栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术提供即使是占空比为50%以上的脉冲信号也能够对开关元件的栅极进行驱动的价廉的栅极驱动电路。该栅极驱动电路具有：晶体管(Q2、Q3)，其分别与直流电源(Vcc1)的两端进行图腾式连接且在各基极输入有脉冲信号；晶体管(Q4、Q5)，其分别与直流电源(Vcc2)的两端进行图腾式连接且各发射极与开关元件(Q1)的栅极连接；以及变压器(T1)，其一次绕组(P1)通过电容器(C1)与晶体管(Q2、Q3)的各发射极和晶体管(Q2、Q3)中的一方的集电极连接，二次绕组(S1)与晶体管(Q4、Q5)的各基极和晶体管(Q4、Q5)的各发射极连接，脉冲信号(Vin)的最大占空比根据变压器(T1)的一次绕组电压(Vp)和晶体管(Q4、Q5)的基极-发射极间顺向电压来确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对包含SiC和GaN的半导体开关元件的栅极进行驱动的栅极驱动电路。
技术介绍
图6示出以往的栅极驱动电路的一例。该栅极驱动电路对由FET构成的开关元件Ql的栅极进行驱动，使脉冲变压器(变压器)Tl的一次绕组Pl与二次绕组SI的匝数比成为 I :1。在直流电源Vccl的两端上连接有进行了图腾式连接的npn型的晶体管Q2和pnp型的晶体管Q3。在晶体管Q2、Q3的各基极上通过电阻Rl输入有脉冲信号Vin。晶体管Q2、Q3的各发射极通过电容器Cl与变压器Tl的一次绕组Pl的一端连接。一次绕组Pl的另一端与晶体管Q3的集电极和直流电源Vccl的负极连接。变压器Tl的二次绕组SI的一端通过电阻R2与开关元件Ql的栅极连接，变压器Tl的二次绕组SI的另一端与开关元件Ql的源极连接。根据如上所述结构的栅极驱动电路，如图7所示，在输入了占空比(On duty)为50%以下的脉冲信号Vin时，由于开关元件Ql的栅极电压的峰值成为开关元件Ql的栅极-源极间的阈值以上，因此能够驱动开关元件Q1。专利文献I日本特开2001-345194号公报但是，如图8所示，在输入了占空比超过50%的脉冲信号Vin时，由于变压器Tl的二次绕组电压在电压时间积上均衡、即由于开关元件Ql的栅极电压的正的面积与负的面积相等，因此开关元件Ql的栅极电压的峰值达不到开关元件Ql的阈值，不能驱动开关元件Ql0
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供即使是占空比为50%以上的脉冲信号也能够对开关元件的栅极进行驱动的价廉的栅极驱动电路。为了实现上述目的，本专利技术的栅极驱动电路，其对开关元件的栅极进行驱动，该栅极驱动电路的特征在于具有第I晶体管及第2晶体管，其分别与第I直流电源的两端进行图腾式连接且对各控制端子输入脉冲信号；第3晶体管及第4晶体管，其分别与第2直流电源的两端进行图腾式连接且各第I主端子与所述开关元件的栅极连接；以及变压器，其一次绕组通过电容器与所述第I晶体管及第2晶体管的各第I主端子和所述第I晶体管及第2晶体管中的一方的第2主端子连接，二次绕组与所述第3晶体管及第4晶体管的各控制端子和所述第3晶体管及第4晶体管的各第I主端子连接，所述脉冲信号的最大占空比根据所述变压器的一次绕组电压和所述第3晶体管及第4晶体管的控制端子顺向电压来确定。根据本专利技术，由于设置与第2直流电源的两端图腾式连接且各第I主端子与开关元件的栅极连接的第3晶体管及第4晶体管，将变压器的二次绕组与第3晶体管及第4晶体管的各控制端子和第3晶体管及第4晶体管的各第I主端子连接，脉冲信号的最大占空比根据变压器的一次绕组电压和第3晶体管及第4晶体管的控制端子顺向电压来确定，因此能够提供即使是占空比为50%以上的脉冲信号也能够对开关元件的栅极进行驱动的价廉的栅极驱动电路。附图说明图I是本专利技术的实施例I的栅极驱动电路的结构图。图2是本专利技术的实施例I的栅极驱动电路的变压器一次绕组电压及二次绕组电压的波形图。图3是示出本专利技术的实施例I的栅极驱动电路的变压器一次绕组电压Vp与最大 占空比Ton/T之间的关系的图。图4是本专利技术的实施例2的栅极驱动电路的结构图。图5是本专利技术的实施例3的栅极驱动电路的结构图。图6是以往的栅极驱动电路的结构图。图7是在以往的栅极驱动电路中占空比为50%以下的脉冲信号Vin与针对开关元件Ql的栅极电压的波形图。图8是以往的栅极驱动电路中占空比超过50%的脉冲信号Vin与针对开关元件Ql的栅极电压的波形图。