CN113193864A - 一种双钳位的功率管驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双钳位的功率管驱动电路及其驱动方法，包括驱动回路、门极尖峰回路、米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及功率管，所述驱动回路接收门极驱动信号，所述驱动回路、门极尖峰回路以及功率管的门极顺次连接，所述米勒钳位回路接收米勒钳位驱动信号，所述米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及门极尖峰回路顺次连接，负压尖峰钳位回路还与功率管的源极连接；本发明的优点在于：降低功率管快速开通关断过程中出现的门极尖峰导致功率管损坏的风险。

Description

一种双钳位的功率管驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及功率管驱动技术，更具体涉及一种双钳位的功率管驱动电路及其驱动方法。

背景技术

目前，随着电力电子技术快速发展，功率管材料不断进步，碳化硅、氮化镓等功率管开关速度越来越快，开通关断速度越快，开关尖峰越高，新材料在应用过程中对门极驱动电压要求越来越高，驱动回路要求也越来越高，处理不好极易导致功率半导体损坏。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了双钳位的功率管驱动电路及其驱动方法，解决功率管快速开通关断过程中出现的门极尖峰导致功率管损坏的风险。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种双钳位的功率管驱动电路，包括驱动回路、门极尖峰回路、米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及功率管，所述驱动回路接收门极驱动信号，所述驱动回路、门极尖峰回路以及功率管的门极顺次连接，所述米勒钳位回路接收米勒钳位驱动信号，所述米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及门极尖峰回路顺次连接，负压尖峰钳位回路还与功率管的源极连接。

进一步地，所述驱动回路包括电阻R1，所述电阻R1的一端接收门极驱动信号，电阻R1的另一端与门极尖峰回路连接。

更进一步地，所述门极尖峰回路包括电容C1，所述电容C1的一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端接功率地。

更进一步地，所述功率管为NMOS管Q1，所述NMOS管Q1的门极与电容C1的一端连接，所述NMOS管Q1的源极接功率地，所述NMOS管Q1的漏极接电压源VP+。

更进一步地，所述米勒钳位回路包括电阻R2、电阻R3以及三极管T1，所述电阻R2的一端与三极管T1的基极连接并接收米勒钳位驱动信号，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的另一端以及负压尖峰钳位回路连接，三极管T1的集电极与负压尖峰钳位回路连接。

更进一步地，所述负压尖峰钳位回路包括二极管D1、二极管D2、电容C2以及电容C3，所述二极管D1的阴极以及二极管D2的阳极均与电阻R3的另一端连接，二极管D1的阳极分别与三极管T1的集电极以及电容C2的一端连接，二极管D1的阳极接负驱动电源VEE，二极管D2的阴极与电容C3的一端连接，二极管D2的阴极接正驱动电源VCC，电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电容C1的另一端连接。

本发明还提供上述双钳位的功率管驱动电路的驱动方法，所述方法包括：

当驱动回路接收的门极驱动信号为高电平时，通过驱动回路将功率管的门极拉高到高电平，开通功率管，当驱动回路接收的门极驱动信号为低电平时，通过驱动回路将功率管的门极拉低到低电平，关断功率管；

所述门极尖峰回路吸收功率管在开通和关断的过程产生的尖峰电压；

所述米勒钳位回路在功率管关断过程中降低关断回路阻抗，当功率管关断完成后米勒钳位回路和驱动回路一起下拉功率管的门极，保持功率管处于关闭状态；

所述负压尖峰钳位回路降低功率管在开通和关断过程产生的尖峰的过冲幅度。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明中驱动回路驱动功率管的开通和关断，功率管在驱动回路开通和关断的时候会产生尖峰电压，门极尖峰回路吸收尖峰的能量，从而让尖峰电压不会太高而损坏功率管或者误导通。米勒钳位回路在功率管关断过程中降低关断回路阻抗，加快关断速度，当功率管关断完成后米勒台钳位回路和驱动回路一起强下拉功率管的门极，保持功率管处于关闭状态。负压尖峰钳位回路通过对正负电源有源钳位门极电压振荡，降低尖峰过冲幅度，防止功率管驱动级损坏，整个电路降低功率管快速开通关断过程中出现的门极尖峰导致功率管损坏的风险。

