开关栅极驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种IGBT器件的开关栅极驱动器，包括：电阻单元，其控制IGBT器件的栅极电流；和电压读出器，其根据IGBT器件的集电极-发射极电压向电阻单元输出控制电阻单元的可变电阻的控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种被包含以驱动逆变器的开关栅极驱动器，并且更具体地，本公开涉及一种降低开/关应力的开关栅极驱动器。
技术介绍
逆变器是一种将交流电压转换为直流电压的器件，当开关器件根据PWM(脉宽调制)信号来切换经转换的直流电压时，逆变器生成交流电压，并向要被驱动的负载输出所生成的交流电压。逆变器向负载提供具有用户所需的电压和频率的交流电压，从而可以精确地控制对负载的驱动。IGBT (绝缘栅双极晶体管)一般被用作包含在逆变器中的开关器件。开关栅极驱动器是一种控制IGBT或MOS晶体管的电路。图1为图示栅极驱动器的电路图。在工业中使用的控制绝大部分IGBT器件的栅极驱动器具有与图1所示相同的结构。参考图1，为了开关IGBT器件，栅极驱动器包括栅极电阻RG(on)、RG(off)、Rin和 RGE、电容C和2个开关器件。栅极驱动器接收IGBT控制信号，将信号转换为适合驱动IGBT 的电压电平VG+和VG-并且通过栅极电阻RG(on)和RG (off)使IGBT器件的栅极充电/放电。根据在IGBT栅极积累的电荷量来施加IGBT器件的栅极电压Vge，并且当栅极电压Vge 变得高于IGBT器件的驱动电压时，IGBT被导通。当IGBT器件的栅极电压Vge变得等于或小于驱动电压时，IGBT器件被断开。此时，IGBT器件的导通和断开时间是根据电阻RG(on)和RG(off)的大小来确定的。当将栅极电阻RG(on)和RG(Off)设计为小尺寸时，由于在开关IGBT器件时发生的突然的电流变化，在IGBT器件的断开操作中在IGBT器件的集电极端子利发射极端子之间出现较大的峰值电压，而在IGBT器件的导通操作中出现较大的续流二极管的反向恢复电流。另一方面， 当将栅极电阻RG(on)和RG(Off)设计为大尺寸时，电流变化时间变长，因此开关损耗增加。图2至图5为图示图1中所示的栅极驱动器的各种实施例的电路图。图2图示了包含电阻RG(on)和RG(off)的情况，而图3图示了将电阻RG(on)禾口 RG(Off)实施为一个电阻的情况。图3图示了 IGBT器件被导通时的充电电流路径，而图4 图示了 IGBT器件被断开时的放电电流路径。如上所述，现有技术中的栅极驱动器由向IGBT器件提供驱动功率的MOS晶体管或 “图腾柱”电路，和控制IGBT栅极充电/放电电流的栅极电阻RG构成。如图2所示，栅极电阻RG可以由栅极电阻RG(on)和栅极电阻RG(off)单独构成，其中，当IGBT器件被导通时所述栅极电阻RG(on)控制IGBT器件的栅极充电电流，当IGBT器件被断开时所述栅极电阻 RG(Off)控制IGBT器件的栅极放电电流，或者如图3所示，栅极电阻RG可以由一个栅极电阻构成，而无需区分IGBT器件的导通/断开操作。当IGBT器件被导通时，IGBT器件的栅极充电/放电电流通过栅极电阻RG(on)被充电，如图4所示；并且当IGBT器件被断开时，IGBT器件的栅极充电/放电电流通过栅极电阻RG(off)被放电，如图5所示。考虑到IGBT器件被断开时出现的IGBT峰值电压、IGBT 器件被导通时出现的续流二极管的反向恢复电流，和开关损耗，栅极电阻RG被预先设定为一个适当的值。 由栅极电阻RG确定的IGBT器件的峰值电压和续流二极管的反向恢复电流相对于开关损耗具有互补关系。此时，当栅极电阻RG被设计为过大时，IGBT的栅极充电/放电时间变长，并且IGBT器件被断开或导通时出现的IGBT器件的集电极-发射极电压Vce的 IGBT峰值电压和续流二极管的反向恢复电流减小。但是，开关损耗增加。当将栅极电阻RG设计为较小时，IGBT器件的栅极充电/放电时间变短，因此开关损耗减小。但是，IGBT器件的集电极-发射极电压Vce的IGBT峰值电压和续流二极管的反向恢复电流增大。由于栅极电阻RG使用预设的固定值，因此IGBT器件的栅极充电/放电时间是恒定的。
