[发明专利]驱动功率开关元件的驱动器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种驱动器，特别是有关于一种控制功率开关元件的驱动器。

背景技术

功率开关元件通常需要一组驱动器控制此功率开关元件的导通与关闭。在一些需要隔离的场合会使用变压器传递驱动信号至功率开关元件，如Mosfet，IGBT等，如图1所示。由于变压器T只需要传递驱动能量，相对于主电路，变压器T的体积通常相对较小。然而，随着市场对电源功率密度与效率的要求不断提高，特别是低频场合，如频率低于10kHz，变压器的体积与损耗就会受到关注。

现有的驱动器如2图所示的电路200。通过设计电容器C_Y的电容值使变压器T两端在驱动信号210的上升缘与下降缘分别产生正负脉冲。变压器T上的正脉冲通过二极管D1与D2对功率开关元件Q3的栅极电容器C_iss充电至高电位。由于此时晶体管Q4处于关闭状态，功率开关元件Q3的栅极因没有放电回路而维持高电位。变压器的负脉冲则通过二极管D3与D4导通晶体管Q4，因此功率开关元件Q3的栅极上的电压通过晶体管Q4放电至低电位。

图3是图2的电路的波形图。PWMout是驱动信号210、V_CY是电压器T的一次侧270所串联的电容器C_Y的电压波形、Ip是变压器T一次侧的电流波形、V_1/2与V_3/4分别是变压器T一次侧270与二次侧280的电压波形、V_G/S是被驱动的功率开关元件Q3的栅极的电压波形。当变压器T两侧的匝数相同时，V_1/2与V_3/4会有几乎相同的波形。通过这个电路可以把驱动信号210调制成宽度很小的脉冲信号，如V_1/2与V_3/4的波形。如此，变压器T就工作于窄脉冲信号的情况，这样，变压器T处理的电压伏秒乘积就比较小。因此，在电路设计上可以缩小变压器T的体积。

然而上述的先前技术亦有很多缺点。首先，驱动耗损大。从图2与图3可以了解到，该技术虽然只有在驱动信号210的上升缘与下降缘时通过变压器T传递脉冲信号，然而，实际上，由于电容器C_Y存在，变压器T一次侧270必须维持平均电流接近于零。所以电容器C_Y在上升缘储存的能量必须在下次上升缘到来前释放方能维持运作，也因此造成明显上升的损耗。

其次，功率开关元件Q3的栅极上的驱动信号上升速度慢。由于要通过电容器C_Y实现变压器T上所需要的波形，电容器C_Y的电容值需要与功率开关元件Q3的栅极电容器C_iss的电容值匹配。如果电容器C_Y的电容值太大会造成无法产生宽度很窄的脉冲信号。另外，匹配的电容器C_Y则会产生具影响性的阻抗，导致阻碍能量传递并且降低驱动信号上升的速度，进而造成功率开关元件Q3导通的损耗增加。

此外，先前技术的电路可靠度较差。当变压器T负脉冲消失后，晶体管Q4的栅极处于高阻抗状态，进而使功率开关元件Q3的栅极处于初始状态为低电位的悬浮状态，而不是预期的低阻抗导通状态。因此，若有别的因素对功率开关元件Q3充电，如米勒效应等，将无法使功率开关元件Q3的栅极维持应有的低电位状态而造成误动作。虽然可以通过增加负脉冲宽度延长功率开关元件Q3的低阻抗状态时间，但是脉冲宽度延长意味要增加变压器T的耗损。

为了解决上述的缺点，有必要提供一种驱动器满足小体积、高可靠度、快速的驱动信号上升速度以及低驱动耗损等要求。

发明内容