CN111030432A - 用于开关的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

一种驱动电路，用于驱动彼此并联连接的第一开关和第二开关。驱动电路包括第一充电开关和第二充电开关以及第一二极管和第二二极管，以导通第一开关和第二开关中仅被选择为(多个)导通目标的一个(多个)。驱动电路包括连接至第一开关的栅极的第一单独放电路径和连接至第二开关的栅极的第二单独放电路径、第一放电电阻器和第二放电电阻器、共享放电路径和共享放电电阻器。该结构能够减少切换损耗。

Description

用于开关的驱动电路
技术领域
本公开一般涉及用于开关的驱动电路。
背景技术
日本专利第一次公开2016-146717号教导了一种驱动电路，该驱动电路工作以使彼此并联连接的第一开关和第二开关致动。驱动电路选择并将第一开关和第二开关中的一个导通或断开。
该驱动电路面临的缺点在于，当第一开关和第二开关中的任一个被导通时，可能导致切换损耗的不充分减少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于开关的驱动电路，上述驱动电路能够减少切换损耗。
根据本公开的一个方面，提供一种用于对彼此并联连接的多个开关进行驱动的驱动电路。该驱动电路包括：(a)开关单元，上述开关单元工作以使开关中的仅选择的一个(或多个)导通；(b)单独电气路径，每个上述电气路径在第一端连接至开关中一个的栅极；(c)单独电阻器，每个上述电阻器被布置在单独电气路径的一个中；(d)共享电气路径，上述共享电气路径连接至单独电气路径的第二端，上述单独电气路径的第二端是单独电阻器的与连接至开关的栅极的第一端相反的一侧；以及(e)共享电阻器，上述共享电阻器安装在共享电气路径中。
因此，开关单元能够使作为需要导通的开关中仅作为选择的一个(多个)的(多个)导通目标导通。
当判断为流过并联连接的开关组所需的电流量较大时，驱动电路将导通目标的数量增加到大于当判断为电流量较小时的导通目标的数量，其中，上述并联连接的开关组是彼此并联连接的开关的组合。流过开关的电流量越大，在改变其操作状态时流过开关的电流的变化率越高，从而导致产生更高的浪涌电压。当浪涌电压高时，通常导致施加到开关的电压可能超过其允许上限的风险。为了缓解这个问题，当判断为大量电流流过并联连接的开关组时，驱动电路需要降低切换速度。为了缓解上述问题，驱动电路被设计成具有单独电阻器，在单独电气路径中的每一个中安装一个单独电阻器，并且共享电阻器被布置在共享电气路径中。使用共享电阻器导致对于经由共享电阻器流向或来自被选择为导通目标的开关的栅极的充电或放电电流的流动的电阻增加，这导致切换速度的降低。替代地，被选择为导通目标的开关的数量越少，则对于经由共享电阻器的充电或放电电流的流动的电阻越小，从而提高切换速度。
由上述讨论可知，当并联连接的开关组中有少量电流流过，驱动电路会促进充电或放电电流的流动，以增加切换速度，由此导致切换速度的降低。替代地，并联连接的开关组中流过大量的电流，驱动电路根据导通目标的数量来增大对于充电或放电电流的流动的电阻，以降低切换速度，这减少了浪涌电压的上升。
在优选模式中，设置单独电气路径作为单独放电路径。各个电阻器被设置为单独放电电阻器。共享电气路径被设置为共享放电路径，共享放电路径将单独放电路径的第二端与接地连接，其中，上述单独放电路径的第二端是单独放电电阻器的与连接到栅极的第一端相反的一侧，上述接地供栅极处的电荷放电。放电开关被布置在共享放电路径中。开关单元包括：充电开关，每个开关使用一个充电开关，每个充电开关将对应一个开关的栅极与电源连接；以及阻断单元，每个阻断单元布置在单独放电路径中，允许电流在从栅极流到共享放电路径的第一方向上流动，并且阻断电流在与第一方向相反的第二方向上流动。
通过使充电开关中的连接至导通目标的栅极对应一个充电开关导通，实现将充电电流传输到被选择为导通目标的开关的栅极。在这种情况下，与未被选择为导通目标的开关的栅极连接的、布置在单独放电路径中的阻断单元工作，以阻断充电电流流至未被选择为导通目标的开关的栅极。这确保了使仅被选择为导通目标的开关导通的稳定性。
通常，流过开关的电流量越大，当断开开关时流过开关的电流量的减少速率越高，由此导致在开关处产生的浪涌电压的升高。在驱动电路中，当放电开关导通时，将导致电流流动，换言之，将从导通的开关的栅极经由单独放电路径和共享电气路径中对应的一个放电到接地。在共享放电路径中安装共享电阻器，使得流过共享电阻器的放电电流的流动的电阻随着置于导通状态的开关的数量的增加而增加，由此降低切换速度。替代地，通过减少置于导通状态的开关的数量，促进放电电流流过共享电阻器，由此提高切换速度。
由上述讨论可知，当需要少量电流流过并联连接的开关组时，促进放电电流的流动，以提高切换速度，由此减少切换损耗。替代地，当需要大量电流流过并联连接的开关组时，对于放电电流的流动的电阻根据置于导通状态的开关的数量而增加，由此降低切换速度，以减少开关处的浪涌电压的上升。
在另一优选模式中，设置单独电气路径作为单独充电路径。单独电阻器被设置为单独放电电阻器。共享电气路径被设置为共享充电路径，其将单独充电路径中每一个的一部分与电源之间连接，其中，上述单独充电路径中每一个的一部分是位于单独充电电阻器中对应一个的、与开关的栅极相反的一侧上的那部分。开关单元包括布置在单独充电路径中的充电开关。