技术实现思路
本公开提供了一种开关栅极驱动器，其包括代替包含在IGBT器件的栅极端子中的电阻的可变电阻。根据本公开的一个方案，提供了一种IGBT器件的开关栅极驱动器，包括电阻单元，其控制IGBT器件的栅极电流；和电压读出器，其根据IGBT器件的集电极-发射极电压向电阻单元输出控制电阻单元的可变电阻的控制信号。优选地，电阻单元可以包括包含可变电阻的可变电阻单元和包含固定电阻的固定电阻单元。优选地，可变电阻单元可以接收控制信号并改变可变电阻的电阻。优选地，可变电阻单元可以包括多个开关和与多个开关对应的电阻，并提供通过使多个开关打开或闭合而变化的电阻。优选地，固定电阻单元可以包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻并联连接，并且可变电阻单元可以包括与第一电阻并联连接的第一开关、与第一开关串联连接的第三电阻、与第二电阻并联连接的第二开关，和与第二开关串联连接的第四电阻。优选地，电压读出器可以设定参考电压。优选地，电压读出器可以监控IGBT器件的集电极-发射极电压，并且当集电极-发射极电压小于参考电压(值)时，通过使第一开关闭合来增大IGBT器件的栅极输入电流。优选地，电压读出器可以监控IGBT器件的集电极-发射极电压，并且当集电极-发射极电压大于参考电压(值)时，通过使第二开关打开来减小IGBT器件的栅极输入电流。优选地，开关栅极驱动器还可以包括“图腾柱”电路，所述“图腾柱”电路从栅极驱动器接收信号并提供IGBT器件的栅极信号。本公开具有的有益效果在于由于栅极驱动器使栅极电阻根据IGBT器件的集电极_发射极电压Vce而可变并抑制IGBT器件被断开时出现的IGBT器件的集电极-发射极电压的峰值电压，因此与设计有固定栅极电阻RG的栅极驱动器相比，可以通过缩短开关时间来降低开关损耗。本公开具有的另一有益效果在于可以通过抑制IGBT器件的集电极-发射极电压的IGBT峰值电压来降低IGBT的电压额定电容，通过抑制IGBT器件的集电极-发射极电压的峰值电压，使得设计抑制IGBT峰值电压的缓冲电路容易，和当IGBT器件的集电极-发射极电压Vce的IGBT器件被断开时，使得通过降低开关损耗来设计IGBT器件的散热变得容易ο附图说明 所包括的附图提供了对本公开进一步的解释，且并入并构成本申请的一部分，附示了本公开的实施例并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中图1为图示栅极驱动器的电路图；图2至图5为图示图1中所示的栅极驱动器的各种实施例的电路图；图6为在逆变器系统中的IGBT栅极驱动器的结构图；图7为图示IGBT器件和MOSFET器件的工作特性的波形图；图8为图示根据本公开的实施例的开关栅极驱动器的框图；图9为图8中所示的开关栅极驱动器的电路图；图10为图示包含在电压读出器中的电压检测电路的实施例的电路图；图11为图示图9中所示的各信号的工作状态的波形图；和图12和图13为图示图9中所示的开关栅极驱动器的操作的波形图。具体实施例方式下面，参考附图给出本公开的最优选实施例，以描述本公开的技术思路，使本领域技术人员可以容易地实施本公开的技术思路。图6为在逆变器系统中的IGBT栅极驱动器的结构图。图7为图示IGBT器件和 MOSFET器件的工作特性的波形图。图8为图示根据本公开的实施例的开关栅极驱动器的框图。图9为图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＩＧＢＴ器件的开关栅极驱动器，其特征在于，所述开关栅极驱动器包括：电阻单元（５０），其控制所述ＩＧＢＴ器件的栅极电流；和电压读出器（４０），其根据所述ＩＧＢＴ器件的集电极－发射极电压向所述电阻单元输出控制所述电阻单元的可变电阻的控制信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李在纹，
申请(专利权)人：LS产电株式会社，
类型：发明
国别省市：KR