2、本发明采用电阻R1作为驱动信号输入和功率管门极充放电的阻抗，采用电容C1作为功率管门极尖峰吸收的容性阻抗，通过容性阻抗对门极振荡的尖峰进行吸收，通过容性阻抗存储能量防止尖峰增加，就近抑制电压尖峰。

3、本发明当功率管处于关断时的米勒平台时，米勒钳位驱动信号与功率管门极之间有电压，电阻R2上也会产生压降，从而触发三极管T1导通，功率管门极通过电阻R3对负驱动电源放电，快速关断功率管。

4、本发明中当尖峰电压低于负电源电压时，通过二极管D1将尖峰电压钳位到储能电容C2上，从而抑制负压尖峰。当尖峰电压高于正驱动电源电压时，通过二极管D2将尖峰电压钳位到储能电容C3上，从而抑制正压尖峰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种双钳位的功率管驱动电路的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

如图1所示，一种双钳位的功率管驱动电路，包括驱动回路1、门极尖峰回路2、米勒钳位回路3、负压尖峰钳位回路4以及功率管5，所述驱动回路1接收门极驱动信号，所述驱动回路1、门极尖峰回路2以及功率管5的门极顺次连接，所述米勒钳位回路3接收米勒钳位驱动信号，所述米勒钳位回路3、负压尖峰钳位回路4以及门极尖峰回路2顺次连接，负压尖峰钳位回路4还与功率管5的源极连接。以下详细介绍电路原理：

继续参阅图1，所述驱动回路1包括电阻R1，所述电阻R1的一端接收门极驱动信号，电阻R1的另一端与门极尖峰回路2连接。所述门极尖峰回路2包括电容C1，所述电容C1的一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端接功率地。采用电阻R1作为驱动信号输入和功率管5门极充放电的阻抗，采用电容C1作为功率管5门极尖峰吸收的容性阻抗，通过容性阻抗对门极振荡的尖峰进行吸收，通过容性阻抗存储能量防止尖峰增加，就近抑制电压尖峰。

本实施例中，所述功率管5为NMOS管Q1，所述NMOS管Q1的门极与电容C1的一端连接，所述NMOS管Q1的源极接功率地，所述NMOS管Q1的漏极接电压源VP+。

所述米勒钳位回路3包括电阻R2、电阻R3以及三极管T1，所述电阻R2的一端与三极管T1的基极连接并接收米勒钳位驱动信号，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的另一端以及负压尖峰钳位回路4连接，三极管T1的集电极与负压尖峰钳位回路4连接。当功率管5处于关断时的米勒平台时，米勒钳位驱动信号与功率管5门极之间有电压，电阻R2上也会产生压降，从而触发三极管T1导通，功率管5门极通过电阻R3对负驱动电源放电，快速关断功率管5。

所述负压尖峰钳位回路4包括二极管D1、二极管D2、电容C2以及电容C3，所述二极管D1的阴极以及二极管D2的阳极均与电阻R3的另一端连接，二极管D1的阳极分别与三极管T1的集电极以及电容C2的一端连接，二极管D1的阳极接负驱动电源VEE，二极管D2的阴极与电容C3的一端连接，二极管D2的阴极接正驱动电源VCC，电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电容C1的另一端连接。通过D1将功率管5门极与负驱动电源VEE连接，负驱动电源VEE连接一个电容C2，当尖峰电压低于负电驱动源VEE电压时，通过二极管D1将尖峰电压钳位到储能电容C2上，从而抑制负压尖峰。通过二极管D2将功率管5门极与正驱动电源VCC连接，正驱动电源VCC连接一个电容C3，当尖峰电压高于正驱动电源VCC电压时，通过二极管D2将尖峰电压钳位到储能电容C3上，从而抑制正压尖峰。

基于上述双钳位的功率管驱动电路，本发明还提供双钳位的功率管驱动电路的驱动方法，所述方法包括：

当驱动回路1接收的门极驱动信号为高电平时，通过驱动回路1将功率管5的门极拉高到高电平，开通功率管5，当驱动回路1接收的门极驱动信号为低电平时，通过驱动回路1将功率管5的门极拉低到低电平，关断功率管5；

