CN218387261U - 一种功率管米勒钳位电路 - Google Patents

Abstract

本申请是一种功率管米勒钳位电路，具体涉及电力变换的技术领域。所述电路包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；电路中的功率管的控制端连接至受控低阻单元的输入端，受控低阻单元的输出端接地；功率管的控制端还连接到驱动输出单元；功率管的输入端通过第一电容连接至检测控制单元的电流输入端；检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制受控低阻单元的导通状态。基于上述系统，在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时且效果明显，不会增加开关损耗，成本低。

Description

一种功率管米勒钳位电路

技术领域

本申请涉及电力变换的技术领域，具体涉及一种功率管米勒钳位电路。

背景技术

由于现代电力电子系统在往高频化、小型化发展，功率器件的开关速度也越来越快，这会导致拓扑电路的功率管中压差变化率很大。由于功率管中存在米勒效应电容，过大的压差变化率会造成较大的米勒电容电流，从而导致功率管发生误导通。

目前，可以采用以下方法实现米勒钳位功能：1、减小驱动电路中关断电阻阻值，降低米勒电容电流在关断电阻的压降；2、采用较大的负压关断电压；3、降低功率管的开通关断速度，降低功率管中的压差变化率，从而降低米勒电容电流；4、使用专门的带有米勒钳位的驱动IC。

然而，上述方法在实现米勒钳位时，存在效果不明显、造成开关损耗增大、应用场景受限或成本较高的问题。

实用新型内容

本申请提供了一种功率管米勒钳位电路，在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时，该技术方案如下。

提供了一种功率管米勒钳位电路，所述电路包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；

所述功率管的控制端连接至所述受控低阻单元的输入端，所述受控低阻单元的输出端接地；

所述功率管的控制端还连接到驱动输出单元；

所述功率管的输入端通过第一电容连接至所述检测控制单元的电流输入端；

所述检测控制单元的电压输出端与所述受控低阻单元的控制端相连接，以控制所述受控低阻单元的导通状态。在一种可能的实现方式中，所述隔离辅助电源模块的第一端通过隔离电容与所述隔离辅助电源模块的第二端连接。

在一种可能的实现方式中，所述电路中还包括驱动电阻；

所述功率管的控制端连接到驱动输出单元，包括：

所述功率管的控制端通过所述驱动电阻连接到所述驱动输出单元。

在一种可能的实现方式中，所述检测控制单元包括第一电阻；

所述功率管的输入端依次通过所述第一电容以及第一电阻接地。

在一种可能的实现方式中，所述功率管的输入端还通过所述第一电容连接至稳压二极管的阴极；所述稳压二极管的阳极接地。

在一种可能的实现方式中，所述受控低阻单元包括三极管；

所述三极管的集电极连接至所述功率管的栅极，所述三极管的基极连接至所述检测控制单元的电压输出端，所述三极管的发射极接地。

在一种可能的实现方式中，所述受控低阻单元包括MOS管；

所述MOS管的漏极连接至所述功率管的栅极，所述MOS管的栅极连接至所述检测控制单元的电压输出端，所述MOS管的源极接地。

在一种可能的实现方式中，所述功率管为MOS管；

所述功率管的输入端为漏极，所述功率管的输出端为源极，所述功率管的控制端为栅极。

在一种可能的实现方式中，所述功率管为IGBT；

所述功率管的输入端为集电极，所述功率管的输出端为发射极，所述功率管的控制端为栅极。

在一种可能的实现方式中，所述检测控制单元包括第二电阻与第三电阻；

所述功率管的输入端依次通过所述第一电容以及第二电阻连接至所述受控低阻单元的控制端；

所述受控低阻单元的控制端通过所述第三电阻接地。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在本申请示出的功率管米勒钳位电路中，包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；电路中的功率管的控制端连接至受控低阻单元的输入端，受控低阻单元的输出端接地；功率管的控制端还连接到驱动输出单元；功率管的输入端通过第一电容连接至检测控制单元的电流输入端；检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制受控低阻单元的导通状态。当功率管处于关断状态或者关断过程中，功率管的输入端与输出端之间的电压差若产生变化，则检测控制单元可随之产生压降并控制受控低阻单元的导通状态，从而实现功率管米勒钳位功能。因此上述电路在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时且效果明显，不会增加开关损耗，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。

