CN104660018B - 半导体器件驱动电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子技术领域，提供了一种半导体器件驱动电源电路，所述电路包括相互连接的电压检测模块和控制模块；其中，所述控制模块包括第一电容C5、正压控制单元和负压控制单元，正压控制单元和负压控制单元串联，第一电容C5与串联后的正压控制单元和负压控制单元并联；所述正压控制单元包括并联的稳压二极管D1和第一分压子单元；所述负压控制单元包括并联的第二电容C2、第一电阻R2和第二分压子单元；所述第一分压子单元包括至少一第二电阻R1，所述第二分压子单元包括串联的第三电阻R4和第一开关S2。本发明实施例的半导体器件驱动电源电路解决现有的半导体器件驱动电源电路正压不稳定的问题。

Description

半导体器件驱动电源电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种半导体器件驱动电源电路。
背景技术
绝缘栅半导体器件(下文简称半导体器件)如IGBT、MOSFET所需的驱动电源，通常与控制单板的电源是隔离的，通过反激、推挽等拓扑经过变压器隔离产生一个电源驱动半导体器件工作。从成本及安规角度考虑，此电源通常是开环的，即随着驱动负载或输入电压的变化，该电源电压是波动的。
为了半导体器件能可靠关断，通常需要给半导体器件增加一个负压。图1所示为现有的常用的电源方案，图中D1为稳压二极管，C1、C2、C3为电源的稳压电容，R1为电阻。图1电源为常用的驱动电源，负压通过稳压二极管产生，不管任何工况下都能保证负压的稳定性，从而保证了半导体器件能够可靠关断，但是由于稳定负压，导致在负载变化或输入电源变化时，其正电压会随着变化，从而影响半导体器件的开关损耗及导通损耗，尤其是负载变大时，正电源电压下降导致损耗增加。图2所示电源采用稳压二极管稳正压的方案，该方案的好处是正压随时都可以保持稳定，从而保证半导体器件的损耗为一定值，损耗不会因为输入降低或负载变大而变大，缺点是因为负压不是稳定的，当输入电压降低或负载变大负压会变小从而影响半导体器件的可靠关断。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种半导体器件驱动电源电路，旨在解决现有的半导体器件驱动电源电路正压不稳定的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种半导体器件驱动电源电路，所述电路包括相互连接的电压检测模块和控制模块；其中，
所述控制模块包括第一电容C5、正压控制单元和负压控制单元，
正压控制
单元和负压控制单元串联，第一电容C5与串联后的正压控制单元和负压控制单元并联；所述正压控制单元包括并联的稳压二极管D1和第一分压子单元；所述负压控制单元包括并联的第二电容C2、第一电阻R2和第二分压子单元；所述第一分压子单元包括至少一第二电阻R1，所述第二分压子单元包括串联的第三电阻R4和第一开关S2；
所述稳压二极管D1的正极接地，负极为输出的正极；所述第二电容C2一端连接所述稳压二极管D1的正极，另一端为输出的负极；
所述电压检测模块控制第一开关S2，使所述第一开关S2在输入电压大于预设的阈值时闭合，小于所述预设的阈值时断开。
进一步地，当所述第一开关S2闭合时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第一开关S2断开时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
进一步地，所述第一分压子单元还包括串联的第四电阻R3和第二开关S1，所述第二电阻R1与串联后的第四电阻R3和第二开关S1并联；
所述电压检测模块控制第一开关S2和第二开关S1，当输入电压大于预设的阈值时，使第二开关S1断开并所述第一开关S2闭合；
当输入电压小于预设的阈值时，使第二开关S1闭合并所述第一开关S2断开。
进一步地，当所述第二开关S1断开、所述第一开关S2闭合时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第二开关S1闭合、所述第一开关S2断开时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第四电阻R3满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
进一步地，所述第一分压子单元还包括第四电容C3，与所述第四电阻R3并联。
进一步地，当所述第二开关S1断开、所述第一开关S2闭合时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第二开关S1闭合、所述第一开关S2断开时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第四电阻R3满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
进一步地，第二分压子单元还包括第三电容C4，与所述第三电阻R4并联。
进一步地，所述第一分压子单元还包括第五电容C1，与所述第二电阻R1并联。
进一步地，所述第一开关S2和第二开关S1为三极管、MOS管或IGBT。
进一步地，所述电压检测模块为电阻分压检测模块、电压检测芯片或AD芯片。
本发明实施例提出了一种半导体器件驱动电源电路，实现了在电源正常工作时稳定正压，在电源低到一定程度时，即不稳定正压也不稳负压，而是将大部分电源电压都加到负压上，既保证了半导体器件可靠关断，又不至于使电路太复杂。
