CN110071620A - 一种控制电路、电压源电路、驱动装置和驱动方法 - Google Patents

一种控制电路、电压源电路、驱动装置和驱动方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种控制电路，包括：检测模块，用于检测半导体开关器件的工作条件；确定模块，用于根据工作条件确定半导体开关器件的门极允许电压；输出模块，用于根据门极允许电压向半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制驱动供电电路为半导体开关器件提供的门极导通电压不高于门极允许电压，并且与门极允许电压正相关。当半导体开关器件的工作条件变优时，半导体开关器件的门极允许电压升高，此时控制电路可以控制驱动供电电路为半导体开关器件提供不高于门极允许电压且增大的门极导通电压，有利于在保证半导体开关器件的可靠性的前提下，缩短其在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长，进而降低开关电源的损耗。

Description

一种控制电路、电压源电路、驱动装置和驱动方法
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种控制电路、电压源电路、驱动装置和驱动方法。
背景技术
开关电源，利用半导体开关器件在控制电路的控制下在全开模式和全闭模式之间切换，来对输入电压进行脉冲调制，从而实现交流到直流、或直流到直流、或直流到交流、或交流到交流的电压转换。因此被广泛应用于显示、照明、通讯、制冷等领域。
当半导体开关器件的门极驱动电压为高于半导体开关器件阈值电压的门极导通电压Von时，半导体开关器件处于全开模式；当门极驱动电压为低于半导体开关器件阈值电压的门极关断电压Voff时，半导体开关器件处于全闭模式。半导体开关器件的门极驱动电压由Voff切换为Von，并由Von再次切换为Voff时，半导体开关器件由全闭模式切换为全开模式，并由全开模式再次切换为全闭模式，这两种切换各自需要经历一定的模式切换时长。对于传统的硬开关电路，半导体开关器件在进行模式切换的过程中存在一定的损耗，从而限制了开关电源的工作频率；为了降低开关电源的损耗，需要缩短半导体开关器件的模式切换时长。
半导体开关器件的模式切换时长一般与半导体开关器件的门极导通电压和门极关断电压之间的差值有关，二者之间的差值越大，切换时长越短，反之，切换时长越长。对于半导体开关器件的门极关断电压为恒定值的开关电源，为了缩短模式切换时长，应提高门极导通电压。现有技术中，半导体开关器件的驱动电路提供的门极导通电压同样为恒定值，由于半导体开关器件的工作条件，比如工作温度，会发生变化，因此驱动电路一般会提供较低的门极导通电压，以保证半导体开关器件即使工作在极端条件(指最容易发生击穿的工作条件)下也不会发生击穿。
但是，半导体开关器件一般更多的工作在非极端条件下，此时，依据极端条件设置的门极导通电压较低，不利于缩短半导体开关器件的模式切换时长，因此不利于降低开关电源的损耗。
发明内容
本申请实施例提供了一种控制电路、电压源电路、驱动装置和驱动方法，用于解决门极导通电压过低而引起的开关电源损耗较大的问题。
本申请实施例第一方面提供一种控制电路，包括：检测模块，用于检测所述半导体开关器件当前的工作条件；确定模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压；输出模块，用于根据所述确定模块确定的所述门极允许电压向所述半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制所述驱动供电电路为所述半导体开关器件提供的门极导通电压不高于所述门极允许电压，并且与所述门极允许电压正相关。
结合本申请实施例第一方面，在本申请实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，所述确定模块包括第一门极允许电压确定子模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述门极允许电压的第一值，所述第一值不高于所述半导体开关器件的门极击穿电压。
结合本申请实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本申请第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一门极允许电压确定子模块包括门极击穿电压确定单元，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述半导体开关器件的门极击穿电压；第一门极允许电压确定单元，用于根据所述门极击穿电压确定单元确定的门极击穿电压和预设的第一裕量确定所述第一值。
结合本申请实施例第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在本申请实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，所述确定模块还包括第二门极允许电压确定子模块，用于根据所述半导体开关器件的导电沟道两端之间的允许电压和所述检测模块检测到的工作条件确定所述门极允许电压的第二值；第三门极允许电压确定子模块，用于根据所述第一门极允许电压确定子模块确定的第一值和所述第二门极允许电压确定子模块确定的第二值中的较小值确定所述门极允许电压。
结合本申请实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本申请实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，所述确定模块还包括沟道允许电压确定子模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压，所述导电沟道两端之间的允许电压不高于所述导电沟道两端之间的击穿电压。
结合本申请实施例第一方面的第四种可能的实现方式，在本申请实施例第一方面的第五种可能的实现方式中，所述沟道允许电压确定子模块包括沟道击穿电压确定单元，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述导电沟道两端之间的击穿电压；沟道允许电压确定单元，用于根据所述沟道击穿电压确定单元确定的导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定所述导电沟道两端之间的允许电压。
