CN113507200A - 一种功率变换器及其驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率变换器及其驱动电路，其检测单元在检测到功率器件出现短路故障时生成故障信号；然后由钳位单元根据驱动正电源提供的电压生成预设电压，并将功率器件的控制端的电压钳位至预设电压；最后由逻辑单元对自身接收到的PWM信号进行封波处理，生成并输出相应的驱动信号，控制驱动单元将功率器件的控制端的电压调整为驱动负电源供电时的关断电压。也即，本发明中驱动单元仅需要连接驱动正电源和驱动负电源，而且其钳位单元借助驱动正电源提供的电压来生成预设电压进而实现钳位，节省了现有技术中的额外电源，也能实现两级电压关断，进而降低了成本。

Description

一种功率变换器及其驱动电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种功率变换器及其驱动电路。

背景技术

功率变换器的主电路拓扑中，功率器件，比如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，作为其主要器件，在实际工作中，通常会由于内部驱动信号错误或外部信号串扰等原因，存在不同短路工况。短路期间，IGBT的开关电流突增，产生较大短路能量，因此，需要及时关断IGBT，防止其过热损坏；此外，还需要对短路电流进行抑制，防止IGBT超出短路安全工作区。

针对短路工况，在检测到短路故障后，现有技术中存在一种两级电压关断的方案，其具体电路结构如图1所示：开关K1闭合时，能够将电源V1输出的电能通过导通电阻Rgon引入IGBT的门极G；当检测到短路故障后，先控制开关K1断开、K2闭合，以电源V2输出的电能通过导通电阻Rgon引入IGBT的门极G，使门极G的电压下降至一个中间电压；然后控制开关K2断开、K3闭合，以电源V3输出的电能通过关断电阻Rgoff引入IGBT的门极G，使门极G的电压进一步下降至关断电压。该方案下门极G的电压变化如图2所示。

该方案能够及时关断IGBT，防止其过热损坏，还能够在一定程度上限制短路电流大小；但是，该方案还需要一路额外的电源V2来提供两级电压关断时的中间电压，增加了驱动电路的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种功率变换器及其驱动电路，以降低驱动电路的成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种功率变换器的驱动电路，用于实现对于所述功率变换器中相应功率器件的驱动；所述驱动电路包括：检测单元、钳位单元、逻辑单元和驱动单元；其中：

所述驱动单元连接于驱动正电源与驱动负电源之间，其输入端连接所述逻辑单元的输出端，其输出端连接所述功率器件的控制端；

所述检测单元用于在检测到所述功率器件出现短路故障时生成故障信号；

所述钳位单元用于在接收到所述故障信号时，根据所述驱动正电源提供的电压生成预设电压，并将所述功率器件的控制端的电压钳位至所述预设电压；

所述逻辑单元用于根据所述故障信号，对自身接收到的脉冲宽度调制PWM信号进行封波处理，生成并输出相应的驱动信号，控制所述驱动单元将所述功率器件的控制端的电压调整为所述驱动负电源供电时的关断电压。

