什么是雙向開關

雙向電源開關 （BPS） 是一種使用 MOSFET 或 IGBT 構建的有源器件，在上電時允許雙向雙向電流流動，并在斷電時阻止雙向電壓流。

由于它能夠雙向傳導，因此可以將雙向開關進行比較并符號化為普通的ON/OFF開關，如下所示：

在這里，我們可以看到在開關的“A”點施加正電壓，在“B”點施加負電位，這允許電流流過“A”到“B”。只需改變電壓極性即可逆轉該動作。這意味著，BPS的點“A”和“B”可以用作可互換的輸入/輸出端子。

BPS 的最佳應用示例可以在所有基于 MOSFET 的商用 SSR 設計中看到。

特性

在電力電子中，雙向開關（BPS）的特性定義為四象限開關，能夠在導通狀態下傳導正電流或負電流，并在關斷狀態下阻斷正電流或負電流。BPS

的四象限開/關圖如下所示。

在上圖中，象限以綠色表示，表示器件的導通狀態，與電源電流或波形的極性無關。

在上圖中，紅色直線表示BPS器件處于關閉狀態，無論電壓或波形的極性如何，都絕對不提供傳導。

BPS 應具備的主要功能

雙向開關設備必須具有高度適應性，以實現從兩側輕松快速地傳導電源，即跨越 A 到 B 和 B 到 A。

當用于直流應用時，BPS必須表現出最小的導通電阻（Ron），以改善負載的電壓調節。

BPS 系統必須配備適當的保護電路，以承受極性變化期間或相對較高的環境溫度條件下突然出現的浪涌電流。

雙向開關結構

雙向開關是通過將MOSFET或IGBT背靠背串聯來構成的，如下圖所示。

在這里，我們可以見證配置雙向開關的三種基本方法。

在第一個圖中，兩個P溝道MOSFET配置為源極背靠背連接。

在第二張圖中，可以看到兩個N溝道MOSFET連接在其源極上，以實現BPS設計。

在第三種配置中，顯示兩個N溝道MOSFET連接到漏極，以執行預期的雙向導通。

基本功能細節

讓我們以第二種配置為例，其中MOSFET與其源極背靠背連接，假設正電壓從“A”施加，負電壓施加到“B”，如下所示：

在這種情況下，我們可以看到，當施加柵極電壓時，允許來自“A”的電流流過左側MOSFET，然后流過右側MOSFET的內部正向偏置二極管D2，最后導通在點“B”處完成。

當電壓極性從“B”反轉為“A”時，MOSFET及其內部二極管會翻轉其位置，如下圖所示：

在上述情況下，BPS的右側MOSFET與D1（左側MOSFET的內部體二極管）一起打開，以實現從“B”到“A”的傳導。