CN1119364A - 用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路 - Google Patents

用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路 Download PDF

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Abstract

一种用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，包括一个用于产生一个与所述电压驱动型功率开关器件相关的栅极电压，还包括一个校正装置，该校正装置连接到所述控制装置上，并用于接收所述的栅极电压，同时用于校正由流经所述电压驱动型功率开关器件的主电路电流所引起的磁通量施加给所述栅极电压的影响，以产生一个校正后的栅极电压。所述校正后的栅极电压被施加给所述电压驱动型功率开关设备的栅极。

Description

用于电压驱动型功率开关 器件的栅极驱动电路
本发明涉及到一种用于电压驱动型功率开关器件的棚极驱动电路，该电路用于控制所述电压驱动型功率开关器件的接通与关断。
通常使用一个场效应晶体管或一个绝缘栅双极晶体管(此后简称为IGBT)作为一个电压驱动型功率开关器件。这些器件中的每一个都具有很大的栅极输入阻抗，并且可以通过向其栅极施加一个栅极电压来对其实行通—断转换控制。
用于一个IGBT的传统的栅极驱动电路示于图6。在图6中，借助于诸如一对导线等的信号线3在所述IGBT1的栅极和漏极之间提供了由用于对所述IGBT1的通—断转换进行控制的控制器件2输出的一个栅极电压VG。
在这种情况下，所述导线是如下设置的：即使由流经所述连接到所述IGBT1的源极或漏极导体内的主电流所引起的磁通量的影响尽可能的小。
然而，实际上，要完全消除由于实际的相对位置关系而由所述主电流引起的所述磁通量的影响是不可能的。因此，在所述信号线3中就要产生由于磁通量的影响而感应的一个电压，而这个电压对于所述IGBT1的栅极和漏极之间的电压是有不良影响的。
例如，由于所述IGBT1的漏极电流iE发生变化而引起磁通量φ的变化，从而导致在所述一对导线3中产生一个感应电压VX。在所述感应电压VX的极性方向如图7所示的情况下，当所述IGBT1的漏极电流iE分别增加或减小时，加到所述IGBT1的栅极和漏极之间的电压VGE将上升或下降。在这种情况下，将出现下述问题。
特别是，当流经所述IGBT1的源极和漏极的主电流增加时，若所述IGBT1栅极和漏极之间的电压VGE增加，将使得所述IGBT1源极和漏极之间的电压VCE降低，进而产生一个正反馈作用而使得所述主电流进一步增加。因而就存在有下述危险，即当由于负载短路而使所述IGBT1中的主电流突然增加，例如使所述栅极和漏极之间的电压VCE增加时，就会导致所述主电流进一步增加，其结果就不可避免地使所述IGBT1产生过流状态，并可能受到损害。
另外，在流经所述IGBT1的主电流减小时，若在所述栅极和漏极之间的电压VGE降低，那么在源极和漏极之间的电压VCE就要上升，从而一个正反馈而使得所述主电流进一步减小。因此，就存在着如下危险，即当由所述控制设备2所输出的栅极电压VG以一个规定的减小速率减小且在所述IGBT1中的主电流减小到零时，所述的主电流会由于所述的正反馈而进一步减小，并且由存在于所述主电路中的分布电感(附图中未示出)所引起的反电动势将会在所述IGBT1的源极和漏极之间产生过盈电压，从而损坏所述的IGBT1。
另外，即使所述的IGBT1，没有被上述的过电流或过电压所损坏，也存在有如下的危险，即由于前述的正反馈而使所述IGBT1中的主电路电流产生高频振盈，而这种高频振盈对所述IGBT1的寿命是有不良影响的。
因此，本发明的一个目的就是要提供一种用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，该电路能对所述的电压驱动型功率开关设备进行稳定的转换控制。
本发明的另一个目的就是要提供一种用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，这种电路能够减少电流经电压驱动型功率开关设备的主电路电流所引起的磁通量密度对所述栅极电压的不良影响。
本发明的再一个目的就是要提供一种用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路，该电路能够避免由流经所述电压驱动型功率开关设备的主电路电流所引起的磁通密度所产生的正反馈对所述栅极电压产生的不利影响。
本发明的这些和其它的一些目的可以通过提供一个用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路加以实现，所述电路包括：控制设备，用于产生一个与所述电路驱动型功率开关设备相关的栅极电压；和一个连接到所述控制设备的校正设备，用于校正电流经所述电压驱动型功率开关设备所导致的磁通量对所述栅极电压的影响，从而产生一个正确的栅极电压。该正确的栅极电压被施加在所述电压驱动型功率开关器件的栅极上。
