栅极驱动电路、功率开关电路及电器设备制造技术

本发明专利技术公开了一种栅极驱动电路、功率开关电路及电器设备，电路用于驱动半导体开关器件，包括：运算放大器和缓冲器。运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极，运算放大器的工作电源为外部电压；缓冲器的输入端接运算放大器的输出端，缓冲器的输出端接半导体开关器件的栅极，缓冲器的工作电源为外部电压。本发明专利技术的栅极驱动电路输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。

Grid drive circuit, power switch circuit and electrical equipment

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动电路、功率开关电路及电器设备
本专利技术属于功率半导体
，尤其涉及一种用于半导体开关器件的栅极驱动电路、包含栅极驱动电路的功率开关电路及电器设备。
技术介绍
在功率半导体领域，功率器件的开关损耗E与电流电压过冲(Irr，Vrr)是一对显著的矛盾。以绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)为例：当IGBT的开关时间减少，损耗被抑制时，则电流电压快速变化，过冲明显增加；当抑制电流电压过冲量时，则开关时间延长，开关损耗增加。使用不同阻值的栅极电阻是优化开关损耗E与电流电压过冲(Irr，Vrr)的常见做法。相关技术中，如图1所示，其给出了不同阻值栅极电阻的栅极驱动电路的示意图。图中，开通和关断的栅极电阻分别为Ron和Roff。以开通过程为例，开通损耗Eon和电流过冲Irr对Ron的正负关系为：和可见，随着Ron的增加，IGBT的开通损耗Eon增加，电流过冲Irr减小；反之亦然，即减小Ron，开通损耗Eon减低，但是电流过冲Irr增加。因此，栅极电阻不能从本质上解决开关损耗与电流电压过冲的折中问题，只能通过优化阻值，达到一个较优的平衡关系。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为了解决上述问题，本专利技术第一方面实施例的一种栅极驱动电路，用于驱动半导体开关器件，包括：运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极；缓冲器，所述缓冲器的输入端接所述运算放大器的输出端，所述缓冲器的输出端接所述半导体开关器件的栅极。在本专利技术的一些实施例中，所述参考电压是根据所述半导体开关器件的特性曲线获得的。在本专利技术的一些实施例中，所述半导体开关器件的特性曲线包括半导体开关器件在开通和关断过程中的电流曲线。在本专利技术的一些实施例中，所述运算放大器的同相输入端接参考电压。在本专利技术的一些实施例中，所述运算放大器的工作电源为外部电压在本专利技术的一些实施例中，所述缓冲器的工作电源为外部电压。在本专利技术的一些实施例中，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、场效应晶体管FET或双极性晶体管BJT。本专利技术第一方面实施例的栅极驱动电路，其输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。本专利技术第二方面实施例的一种功率开关电路，包括：半导体开关器件；以及第一方面中所述的栅极驱动电路；其中，所述半导体开关器件包括栅极、发射极和集电极；所述栅极驱动电路包括运算放大器和缓冲器；所述缓冲器的输出端与所述半导体开关器件的栅极连接，所述运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻与半导体开关器件的发射极连接。在本专利技术的一些实施例中，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、场效应晶体管FET或双极性晶体管BJT。本专利技术第二方面实施例的功率开关电路，栅极驱动电路输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。本专利技术第三方面实施例的一种电器设备，包括第二方面中所述的功率开关电路。本专利技术第三方面实施例的电器设备，其功率开关电路中栅极驱动电路输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：附图1示出了现有的一种不同阻值栅极电阻的栅极驱动电路的示意图；附图2示出了本专利技术的一种栅极驱动电路原理图；附图3示出了本专利技术的一种参考电压的示意图；附图4示出了本专利技术的另一种栅极驱动电路原理图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术的原理如下：本专利技术提出了一种可调节独立栅极驱动电路，将半导体开关器件的发射极电流采样信号，通过反馈电阻转换为反馈电压后反馈到运算放大器，与参考电压运算，自适应输出相应的驱动电压，因此通过参考电压可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。实施例1如图2所示，本专利技术的一种栅极驱动电路，用于驱动半导体开关器件100，包括：运算放大器10和缓冲器20。半导体开关器件100可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT。如图2所示，本实施例中以IGBT为例，IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种功率器件，其运用一个MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)结构的栅驱动电流向一个双极结型晶体管提供基极电流，使其兼具双极结型晶体管的大电流能力和场效应管的压控型驱动电路。运算放大器10(简称：运放)的同相输入端11接参考电压Vref，反相输入端12通过反馈电阻Rf接半导体开关器件的发射极E，该运算放大器10的工作电源为外部电压。其中，参考电压是根据所述半导体开关器件的特性曲线获得的，该特性曲线具体可以是半导体开关器件在开通和关断过程中的电流曲线。实际应用中，可以通过测试获得待使用半导体开关器件在开通和关断过程中不同阶段的充电和放电电流特性，例如电流大小与时间的关系，进而转换为上述参考电压。缓冲器20的输入端21接所述运算放大器的输出端13，所述缓冲器20的输出端22接所述半导体开关器件的栅极G，所述缓冲器的工作电源为外部电压。缓冲器是单位增益放大器，具有极高输入电阻和极低输出电阻。将缓冲器模拟为一个增益为1的压控电压源。缓冲器具有几乎无限大的输入电阻，因而不存在负载效应，故输入电压等于输出电压。此外，缓冲器的输出电压对负载电阻不敏感，因为理想缓冲器的输出电阻基本上为零。将缓冲器20放置在运算放大器10和半导体开关器件之间，以解决负载效应问题，保证驱动电压的驱动能力。图3示出了一种参考电压的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种栅极驱动电路，用于驱动半导体开关器件，其特征在于，包括：/n运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极；/n缓冲器，所述缓冲器的输入端接所述运算放大器的输出端，所述缓冲器的输出端接所述半导体开关器件的栅极。/n

【技术特征摘要】
1.一种栅极驱动电路，用于驱动半导体开关器件，其特征在于，包括：
运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极；
缓冲器，所述缓冲器的输入端接所述运算放大器的输出端，所述缓冲器的输出端接所述半导体开关器件的栅极。


2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述参考电压是根据所述半导体开关器件的特性曲线获得的。


3.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述半导体开关器件的特性曲线包括半导体开关器件在开通和关断过程中的电流曲线。


4.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端接参考电压。


5.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述运算放大器的工作电源为外部电压。


6.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘利书，冯宇翔，
申请(专利权)人：广东美的白色家电技术创新中心有限公司，美的集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44