图2示出了本申请实施例涉及的一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。

图3示出了本申请实施例涉及的实现功率管米勒钳位功能的原理示意图。

图4示出了本申请实施例涉及的一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应理解，在本申请的实施例中提到的“指示”可以是直接指示，也可以是间接指示，还可以是表示具有关联关系。举例说明，A指示B，可以表示A直接指示B，例如B可以通过A获取；也可以表示A间接指示B，例如A指示C，B可以通过C获取；还可以表示A和B之间具有关联关系。

在本申请实施例的描述中，术语“对应”可表示两者之间具有直接对应或间接对应的关系，也可以表示两者之间具有关联关系，也可以是指示与被指示、配置与被配置等关系。

图1是一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。如图1所示，该电路包括功率管、第一电容C1、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元。

该功率管的控制端连接至该受控低阻单元的输入端，该受控低阻单元的输出端接地。

该功率管的控制端还连接到驱动输出单元。

该功率管的输入端通过第一电容连接至该检测控制单元的电流输入端。

该检测控制单元的电压输出端与该受控低阻单元的控制端相连接，以控制该受控低阻单元的导通状态。

图1示出的功率管米勒钳位电路的工作原理如下：

由于现代电力电子系统在往高频化、小型化发展，功率器件的开关速度越来越快，因此导致拓扑电路中功率管的输入端和输出端之间的压差变化率很大。又由于功率管的输入端和控制端之间存在米勒效应电容，功率管的输入端与输出端之间过大的压差变化率会使得功率管的输入端和控制端之间产生较大的米勒电容电流，该米勒电容电流将在功率管的驱动电路中的关断电阻上产生较大压降，该压降与驱动关断电压叠加之后仍有可能会是功率管的控制端和输出端之间的电压超过功率管的开启电压，导致功率管发生误导通。

因此，在本申请实施例中，当功率管处于关断状态下或关断过程中，输入端和输出端之间的电压若发生变化，则功率管的输入端和控制端之间的米勒效应电容中将有米勒效应电流流过，该米勒效应电流的大小与功率管输入端与输出端之间的电压变化率以及功率管输入端和控制端之间的米勒效应电容的大小有关。该米勒效应电流在驱动输出单元的关断电阻上产生压降，若该压降与驱动关断电压的叠加大于功率管的开启电压，则功率管中会发生误导通。

因此，为了抑制功率管的误导通，该电路中设置有检测控制单元以及受控低阻单元。当功率管的输入端和输出端之间的电压差发生变化时，第一电容C1上也将有电流流过，该电流流入检测控制单元的电流输入端，在检测控制单元中产生压降，当该压降大于受控低阻单元的动作电压时，受控低阻单元动作，使得功率管的控制端与输出端之间产生低阻抗回路，将功率管输入端与输出端之间的电压差限制在预设范围，即将功率管输入端与输出端之间的电压差钳位。

进一步的，当功率管开启时，根据功率管控制端与输出端之间的电压与受控低阻单元的动作电压相等，获取功率管输入端与输出端的电压变化率。为了抑制功率管的误导通，受控低阻单元需要在小于该电压变化率时就提前开始动作，因此，在检测控制单元中产生的压降要大于受控低阻单元的动作电压，可根据检测控制单元中产生的压降与受控低阻单元的动作电压之间的关系获取第一电容的取值范围。

综上所述，在本申请示出的功率管米勒钳位电路中，包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；电路中的功率管的控制端连接至受控低阻单元的输入端，受控低阻单元的输出端接地；功率管的控制端还连接到驱动输出单元；功率管的输入端通过第一电容连接至检测控制单元的电流输入端；检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制受控低阻单元的导通状态。当功率管处于关断状态或者关断过程中，功率管的输入端与输出端之间的电压差若产生变化，则检测控制单元可随之产生压降并控制受控低阻单元的导通状态，从而实现功率管米勒钳位功能。因此上述电路在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时且效果明显，不会增加开关损耗，成本低。

可选的，在图1的基础上，该功率管米勒钳位电路还可以是如图2的结构。图2示出了本申请实施例涉及的一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。如图2所示，在一种可能的实现方式中，该电路中还包括驱动电阻R_g。

该功率管的控制端连接到驱动输出单元，包括：

该功率管的控制端通过该驱动电阻连接到该驱动输出单元。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，受控低阻单元包括三极管。

该三极管的集电极连接至该功率管的栅极，该三极管的基极连接至该检测控制单元的电压输出端，该三极管的发射极接地。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，该受控低阻单元包括MOS管。

该MOS管的漏极连接至该功率管的栅极，该MOS管的栅极连接至该检测控制单元的电压输出端，该MOS管的源极接地。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，该功率管为MOS管。

