是，通過(guò)相對(duì)長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間，一旦第二開(kāi)關(guān)被切斷，相應(yīng)的第一開(kāi)關(guān)可以接通。死區(qū)時(shí)間(可能高達(dá)1微秒)足夠大，因此不需要特定的同步階段等。在所述死區(qū)時(shí)間內(nèi)接通功率晶體管并不困難。因此，施加在控制器160上的要求相對(duì)減少，從而也可以以低成本提供所述實(shí)現(xiàn)，并且在勞動(dòng)方面幾乎沒(méi)有費(fèi)用。

此外，應(yīng)注意，單個(gè)支路中的晶體管對(duì)不需要以在時(shí)間上精確偏移的方式操作，而是僅以在時(shí)間上大致偏移的方式操作。如果時(shí)間上的偏移在一個(gè)周期內(nèi)沒(méi)有被最佳地?cái)U(kuò)展，其唯一的結(jié)果將是稍大的紋波，然而，無(wú)論如何將被線圈和濾波電容器152濾波。

本發(fā)明的另一方面涉及如圖3a和圖3b的實(shí)現(xiàn)中示意性所示的晶體管堆疊電路。具體地，晶體管堆疊電路包括第一晶體管元件300和第二晶體管元件320。第一晶體管元件300包括例如第一半導(dǎo)體區(qū)域301，該第一半導(dǎo)體區(qū)域301包括具有形成于其上的第一源極或者發(fā)射極敷金屬302的前側(cè)。此外，第一半導(dǎo)體區(qū)域301包括具有形成于其上的第一漏極或集電極接觸303的后側(cè)。另外，第一晶體管元件包括第一柵極或者基極接觸304。

第二晶體管元件320包括第二半導(dǎo)體區(qū)域321，該第二半導(dǎo)體區(qū)域321包括其上形成有第二源極或發(fā)射極敷金屬322的第二前側(cè)，并且包括其上形成有第二漏極或集電極接觸322的后側(cè)，第二晶體管元件進(jìn)一步包括第二柵極或基極接觸324。第二漏極或集電極接觸322以堆疊的方式布置在第一源極或發(fā)射極敷金屬302上，并以導(dǎo)通方式與其連接。此外，輸出接觸330(也由圖3b或圖1中的out1、out2、out3指示)連接到第二漏極或集電極接觸和第一源極或發(fā)射極敷金屬302。

如已經(jīng)通過(guò)圖1描述的，晶體管堆疊電路優(yōu)選地還包括控制器160，第一柵極或基極接觸304以及第二柵極或基極接觸324連接到控制器160，并且控制器被配置為操作第一柵極或基極接觸304和第二柵極或基極接觸324，使得當(dāng)?shù)诙w管元件不導(dǎo)通時(shí)第一晶體管元件導(dǎo)通，反之亦然。

如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，第一晶體管元件和第二晶體管元件被配置為功率元件，即作為igbt或mos功率晶體管。在mos功率晶體管的情況下，晶體管包括源極接觸，漏極接觸和柵極接觸，而在igbt功率晶體管的情況下，開(kāi)關(guān)包括發(fā)射極接觸，基極接觸和集電極接觸。

發(fā)射極、或源極、敷金屬322優(yōu)選地被配置為包括以陣列的方式布置的多個(gè)源極或發(fā)射極區(qū)域，而第一半導(dǎo)體區(qū)域301或第二半導(dǎo)體區(qū)域321的后側(cè)整個(gè)敷金屬為后側(cè)敷金屬。

圖3b示出包括上下疊置的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的晶體管堆疊。另外，圖3c示出包括例如在圖1所示的實(shí)現(xiàn)中可能采用的三對(duì)開(kāi)關(guān)的晶體管堆疊電路。除了一對(duì)開(kāi)關(guān)s1和s2之外，還設(shè)置了另一對(duì)開(kāi)關(guān)s3120和s4122，并且還設(shè)置了另一對(duì)開(kāi)關(guān)s5130和s6132，所以優(yōu)選的是在晶體管實(shí)現(xiàn)中，二極管也分別形成在源極和漏極，或發(fā)射極和集電極之間。