结合第一方面的第三种或第四种或第五种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在本申请实施例第一方面的第六种可能实现方式中，所述半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述导电沟道两端包括所述MOSFET的漏极和源极；或者，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述导电沟道两端包括所述IGBT的集电极和发射极。
结合本申请第一方面或第一方面的第一种至第六种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在本申请第一方面的第七种可能的实现方式中，所述工作条件包括所述半导体开关器件的工作温度，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作电流，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作平台电压，或者，所述半导体开关器件的工作温度、工作电流和工作平台电压。
本申请第二方面提供一种电压源电路，包括控制电路和驱动供电电路，所述驱动供电电路用于在所述控制电路的控制下为半导体开关器件提供门极导通电压，所述控制电路如本申请实施例第一方面中任意一种可能的实现方式中所述的控制电路。
本申请第三方面提供一种半导体开关器件的驱动装置，包括驱动电路和电压源电路，所述电压源电路包括驱动供电电路和如本申请实施例第一方面中任意一种可能的实现方式中所述的控制电路；所述驱动供电电路用于在所述控制电路输出的控制信号的控制下为所述驱动电路提供门极导通电压；所述驱动电路用于在接收到导通控制信号时将所述门极导通电压输出至半导体开关器件，以驱动所述半导体开关器件导通，在接收到关断控制信号时将门极关断电压输出至所述半导体开关器件，以驱动所述半导体开关器件关断。
本申请第四方面提供一种对半导体开关器件的驱动方法，包括：控制电路获取半导体开关器件当前的工作条件；所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压；所述控制电路根据所述门极允许电压向所述半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制所述驱动供电电路为所述半导体开关器件提供的门极导通电压不高于所述门极允许电压，并且与所述门极允许电压正相关。
结合第四方面，在本申请实施例第四方面的第一种可能的实现方式中，所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压包括：所述控制电路根据所述工作条件确定所述所述门极允许电压的第一值，所述第一值不高于所述半导体开关器件的门极击穿电压。
结合第四方面的第一种可能的实现方式，在第四方面的第二种可能的实现方式中，所述控制电路根据所述工作条件确定所述门极允许电压的第一值包括：所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极击穿电压；所述控制电路根据所述门极击穿电压和预设的第一裕量确定所述第一值。
结合第四方面的第一种或第二种可能的实现方式，在本申请第四方面的第三种可能实现方式中，所述方法还包括：所述控制电路根据所述半导体开关器件的导电沟道两端之间的允许电压和所述工作条件确定所述门极允许电压的第二值；所述控制电路根据所述第一值和所述第二值中的较小值确定所述门极允许电压。
结合第四方面的第三种可能的实现方式，在本申请第四方面的第四种可能的实现方式中，所述方法还包括：所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压，所述导电沟道两端之间的允许电压不高于所述导电沟道两端之间的击穿电压。
结合第四方面的第四种可能的实现方式，在本申请实施例第四方面的第五种可能的实现方式中，所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压包括：所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的击穿电压；所述控制电路根据所述导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定所述导电沟道两端之间的允许电压。
结合第四方面的第三种或第四种或第五种可能的实现方式，在本申请实施例的第四方面的第六种可能的实现方式中，所述半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述导电沟道两端包括所述MOSFET的漏极和源极；或者，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述导电沟道两端包括所述IGBT的集电极和发射极。
结合第四方面或第四方面的第一种至第六种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在本申请第四方面的第七种可能的实现方式中，所述工作条件包括所述半导体开关器件的工作温度，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作电流，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作平台电压，或者，所述半导体开关器件的工作温度、工作电流和工作平台电压。
由以上方案可知，本申请实施例提供的控制电路中，检测模块可以检测到所述半导体开关器件当前的工作条件，确定模块可以根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压，输出模块可以根据所述确定模块确定的所述门极允许电压向所述半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制所述驱动供电电路为所述半导体开关器件提供不高于所述门极允许电压并且与所述门极允许电压正相关的门极导通电压。当半导体开关器件的工作条件变优时，半导体开关器件的门极允许电压升高，此时控制电路可以控制驱动供电电路为半导体开关器件提供不高于门极允许电压且增大的门极导通电压，有利于在保证半导体开关器件的可靠性的前提下，缩短其在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长，并提高其在全开模式下的导通性能，进而降低开关电源的损耗。
附图说明
