一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，它包括电流传感器、控制器、继电器、驱动芯片、脉冲发生器、开通栅极电压源V

【技术实现步骤摘要】
一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路


[0001]本专利技术涉及功率器件
，尤其涉及一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]随着世界各国对节能环保的重视，以风力发电、光伏发电和新能源汽车为代表的新能源产业近年来得到了迅速发展。而在新能源的利用中，能够将各种能源高效率地变换成为高质量的电能的电力电子技术起着重要作用，因而电力电子相关应用也越来越广泛，电力电子变换器不仅在信息通信、家用电器等领域起着关键性的作用，而且已经应用到了现实生活中的方方面面，其可靠性对电力电子系统安全可靠运行至关重要。
[0003]电力电子系统中，存在短时过载工况。例如：电网系统黑启动模式下的浪涌电流为额定电流的3倍且持续4.4s；电动汽车在满载启动和加速爬坡阶段，加速爬坡阶段，电机输出转矩大，为了保证电机的动态性能，电机控制器此时可能直接处于1.5倍持续10s甚至更长时间的短时过载状态。如果过载状态持续时间很短，器件是可以承受的。但是，由于发生过载时，漏极电流增大，导通损耗加大，器件结温迅速升高，可能发生热击穿，失效风险急剧增大。因此，功率器件短时过载能力对电力电子系统安全可靠运行具有重要意义。
[0004]针对功率器件的短时过载需求，现有技术主要有两个解决方向。一是进行结温调控，提升过载耐受力；通过在在传统功率模块中填充相变材料的方法提升其短时过载能力。二是针对多芯片布局进行分析和优化，提高并联均流能力。现有提出一种串联小电阻均流方法，该方法通过串联小电阻弥补不同支路间阻抗差异，实现方法简单，成本低廉，而且只在器件完全导通后才发挥作用。同时还有一种已提出的有源驱动方案来实现并联均流，通过调节门极驱动信号的延迟时间来达到并联芯片的均流。有源驱动检测到并联支路间电流的差异后控制各个器件在开关通过程的延迟时间，从而将并联器件的电流调控到尽可能一致。
[0005]在短时过载期间若不进行相应调控处理，器件损耗会增加，引起结温急剧升高，失效风险急剧增大。上述方法在传统功率模块中填充相变材料，工艺难度大，所需相变材料成本高，制作成本高。串联小电阻均流会引入额外损耗，降低功率变换效率。有源驱动方案对高精度、低时延、高速的电流传感器等硬件的依赖性较高。
[0006]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，解决了针对功率器件的短时过载现有技术存在的问题。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，它包括电流传感器、控制器、继电器、驱动芯片、脉冲发生器、开通栅极
电压源V
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和V
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、两个栅极电阻以及被控器件；
[0009]所述脉冲发生器与驱动芯片连接，驱动芯片通过两个栅极电阻与被控器件的栅极连接，被控器件的漏极与电流传感器连接，电流传感器与控制器连接，驱动芯片和继电器公共触点连接，继电器动断常闭触点与开通栅极电压源V
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连接，继电器动合常开触点与开通栅极电压源V
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连接，控制器与继电器电磁铁线圈连接，控制继电器公共触点连接状态；电流传感器用于监测主回路电流情况，控制器将电流传感器反馈信号进行分析处理，当负载发生短时过载时，控制器通过控制继电器工作状态，短暂抬升被控器件的栅极电压，降低导通电阻R
DS
，降低被控器件的导通损耗，提高被控器件短时过载能力。
[0010]所述工作状态包括正常工作状态和过载调控状态；
[0011]正常工作状态时，继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动断常闭触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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；
[0012]当由正常状态转变为过载调控状态时，继电器电磁铁线圈电流大于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动合常开触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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，此时开通栅极电压源V
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大于正常工作状态时的开通栅极电压源V
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，此时继电器连接的是电压更高的开通栅极电压源V
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，进而抬升了被控器件的栅极电压，降低导通电阻R
DS
，降低被控器件的导通损耗，提高被控器件短时过载能力。
[0013]所述工作状态还包括短时的过载无调控状态，其位于正常工作状态与过载调控状态之间，此时继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动断常闭触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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。
[0014]所述工作状态还包括无过载调控状态，其位于所述过载调控状态之后，此时继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作电流值I
op
，大于继电器返回电流值I
re
，继电器公共触点仍与继电器动合常开触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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，此时开通栅极电压源V
