一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体公开了一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路，包括顺序连接的时序发生电路、高低电流驱动电路、隔离器件和加速关断电路。用以解决工作在直流或低频开关状态下的功率半导体器件的栅极驱动的问题，从而使得功率半导体驱动电路的成本更低且尺寸更小，提升使用直流或低频开关的功率半导体的电力电子设备的功率密度，并且降低了设备成本。并且降低了设备成本。并且降低了设备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路


[0001]本专利技术属于半导体
，特别涉及一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]工作在直流或低频开关的功率半导体器件，常见的有绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。栅极对源极或栅极对发射极的等效模型通常可看做一个电容，在需要它们导通时，给栅极对源极或栅极对发射极施加一定幅值的电压，令其高于器件的导通阈值电压，使得器件的漏级对源极或集电极对发射极导通，从而达到使开关导通的目的；在需要它们关断时，给栅极对源极或栅极对发射极施加一定幅值的电压，令其低于器件的导通阈值电压，使得器件的漏级对源极或集电极对发射极关断，从而达到使开关关断的目的。
[0003]工作在直流或低频开关的功率半导体器件，通常对栅极驱动速度的要求远低于工作在高频开关下的功率半导体器件。如果采用与高频开关的功率半导体器件采用相同的驱动电路，其成本较高，电路复杂，尺寸较大。
[0004]现有方案多采用和高频开关驱动电路相同的传统的信号，如通过隔离器+推挽的方式来实现栅极驱动，或通过光电池光耦的方式直接驱动栅极。
[0005]但是，现有信号隔离器+推挽驱动器方案若用于直流或低频开关，其上管部分难以通过自举电路供电，因此需要一路单独的隔离电源，从而增加系统的成本和复杂度。光电池光耦方案虽然免去了电路复杂的问题，其面临驱动电流小，难以高速开关，关断速度受开通期间驱动电流制约的问题。因此面临开通关断延迟大、损耗高的问题，在无桥PFC等对低频开关的延迟敏感的场合难以适用。
[0006]因此，有必要提出一种既能减少成本、降低复杂度，又能实现高速开关的功率半导体器件栅极驱动电路。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路，该电路检测光电池光耦输出端电压跌落，并在检测到电压跌落时从被驱动器件的栅极抽走电荷，从而实现被驱动期间的快速开关。
[0008]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0009]一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路，该电路包括顺序连接的时序发生电路、高低电流驱动电路、隔离器件和加速关断电路；其中，时序发生电路用于在检测到输入信号发生上跳变时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出一高电流，并在一段时间后转为低电流，并在检测到输入信号为低时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出零电流；加速关断电路用于检测隔离器件输出电流的下降沿，并在检测下降沿后进行导通，从而加速被驱动功率器件栅极放电过程。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述加速关断电路包括并联于光电池光耦输出两端之间以及被驱动器件栅极两端之间的三极管Q1、电阻R1，以及串联于三极管Q1基级和发射极之间的二极管D1。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述加速关断电路包括并联于光电池光耦输出两端以及被驱动器件栅极两端之间的三极管Q1、电阻R1和电阻R2，以及串联于三极管Q1基级和发射极之间的二极管D1。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述三极管Q1为PNP型三极管或NPN型三极管。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述隔离器件为光电池光耦，或基于变压器，电容，压电换能器的隔离功率传输器件及驱动及整流电路。
[0014]与现有技术相比，本专利技术优点在于：
[0015]1.相对于原有方案的带隔离电源的驱动方案，原有方案同时需要一个信号隔离通道和一个电源隔离通道，且电源隔离通道通常需要一个变压器，其尺寸远大于信号隔离通道，而本方案仅需要一个信号隔离通道，成本和体积都可以大幅缩小。
[0016]2.对于开通过程，利用光电池光耦的线性特性，在开通瞬间给光电池光耦的输入端施加一个大电流脉冲，在此期间，光电池光耦输出电流较大，因此可以快速给被驱动器件的栅极充电。原有方案中，用光电池光耦实现的方案配合传统的驱动方案无法做到快速开通。
[0017]3.在开通一段时间之后，通过减小光电池光耦的输入电流至一较小的维持电流，从而降低器件功耗并延缓其老化。
[0018]4.对于关断过程，通过检测光电池光耦输出端电压跌落，并在检测到电压跌落时从被驱动器件的栅极抽走电荷，从而加速关断。原有方案中用光电池光耦实现的方案，光电池光耦的副边本身不支持放电功能，故其关断速度受限于并联的放电电阻，而光电池光耦的输出电流很小，如日本东芝公司的TLP3914的输出短路电流仅有20uA，输出电压7V，等效内阻350kΩ，则放电电阻的取值范围大约在100kΩ以上，如对应10nF输入电容的功率器件，则其放电时常数在1ms，而本方案可以将该时间缩短至15us左右，优势非常明显。
附图说明
[0019]图1是本专利技术所公开功率半导体器件栅极驱动电路图；
[0020]图2是本专利技术一个实施例所公开的时序发生电路和高低电流驱动电路示意图；
[0021]图3是本专利技术一个实施例所公开的时序发生电路和高低电流驱动电路示意图；
[0022]图4是本专利技术一个实施例所公开的加速关断电路示意图；
[0023]图5是本专利技术一个实施例所公开的加速关断电路示意图。
具体实施方式
[0024]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术
人员再没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0027]以下结合附图对本专利技术作进一步详述：
[0028]图1为本专利技术所公开的功率半导体器件栅极驱动电路，该电路包括顺序连接的时序发生电路、高低电流驱动电路、隔离器件和加速关断电路。隔离器件的核心在于使用高频电磁波(例如光波)传输能量，且隔离低频电磁波(例如工频或直流)。本实施例中使用光电池光耦作为隔离器件，在其他实施例中其可被替换成变压器或电容器等任何可以传输高频电磁波且隔离低频电磁波的器件和振荡器、检波器的组合；在此类实施例中，对光电池光耦输入电流的调制应该改成对振荡器输出频率或占空比的调制。
[0029]时序发生电路在检测到输入信号发生上跳变时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出一高电流，并在一段时间后转为低电流，并在检测到输入信号为低时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出零电流。本实施例中，一段时间为数微秒至数十微秒。
[0030]在一个实施例中，如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直流或低频开关的功率半导体器件栅极驱动电路，其特征在于，该电路包括顺序连接的时序发生电路、高低电流驱动电路、隔离器件和加速关断电路；其中，时序发生电路用于在检测到输入信号发生上跳变时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出一高电流，并在一段时间后转为低电流，并在检测到输入信号为低时，时序发生电路控制高低电流驱动电路输出零电流；加速关断电路用于检测隔离器件输出电流的下降沿，并在检测下降沿后进行导通，从而加速被驱动功率器件栅极放电过程。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件栅极驱动电路，其特征在于，所述加速关断电路包括并联于隔离器件输出两...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博，陈显平，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：