该功率管的输入端为漏极，该功率管的输出端为源极，该功率管的控制端为栅极。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，该功率管为IGBT。

该功率管的输入端为集电极，该功率管的输出端为发射极，该功率管的控制端为栅极。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，该检测控制单元包括第一电阻。

该功率管的输入端依次通过该第一电容C1以及第一电阻R1接地。

如图2所示，在一种可能的实现方式中，该功率管的输入端还通过该第一电容C1连接至稳压二极管Z1的阴极；该稳压二极管Z1的阳极接地。

图2示出的功率管米勒钳位电路的工作原理如下：

本申请实施例以功率管为MOS管为例，说明该电路的工作原理。图3示出了本申请实施例涉及的实现功率管米勒钳位功能的原理示意图。如图3所示，V_on为驱动输出单元的正端，V_off为驱动输出单元的负端，D_o为电源输入端，可以为该MOS管提供电流，D、G、S分别表示该MOS管的漏极、栅极以及源极。该MOS管的栅漏极间存在米勒效应电容C_m，在MOS管关断状态下或关断过程中，MOS管的漏源极间的电压若发生变化，则米勒效应电容C_m中将有米勒电容效应电流i_m流过，如图3所示，米勒电容效应电流i_m的大小与MOS管的漏源极间的电压变化率dV_d/dt以及米勒效应电容C_m的大小有关，可用如下公式近似表示：

i_m≈C_m×dV_d/dt

该米勒电容效应电流i_m在驱动电阻R_g上产生压降，使得MOS管的栅源极间的电压V_g改变，该电压V_g可由如下公式表示：

V_g＝V_off+R_g×i_m

该电压V_g若大于MOS管的开启电压V_th，则可在关断状态下或关断过程中引发MOS管的再次导通。

为了抑制该电压V_g，防止该电压V_g引发MOS管在关断状态下或关断过程中再次导通，本申请实施例中的检测控制单元包含第一电阻R1。当MOS管的漏源极之间的电压差发生变化时，第一电容C1上将有电流i_c1流过，该电流i_c1可由下式近似表示：

i_c1≈C1*dV_d/dt

该电流流过第一电阻R1时，将在第一电阻R1产生压降V_c，该压降V_c可由下式表示：

V_c＝R1*C1*dV_d/dt

当该压降V_c大于受控低阻单元的动作电压V_c(th)时，受控低阻单元将开启动作，使得MOS管的栅源极之间形成低阻抗回路，将栅源极之间的电压差V_g限制在预设范围，即将该电压差V_g钳位到较低值，以避免因米勒电容效应导致MOS管的漏源极之间的电压变化率dV_d/dt过大而引发误导通。

进一步的，为了避免因米勒电容效应而引发误导通，必须确保MOS管的栅源极之间的电压V_g在达到MOS管的开启电压V_th之前，就已经引入受控低阻单元对电压V_g进行钳位。当MOS管开启时，MOS管的栅源极之间的电压达到MOS管的开启电压，即：

V_g＝V_off+R_g×i_m＝V_off+R_g×C_m×dV_d/dt＝V_th

则MOS管的漏源极之间的电压变化率可表示为：

dV_d/dt＝(V_th–V_off)/(R_g×C_m)

而受控低阻单元在MOS管的漏源极之间的电压变化率到达MOS管开启时的电压变化率之前，就应提前开启动作，即MOS管开启时在第一电阻R1产生的压降(即受控低阻单元控制端的电压)应大于受控低阻单元的动作电压，可表示为：

V_c＝R1×C1×dV_d/dt＝R1×C1×(V_th-V_off)/(R_g×C_m)>V_c(th)

