[发明专利]谐振栅极驱动器

说明书

本发明涉及谐振栅极驱动器。一种功率器件的栅极驱动器包括电源和谐振电路。所述电源可具有正电位和负电位。所述谐振电路可包括电感器并且被配置为：在截止期间，通过基于由所述正电位引起的来自栅极的正电荷感应出第一场并且响应于所述电感器两端的电压的反转而将第一场瓦解以从所述栅极汲取电荷，使电荷再循环。

技术领域

本申请总体上涉及一种用于固态开关的栅极驱动器，其中，谐振电路使能量在电感器与栅极之间再循环以降低栅极开关损耗。

背景技术

电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电转换为交流(AC)电。典型的AC牵引马达是3相马达，3相马达可由3个正弦信号提供电力，所述3个正弦信号中的每个以120度的相位分离被驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并提供最大电流。牵引电池可选地被称作高电压电池，其中，典型的牵引电池的端电压超过100伏特DC。然而，电机的改善的性能可通过在不同的电压范围内进行操作来实现，所述电压范围通常高于牵引电池的端电压。同样，用于驱动车辆电机的电流需求通常被称作高电流。由于通常驱动电感负载的高电压和高电流，因此，当开关将电感负载与电流源断开连接并且线圈中的场开始瓦解时，可能经历反电动势(cemf或反emf)或瞬态电压峰值以保持电感器两端的电压不变。

此外，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。可包括牵引马达的电机可能需要高电压和高电流。由于电压需求、电流需求和开关需求，固态开关(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))通常被用于产生电力逆变器和VVC中的信号。

发明内容

一种功率器件的栅极驱动器包括正电源、负电源、电感器和高侧开关。所述负电源可被配置为向栅极施加负电位。所述正电源可被配置为向栅极施加正电位。所述电感器可被配置为：在导通期间，基于所述负电位感应出场，并且将所述场转换为电流以将正电荷注入到栅极上。所述高侧开关可被配置为将所述正电荷锁存到所述正电位。

一种由栅极驱动器在导通期间实现的在用于针对车辆动力传动系统的具有绝缘栅的功率开关的转换期间使电荷再循环的方法可包括：经由所述功率开关的栅极上的负电荷在电感器中感应出场；将所述场转换为正电荷；使所述正电荷流动到所述栅极上，以使所述功率开关导通；将所述正电荷锁存到所述栅极上。

一种功率器件的栅极驱动器包括电源和谐振电路。所述电源可具有正电位和负电位。所述谐振电路可包括电感器并且被配置为：在截止期间，通过基于由所述正电位引起的来自栅极的正电荷感应出第一场并且响应于所述电感器两端的电压的反转而将第一场瓦解以从所述栅极汲取电荷，使电荷再循环。

附图说明

图1是示出典型的传动系和能量储存组件的混合动力车辆的示图，其中，在传动系与能量储存组件之间具有可变电压转换器和电力逆变器。

图2是包括旁通二极管的车辆的可变电压转换器的示意图。

图3是车辆的电机逆变器的示意图。

图4是典型的绝缘栅双极型晶体管栅极驱动电路的示意图。

图5是在绝缘栅双极型晶体管导通期间栅极电压相对于电荷的电压曲线的图形示图。

图6是用于绝缘栅双极型晶体管的谐振栅极驱动电路的示意图。

图7是包括限流电阻器的用于绝缘栅双极型晶体管的谐振栅极驱动电路的示意图。

图8是用于功率器件的谐振栅极驱动电路的操作特性相对于时间的图形示图。

具体实施方式