符号说明Vccl、Vcc2 直流电源Tl变压器Pl一次绕组SI二次绕组Ql开关元件Q2 Q5晶体管Q6 Q9FETRl R3电阻Cl电容器ΤΜΓΤΜ6 引脚端子10绝缘封装体具体实施例方式以下，参照附图详细说明本专利技术的实施方式的栅极驱动电路。实施例I图I是本专利技术的实施例I的栅极驱动电路的结构图。图I所示的实施例I的栅极驱动电路的特征在于，在图6所示的以往的栅极驱动电路的结构上，还设置有电阻R3、晶体管Q4 (第3晶体管)、晶体管Q5 (第4晶体管)、直流电源Vcc2 (第2直流电源)。在直流电源Vcc2的两端上连接有进行了图腾式连接的npn型的晶体管Q4和pnp型的晶体管Q5。晶体管Q4、Q5的各发射极(第I主端子)通过电阻R2与开关元件Ql的栅极连接。晶体管Q4、Q5的各基极(控制端子)通过电阻R3而与变压器Tl的二次绕组SI的一端连接。变压器Tl的二次绕组SI的另一端与晶体管Q4、Q5的各发射极连接。另外，脉冲信号Vin的最大占空比根据变压器Tl的一次绕组电压和晶体管Q4、Q5的基极顺向电压VF (控制端子顺向电压)来确定。另外，在图I中，直流电源Vccl与第I直流电源对应，晶体管Q2与第I晶体管对应，晶体管Q3与第2晶体管对应。晶体管Q2、Q3的各发射极与第I主端子对应，晶体管Q2、Q3的各基极与控制端子对应，晶体管Q2、Q3的各集电极与第2主端子对应。如上所述，根据实施例I的栅极驱动电路，当在变压器Tl的一次绕组Pl上产生如图2所示的占空比超过50%的变压器一次绕组电压Vp时，与此对应的电压在二次绕组SI中也产生。因此，电流以SI的一端一R3 — Q4的基极一Q4的发射极一SI的另一端的路径， 将晶体管Q4的发射极作为基准而流过。另外，电流以Vcc2 — Q4的集电极一Q4的发射极一R2 — Ql的栅极的路径流过。因此，变压器Tl的二次绕组电压成为如图2所示，峰值电压Vsl超过开关元件Ql的阈值。即、只要能够确保峰值电压Vsl为晶体管Q4或晶体管Q5的基极顺向电压VF量，则能够输出直流电源Vcc2的电源电压的栅极脉冲。关于该点，进一步详细说明。在图I所示的结构中，当使变压器Tl的一次绕组Pl与二次绕组SI的匝数比成为I :1，使变压器Tl的I次绕组电压为Vp时，在某脉冲宽度中，成为如图2所示。通过电压时间积的均衡，能够如下所述表示图2所示的变压器二次绕组电压。Vsl · ton=Vs2 · toff此处，由于Vp=Vsl+Vs2、T=ton+toff,因此当变形上式时，成为ton/T=l-(Vsl/Vp) .. (I)。通过式(I)，栅极脉冲的占空比ton/T能够通过变压器Tl的一次绕组电压Vp (施加电压)和变压器Tl的二次绕组SI的峰值电压Vsl来表示。另外，当使晶体管Q4或晶体管Q5的基极顺向电压VF为O. 6V时，变压器Tl的一次绕组电压Vp与此时的最大占空比的关系成为如图3所示。如从图3也可知，即使是占空比为90%以上的I次绕组电压Vp (脉冲信号)也能够充分驱动开关元件Ql。因此，产生脉冲信号Vin的脉冲产生器，能够将具有90%以上的占空比的脉冲信号Vin通过电阻Rl施加到晶体管Q2、Q3上。另外，由于仅增加直流电源Vcc2、晶体管Q4、Q5、电阻R3，因此结构简单且价廉，能够实现高速的栅极驱动电路。另外，如图6所示，由于不用通过变压器Tl来直接对开关元件Ql的栅极进行驱动，而是通过如图腾式连接的晶体管Q4、Q5那样的缓冲器来对开关元件Ql进行驱动，因此变压器Tl自身成为低消耗功率。另外，由于如图腾式连接的晶体管Q4、Q5那样的缓冲器纯粹成为电流驱动，因此能够实现抗噪性强的栅极驱动电路。实施例2图4是本专利技术的实施例2的栅极驱动电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极驱动电路，其对开关元件的栅极进行驱动，该栅极驱动电路的特征在于具有：第1晶体管及第2晶体管，其分别与第1直流电源的两端进行图腾式连接且在各控制端子上输入有脉冲信号；第3晶体管及第4晶体管，其分别与第2直流电源的两端进行图腾式连接且各第1主端子与所述开关元件的栅极连接；以及变压器，其一次绕组通过电容器与所述第1晶体管及第2晶体管的各第1主端子和所述第1晶体管及第2晶体管中的一方的第2主端子连接，二次绕组与所述第3晶体管及第4晶体管的各控制端子和所述第3晶体管及第4晶体管的各第1主端子连接，所述脉冲信号的最大占空比根据所述变压器的一次绕组电压和所述第3晶体管及第4晶体管的控制端子顺向电压来确定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：千叶明辉，京野羊一，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：