因此可计算出实际应用中需要选择的第一电容C1的大小为：

C1>V_c(th)×R_g×C_m/(V_th-V_off)/R1

可选的，MOS管的输入端还通过该第一电容连接至稳压二极管Z1的阴极；该稳压二极管Z1的阳极接地。该稳压二极管Z1可用于预防受控低阻单元的控制端由于过压而损坏。

可选的，功率管还可以为IGBT，当功率管为IGBT时，该功率管的输入端为集电极，该功率管的输出端为发射极，该功率管的控制端为栅极。

可选的，该受控低阻单元可以是三极管，该三极管的集电极连接至该功率管的栅极，该三极管的基极连接至该检测控制单元的电压输出端，该三极管的发射极接地。

可选的，该受控低阻单元还可以是MOS管，该MOS管的漏极连接至该功率管的栅极，该MOS管的栅极连接至该检测控制单元的电压输出端，该MOS管的源极接地。

综上所述，在本申请示出的功率管米勒钳位电路中，包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；电路中的功率管的控制端连接至受控低阻单元的输入端，受控低阻单元的输出端接地；功率管的控制端还连接到驱动输出单元；功率管的输入端通过第一电容连接至检测控制单元的电流输入端；检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制受控低阻单元的导通状态。当功率管处于关断状态或者关断过程中，功率管的输入端与输出端之间的电压差若产生变化，则检测控制单元可随之产生压降并控制受控低阻单元的导通状态，从而实现功率管米勒钳位功能。因此上述电路在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时且效果明显，不会增加开关损耗，成本低。

进一步的，图2的实施例中通过第一电阻R1作为检测控制单元来侦测通过第一电容C1的电流大小，以控制受控低阻单元是否开启，而该检测控制单元还可以是如图4中所示的结构。图4示出了本申请实施例涉及的一种功率管米勒钳位电路的结构示意图。如图4所示，该检测控制单元的电流输入端通过第一电容连接至功率管的输入端；该检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制该受控低阻单元的导通状态。

可选的，该检测控制单元包括第二电阻与第三电阻；该功率管的输入端依次通过该第一电容以及第二电阻连接至该受控低阻单元的控制端；该受控低阻单元的控制端通过该第三电阻接地。

进一步的，该受控低阻单元的作用是将从第一电容流过的电流i_c1的转化为连接至受控低阻单元控制端的控制电压，因此检测控制单元中还可以根据实际设计需求而包含多种电阻结构，可以是第二电阻与第三电阻串联，也可以是第二电阻与第三电阻并联，还可以是多个电阻混联，从而使得多个电阻所构成的结构可以将从第一电容流过的电流i_c1转换为合适大小的控制电压并输入至该受控低阻单元的控制端，以控制该受控低阻单元的导通状态。

综上所述，在本申请示出的功率管米勒钳位电路中，包括第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；电路中的功率管的控制端连接至受控低阻单元的输入端，受控低阻单元的输出端接地；功率管的控制端还连接到驱动输出单元；功率管的输入端通过第一电容连接至检测控制单元的电流输入端；检测控制单元的电压输出端与受控低阻单元的控制端相连接，以控制受控低阻单元的导通状态。当功率管处于关断状态或者关断过程中，功率管的输入端与输出端之间的电压差若产生变化，则检测控制单元可随之产生压降并控制受控低阻单元的导通状态，从而实现功率管米勒钳位功能。因此上述电路在实现功率管米勒钳位功能时，结构简单，响应及时且效果明显，不会增加开关损耗，成本低。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种功率管米勒钳位电路，其特征在于，所述电路包括功率管、第一电容、检测控制单元、受控低阻单元以及驱动输出单元；

所述功率管的控制端连接至所述受控低阻单元的输入端，所述受控低阻单元的输出端接地；

所述功率管的控制端还连接到驱动输出单元；

所述功率管的输入端通过第一电容连接至所述检测控制单元的电流输入端；

所述检测控制单元的电压输出端与所述受控低阻单元的控制端相连接，以控制所述受控低阻单元的导通状态。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路中还包括驱动电阻；

所述功率管的控制端连接到驱动输出单元，包括：

所述功率管的控制端通过所述驱动电阻连接到所述驱动输出单元。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测控制单元包括第一电阻；

所述功率管的输入端依次通过所述第一电容以及第一电阻接地。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述功率管的输入端还通过所述第一电容连接至稳压二极管的阴极；所述稳压二极管的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述受控低阻单元包括三极管；

所述三极管的集电极连接至所述功率管的栅极，所述三极管的基极连接至所述检测控制单元的电压输出端，所述三极管的发射极接地。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述受控低阻单元包括MOS管；

所述MOS管的漏极连接至所述功率管的栅极，所述MOS管的栅极连接至所述检测控制单元的电压输出端，所述MOS管的源极接地。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率管为MOS管；

所述功率管的输入端为漏极，所述功率管的输出端为源极，所述功率管的控制端为栅极。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率管为IGBT；

所述功率管的输入端为集电极，所述功率管的输出端为发射极，所述功率管的控制端为栅极。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测控制单元包括第二电阻与第三电阻；

所述功率管的输入端依次通过所述第一电容以及第二电阻连接至所述受控低阻单元的控制端；

所述受控低阻单元的控制端通过所述第三电阻接地。

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