CN111262566A - 一种防止误导通的开关驱动电路及电器设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防止误导通的开关驱动电路及电器设备。其中，该驱动电路包括：依次连接的脉冲信号源、第一电阻、第一开关，所述第一开关的第一极连接第一电阻，第二极和第三极接入负载电路之间，还包括：相串联的第二电阻和第一电容，所述第二电阻与第一电容形成的串联支路并联设置在所述第一电阻的两端，所述串联支路用于在脉冲信号源输出关断信号时，为所述第一电阻供电，使所述第二电阻与所述第一开关的第一极之间保持负电压。通过本发明，能够使第一开关在需要关断时，其栅极始终保持负电压，避免误导通。

Description

一种防止误导通的开关驱动电路及电器设备

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种防止误导通的开关驱动电路及电器设备。

背景技术

随着时代的快速发展，技术的不断革新，功率开关器件技术也不断更新完善，比如说SiC和GaN等材料的功率开关器件，现在也是被广泛的运用的电力电子行业中，随着应用市场对能效的愈发重视和对高性能低成本电子产品的追求，今后功率电子领域对器件乃至系统的效率、性能、成本的考虑将会贯穿功率开关器件从研发到生产的整个过程。

对于能稳定可靠驱动这些功率开关器件，驱动电路是尤为重要的，驱动电路设计的好坏很大程度上决定了器件能否正常工作并达到预期的性能指标，好的驱动电路能够保证功率开关器件栅极电荷更小，可以在高频状态下快速的对其进行灌流、抽流，保证了功率开关器件的开关速度，同时驱动损耗更小；寄生电容小，控制功率开关器件高频下感生的尖峰电压更小，可以有效减小电磁干扰，且减小后级滤波的工作量，对于整体电路的工作稳定意义重大。但由于这些功率开关器件的栅极阈值电压很低，典型值为1.2V-1.6V之间。当其应用于高频时，容易受到电路中的寄生电感产生的振荡尖峰使其误导通。

针对现有技术中功率开关器件在寄生电感产生的振荡尖峰影响下误导通的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供一种防止误导通的开关驱动电路及电器设备，以解决现有技术中功率开关器件在寄生电感产生的振荡尖峰影响下误导通的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种防止误导通的开关驱动电路，包括依次连接的脉冲信号源、第一电阻、第一开关，所述第一开关的第一极连接第一电阻，第二极和第三极接入负载电路之间，还包括：

相串联的第二电阻和第一电容，所述第二电阻与第一电容形成的串联支路并联设置在所述第一电阻的两端，所述串联支路用于在脉冲信号源输出关断信号时，为所述第一电阻供电，使所述第二电阻与所述第一开关的第一极之间保持负电压。

进一步地，所述开关驱动电路还包括：

第三电阻，其第一端连接至所述第一电阻和所述第一开关的第一极之间，形成连接点，其第二端连接至所述第一开关的第二极和所述脉冲信号源的负极之间，所述第三电阻用于消耗所述第一电容存储的电能。

进一步地，所述第三电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

进一步地，所述开关驱动电路还包括：

第二开关，其第一极连接所述第三电阻，其第二极连接至所述连接点和所述第一开关的第一极之间，其第三极连接所述脉冲信号源的负极，所述第二开关用于控制所述第二电阻、所述第一电容、所述第三电阻以及所述脉冲信号源形成的回路的导通状态。

进一步地，所述开关驱动电路还包括：

第二电容，其第一端连接至所述第一电阻与所述脉冲信号源的正极之间，其第二端连接至所述第三电阻和所述第二开关的第一极之间，用于为所述第二开关提供导通电压。

进一步地，所述开关驱动电路还包括：

稳压单元，设置于所述第二开关的第二极和所述连接点之间，用于控制所述连接点的电压。

进一步地，所述稳压单元为稳压二极管。

进一步地，所述开关驱动电路还包括：

单向导通元件，其阳极连接至所述第二开关的第二极，阴极连接所述第二开关的第三极。

进一步地，所述单向导通元件为二极管。

进一步地，所述第二开关为MOSFET器件。

本发明还提供一种电器设备，包括第一开关和负载电路，还包括上述开关驱动电路。

应用本发明的技术方案，通过在第一电阻的两端设置串联的第二电阻与第一电容，在脉冲信号源输出关断信号时，为所述第一电阻供电，使所述第二电阻与所述第一开关之间保持负电压，能够使第一开关在需要关断时，其栅极始终保持负电压，避免误导通。

