驱动器输出级电路、双极性栅极驱动电路及系统技术方案

本申请提供了一种驱动器输出级电路、双极性栅极驱动电路及系统，驱动器输出级电路包括高侧驱动电路、低侧驱动电路和第一电容模块；高侧驱动电路与第一电压源电连接；第一电容模块电连接至低侧驱动电路和高侧驱动电路之间。通过高侧驱动电路输出正向电压，采用第一电压源对第一电容模块进行充电，在第一电容模块充电完成之后，通过第一电容模块以及低侧驱动电路将高侧驱动电路和低侧驱动电路的输出端下拉至负向电压，来驱动待驱动功率器件，降低了电路的复杂度，进而解决了现有技术中的双极性栅极驱动电路的结构较为复杂的问题。栅极驱动电路的结构较为复杂的问题。栅极驱动电路的结构较为复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
驱动器输出级电路、双极性栅极驱动电路及系统


[0001]本申请涉及双极性供电
，具体而言，涉及一种驱动器输出级电路、双极性栅极驱动电路及系统。

技术介绍

[0002]常规的半导体功率器件驱动方案，其电路结构如图1所示。
[0003]从图1中可以看到，当驱动器支持双极性供电时，相应的以被驱动器件的发射极/源极作为参考电位，还需要向驱动器提供双极性的双路电源。
[0004]驱动器的负压关断特性可以抑制密勒效应，对于防止功率器件误开启非常有效。新一代SiC、GaN器件由于其开关速度快，且部分类型的器件阈值电压较低，因此在此类器件的应用中，采用负压关断，防止密勒效应导致的误开通，可以显著提高系统整体的可靠性。
[0005]而对于功率领域常见的三相逆变拓扑，其每一相的桥臂都由二到六只功率管组成，这些功率管的驱动电源需要相互隔离，其供电系统相当复杂。如果需要给每只驱动管的驱动电路提供双极性的双电源供电，则供电系统的复杂度进一步上升。
[0006]对于此类供电系统，常规方案通过在AC
‑
DC的副边采用多个绕组以提供多组隔离电源，在同一副边绕组内，增加一个中间抽头作为公共点，可以产生共地的双路正负电源，如图1所示。该共地点在应用中连接被驱动功率开关器件的发射极或源极，作为驱动系统的参考地。对于位于高边的功率开关器件，需注意该参考地为浮动地。
[0007]复杂的供电方案增加了系统的体积、重量，且造成系统可靠性下降。
[0008]另外一种现有方案如图2所示，该方案的缺点：
[0009]1)Vcn充电需要有压差，采用输出串联电容的方式将输出信号高、低向下平移Vcn电压；输出信号正向摆幅因此损失Vcn；例如：Vcn＝3V，Vcc＝20V，则最大正向摆幅为17V；若不调高系统方案供电电压，在原电源电压下直接进行插拔替换，则导致被驱动器件的导通电阻增加，影响系统效率。
[0010]2)方案事实上采用开关电容的方式对被驱动器件的栅极进行充放电，方案不提供静态的低阻直流通路，因此易受干扰。
[0011]再有一种现有方案如图3和图4所示，该方案的缺点：
[0012]1)方案需要处理输出直接下拉开关管(MN1)的负压漏电问题；
[0013]2)需要将输出拉到0V附近才能完成电容充电，此过程中必然要克服关断过程中的米勒效应，这意味着MN1管要吸收额外的米勒电流；综合上述两点，输出直接下拉开关MN1的面积开销会非常大；
[0014]3)通过LV电压给CN电容充电，速度较慢，可能造成关断时间显著增加。