通过使连接至导通目标的栅极的充电开关中的对应一个导通，实现了充电电流经由共享充电路径以及单独充电路径中对应一个，从电源传输至被选择为导通目标的开关的栅极。在这种情况下，连接至未被选择为导通目标的开关的栅极的单独充电路径中的充电开关被断开，由此阻断从电源到未被选择为导通目标的开关的栅极的充电电流。这确保了使仅被选择为导通目标的开关导通的稳定性。
通常，流过开关所需的电流量越大，当开关导通时流过开关的电流量的增加速率越高，由此导致在开关处产生的浪涌电压的升高。驱动电路具有安装在共享充电路径中的共享电阻器。因此，在共享充电路径中安装共享电阻器，使得充电电流流过共享电阻器的电阻随着需要导通的开关的数量的增加而增加，由此降低了切换速度。替代地，通过减少需要导通的开关的数量，促进了充电电流流过共享电阻器，由此提高了切换速度。
由上述讨论可知，当需要少量电流流过并联连接的开关组时，驱动电路能够促进充电电流的流动，由此提高切换速度，以减少切换损耗。替代地，当需要大量电流流过并联连接的开关组时，驱动电路能够根据需要导通的开关的数量，来增加充电电流的流动的电阻，由此降低切换速度，以使开关处的浪涌电压的不期望的上升最小化。
附图说明
通过以下给出的详细描述和本发明优选实施例的附图将更全面地理解本发明，但是，详细描述和附图不应当被认为是将本发明限定于具体的实施例，相反他们仅是用于说明和理解的目的。
在附图中：
图1是示出根据第一实施例的用于旋转电机的控制系统的整体结构的电路图；
图2是示出根据第一实施例的用于开关的驱动电路的电路图；
图3(a)至图3(f)是示出根据第一实施例的驱动电路在低电流范围内的操作的时序图；
图4(a)至图4(f)是示出根据第一实施例的驱动电路在高电流范围内的操作的时序图；
图5(a)至图5(f)是示出根据第一实施例的变型形式的驱动电路在高电流范围内的操作的时序图；
图6(a)和图6(b)示出放电路径中的电阻、切换速度与流过并联连接的第一开关和第二开关的电流之间的关系；
图7是示出根据第一实施例的变型形式的用于开关的驱动电路的电路图；
图8是示出根据第二实施例的用于开关的驱动电路的电路图；
图9是表示电源电压与参考电压之间的关系的曲线图；
图10是表示开关的温度与参考电压之间的关系的曲线图；
图11(a)是表示浪涌电压与开关温度之间的关系的曲线图；
图11(b)是表示参考电压与开关温度之间的关系的曲线图；
图12是示出根据第三实施例的用于开关的驱动电路的电路图；
图13(a)至图13(f)是示出根据第三实施例的驱动电路在低电流范围内的操作的时序图；
图14(a)至图14(f)是示出根据第三实施例的驱动电路在高电流范围内的操作的时序图；以及
图15(a)和图15(b)示出充电路径中的电阻、切换速度与流过并联连接的第一开关和第二开关的电流之间的关系。
具体实施方式
第一实施例
下面，参考附图描述根据第一实施例的驱动电路。如下所述，驱动电路被设计为用于旋转电机的控制系统。
如图1中清楚地示出，控制系统包括用作直流电源的蓄电池10、用作电力转换器的逆变器20、旋转电机30和控制装置40。旋转电机30经由逆变器20连接至蓄电池10。平滑电容器11配置在蓄电池10与逆变器20之间。旋转电机30可由永磁同步电机实现。
逆变器20配备有用于三相的上臂开关和下臂开关。上臂和下臂中的每一个包括第一开关SWA和与第一开关SWA并联连接的第二开关SWB。平滑电容器11在其第一端连接至用于每相的上臂的第一开关SWA和第二开关SWB的高电位端子。每相的下臂的第一开关SWA和第二开关SWB在其高电位端子处连接至对应一个相的上臂的第一开关SWA和第二开关SWB的低电位端子。平滑电容器11在其第二端处也连接至每个相的下臂的第一开关SWA和第二开关SWB的低电位端子。旋转电机30配备有三相绕组30，每个三相绕组30在其第一端处连接至用于对应一个相的上臂的第一开关SWA和第二开关SWB的低电位端子与下臂的第一开关SWA和第二开关SWB的高电位端子的连接点。三相绕组31具有在中性点处连接在一起的第二端。
在本实施例中，第一开关SWA和第二开关SWB每一个由电压控制半导体开关实现。具体地，Si-IGBT(绝缘栅双极晶体管)被用作第一开关SWA和第二开关SWB。因此，第一开关SWA和第二开关SWB中的每一个具有作为高电位端子的集电极和作为低电位端子的发射极。第一开关SWA和第二开关SWB分别具有反向并联的第一飞轮二极管FDA和第二飞轮二极管FDB。
控制系统配备有电压测量单元21，上述电压测量单元21对平滑电容器11的端子(即，第一端和第二端)之间的电压进行测量，并且将该电压作为电源电压VDC输出到控制装置40。
控制装置40工作，以交替地使上臂的第一开关SWA和第二开关SWB以及下臂的第一开关SWA和第二开关SWB导通或断开，以使旋转电机30的受控变量与目标控制变量相符。例如，受控变量表示由旋转电机30产生的扭矩的程度。控制装置40以驱动信号Sg的形式将导通信号或断开信号输出至驱动电路50，以使第一开关SWA和第二开关SWB导通或断开，其中，针对每个相的上臂和下臂中每一个的第一开关SWA和第二开关SWB设置一个驱动电路50。
如图2所示，逆变器20的驱动电路50从控制装置40接收驱动信号Sg，然后基于驱动信号Sg使第一开关SWA和第二开关SWB导通或断开。驱动电路50配备有第一充电开关61A、第一放电电阻器70A和第一二极管71A。第一充电开关61A由p沟道MOSFET实现。第一充电开关61A还在其源极处连接至电源60。第一充电开关61A还在其漏极处连接至第一开关SWA的栅极。第一开关SWA在其栅极处经由第一放电电阻器70A连接至第一二极管71A的阳极。
