CN215581092U - 功率半导体器件驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率半导体器件驱动电路，包括上位机、控制模块、电压变换输出模块、驱动模块及功率半导体器件。所述上位机用于根据用户指令发出指令信号，所述控制模块根据所述指令信号控制所述电压变换输出模块输出第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，以及控制所述电压变换输出模块输出第二可调电压至所述驱动模块，所述驱动模块在所述控制模块的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配，以为所述功率半导体器件提供可调的驱动电压。如此，仅通过上位机输入用户指令，即可设置功率半导体器件的驱动电压，极大地缩短了开发周期，降低人工成本。

Description

功率半导体器件驱动电路

技术领域

本申请涉及驱动技术领域，尤其涉及一种功率半导体器件驱动电路。

背景技术

在现代电力电子技术中，IGBT/SiC模块广泛应用于变频器、开关电源、UPS、光伏、电动汽车等中、大功率设备中，并已成为功率转换的核心器件。因此IGBT/SiC自身特性研究和使用场合越来越受关注，其中门极开通和关断电压大小是IGBT/SiC能否稳定、可靠工作的一项重要指标。

IGBT/SiC门极最大耐压范围：-20V～+20V，而大部分应用场合，IGBT/SiC门极开通电压被设计在+15V，门极关断电压被设计在-10V，一旦设计好，其门极开通电压和门极关断电压便无法更改和调整，如果再想研究其他门极开通和门极关断电压值对IGBT/SiC特性影响，必须重新设计原理图，重新印制PCB板，这样大大延长了开发周期，增加了人工成本，降低了效率。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种功率半导体器件驱动电路，提供可调的门极开通和关断电压，缩减开发周期。

本申请为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种功率半导体器件驱动电路，所述功率半导体器件驱动电路包括上位机、控制模块、电压变换输出模块、驱动模块及功率半导体器件。所述上位机的输出端与所述控制模块的输入端电连接，所述控制模块的第一输出端与所述电压变换输出模块的控制端电连接，所述控制模块的第二输出端与所述驱动模块的控制端电连接，所述电压变换输出模块的第一输出端与所述功率半导体器件的发射极电连接，所述电压变换输出模块的第二输出端与所述驱动模块的输入端电连接，所述驱动模块的输出端与所述功率半导体器件的门极电连接；

所述上位机用于根据用户指令发出指令信号，所述控制模块根据所述指令信号控制所述电压变换输出模块输出第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，以及控制所述电压变换输出模块输出第二可调电压至所述驱动模块，所述驱动模块在所述控制模块的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配，以为所述功率半导体器件提供可调的门极电压。

进一步地，当所述功率半导体器件需要开通时，所述驱动模块在所述控制模块的控制下将所述第二可调电压传输至所述功率半导体器件的第二端，所述功率半导体器件的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件的开通电压；当所述功率半导体器件需要关断时，所述驱动模块在所述控制模块的控制下将所述功率半导体器件的第二端接地，所述功率半导体器件的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件的关断电压。

进一步地，所述电压变换输出模块包括供电单元、第一变换单元及第二变换单元，所述供电单元的输出端与所述第一变换单元的电压输入端及所述第二变换单元的电压输入端电连接，用于为所述第一变换单元及所述第二变换单元提供电压，所述第一变换单元的控制端与所述控制模块的第一输出端电连接，所述第一变换单元的电压输出端与所述功率半导体器件的发射极电连接，所述第一变换单元用于在所述控制模块的控制下对所述供电单元所提供的电压进行变换，以输出所述第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，所述第二变换单元的控制端与所述控制模块的第一输出端电连接，所述第二变换单元的电压输出端与所述驱动模块的输入端电连接，所述第二变换单元用于在所述控制模块的控制下对所述供电单元所提供的电压进行变换，以输出所述第二可调电压至所述驱动模块。