附图说明
图1是现有技术的半导体器件驱动电源电路图；
图2是现有技术的另一半导体器件驱动电源电路图；
图3是本发明实施例一提供的半导体器件驱动电源电路图；
图4是本发明实施例二提供的半导体器件驱动电源电路图；
图5是本发明实施例三提供的半导体器件驱动电源电路图；
图6是本发明实施例三提供的半导体器件驱动电源电路中电压检测模块的电路图；
图7是本发明实施例四提供的半导体器件驱动电源电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明实施例一提出一种半导体器件驱动电源电路。如图3所示，本发明实施例一的一种半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述电路包括相互连接的电压检测模块10和控制模块20。
其中，控制模块20包括第一电容C5、正压控制单元21和负压控制单元22。正压控制单元21和负压控制单元22串联，第一电容C5与串联后的正压控制单元21和负压控制单元22并联。正压控制单元21包括并联的稳压二极管D1和第一分压子单元211；负压控制单元22包括并联的第二电容C2、第一电阻R2和第二分压子单元221。第一分压子单元211包括至少一第二电阻R1，第二分压子单元221包括串联的第三电阻R4和第一开关S2。稳压二极管D1的负极为输出的正极，稳压二极管D1的正极接地，第二电容C2一端与稳压二极管D1连接，另一端为输出的负极。电压检测模块10发送控制信号控制第一开关S2的关断，使得第一开关S2在输入电压大于预设的阈值时闭合，小于阈值时断开。
当第一开关S2闭合时，第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当第一开关S2断开时，第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
当电压检测模块10检测到电压大于阈值时(如25V)，发送控制信号控制第一开关S2闭合，此时正压值为由于稳压二极管D1正常工作，稳定正压。当电压检测模块10检测到电压小于阈值时，电压异常，则发送控制信号控制第一开关S2断开，此时正压值为由于因此稳压二极管D1不能正常工作，(V+-V-)的电压大部分加在了第一电阻R2上，从而保证有足够的负压来关断半导体器件，此时正压非常低。
在本发明实施例一中，第二电容C2保证了电源上始终有一定的电容值，不管是开通还是关断的过程，负电源的第二电容C2都需要流过电流。
电压检测模块可通过电阻分压的方法检测电源电压是否够高，通过逻辑电路控制第一开关S2，第一开关S2可以通过三极管、MOS管、IGBT或其他带有开关功能的半导体器件实现。电源电压的检测除了电阻分压外还可以通过电压检测芯片或AD芯片等方法实现。
本发明实施例提出了一种半导体器件驱动电源电路，实现了在电源正常工作时稳定正压，在电源低到一定程度时，即不稳定正压也不稳负压，而是将大部分电源电压都加到负压上，既保证了半导体器件可靠关断，又不至于使电路太复杂。
实施例二
本发明实施例二提出一种半导体器件驱动电源电路。如图4所示，本发明实施例二的半导体器件驱动电源电路与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，第二分压子单元221还包括第三电容C4，与第三电阻R4并联。如果没有第三电容C4，把所有电容加在第二电容C2上会导致上电瞬间负压上升过慢影响可靠性，所以负电压的电容分为两部分第三电容C4和第二电容C2，一部分是上电瞬间就存在的第二电容C2，另一部分第三电容C4待电源电压达到可以正常开通半导体器件时再投入进来，第三电阻R4可给第三电容C4放电。
实施例三
本发明实施例三提出一种半导体器件驱动电源电路。如图5所示，本发明实施例三的半导体器件驱动电源电路与实施例二的区别在于，在实施例二的基础上，第一分压子单元211还包括了第四电阻R3和第二开关S1，第四电阻R3和第二开关S1串联后与第二电阻R1并联于正极和地之间。
电压检测模块10发送控制信号控制第一开关S2和第二开关S1，当输入电压大于预设的阈值时，使第二开关S1断开并所述第一开关S2闭合；
当输入电压小于预设的阈值时，使第二开关S1闭合并所述第一开关S2断开。
进一步地，还可以包括第四电容C3，与第四电阻R3并联。第四电容C3的作用有二：一是在上电的过程中，因为第四电容C3的存在则输出的正压V+上升的速度比负压V-慢，从而保证上电瞬间的电路可靠性；二是在从正常状态到故障状态切换的过程中，第二开关S1闭合导致第四电容C3的投入能迅速拉低正电压从而提高负电压。第四电阻R3可给第四电容C3放电。
当第二开关S1断开、第一开关S2闭合时，第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当第二开关S1闭合、第一开关S2断开时，第一电阻R2、第二电阻R1、第四电阻R3满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
在本实施例中，也可将第三电容C4去掉，但是需要在GND与V-之间保证足够的电容值，这样半导体器件在开通或关断时负电压不会波动太大。
同样，本发明实施例中，电压检测模块可通过逻辑电路控制第一开关S2和第二开关S1(如图6所示)，第一开关S2和第二开关S1可以通过三极管、MOS管、IGBT或其他带有开关功能的半导体器件实现。
实施例四