图1是本申请电子设备一个实施例示意图；
图2是本申请实施例驱动装置的一个应用场景示意图；
图3是电压随工作条件的变化示意图；
图4是本申请实施例电压源电路一个应用场景示意图；
图5是本申请对半导体开关器件的驱动方法一个实施例示意图；
图6是本申请控制电路一个实施例示意图；
图7是本申请控制电路另一个实施例示意图；
图8是本申请控制电路另一个实施例示意图；
图9是本申请控制电路中第一门极允许电压确定子模块的一个实施例示意图；
图10是本申请电子设备的另一个实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本申请实施例提供一种控制电路，可以在半导体开关器件的工作条件变优时，控制驱动供电电路提高为半导体开关器件提供的门极导通电压，以缩短半导体开关器件在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长，进而降低损耗。本申请实施例还提供了电压源电路、驱动装置以及电子设备。本申请实施例提供的控制电路可以设置在本申请提供的电压源电路中，本申请实施例提供的电压源电路可以设置在本申请提供的驱动装置中，本申请实施例提供的驱动装置可以设置在本申请提供的电子设备中。下面首先介绍本申请实施例提供的电子设备。
图1为本申请提供的电子设备的一个实施例示意图。参考图1，本申请提供的电子设备1一个实施例可以包括半导体开关器件11和驱动装置12，其中，驱动装置12用于根据接收到的控制信号向半导体开关器件11的门极和导电沟道的一端输出门极驱动电压，具体的，在接收到导通控制信号时向半导体开关器件11输出门极导通电压，在接收到关断控制信号时向半导体开关器件11输出门极关断电压，门极导通电压高于半导体开关器件11的阈值电压，门极关断电压低于半导体开关器件11的阈值电压。图1中，半导体开关器件11的第一端和第二端对应于半导体开关器件导电沟道的两端，半导体开关器件11在门极驱动电压的驱动下在第一端和第二端之间产生导通或关断，具体的，在门极导通电压的驱动下在第一端和第二端之间形成导电沟道进而导通，在门极关断电压的驱动下在第一端和第二端之间截止导电沟道进而关断。示例性的，图1以驱动装置12向半导体开关器件11的门极和第二端输出门极驱动电压为例，在实际应用中，本领域技术人员可以根据半导体开关器件11的结构和电路设计的需要选择向其门极和第一端输出门极驱动电压，或者选择向其门极和第二端输出门极驱动电压，此处不做具体限定。
示例性的，本申请实施例提供的电子设备1中的半导体开关器件11可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)或者绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。若该半导体开关器件11为MOSFET，那么该半导体开关器件11的第一端和第二端对应于MOSFET的导电沟道两端的漏极和源极；若该半导体开关器件11为IGBT，那么该半导体开关器件11的第一端和第二端对应于IGBT的导电沟道两端的集电极和发射极。
本申请实施例提供的电子设备1可以是开关电源。开关电源是利用半导体开关器件在控制信号的控制下在全开模式和全闭模式之间切换，来对输入的直流电或交流电进行脉冲调制，从而实现从电网或电池的一次电能到符合负载要求的二次电能的转换。开关电源的输入端可以接入交流电或交流电，其输出端可以向负载输出直流电或交流电。
下面对本申请实施例提供的驱动装置12进行介绍。
图2为本申请驱动装置12的一个应用场景示意图，参考图2，本申请驱动装置12一个实施例包括驱动电路121和电压源电路122，电压源电路122用于为驱动电路121提供门极导通电压，驱动电路121用于接收控制信号，并根据接收到的控制信号向半导体开关器件11的门极和导电沟道的一端(图2以半导体开关器件11的第二端为例)输出门极驱动电压，以驱动半导体开关器件11在第一端和第二端之间产生导通或关断，具体的，驱动电路121在接收到导通控制信号时将电压源电路122提供的门极导通电压输出至半导体开关器件11的门极和第二端，以驱动半导体开关器件11在第一端和第二端之间导通，在接收到关断控制信号时将门极关断电压输出至半导体开关器件11的门极和第二端，以驱动半导体开关器件11在第一端和第二端之间关断，示例性的，门极关断电压可以为地电平或某恒定的负电平。
驱动电路121接收到的控制信号由关断控制信号改变为导通控制信号时，驱动电路121向半导体开关器件11输出的门极驱动电压由门极关断电压改变为门极导通电压，此时，半导体开关器件11的门极和第二端间的电压由门极关断电压逐渐升高，经历一定时长后，达到门极导通电压，半导体开关器件11完成由全闭模式至全开模式的切换；驱动电路121接收到的控制信号由导通控制信号改变为关断控制信号时，驱动电路121向半导体开关器件11输出的门极驱动电压由门极导通电压改变为门极关断电压，此时，半导体开关器件11的门极和第二端间的电压由门极导通电压逐渐降低，经历一定时长后，达到门极关断电压，半导体开关器件11完成由全开模式至全闭模式的切换。半导体开关器件11在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长越大，则电子设备1的开关损耗越大，为了降低损耗，需要提高电压源电路122输出的门极导通电压，以缩短半导体开关器件11的模式切换时长。但是，为了保证半导体开关器件11的可靠性，需要限制电压源电路122输出的门极导通电压不高于半导体开关器件11的门极允许电压，因此，可以将电压源电路122输出的门极导通电压设置为尽量接近甚至达到半导体开关器件11的门极允许电压，以在满足可靠性要求的前提下，尽量降低电子设备1的损耗。
对于给定的半导体开关器件11，其门极允许电压的大小主要受到其所处的工作条件的影响，当半导体开关器件11所处的工作条件发生改变时，其门极允许电压通常也会发生改变。图3中的曲线a代表半导体开关器件11的门极允许电压随工作条件的变化示意图，图3中横轴的箭头方向代表工作条件逐渐变优，通过曲线a可以看出，半导体开关器件11所处的工作条件变优时，其门极允许电压增大，半导体开关器件11所处的工作条件变恶劣时，其门极允许电压减小。现有技术中，电压源电路122向驱动电路121提供的门极导通电压为恒定电压，并且由于半导体开关器件11所处的工作条件会发生变化，为了保证半导体开关器件11的可靠性，现有技术中的电压源电路122提供的门极导通电压不高于最恶劣的工作条件(或称作极端条件，如图3中的工作条件A)下的门极允许电压，因此，现有技术中电压源电路122提供的门极导通电压随工作条件的变化曲线可以参考图3中的直线b所示。通过比较图3中的曲线a和直线b可以看出，当半导体开关器件11工作在较优的工作条件(如图3中的工作条件B)时，电压源电路122提供的门极导通电压远低于半导体开关器件11的门极允许电压，这不利于缩短半导体开关器件11的模式切换时长，将为电子设备1带来较高损耗。
