[發明專利]一種功率變換器的功率開關管隔離柵驅動電路

在審

• 申請號: 201610039064.1
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105449997A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 孫偉鋒;朱俊杰;俞居正;錢欽松;卜愛國;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及開關電路技術中的功率變換器，特別涉及一種功率變換器的功率開關管隔離柵驅動電路。

背景技術

現代電子設備對其供電裝置(功率變換器)提出了輕便和高效率等方面的要求，使得功率變換器的功率密度和開關頻率不斷提高，功率容量更大的橋式拓撲、性能更優的新型器件如絕緣柵場效應管(IGBT)等被廣泛應用。由于材料限制，傳統硅基功率器件在許多方面已逼近甚至達到了其材料的本征極限，寬禁帶器件如碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等應用而生。這些都給功率變換器的驅動電路提出了更快、更高效、更可靠等更高的要求。在橋式拓撲中，當上管關段時產生極大的dv/dt，這將可能引起下管的誤開啟，造成上下管發生短路直通，因此有必要為在功率管關斷期間為其提供反向的柵極電壓；而IGBT關斷期間，柵極電路中會產生高頻振蕩信號，這些信號輕則會使IGBT處于微通的狀態,增加功率管的反向柵壓功耗，重則將使上下管短路直通，因此必須為IGBT提供反向的柵極電壓，加速IGBT的關斷過程；而寬禁帶器件固有常態下的開通特性，決定其柵極需一定的負壓，使開關管保持關斷。

圖1是現有的一種隔離驅動電路，包括脈寬調制驅動器，原邊隔直電容C_b，隔離變壓器T，二極管D，副邊隔直電容C₁，所有元器件上的電壓方向如圖1所示。圖1所示驅動電路穩態工作時各點的電壓波形參見圖2，其中Vi是脈寬調制驅動器的輸出電壓波形，假設穩態時占空比為d，幅值為M；V₁和V₂分別是電容C_b和電容C₁兩端的電壓波形，幅值均為dM；Vp和Vs分別是變壓器T原邊和副邊電壓波形，Vg是隔離驅動電路輸出端的電壓波形，并假設隔離變壓器T的原邊繞組與副邊繞組的匝比為1：1。這種隔離驅動電路的優點是輸出電平與占空比d無關，且占空比可大于0.5。但這種磁隔離驅動電路也具有很明顯的缺點，隔離驅動變壓器T由于繞制工藝的影響會產生一定的漏感，該漏感會與隔直電容在開通和關斷瞬間產生諧振，最終導致驅動電路的輸出電平上疊加一定的電壓尖峰，電壓尖峰可能引起功率開關管的誤動作，使控制失效。不僅如此，漏感引起的諧振電壓尖峰過大還會導致功率管的柵極被擊穿，對于更容易被擊穿的寬禁帶器件來說，尤其需要在器件截止時柵極存在一個負壓。

發明內容

本發明在于克服現有技術之不足，提供一種功率變換器的功率開關管隔離柵驅動電路，在被驅動的功率開關管關斷時能夠產生一個負壓，防止被驅動功率開關管的誤開通，從而提高系統的可靠性。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：一種功率變換器的功率開關管隔離柵驅動電路，包括產生控制信號的脈寬調制驅動器、原邊隔直電容C_b、隔離變壓器T、副邊隔直電容C₁、二極管D以及被驅動的開關管Q，脈寬調制驅動器的輸出正端通過隔直電容C_b連接隔離變壓器T原邊側的同名端，隔離變壓器T原邊側的非同名端連接脈寬調制驅動器的輸出負端，隔離變壓器T副邊側的同名端連接隔直電容C₁的一端，隔直電容C₁的另一端連接二極管D的陰極和被驅動開關管Q的柵極，被驅動開關管Q的源極與二極管D的陽極以及隔離變壓器T副邊側的非同名端連接在一起，其特征在于：

在隔直電容C₁的兩端增設并聯電阻R₁，并增設電容C₂與電阻R₂并聯，電容C₂與電阻R₂并聯后的一端連接二極管D的陰極，電容C₂與電阻R₂并聯后的另一端與上述隔直電容C₁的另一端以及被驅動開關管Q的柵極連接在一起；在被驅動的開關管Q關斷時，二極管D、電容C₂和電阻R₂構成負壓產生電路并通過電阻R₁與電阻R₂的分壓調整負壓的大小，以避免被驅動的開關管Q的誤導通。

所述電容C₁以及電容C₂的數值遠大于被驅動開關管Q的柵極電容，需為被驅動開關管Q柵極電容的20倍以上，電阻R₁以及電阻R₂都采用數值為數百歐姆的大電阻。。

本發明的優點及顯著效果：