附图说明

图1为现有的开关驱动电路的结构图；

图2为根据本发明实施例的开关驱动电路的结构图；

图3为根据本发明另一实施例的开关驱动电路的结构图；

图4为根据本发明又一实施例的开关驱动电路的结构图；

图5为根据本发明又一实施例的开关驱动电路的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述电阻，但这些电阻不应限于这些术语。这些术语仅用来将连接于不同位置的电阻区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一电阻也可以被称为第二电阻，类似地，第二电阻也可以被称为第一电阻。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种防止误导通的开关驱动电路，图1为现有的开关驱动电路的结构图，如图1所示，该开关驱动电路包括：依次串联的脉冲信号源Vg、第一电阻R1、第一开关Db，第一开关Db的第一极连接第一电阻R1的第一端，第二极和第三极接入负载电路之间，脉冲信号源Vg的正极端子连接第一电阻R1的第二端，脉冲信号源Vg的负极端子连接第一开关Db的第二极，该脉冲信号源Vg用于周期性地输出正电压，控制第一开关Db导通，以及，输出负电压，控制第一开关Db关断，上述负载电路包括：负载Rd和电源Vdc，第一开关Db通过第二极和第三极串联接入该负载电路，在脉冲信号源Vg的的控制下，第一开关Db的第二极和第三极之间导通，进而控制上述负载电路导通，其中，所述第一开关Db为功率开关器件，其第一极为栅极，第二极为源极，第三极为漏极。

由于第一开关Db的栅极阈值电压很低，一般为1.2V-1.6V之间。当其应用于高频电路时，容易受到电路中的寄生电感产生的振荡尖峰使其误开通。在应用于全桥或半桥拓扑电路时，其栅极阈值电压过低，导致同一桥臂器件容易受到扰动而产生误开通，从而造成短路烧毁器件。

针对以上问题，提出一种防止误导通的开关驱动电路，图2为根据本发明实施例的开关驱动电路的结构图，如图2所示，该电路在现有的开关驱动电路的基础上，还包括：相串联的第二电阻R2和第一电容C1，第二电阻R2与第一电容C1形成的串联支路并联设置在第一电阻R1的两端，当脉冲信号源Vg输出关断信号时，第二电阻R2、第一电容C1以及第一电阻R1形成回路，第一电容C1为第二电阻R2和第一电阻R1供电，第一电阻R1两端之间产生电压降，使第一电阻R1向第一开关Db输出负电压，进而使第一开关Db的栅极始终保持负电压。

本实施例的开关驱动电路，通过在第一电阻的两端设置串联的第二电阻与第一电容，在脉冲信号源输出关断信号时，为所述第一电阻供电，使所述第二电阻与所述第一开关之间保持负电压，能够使第一开关在需要关断时，其栅极始终保持负电压，能够避免在全桥或半桥拓扑中第一开关受到扰动而误开通的状况，以及降低在脉冲信号源输出关断信号时，第一开关的损耗。

实施例2

本实施例提供另一种防止误导通的开关驱动电路，图3为根据本发明另一实施例的开关驱动电路的结构图，由于在第一开关Db导通时，脉冲信号源Vg输出的电压对第一电容C1充电，使第一电容C1存储电能，在第一开关Db需关断时，第一电容C1存储的电能被第二电阻R2消耗，但是消耗的速度较慢，为了加速第一电容C1存储的电能的消耗，避免第一电容C1产生的负电压使得第一开关Db在关断状态下增加损耗，如图3所示，该开关驱动电路还包括：第三电阻R3，其第一端连接至所述第一电阻R1和所述第一开关Db的第一极之间，形成连接点P，其第二端连接至所述第一开关Db的第二极和所述脉冲信号源Vg的负极之间，所述第三电阻R3与，用于消耗所述第一电容C1存储的电能。

