[發明專利]用于IGBT的自舉電路系統

有效

• 申請號: 201310050188.6
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN103259392A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 金滿璂;李鐘茂
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

背景技術

簡稱為IGBT的絕緣柵雙極晶體管已經被建立作為半導體功率開關，即用于在高電壓下切換高電流。典型的應用包括例如功率轉換器系統中的開關電路，例如簡稱為SPMS的開關功率模式供應器。在這些應用中，IGBT典型地快速連續地接通和關斷。因此，開關特性是令人感興趣的。

在一個實施例中，IGBT用在開關模式電源中，其中兩個IGBT以半橋配置設置，即高側IGBT利用其集電極耦合到直流電壓源的陽極，高側IGBT的發射極連接到低側IGBT的集電極，并且低側IGBT的發射極耦合到參考地。通過交替地接通和關斷IGBT，可以將IGBT之間的耦合點切換到直流電源的電壓或者參考地。得到的該耦合點處的電壓可以通過使用平滑電容器而平滑。

基本上，IGBT可以通過施加比閾值電壓更高的正的柵極-發射極電壓而從其非傳導狀態（即所謂的斷開狀態）切換到其傳導接通狀態，即通過這種方式可以接通IGBT。為了關斷IGBT，即為了將IGBT從其接通狀態切換到其斷開狀態，可以向IGBT施加零電壓或者負的基極-發射極電壓。

可以使用反相的脈寬調制信號來控制IGBT，因此高側IGBT切換到傳導狀態，即切換到其接通狀態，而低側IGBT切換到其斷開狀態，并且反之亦然。由于交替切換的原因，連接點處的電壓在參考地與電壓源的電壓之間切換。

為了提供驅動高側IGBT的控制電壓，即為了向高側IGBT提供柵極-發射極電壓，可以使用自舉電路，其提供參考到IGBT半橋裝置的連接點的電壓。然而，當使用單極柵極驅動時，在IGBT的接通瞬態期間的寄生電流振蕩以及由IGBT兩端的高壓升造成的意外寄生接通由于Miller效應而切換。為了移除寄生電流振蕩，在高側IGBT處需要負的柵極電壓。為了防止IGBT由Miller效應造成的意外的寄生接通，可以提供Miller鉗。然而，這些解決方案具有缺陷。為了提供負的柵極電壓，SMPS需要增大的額定功率以及附加的電路系統，因此SMPS變得更加復雜和昂貴。再者，Miller鉗在自舉電路中造成附加的電路系統，因此進一步增加了復雜度和成本。

因此，需要一種改進的自舉電路，其允許糾正上面所述問題，同時使用盡可能少的部件。

發明內容

在本發明的一個方面中涉及一種自舉電路用于提供控制IGBT半橋裝置的高側IGBT的驅動電壓。該自舉電路包括降壓-升壓電路部分，該電路部分提供可用于關斷高側IGBT的負電壓，從而改進半橋裝置的開關特性。

附圖說明

關于附圖，將更好地理解本發明的特征、方面和優點，其中

圖1繪出了依照本發明的自舉電路的示意圖，

圖2繪出了由自舉電路提供的正負電壓的曲線圖。

具體實施方式

圖1繪出了開關模式電源電路的示意圖100。該SMPS電路包括處于半橋配置的高側IGBT?101和低側IGBT?102，即高側IGBT?101的發射極耦合到低側IGBT?102的集電極，從而形成連接點。高側IGBT?101的集電極耦合到DC電壓源U_DC的正電極，并且低側IGBT?102的發射極耦合到所述電壓源的負電極。在所繪出的實施例中，這兩個IGBT為n溝道型，但是本發明并不限于這個方面。控制器103向這兩個IGBT提供柵極信號以便交替地將連接點耦合到電壓源U_DC的正或負電極。這可以通過向這些IGBT的基極電極提供反相的脈寬調制信號而實現。通過這種方式，可以向利用其一個電極耦合到連接點的負載104供應開關電壓。

值得注意的是，在該實施例中，負載104被建模為電感，其反映了最真實的負載。然而，其他特性的負載也可以耦合到SMPS，因此本發明不應當限于這個方面。此外，被提供用于平滑提供給負載的電壓的電容器105和106不是本申請中的要求。

此外，SMPS電路100包括由虛線橢圓包圍的自舉電路107。自舉電路107在一側耦合到供應電壓U_SUPPLY，該電壓典型地反映了將IGBT切換到其接通階段所需的基極-發射極電壓擺幅。在一個實施例中，所述電壓擺幅U_SUPPLY可以為大約15V。在其另一側，自舉電路耦合到半橋的連接點，即高側IGBT?101的發射極耦合到低側IGBT?102的集電極的地方。