可选的，所述预设电压为：固定电压值，或者，所述驱动正电源提供的电压的分压值。

可选的，所述预设电压为所述驱动正电源提供的电压的分压值时，所述钳位单元包括：第一电阻、第二电阻、第一二极管及第一开关；

所述第一电阻的一端连接所述驱动正电源，另一端通过所述第二电阻接地；

所述第一电阻与所述第二电阻的连接点，连接所述第一二极管的阴极；

所述第一二极管的阳极连接所述功率器件的控制端；

所述第一开关与所述第一电阻并联连接；

所述第一开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为断开状态。

可选的，所述第一开关包括：第一开关管。

可选的，所述第一开关还包括：与所述第一开关管串联连接的第二开关管或第二二极管；

所述第二开关管中体二极管及所述第二二极管的导通方向，与所述第一开关管中体二极管的导通方向相反。

可选的，所述预设电压为固定电压值时，所述钳位单元包括：第三电阻、稳压二极管、第二开关、第三开关及第三二极管；

所述第三电阻的一端连接所述驱动正电源，另一端连接所述稳压二极管的阴极；所述稳压二极管的阳极接地；

所述第二开关的一端连接所述驱动正电源，另一端连接所述第三二极管的阴极；

所述第三开关的一端连接所述稳压二极管的阴极，另一端连接所述第三二极管的阴极；

所述第三二极管的阳极连接所述功率器件的控制端；

所述第二开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为断开状态；

所述第三开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为闭合状态。

可选的，所述第二开关和所述第三开关均包括：第三开关管。

可选的，所述第三开关还包括：与相应所述第三开关管串联连接的第四开关管；

所述第四开关管中体二极管的导通方向，与相应所述第三开关管中体二极管的导通方向相反。

可选的，所述驱动单元包括：开通支路和两条关断支路；

所述开通支路的一端连接所述驱动正电源；

所述关断支路的一端连接所述驱动负电源；

所述开通支路的另一端及所述关断支路的另一端相连，连接点连接所述驱动单元的输出端；

所述开通支路的控制端及所述关断支路的控制端，连接所述逻辑单元的输出端；所述功率器件出现短路故障时，处于导通状态的所述关断支路，其等效阻抗大于正常情况下处于导通状态的所述关断支路的等效阻抗。

可选的，所述驱动单元还包括：放大电路；

所述放大电路设置于所述驱动正电源与所述驱动负电源之间，其输入端连接所述开通支路与所述关断支路的连接点，其输出端连接所述驱动单元的输出端。

可选的，所述驱动单元还包括：驱动电阻模块；

所述驱动电阻模块的输入端连接所述放大电路的输出端；

所述驱动电阻模块的输出端连接所述驱动单元的输出端。

可选的，所述驱动电阻模块包括一个电阻；或者，

所述驱动电阻模块包括两个电阻及第五二极管；其中一个电阻与所述第五二极管串联后，与另一个电阻并联连接；且所述第五二极管的导通方向指向所述功率器件的控制端。

可选的，所述检测单元检测所述功率器件的输入端电压或输入端电流，并在所述输入端电压或所述输入端电流大于相应阈值时，判定所述功率器件出现短路故障。

可选的，该驱动电路还包括：保护单元，用于根据所述故障信号，判断所述短路故障是否为真实性故障；并在判定所述短路故障为真实性故障时，输出封波信号至所述逻辑单元，使所述逻辑单元对所述PWM信号进行封波处理；而在判定所述短路故障不为真实性故障时，不输出所述封波信号，使所述逻辑单元维持对所述PWM信号的正常处理。

可选的，所述保护单元用于判断所述短路故障是否为真实性故障时，具体用于：

判断所述故障信号的持续时长是否超过预设时长；若所述持续时长超过所述预设时长，则判定所述短路故障为真实性故障；否则，判定所述短路故障不为真实性故障。

可选的，所述逻辑单元还用于：根据所述封波信号向控制器发送故障状态信号，以供所述控制器确定是否发送所述PWM信号。

本发明第二方面还提供了一种功率变换器，其主电路拓扑中包括至少一个功率器件，各所述功率器件分别受控于相应的如上述任一段落所述的功率变换器的驱动电路；

所述驱动电路中的逻辑单元与控制器通信连接，以接收所述控制器发送的PWM信号。

可选的，所述控制器集成于所述功率变换器中或设置于所述功率变换器外部。

本发明提供的功率变换器的驱动电路，其检测单元在检测到功率器件出现短路故障时生成故障信号；然后由钳位单元根据驱动正电源提供的电压生成预设电压，并将功率器件的控制端的电压钳位至预设电压；最后由逻辑单元对自身接收到的PWM信号进行封波处理，生成并输出相应的驱动信号，控制驱动单元将功率器件的控制端的电压调整为驱动负电源供电时的关断电压。也即，本发明中驱动单元仅需要连接驱动正电源和驱动负电源，而且其钳位单元借助驱动正电源提供的电压来生成预设电压进而实现钳位，节省了现有技术中的额外电源，也能实现两级电压关断，进而降低了成本。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的IGBT的驱动电路的结构示意图；

图2为图1所示驱动电路在关断IGBT时，IGBT门极电压的变化示意图；

图3至图8及图11为本发明实施例提供的驱动电路的七种结构示意图；

图9为本发明实施例提供的驱动单元的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的功率器件的控制端电压的变化示意图；

图12为本发明实施例提供的功率器件出现短路故障时的信号波形示意图。

具体实施方式

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种功率变换器的驱动电路，以降低驱动电路的成本。

该驱动电路用于实现对于功率变换器中相应功率器件的驱动，也即，一个功率变换器中可以有一个或多个驱动电路，实际应用中，具体可以是各功率器件分别配备有各自的驱动电路，也可以是同开同断的功率器件共用同一驱动电路，均在本申请的保护范围内。