进一步地，所述第一变换单元为Buck电路，所述第二变换单元为Sepic电路。

进一步地，所述第一变换单元为Buck电路，所述第二变换单元为Buck电路。

进一步地，所述驱动模块包括MOS管(Q1)、MOS管(Q2)以及电阻(R)，所述功率半导体器件为IGBT，所述MOS管(Q1)的栅极电连接于所述控制模块的第二输出端，所述MOS管(Q1)的漏极与所述第二变换单元的电压输出端电连接，所述MOS管(Q1)的源极通过所述电阻(R)电连接于所述IGBT的门极，所述MOS管(Q2)的栅极电连接于所述控制模块的第二输出端，所述MOS管(Q2)的漏极接地，所述MOS管(Q2)的源极与所述MOS管(Q2)的源极电连接，所述IGBT的发射极与所述第一变换单元的电压输出端电连接。

进一步地，所述控制模块的第二输出端输出PWM信号至所述MOS管(Q1)及MOS管(Q2)的栅极，所述MOS管(Q1)与所述MOS管(Q2)中的一个处于导通状态时，一个处于关断状态。

进一步地，所述第一可调电压V1的电压范围为0V～20V，所述第二可调电压V2的电压范围为0V～40V。

上述功率半导体器件驱动电路，通过设置上位机、控制模块、电压变换输出模块、驱动模块及功率半导体器件，所述上位机通过用户指令输出指令信号，所述控制模块通过所述指令信号控制所述电压变换输出模块输出第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，以及控制所述电压变换输出模块输出第二可调电压至所述驱动模块，所述驱动模块在所述控制模块的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配，以为所述功率半导体器件提供可调的门极电压。如此，在研究半导体功率器件的门极开通和关断电压值对器件特性的影响时，无需重新设计原理图和印制PCB板，仅通过上位机输入用户指令，即可设置功率半导体器件的驱动电压，极大地缩短了开发周期，降低了人工成本。

附图说明

图1是本申请功率半导体器件驱动电路的一较佳实施方式的系统图。

图2是图1中电压变换输出模块的一较佳实施方式的方框连接示意图。

图3是图2中驱动模块的一较佳实施方式的电路连接图。

主要元件符号说明

上位机 10

控制模块 20

电压变换输出模块 30

供电单元 31

第一变换单元 32

第二变换单元 33

驱动模块 40

功率半导体器件 50

MOS管 Q1、Q2

电阻 R

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参考图1，本申请提供一种功率半导体器件驱动电路，用于为半导体功率器件，例如IGBT、SiC等，提供不同的驱动电压。所述系统包括上位机10、控制模块20、电压变换输出模块30、驱动模块40及功率半导体器件50。所述上位机10的输出端与所述控制模块20的输入端电连接。所述控制模块20的第一输出端与所述电压变换输出模块30的控制端电连接。所述控制模块20的第二输出端与所述驱动模块40的控制端电连接。所述电压变换输出模块30的第一输出端与所述功率半导体器件50的第一端电连接。所述电压变换输出模块30的第二输出端与所述驱动模块40的输入端电连接。所述驱动模块40的输出端与所述功率半导体器件50的第二端电连接。所述功率半导体器件50的第一端及第二端之间的电压差用于形成功率半导体器件的驱动电压。

所述上位机10用于根据用户指令发出指令信号。所述控制模块20根据所述指令信号控制所述电压变换输出模块30输出第一可调电压至所述功率半导体器件50的第一端，以及控制所述电压变换输出模块30输出第二可调电压至所述驱动模块40，所述驱动模块40在所述控制模块20的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配，以为所述功率半导体器件50提供可调的驱动电压。

具体地，当所述功率半导体器件50需要开通时，所述驱动模块40在所述控制模块20的控制下将所述第二可调电压传输至所述功率半导体器件50的第二端，所述功率半导体器件50的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件50的开通电压。当所述功率半导体器件50需要关断时，所述驱动模块40在所述控制模块20的控制下将所述功率半导体器件50的第二端接地，所述功率半导体器件50的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件50的关断电压。

在本实施方式中，所述第一可调电压V1的电压范围为0V～20V，所述第二可调电压V2的电压范围为0V～40V。如此，在研究半导体功率器件的门极开通和关断电压值对器件特性的影响时，无需重新设计原理图和印制PCB板，仅通过上位机输入用户指令，即可将功率半导体器件50的驱动电压设置在一定范围之间的任何值，极大地缩短了开发周期，降低了人工成本。