驱动电路50还配备有第二充电开关61B、第二放电电阻器70B和第二二极管71B。第二充电开关61B由p沟道MOSFET实现。第二充电开关61B在其源极处连接至电源60。第二充电开关61B也在其漏极处连接至第二开关SWB的栅极。第二开关SWB在其栅极处经由第二放电电阻器70B连接至第二二极管71B的阳极。第二二极管71B和第一二极管71A具有在连接点K处连接在一起的阴极。
驱动电路50还配备有共享放电电阻器72和放电开关73。放电开关73由n沟道MOSFET实现。共享放电电阻器72在其第一端处连接至连接点K。共享放电电阻器72还在其第二端处连接至放电开关73的漏极。放电开关73在其源极处连接至第一开关SWA和第二开关SWB的发射极(即，接地)。
从第一开关SWA的栅极经由第一放电电阻器70A和第一二极管71A延伸到连接点K的电气路径在下文中也被称为第一开关SWA的第一放电路径LDA。从第二开关SWB的栅极经由第二放电电阻器70B和第二二极管71B延伸到连接点K的电气路径在下文中也被称为第二开关SWB的第二放电路径LDB。从连接点K经由共享放电电阻器72和放电开关73延伸到第一开关SWA和第二开关SWB的发射极的电气路径在下文中也被称为共享放电路径LDT。
在第一实施例中，第一充电开关61A和第二充电开关61B以及第一二极管71A和第二二极管和71B用作开关单元。第一二极管71A和第二二极管71B也用作阻断单元。
驱动电路50还配备有第一断开保持开关74A和第二断开保持开关74B。在本实施例中，第一断开保持开关74A和第二断开保持开关74B每个由n沟道MOSFET实现。第一断开保持开关74A在其漏极处连接至第一放电路径LDA的、比第一放电电阻器70A更靠近第一开关SWA的栅极的那部分。第一断开保持开关74A在其源极处连接至第一开关SWA的发射极。第二断开保持开关74B在其漏极处连接至第二放电路径LDB的、比第二放电电阻器70B更靠近第二开关SWB的栅极的那部分。第二断开保持开关74B也在其源极处连接至第二开关SWB的发射极。
第一开关SWA配备有与在第一开关SWA中流动的集电极电流相关的微小电流流过的第一感测端子StA。第一感测端子StA连接至第一感测电阻器80A的第一端。第一感测电阻器80A还在其第二端处连接至第一开关SWA的发射极。第一感测端子StA中的微小电流的流动导致第一感测电阻器80A处的电压降。因此，作为在第一感测电阻器80A的靠近第一感测端子StA的第一端处产生的电位的第一感测电压VsA表示与第一开关SWA中的集电极电流相关的电量。在本实施例中，第一开关SWA处的发射极电压被设定为零。电平高于第一开关SWA处的发射极电压的第一感测电压VsA的符号被定义为正(+)。第一感测电压VsA被输入到安装在驱动电路50中的驱动控制器90。
第二开关SWB配备有与在第二开关SWB中流动的集电极电流相关的微小电流流过的第二感测端子StB。第二感测端子StB连接至第二感测电阻器80B的第一端。第二感测电阻器80B还在其第二端处连接至第二开关SWB的发射极。因此，作为在第二感测电阻器80B的靠近第二感测端子StB的第一端处产生的电位的第二感测电压VsB表示与第二开关SWB中的集电极电流相关的电量。在本实施例中，第二开关SWB处的发射极电压被设定为零。电平高于第二开关SWB处的发射极电压的第二感测电压VsB的符号被定义为正(+)。第二感测电压VsB被输入到驱动控制器90。驱动控制器90用于测量第一开关SWA和第二开关SWB中每一个处的栅极电压。
驱动控制器90接收由控制装置40输出的驱动信号Sg。驱动控制器90对驱动信号Sg、第一感测电压VsA和第二感测电压VsB进行分析，以对第一开关SWA和第二开关SWB进行驱动。当判断作为第一感测电压VsA和第二感测电压VsB的总和的总感测电压Vse低于或等于参考电压Vα(即，标准值)时，驱动控制器90总结在第一开关SWA和第二开关SWB中流动的集电极电流的总和(其也将被称为总电流)位于低电流范围(其也在下文中被称为第二电流范围)中，使第一开关SWA导通或断开，并且响应于驱动信号Sg将第二开关SWB保持在断开状态中。
替代地，当判断为总感测电压Vse高于参考电压Vα时，驱动控制器90总结在第一开关SWA和第二开关SWB中流动的集电极电流的总和位于高电流范围(其在下文中被称为第一电流范围)内，然后响应于驱动信号Sg彼此同步地使第一开关SWA和第二开关SWB导通或断开。
在本实施例中，用于判断在第一开关SWA和第二开关SWB中流动的集电极电流的总和位于低电流范围或高电流范围的总感测电压Vse，被选择为在驱动信号Sg最后被产生为导通信号的导通持续时间中测量的第一感测电压VsA和第二感测电压VsB的总和。具体地，总感测电压Vse被设定为在最后的导通持续时间结束时测量的第一感测电压VsA和第二感测电压VsB的总和，在该最后的导通持续时间期间，驱动信号Sg被输出为导通信号。然后，当驱动信号Sg变为断开信号时，驱动控制器90对在驱动信号Sg被产生为断开信号的断开持续时间中，集电极电流的上述总和是落于低电流范围和高电流范围中的哪一个内进行判断，以对第一开关SWA和第二开关SWB中的哪一个应当被选择为在驱动信号Sg产生为导通信号的后续导通持续时间中需要被导通的目标开关。
下面，参考图3(a)至图3(f)讨论驱动电路50在总感测电压Vse被判断为低于或等于参考电压Vα的低电流范围内的操作。图3(a)示出输入到驱动控制器90的驱动信号Sg的电平的变化。图3(b)和图3(c)示出驱动状态、即第一放电开关61A和第二放电开关61B的导通或断开状态。图3(d)示出放电开关73的驱动或操作状态。图3(e)和图3(f)示出第一断开保持开关74A和第二断开保持开关74B的驱动或操作状态。
