[发明专利]栅极驱动电路以及用于控制功率晶体管的方法

说明书

发明描述

技术领域

本发明涉及用于驱动功率晶体管的栅极驱动电路。本发明还涉及包括栅极驱动电路和功率晶体管的功率变换器。本发明还涉及包括功率变换器的功率模块以及控制功率晶体管的方法。

背景技术

电机控制可能具有广泛的应用。除其他外，该应用可能包括，电动汽车的电动机，而且还包括用于住宅用洗衣机、风扇、手持电动工具、工业电机驱动器等等的电动机。

感应或异步电机通常被用于上述应用中。感应或异步电机是AC电机，其中通过在静态绕组内生成的磁场由旋转绕组内的电磁感应而感应电流。感应或异步电机不需要用于将旋转绕组电连接到静态绕组的滑动电接触件，从而简化了感应或异步电机的构造并提高了可靠性。

实惠、可靠的功率晶体管(例如，功率MOSFET和IGBT)以及能够驱动这种感应或异步电机的模块的可用性是上述应用的重要设计目标。

通常情况下，栅极驱动电路控制功率晶体管的栅极。IGB晶体管是可靠的功率晶体管，其通常具有若干微库仑的栅极电荷。为了快速接通具有低损耗的IGB晶体管，必须施加若干安培电流以控制栅极。IGB晶体管的开关损耗依赖于提供全导电性的栅极电荷以多快速度被馈送给组件栅极或从其移除。处于完全导通状态的IGB晶体管的栅极电压通常为+15V的量级。低于+15V的栅极电压可能导致过度的导通损耗，而高于+15V的栅极电压可能导致IGB晶体管的损坏。IGB晶体管通常有内部栅极接触电阻，通过该电阻可以生成电压降。因此，栅极驱动电路必须提供足够高的输出电压以允许通过内部栅极接触电阻来生成电流。

在IGB晶体管的栅极端子强加+15V可以是保证适当的栅极电压达到完全导通状态的直接解决方案。内部栅极接触电阻和内部栅极电容提供了确定IGB晶体管的开关速度的RC常数。在大约4倍RC常数之后，内部栅极端子处的电压达到+15V。对于大多数应用，这种开关速度可能是不可接受的。

EP1596496A1提供了一种加快IGB晶体管接通的栅极驱动电路。该栅极驱动电路被提供有特定升压电容器，它是通过与栅极接触电阻串联而添加的。在切断IGB晶体管期间，升压电容器被充电到受到与升压电容器并联放置的齐纳二极管限制的电压。在开启IGB晶体管期间，栅极使用了升压电容器内以及跨越栅极接触电阻而建立的电压上的先前存储的电荷，以快速增加栅极电荷。虽然EP1596496A1提供了一种加快IGB晶体管接通的有效解决方案，但是此解决方案的问题之一是，跨越升压电容器的电荷可能不能非常精确地控制。根据EP1596496A1，控制通过跨越升压电容器的电荷的唯一方法是通过控制升压电容相对于受控IGBT栅极电荷的正确尺寸。只有在这种情况下，当IGBT的栅极电压增加到到+15V的时候，存储在升压电容器的能量才可能会耗尽。

发明内容

正如附属权利要求中所描述的，本发明提供了用于驱动功率晶体管的栅极端子的栅极驱动电路、功率变换器、功率模块以及一种控制功率晶体管的方法。

本发明的具体实施例在随附权利要求中被陈述。

根据下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会很容易理解并且被阐述。

附图说明

根据附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，相似的参考符号被用于表示相同或功能相似的元素。为了简便以及清晰，附图中的元素不一定按比例绘制。

图1示意性地显示了栅极驱动电路的一个实施例的一个例子。

图2示意性地显示了栅极驱动电路的一个实施例的另一个例子。

图3示意性地显示了栅极驱动电路的一个实施例的另一个例子。

图4示意性地显示了栅极驱动电路的一个实施例的另一个例子。

图5示意性地显示了包括栅极驱动电路和两个功率晶体管的功率变换器。

图6示意性地显示了用于控制功率晶体管的一种方法的时间图。

附图中的元素说明是为了简便以及清晰，不一定按比例绘制。在附图中类似的参考符号表示相同的元素。

具体实施方式