[發明專利]用于柵極驅動電路的系統和方法

有效

• 申請號: 201810004638.0
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108336987B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: R.拉馬哈蘭;S.阿查亞;H.彭;M.哈夫曼托多羅維奇;A.埃拉澤;R.托馬斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H03K17/51
• 分類號: H03K17/51
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;張金金

本文中提供的系統和方法涉及用于控制寬帶隙半導體開關的操作的柵極驅動電路。系統和方法接收控制信號，并且配置操作信號，操作信號配置成激活寬帶隙開關（WBG開關）。操作信號的輪廓基于第一和第二整形電路的電特性。系統和方法還輸送操作信號到WBG開關。

技術領域

本文中描述的主題的實施例涉及用于控制寬帶隙半導體開關的操作的柵極驅動電路。

背景技術

寬帶隙半導體開關可相對于常規半導體被用作用于在更高頻率和溫度操作的高電壓半導體的功率端子的電子開關。寬帶隙半導體開關具有低閾值電壓和高飽和速率，導致相對于常規半導體在ON與OFF狀態之間相對快的轉變。常規柵極驅動電路只利用輔助開關控制寬帶隙半導體開關的激活和鉗位（clamp）。常規柵極驅動電路不控制柵極的上升率，而只是激活產生的電壓尖峰和/或振蕩（例如，振鈴）。因此，存在對于用來通過米勒平坦區域操作寬帶隙半導體開關的柵極驅動電路的需要。

發明內容

在實施例中，提供了一種系統（例如，柵極驅動系統）。系統包含寬帶隙開關（WGB開關）和以傳導方式耦合到WGB開關的柵極端子和控制端子的控制開關。WBG開關和控制開關配置成具有共同閾值電壓。系統還包含以傳導方式耦合到控制開關和WBG開關的柵極端子的第一和第二整形電路。第一和第二整形電路和控制開關配置成定義操作信號。操作信號配置成激活WBG開關。操作信號包含基于第一和第二整形電路的電特性的輪廓。

在實施例中，提供了一種方法。方法包含接收控制信號和配置操作信號，操作信號配置成激活寬帶隙開關（WBG開關）。操作信號的輪廓基于第一和第二整形電路的電特性。方法還包含輸送操作信號到WBG開關。

在實施例中，提供了一種系統（例如，柵極驅動系統）。系統包含寬帶隙開關（WGB開關）和以傳導方式耦合到WGB開關的柵極端子和控制端子的控制開關。WBG開關和控制開關配置成具有共同激活閾值。控制開關具有以傳導方式耦合到電壓源的柵極端子。電壓源是二極管、電容器或控制信號。系統還包含以傳導方式耦合到控制開關和WBG開關的柵極端子的第一和第二整形電路。第一和第二整形電路和控制開關配置成定義操作信號。操作信號由三個整形階段形成。第一整形階段由第一和第二整形電路的電特性定義。第二整形階段由控制開關和第二整形電路的電特性定義。第三整形階段由控制開關定義。操作信號配置成激活WBG開關。操作信號的輪廓基于第一和第二整形電路的電特性。

本發明提供一組技術方案，如下。

1. 一種柵極驅動系統，包括：

寬帶隙開關（WBG開關）；

控制開關，以傳導方式耦合到所述WBG開關的柵極端子和控制端子，其中所述WGB開關和所述控制開關配置成具有共同閾值電壓；以及

第一和第二整形電路，以傳導方式耦合到所述控制開關和所述WBG開關的所述柵極端子，其中所述第一和第二整形電路和所述控制開關配置成定義操作信號，所述操作信號配置成激活所述WBG開關，所述操作信號的輪廓基于所述第一和第二整形電路的電特性。

2. 如技術方案1所述的柵極驅動系統，其中所述操作信號由三個整形階段形成，第一整形階段由所述第一和第二整形電路的所述電特性定義，第二整形階段由所述控制開關和所述第二整形電路的所述電特性定義，并且第三整形階段由所述控制開關定義。

3. 如技術方案2所述的柵極驅動系統，其中在所述第二整形階段期間，所述控制開關配置成在米勒平坦區內操作。

4. 如技術方案2所述的柵極驅動系統，其中所述第二整形電路包含與電阻器并聯配置的電容器，所述電阻器的電阻配置成定義所述第二整形階段的上升曲線。

5. 如技術方案2所述的柵極驅動系統，其中所述控制開關配置成在所述第三整形階段期間鉗位所述操作信號的電壓。