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大于正常工作状态时的开通栅极电压源V
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，此时负载经过过载调控状态后提高了被控器件的短时过载能力，再经过短时间的无过载调控状态，进一步降低被控器件的导通损耗。
[0015]一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，它包括电流传感器、控制器、继电器、驱动芯片、脉冲发生器、可调直流电压源V
GSon
、两个栅极电阻以及被控器件；
[0016]所述脉冲发生器与驱动芯片连接，驱动芯片通过两个栅极电阻与被控器件的栅极连接，被控器件的漏极与电流传感器连接，电流传感器与控制器连接，驱动芯片和继电器公共触点连接，继电器动断常闭触点和动合常开触点均与可调直流电压源V
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连接，控制器控制继电器公共触点连接状态；电流传感器用于监测主回路电流情况，控制器将电流传感器反馈信号进行分析处理，当负载发生短时过载时，控制器通过控制继电器工作状态，控制可调直流电压源V
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工作状态，输出连续变化的开通栅极电压V
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，抬升被控器件的栅极电压，降低导通电阻R
DS
，降低被控器件的导通损耗，提高被控器件短时过载能力。
[0017]所述工作状态包括正常工作状态和过载调控状态；
[0018]正常工作状态时，继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动断常闭触点连接，此时被控器件栅极通过驱动芯片连接的可调直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，其特征在于：它包括电流传感器、控制器、继电器、驱动芯片、脉冲发生器、开通栅极电压源V
GSon1
和V
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、两个栅极电阻以及被控器件；所述脉冲发生器与驱动芯片连接，驱动芯片通过两个栅极电阻与被控器件的栅极连接，被控器件的漏极与电流传感器连接，电流传感器与控制器连接，驱动芯片和继电器公共触点连接，继电器动断常闭触点与开通栅极电压源V
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连接，继电器动合常开触点与开通栅极电压源V
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连接，控制器与继电器电磁铁线圈连接，控制继电器公共触点连接状态；电流传感器用于监测主回路电流情况，控制器将电流传感器反馈信号进行分析处理，当负载发生短时过载时，控制器通过控制继电器工作状态，短暂抬升被控器件的栅极电压，降低导通电阻R
DS
，降低被控器件的导通损耗，提高被控器件短时过载能力。2.根据权利要求1所述的一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，其特征在于：所述工作状态包括正常工作状态和过载调控状态；正常工作状态时，继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动断常闭触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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；当由正常状态转变为过载调控状态时，继电器电磁铁线圈电流大于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动合常开触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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，此时开通栅极电压源V
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大于正常工作状态时的开通栅极电压源V
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，此时继电器连接的是电压更高的开通栅极电压源V
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，进而抬升了被控器件的栅极电压，降低导通电阻R
DS
，降低被控器件的导通损耗，提高被控器件短时过载能力。3.根据权利要求2所述的一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，其特征在于：所述工作状态还包括短时的过载无调控状态，其位于正常工作状态与过载调控状态之间，此时继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作值I
op
，继电器公共触点与继电器动断常闭触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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。4.根据权利要求2所述的一种通过调节栅极电压提高功率器件过载的栅极驱动电路，其特征在于：所述工作状态还包括无过载调控状态，其位于所述过载调控状态之后，此时继电器电磁铁线圈电流小于继电器动作电流值I
op
，大于继电器返回电流值I
re
，继电器公共触点与继电器动合常开触点连接，被控器件栅极通过驱动芯片连接开通栅极电压源V
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，此时开通栅极电压源V
GSon2
大于正常工作状态时的开通...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋华平，廖瑞金，胡浩伟，钟笑寒，汤磊，肖念磊，赵柯，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：