技术实现思路

[0015]本申请的主要目的在于提供一种驱动器输出级电路、双极性栅极驱动电路及系统，以至少解决现有技术中的双极性栅极驱动电路的结构较为复杂的问题。
[0016]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种驱动器输出级电路，驱动器输出级电路包括高侧驱动电路、低侧驱动电路和第一电容模块；高侧驱动电路与第一电压源电连接；第一电容模块电连接至所述低侧驱动电路和所述高侧驱动电路之间，其中，所述高侧驱动电路用于输出正向电压，并采用第一电压源对第一电容模块进行充电，在所述第一电容模块充电完成之后，通过所述第一电容模块以及低侧驱动电路将所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端下拉至负向电压，来驱动待驱动功率器件。
[0017]可选地，所述高侧驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第一二极管，所述第一晶体管的栅极用于输入第一控制信号，所述第二晶体管的栅极用于输入第二控制信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极分别与所述第一电压源电连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二晶体管的漏极和所述第一电容模块的第一端电连接，所述第一控制信号用于控制所述第一晶体管导通或者截止，所述第二控制信号用于控制所述第二晶体管导通或者截止。
[0018]可选地，所述低侧驱动电路包括第三晶体管、第四晶体管和第二二极管，所述第三晶体管的栅极用于输入第三控制信号，所述第四晶体管的栅极用于输入第四控制信号，所述第三晶体管的漏极分别与所述第二二极管的正极和所述第一电容模块的第二端电连接，所述第三晶体管的漏极作为所述低侧驱动电路的输出端，所述第四晶体管的漏极与所述第二二极管的负极电连接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极接地，所述第三控制信号用于控制所述第三晶体管导通或者截止，所述第四控制信号用于控制所述第四晶体管导通或者截止。
[0019]根据本申请的另一方面，提供了一种双极性栅极驱动电路，双极性栅极驱动电路包括信号转换电路、高侧驱动电路、低侧驱动电路、第一电容模块和输出级辅助逻辑控制电路；信号转换电路具有输入端和输出端，所述信号转换电路的输入端用于接收初始输入PWM信号，所述信号转换电路用于根据所述初始输入PWM信号生成多路控制信号并输出；高侧驱动电路与第一电压源电连接；所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端用于与待驱动功率器件电连接；第一电容模块电连接至所述低侧驱动电路和所述高侧驱动电路之间，所述高侧驱动电路用于输出正向电压，并采用第一电压源对第一电容模块进行充电，在所述第一电容模块充电完成之后，通过所述第一电容模块以及低侧驱动电路将所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端下拉至负向电压，来驱动待驱动功率器件；输出级辅助逻辑控制电路电连接至所述高侧驱动电路、所述低侧驱动电路的输入端与所述信号转换电路的输出端之间，所述输出级辅助逻辑控制电路用于根据所述多路控制信号控制所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端生成正向电压或者负向电压，来驱动所述待驱动功率器件。
[0020]可选地，所述多路控制信号分别为第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，所述高侧驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第一二极管，所述第一晶体管的栅极用于输入第一控制信号，所述第二晶体管的栅极用于输入第二控制信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极分别与所述第一电压源电连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二晶体管的漏极和所述第一电容模块的第一端电连接，所述第一控制信号用于控制所述第一晶体管导通或者截止，所述第二控制信号用于控制所述第二晶体管导通或者截止，所述低侧驱动
电路包括第三晶体管、第四晶体管和第二二极管，所述第三晶体管的栅极用于输入第三控制信号，所述第四晶体管的栅极用于输入第四控制信号，所述第三晶体管的漏极分别与所述第二二极管的正极和所述第一电容模块的第二端电连接，所述第三晶体管的漏极作为所述低侧驱动电路的输出端，所述第四晶体管的漏极与所述第二二极管的负极电连接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极接地，所述第三控制信号用于控制所述第三晶体管导通或者截止，所述第四控制信号用于控制所述第四晶体管导通或者截止，所述第一晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极分别与所述输出级辅助逻辑控制电路电连接。
[0021]可选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驱动器输出级电路，其特征在于，包括：高侧驱动电路，与第一电压源电连接；低侧驱动电路；第一电容模块，电连接至所述低侧驱动电路和所述高侧驱动电路之间，其中，所述高侧驱动电路用于输出正向电压，并采用第一电压源对第一电容模块进行充电，在所述第一电容模块充电完成之后，通过所述第一电容模块以及低侧驱动电路将所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端下拉至负向电压，来驱动待驱动功率器件。2.根据权利要求1所述的驱动器输出级电路，其特征在于，所述高侧驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第一二极管，所述第一晶体管的栅极用于输入第一控制信号，所述第二晶体管的栅极用于输入第二控制信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极分别与所述第一电压源电连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二晶体管的漏极和所述第一电容模块的第一端电连接，所述第一控制信号用于控制所述第一晶体管导通或者截止，所述第二控制信号用于控制所述第二晶体管导通或者截止。3.根据权利要求2所述的驱动器输出级电路，其特征在于，所述低侧驱动电路包括第三晶体管、第四晶体管和第二二极管，所述第三晶体管的栅极用于输入第三控制信号，所述第四晶体管的栅极用于输入第四控制信号，所述第三晶体管的漏极分别与所述第二二极管的正极和所述第一电容模块的第二端电连接，所述第三晶体管的漏极作为所述低侧驱动电路的输出端，所述第四晶体管的漏极与所述第二二极管的负极电连接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极接地，所述第三控制信号用于控制所述第三晶体管导通或者截止，所述第四控制信号用于控制所述第四晶体管导通或者截止。4.一种双极性栅极驱动电路，其特征在于，包括：信号转换电路，具有输入端和输出端，所述信号转换电路的输入端用于接收初始输入PWM信号，所述信号转换电路用于根据所述初始输入PWM信号生成多路控制信号并输出；高侧驱动电路，与第一电压源电连接；低侧驱动电路，所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端用于与待驱动功率器件电连接；第一电容模块，电连接至所述低侧驱动电路和所述高侧驱动电路之间，所述高侧驱动电路用于输出正向电压，并采用第一电压源对第一电容模块进行充电，在所述第一电容模块充电完成之后，通过所述第一电容模块以及低侧驱动电路将所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端下拉至负向电压，来驱动待驱动功率器件；输出级辅助逻辑控制电路，电连接至所述高侧驱动电路、所述低侧驱动电路的输入端与所述信号转换电路的输出端之间，所述输出级辅助逻辑控制电路用于根据所述多路控制信号控制所述高侧驱动电路和所述低侧驱动电路的输出端生成正向电压或者负向电压，来驱动所述待驱动功率器件。5.根据权利要求4所述的双极性栅极驱动电路，其特征在于，所述多路控制信号分别为第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，所述高侧驱动电路包括第一晶体管、第二晶体管和第一二极管，所述第一晶体管的栅极用于输入第一控制信号，所述第二晶体管的栅极用于输入第二控制信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极
分别与所述第一电压源电连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二晶体管的漏极和所述第一电容模块的第一端电连接，所述第一控制信号用于控制所述第一晶体管导通或者截止，所述第二控制信号用于控制所述第二晶体管导通或者截止，所述低侧驱动电路包括第三晶体管、第四晶体管和第二二极管，所述第三晶体管的栅极用于输入第三控制信号，所述第四晶体管的栅极用于输入第四控制信号，所述第三晶体管的漏极分别与所述第二二极管的正极和所述第一电容模块的第二端电连接，所述第三晶体管的漏极作为所述低侧驱动电路的输出端，所述第四晶体管的漏极与所述第二二极管的负极电连接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极接地，所述第三控制信号用于控制所述第三晶体管导通或者截止，所述第四控制信号用于控制所述第四晶体管导通或者截止，所述第一晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极分别与所述输出级辅助逻辑控制电路电连接。6.根据权利要求5所述的双极性栅极驱动电路，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜睿，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：