参见图3，该驱动电路包括：检测单元101、钳位单元102、逻辑单元103和驱动单元104；其中：

驱动单元104连接于驱动正电源(其电压为VCC)与驱动负电源(其电压为VEE)之间，其输入端连接逻辑单元103的输出端，其输出端连接功率器件的控制端。图3中以IGBT为例对功率器件进行展示，其门极G即为该功率器件的控制端，其集电极C即为该功率器件的输入端，其发射极E即为该功率器件的输出端；且图3中以该IGBT的发射极E接地为例进行展示，实际应用中，并不仅限于此，任何功率变换器中任意位置的功率器件均可以采用本实施例提供的驱动电路，均在本申请的保护范围内。

检测单元101用于在检测到功率器件出现短路故障时生成故障信号/FAULT；实际应用中，其具体可以采用退饱和检测法，通过检测功率器件的输入端电压(即图3中所示的集电极C的电压)来判断其是否发生短路故障，即在该输入端电压大于预设的电压阈值时，判定功率器件出现短路故障；或者，也可以检测功率器件的输入端电流(即图3中所示的集电极C的电流)，例如采用PCB罗氏线圈检测IGBT的集电极电流，并在该输入端电流大于预设的电流阈值时，判定功率器件出现短路故障；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

钳位单元102用于在接收到故障信号/FAULT时，根据驱动正电源提供的电压VCC生成预设电压，并将功率器件的控制端的电压钳位至该预设电压。

当检测单元101输出该故障信号/FAULT时，逻辑单元103将会对自身接收到的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号进行封波处理，生成并输出相应的驱动信号，控制驱动单元104将功率器件的控制端的电压调整为驱动负电源供电时的关断电压。

具体的工作原理为：

驱动单元104接收驱动正电源的供电时，为该功率器件的控制端提供开通电压，使该功率器件开通。检测单元101检测到该功率器件出现短路故障时，钳位单元102将该功率器件的控制端电压钳位至该预设电压；该预设电压低于该开通电压；然后，驱动单元104接收驱动负电源的供电，为该功率器件的控制端提供关断电压，使该功率器件关断；进而通过两级电压的形式实现了对于该功率器件的软关断过程。

本实施例提供的功率变换器的驱动电路，其驱动单元104仅需要连接驱动正电源和驱动负电源，而且其钳位单元102借助驱动正电源提供的电压来生成预设电压进而实现钳位，进而节省了现有技术中的额外电源；也即可以在不增加额外供电电源电路的条件下，降低功率器件短路时的控制端电压，以限制短路电流大小，避免功率器件超出短路安全工作区而出现损坏的现象；最终通过驱动信号也能实现两级电压关断，进而降低了成本。

实际应用中，该预设电压可以是一个固定电压值，或者，也可以是该驱动正电源提供的电压的分压值。

当其为该驱动正电源提供的电压的分压值时，该钳位单元102的具体实现形式可以如图4中所示，具体包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1及第一开关K1；其中：

第一电阻R1的一端连接驱动正电源，另一端通过第二电阻R2接地；也即，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接于驱动正电源与地之间。

第一电阻R1与第二电阻R2的连接点，连接第一二极管D1的阴极；第一二极管D1的阳极连接该功率器件的控制端。

第一开关K1与第一电阻R1并联连接；而且，第一开关K1在其控制端未接收到故障信号/FAULT时，也即正常工作时，处于闭合状态，并在其控制端接收到故障信号/FAULT时切换为断开状态。实际应用中，可以设置该故障信号/FAULT为低电平有效，正常工作时该故障信号/FAULT为高电平，使得第一开关K1处于闭合状态；而在功率器件出现短路故障是切换为低电平，进而使第一开关K1切换为断开状态。

因此，正常工作状态下，第一开关K1闭合，第一电阻R1和第二电阻R2连接点处的电压即为驱动正电源提供的电压VCC；由于第一二极管D1的存在，功率器件控制端的电压最大不会超过VCC。而短路故障时，第一开关K1断开，第一电阻R1和第二电阻R2对VCC进行分压，使得第一电阻R1和第二电阻R2连接点处的电压为VCC×R2/(R1+R2)，进而使得功率器件的控制端电压被第一二极管D1钳位至该预设电压VCC×R2/(R1+R2)。

