[發明專利]一種高壓隔離半導體開關驅動電路

在審

• 申請號: 202310483302.8
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116470901A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 李柳霞;徐尤來;劉毅;劉楠;彭梓皇;林福昌;李化;張欽
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03K17/691
• 分類號: H03K17/691;H02M1/088;H02M3/335
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李曉飛

1.一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，包括：低邊供電模塊、低邊信號調制模塊、低邊驅動模塊、高壓隔離模塊和高邊驅動模塊；

所述低邊供電模塊將輸入的非隔離直流低壓轉換成低邊回路中芯片正常工作需要的電壓，為所述低邊信號調制模塊和所述低邊驅動模塊供電；

所述低邊信號調制模塊包括上升沿觸發單穩態觸發器和下降沿觸發單穩態觸發器，分別將輸入的寬信號脈沖轉換成兩個攜帶原始輸入信號脈寬的窄脈沖，并控制所述低邊驅動模塊中的晶體管的導通時間；

所述低邊驅動模塊將兩個窄脈沖信號轉換為高幅值、大電流的正/負極性的窄脈寬驅動脈沖，以使所述高壓隔離模塊中的磁芯快速被激勵以及避免磁芯飽和；

所述高壓隔離模塊用于將所述磁芯的高低邊信號及能量耦合并隔離高電壓；

所述高邊驅動模塊用于根據所述磁芯感應產生的正/負極性窄脈沖形成脈寬與輸入信號一致的驅動脈沖，控制所連接的高壓半導體開關導通與關斷。

2.如權利要求1所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述上升沿觸發單穩態觸發器在輸入信號上升沿被觸發，輸出固定寬度的窄脈沖；

所述下降沿觸發單穩態觸發器在輸入信號下降沿被觸發，輸出固定寬度的窄脈沖。

3.如權利要求1所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述低邊驅動模塊包括兩對由半導體開關構成的推挽式輸出電路；

當所述輸入信號的上升沿觸發單穩態觸發器時，所述低邊信號調制模塊對所述高壓隔離模塊輸出高幅值、大電流正極性脈沖；當所述輸入信號的下降沿觸發單穩態觸發器時，所述低邊信號調制模塊對所述高壓隔離模塊輸出高幅值、大電流負極性脈沖。

4.如權利要求3所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述低邊驅動模塊中的兩對推挽式輸出電路交替導通，用以在單極性電壓供電下輸出雙極性脈沖。

5.如權利要求1所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述高邊驅動模塊包括四個二極管與兩個MOSFET開關管；

第一二極管D₁與第二二極管D₂串聯后與第一MOSFET開關管S₁的漏極電極串聯，第三二極管D₃與第四二極管D₄串聯后與第二MOSFET開關管S₂的漏極電極串聯，第一二極管D₁陰極與第二MOSFET開關管S₂的柵極串聯，第二二極管D₂陰極與第一MOSFET開關管S₁的柵極串聯。

6.如權利要求5所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，當所述高壓隔離模塊在高壓邊感應出正極性脈沖時，所述MOSFET開關管導通，脈沖信號通過所述第一二極管D₁、所述第四二極管D₄與所述第二MOSFET開關管S₂構成回路為高壓半導體開關柵極電容充電，達到所述高壓半導體開關驅動電平后，導通所述高壓半導體開關；當所述高壓隔離模塊在高壓邊感應出負極性脈沖時，所述高壓半導體開關的柵極電容存儲的電荷快速釋放，并為所述高壓半導體開關柵極電容充電，形成負極性驅動電壓，以使所述高壓半導體開關可靠關斷。

7.如權利要求6所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述柵極電容用于儲存電荷，維持所述高壓半導體開關驅動電壓，控制所述高壓半導體開關在輸入信號上升沿導通，在輸入信號下降沿關斷；所述高壓半導體開關的導通時間與輸入信號脈沖脈寬一致。

8.如權利要求1所述的一種高壓隔離半導體開關驅動電路，其特征在于，所述高壓隔離模塊為驅動信號磁隔離變壓器；

所述驅動信號磁隔離變壓器包括高壓脈沖傳輸線、磁芯以及多匝漆包線；低電平信號通過所述高壓脈沖傳輸線輸入，感應出磁場，通過所述磁芯將磁場傳輸至所述多匝漆包線繞制的副邊，感應磁動勢，用以實現脈沖信號的隔離。