通过结合附图参考下面的详细描述将对本发明作出更完整的评价和更好的理解，其中，
图1的电路图示出了依据本发明一个实施例的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路；
图2的波形图用以解释图1所示实施例的作用；
图3的电路图示出了依据本发明另一个实施例的用于电路驱动型功率开关器件的栅极驱动电路。
图4的电路图示出了依据本发明又一个实施例的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路；
图5的电路图示出了依据本发明又一个实施例的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路；
图6的电路图示出了一个传统的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路；和
图7的波形图用于解释图6所示传统栅极驱动电路的功能。
下面参看附图，其中相同的参考标号表示整个附图中相同或相应的部分，下面描述本发明的实施例。
图1示出了本发明的一个实施例。在该图中，控制设备2和信号线3与图6所示之现有技术相同。新提供了一个利用电磁能有源耦合到连接到所述IGBT1源极上一个导体上的耦合导线4。该实施例构成如下：即利用所述耦合导线4在所述IGBT1的栅极和漏极之间提供了一个由所述控制设备2输出的栅极电压VG。
在前述结构中，当所述的栅极电压VG是由所述控制设备2输出并且电流iC流经所述IGBT1的源极时，在所述耦合导线4中产生与该电流iC中变化速率dic/dt相对应的感应电压VY，该感应电压VY被加到栅极电压VG上，并且当电流iC增加或减小时，如图2所示，所述IGBT1栅极和漏极之间的电压VGE下降或上升，从而去除了在信号线3内所感应电压VX的正反馈，进而可以施加一个负反馈。
另外，可以以如下方式来配置所述的耦合导线4，即使所述的耦合导线4被提供在靠近IGBT1而插入的一个印刷电路板上，从而使得可以调整所述电磁耦合的耦合系数。
因此，通过调节所述电磁耦合的耦合系数，可以减少正反馈作用，乃至取削掉所述正反馈或施加一个负反馈。
本发明另外一个实施例示于图3。该图示出了如下一种情况，即提供了一个能够对连接到所述IGBT1的漏极进行有源电磁耦合的耦合导线4。所述IGBT1的漏极电流iE实际上与源极电流iC相同。本实施例可以获得与上述实施例类似的运行状态和效果。
本发明的再一个实施例示于图4。在该实施例中，诸如是一个扼流圈的阻抗元件5被串联连接到所述IGBT1的漏极一侧。该实施例的结构如下：由所述控制设备2输出的栅极电压VG通过位于所述IGBT1栅极和所述阻抗元件5一端(非漏极一侧)之间的信号线3被提供出来。
在前述结构中，当所述栅极电压VG被输出且漏极电流iE流过所述IGBT1时，在所述阻抗元件5中产生由于漏极电流iE所导致的电压降低VY。该电压VY在引起所述IGBT1的栅—漏极间电压VCE下降的方向上起作用，因此，其作用相当于一个负反馈。另外，若以电感元件用作所述的阻抗元件5，那么在所述的电感元件中就要产生相当于漏极电流中电流变化速率diE/dt的电压降VY，这样就可以实现与前述实施例相类似的作用。
本发明的再一个实施例示于图5。该实施例的结构如下：变压器6的原边线圈被串联连接到所述IGBT1的漏极一侧，利用信号线3在所述IGBT1的栅极和漏极之间提供一个由所述控制设备2输出的栅极电压VG，所述变压器6的付边线圈直接插入到该信号线3上。
在前述结构中，当漏极电流iE流经所述IGBT1时，相当于漏极电流iE电流变化速率diE/dt的感应电压VY就会在所述变压器6付边线圈中产生。这样就可以实现与前述实施例相类似的作用。
利用这些实施例，可以削除前述正反馈作用，此外可以施加一个负反馈。例如，当由于负载短路等原因而使所述IGBT1中主电路电流忽然增加时，通过避免栅极和漏极间的电压VCE升高以及主电路电流的进一步增加，可以避免由于过流而使所述IGBT1损坏。并且当栅极电压VG以规定的减少速率减少从而使得所述IGBT1的主电路电流下降到零时，通过避免在所述IGBT1的源极和漏极之间产生所述的过盈电压可以避免由于过压所引起的IGBT1的损坏。
此外，还可以避免在所述IGBT1的主电路电流中产生高频振盈，并且可以提高所述IGBT1的运行可靠性。
根据本发明，可以提供一个用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路，利用该电路，可以使所述电压驱动型功率开关设备栅极和漏极间的电压避免受到由源极电流或漏极电流所引起磁通量的不良影响。并可执行稳定的转换控制。
可以根据上述教导对本发明作出许多修改和变化，因此，应当理解，在所附权利要求之内，不需要特别加以描述就能够实施本发明。

