CN218734248U - 一种半导体开关器件驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种半导体开关器件驱动电路，包括：推挽单元、稳压单元、控制信号输入端和驱动电压输出端；稳压单元的第一端与控制信号输入端连接，稳压单元的第二端与推挽单元的第一端连接；推挽单元的第二端与驱动电压输出端连接，推挽单元的第三端与电源正极连接，推挽单元的第四端与电源负极连接；控制信号输入端用于输入电平控制信号，驱动电压输出端用于为被驱动半导体开关器件提供驱动电压。由于稳压单元的稳压值和被驱动半导体开关器件的驱动电压相关，只要更换不同稳压值的稳压单元，即可调节半导体开关器件驱动电路的输出驱动电压，电路结构简单、成本较低，且能够兼容驱动具有不同驱动电压的半导体开关器件。

Description

一种半导体开关器件驱动电路

技术领域

本申请涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种半导体开关器件驱动电路。

背景技术

电力电子常用的全控型器件有绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)。

传统的硅基IGBT的典型驱动电压为15V，硅基MOSFET的典型驱动电压为12V，两者的驱动电路形式可以相同，但是驱动电压不能兼容。新型碳化硅(SIC)MOSFET已经得到广泛应用，但是与硅基MOSFET典型驱动电压是12V不同，由于采用不同的技术路线，各个厂商推出的SIC MOSFET驱动电平完全不兼容，比较典型的有15V、18V、20V。

因此，在一个电路系统中兼容使用两个厂商器件型号时，或者将IGBT和MOS器件进行互换使用时，就需要提供不同的驱动供电电压，现有的技术方案是提供不同电压等级的驱动供电电源或者可调节的驱动供电电源，来匹配相应的器件，但是驱动供电电源结构复杂，对半导体开关器件驱动电压的兼容性不好，且成本较高。

实用新型内容

本申请提供一种半导体开关器件驱动电路，用于降低半导体开关器件驱动电路系统的成本，提高对半导体开关器件驱动电压的兼容性。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

本申请提供一种半导体开关器件驱动电路，包括：推挽单元、稳压单元、控制信号输入端和驱动电压输出端；

所述稳压单元的第一端与所述控制信号输入端连接，所述稳压单元的第二端与所述推挽单元的第一端连接；

所述推挽单元的第二端与所述驱动电压输出端连接，所述推挽单元的第三端与电源正极连接，所述推挽单元的第四端与电源负极连接；

所述控制信号输入端用于输入电平控制信号，所述驱动电压输出端用于为被驱动半导体开关器件提供驱动电压。

在一种可选的实现方式中，所述稳压单元包括第一稳压管；

所述第一稳压管的阴极作为所述稳压单元的第一端，所述第一稳压管的阳极作为所述稳压单元的第二端。

在一种可选的实现方式中，所述推挽单元包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的第一端作为所述推挽单元的第三端，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端连接，并作为所述推挽单元的第一端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，并作为所述推挽单元的第二端，所述第二开关管的第二端作为所述推挽单元的第四端。

在一种可选的实现方式中，还包括：第一电阻和第二电阻；

所述稳压单元的第二端通过所述第一电阻与所述推挽单元的第一端连接；

所述推挽单元的第二端通过所述第二电阻与所述驱动电压输出端连接。

在一种可选的实现方式中，还包括：第三开关管和第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述推挽单元的第三端连接，所述第三电阻的第二端与所述稳压单元的第一端连接；

所述稳压单元的第一端通过所述第三开关管的第一端和所述第三开关管的控制端与所述控制信号输入端连接，所述第三开关管的第二端与所述电源负极连接。

在一种可选的实现方式中，还包括：驱动芯片；

所述稳压单元的第一端通过所述驱动芯片的输出端和所述驱动芯片的输入端与所述控制信号输入端连接，所述驱动芯片的电源端与所述电源正极连接，所述驱动芯片的接地端与所述电源负极连接。

在一种可选的实现方式中，还包括：第一直流源和第二直流源；

所述第一直流源的正极作为所述电源正极，所述第一直流源的负极与所述第二直流源的正极连接，所述第二直流源的负极作为所述电源负极。

在一种可选的实现方式中，所述驱动芯片包括驱动光耦；

所述驱动光耦的原边作为所述驱动芯片的输入端，所述驱动光耦的副边的第一端作为所述驱动芯片的电源端，所述驱动光耦的副边的第二端作为所述驱动芯片的接地端，所述驱动光耦的副边的第三端作为所述驱动芯片的输出端。