实际应用中，如图5所示，该第一开关K1可以为开关管，即图中所示的第一开关管M1；实际应用中，该第一开关管M1可以为NMOS管(如图5中所示)或PMOS管(未进行图示)，视其具体应用环境而定即可。另外，为了防止第一开关管M1关断时，功率器件控制端的门极电压经过第一开关管M1的体二极管钳位至VCC，而未钳位至所设定的预设电压，丢失了短路电流抑制的功能，可以为该第一开关管M1串联一个第二二极管D2；该第二二极管D2的导通方向，与第一开关管M1中体二极管的导通方向相反(如图5中所示)。实际应用中，也可以用第二开关管M2来代替第二二极管D2，只要其体二极管的导通方向也与第一开关管M1中体二极管的导通方向相反即可(如图6中所示)，其与第一开关管M1组成的双向开关，也能够避免短路电流抑制的功能丢失。

当该预设电压为一个固定电压值时，该钳位单元102的具体实现形式可以如图7中所示，具体包括：第三电阻R3、稳压二极管D4、第二开关K2、第三开关K3及第三二极管D3；其中：

第三电阻R3的一端连接驱动正电源，另一端连接稳压二极管D4的阴极；稳压二极管D4的阳极接地。

第二开关K2的一端连接驱动正电源，另一端连接第三二极管D3的阴极。

第三开关K3的一端连接稳压二极管D4的阴极，另一端连接第三二极管D3的阴极。

第三二极管D3的阳极连接功率器件的控制端。

第二开关K2在其控制端未接收到故障信号/FAULT时，也即正常工作时，处于闭合状态，并在其控制端接收到故障信号/FAULT时切换为断开状态。

第三开关K3在其控制端未接收到故障信号/FAULT时，也即正常工作时，处于断开状态，并在其控制端接收到故障信号/FAULT时切换为闭合状态。

需要说明的是，检测单元101可以通过一个非门来将该故障信号/FAULT进行电平转换后再送至第三开关K3的控制端，进而以该故障信号/FAULT实现对于第二开关K2和第三开关K3的同时控制。实际应用中，可以设置该故障信号/FAULT为低电平有效，正常工作时该故障信号/FAULT为高电平，使得第二开关K2处于闭合状态、而第三开关K3处于断开状态。

正常工作状态下，第二开关K2闭合，第三开关K3断开，功率器件的控制端电压通过第三二极管D3钳位至VCC。短路故障时，第二开关K2切换为断开状态，第三开关K3切换为闭合状态，功率器件的控制端电压通过第三二极管D3钳位至稳压二极管D4的稳压值，也即该预设电压。

实际应用中，第二开关K2和第三开关K3可以均包括：第三开关管。而且，第三开关K3内还可以设置有与相应第三开关管M3串联连接的第四开关管M4，该第四开关管M4中体二极管的导通方向，与其所接第三开关管M3中体二极管的导通方向相反(如图8中所示)，进而避免短路电流抑制的功能丢失。

无论采用何种预设电压，本实施例提供的控制方式均简单易实现，利于推广。

上述实施例均能通过钳位功能先将短路电流进行抑制，再通过对驱动单元104的封波处理实现关断，进而完成两级电压的软关断；实际应用中，该驱动单元104的具体实现形式也可以有多种情况。

在上述实施例的基础之上，该驱动电路中，参见图9，其驱动单元104具体可以包括：开通支路201和两条关断支路202和203；其中：开通支路201包括串联连接的开关K4和电阻R4，关断支路202包括串联连接的开关K5和电阻R5，关断支路203包括串联连接的开关K6和电阻R6。

开通支路201的一端连接驱动正电源；关断支路202和203的一端均连接驱动负电源；开通支路201的另一端及关断支路202和203的另一端相连，其连接点连接驱动单元104的输出端。开通支路201的控制端及关断支路202和203的控制端，连接逻辑单元的输出端。而且，功率器件出现短路故障时，处于导通状态的关断支路，其等效阻抗大于正常情况下处于导通状态的关断支路的等效阻抗；假设R5<R6，则正常情况下，开关K5闭合、开关K6断开，进而实现对于功率器件的关断；而功率器件出现短路故障时，开关K6闭合、开关K5断开，进而实现对于功率器件的关断，且关断速度有所降低。实际应用中，也可以任意设置电阻R5和R6的阻值，而在正常情况下，开关K5和K6均闭合，进而通过较小的并联电阻来实现对于功率器件的关断；而功率器件出现短路故障时，任意断开开关K5和K6中的一个，进而通过并联前的较大电阻来实现对于功率器件的关断。视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，实际应用中，开通支路201与关断支路202和203的连接点可以直接连接驱动单元104的输出端，也可以通过放大电路204来连接驱动单元104的输出端，还可以再进一步通过驱动电阻模块205来连接驱动单元104的输出端(如图9中所示)。

