双向开关的介绍/特性/结构/功能

什么是双向开关

双向电源开关 （BPS） 是一种使用 MOSFET 或 IGBT 构建的有源器件，在上电时允许双向双向电流流动，并在断电时阻止双向电压流。

由于它能够双向传导，因此可以将双向开关进行比较并符号化为普通的ON/OFF开关，如下所示：

在这里，我们可以看到在开关的“A”点施加正电压，在“B”点施加负电位，这允许电流流过“A”到“B”。只需改变电压极性即可逆转该动作。这意味着，BPS的点“A”和“B”可以用作可互换的输入/输出端子。

BPS 的最佳应用示例可以在所有基于 MOSFET 的商用 SSR 设计中看到。

特性

在电力电子中，双向开关（BPS）的特性定义为四象限开关，能够在导通状态下传导正电流或负电流，并在关断状态下阻断正电流或负电流。BPS

的四象限开/关图如下所示。

在上图中，象限以绿色表示，表示器件的导通状态，与电源电流或波形的极性无关。

在上图中，红色直线表示BPS器件处于关闭状态，无论电压或波形的极性如何，都绝对不提供传导。

BPS 应具备的主要功能

双向开关设备必须具有高度适应性，以实现从两侧轻松快速地传导电源，即跨越 A 到 B 和 B 到 A。

当用于直流应用时，BPS必须表现出最小的导通电阻（Ron），以改善负载的电压调节。

BPS 系统必须配备适当的保护电路，以承受极性变化期间或相对较高的环境温度条件下突然出现的浪涌电流。

双向开关结构

双向开关是通过将MOSFET或IGBT背靠背串联来构成的，如下图所示。

在这里，我们可以见证配置双向开关的三种基本方法。

在第一个图中，两个P沟道MOSFET配置为源极背靠背连接。

在第二张图中，可以看到两个N沟道MOSFET连接在其源极上，以实现BPS设计。

在第三种配置中，显示两个N沟道MOSFET连接到漏极，以执行预期的双向导通。

基本功能细节

让我们以第二种配置为例，其中MOSFET与其源极背靠背连接，假设正电压从“A”施加，负电压施加到“B”，如下所示：

在这种情况下，我们可以看到，当施加栅极电压时，允许来自“A”的电流流过左侧MOSFET，然后流过右侧MOSFET的内部正向偏置二极管D2，最后导通在点“B”处完成。

当电压极性从“B”反转为“A”时，MOSFET及其内部二极管会翻转其位置，如下图所示：

在上述情况下，BPS的右侧MOSFET与D1（左侧MOSFET的内部体二极管）一起打开，以实现从“B”到“A”的传导。