在一种可选的实现方式中，还包括：第二稳压管、第一电容和第四电阻；

所述推挽单元的第二端通过所述第二稳压管、所述第一电容和所述第四电阻与所述驱动电压输出端连接；

其中，所述第二稳压管的阴极与所述第一电容的第一端和所述推挽单元的第二端连接，所述第二稳压管的阳极与所述第一电容的第二端和所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述驱动电压输出端连接。

在一种可选的实现方式中，还包括：第三稳压管、第二电容、第三电容、第五电阻和第六电阻；

所述推挽单元的第二端通过所述第五电阻与所述驱动电压输出端连接；

所述第三电容的第一端与所述第六电阻的第一端和所述电源正极连接，所述第三电容的第二端与所述第六电阻的第二端、所述第二电容的第一端、所述第三稳压管的阴极和所述被驱动半导体开关器件的驱动输入参考地端连接，所述第二电容的第二端与所述第三稳压管的阳极和所述电源负极连接。

本申请提供一种半导体开关器件驱动电路，包括：推挽单元、稳压单元、控制信号输入端和驱动电压输出端；稳压单元的第一端与控制信号输入端连接，稳压单元的第二端与推挽单元的第一端连接；推挽单元的第二端与驱动电压输出端连接，推挽单元的第三端与电源正极连接，推挽单元的第四端与电源负极连接；控制信号输入端用于输入电平控制信号，驱动电压输出端用于为被驱动半导体开关器件提供驱动电压。由于稳压单元的稳压值和被驱动半导体开关器件的驱动电压相关，保持电源正极和电源负极之间的供电电压大小不变，只要更换不同稳压值的稳压单元，即可调节半导体开关器件驱动电路的输出驱动电压，电路结构简单、成本较低，且能够兼容驱动具有不同驱动电压的半导体开关器件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图5a为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图5b为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图6a为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图6b为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种半导体开关器件驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请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所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在使用IGBT的电路中，如果将IGBT器件更换为MOSFET器件来提升效率，或者原本使用MOSFET器件，更换不同型号的MOSFET器件，其驱动电压一般情况下也是不同的，当在同一个电路系统中兼容使用MOSFET器件和IGBT器件，或者使用多个不同型号的MOS管时，现有技术方案是提供不同电压等级的驱动供电电源，或者提供电压可调节的驱动供电电源以满足各个MOS管的驱动电压需求，这就需要更改驱动电源变压器和反馈电阻等，难以对各个MOS管的驱动电压做到很好的兼容，这无疑增加了电路的成本。

为了降低半导体开关器件驱动电路系统的成本，提高对半导体开关器件驱动电压的兼容性，本申请实施例提供一种半导体开关器件驱动电路，如图1所示，该电路包括：推挽单元101、稳压单元102、控制信号输入端A和驱动电压输出端B；

稳压单元102的第一端与控制信号输入端A连接，稳压单元102的第二端与推挽单元101的第一端连接；

推挽单元101的第二端与驱动电压输出端B连接，推挽单元101的第三端与电源正极VCC连接，推挽单元101的第四端与电源负极GND连接；

控制信号输入端A用于输入电平控制信号，驱动电压输出端B用于为被驱动半导体开关器件提供驱动电压。

其中，稳压单元102的稳压值和被驱动半导体开关器件的驱动电压相关。该半导体开关器件驱动电路的原理是控制信号输入端A的电压减去稳压单元102的稳压值等于推挽单元101的第一端的输入级电压Vth，当输入级电压Vth大于或等于电源正极VCC和负极GND之间的电压vcc时，驱动电压输出端B的电压等于vcc；当输入级电压Vth小于供电电源正极VCC和负极GND之间的电压vcc时，驱动电压输出端B的电压最大值是Vth。

本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路由推挽单元101和稳压单元102构成，稳压单元102的稳压值和被驱动MOS管的驱动电压相关，保持电源正极VCC和电源负极GND之间的供电电压大小不变，只要更换不同稳压值的稳压单元102，即可调节半导体开关器件驱动电路的输出驱动电压，电路结构简单、成本较低，且能够兼容驱动具有不同驱动电压的半导体开关器件。