为了解决上述问题，本申请实施例提供一种电压源电路122。图4为本申请电压源电路122的一个应用场景示意图。如图4所示，本申请实施例中的电压源电路122可以包括控制电路1221和驱动供电电路1222；控制电路1221用于根据半导体开关器件11所处的工作条件向驱动供电电路1222输出控制信号，驱动供电电路1222用于在该控制信号的控制下为半导体开关器件11提供不高于门极允许电压且与门极允许电压正相关的门极导通电压，具体的，驱动供电电路1222用于在该控制信号的控制下为驱动电路121提供门极导通电压，当驱动电路121接收到导通控制信号时，驱动电路121将驱动供电电路1222提供的门极导通电压输出至半导体开关器件11的门极和导电沟道的一端(图4以半导体开关器件11的第二端为例)。由于电压源电路122可以根据半导体开关器件11所处的工作条件调整为其提供的门极导通电压，当半导体开关器件11的工作条件变优时，电压源电路122为半导体开关器件11提供不高于门极允许电压且增大的门极导通电压，有利于在保证半导体开关器件11的可靠性的前提下，缩短其在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长，进而降低损耗。
下面介绍本申请实施例提供的控制电路1221。
首先通过描述控制电路1221执行的对半导体开关器件的驱动方法来介绍本申请实施例提供的控制电路1221的功能。
图5为本申请对半导体开关器件的驱动方法一个实施例示意图，参考图5，本申请对半导体开关器件的驱动方法一个实施例可以包括如下步骤：
100、检测半导体开关器件11当前的工作条件；
控制电路1221可以检测半导体开关器件11的工作条件，在本申请一种可能的实现方式中，工作条件可以包括半导体开关器件11的工作温度，或者，可以包括半导体开关器件11的工作温度和工作电流(半导体开关器件11导通时流经其第一端和第二端之间的电流)，或者，可以包括半导体开关器件11的工作温度和工作平台电压(半导体开关器件11关断时第一端和第二端之间的稳态电压)，或者，可以包括半导体开关器件11的工作温度、工作电流和工作平台电压，或者还可以包括其他具体的工作条件，此处不做排他性限定。
200、根据工作条件确定半导体开关器件11的门极允许电压；
对于给定的半导体开关器件11，其门极允许电压的大小主要受到其所处的工作条件的影响，当半导体开关器件11所处的工作条件发生改变时，其门极允许电压通常也会发生改变。在本申请实施例中，控制电路1221可以根据检测到的半导体开关器件11所处的工作条件来确定半导体开关器件11的门极允许电压。
半导体开关器件11的门极允许电压一般受到半导体开关器件11所处的多个工作条件影响，控制电路1221检测到的工作条件可以是该多个工作条件中的全部工作条件，或者，也可以是该多个工作条件中的部分工作条件。当控制电路1221检测到的工作条件是影响半导体开关器件11的门极允许电压的多个工作条件(例如工作温度、工作电流和工作平台电压)中的部分工作条件(例如工作温度)时，在根据工作条件确定半导体开关器件11的门极允许电压的过程时，控制电路1221可以认定该多个工作条件中未被检测到的工作条件(例如工作电流和工作平台电压)为可能的最恶劣的情况，比如工作电流为半导体开关器件11可能工作的最大工作电流，工作平台电压为半导体开关器件11可能工作的最大工作平台电压，以尽量保证半导体开关器件11的可靠性。
300、根据门极允许电压向驱动供电电路1222输出控制信号，以控制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供的门极导通电压。
控制电路1221确定半导体开关器件11的门极允许电压后，可以根据确定的门极允许电压向驱动供电电路1222输出控制信号，以控制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供不高于该门极允许电压且与该门极允许电压正相关的门极导通电压。
当半导体开关器件11的工作条件优化时，其门极允许电压相应增大，控制电路1221根据门极允许电压向驱动供电电路1222输出控制信号，可以控制驱动供电电路1222提高为半导体开关器件11提供的门极导通电压，以缩短半导体开关器件11在全开模式和全闭模式之间进行切换的模式切换时长，进而降低损耗。
在一种可能的实现方式中，控制电路1221可以控制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供与门极允许电压相同的门极导通电压，以进一步提高门极导通电压，降低损耗。
上述步骤200可以按照如下三种思路中的任意一种来具体实现：1)避免门极击穿；2)避免导电沟道击穿；3)避免门极击穿和导电沟道击穿。下面分别按照上述三种思路来介绍步骤200的细化步骤。
1)避免门极击穿
在本申请一种可能的实现方式中，步骤200可以具体包括如下细化步骤：
200A1、根据检测到的工作条件确定门极允许电压的第一值，该第一值不高于半导体开关器件的门极击穿电压；
控制电路1221可以根据检测到的全部或部分工作条件确定不高于半导体开关器件11的门极击穿电压的门极允许电压，可以将此处确定的门极允许电压的值称作第一值。
在一种可能的实现方式中，步骤200A1可以具体包括如下细化步骤：
200A11、根据检测到的工作条件确定半导体开关器件11的门极击穿电压；
控制电路1221可以根据半导体开关器件11的特性，响应于半导体开关器件11所处的工作条件，生成半导体开关器件11的门极击穿电压。工作条件越恶劣，半导体开关器件11的门极击穿电压越低，反之，门极击穿电压越高。示例性的，对于一般半导体开关器件11来说，半导体开关器件11的工作温度越高，其门极击穿电压越高，反之，其门极击穿电压越低，因此，控制电路1221可以根据检测到的工作温度确定半导体开关器件11的门极击穿电压。
200A12、根据门极击穿电压和预设的第一裕量确定门极允许电压的第一值。
为了尽量避免半导体开关器件11的门极发生击穿，控制电路1221可以根据确定的门极击穿电压和预设的第一裕量确定门极允许电压的第一值，该第一值小于门极击穿电压，并且与门极击穿电压正相关。第一裕量越大，则门极允许电压的第一值与门极击穿电压之间的差异越大，半导体开关器件11发生门极击穿的几率越低，可靠性越高；反之，第一裕量越小，门极允许电压的第一值与门极击穿电压之间的差异越小，门极允许电压的第一值越大，半导体开关器件11的模式切换时长越短，损耗越低。在一种可能的实现方式中，第一值可以为门极击穿电压和第一裕量的差值。
