[實用新型]驅動開關柵極的柵極驅動器和用于切換高功率負載的系統

有效

• 申請號: 201320483511.4
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN203416236U
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 阿爾弗雷德·黑森納
• 申請（專利權）人: 快捷半導體（蘇州）有限公司;快捷半導體公司
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 徐川;武晨燕

技術領域

本申請涉及驅動開關柵極的柵極驅動器和用于切換高功率負載的系統。本申請所描述的裝置和系統涉及用于對開關的柵極進行驅動的脈沖式柵極驅動器，特別是在高功率應用中的開關。?

背景技術

柵極驅動器是用于對高功率應用中所使用的開關進行驅動，例如MOSFET、IGBT和BJT。?

從根本上來說，柵極驅動器是功率放大器，其從控制器集成電路接受低功率輸入，并且產生用于功率開關的適當高功率柵極驅動。?

專利文件US6,326,819B1公開了這樣的柵極驅動器，其使用電流緩沖器，該電流緩沖器包括兩個開關以分別對從正電源和負電源到IGBT的柵極的電流進行控制。提供一種控制電路以用于控制導通和關斷狀態之間的切換。?

專利文件US6,275,093B1公開了一種IGBT柵極驅動器電路，其包括用于檢測被導通的IGBT的集電極-發射極電壓增至超過預設電平的模塊，從而指示故障狀態（例如，短路）。提供一種模擬電路，其適于檢測集電極-發射極電壓的這種增大，并且通過在兩個步驟中關斷IGBT來進行響應。首先，將柵極電壓降至仍在IGBT閾值（導通）電壓以上的電平，以降低流過IGBT的電流。隨后，逐漸降低柵極電壓直至IGBT被完全關斷。?

專利文件US5,559,656中公開了類似的電路，其描述了一種柵極驅動器電路，用于在響應短路而執行的切斷操作期間，防止切換電壓瞬態對IGBT造成損害。公開了一種模擬電路，其被適于在檢測到短路狀態時，降低IGBT的柵極電壓下降的速率。?

專利申請公開US2008/0290911A1公開了一種柵極驅動器，其適于為在全通狀態和低電流狀態之間對功率MOSFET進行切換，而不是在全通和全斷狀態之間對MOSFET進行切換。一種反饋電路可用于確保在低電流狀態下功率MOSFET中的電流大小是合適的。?

專利申請公開US2007/0200613A1公開了一種柵極驅動器，其包括：驅動電路，其將驅動信號施加到功率半導體切換器件的柵電極；以及測量單元，其用于測量功率半導體切換器件的流通電流。該驅動電路適于根據流經功率半導體切換器件的電流的檢測值來調節柵極電壓。?

最后，專利申請公開US2008/0012622A1公開了一種用于功率開關的柵極驅動器，其能夠通過對開關的柵極電壓進行控制來導通和關斷該功率開關。特別地，在第一時間段，開關的柵極電壓可被驅動至第一電平，以使得該開關閉合。在第二時間段，將開關的柵極電壓從電壓源斷開，但柵極電壓仍足以使開關保持閉合。在第三時間段，開關的柵極連接到地，從而將柵極電壓拉低并且使得開關斷開。柵極驅動器包括：驅動器邏輯，其可以包括脈寬發生器編程器和脈寬發生器。脈寬發生器使得上述第一、第二和第三時間段連續性重復，從而以與脈沖頻率成反比的一定時間間隔反復地對開關進行閉合和斷開。柵極驅動器可以進一步包括耦合到驅動器邏輯的反饋回路，以調節開關斷開或閉合期間的時間段的長度。?

文件US5,689,394A描述了針對晶體管故障狀態的柵極電壓調制。在從柵極驅動器接收到比較信號后，控制器能夠向柵極驅動器提供指令信號和對指令信號進行調制的脈寬，以逐漸關斷功率器件。在一個實施例中，控制器包括能夠發送導通/關斷開關信號的邏輯器件（例如，邏輯門陣列），并且指令信號是在“導通”間隔期間發送的。如果功率器件的輸出之間的電壓在指令信號間隔期間接近飽和水平，則控制器包括脈寬調制器，脈寬調制器能夠對發送給柵極驅動器的指令信號進行調制。可以通過針對柵極驅動器電壓的導通/關斷切換選擇適當的脈寬調制來控制電壓。?

文件DE202010015965U1公開了用于功率半導體開關的驅動器。該驅動?器包括用于對功率半導體開關的開關輸入進行耦合的開關輸出。此外，該驅動器包括針對邏輯開關信號的邏輯輸入和將邏輯開關信號轉換為功率信號的轉換器。功率信號為具有可預設的占空比的脈寬調制信號，并且該功率信號經由感應率提供給從轉換器開始的開關輸出。因此，功率信號的占空比是可改變的。通過在切換事件期間改變占空比，可以對分別耦合的功率半導體乃至單個切換事件設置特定的加載/卸載曲線。可選地，轉換器可包括存儲器，占空比或其各種值可存儲在該存儲器中。該存儲器為可編程的，這樣，例如，在驅動器交付給用戶之后，任意可調節的或可編程的占空比可以由客戶來編程。由此，預設固定的占空比，其可以可選地進行切換。?

現有技術中已知的柵極驅動器具有一些限制或缺點。在操作期間，無法對開關的轉換速率（有時也稱為“導通速度”或“關斷速度”）進行自適應改變。這意味著開關的自適應定時是不可能的。?