值得说明的是，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路可以用来驱动任何具有开关功能的半导体开关器件，例如可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和新型碳化硅(SIC)MOSFET等，本申请以被驱动半导体开关器件是MOS管为例进行说明，其余半导体开关器件也适用本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路。

在具体实施中，如图2所示，稳压单元102可以包括第一稳压管Vd1，第一稳压管Vd1的阴极作为稳压单元102的第一端，第一稳压管Vd1的阳极作为稳压单元102的第二端。推挽单元101可以包括第一开关管S1和第二开关管S2；第一开关管S1的第一端作为推挽单元101的第三端，第一开关管S1的控制端与第二开关管S2的控制端连接，并作为推挽单元101的第一端，第一开关管S1的第二端与第二开关管S2的第一端连接，并作为推挽单元101的第二端，第二开关管S2的第二端作为推挽单元101的第四端。

其中，S1是NPN型三极管，S2是PNP型三极管，对应的半导体开关器件驱动电路的工作原理是，控制信号输入端A的电压减去稳压管Vd1的稳压值等于推挽单元101的第一端的输入级电压Vth，当输入级电压Vth大于或等于供电电源正极VCC和负极GND之间的电压vcc时，驱动电压输出端B的电压等于vcc；当输入级电压Vth小于供电电源正极和负极之间的电压vcc时，由于第一开关S1是NPN型三极管，基极将承受反向电压而使第一开关S1被迫关断，因此，驱动电压输出端B的电压最大值是Vth。因此，本技术方案的有益效果是，保持供电电源不变，只要更换不同稳压值的稳压管Vd1，即可调节半导体开关器件驱动电路的输出电压，相比现有方案需要调节供电电源的输出电压，本方案更加简单，兼容性更好。

在具体实施中，如图3所示，S1还可以是N型MOS管，S2还可以是P型MOS管，工作原理同上，当输入级电压Vth小于供电电源正极和负极之间的电压vcc时，由于第一开关S1是N型MOSFET，栅极将低于MOS管的开通阈值电压而使第一开关S1被迫关断，因此，驱动电压输出端B的电压最大值是Vth。在该电路中，同样可以通过更换不同稳压值的稳压管Vd1，即可调节半导体开关器件驱动电路的输出电压。

在具体实施中，如图4所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括：第一电阻R1和第二电阻R2；稳压单元102的第二端通过第一电阻R1与推挽单元101的第一端连接；推挽单元101的第二端通过第二电阻R2与驱动电压输出端B连接。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2的作用为限流，可以避免电路过流损坏。此外，该半导体开关器件驱动电路还可以根据具体需要，可以只包括限流电阻R1，从而限制输入端的电流，从而避免对输入信号源和第一稳压管Vd1造成损坏；也可以只包括限流电阻R2，R2不仅可以如图4所示串联在推挽单元101和驱动电压输出端B之间，也可以单独与S1串联，也可以单独与S2串联，可以限制第一开关S1或第二开关S2的电流，从而避免第一开关S1或第二开关S2过电流失效。

在具体实施中，如图5a所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括：第三开关管S3和第三电阻R3；

第三电阻R3的第一端与推挽单元101的第三端连接，第三电阻R3的第二端与稳压单元102的第一端连接；稳压单元102的第一端通过第三开关管S3的第一端和第三开关管S3的控制端与控制信号输入端A连接，第三开关管S3的第二端与电源负极GND连接。

如图5b所示，示出了半导体开关器件驱动电路和被驱动MOS管M的连接关系，其中驱动电路的驱动电压输出端连接被驱动MOS管的栅极，电源负极连接被驱动MOS管的漏极。

通过设置第三开关管S3和第三电阻R3，可以使得第三开关管S3的控制端接收的控制信号电平可以不必完全和驱动供电电压VCC保持一致，而是可以兼容TTL电平或者CMOS电平。

在具体实施中，如图6a所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括：驱动芯片；稳压单元102的第一端通过驱动芯片的输出端Vo和驱动芯片的输入端Vin与控制信号输入端A连接，驱动芯片的电源端VCC1与电源正极VCC连接，驱动芯片的接地端GND1与电源负极GND连接。

如图6b所示，示出了半导体开关器件驱动电路和被驱动MOS管的连接关系，其中驱动电路的驱动电压输出端B连接被驱动MOS管M的栅极，电源负极GND连接被驱动MOS管M的漏极。

