[實(shí)用新型]一種可負(fù)壓關(guān)斷的變壓器隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320114803.0
• 申請(qǐng)日: 2013-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203135829U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫澤昌;王代壯;戴海峰;朱建功
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K17/687
• 分類號(hào): H03K17/687
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種功率MOSFET/IGBT等絕緣柵器件的柵極驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)

金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管（MOSFET）與絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等絕緣柵型半導(dǎo)體元件在開(kāi)關(guān)電源、逆變器等各種電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用。但是，功率MOSFET/IGBT存在導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗（為表述方便，下文只以功率MOSFET為例來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，但是應(yīng)當(dāng)理解，所述內(nèi)容也同樣適用于IGBT）。為了降低電路的損耗，功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路必需滿足：（1）觸發(fā)脈沖要有足夠快的上升和下降速度，開(kāi)通瞬間能提供足夠大的灌電流，關(guān)斷時(shí)能提供阻抗盡可能低的柵源極間電容泄放回路以降低開(kāi)關(guān)損耗；（2）導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路要能保證足夠大且穩(wěn)定的柵源極間電壓，降低導(dǎo)通損耗；（3）關(guān)斷期間柵源極間有一定的負(fù)壓，避免干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通；（4）驅(qū)動(dòng)電路盡可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，體積小，成本低，易于集成化，必要時(shí)要有隔離。

現(xiàn)有的功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路主要分為三類：直接驅(qū)動(dòng)、自舉電路驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)特性好，但是不適用于功率MOSFET的源極浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)。自舉電路驅(qū)動(dòng)利用自舉電容的升壓原理，已經(jīng)集成化，適用于功率MOSFET的源級(jí)浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)，由于集成電路的優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，但是需要二次電源，占空比不能達(dá)到100%，有信號(hào)延遲，工作頻率一般不超過(guò)1Mhz。隔離驅(qū)動(dòng)分為光耦隔離驅(qū)動(dòng)和變壓隔離驅(qū)動(dòng)。光耦隔離驅(qū)動(dòng)體積小，易于集成化，但是響應(yīng)慢，延遲大，適合工作在低頻；變壓器隔離驅(qū)動(dòng)速度快，延遲小，但是具有漏感和磁飽和的現(xiàn)象，適合工作在高頻。

變壓器隔離驅(qū)動(dòng)按照次級(jí)電路的能量利用方式分為四種：直接耦合式、二次電源式、自給電源調(diào)制式和蓄能電容式。其中，直接耦合式的功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率直接來(lái)自于變壓器的原邊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是上升、下降速度較慢，開(kāi)關(guān)損耗大。二次電源式的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)自于二次側(cè)的電源，變壓器原邊只傳遞驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以得到很好地驅(qū)動(dòng)波形，但是需要獨(dú)立的二次側(cè)電源，結(jié)構(gòu)成本響應(yīng)增加。自給電源調(diào)制式的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)自于變壓器副邊，是國(guó)外普遍采用的形式，已經(jīng)集成化。以美國(guó)Unitrode公司的UC3724/UC3725芯片對(duì)為典型代表，其中UC3724用來(lái)產(chǎn)生高頻載波信號(hào)，經(jīng)脈沖變壓器隔離后送到UC3725，UC3725將高頻調(diào)制波解調(diào)后得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)將其整流成直流電壓用以提供驅(qū)動(dòng)功率。這種驅(qū)動(dòng)電路發(fā)熱較重，適用于頻率低于100Khz的情況，特別是占空比變化頻繁、頻率調(diào)制的場(chǎng)合，但是芯片價(jià)格較高，且低頻需要的變壓器體積較大。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種可負(fù)壓關(guān)斷的變壓器隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是：

一種可負(fù)壓關(guān)斷的變壓器隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路，包括實(shí)現(xiàn)輸入波形耦合傳遞和還原的變壓器隔離單元、增大所述電路驅(qū)動(dòng)功率的功率放大單元以及在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓的負(fù)壓?jiǎn)卧?/p>

所述變壓器隔離單元包括電容C1、電阻R1、二極管D1、脈沖變壓器T、電容C2、二極管D2以及電阻R2；其中，二極管D1、電阻R1和電容C1串聯(lián)在變壓器T的原邊繞組上；二極管D1的正極與變壓器T的原邊繞組的一端相連，負(fù)極與電阻R1相連，電容C1的一端連接變壓器T原邊繞組的另一端，另一端連接原邊匹配電阻R1；電阻R2與電容C2并聯(lián)后，整體再與二極管D2串接在變壓器T的副邊，其中二極管D2的正極與變壓器T的副邊繞組的一端相連，負(fù)極與電容C2和電阻R2的并聯(lián)節(jié)點(diǎn)相連；二極管D1的兩端作為所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。

所述功率放大單元包括二極管D3、電容C3、電阻R3、NPN型晶體管Q1以及PNP型晶體管Q2；其中，晶體管Q1和Q2組成圖騰柱電路，晶體管Q1與Q2的基極與二極管D3的正極相連后一起連接到電阻R2和電容C2的并聯(lián)節(jié)點(diǎn)上，二極管D3的負(fù)極連接晶體管Q1的集電極；電阻R3連接晶體管Q2的基極和集電極。

所述功率放大單元還包括兩端分別連接晶體管Q1的集電極和Q2的集電極的電容C3。

所述負(fù)壓?jiǎn)卧娙軨4、穩(wěn)壓二極管ZD、二極管D4、電阻R4和電阻R5；其中，二極管D4的正極與晶體管Q2的集電極相連，負(fù)極與穩(wěn)壓二極管ZD的負(fù)極相連，穩(wěn)壓二極管ZD的正極連接電容C4；電阻R4與R5串聯(lián)后整體并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管ZD的正極和二極管D4的正極之間；電阻R5的兩端為整個(gè)電路的輸出端，其中電阻R5與二極管D4相連的一端連接待驅(qū)動(dòng)器件的源極，另一端連接連接待驅(qū)動(dòng)器件的柵極。

所述電容C2大于所述電容C3和所述電容C4之和。