在低电流范围内，驱动控制器90将第二充电开关61B保持在断开状态，并且还将第二断开保持开关74B保持在导通状态。这使得第二开关SWB处的栅极电压低于阈值电压Vth，从而第二开关SWB被保持断开。
当判断为驱动信号Sg产生为导通信号时，驱动控制器90使第一充电开关61A导通，并且使放电开关73和第一断开保持开关74A断开。这使得第一开关SWA处的栅极电压高于或等于阈值电压Vth，从而使第一开关SWA导通。
替代地，当判断为驱动信号Sg产生为断开信号时，驱动控制器90使第一充电开关61A断开并使放电开关73导通。这使得第一开关SWA处的栅极电压低于阈值电压Vth，从而使第一开关SWA断开。另外，当判断为驱动信号Sg产生为断开信号，并且第一开关SWA处的栅极电压已经变得低于或等于阈值电压Vth时，驱动控制器90将第一断开保持开关74A的操作状态切换到导通状态。将第一断开保持开关74A切换到导通状态的条件包括关于栅极电压的条件。实际上，因此，在放电开关73变为导通状态之后，第一断开保持开关74A被导通。为了方便起见，图3(d)和图3(e)示出当放电开关73被导通的时间与当第一断开保持开关74A被导通的时间一致。
在低电流范围内，使第一充电开关61A和第二充电开关61B中的仅一个、即第一充电开关61A导通，使得充电电流从电源60传输到仅第一开关SWA的栅极。第二二极管71B被布置在第二放电路径LDB中，使得其阻断从电源60到第二开关SWB的栅极的充电电流的传输。这能使仅第一开关SWA变为导通状态。
下面，参考图4(a)至图4(f)描述在总感测电压Vse被判断为超过参考电压Vα的高电流范围内的驱动电路50的操作。图4(a)至图4(f)对应于图3(a)至图3(f)。
当判断为驱动信号Sg产生为导通信号时，驱动控制器90使第一充电开关61A和第二充电开关61B导通，并且使放电开关73以及第一断开保持开关74A和第二断开保持开关74B断开，从而使第一开关SWA和第二开关SWB导通。
替代地，当判断为驱动信号Sg产生为断开信号时，驱动控制器90使第一充电开关61A和第二充电开关61B断开，并且使放电开关73导通，由此使第一开关SWA和第二开关SWB断开。当判断为驱动信号Sg产生为断开信号，并且第一开关SWA处的栅极电压已经下降到低于阈值电压Vth时，驱动控制器90将第一断开保持开关74A变为断开状态。当判断为驱动信号Sg产生为断开信号，并且第二开关SWB处的栅极电压已经下降到低于阈值电压Vth时，驱动控制器90将第二断开保持开关74B变为导通状态。为了方便起见，图4(d)至图4(f)示出放电开关73被导通的时间与第一断开保持开关74A及第二断开保持开关74B被导通的时间一致。
换言之，在高电流范围内，驱动控制器90工作，以将由第一开关SWA和第二开关SWB共享的放电开关73变为导通状态，从而使第一开关SWA和第二开关SWB断开。这使电流不平衡和切换损耗最小化。电流不平衡是在第一开关SWA和第二开关SWB中流动的集电极电流的量彼此显著不同的现象。第一开关SWA变为断开状态的时间与第二开关SWB变为断开状态的时间的偏差将导致在第一开关SWA和第二开关SWB中较早断开的一个中流动的集电极电流的减少。第一开关SWA和第二开关SWB中还没有断开的另一个中的集电极电流暂时增加，然后开始减少。这将导致流过第一开关SWA和第二开关SWB的集电极电流的量之间的极大偏差。
在高电流范围内，如图5(a)至图5(f)中所示出，驱动控制器90可替代地设计，以响应于驱动信号Sg变为断开信号，而在时间t2之前的时间t1处使第二充电开关61B断开并且使第二断开保持开关74B导通，并且然后在时间t2处使放电开关73导通。在这种情况下，通过将第二断开保持开关74B变为导通状态，需要比第一开关SWA更早地断开的第二开关SWB被断开。图5(a)至图5(f)对应于图4(a)至图4(f)。从第二开关SWB的栅极经由第二断开保持开关74B延伸到第二开关SWB的发射极的电气路径的电阻值小于从第二开关SWB的栅极经由第二放电电阻器70B、共享放电电阻器72和放电开关73延伸到第二开关SWB的发射极的电气路径的电阻值。这导致在通过使第二断开保持开关74B导通而将第二开关SWB变为断开状态的结构中，第二开关SWB被切换到断开状态的切换速度的增加，由此降低切换损耗。由于第一开关SWA仍保持在导通状态，因此，断开第二开关SWB将不会导致浪涌电压。
在本公开中，开关变为断开状态的切换速度表示在开关处的栅极电压开始下降时与当栅极电压下降到低于阈值电压Vth时之间的时间段。
下面，参考图6(a)和图6(b)讨论第一开关SWA和第二开关SWB被断开时的切换速度。注意，如本公开中所提到的，开关变为导通状态的切换速度是开关处的栅极电压开始从零上升时和当栅极电压达到阈值电压Vth时之间的时间段。
在以下讨论中，流过第一放电电阻器70A的电流被定义为IA。流过第二放电电阻器70B的电流被定义为IB。
在总感测电压Vse低于或等于参考电压Vα的低电流范围内，电流从第一开关SWA和第二开关SWB中的仅一个、即第一开关SWA的栅极放电。这样的放电电流流过第一放电电阻器70A和共享放电电阻器72。如果在第一开关SWA处产生的栅极电压被定义为Vg，则从第一开关SWA的栅极延伸到第一放电电阻器70A、连接点K、共享放电电阻器72、放电开关73，接着延伸到第一开关SWA的发射极的放电路径经历由以下等式1表示的电压降。
Vg＝IA×Roff+IA×Rb
＝IA×(Roff+Rb) 等式1
其中，Roff是共享放电电阻器72的电阻值，Rb是第一放电电阻器70A的电阻值。