控制单元1221可以根据半导体开关器件11的工作条件确定其门极允许电压的第一值，以避免其发生门极击穿，并且工作条件变优时，控制单元1221确定的门极允许电压的第一值升高，控制单元1221可以控制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供更高的门极导通电压，以降低半导体开关器件11的模式切换时长，降低损耗。
2)避免导电沟道击穿
半导体开关器件11的自身内部和其所处的电子设备1中一般存在寄生电感和寄生电容，这会导致半导体开关器件11在导通或关断过程中发生振荡，从而在半导体开关器件11的导电沟道两端之间产生高于半导体开关器件11的工作平台电压的电压尖峰，因此，即使限制工作平台电压不高于半导体开关器件11的导电沟道两端之间的击穿电压，若电压尖峰高于半导体开关器件11的导电沟道两端之间的击穿电压，半导体开关器件11的导电沟道仍会发生击穿。可见，必须限制半导体开关器件11的导电沟道两端之间的电压尖峰不高于其导电沟道两端之间的击穿电压。
半导体开关器件11的门极驱动电压会影响其导电沟道两端之间的电压尖峰，一般情况下，门极导通电压越高，其导电沟道两端之间的电压尖峰越高，反之，门极导通电压越低，其导电沟道两端之间的电压尖峰越低，因此，需要限制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供的门极导通电压，以避免导电沟道两端之间的电压尖峰过高，导电沟道发生击穿。除了门极驱动电压，半导体开关器件11所处的工作条件，例如工作温度、工作电流和工作平台电压等，也会影响其导电沟道两端之间的电压尖峰，一般情况下，若当前所处的工作温度越高，或者工作电流越大，或者工作平台电压越高，半导体开关器件11的导电沟道两端的电压尖峰越高，其导电沟道越容易发生击穿，因此，若当前的工作温度越高，或者工作电流越大，或者工作平台电压越高，则可以认为当前所处的工作条件越恶劣。
可见，半导体开关器件11的门极驱动电压和所处的工作条件共同决定着其导电沟道两端之间的电压尖峰，对于确定的工作条件，可以根据导电沟道两端之间的击穿电压确定一个门极允许电压，只要门极导通电压不高于该门极允许电压，导电沟道两端之间的电压尖峰便不会高于导电沟道两端之间的击穿电压。
综上分析，在一种可能的实现方式中，步骤200可以具体包括如下细化步骤：
200B1、根据半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压和检测到的工作条件确定门极允许电压的第二值；
控制电路1221可以根据半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压和检测到的全部或部分工作条件确定门极允许电压，为了便于区分按照不同方法确定的门极允许电压的值，可以将此处确定的门极允许电压的值称作第二值。当门极允许电压为第二值时，在当前的工作条件下，半导体开关器件11的导电沟道两端之间的电压尖峰不高于其导电沟道两端之间的允许电压。
在一种可能的实现方式中，步骤200B1可以具体包括如下步骤：
200B11、根据工作条件确定半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压；
控制电路1221可以根据检测到的全部或部分工作条件确定半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压，半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压不高于其导电沟道两端之间的击穿电压。
在一种可能的实现方式中，步骤200B11可以具体包括如下细化步骤：
200B111、根据工作条件确定导电沟道两端之间的击穿电压；
200B112、根据导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定导电沟道两端之间的允许电压；
控制电路1221可以根据确定的导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定导电沟道两端之间的允许电压，确定的导电沟道两端之间的允许电压小于导电沟道两端之间的击穿电压，并且与导电沟道两端之间的击穿电压正相关。第二裕量越大，则导电沟道两端之间的允许电压与导电沟道两端之间的击穿电压之间的差异越大，半导体开关器件11的导电沟道发生击穿的几率越低，可靠性越高；反之，第二裕量越小，导电沟道两端之间的允许电压与导电沟道两端之间的击穿电压之间的差异越小，导电沟道两端之间的允许电压越大，对于相同的工作条件，确定的门极允许电压的第二值越高，半导体开关器件11的模式切换时长越短，损耗越低。在一种可能的实现方式中，导电沟道两端之间的允许电压可以为导电沟道两端之间的击穿电压和第二裕量的差值。
控制单元1221可以根据半导体开关器件11的工作条件和其导电沟道两端之间的允许电压确定其门极允许电压的第二值，以避免其在导电沟道发生击穿，并且工作条件变优时，控制单元1221确定的门极允许电压的第二值升高，控制单元1221可以控制驱动供电电路1222为半导体开关器件11提供更高的门极导通电压，以降低半导体开关器件11的模式切换时长，降低损耗。
3)避免门极击穿和导电沟道击穿
在本申请一种可能的实现方式中，步骤200可以具体包括如下细化步骤：
200C1、根据工作条件确定门极允许电压的第一值；
可以参考第一种思路中步骤200的任意一种细化步骤的介绍，此处不再赘述。
200C2、根据半导体开关器件11的沟道两端之间的允许电压和工作条件确定门极允许电压的第二值；
可以参考第二种思路中步骤200的任意一种细化步骤的介绍，此处不再赘述。
本申请实施例不对步骤200C1和步骤200C2之间的时序关系进行限定，例如，控制电路1221可以并行执行步骤200C1和步骤200C2。
200C3、根据第一值和第二值中的较小值确定门极允许电压；
为了尽量避免半导体开关器件11发生击穿，应使得门极允许电压不高于步骤200C1中确定的第一值，并且不高于步骤200C2中确定的第二值，因此，控制电路1221可以根据第一值和第二值中的较小值确定门极允许电压。在一种可能的实现方式中，可以确定门极允许电压的值为第一值和第二值中的较小值。