在本实施方式中，所述功率半导体器件50为IGBT，所述功率半导体器件50的第一端为发射极，功率半导体器件50的第二端为门极。在其他实施方式中，所述功率半导体器件50为SiC，所述功率半导体器件50的第一端为源极，功率半导体器件50的第二端为栅极。

在本实施方式中，所述上位机10可为串口屏或电脑，便于输入用户指令，所述用户指令包括但不限于功率半导体器件50的门极开通电压、门极关断电压以及PWM周期、PWM占空比等参数。

在本实施方式中，所述控制模块20包括信号隔离器及控制芯片。所述信号隔离器可为光耦隔离、磁隔离及电容隔离中的任意一种。所述控制芯片优选为MCU、FPGA、DSP中的一种。

请参考图2，所述电压变换输出模块30包括供电单元31、第一变换单元32及第二变换单元33。所述供电单元31的输出端与所述第一变换单元32的电压输入端及所述第二变换单元33的电压输入端电连接，用于为所述第一变换单元32及所述第二变换单元33提供电压。

所述第一变换单元32的控制端与所述控制模块20的第一输出端电连接。所述第一变换单元32的电压输出端与所述功率半导体器件50的发射极电连接。所述第一变换单元32用于在所述控制模块20的控制下对所述供电单元31所提供的电压进行变换，以输出所述第一可调电压至所述功率半导体器件50的第一端。

所述第二变换单元33的控制端与所述控制模块20的第一输出端电连接。所述第二变换单元33的电压输出端与所述驱动模块40的输入端电连接。所述第二变换单元33用于在所述控制模块20的控制下对所述供电单元31所提供的电压进行变换，以输出所述第二可调电压至所述驱动模块40。

进一步地，所述供电单元31可包括电源隔离变换器，以为所述第一变换单元32及所述第二变换单元33提供合适的电压。所述电源隔离变换器可为正激变换器、反激变换器、推挽变换器、半桥变换器、全桥变换器中的一种。

在一较佳实施方式中，所述第一变换单元32为Buck电路，所述第二变换单元33为Sepic电路。在其他实施方式中，所述第一变换单元32为Buck电路，所述第二变换单元33为Buck电路。

在本实施方式中，所述控制模块20根据所述指令信号分别输出不同的PWM信号以对应所述第一变换单元32、所述第二变换单元33及所述驱动模块40。

请参考图3，在本实施方式中，所述驱动模块40包括MOS管Q1、MOS管Q2以及电阻R。所述功率半导体器件50为IGBT。所述MOS管Q1的栅极电连接于所述控制模块20的第二输出端，所述MOS管Q1的漏极与所述第二变换单元33的电压输出端电连接，所述MOS管Q1的源极通过所述电阻R电连接于所述IGBT的门极。所述MOS管Q2的栅极电连接于所述控制模块20的第二输出端，所述MOS管Q2的漏极接地，所述MOS管Q2的源极与所述MOS管Q1的源极电连接。所述IGBT的发射极与所述第一变换单元32的电压输出端电连接。所述第一变换单元32所输出的第一可调电压与所述第二变换单元33所输出的第二可调电压共地。

在本实施方式中，所述控制模块20的第二输出端输出PWM信号至所述MOS管Q1及MOS管Q2的栅极，以控制所述MOS管Q1与所述MOS管Q2中的一个处于导通状态时，一个处于关断状态。

当所述IGBT需要关断时，所述MOS管Q1关断，所述MOS管Q2导通，所述IGBT的门极将通过所述MOS管Q2接地，所述第一变换单元32输出第一可调电压V1至所述IGBT的漏极，此时，所述IGBT的门极与漏极间的电压为V1，以作为IGBT的关断电压。当所述IGBT需要开通时，所述MOS管Q1导通，所述MOS管Q2关断，所述第一变换单元32输出第一可调电压V1至所述IGBT的漏极，所述第二变换单元33输出第二可调电压V2至所述IGBT的门极，此时，所述IGBT的门极与漏极间的电压差为(V2-V1)，以作为IGBT的开通电压。