此外，晶體管堆疊電路包括六個(gè)柵極端子g1至g6和三個(gè)相互獨(dú)立的輸出端子out1、2、3，其優(yōu)選以橫向方式單個(gè)出現(xiàn)。此外，即使如圖1所示，所述漏極/集電極端子彼此短路，單個(gè)電路的漏極或集電極分別顯示在341、342、343。上述情況也適用于也單獨(dú)示出的三個(gè)接地端子351、352、353，即使所述接地端子也可能短路，也如圖1中看到的。

優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)對(duì)s3、s4以圖3b所示的方式精確形成。上述情況也適用于這對(duì)開(kāi)關(guān)s5和s6。另外，圖3c所示的開(kāi)關(guān)對(duì)優(yōu)選在每種情況下以橫向方式彼此絕緣，即例如在s1和s3之間，或s2和s4或s3和s5或s6和s4之間，即在接口361、362處存在絕緣。例如，這種絕緣可以通過(guò)在芯片切塊中出現(xiàn)的鋸切邊緣產(chǎn)生，并且可以或可以不填充電介質(zhì)。

特別優(yōu)選地在相同的平面基板如s2、s4、s6上形成晶體管，例如，s1、s3、s5。隨后，切塊邊緣設(shè)置在各個(gè)晶體管之間，即在連接線361、362處；然而，例如，諸如s1、s3、s5的三個(gè)相鄰的晶體管不是完全切塊的。接下來(lái)，由一方面s1、s3、s5和另一方面s2、s4和s6組成的單個(gè)晶體管組彼此堆疊在其上，如圖3b中的對(duì)示出的。由于上半導(dǎo)體元件321的后側(cè)敷金屬僅以導(dǎo)通方式連接到下晶體管的發(fā)射極/源極敷金屬，例如這可能通過(guò)合金化或?qū)щ娬掣蕉l(fā)生，因此附接是不重要的。圖3b還示出了絕緣層305或325，以便表示發(fā)射極/源極敷金屬明顯地與相應(yīng)的基極或相應(yīng)的柵極區(qū)域絕緣。

通過(guò)控制器160，在圖3b中彼此堆疊的兩個(gè)晶體管以這種方式驅(qū)動(dòng)，使得它們?cè)诓煌臅r(shí)間點(diǎn)導(dǎo)通。因此，電流僅在不同的平面內(nèi)流動(dòng)，而不是流向相同的方向。這意味著當(dāng)晶體管的切換發(fā)生時(shí)，由電流而存在的磁場(chǎng)不會(huì)相互干擾。相反，磁場(chǎng)，特別是電流周圍的磁場(chǎng)的方向不會(huì)改變，因?yàn)楫?dāng)實(shí)施切換時(shí)，電流僅以不同的“層(stories)”而不是在不同的方向流動(dòng)。

這個(gè)原理也可以在圖6b中看到，其示意性地示出了不同層中的電流，如圖3b或圖3c的晶體管堆疊布置所實(shí)現(xiàn)的。圖6b中的上開(kāi)關(guān)601表示包括半導(dǎo)體元件301的晶體管，并且圖6b的下開(kāi)關(guān)602表示包括圖3b的半導(dǎo)體元件321的晶體管。

圖5a表示根據(jù)本發(fā)明的另一方面的電容器。電容器包括用于連接正電位的第一端子引線500，其在圖5a中由“+”示意性地示出。電容器還包括用于連接負(fù)電位的第二端子引線502，其在圖5a中通過(guò)“-”描述。此外，設(shè)置有電介質(zhì)501，其布置在連接到第一端子引線500的正極504和連接到第二端子引線502的負(fù)極505之間。此外，提供第三端子引線503，其在支路506處連接到第二端子引線502，并且在區(qū)域507內(nèi)還沿著第一端子引線500延伸，但是與第一端子引線絕緣。

可以說(shuō)第一端子引線500和區(qū)域507內(nèi)的第三端子引線503之間的“同軸實(shí)現(xiàn)”在圖5b中示出，第一端子引線500被第三端子引線完全包圍，并且中間區(qū)域優(yōu)選地設(shè)置有電介質(zhì)508，然而，根據(jù)區(qū)域507的配置和長(zhǎng)度，可以使所述電介質(zhì)簡(jiǎn)單地為空氣。替代形式是帶狀線配置。如圖5c所示，第一端子引線500被配置為基板上的帶狀線，而第三端子503優(yōu)選地形成在兩側(cè)以便布置成靠近第一端子引線500。