控制单元1221可以根据工作条件确定门极允许电压的第一值，当门极导通电压不高于门极允许电压的第一值时，可以尽量避免半导体开关器件11发生门极击穿；控制单元1221可以根据半导体开关器件11的工作条件和其导电沟道两端之间的允许电压确定其门极允许电压的第二值，当门极导通电压不高于门极允许电压的第二值时，可以尽量避免半导体开关器件11的导电沟道发生击穿；控制单元1221根据第一值和第二值中的较小值确定门极允许电压，有利于同时避免半导体开关器件11的门极和导电沟道发生击穿。
上述方法实施例对本申请实施例提供的控制电路1221的功能进行了介绍，本申请可以根据上述方法实施例对控制电路1221进行功能模块的划分，例如，可以对应控制电路1221的各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个功能模块中。图6示出了一种控制电路1221的结构示意图，如图6所示，本申请控制电路1221一个实施例可以包括检测模块12211、确定模块12212和输出模块12213，其中，检测模块12211，用于检测半导体开关器件当前的工作条件；确定模块12212，用于根据检测模块12211检测到的工作条件确定半导体开关器件的门极允许电压；输出模块12213，用于根据确定模块12212确定的门极允许电压向半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制驱动供电电路为半导体开关器件提供的门极导通电压不高于门极允许电压，并且与门极允许电压正相关。
在一种可能的实现方式中，检测模块12211可以包括传感器，用于检测工作条件(比如工作温度)，或者，可以包括采样装置，用于采集工作电流和/或工作平台电压，或者可以包括传感器和采样装置，或者，可以包括通信接口，用于接收工作条件的信息。
参考图7，在本申请一些实施例中，确定模块12212包括第一门极允许电压确定子模块122121，用于根据检测模块12211检测到的工作条件确定门极允许电压的第一值，第一值不高于半导体开关器件的门极击穿电压。
继续参考图7，在本申请一些实施例中，第一门极允许电压确定子模块122121包括门极击穿电压确定单元1221211和第一门极允许电压确定单元1221212，其中，门极击穿电压确定单元1221211用于根据检测模块12211检测到的工作条件确定半导体开关器件的门极击穿电压；第一门极允许电压确定单元1221212用于根据门极击穿电压确定单元1221211确定的门极击穿电压和预设的第一裕量确定第一值。
参考图8，在本申请一些实施例中，确定模块12212还包括第二门极允许电压确定子模块122122和第三门极允许电压确定子模块122123，其中，第二门极允许电压确定子模块122122用于根据半导体开关器件的导电沟道两端之间的允许电压和检测模块12211检测到的工作条件确定门极允许电压的第二值；第三门极允许电压确定子模块122123，用于根据第一门极允许电压确定子模块122121确定的第一值和第二门极允许电压确定子模块122122确定的第二值中的较小值确定门极允许电压。
继续参考图8，在本申请一些实施例中，确定模块12212还包括沟道允许电压确定子模块122124，用于根据检测模块12211检测到的工作条件确定导电沟道两端之间的允许电压，导电沟道两端之间的允许电压不高于导电沟道两端之间的击穿电压。
继续参考图8，在本申请一些实施例中，沟道允许电压确定子模块122124包括沟道击穿电压确定单元1221241和沟道允许电压确定单元1221242，其中，沟道击穿电压确定单元1221241，用于根据检测模块12211检测到的工作条件确定导电沟道两端之间的击穿电压；沟道允许电压确定单元1221242，用于根据沟道击穿电压确定单元1221241确定的导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定导电沟道两端之间的允许电压。
本申请控制电路1221中的功能模块，可以指特定应用集成电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器、集成逻辑电路以及其他可以提供上述功能的器件中的一种或多种。
示例性的，控制电路1221中的部分或全部功能模块可以由数字查找表和/或数字比较器实现。
在一种可能的实现方式中，第一门极允许电压确定子模块122121可以包括数字查找表，为了便于区分，将实现第一门极允许电压确定子模块122121的功能的数字查找表称作第一门极允许电压查找表，该查找表用于查找当前的工作条件对应的门极允许电压的第一值。
在一种可能的实现方式中，第二门极允许电压确定子模块122122可以包括数字查找表，为了便于区分，将实现第二门极允许电压确定子模块122122的功能的数字查找表称作第二门极允许电压查找表，该查找表用于查找半导体开关器件11的导电沟道两端之间的允许电压和当前的工作条件对应的门极允许电压的第二值。
在一种可能的实现方式中，第三门极允许电压确定子模块122123可以包括数字比较器，数字比较器用于比较门极允许电压的第一值和第二值，以确定较小值。
在一种可能的实现方式中，输出模块12213可以包括数字查找表，为了便于区分，将实现输出模块12213的功能的数字查找表称作控制信号查找表。控制信号查找表可以用于确定控制信号，控制电路1221输出的控制信号可以为占空比信号、移相信号或调频信号等，只要能够控制驱动供电电路1222调整提供的门极导通电压即可。假设控制信号为占空比信号，示例性的，当确定模块12212确定的门极允许电压的值较高时，控制信号查找表查找与门极允许电压对应的占空比较高；当确定模块12212确定的门极允许电压的值较低时，控制信号查找表查找与门极允许电压对应的占空比较低。
上述各个数字查找表中的输出相对于输入的对应关系，可以为单调的，也可以为非单调的，这个对应关系由具体的半导体开关器件11的特性和其所处的电子设备1(比如开关电源)的特性决定。若上述数字查找表的输出相对于输入的对应关系为单调的，那么该数字查找表也可以替换为输入、输出满足叠加原理的线性控制模块。示例性的，若门极允许电压的第一值与工作条件的对应关系为单调的，在一种可能的实现方式中，第一门极允许电压确定子模块122121也可以包括线性控制模块，若依据的工作条件包括一个，那么第一门极允许电压确定子模块122121可以由单级线性控制模块构成，若依据的工作条件包括多个(例如3个)，那么第一门极允许电压确定子模块122121可以由多个级联的线性控制模块构成(例如3个级联的线性控制)，每个线性控制模块对应于一个工作条件。假设第一门极允许电压确定子模块122121依据的工作条件包括工作温度、工作平台电压和工作电流，那么第一门极允许电压确定子模块122121的结构可以参考图9，第一门极允许电压确定子模块122121包括第一线性控制模块、第二线性控制模块和第三线性控制模块，第一线性控制模块用于根据工作温度向第二线性控制模块输出门极允许电压的第一中间值，第二线性控制模块用于根据工作平台电压和门极允许电压的第一中间值向第三线性控制模块输出门极允许电压的第二中间值，第三线性控制模块用于根据工作电流和门极允许电压的第二中间值输出门极允许电压的第一值。类似的，若门极允许电压的第二值与工作条件的对应关系为单调的，在一种可能的实现方式中，第二门极允许电压确定子模块122122也可以包括线性控制模块；若门极允许电压的值和控制信号的对应关系为单调的，在一种可能的实现方式中，输出模块12213可以包括线性控制模块。在本申请实施例中的线性控制模块可以由数字电路实现，也可以由模拟电路实现，此处不做具体限定。