参见图9，该放大电路204设置于驱动正电源与驱动负电源之间，其输入端连接开通支路201的输出端及关断支路202和203的输出端的连接点，其输出端连接驱动电阻模块205的输入端；驱动电阻模块205的输出端连接驱动单元104的输出端。

该放大电路204能够实现功率放大功能，当功率器件为IGBT时，通过该放大电路204能够增加驱动单元104的驱动能力，进而提供IGBT工作时所需的较大驱动电流，提高驱动的可靠性。实际应用中，若该功率器件并不需要较大的驱动电流，则可以去掉该放大电路204。

该驱动电阻模块205能够进一步调节功率器件的开关速度。

可选的，该驱动电阻模块205可以仅包括电阻；而且，电阻的数量不限，可以是一个，也可以是多个串并联连接的电阻。当驱动正电源通过该放大电路向其供电时，其等效阻抗与驱动负电源通过放大电路向其供电时的等效阻抗相同，也即功率器件开通和关断时该驱动电阻模块205的等效阻抗相同。

或者，该驱动电阻模块205也可以包括两个电阻R8和R9及第五二极管D5；其中一个电阻R9与第五二极管D5串联后，与另一个电阻R8并联连接；且第五二极管D5的导通方向指向功率器件的控制端。此时，开通时该驱动电阻模块205的等效阻抗为(R8//R9)，关断时该驱动电阻模块205的等效阻抗为R8。通过设置第五二极管D5，使得正常情况下，功率器件的开通速度和关断速度可以不同。

因此，通过关断支路202和203的控制，结合该驱动电阻模块205的进一步调整，能够在关断过程中实现大电阻支路抽取电荷，使得功率器件控制端的电压得以缓慢下降，其电压变化情况如图10所示，也即图9的结构为较优选择，其降低了短路关断速度，避免了短路关断速度较快可能带来较大的电压尖峰而增加IGBT过压风险的问题。

实际应用中，第五二极管D5的导通方向也可以取反，也即导通方向调整为向左，则此时功率器件开通时该驱动电阻模块205的等效阻抗为R8，而关断时该驱动电阻模块205的等效阻抗为(R8//R9)。另外，去掉第五二极管D5时，该驱动电阻模块205开通和关断时的等效阻抗均为(R8//R9)。

以IGBT为例，本实施例提供的驱动电路，在检测到IGBT短路故障时，首先通过其门极的钳位单元102将IGBT的门极电压钳位至某一预设电压，以限制短路电流大小，保证IGBT运行在短路安全工作区；再通过大电阻支路实现IGBT的软关断，降低IGBT的关断速度，以减小IGBT的关断电压尖峰，避免IGBT过压损坏。因此，该驱动电路的混合软关断方式，既实现了短路电流抑制，又实现了关断电压尖峰抑制，降低了IGBT在短路工况时损坏的风险，增强了IGBT短路耐受能力。

在上述实施例的基础之上，优选的，该驱动电路，如图11所示(以在图3的基础上为例进行展示)，还包括：保护单元105；该保护单元105用于根据检测单元101输出的故障信号/FAULT，判断短路故障是否为真实性故障；并在判定短路故障为真实性故障时，才输出封波信号至逻辑单元103，进而使逻辑单元103对PWM信号进行封波处理；而在判定短路故障不为真实性故障时，不输出封波信号，使逻辑单元103维持对PWM信号的正常处理。也即，为逻辑单元103的封波工作提前增加了一步判断工作，确保封波工作的合理性，避免误封波。

实际应用中，保护单元105用于判断短路故障是否为真实性故障时，具体用于：判断故障信号/FAULT的持续时长，也即功率器件的输入端电压大于预设的电压阈值的持续时长，或者，功率器件的输入端电流大于预设的电流阈值的持续时长，是否超过预设时长；若持续时长超过预设时长，则判定短路故障为真实性故障；否则，判定短路故障不为真实性故障。