在以下讨论中，等式1、即(Roff+Rb)的右侧在下面也被称为第一放电电阻器Rd1。在本实施例中，第一放电电阻器70A和第二放电电阻器70B具有相同的电阻值。
在总感测电压Vse高于参考电压Vα的高电流范围内，电流从第一开关SWA和第二开关SWB两者的栅极放电。具体地，从第一开关SWA的栅极放电的电流流过第一放电电阻器70A。从第二开关SWB的栅极放电的电流流过第二放电电阻器70B。从第一开关SWA和第二开关SWB的栅极放电的电流流过共享放电电阻器72。从第一开关SWA的栅极延伸到第一放电电阻器70A、连接点K、共享放电电阻器72、放电开关73以及第一开关SWA的发射极的放电路径经历由以下等式2表示的电压降。
Vg＝(IA+IB)×Roff+IA×Rb 等式2
如果IA＝IB＝Idis,则等式2可以被改写为等式3。
Vg＝Idis×(2×Roff+Rb) 等式3
在以下讨论中，等式3的右侧、即(2×Roff+Rb)称为第二放电电阻器Rd2。
等式1和等式3示出高电流范围内的第二放电电阻器Rd2大于低电流范围内的第一放电电阻器Rd1。
第二放电电阻器Rd2以如下方式判断。
当第一开关SWA和第二开关SWB被断开时，产生浪涌电压。第一开关SWA和第二开关SWB断开的切换速度越高，或者第一开关SWA和第二开关SWB中的集电极电流越大，浪涌电压越高。如果总感测电压Vse的值被定义为最大电压Vsmax，则选择第一开关SWA和第二开关SWB的切换速度、即第二放电电阻器Rd2，使得当总感测电压Vse变为最大电压Vsmax时，在第一开关SWA和第二开关SWB处的集电极-发射极电压将低于或等于允许上限，其中，上述总感测电压Vse的值是在并联连接的开关组中流动的集电极电流的总和的允许上限，上述并联连接的开关组是彼此并联连接的第一开关SWA和第二开关SWB的组合。
如上所述，共享放电电阻器72被布置在共享放电路径LDT中。这对从第一开关SWA和第二开关SWB两者的栅极放电的电流的流动产生了增加的电阻，从而导致其切换速度的降低。如图6(a)中的实线所示，放电路径中的电阻器Rdis将是第二放电电阻器Rd2。替代地，促进了从仅第一开关SWA的栅极放电的电流的流动，从而提高了其切换速度。在这种情况下，如图6(a)中的实线所示，放电路径中的电阻器Rdis是第一放电电阻器Rd1(＜Rd2)。图6(b)表示切换速度。
从以上讨论中可以明显看出，在低电流范围内，本实施例中的控制系统促进放电电流的流动以增加切换速度，由此使切换损耗最小化。在高电流范围内，控制系统增加对于放电电流的流动的电阻，以将切换速度降低到低于当放电路径中的电阻Rdis被设定为第一放电电阻Rd1时的切换速度，由此消除浪涌电压上升的风险。
然而，对于图6(a)和图6(b)中的点划线所示的比较例，难以提高低电流范围内的切换速度。比较例被设计成具有这样的结构，其中驱动电路50未配备共享放电电阻器72，并且放电开关73的漏极被接合、即短路到连接点K。
在比较例中，如图6(a)中的点划线所示，放电路径中的电阻Rdis被设定为第二放电电阻Rd2，而与低电流范围和高电流范围无关，使得电阻Rdis在低电流范围内保持为高，由此使得低电流范围内的切换速度低于第一实施例的结构中的切换速度，这导致低电流范围内的切换损耗的增加。
如上所述，第一放电电阻器70A和第二放电电阻器70B中的每一个的电阻Rb比共享放电电阻器72的电阻Roff低，从而能使第一放电电阻Rd1低于第二放电电阻Rd2低，以增加低电流范围内的切换速度。
如图6(b)所示，选择第一放电电阻器70A和第二放电电阻器70B以及共享放电电阻器72中每一个的电阻值，使得当总感测电压Vse变为最大电压Vsmax时的切换速度Sd2高于当总感测电压Vse变为参考电压Vα时的切换速度Sd1。这确保了即使当总感测电压Vse低于最大电压Vmax并且出现浪涌电压时，在第一开关SWA和第二开关SWB中每一个处降低集电极-发射极电压以低于其允许水平的稳定性。
第一实施例的变型
图7示出驱动电路50的变型结构。具体地，驱动电路50配备有用作阻断单元的第一放电阻断开关75A，而不是第一二极管71A。驱动电路50还配备有用作阻断单元的第二放电阻断开关75B，而不是第二二极管71B。当判断为驱动信号Sg产生为导通信号时，控制电路50使第一放电阻断开关75A和第二放电阻断开关75B断开。替代地，当判断为驱动信号Sg产生为断开信号时，驱动电路50使第一放电阻断开关75A和第二放电阻断开关75B导通。在图7中，与图2中所采用的相同的附图标记表示相同的部件，并且在此将省略其详细说明。
第二实施例
下面，根据与第一实施例不同的部件描述第二实施例。
如图8所示，第二实施例中的控制系统配备有温度测量单元91。温度测量单元91工作，以对第一开关SWA和第二开关SWB的温度进行判断，并且输出表示该温度的温度信号。温度测量单元91包括例如温敏或恒温二极管，并将温度信号输出到驱动控制器90。驱动控制器90对温度信号进行分析，以计算表示第一开关SWA和第二开关SWB的温度的开关温度TD。在图8中，与图2中所采用的相同的附图标记表示相同的部件，并且在此将省略对其详细说明。
驱动控制器90接收从控制装置40输出的电源电压VDC。驱动控制器90作为选择器工作，以选择或判断参考电压Vα，如图9所示，参考电压Vα随着电源电压VDC的降低而增加。上述判断是考虑到在第一开关SWA和第二开关SWB处的集电极-发射极电压与在浪涌电压产生时的其允许上限之间的裕度，随着平滑电容器11处的端子-端子电压的减少而增大的事实而做出的。这降低了低电流范围内的切换损耗。