图10为本申请实施例中电子设备1的另一个结构示意图。如图10所示，本申请实施例提供的电子设备1的另一个实施例中，半导体开关器件11为IGBT，驱动装置12包括驱动电路121、控制电路1221和驱动供电电路1222。
控制电路1221包括检测模块12211、确定模块12212和控制信号查找表12213，确定模块12212包括第一门极允许电压查找表122121、第二门极允许电压查找表122122和比较器122123。检测模块12211用于检测半导体开关器件11的工作条件，并将检测到的工作条件输出至第一门极允许电压查找表和第二门极允许电压查找表；第一门极允许电压查找表用于查找工作条件对应的门极允许电压的第一值，并将该第一值输出至比较器，第二门极允许电压查找表用于查找工作条件对应的门极允许电压的第二值，并将该第二值输出至比较器；比较器用于对门极允许电压的第一值和第二值进行比较，确定二者中的较小值作为门极允许电压的值，并将确定的门极允许电压的值输出至控制信号查找表12213；控制信号查找表12213用于查找门极允许电压的值对应的占空比，并将查找到的占空比移相180度，之后将两个占空比构成一对，作为控制信号输出至驱动供电电路1222。
驱动供电电路1222由带变压器的半桥电路构成。具体的，驱动供电电路1222包括半桥桥臂、缓冲电阻12222、原边隔直电容12223、副边隔直电容12224、变压器12225、整流桥臂和整流电容12227。其中，半桥桥臂包括两个串联的MOSFET，高侧MOSFET122211的漏极连接至电压源VCC，VCC为恒定的直流电压源，低侧MOSFET122212的源极连接原边地电平，高侧MOSFET122211的源极和低侧MOSFET122212的漏极相连。两个串联的MOSFET的中间节点连接至缓冲电阻12222的一端，该缓冲电阻12222的另一端连接至原边隔直电容12223的一端，该原边隔直电容12223的另一端连接至变压器12225原边的一端，该变压器12225原边的另一端连接地电平。整流桥臂包括两个串联的二极管，高侧二极管122261的阳极和低侧二极管122262的阴极相连，两个二极管串联的中间节点连接至副边隔直电容12224的一端，该副边隔直电容12224的另一端与变压器12225副边的一端相连，该变压器12225的另一端连接至低侧二极管122252的阳极。高侧二极管122261的阴极与整流电容12227的一端相连，低侧二极管122262的另一端与整流电容12227的另一端相连。
半桥桥臂的高侧MOSFET122211和低侧MOSFET122212接收控制电路1221输出的一对占空比控制信号，当高侧MOSFET122211接收到的控制信号有效时，高侧MOSFET122211导通，缓冲电阻12222的一端连接至VCC；当低侧MOSFET122212接收到的控制信号有效时，低侧MOSFET122212导通，缓冲电阻12222的一端连接至原边地电平。由此，半桥桥臂经过缓冲电阻12222和原边隔直电容12223，在变压器12225的原边产生对应于当前占空比的脉冲电压。该变压器12225的副边感应原边产生的脉冲电压，经过副边隔直电容12224、整流桥臂和整流电容12227，得到对应于当前占空比的直流电压。整流电容12227的两个端点作为驱动供电电路1222的两个输出端点，输出该直流电压，即调整后的门极驱动电压。
驱动电路121包括缓冲驱动器1211、开通电阻(记为Ron)1212和关断电阻(记为Roff)1213，缓冲驱动器1211包括一个信号输入端、两个电源输入端和两个电源输出端。缓冲驱动器1211的信号输入端用于接收控制信号；缓冲驱动器1211的一个电源输入端与驱动供电电路1222的输出端相连，用于接收驱动供电电路1222提供的门极导通电压，并通过缓冲驱动器1211的一个电源输出端(记为Out+)经由Ron 1212与半导体开关器件11的门极相连；缓冲驱动器1211的另一个电源输入端接整流电容12227的另一端，并通过缓冲驱动器1211的另一个电源输出端(记为Out-)经由Roff 1213与半导体开关器件11的门极相连。当缓冲驱动器1211接收到导通控制信号时，缓冲驱动器1211的电源输出端Out+有效，电源输出端Out-无效，驱动电路121将驱动供电电路1222提供的门极导通电压经由Ron 1212输出至半导体开关器件11的门极和第二端，以驱动半导体开关器件11导通；当缓冲驱动器1211接收到关断控制信号时，缓冲驱动器1211的电源输出端Out-有效，电源输出端Out+无效，驱动电路121将门极关断电压经由Roff 1213输出至半导体开关器件11的门极和第二端，以驱动半导体开关器件11关断。
需要说明的是，上述实施例中只是示意性说明，在实际使用中，驱动供电电路1222、驱动电路121、控制电路1221和半导体开关器件11也可以采用其他电路结构来实现。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (18)

1.一种控制电路，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测所述半导体开关器件当前的工作条件；
确定模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压；
输出模块，用于根据所述确定模块确定的所述门极允许电压向所述半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制所述驱动供电电路为所述半导体开关器件提供的门极导通电压不高于所述门极允许电压，并且与所述门极允许电压正相关。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述确定模块包括：