在具体实施中，如图7所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括第一直流源DC1和第二直流源DC2；第一直流源DC1的正极作为电源正极VCC，第一直流源DC1的负极与第二直流源DC2的正极连接，第二直流源DC2的负极作为电源负极VEE。

其中，供电电源是由第一直流源DC1和第二直流源DC2提供供电，第一直流源DC1和第二直流源DC2串联，串联中点作为驱动参考地GND2。半导体开关器件驱动电路的驱动电压输出端连接被驱动MOS管M的栅极，供电电源中点GND2连接被驱动MOS管的漏极。

在这种方式下，可以为被驱动MOS管M提供正和负两个电压，正电压使被驱动MOS管M开通，负电压使被驱动MOS管M关断，负压关断可以可靠的关断被驱动MOS管，增加可靠性。

在具体实施中，如图8所示，驱动芯片可以为驱动光耦，驱动光耦的原边作为驱动芯片的输入端，驱动光耦的副边的第一端作为驱动芯片的电源端，驱动光耦的副边的第二端作为驱动芯片的接地端，驱动光耦的副边的第三端作为驱动芯片的输出端。

通过光耦隔离实现输入信号和驱动输出的隔离功能。工作原理是，当控制信号送到光耦的原边，原边发光二极管把光信号传递给副边上的开关管，使供电电源的正极VCC连接稳压单元102，驱动第一开关管S1打开，驱动电压输出端B输出高电平VCC-Vd1，当撤掉送到光耦原边的控制信号后，原边发光二极管不发光，光耦副边的上开关关断，下开关导通，将驱动电压输出端B拉底到供电电源负极GND，驱动第二开关管S2打开，驱动电压输出端B输出低电平接近0V。

值得说明的是，本申请实施例中所有的控制信号输入端A的电平信号是成对出现的，而为了便于表示，本申请中对控制信号输入端A只用了一个端口进行示意，控制信号输入端A的参考地均为GND，而图8所示的电路结构，即若驱动芯片为驱动光耦，该驱动光耦的控制信号输入端A的参考地A2可以不是GND。

在具体实施中，如图9所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括：第二稳压管Vd2、第一电容C1和第四电阻R4；

推挽单元101的第二端通过第二稳压管Vd2、第一电容C1和第四电阻R4与驱动电压输出端B连接；其中，第二稳压管Vd2的阴极与第一电容C1的第一端和推挽单元101的第二端连接，第二稳压管Vd2的阳极与第一电容C1的第二端和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与驱动电压输出端B连接。

其中R4是被驱动MOS管M的门级驱动电阻，Vd2和C1并联，并且串联在驱动回路中，形成负压驱动。半导体开关器件驱动电路的驱动电压输出端连接被驱动MOS管M的栅极，供电电源的负极GND连接被驱动MOS管M的漏极。工作原理是，当S1开通，S2关断时，电容C1上产生电压降，幅值为稳压管Vd2的稳压值V2，同样记录驱动电路的稳压管Vd1的稳压值为V1，MOS管产生正向驱动电压，幅值为VCC-V1-V2；当S1关断，S2开通时，电容C1两端的电压反向加到被驱动MOS管M的栅极，M的关断电压为-V2。

因此，被驱动MOS管M的正向驱动电压可以通过稳压管Vd1的稳压值进行调节，负电压可以通过稳压管Vd2的稳压值进行调节，负压关断增加了被驱动MOS管关断的可靠性。

在具体实施中，如图10所示，本申请实施例提供的半导体开关器件驱动电路还可以包括：第三稳压管Vd3、第二电容C2、第三电容C3、第五电阻R5和第六电阻R6；

推挽单元101的第二端通过第五电阻R5与驱动电压输出端B连接；驱动电压输出端B与被驱动MOS管的栅极连接；

第三电容C3的第一端与第六电阻R6的第一端和电源正极VCC连接，第三电容C3的第二端与第六电阻R6的第二端、第二电容C2的第一端、第三稳压管Vd3的阴极和被驱动MOS管的驱动输入参考地端连接，第二电容C2的第二端与第三稳压管Vd3的阳极和电源负极GND连接。

