[發明專利]絕緣單極性晶體管柵極驅動器

在審

• 申請號: 201380079227.3
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN105493398A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 莫泰扎·伊斯梅利
• 申請（專利權）人: 施耐德電氣太陽能逆變器美國股份有限公司
• 主分類號: H03B1/00
• 分類號: H03B1/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

發明背景

1.發明領域

本文所述的至少一些實施例大體上涉及高速絕緣晶體管柵極驅動器， 且更具體地涉及在這些應用中的兩個絕緣電路之間的電子脈沖的耦合。

2.相關技術的討論

在不同的應用中，在離線電路中或者類似的高電壓電路中使高側開關 絕緣可以是有利的。例如，普通的絕緣晶體管柵極驅動電路包括在柵極驅 動電路的輸入端和柵極驅動電路的輸出端之間提供電絕緣的變壓器。變壓 器的初級繞組被耦合到電路的輸入側以及變壓器的次級繞組被耦合到電 路的輸出側以提供在輸入端和輸出端之間的絕緣。一個或多個額外的初級 繞組和次級繞組可被包括在變壓器中并且可以驅動許多額外的輸出側的 開關電路。

發明概述

本發明的至少一個方面針對晶體管柵極驅動器。晶體管柵極驅動器包 含：被配置為耦合到DC電壓源的第一輸入端；被配置為接收控制信號的 第二輸入端；被配置為耦合到接地連接部的第三輸入端；具有初級繞組和 至少一個次級繞組的變壓器，該初級繞組具有第一端和第二端；第一開關， 其具有控制輸入端并被配置為將第一輸入端耦合到初級繞組的第一端以 響應接收到具有第一電平的控制信號，以及從初級繞組的第一端去耦合第 一輸入端以響應接收到具有第二電平的控制信號；第二開關，其具有控制 輸入端并被配置為將初級繞組的第二側耦合到第三輸入端以響應接收到 具有第一電平的控制信號，以及從第三輸入端去耦合初級繞組的第二側以 響應接收到具有第二電平的控制信號；第一二極管，其被耦合在第一開關 和初級繞組的第一端之間并且還被耦合到第三輸入端；以及第二二極管， 其被耦合到第一輸入端并且還被耦合在第二開關和初級繞組的第二端之 間。

根據一個實施例，第一二極管和第二二極管被配置為提供用于初級繞 組的重置的通路。在另外的實施例中，第一開關包括被耦合到第二輸入端 的控制引腳、被耦合到第一輸入端的集電極以及被耦合在第一二極管和變 壓器的初級繞組之間的發射極。在還有的另外的實施例中，第二開關是具 有被耦合在初級繞組和第二二極管之間的漏極和被耦合到第三輸入端的 源極的MOSFET。

根據另外的實施例中，初級繞組和次級繞組具有相同的極性。在該實 施例中，晶體管柵極驅動器還包含至少一個次級電路，該至少一個次級電 路被耦合到變壓器的至少一個次級繞組并且具有被配置為基于控制信號 的電平來驅動晶體管的控制引腳的輸出端。另外，至少一個次級電路可包 含關斷開關和接通二極管，其中關斷開關和接通二極管被并聯地與變壓器 的至少一個次級繞組耦合，并且其中在接通二極管和關斷開關之間的連接 點被耦合到至少一個次級電路的輸出端。此外，至少一個次級電路可包含 被耦合在至少一個次級電路的輸出端和輸出接地連接部之間的下拉式電 阻。

在另外的實施例中，PWM控制器可被耦合到第一開關和第二開關， 以及PWM控制器可被配置為產生控制信號。在該實施例中，PWM控制 器可被配置為產生具有50％的占空比或者更少占空比的控制信號。另外， 占空比可以是基于被提供給PWM控制器的輸入信號的可變占空比。

本發明的另一個方面是針對運行晶體管柵極驅動電路的方法。該方法 包含：在晶體管柵極驅動電路的第一輸入端處接收DC輸入電壓；在接通 模式下，在晶體管柵極驅動電路的第二輸入端處接收控制信號，該控制信 號具有第一電平；響應接收到具有第一電平的控制信號，將第一輸入端耦 合到變壓器的初級繞組的第一端；響應接收到具有第一電平的控制信號， 將變壓器的初級繞組的第二端耦合到接地連接部；在關斷模式下，在晶體 管柵極驅動電路的第二輸入端處接收控制信號，該控制信號具有第二電平； 以及響應接收到具有第二電平的控制信號，使變壓器放電。

根據一個實施例，方法還包含：在接通模式下，在變壓器的至少一個 次級繞組中感生電流；以及利用電流驅動至少一個輸出電路的至少一個主 開關至接通。

根據另外的實施例，方法還包含：響應接收到具有第二電平的控制信 號，從變壓器的初級繞組的第一端去耦合第一輸入端；響應接收具有第二 電平的控制信號，從接地連接部去耦合變壓器的初級繞組的第二端；以及 通過第一二極管和第二二極管重置變壓器的初級繞組。

根據一個實施例，重置包括限制在第一開關和第二開關兩端的電壓。