將第三端子引線布置為緊挨著第一端子引線確保了在低損耗的情況下也可能再次發(fā)生切換，因?yàn)?無(wú)論大電流是否在第一端子引線或第三端子引線內(nèi)流動(dòng)-由該電流引起的磁場(chǎng)是相同，因?yàn)殡娏髟诘谌俗右€或第一端子引線中流動(dòng)，但是除此之外，它流向相同的方向。

優(yōu)選地，電容器包括樹(shù)脂殼體，其在圖5a中未示出，但其圍繞電介質(zhì)、兩個(gè)電極501、505和支路506。三個(gè)端子引線，即第一端子引線500、第二端子引線502和第三端子引線503延伸出樹(shù)脂外殼，第三端子引線在樹(shù)脂外殼處位于第一端子引線附近，然而，與第一端子引線501相比，它清楚定位成更遠(yuǎn)離第二端子引線502。此外，如圖5a所示，第三端子引線包括在區(qū)域507內(nèi)延伸，即緊挨著第一端子引線延伸的部分，而另外，第三端子引線包括緊挨著電介質(zhì)501延伸的另外的區(qū)域510。因此，第三端子引線由支路506、緊挨著電介質(zhì)501延伸的第二部分510、及沿著第一端子引線延伸出樹(shù)脂外殼、或者通常延伸出殼體的第一部分507組成。

另外，在一實(shí)施方式中，第三端子引線配置有一定厚度，第三端子引線與第一端子引線的距離小于第三端子引線的厚度。圖5d示出電路板560上的電容器的實(shí)現(xiàn)或布置。特別地，示出了電容器的樹(shù)脂殼體561以及第一端子引線500、第二端子引線502和第三端子引線503。特別地，在圖5d所示的實(shí)施方式中，用于連接正電位的第一端子引線500通過(guò)通孔562延伸穿過(guò)基板560，并且連接到位于電路板560的下側(cè)或后側(cè)上的導(dǎo)線563，而頂側(cè)也具有設(shè)置在其上的與第三端子503連接的導(dǎo)線。第二連接器502也連接到導(dǎo)線，然而該導(dǎo)線不連接到與第三端子503連接的導(dǎo)線。

圖6a示出圖1的開(kāi)關(guān)電源的示意性表示。圖6a特別闡明了電容器cf的第一端子引線500將連接到并聯(lián)支路中的晶體管對(duì)的相應(yīng)第一晶體管的漏極/集電極端子，然而，第二端子引線502將連接至電路接地422。另外，第三端子503將連接至晶體管對(duì)的相應(yīng)第二晶體管或下晶體管的發(fā)射極端子。在觀察圖6b時(shí)，圖6b示意性地描繪了圖3b的晶體管堆疊電路，可以看出，由于第三端子的布置或?qū)嶋H上存在第三端子，第三端子最適合于允許切換的低損耗操作，導(dǎo)致最佳電流分布關(guān)于堆疊的晶體管發(fā)生，使得電流傳導(dǎo)604或605始終發(fā)生在上“支路”或者以交替的方式發(fā)生在下“支路”，但是在相同的方向上，使得產(chǎn)生的磁場(chǎng)從外部看來(lái)通過(guò)電流流動(dòng)的“層的變化”幾乎保持不變，如圖3b所描述。這導(dǎo)致不需要再磁化，因此不會(huì)發(fā)生與再磁化有關(guān)的損耗。

圖5e通過(guò)例如已經(jīng)在圖5d中示出的電路板560的電路板示出了開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)。特別地，如圖5a所示的cf布置在電路板的一側(cè)，而由s1至s6示意性描繪的線圈lf以及晶體管堆疊電路安裝在電路板的另一側(cè)上。即使圖5e示出三個(gè)通孔從相應(yīng)的開(kāi)關(guān)對(duì)延伸到第三端子或延伸到與第三端子連接的導(dǎo)線，應(yīng)當(dāng)注意，單個(gè)通孔或僅兩個(gè)通孔也足夠，因?yàn)檫@三條線無(wú)論如何是短路。另外，圖5e示出了由線圈l1、l2、l3組成的線圈陣列也布置在電路板560的下側(cè)，即使線圈陣列或同樣電容器c可以布置在頂側(cè)，電容器c對(duì)應(yīng)于圖6a的輸出電容器cout，或者對(duì)應(yīng)于圖1的電容器152。電路板560關(guān)于圖5e中的表示的布置還可以改變，使得電容器cf布置在電路板的下側(cè)上而且至少晶體管堆疊電路布置在頂側(cè)上。