第一门极允许电压确定子模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述门极允许电压的第一值，所述第一值不高于所述半导体开关器件的门极击穿电压。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一门极允许电压确定子模块包括：
门极击穿电压确定单元，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述半导体开关器件的门极击穿电压；
第一门极允许电压确定单元，用于根据所述门极击穿电压确定单元确定的门极击穿电压和预设的第一裕量确定所述第一值。
4.根据权利要求2或3所述的控制电路，其特征在于，所述确定模块还包括：
第二门极允许电压确定子模块，用于根据所述半导体开关器件的导电沟道两端之间的允许电压和所述检测模块检测到的工作条件确定所述门极允许电压的第二值；
第三门极允许电压确定子模块，用于根据所述第一门极允许电压确定子模块确定的第一值和所述第二门极允许电压确定子模块确定的第二值中的较小值确定所述门极允许电压。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述确定模块还包括：
沟道允许电压确定子模块，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压，所述导电沟道两端之间的允许电压不高于所述导电沟道两端之间的击穿电压。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述沟道允许电压确定子模块包括：
沟道击穿电压确定单元，用于根据所述检测模块检测到的工作条件确定所述导电沟道两端之间的击穿电压；
沟道允许电压确定单元，用于根据所述沟道击穿电压确定单元确定的导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定所述导电沟道两端之间的允许电压。
7.根据权利要求4至6中任意一项所述的控制电路，其特征在于，所述半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述导电沟道两端包括所述MOSFET的漏极和源极；
或者，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述导电沟道两端包括所述IGBT的集电极和发射极。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的控制电路，其特征在于，所述工作条件包括所述半导体开关器件的工作温度，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作电流，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作平台电压，或者，所述半导体开关器件的工作温度、工作电流和工作平台电压。
9.一种电压源电路，其特征在于，包括驱动供电电路和如权利要求1至8中任意一项所述的控制电路，所述驱动供电电路用于在所述控制电路的控制下为半导体开关器件提供门极导通电压。
10.一种半导体开关器件的驱动装置，其特征在于，包括驱动电路和电压源电路，所述电压源电路包括驱动供电电路和如权利要求1至8中任意一项所述的控制电路；
所述驱动供电电路用于在所述控制电路输出的控制信号的控制下为所述驱动电路提供门极导通电压；
所述驱动电路用于在接收到导通控制信号时将所述门极导通电压输出至半导体开关器件，以驱动所述半导体开关器件导通，在接收到关断控制信号时将门极关断电压输出至所述半导体开关器件，以驱动所述半导体开关器件关断。
11.一种对半导体开关器件的驱动方法，其特征在于，包括：
控制电路获取半导体开关器件当前的工作条件；
所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压；
所述控制电路根据所述门极允许电压向所述半导体开关器件的驱动供电电路输出控制信号，以控制所述驱动供电电路为所述半导体开关器件提供的门极导通电压不高于所述门极允许电压，并且与所述门极允许电压正相关。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极允许电压包括：
所述控制电路根据所述工作条件确定所述所述门极允许电压的第一值，所述第一值不高于所述半导体开关器件的门极击穿电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制电路根据所述工作条件确定所述门极允许电压的第一值包括：
所述控制电路根据所述工作条件确定所述半导体开关器件的门极击穿电压；
所述控制电路根据所述门极击穿电压和预设的第一裕量确定所述第一值。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制电路根据所述半导体开关器件的导电沟道两端之间的允许电压和所述工作条件确定所述门极允许电压的第二值；
所述控制电路根据所述第一值和所述第二值中的较小值确定所述门极允许电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压，所述导电沟道两端之间的允许电压不高于所述导电沟道两端之间的击穿电压。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的允许电压包括：
所述控制电路根据所述工作条件确定所述导电沟道两端之间的击穿电压；
所述控制电路根据所述导电沟道两端之间的击穿电压和预设的第二裕量确定所述导电沟道两端之间的允许电压。
17.根据权利要求14至16中任意一项所述的方法，其特征在于，所述半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述导电沟道两端包括所述MOSFET的漏极和源极；
或者，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述导电沟道两端包括所述IGBT的集电极和发射极。
18.根据权利要求11至17中任意一项所述的方法，其特征在于，所述工作条件包括所述半导体开关器件的工作温度，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作电流，或者，所述半导体开关器件的工作温度和工作平台电压，或者，所述半导体开关器件的工作温度、工作电流和工作平台电压。
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