本发明实施例四提出一种半导体器件驱动电源电路。如图7所示，本发明实施例四的半导体器件驱动电源电路与实施例三的区别在于，在实施例三的基础上，第一分压子单元211还包括了第五电容C1，与第二电阻R1并联。
在本发明实施例四中，第五电容C1、第二电容C2的电容值通常比第四电容C3、第三电容C4小。第五电容C1可使上电瞬间正电压的上升速度比负电压更快。
为进一步说明本发明实施例四，现举例说明如下：
假设：
VZ＝18V；
R1＝5k；
R2＝20k；
R3＝10K；
R4＝1K；
则第二电阻R1并联第四电阻R3后的阻值为3.33k，第一电阻R2并联第三电阻R4后的阻值为0.95k。
异常情况下，即输入电压低于一预设阈值如25V时，第二开关S1闭合，第一开关S2断开。此时假设输入电压为20V，则20V电压加在3.3K和20k两个电阻上，则输出的正电压为2.83V，负压为-17.17V，此时大部分电压都加在了负压上，正压很低，稳压二极管D1不起稳压的作用。
正常状态下，即输入电压高于25V时，第二开关S1断开，第一开关S2闭合，此时假设输入电压为28V，则在没有稳压二极管D1的情况下，该28V电压在5k和0.95k两个电阻上分到的电压分别是23.53V和4.47V，但是因为有稳压二极管D1的存在，正电压被钳在了18V，负电压为-10V。
在本实施例中，也可将第三电容C4去掉，但是需要在GND与V-之间保证足够的电容值，这样半导体器件在开通或关断时负电压不会波动太大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述电路包括相互连接的电压检测模块和控制模块；其中，
所述控制模块包括第一电容C5、正压控制单元和负压控制单元，正压控制单元和负压控制单元串联，第一电容C5与串联后的正压控制单元和负压控制单元并联；所述正压控制单元包括并联的稳压二极管D1和第一分压子单元；所述负压控制单元包括并联的第二电容C2、第一电阻R2和第二分压子单元；所述第一分压子单元包括至少一第二电阻R1，所述第二分压子单元包括串联的第三电阻R4和第一开关S2；
所述稳压二极管D1的正极接地，负极为输出的正极；所述第二电容C2一端连接所述稳压二极管D1的正极，另一端为输出的负极；
所述电压检测模块控制第一开关S2，使所述第一开关S2在输入电压大于预设的阈值时闭合，小于所述预设的阈值时断开。
2.如权利要求1所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，
当所述第一开关S2闭合时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第一开关S2断开时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
3.如权利要求1所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述第一分压子单元还包括串联的第四电阻R3和第二开关S1，所述第二电阻R1与串联后的第四电阻R3和第二开关S1并联；
所述电压检测模块控制第一开关S2和第二开关S1，当输入电压大于预设的阈值时，使第二开关S1断开并所述第一开关S2闭合；
当输入电压小于预设的阈值时，使第二开关S1闭合并所述第一开关S2断开。
4.如权利要求3所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，
当所述第二开关S1断开、所述第一开关S2闭合时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第二开关S1闭合、所述第一开关S2断开时，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第四电阻R3满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
5.如权利要求3所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述第一分压子单元还包括第四电容C3，与所述第四电阻R3并联。
6.如权利要求5所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，
当所述第二开关S1断开、所述第一开关S2闭合，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第三电阻R4满足以下条件：
当所述第二开关S1闭合、所述第一开关S2断开，所述第一电阻R2、第二电阻R1、第四电阻R3满足以下条件：
其中，V+为输出的正压值，V-为输出的负压值，Vz为稳压二极管D1的稳压值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，第二分压子单元还包括第三电容C4，与所述第三电阻R4并联。
8.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述第一分压子单元还包括第五电容C1，与所述第二电阻R1并联。
9.如权利要求1至6任一项所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述第一开关S2和第二开关S1为三极管、MOS管或IGBT。
10.如权利要求1至6中任一项所述的半导体器件驱动电源电路，其特征在于，所述电压检测模块为电阻分压检测模块、电压检测芯片或AD芯片。
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