驱动控制器90可变地根据开关温度TD对参考电压Vα进行判断。例如，如图10所示，考虑到开关温度TD越高，切换速度越低，由此减少浪涌电压，并且开关温度TD越高，第一开关SWA和第二开关SWB处的集电极-发射极电压的允许上限越高的事实，参考电压Vα被判断为随着开关温度TD的增加而增加。这使浪涌电压最小化，并且还根据开关温度TD减少了切换损耗。
如图11(a)所示，除了开关温度TD越高，浪涌电压越低的事实之外，浪涌电压在控制系统的操作期间可以在开关温度TD的范围内具有单个局部最大值。这是因为，在包括平滑电容器11和续流二极管FDA、FDB的闭合电路中，开关温度TD的上升会导致在续流二极管FDA、FDB中产生的浪涌电压的上升，但会导致在续流二极管FDA、FDB以外的电路中产生的浪涌电压的下降。在这种情况下，当浪涌电压相对增加时，驱动控制器90可以判断为参考电压Vα低于当浪涌电压相对减少时的参考电压Vα。参考图11(b)具体描述这样的示例。当判断为开关温度TD高于或等于第一温度T1，但是低于或等于第二温度T2时，驱动控制器90判断为参考电压Vα低于当判断开关温度TD低于第一温度T1或高于第二温度T2时的参考电压。
从以上讨论可以明显看出，本实施例中的驱动电路50包括选择器(即，驱动控制器90)，上述选择器选择两个或更多个开关作为在第一电流范围内需要导通的导通目标(即，开关SWA、SWB)，并且在电流低于第一电流范围的第二电流范围内，选择在数量上小于在第一电流范围内选择的导通目标的一个(或多个)开关作为需要导通的(多个)导通目标(SWA)。当判断为流过并联连接的开关组的总电流低于或等于参考值时，选择器判断为总电流位于第二电流范围内，其中，上述并联连接的开关组是彼此并联连接的开关的组合。替代地，当判断为总电流高于参考值时，选择器判断为总电流位于第一电流范围内。选择器根据开关的温度可变地对参考值进行判断。
第三实施例
下面，根据与第一实施例不同的部件描述第三实施例。如图12所示，第三实施例中的控制系统与第一实施例的不同之处在于连接至第一开关SWA和第二开关SWB的栅极的充电电路。在图12中，与图2中所采用的相同的附图标记表示相同的部件，并且在此将省略其详细说明。
驱动电路50包括共享充电电阻器102、第一充电开关101A、第一充电电阻器100A、第二充电开关101B和第二充电电阻器100B。电源60经由共享充电电阻器102连接至连接点M。连接点M经由第一充电开关101A及第一充电电阻器100A连接至第一开关SWA的栅极。连接点M还经由第二充电开关101B和第二充电电阻器100B连接至第二开关SWB的栅极。
在以下讨论中，从电源60经由共享充电电阻器102延伸到连接点M的电气路径被称为共享充电路径LCT。从连接点M经由第一充电开关101A和第一充电电阻器100A延伸到第一开关SWA的栅极的电气路径被称为第一开关SWA的第一充电路径LCA。从连接点M经由第二充电开关101B和第二充电电阻器100B延伸到第二开关SWB的栅极的电气路径被称为第二开关SWB的第二充电路径LCB。
在本实施例中，第一充电开关101A和第二充电开关101B用作开关单元。
下面，参考图13(a)至图13(f)描述在总感测电压Vse被判断为低于或等于参考电压Vα的低电流范围内的驱动电路50的操作。图13(a)和图13(d)至图13(f)对应于图3(a)和图3(d)至图3(f)。图13(b)和图13(c)分别示出第一充电开关101A和第二充电开关101B的导通或断开状态。在低电流范围内，第一充电开关101A以与参照图3(a)至图3(f)描述的第一充电开关61A相同的方式被驱动。类似地，第二充电开关101B以与参照图3(a)至图3(f)描述的第二充电开关61B相同的方式被驱动。
参考图14(a)至图14(f)描述驱动电路50在总感测电压Vse被判断为超过参考电压Vα的高电流范围内的操作。图14(a)至图14(f)对应于图13(a)至图13(f)。
在高电流范围内，第一充电开关101A以与参照图4(a)至图4(f)描述的第一充电开关61A相同的方式被驱动。类似地，第二充电开关101B以与参照图4(a)至图4(f)描述的第二充电开关61B相同的方式被驱动。
下面，参考图15(a)和图15(b)讨论第一开关SWA和第二开关SWB导通的切换速度。
在总感测电压Vse低于或等于参考电压Vα的低电流范围内，充电电流从电源60传输到第一开关SWA和第二开关SWB中的仅一个的栅极、即第一开关SWA的栅极。这样的流过共享充电电阻器102和第一充电电阻器100A的充电电流被称为充电电流IC。第一开关SWA处的栅极电压被定义为Vg。在从电源60经由共享充电电阻器102、连接点M、第一充电开关101A和第一充电电阻器100A延伸到第一开关SWA的栅极的充电路径中发生的电压降满足等式4。
Vg＝IC×Ron+IC×Ra
＝IC×(Ron+Ra) 等式4
其中，Ron是共享充电电阻器102的电阻值，Ra是第一充电电阻器100A的电阻值。
在以下讨论中，等式4的右侧(Ron+Ra)被定义为第一充电电阻Rc1。在本实施例中，第一充电电阻器100A与第二充电电阻器100B具有相同的电阻值。
在总感测电压Vse超过参考电压Vα的高电流范围内，充电电流从电源60传输到第一开关SWA和第二开关SWB两者的栅极。如果流过第二充电电阻器100B的充电电流被定义为ID，则在从电源60经由共享充电电阻器102、连接点M、第一充电开关101A和第一充电电阻器100A延伸到第一开关SWA的栅极的充电路径中发生的电压降满足以下等式5。
Vg＝(IC+ID)×Ron+IC×Ra 等式5
如果IC＝ID＝Ich,则等式5可以被改写成等式6
