[發明專利]驅動功率開關元件的驅動器

有效

• 申請號: 201010219644.1
• 申請日: 2010-07-07
• 公開（公告）號: CN102315757A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 曾劍鴻;江劍;葉奇峰;應建平
• 申請（專利權）人: 臺達能源技術(上海)有限公司;臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 史新宏

技術領域

本發明是有關于一種驅動器，特別是有關于一種控制功率開關元件的驅動器。

背景技術

功率開關元件通常需要一組驅動器控制此功率開關元件的導通與關閉。在一些需要隔離的場合會使用變壓器傳遞驅動信號至功率開關元件，如Mosfet，IGBT等，如圖1所示。由于變壓器T只需要傳遞驅動能量，相對于主電路，變壓器T的體積通常相對較小。然而，隨著市場對電源功率密度與效率的要求不斷提高，特別是低頻場合，如頻率低于10kHz，變壓器的體積與損耗就會受到關注。

現有的驅動器如2圖所示的電路200。通過設計電容器C_Y的電容值使變壓器T兩端在驅動信號210的上升緣與下降緣分別產生正負脈沖。變壓器T上的正脈沖通過二極管D1與D2對功率開關元件Q3的柵極電容器C_iss充電至高電位。由于此時晶體管Q4處于關閉狀態，功率開關元件Q3的柵極因沒有放電回路而維持高電位。變壓器的負脈沖則通過二極管D3與D4導通晶體管Q4，因此功率開關元件Q3的柵極上的電壓通過晶體管Q4放電至低電位。

圖3是圖2的電路的波形圖。PWMout是驅動信號210、V_CY是電壓器T的一次側270所串聯的電容器C_Y的電壓波形、Ip是變壓器T一次側的電流波形、V_1/2與V_3/4分別是變壓器T一次側270與二次側280的電壓波形、V_G/S是被驅動的功率開關元件Q3的柵極的電壓波形。當變壓器T兩側的匝數相同時，V_1/2與V_3/4會有幾乎相同的波形。通過這個電路可以把驅動信號210調制成寬度很小的脈沖信號，如V_1/2與V_3/4的波形。如此，變壓器T就工作于窄脈沖信號的情況，這樣，變壓器T處理的電壓伏秒乘積就比較小。因此，在電路設計上可以縮小變壓器T的體積。

然而上述的先前技術亦有很多缺點。首先，驅動耗損大。從圖2與圖3可以了解到，該技術雖然只有在驅動信號210的上升緣與下降緣時通過變壓器T傳遞脈沖信號，然而，實際上，由于電容器C_Y存在，變壓器T一次側270必須維持平均電流接近于零。所以電容器C_Y在上升緣儲存的能量必須在下次上升緣到來前釋放方能維持運作，也因此造成明顯上升的損耗。

其次，功率開關元件Q3的柵極上的驅動信號上升速度慢。由于要通過電容器C_Y實現變壓器T上所需要的波形，電容器C_Y的電容值需要與功率開關元件Q3的柵極電容器C_iss的電容值匹配。如果電容器C_Y的電容值太大會造成無法產生寬度很窄的脈沖信號。另外，匹配的電容器C_Y則會產生具影響性的阻抗，導致阻礙能量傳遞并且降低驅動信號上升的速度，進而造成功率開關元件Q3導通的損耗增加。

此外，先前技術的電路可靠度較差。當變壓器T負脈沖消失后，晶體管Q4的柵極處于高阻抗狀態，進而使功率開關元件Q3的柵極處于初始狀態為低電位的懸浮狀態，而不是預期的低阻抗導通狀態。因此，若有別的因素對功率開關元件Q3充電，如米勒效應等，將無法使功率開關元件Q3的柵極維持應有的低電位狀態而造成誤動作。雖然可以通過增加負脈沖寬度延長功率開關元件Q3的低阻抗狀態時間，但是脈沖寬度延長意味要增加變壓器T的耗損。

為了解決上述的缺點，有必要提供一種驅動器滿足小體積、高可靠度、快速的驅動信號上升速度以及低驅動耗損等要求。

發明內容