功率管5在驱动回路1开通和关断的时候会产生尖峰电压，所述门极尖峰回路2通过容性回路吸收功率管5在开通和关断的过程产生的尖峰电压，从而让尖峰电压不会太高而损坏功率管5或者误导通；

当功率管5在关断过程中会进入米勒平台阶段，所述米勒钳位回路3在功率管5进入米勒平台阶段时触发米勒钳位回路3降低关断回路阻抗，加快关断速度，当功率管5关断完成后米勒平台钳位电路和驱动回路1一起强下拉功率管5的门极，保持功率管5处于关闭状态。

功率管5开通和关断会产生尖峰，所述负压尖峰钳位回路4通过对正驱动电源VCC以及负驱动电源VEE有源钳位门极电压振荡，降低功率管5在开通和关断过程产生的尖峰的过冲幅度，防止功率管5驱动级损坏。

通过以上技术方案，本发明中驱动回路1驱动功率管5的开通和关断，功率管5在驱动回路1开通和关断的时候会产生尖峰电压，门极尖峰回路2吸收尖峰的能量，从而让尖峰电压不会太高而损坏功率管5或者误导通。米勒钳位回路3在功率管5关断过程中降低关断回路阻抗，加快关断速度，当功率管5关断完成后米勒台钳位回路和驱动回路1一起强下拉功率管5的门极，保持功率管5处于关闭状态。负压尖峰钳位回路4通过对正负电源有源钳位门极电压振荡，降低尖峰过冲幅度，防止功率管5驱动级损坏，整个电路降低功率管5快速开通关断过程中出现的门极尖峰导致功率管5损坏的风险。

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，并不会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 (7)

1.一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，包括驱动回路、门极尖峰回路、米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及功率管，所述驱动回路接收门极驱动信号，所述驱动回路、门极尖峰回路以及功率管的门极顺次连接，所述米勒钳位回路接收米勒钳位驱动信号，所述米勒钳位回路、负压尖峰钳位回路以及门极尖峰回路顺次连接，负压尖峰钳位回路还与功率管的源极连接。

2.根据权利要求1所述的一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，所述驱动回路包括电阻R1，所述电阻R1的一端接收门极驱动信号，电阻R1的另一端与门极尖峰回路连接。

3.根据权利要求2所述的一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，所述门极尖峰回路包括电容C1，所述电容C1的一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端接功率地。

4.根据权利要求3所述的一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，所述功率管为NMOS管Q1，所述NMOS管Q1的门极与电容C1的一端连接，所述NMOS管Q1的源极接功率地，所述NMOS管Q1的漏极接电压源VP+。

5.根据权利要求4所述的一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，所述米勒钳位回路包括电阻R2、电阻R3以及三极管T1，所述电阻R2的一端与三极管T1的基极连接并接收米勒钳位驱动信号，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的另一端以及负压尖峰钳位回路连接，三极管T1的集电极与负压尖峰钳位回路连接。

6.根据权利要求5所述的一种双钳位的功率管驱动电路，其特征在于，所述负压尖峰钳位回路包括二极管D1、二极管D2、电容C2以及电容C3，所述二极管D1的阴极以及二极管D2的阳极均与电阻R3的另一端连接，二极管D1的阳极分别与三极管T1的集电极以及电容C2的一端连接，二极管D1的阳极接负驱动电源VEE，二极管D2的阴极与电容C3的一端连接，二极管D2的阴极接正驱动电源VCC，电容C2的另一端、电容C3的另一端以及电容C1的另一端连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双钳位的功率管驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：

当驱动回路接收的门极驱动信号为高电平时，通过驱动回路将功率管的门极拉高到高电平，开通功率管，当驱动回路接收的门极驱动信号为低电平时，通过驱动回路将功率管的门极拉低到低电平，关断功率管；

所述门极尖峰回路吸收功率管在开通和关断的过程产生的尖峰电压；

所述米勒钳位回路在功率管关断过程中降低关断回路阻抗，当功率管关断完成后米勒钳位回路和驱动回路一起下拉功率管的门极，保持功率管处于关闭状态；

所述负压尖峰钳位回路降低功率管在开通和关断过程产生的尖峰的过冲幅度。

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