圖7a至8c示出了根據(jù)另一方面的線圈陣列的特征。具體地，線圈陣列包括第一桿701，該第一桿701包括第一間隙702和優(yōu)選在第一間隙702上延伸的第一繞組703。另外，設(shè)置了第二桿711，該第二桿711包括第二間隙712和第二繞組713，第二繞組713優(yōu)選在第二間隙712上延伸。同時(shí)圖7b示出橫截面，圖7a示出元件的頂視圖，然而去除了蓋元件720。因此，圖7a是桿701、711和721以及底板元件730的頂視圖，底板元件730連接到第一桿和第二桿的每個(gè)的不同端，而蓋元件連接到第一桿和第二桿的每個(gè)的一端，如圖7b的橫截面中最好看出的。圖7b中的橫截面進(jìn)一步示意性地示出了環(huán)回桿或回流路徑桿740，其由鐵磁材料制成，正如桿701、711、721，但沒(méi)有設(shè)置間隙或氣隙。環(huán)回桿740設(shè)置用于閉合磁場(chǎng)回路。在圖7a中，磁場(chǎng)線的方向在750處被拉入，使得磁場(chǎng)線從圖平面出來(lái)并通過(guò)環(huán)回桿740延伸到圖平面中，如751處所示。因此，所有三個(gè)線圈l1、l2和l3的磁路都關(guān)閉。如圖7a所示，線圈陣列通?？梢园▋蓚€(gè)、三個(gè)，四個(gè)或甚至更多單個(gè)的線圈，其繞組全部配置成使得桿內(nèi)的場(chǎng)線具有氣隙并且設(shè)置有沿相同方向進(jìn)行并且通過(guò)環(huán)形元件740在另一方向上進(jìn)行的繞組。

當(dāng)在開(kāi)關(guān)電源內(nèi)使用線圈陣列時(shí)，單個(gè)線圈的一些或者正端子互相分開(kāi)，然而線圈的其他或負(fù)端子或者接地端子可以處于相同的電位，即可能短路。

通常優(yōu)選使用k個(gè)桿，每個(gè)具有一個(gè)氣隙，其中，k≥3。此外，如圖7a示意性地所示，在k＝3的情況下，通常在k個(gè)桿之間布置環(huán)回桿，使得環(huán)回桿的軸線形成圓的中心，k個(gè)桿的軸線布置在圓的中心上，兩個(gè)軸線之間的角度在公差范圍內(nèi)分別相同，公差范圍為360°除以k的±10％。在圖7a所示的實(shí)施方式中，桿的兩個(gè)相鄰軸線之間的角度為360°除以3，即120°，使得公差范圍為120°的±10％，即兩軸線之間的角度優(yōu)選為108°至132°的范圍。當(dāng)k等于4時(shí)，桿具有四個(gè)線圈，因此采用四個(gè)并聯(lián)支路時(shí)，兩個(gè)相鄰線圈之間的角度將為90°，并且公差范圍將為90°±9°。

例如，當(dāng)使用六個(gè)線圈時(shí)，兩個(gè)相鄰桿軸線之間的角度將為60°，公差范圍將為±6°。優(yōu)選的是以盡可能均勻的方式將各個(gè)線圈分布在圓圈上，因?yàn)樵谶@種情況下，通過(guò)環(huán)回桿751的場(chǎng)線環(huán)回以特別平滑和無(wú)故障的方式起作用，這又導(dǎo)致線圈陣列在電磁兼容性和損耗方面的良好性能。