Vg＝Ich×(2×Ron+Ra) 等式6
等式6的右侧(2×Ron+Ra)在下面被称为第二充电电阻器Rc2。等式4和等式6示出高电流范围内的第二充电电阻器Rc2大于低电流范围内的第一充电电阻器Rc1。
第二充电电阻器Rc2以如下方式确定。
通常，浪涌电压在第一开关SWA和第二开关SWB导通时发生。浪涌电压通常随着第一开关SWA和第二开关SWB导通的切换速度的增加或者第一开关SWA和第二开关SWB中的集电极电流的增加而增加。鉴于该事实，选择第一开关SWA和第二开关SWB的切换速度、即第二充电电阻器Rc2，使得在第一开关SWA和第二开关SWB被导通之后的总感测电压Vse被预期变为最大电压Vsmax的情况下，使当第一开关SWA和第二开关SWB被导通时，第一开关SWA和第二开关SWB处的集电极-发射极电压低于或等于其允许上限。
共享充电路径LCT具有布置在其中的共享充电电阻器102。这产生了增加的电阻器，以使充电电流流到第一开关SWA和第二开关SWB的栅极，由此导致切换速度的降低。在这种情况下，如图15(a)中的实线所示，充电路径中的电阻Rch变为第二充电电阻Rc2。替代地，对于流向仅第一开关SWA的栅极的充电电流的流动的电阻减少，因此导致切换速度的增加。在这种情况下，如图15(a)中的实线所示，充电路径中的电阻Rch变为第一充电电阻Rc1(＜Rc2)。图15(b)表示切换速度。
从以上讨论中可以明显看出，本实施例的控制系统用于促进充电电流的流动以提高切换速度，由此导致低电流范围内的切换损耗的降低。在高电流范围内，控制系统还使对于充电电流的流动的电阻增加，以将切换速度降低到低于当充电路径中的电阻Rch被设定为第一充电电阻Rc1时的切换速度，由此使浪涌电压中的不期望的升高最小化。
然而，对于其中驱动电路50未配备图12所示的共享充电电阻器102的比较例，如图15(b)中的点划线所示，不可能提高低电流范围内的切换速度。在比较例中，电源60与连接点M连接或短路。
在比较例中，如图15(a)中的点划线所示，放电路径中的电阻Rdis被设定为第二放电电阻Rc2，而与低电流范围和高电流范围无关，使得电阻在低电流范围内被保持得高，由此使低电流范围内的切换速度低于第三实施例的结构中的切换速度，这导致低电流范围内的切换损耗的增加。
在该实施例中，第一充电电阻器100A和第二充电电阻器100B被设计为具有比共享充电电阻器102的电阻Ron低的电阻Ra，使得第一充电电阻Rc1比第二充电电阻Rc2低得多，从而提高低电流范围内的切换速度。
如图15(b)所示，选择第一充电电阻器100A和第二充电电阻器100B以及共享充电电阻器102中每一个的电阻，使得当总感测电压Vse变为最大电压Vsmax时的切换速度Sc2高于当总感测电压Vse变为参考电压Vα时的切换速度Sc1。这确保了在总感测电压Vse至少在第一开关SWA导通的状态下变得低于最大电压Vsmax的情况下，即使当在导通状态切换期间产生浪涌电压时，第一开关SWA和第二开关SWB处的集电极-发射极电压降低到低于其允许上限的稳定性。
变型
上述实施例可以以如下方式变型。
在上述实施例的每一个中，控制系统可以不配备有第一断开保持开关74A和第二断开保持开关74B。
彼此并联连接的开关的数量不限于两个，而可以是三个或更多个。在这种情况下，在高电流范围内需要导通的开关的数量被设定为大于在低电流范围内需要导通的开关的数量。
在彼此并联连接的开关的数量为三个或更多个的情况下，控制系统可以被设计成在三个或更多个电流范围内操作。例如，控制系统可以在低电流范围、电流高于低电流范围的中间电流范围、以及电流高于中间电流范围的高电流范围内操作。在这种情况下，相邻两个电流范围内的较高电流范围对应于第一电流范围，而较小电流范围对应于第二电流范围。
供放电开关73的源极和第一保持开关74A和第二断开保持开关74B中的每一个的源极连接的接地不限于第一开关SWA或第二开关SWB的发射极，而可以是电位低于第一开关SWA和第二开关SWB中每一个的发射极的负电压源。
逆变器20可以包括碳化硅(SiC)n沟道MOSFET，以代替IGBT。每相的上臂和下臂中的每一个的并联连接的开关(即，第一开关SWA和第二开关SWB)可以由类型彼此不同的开关实现。例如，并联连接的开关可以由彼此并联连接的两个IGBT和单个MOSFET来实现。
电力转换器(即，上述实施例中的逆变器20)可被设计为DC-DC转换器，上述DC-DC转换器具有升高输入电压并将其输出的第一特征和降低输入电压并将其输出的第二特征中的至少一个。
从以上讨论中可以明显看出，上述实施例中的驱动电路50基本上被设计为驱动彼此并联连接的多个开关(即，开关SWA、SWB)。驱动电路50包括：开关单元(74A、74B、71A、71B、75A、75B、101A、101B)，上述开关单元工作以导通开关中的仅选择的一个(多个)；单独电气路径(LDA、LDB、LCA、LCB)，上述单独电气路径中的每一个在第一端处连接至开关中一个的栅极；单独电阻器(70A、70B、100A、100B)，上述单独电阻器中的每一个被布置在单独电气路径中的一个；共享电气路径(LDT、LCT)，上述共享电气路径连接至单独电气路径的第二端，上述第二端是单独电阻器的、与连接至开关的栅极的第一端相反的一侧；以及共享电阻器(72、102)，上述共享电阻器被安装在共享电气路径中。
虽然已经根据优选实施例公开了本发明从而更好地理解本发明，应当理解的是，在不脱离本发明原理的情况下，本发明可以以各种方式实施。因此，本发明应该被理解为包括所有可能的实施例和对所示实施例的变型，这些实施例和变型可以在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明原理的情况下实施。