第五电阻R5是被驱动MOS管M的门级驱动电阻，电容C3和电阻R6并联，电容C2和第三稳压管Vd3并联，之后再串联，组成两个供电电源，将驱动供电电源分成上供电源和下供电源，下供电电源幅值为第三稳压管Vd3的稳压值V3，第一稳压管Vd1的稳压值V1，上供电电源幅值为VCC-V1-V3。其中，半导体开关器件驱动电路的驱动电压输出端连接M的栅极，上下供电电源的中点连接M的漏极。

工作原理是，当S1开通，S2关断时，上供电电源电压加到M的栅极，M产生正向驱动电压，幅值为VCC-V3；当S1关断，S2开通时，下供电电源电压反极性加到M的栅极，M产生负向驱动电压，幅值为-V3，电阻R5在被驱动MOS管M的栅极电压发生变化过程中，起到了限流的作用。

因此，被驱动MOS管M的正向驱动电压可以通过第一稳压管Vd1的稳压值进行调节，负电压可以通过第三稳压管Vd3的稳压值进行调节，负压关断可以增加被驱动MOS管关断的可靠性。

本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种半导体开关器件驱动电路，其特征在于，包括：推挽单元、稳压单元、控制信号输入端和驱动电压输出端；

所述稳压单元的第一端与所述控制信号输入端连接，所述稳压单元的第二端与所述推挽单元的第一端连接；

所述推挽单元的第二端与所述驱动电压输出端连接，所述推挽单元的第三端与电源正极连接，所述推挽单元的第四端与电源负极连接；

所述控制信号输入端用于输入电平控制信号，所述驱动电压输出端用于为被驱动半导体开关器件提供驱动电压。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述稳压单元包括第一稳压管；

所述第一稳压管的阴极作为所述稳压单元的第一端，所述第一稳压管的阳极作为所述稳压单元的第二端。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述推挽单元包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的第一端作为所述推挽单元的第三端，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端连接，并作为所述推挽单元的第一端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，并作为所述推挽单元的第二端，所述第二开关管的第二端作为所述推挽单元的第四端。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：第一电阻和第二电阻；

所述稳压单元的第二端通过所述第一电阻与所述推挽单元的第一端连接；

所述推挽单元的第二端通过所述第二电阻与所述驱动电压输出端连接。

5.如权利要求1-4任一所述的电路，其特征在于，还包括：第三开关管和第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述推挽单元的第三端连接，所述第三电阻的第二端与所述稳压单元的第一端连接；

所述稳压单元的第一端通过所述第三开关管的第一端和所述第三开关管的控制端与所述控制信号输入端连接，所述第三开关管的第二端与所述电源负极连接。

6.如权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，还包括：驱动芯片；

所述稳压单元的第一端通过所述驱动芯片的输出端和所述驱动芯片的输入端与所述控制信号输入端连接，所述驱动芯片的电源端与所述电源正极连接，所述驱动芯片的接地端与所述电源负极连接。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，还包括：第一直流源和第二直流源；

所述第一直流源的正极作为所述电源正极，所述第一直流源的负极与所述第二直流源的正极连接，所述第二直流源的负极作为所述电源负极。

8.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述驱动芯片包括驱动光耦；

所述驱动光耦的原边作为所述驱动芯片的输入端，所述驱动光耦的副边的第一端作为所述驱动芯片的电源端，所述驱动光耦的副边的第二端作为所述驱动芯片的接地端，所述驱动光耦的副边的第三端作为所述驱动芯片的输出端。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括：第二稳压管、第一电容和第四电阻；

所述推挽单元的第二端通过所述第二稳压管、所述第一电容和所述第四电阻与所述驱动电压输出端连接；

其中，所述第二稳压管的阴极与所述第一电容的第一端和所述推挽单元的第二端连接，所述第二稳压管的阳极与所述第一电容的第二端和所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述驱动电压输出端连接。

10.如权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括：第三稳压管、第二电容、第三电容、第五电阻和第六电阻；

所述推挽单元的第二端通过所述第五电阻与所述驱动电压输出端连接；

所述第三电容的第一端与所述第六电阻的第一端和所述电源正极连接，所述第三电容的第二端与所述第六电阻的第二端、所述第二电容的第一端、所述第三稳压管的阴极和所述被驱动半导体开关器件的驱动输入参考地端连接，所述第二电容的第二端与所述第三稳压管的阳极和所述电源负极连接。

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