[發明專利]用于三電平逆變器半橋的驅動器電路

在審

• 申請號: 201410514733.7
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104518700A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: R.納加拉詹
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 申屠偉進;徐紅燕

技術領域

本公開涉及在三電平逆變器半橋的支路中的半導體開關對的柵極驅動器，特別是涉及在功率應用中使用的三電平逆變器半橋。

背景技術

功率轉換器被通常用來轉換電功率，比如從高電壓到低電壓并且反之亦然，或從交流電流（AC）到直流電流（DC）并且反之亦然。DC到DC轉換器包含DC到AC轉換器和AC到DC轉換器的組合，并且可以例如將相對低電壓直流電流轉換成相對高電壓直流電流或反之亦然。功率轉換器，如許多其他功率電路，使用可以被歸類為兩電平、三電平或多電平逆變器半橋的逆變器半橋。兩電平逆變器半橋是最簡單的類型，并且從下述事實獲得其名：在AC輸出處的電壓在例如對應于正DC端子和負DC端子的電勢的兩個分立電壓電平之間被切換。當一階段中的上開關被開啟時，AC輸出端子被連接到正DC端子，產生關于轉換器的中點勢對應于正DC勢的輸出電壓。相反地，當該階段中的兩個開關中的下開關被開啟時，AC輸出端子被連接到負DC端子，產生對應于負DC勢的輸出電壓。對應于一個階段的兩個開關絕不可被同時開啟，因為這將導致對轉換器嚴重的損害。可以由兩電平轉換器產生的最簡單的波形是方波。然而，這將產生更高階諧波失真，其導致高開關損耗和高階電磁干擾。除了用更低額定電壓的功率開關提供更高輸出電壓之外，采用三電平的能力還具有產生具有更低諧波失真的輸出電壓的好處。

在改進兩電平逆變器半橋不良的諧波性能的嘗試中，使用三電平和多電平半橋，其能夠綜合在每個階段的AC端子處的對應于正DC勢、負DC勢和中點勢的三個或更多分立電壓電平，而不是兩個分立電壓電平，。三電平半橋使用四個開關，所述四個開關的負載路徑串聯連接。比如，頂部的兩個開關被開啟以獲得正輸出電壓，底部兩個開關被開啟以獲得負輸出電壓并且中間的兩個開關被開啟以獲得類似的輸出電壓。

如能夠看出的那樣，三電平半橋和多電平半橋需要比兩電平半橋更復雜的開關控制。因此，開關控制器通常生成經由各個四個或更多柵極驅動器控制四個或更多開關必需的所有四個或更多信號。柵極驅動器，如在諸如轉換器的功率電路中使用的那樣，是具有電壓隔離的功率放大器電路，所述功率放大器電路接受來自開關控制器（例如微控制器、ASIC等等）的低功率輸入信號，并且提供用于開關的柵極的隔離的高電流驅動輸出。開關是例如由任何半導體材料諸如Si、SiC、GaN、GaAs等等制成的隔離柵雙極晶體管（IGBT）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）、集成門級換流晶閘管（IGCT）、雙極結型晶體管（BJT）或結型場效應晶體管（JFET）。然而，在開關控制器中生成所有的開關控制信號要求由功率轉換器制造商完成附加的設計工作；希望這能夠被減少。

發明內容

用于在三電平逆變器半橋支路中的晶體管對的柵極驅動器電路包括驅動器輸入，所述驅動器輸入配置成接收包括具有給定脈沖持續時間的至少一個給定脈沖的兩電平輸入信號，在所述給定脈沖持續時間期間輸入信號呈現兩個電平中的一個。第一驅動器輸出被配置成提供用于開關對中的一個開關的控制信號。第二驅動器輸出被配置成提供用于開關對中的另一個開關的控制信號。信號處理電路具有一個輸入支線和兩個輸出支線。輸入支線與驅動器輸入耦合，第一輸出支線與第一驅動器輸出耦合并且第二輸出支線與第二驅動器輸出耦合。第一輸出支線被配置成提供包括具有第一脈沖持續時間的第一脈沖的兩電平輸出信號，在第一脈沖持續時間期間輸入信號呈現兩個電平中的一個。第二輸出支線被配置成提供包括具有第二脈沖持續時間的第二脈沖的兩電平輸出信號，在第二脈沖持續時間期間第二輸出信號呈現兩個電平中的一個。第一長度小于或等于給定長度并且第二長度小于第一長度。第二脈沖發生在第一脈沖的發生期間。