上述功率半导体器件驱动电路，通过设置上位机10、控制模块20、电压变换输出模块30、驱动模块40及功率半导体器件50，所述上位机10通过用户指令输出指令信号，所述控制模块20通过所述指令信号控制所述电压变换输出模块30输出第一可调电压至所述功率半导体器件50的第一端，以及控制所述电压变换输出模块30输出第二可调电压至所述驱动模块40，所述驱动模块40在所述控制模块20的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配(即控制第二可调电压输出至所述功率半导体器件50的第二端)，以为所述功率半导体器件50提供可调的驱动电压。如此，无需重新设计原理图和印制PCB板，仅通过上位机输入用户指令，即可设置功率半导体器件50的驱动电压，极大地缩短了开发周期，降低了人工成本。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述功率半导体器件驱动电路包括上位机、控制模块、电压变换输出模块、驱动模块及功率半导体器件；所述上位机的输出端与所述控制模块的输入端电连接，所述控制模块的第一输出端与所述电压变换输出模块的控制端电连接，所述控制模块的第二输出端与所述驱动模块的控制端电连接，所述电压变换输出模块的第一输出端与所述功率半导体器件的发射极电连接，所述电压变换输出模块的第二输出端与所述驱动模块的输入端电连接，所述驱动模块的输出端与所述功率半导体器件的门极电连接；

所述上位机用于根据用户指令发出指令信号，所述控制模块根据所述指令信号控制所述电压变换输出模块输出第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，以及控制所述电压变换输出模块输出第二可调电压至所述驱动模块，所述驱动模块在所述控制模块的控制下对所述第一可调电压及所述第二可调电压进行分配，以为所述功率半导体器件提供可调的门极电压。

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，当所述功率半导体器件需要开通时，所述驱动模块在所述控制模块的控制下将所述第二可调电压传输至所述功率半导体器件的第二端，所述功率半导体器件的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件的开通电压；当所述功率半导体器件需要关断时，所述驱动模块在所述控制模块的控制下将所述功率半导体器件的第二端接地，所述功率半导体器件的第二端与其第一端的电压差用于所述功率半导体器件的关断电压。

3.根据权利要求2所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述电压变换输出模块包括供电单元、第一变换单元及第二变换单元，所述供电单元的输出端与所述第一变换单元的电压输入端及所述第二变换单元的电压输入端电连接，用于为所述第一变换单元及所述第二变换单元提供电压，所述第一变换单元的控制端与所述控制模块的第一输出端电连接，所述第一变换单元的电压输出端与所述功率半导体器件的发射极电连接，所述第一变换单元用于在所述控制模块的控制下对所述供电单元所提供的电压进行变换，以输出所述第一可调电压至所述功率半导体器件的发射极，所述第二变换单元的控制端与所述控制模块的第一输出端电连接，所述第二变换单元的电压输出端与所述驱动模块的输入端电连接，所述第二变换单元用于在所述控制模块的控制下对所述供电单元所提供的电压进行变换，以输出所述第二可调电压至所述驱动模块。

4.根据权利要求3所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述第一变换单元为Buck电路，所述第二变换单元为Sepic电路。

5.根据权利要求3所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述第一变换单元为Buck电路，所述第二变换单元为Buck电路。

6.根据权利要求3所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括MOS管(Q1)、MOS管(Q2)以及电阻(R)，所述功率半导体器件为IGBT，所述MOS管(Q1)的栅极电连接于所述控制模块的第二输出端，所述MOS管(Q1)的漏极与所述第二变换单元的电压输出端电连接，所述MOS管(Q1)的源极通过所述电阻(R)电连接于所述IGBT的门极，所述MOS管(Q2)的栅极电连接于所述控制模块的第二输出端，所述MOS管(Q2)的漏极接地，所述MOS管(Q2)的源极与所述MOS管(Q2)的源极电连接，所述IGBT的发射极与所述第一变换单元的电压输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述控制模块的第二输出端输出PWM信号至所述MOS管(Q1)及MOS管(Q2)的栅极，所述MOS管(Q1)与所述MOS管(Q2)中的一个处于导通状态时，一个处于关断状态。

8.根据权利要求1所述的功率半导体器件驱动电路，其特征在于，所述第一可调电压V1的电压范围为0V～20V，所述第二可调电压V2的电压范围为0V～40V。

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