另外，该逻辑单元103在接收到该封波信号，还可以根据该封波信号向控制器发送故障状态信号(其可以直接为该故障信号/FAULT)，以供控制器确定是否继续发送PWM信号。具体的，当发生短路故障时，该控制器可以不再向逻辑单元103发送PWM信号。该控制器可以是功率变换器内部的控制器，并能够接收外部控制指令；该控制器也可以直接是上位机，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

以IGBT为例，该驱动电路一个具体的工作流程是：IGBT开通时，检测单元101通过检测IGBT的集电极电压判断IGBT是否发生短路故障。若检测单元101检测到短路故障，将向钳位单元102与保护单元105发送故障信号/FAULT。钳位单元102接收到故障信号/FAULT，将IGBT门极电压钳位至某一预设电压，以限制短路电流大小；若故障信号/FAULT恢复，IGBT门极电压将恢复至钳位于驱动正电源提供的电压。保护单元105接收到故障信号/FAULT，对其进行真实性故障判断，若判定为真实性故障，将向逻辑单元103发送封波信号，否则发送不封波信号。逻辑单元103对上位机发送的PWM信号以及保护单元105发送的封波/不封波信号进行处理，并向驱动单元104发送驱动信号，同时向上位机发送故障状态信号。驱动单元104接收到驱动信号，驱动IGBT开通、关断或软关断。上位机根据接收到的故障状态信号，决定是否发送PWM信号。

结合图4所示钳位单元102为例进行详细说明：IGBT正常工作时，驱动信号通过驱动单元104向IGBT传输开关信号，IGBT根据开关信号进行开通和关断操作，此时第一开关K1导通，第一电阻R1被旁路，IGBT的门极电压最大为VCC。IGBT发生短路故障时，驱动信号通过驱动单元104向IGBT传输封波信号，IGBT进行软关断，此时第一开关K1关断，第一电阻R1和第二电阻R2分压，IGBT的门极电压最大为VCC×R2/(R1+R2)。需要注意的是，IGBT的门极电压是先被钳位单元102钳位于VCC×R2/(R1+R2)，再经过大电阻支路抽取电荷后缓慢下降。该驱动电路内各信号的波形变化如图12所示，其中，V_GE表示该IGBT的门极G与发射极E之间的电压。

本发明另一实施例还提供了一种功率变换器，其主电路拓扑中包括至少一个功率器件，各功率器件分别受控于相应的如上述任一实施例所述的功率变换器的驱动电路；而且，该驱动电路中的逻辑单元103与控制器通信连接，以接收控制器发送的PWM信号。

实际应用中，该控制器可以是集成于该功率变换器中的，也可以是外部上位机，均在本申请的保护范围内。

另外，该主电路可以是任意电路，比如DCAC变换电路、ACDC变换电路、ACAC变换电路或者DCDC变换电路，而且其具体拓扑结构可以是任意结构，只要有至少一个功率器件即可。其各个功率器件可以分别配备有各自的驱动电路，也可以是同开同断的功率器件共用同一驱动电路，均在本申请的保护范围内。

其余过程及原理可以参见上述实施例，不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种功率变换器的驱动电路，其特征在于，用于实现对于所述功率变换器中相应功率器件的驱动；所述驱动电路包括：检测单元、钳位单元、逻辑单元和驱动单元；其中：

所述驱动单元连接于驱动正电源与驱动负电源之间，其输入端连接所述逻辑单元的输出端，其输出端连接所述功率器件的控制端；

所述检测单元用于在检测到所述功率器件出现短路故障时生成故障信号；

所述钳位单元用于在接收到所述故障信号时，根据所述驱动正电源提供的电压生成预设电压，并将所述功率器件的控制端的电压钳位至所述预设电压；

所述逻辑单元用于根据所述故障信号，对自身接收到的脉冲宽度调制PWM信号进行封波处理，生成并输出相应的驱动信号，控制所述驱动单元将所述功率器件的控制端的电压调整为所述驱动负电源供电时的关断电压。

2.根据权利要求1所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述预设电压为：固定电压值，或者，所述驱动正电源提供的电压的分压值。

3.根据权利要求2所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述预设电压为所述驱动正电源提供的电压的分压值时，所述钳位单元包括：第一电阻、第二电阻、第一二极管及第一开关；