实施例3

本实施例提供另一种防止误导通的开关驱动电路，图4为根据本发明又一实施例的开关驱动电路的结构图。由于第三电阻R3只需在第一开关Db关断时导通，在第一开关Db导通时，第三电阻R3所在的回路不需要导通，以避免增加整个驱动电路的负担，造成电能不必要的损耗，因此，需要控制控制第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3以及所述脉冲信号源Vg形成的回路的导通和关断，为了实现这一目的，如图4所示，在上述实施例的基础上，所述开关驱动电路还包括：

第二开关Q，其第一极连接所述第三电阻R3，其第二极连接至所述连接点P和所述第一开关Db的第一极之间，其第三极连接所述脉冲信号源Vg的负极端子，第二开关Q用于控制第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3以及所述脉冲信号源Vg形成的回路的导通状态，具体地，在脉冲信号源Vg输出导通信号控制第一开关Db导通时，控制第二开关Q关断，进而控制第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3以及所述脉冲信号源Vg形成的回路关断，在脉冲信号源Vg输出关断信号控制第一开关Db关断时，控制第二开关Q导通，进而控制第二电阻R2、第一电容C1、第三电阻R3以及所述脉冲信号源Vg形成的回路导通，以消耗第一电容C1存储的电能。

在上述实施例中，需要根据第一开关的导通状态来控制第二开关Q的导通或者关断，第二开关Q需要一个驱动电压，使其导通，为了实现驱动第二开关Q导通，如图4所示，在上述实施例的基础上，该开关驱动电路还包括：第二电容C2，其第一端连接至所述第一电阻R1与所述脉冲信号源Vg的正极端子之间，其第二端连接至所述第三电阻R3和所述第二开关Q的第一极之间，用于在脉冲信号源Vg输出关断信号控制第一开关Db关断时，为所述第二开关Q提供导通电压，以驱动第二开关Q的导通。在本实施例中，第二开关Q为MOSFET器件，其第一极为栅极，第二极为源极，第三极为漏极，优选地，第二开关Q为P沟道型MOSFET器件，当第二电容C2输出反向电压时，第二开关Q导通，当第二电容C2输出正向电压时，第二开关Q关断，在本实施例中，第三电阻R3的阻值大于的二电阻的阻值，当脉冲信号源Vg输出导通信号控制第一开关Db导通时，为第一电容C1和第二电容C2充电，在本实施例中，第三电阻R3的阻值大于所述第二电阻R2的阻值，因此，第一电容C1先充满电。

由于第二开关Q的第二极连接至所述连接点P和所述第一开关的第一极之间，第三极连接所述脉冲信号源的负极端子，当其第三极和第二极导通时，会影响P点的电压，进而影响第一开关Db的导通状态，为了进一步维持控制P点的电压为负电压，避免第一开关Db误导通，如图4所示，在上述实施例的基础上，所述开关驱动电路还包括：

稳压单元D1，设置于第二开关Q的第二极和连接点P之间，用于控制连接点P的电压，使得在脉冲信号源Vg输出关断信号控制第一开关Db关断时，连接点P的电压始终为负，进而控制第一开关Db第一极和第二极之间的电压，以保证第一开关Db在脉冲信号源Vg输出关断信号时保持关断，避免误导通。具体地，为了实现稳压功能，上述稳压单元D1为稳压二极管。

在上述实施例中，如果电路中产生过压的情况，可能会导致第二开关Q烧坏，为了防止这一情况发生，所述开关驱动电路还包括：

单向导通元件D2，其阳极连接至所述第二开关Q的第二极，阴极连接所述第二开关Q的第三极，当电路存在过压时，在对第二开关Q造成破坏之前，单向导通元件D2先反向击穿，将大电流导出，从而避免第二开关Q被烧坏，影响整个电路的功能，具体地，为了实现上述目的，单向导通元件D2为二极管。