圖8a至8c示出了線圈陣列的替代實(shí)施方式，其中，與圖7a不同，沒(méi)有設(shè)置單獨(dú)的環(huán)回元件，但是可以在相鄰的線圈中進(jìn)行場(chǎng)線環(huán)回。為此，如圖8a中示意性地所示，圖1的每個(gè)線圈細(xì)分成例如兩個(gè)或更多個(gè)部分，從圖7a包括三個(gè)線圈的線圈陣列的示意性頂視圖類推，因此，圖8a再次示出六個(gè)線圈截面，去除了蓋元件720。從圖7a類推，在圖8a中同樣設(shè)置包括氣隙801的第一桿，此外，也包括氣隙和繞組的第二桿803。而且，設(shè)置有第三桿802以及，此外第四桿804。第二桿803布置在第一桿801與第三桿802之間。此外，第三桿802布置在第二桿803與第四桿804之間。此外，第四桿804布置在第三桿802與第一桿801之間。

此外，單個(gè)桿上的繞組由在其他桿上的繞組串聯(lián)形成。具體地，第一桿801上的第一繞組與第三桿802上的第三繞組串聯(lián)連接。因此，例如，第一繞組，即在桿801上的繞組，例如由圖8c中的811表示，以及在圖8c的第三桿802上串聯(lián)連接的繞組812形成如圖1所示的開(kāi)關(guān)電源的第一線圈l1。設(shè)置相應(yīng)的布線用于形成第二線圈，該線圈由環(huán)繞桿803、804的繞組形成，如圖8中的l2a和l2b所示。對(duì)于圖1的第三線圈ln存在類似的布置，其由環(huán)繞桿805、806的兩個(gè)繞組形成。

在圖8b中以示意性形式示出圖8a的線圈陣列的側(cè)視圖。具體地，圖8b示出了一起形成第三線圈并因此由圖8a中的l3a和l3b表示的桿805、806。該圖還示出了氣隙和繞氣隙布置的繞組，如例如在820的氣隙以及在821的繞組所示。此外，圖8b進(jìn)一步僅以實(shí)例的方式示出了形成第一線圈的第二部的桿802(即，l1b)和形成第二線圈的第二部的桿804。

如圖8a示意性地所描述，環(huán)繞桿的線圈或繞組被連接，使得磁場(chǎng)線以交替的方式在桿內(nèi)延伸，使得例如在桿801內(nèi)，磁場(chǎng)線延伸到圖平面中，并且在桿806內(nèi)，磁場(chǎng)線延伸出圖平面。因此，在桿801內(nèi)延伸的磁場(chǎng)線的環(huán)回可以跨越兩個(gè)相鄰的桿發(fā)生。這由圖8a中的環(huán)回箭頭830所示。然而，應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)于圖8c中的表示，l1a的場(chǎng)線的實(shí)際回流或環(huán)回不在桿802內(nèi)發(fā)生，而是在兩個(gè)相鄰桿803、806內(nèi)部，在圖8a中所示的實(shí)施方式中包括三個(gè)線圈，即六個(gè)繞組，或三對(duì)繞組。

通常，圖8a的線圈陣列包括，例如，i個(gè)桿，每個(gè)具有一個(gè)氣隙，i是偶數(shù)并且≥4。此外，優(yōu)選的是，i個(gè)桿的軸線布置在圓圈上，兩個(gè)相鄰軸線之間的角度分別在公差范圍內(nèi)相同，公差范圍為360°除以i的±10％。因此，例如，如果i等于6，兩個(gè)線圈之間的角度，即l1b與l2b之間的角度＝60°±6°的公差。

此外，設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)包括相對(duì)低的磁導(dǎo)率的緊固元件850，緊固元件布置在底板元件730和蓋元件720之間，以將線圈陣列保持在一起。如圖8b所示，可以存在中央緊固元件，或者可替代地，可以布置在任何期望的位置分布的緊固元件，并且其放置不是決定性的，因?yàn)樗鼈儾槐靥峁┉h(huán)回，與圖7a中示出的實(shí)施方式相比，這是差異，其中，環(huán)回通過(guò)同時(shí)用作緊固元件的元件來(lái)操作。

如圖8b中示意性所示，每個(gè)桿由從蓋元件延伸的第一桿部805a和從底板元件延伸的第二桿部805b組成。此外，優(yōu)選設(shè)置鑲嵌或襯里、盤(pán)820而不是氣隙，或者作為間隙的實(shí)現(xiàn)，所述鑲嵌盤(pán)由非鐵磁材料形成并且表示間隙。