所述第一电阻的一端连接所述驱动正电源，另一端通过所述第二电阻接地；

所述第一电阻与所述第二电阻的连接点，连接所述第一二极管的阴极；

所述第一二极管的阳极连接所述功率器件的控制端；

所述第一开关与所述第一电阻并联连接；

所述第一开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为断开状态。

4.根据权利要求3所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述第一开关包括：第一开关管。

5.根据权利要求4所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述第一开关还包括：与所述第一开关管串联连接的第二开关管或第二二极管；

所述第二开关管中体二极管及所述第二二极管的导通方向，与所述第一开关管中体二极管的导通方向相反。

6.根据权利要求2所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述预设电压为固定电压值时，所述钳位单元包括：第三电阻、稳压二极管、第二开关、第三开关及第三二极管；

所述第三电阻的一端连接所述驱动正电源，另一端连接所述稳压二极管的阴极；所述稳压二极管的阳极接地；

所述第二开关的一端连接所述驱动正电源，另一端连接所述第三二极管的阴极；

所述第三开关的一端连接所述稳压二极管的阴极，另一端连接所述第三二极管的阴极；

所述第三二极管的阳极连接所述功率器件的控制端；

所述第二开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为断开状态；

所述第三开关在其控制端接收到所述故障信号时切换为闭合状态。

7.根据权利要求6所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述第二开关和所述第三开关均包括：第三开关管。

8.根据权利要求7所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述第三开关还包括：与相应所述第三开关管串联连接的第四开关管；

所述第四开关管中体二极管的导通方向，与相应所述第三开关管中体二极管的导通方向相反。

9.根据权利要求1-8任一项所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括：开通支路和两条关断支路；

所述开通支路的一端连接所述驱动正电源；

所述关断支路的一端连接所述驱动负电源；

所述开通支路的另一端及所述关断支路的另一端相连，连接点连接所述驱动单元的输出端；

所述开通支路的控制端及所述关断支路的控制端，连接所述逻辑单元的输出端；所述功率器件出现短路故障时，处于导通状态的所述关断支路，其等效阻抗大于正常情况下处于导通状态的所述关断支路的等效阻抗。

10.根据权利要求9所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述驱动单元还包括：放大电路；

所述放大电路设置于所述驱动正电源与所述驱动负电源之间，其输入端连接所述开通支路与所述关断支路的连接点，其输出端连接所述驱动单元的输出端。

11.根据权利要求10所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述驱动单元还包括：驱动电阻模块；

所述驱动电阻模块的输入端连接所述放大电路的输出端；

所述驱动电阻模块的输出端连接所述驱动单元的输出端。

12.根据权利要求11所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述驱动电阻模块包括一个电阻；或者，

所述驱动电阻模块包括两个电阻及第五二极管；其中一个电阻与所述第五二极管串联后，与另一个电阻并联连接；且所述第五二极管的导通方向指向所述功率器件的控制端。

13.根据权利要求1-8任一项所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述检测单元检测所述功率器件的输入端电压或输入端电流，并在所述输入端电压或所述输入端电流大于相应阈值时，判定所述功率器件出现短路故障。

14.根据权利要求1-8任一项所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，还包括：保护单元，用于根据所述故障信号，判断所述短路故障是否为真实性故障；并在判定所述短路故障为真实性故障时，输出封波信号至所述逻辑单元，使所述逻辑单元对所述PWM信号进行封波处理；而在判定所述短路故障不为真实性故障时，不输出所述封波信号，使所述逻辑单元维持对所述PWM信号的正常处理。

15.根据权利要求14所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述保护单元用于判断所述短路故障是否为真实性故障时，具体用于：

判断所述故障信号的持续时长是否超过预设时长；若所述持续时长超过所述预设时长，则判定所述短路故障为真实性故障；否则，判定所述短路故障不为真实性故障。

16.根据权利要求14所述的功率变换器的驱动电路，其特征在于，所述逻辑单元还用于：根据所述封波信号向控制器发送故障状态信号，以供所述控制器确定是否发送所述PWM信号。

17.一种功率变换器，其特征在于，其主电路拓扑中包括至少一个功率器件，各所述功率器件分别受控于相应的如权利要求1-16任一项所述的功率变换器的驱动电路；

所述驱动电路中的逻辑单元与控制器通信连接，以接收所述控制器发送的PWM信号。

18.根据权利要求17所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器集成于所述功率变换器中或设置于所述功率变换器外部。

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