Claims (9)

1.一种用于电压驱动型功率开关器件的棚极驱动电路，包括：
控制装置，用于产生一个与所述电压驱动型功率开关设备相关的栅极电压；和
校正装置，该校正装置连接到所述控制装置上，用于接收所述的栅极电压，并用于校正由流经所述电压驱动功率开关设备的主电路电流所导致的磁通量施加给所述栅极电压的影响，而产生一个校正后的栅极电压，所述校正后的栅极电压被提供给所述电压驱动型功率开关器件的棚极。
2.根据权利要求1所述的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路，其中，通过校正所述的栅极电压，所述的校正装置产生所述校正后的栅极电压，从而使得当所述的主电路电流增加时，所述的栅极电压下降，而当所述的主电路电流减小时，所述的栅极电压增加。
3.根据权利要求1所述的用于电压驱动型功率开并设备的栅极驱动电路，其中，通过调节用于校正所述磁通对所述栅极电压影响的系数来产生所述校正后的栅极电压。
4.根据权利要求1所述用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路，其中，所述的校正装置包括一个利用电磁耦合耦合到连接到所述电压驱动型功率开关器件的源极和漏极之一上的一个导体上的耦合导线，且所述的栅极电压通过所述的耦合导线被施加到所述电压驱动型功率开关设备的所述栅极上，以用作校正后的栅极电压。
5.根据权利要求4所述的用于电压驱动型功率开关设备的栅极驱动电路，其中，通过校正所述的栅极电压，所述的校正装置产生所述校正后棚极电压，从而，当流经所述导体的主电路电流增加时，由于在所述耦合导线中所感应的一个电压，而使所述栅极电压减小，而当流经所述导体的主电路电流减小时，由于在所述耦合导线中感应的所述电压而使得栅极电压增加。
6.根据权利要求4所述的用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，其中，通过调节在所述导体和耦合导线之间的电磁耦合的耦合系数来产生所述校正后的栅极电压。
7.根据权利要求1所述的用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，其中，所述的校正装置包括一个以串联形式连接到所述电压驱动功率开关器件的漏极一侧的阻抗元件，且所述的栅极电压被施加在所述栅极和所述阻抗元件未连接到所述漏极的一端之间，借此，所述校正后的棚极电压被施加在所述电压驱动型功率开关设备的所述栅极和漏极之间。
8.根据权利要求7所述的用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，其中，在所述的校正装置中，所述的阻抗元件包括一个电感元件。
9.根据权利要求1所述的用于电压驱动型功率开关器件的栅极驱动电路，其中，所述的校正装置包括一个其原边与所述漏极串联，其付边连接到所述控制装置和所述电压驱动型功率开关器件所述栅极之间的变压器，所述的栅极电压通过所述变压器的付边被施加到所述漏极和栅极之间，
借此，所述校正后的栅极电压被加在所述电压驱动型功率开关器件的所述栅极和漏极之间。
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