实施例4

本实施例提供另一种防止误导通的开关驱动电路，图5为根据本发明又一实施例的开关驱动电路的结构图，如图5所示，该开关驱动电路包括：栅极电阻R51，设置于功率开关器件Db的栅极与脉冲电压源Vg之间，应选择阻值较小的电阻，以使驱动电路可以实现高速导通和关断切换；限流电阻R52，与所述栅极电阻R51并联，应选择一个较大的值，以限制功率开关导通期间流入栅极的电流；栅极电容C51，与栅极电阻R51串联形成串联支路，该串联支路与限流电阻R52并联，在功率开关器件Db需关断时，为其栅极提供负电压，避免误开通引起短路烧毁器件；能量泄放电阻R53，第一端接入限流电阻R52和功率开关器件Db的栅极之间，第二端连接脉冲电压源Vg，为栅极电容C51泄放能量提供回路；驱动电容C52，为P沟道MOSFET器件Q51提供驱动电压，在功率开关器件Db导通时，驱动电容C52充电，当功率开关器件Db需关断时，驱动电容C52放电，驱动P沟道MOSFET器件Q51导通；P沟道MOSFET器件Q51，其内部自带二极管Dgs，用于控制泄放能量的回路导通或关断。

该开关驱动电路还包括稳压二极管Dg，用于限制功率开关器件Db的栅极和源极之间的电压降；负载电阻Rd以及母线直流电源Vdc，负载电阻Rd与母线直流电源Vdc形成的回路，在功率开关器件Db的控制下导通或者关断。

当功率开关器件Db在开通的过程中，一直给栅极电容C51和驱动电容C52充电，直到充满，由于栅极电阻R51的阻值比限流电阻R52和能量泄放电阻R53的阻值小很多，使得栅极电容C51比驱动电容C52先充满，限流电阻R52限制流入二极管Dgs的电流大小，在这个开通过程P沟道MOSFET器件Q51处于关断状态；

当功率开关器件Db在关断的过程中，栅极电容C51处于放电的状态，使得功率开关器件Db栅极电压是负电压，这样可以保证在全桥或半桥拓扑中功率器件可以完全关断，不会出现误开通情况，另外驱动电容C52也处于放电的状态，驱动电容C52驱动P沟道MOSFET器件Q51导通后使得限流电阻R52被短路掉，使栅极电容C51、栅极电阻R51形成的回路将栅极电容C51储存的能量及时泄放掉，降低了功率开关器件关断时的功率损耗。

通过本实施例的开关驱动电路，可以有效的避免了在全桥或半桥拓扑中功率器件易受到扰动而产生误开通的状况，也可以降低由于电容产生的负电压对器件的功率损耗，最终达到保护电路的作用。

实施例5

本实施例提供一种电器设备，包括第一开关和负载电路，还包括上述实施例中的开关驱动电路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种开关驱动电路，包括依次连接的脉冲信号源、第一电阻、第一开关，所述第一开关的第一极连接第一电阻，第二极和第三极接入负载电路之间，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

相串联的第二电阻和第一电容，所述第二电阻与第一电容形成的串联支路并联设置在所述第一电阻的两端，所述串联支路用于在脉冲信号源输出关断信号时，为所述第一电阻供电，使所述第二电阻与所述第一开关的第一极之间保持负电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

第三电阻，其第一端连接至所述第一电阻和所述第一开关的第一极之间，形成连接点，其第二端连接至所述第一开关的第二极和所述脉冲信号源的负极之间，所述第三电阻用于消耗所述第一电容存储的电能。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第三电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

第二开关，其第一极连接所述第三电阻，其第二极连接至所述连接点和所述第一开关的第一极之间，其第三极连接所述脉冲信号源的负极，所述第二开关用于控制所述第二电阻、所述第一电容、所述第三电阻以及所述脉冲信号源形成的回路的导通状态。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

第二电容，其第一端连接至所述第一电阻与所述脉冲信号源的正极之间，其第二端连接至所述第三电阻和所述第二开关的第一极之间，用于为所述第二开关提供导通电压。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

稳压单元，设置于所述第二开关的第二极和所述连接点间，用于控制所述连接点的电压。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述稳压单元为稳压二极管。

8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述开关驱动电路还包括：

单向导通元件，其阳极连接至所述第二开关的第二极，阴极连接所述第二开关的第三极。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述单向导通元件为二极管。

10.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二开关为MOSFET器件。

11.一种电器设备，包括第一开关和负载电路，其特征在于，还包括权利要求1至10中任一项所述的开关驱动电路。

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