[發明專利]驅動裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202110322065.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN115133752A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 董潔;徐振慶;張偉強
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 王玉雙

本發明提供一種驅動裝置及其控制方法，驅動裝置用于驅動功率開關，驅動裝置包括電源、耦接于電源的第一橋臂、并聯耦接于第一橋臂的第二橋臂、以及諧振電感，第一橋臂包括連接于第一中點的第一開關和第二開關，第二橋臂包括連接于第二中點的第一半導體器件和第二半導體器件，諧振電感耦接于第一中點與第二中點之間，控制方法包括：開通第一開關達第一時間周期，以使電源為功率開關的門極充電；響應于諧振電感的電流下降至第一閾值，再次開通第一開關達第二時間周期，以使第一中點的電位等于第二中點的電位。相較于傳統技術方案，本發明可以有效減小驅動損耗和抑制震蕩。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種驅動裝置及其控制方法。

背景技術

根據SST(Solid state transformer)功率單元的技術開發需求，為實現高效率、高功率密度等目標提出了高頻化的需求。增加開關頻率是實現高功率密度的一個有效方法，高頻下可以用更少的匝數來減少變壓器繞組的尺寸和損耗，為絕緣留下更多的空間。

高頻化的功率變換器，其功率開關管的驅動損耗也會隨著頻率的升高而線性增加。輕載下，驅動損耗占總損耗的比例會增加，驅動損耗問題會更加顯著。當頻率進一步提高時，驅動損耗占總損耗的百分比慢慢變得不可接受，因此必須設法減小功率開關門極驅動損耗。

傳統方案一般采用推挽電路進行功率輸出，其主要是通過對功率開關管的門極電壓的控制，從而控制功率開關管的開通和關斷。圖1示出了傳統方案的推挽電路的拓撲結構。當開關管S₁導通、開關管S₂關斷時，電源V_DD通過開關管S₁、門極外接電阻R_g-ex和內部電阻R_g-in給功率開關管Q的門極電容C_gs充電，門極電壓上升，從而使功率開關管Q導通。當開關管S₂導通、開關管S₁關斷時，門極電容C_gs通過內部電阻R_g-in、門極外接電阻R_g-ex和開關管S₂放電到電源V_EE，門極電壓下降，從而使功率開關管Q關斷。此種傳統方案的驅動方式，其驅動損耗為：

P_gating＝Q_g×V_gs×f_s

其中，Q_g是功率開關管Q的門極電荷，V_gs是功率開關管Q的門極G和源極S之間的電壓，f_s是功率開關管Q的開關頻率。

由上述公式可知，在此種傳統方案的驅動方式下，驅動損耗P_gating與開關頻率f_s成正比。隨著開關頻率f_s的升高，驅動損耗P_gating會顯著增加。

此種傳統方案的基本技術特征如下：(1)采用推挽電路進行功率輸出；(2)開關管Q的開關速度由門極外接驅動電阻R_g-ex來控制。但是，此種傳統方案存在以下缺點：(1)驅動損耗較高，且與開關頻率成正比，高頻化會導致損耗劇增；(2)在輕載下，驅動損耗占系統損耗的比例會上升。

現有技術還提出了一種無損驅動方案，在推挽輸出的基礎上增加了諧振電感L_r和二極管D₁、D₂，其拓撲和工作方式如圖2A和圖2B所示。

在t0時刻，開關管S₁導通，電源V_DD通過開關管S₁、諧振電感L_r和內部電阻R_g-in給開關管Q的門極電容C_gs充電，門極電壓上升，功率開關管Q開始導通。