驱动功率开关元件的驱动器制造技术

一种驱动器，包括：第一调制电路，根据方波信号的上升缘提供导通脉冲以及根据方波信号的下降缘提供关闭脉冲；第二调制电路，根据耦合的导通脉冲提供第一操作脉冲以及根据耦合的关闭脉冲提供第二操作脉冲；开关装置，根据第一操作脉冲关闭开关装置以及根据第二操作脉冲导通开关装置；其中当开关装置关闭时耦合的导通脉冲导通驱动元件，当开关装置导通时驱动元件的等效栅极电容器通过开关装置放电以关闭驱动元件；该导通脉冲的宽度小于等于500ns。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种驱动器，特别是有关于一种控制功率开关元件的驱动器。
技术介绍
功率开关元件通常需要一组驱动器控制此功率开关元件的导通与关闭。在一些需要隔离的场合会使用变压器传递驱动信号至功率开关元件，如Mosfet，IGBT等，如图1所示。由于变压器T只需要传递驱动能量，相对于主电路，变压器T的体积通常相对较小。然而，随着市场对电源功率密度与效率的要求不断提高，特别是低频场合，如频率低于10kHz， 变压器的体积与损耗就会受到关注。现有的驱动器如2图所示的电路200。通过设计电容器Cy的电容值使变压器T两端在驱动信号210的上升缘与下降缘分别产生正负脉冲。变压器T上的正脉冲通过二极管 Dl与D2对功率开关元件Q3的栅极电容器Ciss充电至高电位。由于此时晶体管Q4处于关闭状态，功率开关元件Q3的栅极因没有放电回路而维持高电位。变压器的负脉冲则通过二极管D3与D4导通晶体管Q4，因此功率开关元件Q3的栅极上的电压通过晶体管Q4放电至低电位。图3是图2的电路的波形图。PWMout是驱动信号210、Vct是电压器T的一次侧 270所串联的电容器Cy的电压波形、Ip是变压器T 一次侧的电流波形、V1/2与V3/4分别是变压器T 一次侧270与二次侧观0的电压波形、Ve/S是被驱动的功率开关元件Q3的栅极的电压波形。当变压器T两侧的匝数相同时，V1/2与V3/4会有几乎相同的波形。通过这个电路可以把驱动信号210调制成宽度很小的脉冲信号，如V1/2与V3/4的波形。如此，变压器T就工作于窄脉冲信号的情况，这样，变压器T处理的电压伏秒乘积就比较小。因此，在电路设计上可以缩小变压器T的体积。然而上述的先前技术亦有很多缺点。首先，驱动耗损大。从图2与图3可以了解到，该技术虽然只有在驱动信号210的上升缘与下降缘时通过变压器T传递脉冲信号，然而，实际上，由于电容器Cy存在，变压器T 一次侧270必须维持平均电流接近于零。所以电容器Cy在上升缘储存的能量必须在下次上升缘到来前释放方能维持运作，也因此造成明显上升的损耗。其次，功率开关元件Q3的栅极上的驱动信号上升速度慢。由于要通过电容器Cy实现变压器T上所需要的波形，电容器Cy的电容值需要与功率开关元件Q3的栅极电容器Ciss 的电容值匹配。如果电容器Cy的电容值太大会造成无法产生宽度很窄的脉冲信号。另外， 匹配的电容器Cy则会产生具影响性的阻抗，导致阻碍能量传递并且降低驱动信号上升的速度，进而造成功率开关元件Q3导通的损耗增加。此外，先前技术的电路可靠度较差。当变压器T负脉冲消失后，晶体管Q4的栅极处于高阻抗状态，进而使功率开关元件Q3的栅极处于初始状态为低电位的悬浮状态，而不是预期的低阻抗导通状态。因此，若有别的因素对功率开关元件Q3充电，如米勒效应等，将无法使功率开关元件Q3的栅极维持应有的低电位状态而造成误动作。虽然可以通过增加负脉冲宽度延长功率开关元件Q3的低阻抗状态时间，但是脉冲宽度延长意味要增加变压器T 的耗损。为了解决上述的缺点，有必要提供一种驱动器满足小体积、高可靠度、快速的驱动信号上升速度以及低驱动耗损等要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种驱动器，包括一信号源，提供一方波信号；一第一调制电路，根据该方波信号的上升缘提供一导通脉冲，以及根据该方波信号的下降缘提供一关闭脉冲； 一变压器，耦接该第一调制电路，耦合该第一调制电路的输出信号至该变压器的二次侧形成一耦合信号；一第二调制电路，耦接该变压器的二次侧，根据该耦合信号中的一耦合的导通脉冲提供一第一操作脉冲，以及根据该耦合信号中的一耦合的关闭脉冲提供一第二操作脉冲；一单向导通装置，耦接该变压器的二次侧的第一端、一驱动元件的控制端，用于防止充电该驱动元件的一等效栅极电容器的电流反向流动；一开关装置，具有控制端耦接该第二调制电路、第一端耦接该驱动元件的控制端以及第二端耦接该变压器的二次侧的第二端，根据该第一操作脉冲关闭该开关装置，以及根据该第二操作脉冲导通该开关装置；其中当该开关装置关闭时，耦合的该导通脉冲充电该等效栅极电容器至一第一驱动电位以导通该驱动元件，当该开关装置导通时，该等效栅极电容器通过该开关装置放电至一第二驱动电位以关闭该驱动元件；以及其中该导通脉冲的宽度小于等于500ns。