[發明專利]單電源供電的混合動力驅動諧振柵極驅動器

有效

• 申請號: 201810243251.0
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108696107B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 楊水濤;周彥;陳禮華;徐帆
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 英旭;王秀君

本公開涉及一種單電源供電的混合動力驅動諧振柵極驅動器。一種功率器件的柵極驅動器包括電感器和電源。電感器被配置為：在功率器件的過渡期期間，將柵極上的電勢轉換為場并且將所述場轉換為反向電勢，以對柵極進行切換并在多余的場消失時將浮動電容器充電到反向電勢。電源被配置為：在非過渡期期間，將柵極保持在所述電勢上，并且產生所述多余的場。

技術領域

本申請總體上涉及用于固態開關的柵極驅動器，其中，諧振電路使能量在電感器與柵極之間再循環以降低柵極開關損耗。

背景技術

電氣化車輛(包括混合動力電動車輛(HEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)和電池電動車輛(BEV))依靠牽引電池向用于推進的牽引馬達提供電力，并且依靠牽引電池和牽引馬達之間的電力逆變器將直流(DC)電力轉換為交流(AC)電力。典型的AC牽引馬達是可由3個正弦信號提供電力的三相馬達，所述3個正弦信號中的每個以120度的相位分離驅動。牽引電池被配置為在特定電壓范圍內操作并提供最大電流?？蛇x地，牽引電池被稱作高電壓電池。電機的改善的性能可通過在與牽引電池電壓不同的電壓(諸如，高于牽引電池電壓的電壓)下進行操作來實現。因此，很多電氣化車輛包括DC-DC轉換器(還被稱作可變電壓轉換器(VVC))，以將牽引電池的電壓轉換為電機的操作電壓水平。由于電壓需求、電流需求和開關需求，固態開關(諸如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))通常被用于產生電力逆變器和VVC中的信號。

發明內容

一種功率器件的柵極驅動器包括電感器和電源。電感器被配置為：在功率器件的過渡期期間，將柵極上的電勢轉換為場并且將所述場轉換為反向電勢，以對柵極進行切換并在多余的場消失時將浮動電容器充電到所述反向電勢。電源被配置為：在非過渡期期間，將柵極保持在所述電勢上，并且產生所述多余的場。

提供一種在車輛動力傳動系統的功率開關的過渡期間對柵極電荷進行再循環的方法，所述方法在導通期間由柵極驅動器執行并且包括：經由功率開關的柵極上的負電荷在電感器中感應出場；將所述場轉換為正電荷；使正電荷流到柵極上，并且使多余的電荷流到浮動電容器；經由浮動電容器將正電荷鎖存到柵極上。

一種功率器件的柵極驅動器包括具有電感器的諧振電路。諧振電路被配置為：在截止期間，通過基于由電源的正電勢引起的來自功率器件的柵極的正電荷而感應出第一場，對電荷進行再循環，并且響應于電感器兩端的電壓反轉，使第一場消失以從柵極汲取電荷并傳遞到浮動電容器。

根據本發明的一個實施例，所述柵極驅動器還包括控制器，控制器被配置為：與浮動電容器兩端的電壓成比例地調節預充電時間，以減小預充電電荷與能量恢復電荷之間的差。

根據本發明的一個實施例，電源具有電源幅值并且浮動電容器具有在截止期間的平均幅值，使得所述電源幅值大于所述平均幅值。

根據本發明的一個實施例，諧振電路還包括低側開關，低側開關被配置為將柵極鎖存到浮動電容器的負電勢。

根據本發明的一個實施例，諧振電路還被配置為：在導通期間，通過基于由負電勢引起的來自柵極的負電荷而感應出第二場，對電荷進行再循環，并且響應于電感器兩端的電壓反轉，使第二場消失以將電荷注入到柵極上。

附圖說明

圖1是示出典型的動力傳動系統和能量儲存組件以及在動力傳動系統和能量儲存組件之間的可變電壓轉換器和電力逆變器的混合動力車輛的示圖。

圖2是車輛的包括旁路二極管的可變電壓轉換器的示意圖。

圖3是車輛的電機逆變器的示意圖。

圖4是典型的絕緣柵雙極型晶體管柵極驅動電路的示意圖。

圖5是在絕緣柵雙極型晶體管的導通期間柵極電壓相對于電荷的電壓曲線的圖形示圖。

圖6是絕緣柵雙極型晶體管的具有單個低側電源的諧振柵極驅動電路的示意圖。