Claims (9)

1.一种驱动电路(50)，用于对彼此并联连接的多个开关(SWA、SWB)进行驱动，包括：
开关单元(74A、74B、71A、71B、75A、75B、101A、101B)，所述开关单元工作以使所述开关的仅选择的一个或多个导通；
单独电气路径(LDA、LDB、LCA、LCB)，每个所述单独电气路径在第一端处连接至所述开关中一个的栅极；
单独电阻器(70A、70B、100A、100B)，每个所述单独电阻器布置在所述单独电气路径的一个中；
共享电气路径(LDT、LCT)，所述共享电气路径连接至所述单独电气路径的第二端，所述第二端是所述单独电阻器的、与连接至所述开关的所述栅极的所述第一端相反的一侧；以及
共享电阻器(72、102)，所述共享电阻器安装在所述共享电气路径中。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述单独电气路径被设置为单独放电路径(LDA、LDB)，所述单独电阻器被设置为单独放电电阻器(70A、70B)，所述共享电气路径被设置为共享放电路径(LDT)，所述共享放电路径将所述单独放电路径的第二端与接地连接，其中，所述单独放电路径的第二端是所述单独放电电阻器的、与所述栅极连接的所述第一端相反的一侧，所述接地供所述栅极的电荷的放电，放电开关(73)被布置在所述共享放电路径中，并且所述开关单元包括：充电开关(61A、61B)，每个所述开关设置一个所述充电开关，每个所述充电开关将所述开关中对应一个的所述栅极与电源(60)连接；以及阻断单元(71A、71B、75A、75B)，每个所述阻断单元被布置在所述单独放电路径中的一个，允许电流在从所述栅极到所述共享放电路径的第一方向上流动，并且阻断在与所述第一方向相反的第二方向上的电流流动。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括断开保持开关(74A、74B)，针对每个所述开关设置一个所述断开保持开关，每个所述断开保持开关在所述单独放电路径中对应一个的比所述阻断单元更靠近所述栅极的一部分与所述接地之间短路。
4.如权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括选择器(90)，所述选择器选择开关中的两个或更多个(SWA、SWB)作为需要被导通的导通目标，并且所述选择器工作，以使与除了需要最后断开的一个开关(SWA)之外的一个(多个)开关对应的所述断开保持开关(74B)导通，然后断开所述放电开关(73)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述单独电气路径被设置为单独充电路径(LCA、LCB)，并且所述单独电阻器被设置为单独充电电阻器(100A、100B)，所述共享电气路径被设置为共享充电路径(LCT)，所述共享充电路径将所述单独充电路径中每一个的一部分与电源(60)连接，所述单独充电路径中每一个的一部分是位于所述单独充电电阻器中对应一个的、与所述栅极相反的一侧上的那部分，所述开关单元包括布置在所述单独充电路径中的充电开关(101A、101B)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括选择器，所述选择器在第一电流范围内选择所述开关中的两个或更多个作为需要导通的导通目标(SWA、SWB)，并且在电流低于所述第一电流范围的第二电流范围内，选择在数量上小于在所述第一电流范围内选择的所述导通目标的所述开关中的一个或多个作为需要导通的导通目标(SWA)，当判断为流过并联连接的开关组的总电流低于或等于参考值时，所述选择器判断为所述总电流位于所述第二电流范围内，当判断为所述总电流高于所述参考值时，所述选择器判断为所述总电流位于第一电流范围内，并且当施加到每个所述开关的两端中的较高电位的那个的电压较低时，所述选择器判断为所述参考值大于当施加的所述电压较高时的所述参考值，其中，所述并联连接的开关组是彼此并联连接的所述开关的组合。
7.如权利要求1至5中任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括选择器，所述选择器在第一电流范围内选择所述开关中的两个或更多个作为需要导通的导通目标(SWA、SWB)，并且在电流低于所述第一电流范围的第二电流范围内，选择在数量上小于在所述第一电流范围内选择的所述导通目标的所述开关中的一个或多个作为需要导通的导通目标(SWA)，当判断为流过并联连接的开关组的总电流低于或等于参考值时，所述选择器判断为所述总电流位于所述第二电流范围内，当判断为所述总电流高于所述参考值时，所述选择器判断为所述总电流位于所述第一电流范围内，并且所述选择器根据所述开关的温度能变动地判断所述参考值，其中，所述并联连接的开关组是彼此并联连接的所述开关的组合。
8.如权利要求6或7所述的驱动电路，其特征在于，对每个所述单独电阻器和所述共享电阻器的电阻值进行判断，从而在流过并联连接的开关组的总电流变为允许上限时的切换速度高于当总电流变为所述参考值时的所述切换速度，其中，所述并联连接的开关组是彼此并联连接的所述开关的组合。
9.如权利要求1至8中任一项所述的驱动电路，其特征在于，每个所述单独电阻器的电阻值小于所述共享电阻器的电阻值。
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