本专利技术还提供一种用于驱动一驱动元件的驱动电路，包括一信号源，提供一方波信号；一第一调制电路，根据该方波信号的边缘提供一导通脉冲以及一关闭脉冲；一变压器，耦接该第一调制电路，耦合该第一调制电路的输出信号至该变压器的二次侧形成一耦合信号；一第二调制电路，耦接该变压器的二次侧，根据该耦合信号中的一耦合的导通脉冲提供一第一操作脉冲，以及根据该耦合信号中的一耦合的关闭脉冲提供一第二操作脉冲； 一单向导通装置，耦接该变压器的二次侧的第一端、该驱动元件的控制端；一单向开关元件，具有第一端耦接该驱动元件的控制端以及第二端耦接该变压器的二次侧的第二端，根据该第一操作脉冲关闭该单向开关元件，以及根据该第二操作脉冲导通该开关装置；其中当该开关装置关闭时，耦合的该导通脉冲充电该驱动元件的一等效栅极电容器至一第一驱动电位以导通该驱动元件，当该开关装置导通时，该等效栅极电容器通过该开关装置放电至一第二驱动电位以关闭该驱动元件。由于本专利技术的驱动器以及驱动方法可以平衡激磁电流因此相对先前技术可避免电容充放电所造成的损耗，提高驱动效率以及减少能量传递的阻抗，进而加速了信号的上升与下降。另外驱动器以及驱动方法亦可以在满足等效栅极电容的上升时间下缩短导通脉冲的宽度，因此变压器承受脉冲的时间减少，对于缩小变压器的体积相对有利。此外，通过驱动器中的调节电路可以减少等效充电回路总阻抗，藉此增大等效谐振电路的质量因素Q， 减小驱动耗损。附图说明图1是已知技术的驱动器的示意图；图2是已知技术的驱动器的电路图3是图2的电路的电压波形图；图4是本专利技术的驱动器的示意图；图fe是当信号源是较低工作频率且信号源占空比接近50%时的方波时本专利技术的驱动器的波形图；图恥是当信号源为占空比较小的方波时本专利技术的驱动器的波形5c是当信号源为占空比较小的方波时本专利技术的驱动器的波形5d是当信号源为占空比较大的方波时本专利技术的驱动器的波形k是当信号源为占空比较大的方波时本专利技术的驱动器的波形5f是当信号源是高频方波时本专利技术的驱动器的波形图；图6是本专利技术的驱动器中第一调制电路的实施例的示意图；图7是本专利技术的第一调制电路的一个实施例的电路图；图8是本专利技术的第一调制电路的另一个实施例的电路图；图9是本专利技术的第一调制电路的另一个实施例的电路图；图10是本专利技术的第一调制电路的另一个实施例的电路图；图11是本专利技术的驱动器中第二调制电路的实施例的示意图；图12a是本专利技术的第二调制电路的一个实施例的电路图；图12b是本专利技术的第二调制电路的又一个实施例的电路图；图13是本专利技术的第二调制电路的另一个实施例的电路14是本专利技术的第二调制电路的另一个实施例的电路15是本专利技术的第二调制电路的另一个实施例的电路16是本专利技术的驱动器的另一个实施例的电路图；图17a是本专利技术的驱动器的另一个实施例的示意图；图17b是本专利技术的驱动器的另一个实施例的示意图；图17c是图17a_17b的实施例的电路的波形图；图18a是本专利技术的驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于驱动一驱动元件的驱动电路，包括：信号源，提供方波信号；第一调制电路，根据该方波信号的边缘提供导通脉冲以及关闭脉冲；变压器，耦接该第一调制电路，耦合该第一调制电路的输出信号至该变压器的二次侧形成耦合信号；第二调制电路，耦接该变压器的二次侧，根据该耦合信号中的耦合的导通脉冲提供第一操作脉冲，以及根据该耦合信号中的耦合的关闭脉冲提供第二操作脉冲；单向导通装置，耦接于该变压器的二次侧的第一端及该驱动元件的控制端之间；开关装置，具有控制端耦接该第二调制电路、第一端耦接该驱动元件的控制端以及第二端耦接该变压器的二次侧的第二端，根据该第一操作脉冲关闭该开关装置，以及根据该第二操作脉冲导通该开关装置；其中当该开关装置关闭时，耦合的该导通脉冲充电该驱动元件的等效栅极电容器至第一驱动电位以导通该驱动元件，当该开关装置导通时，该等效栅极电容器通过该开关装置放电至第二驱动电位以关闭该驱动元件；以及该导通脉冲的宽度小于等于５００ｎｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，江剑，叶奇峰，应建平，
申请(专利权)人：台达能源技术上海有限公司，台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31