因此，可以提供線圈陣列的特別有利的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榫€圈陣列的重要特性可以通過(guò)使用不同厚度的鑲嵌盤(pán)820來(lái)實(shí)現(xiàn)。只需要庫(kù)存具有已連接的桿部的相同的蓋和底板元件以及相應(yīng)的鑲嵌盤(pán)，因?yàn)樵谶@種情況下，通過(guò)裝配相應(yīng)的繞組，在插入鑲嵌盤(pán)之后通過(guò)利用安裝的桿部裝配底板或蓋元件，以及隨后通過(guò)緊固元件850緊固能夠容易地組裝。

以下將闡述所描述的電路的各個(gè)部件的優(yōu)選種類的尺寸。關(guān)于圖4，針對(duì)線圈lf410優(yōu)選小于100μh的電感。具體地，10與小于100μh之間的值提供良好的結(jié)果。圖4中的電容cf412優(yōu)選小于10μf并且具體地，尤其優(yōu)選1與小于10μf之間的值。

如已經(jīng)闡述的，圖1和/或圖4中的整個(gè)電路適用于要處理的5kw的功率，其中可以使用5到16a的數(shù)量級(jí)的電流。從該觀點(diǎn)來(lái)看，各個(gè)電感l(wèi)1、l2、ln在小于100μh的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為1至小于100μh的范圍。

控制器160使用的用于控制各個(gè)周期的頻率為約500khz；特別地，可以根據(jù)需要采用100khz和1mhz之間的頻率。

圖7a至8c的線圈陣列的尺寸如下：優(yōu)選地，圖7a或者圖8a的線圈陣列的形狀是圓柱形并且具有從底板元件的下邊緣到蓋元件的上邊緣5cm的高度，原則上也可以使用2cm和7cm之間的值。對(duì)于底板元件或蓋元件的圓形形狀，直徑為5cm，也可以使用3至7cm的其他直徑。

作為用于底板和蓋元件的材料以及用于包括氣隙的桿或者如圖7a所示不包括氣隙的桿的材料，可采用具有良好鐵磁特性的燒結(jié)材料，例如可從ferroxcube公司獲得。

在這方面，還應(yīng)當(dāng)注意，蓋元件或底板元件的形狀不需要一定是圓形的，而是可以具有任何期望的形狀。由于距離相等的情況，優(yōu)選包括如圖8a、7a所示的繞組的各個(gè)棒的圓形布置，即使底板元件和蓋元件的形狀可以是任意的。然而，圓形布置不是絕對(duì)必要的。特別是當(dāng)觀察圖7a時(shí)，環(huán)回桿740的軸線和包括氣隙的桿之間的距離可以從桿到桿之間變化，使得包括來(lái)自環(huán)回桿的氣隙的多個(gè)桿的距離不相同。此外，角度也不一定必須是均等分布的。然而，優(yōu)選地，包括氣隙的桿與環(huán)回桿之間的距離小于包括氣隙的兩個(gè)相鄰桿之間的距離。

關(guān)于圖8a，應(yīng)當(dāng)注意，同樣地，理想的圓形布置是優(yōu)選的，但不是絕對(duì)必要的。此外，包括氣隙的單個(gè)桿和緊固元件150和/或線圈陣列的中心軸線之間的距離也不需要一定對(duì)于包括氣隙的所有桿都是相同的。此外，單個(gè)桿與相鄰桿的距離不一定必須相同，即使優(yōu)選盡可能對(duì)稱地布置，因?yàn)樵谶@種情況下，場(chǎng)線將以最佳方式分布在兩個(gè)相鄰線圈之間，以便提供他們的環(huán)回。

另外，例如，圖8a和圖7a中布置在桿上的諸如821的繞組例如跨越氣隙，諸如820。在圖8c中也示出對(duì)應(yīng)的布置。然而，這不是絕對(duì)必要的。例如，桿內(nèi)的氣隙也可以位于繞組上方和繞組下方。

上述實(shí)施方式僅表示本發(fā)明的原理的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的布置及細(xì)節(jié)的修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。這是旨在僅由所附專利權(quán)利要求的范圍，而不是由通過(guò)對(duì)實(shí)施方式的描述和說(shuō)明而呈現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)來(lái)限定本發(fā)明的原因。