栅极驱动电路以及相关方法技术

本发明专利技术公开一种栅极驱动电路以及相关方法。所述有源功率半导体组中的每一个包括一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。所述用于驱动至少一串联的有源功率半导体组的方法包括：产生电流脉冲；将所述电流脉冲提供给变压器单元的初级部分，并且响应所述电流脉冲，在所述变压器单元的次级部分处反射至少一反射电流脉冲；传输并且锁存所述反射电流脉冲中的每一个以便形成对应经锁存的栅极驱动信号；以及将每个对应经锁存的栅极驱动信号提供给所述有源功率半导体组中相关联的一个组，以驱动所述有源功率半导体组中相关联的一个组的所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉引用 本申请根据35U.S.C.§ 119(e)要求分别在2011年4月21号和2011年5月4号提交的标题均为“栅极驱动电路(Gate Drive Circuit) ”的美国专利申请第61 / 477,697号和第61 / 482，348号的优先权，上述申请内容通过引用并入本专利技术。
本专利技术涉及采用串联的栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备(Active powersemiconductor device)的电子设备,如功率电子设备(例如，多电平功率逆变器)，并且具体来说，涉及一种用于在驱动此类电子设备中的串联的栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备的同时维持每个串联的栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备上的电压均分、维持电压隔离并且在至少一实施方案中维持控制器冗余的方法以及电路。
技术介绍
至少一不同功率转换模块/系统是众所周知的，用于将功率从一种形式转换成另一形式。例如，多电平功率逆变器是被构造成通过DC输入电压产生AC波形的功率电子设备。作为另一实例，有源前端(也被称为可控整流器或PWM整流器)是将AC波形在其中转换成DC电压的功率电子设备。此类功率转换模块/系统用于如变速电机驱动(但不限于)的各种应用。至少一功率转换模块/系统采用功率电子器件，所述功率电子器件要求(i)控制逻辑信号与输出功率通道之间的电压隔离，和/或(ii)独立控制/驱动的有源功率半导体设备的串联以便实现额定电压。通常由所谓的栅极驱动电路提供这种隔离和独立控制。更为具体地说，栅极驱动电路是这样的电路:所述栅极驱动电路用于功率电子设备以将逻辑电平控制信号转换成适当电压，以便切换功率电子设备的有源功率半导体设备，并且在多数情况下，用以提供电压隔离以使逻辑信号不连接到功率电路上的潜在危险高压。已发展出至少一栅极驱动电路/技术用以提供上述隔离和/或控制功能。例如，一种此类技术包括将光纤收发器或其他光隔离器与专用隔离电源一起应用以便实现隔离。另一技术使用变压器来使电压直接输送穿过屏障，同时维持电流隔离。又一技术采用上述内容组合，其中变压器是用于数字开-关信号，同时功率通过隔离电源分开传输。然而，这些已知技术成本较高并且通常不会提供控制串联的有源功率半导体设备所需要的精确同步。
技术实现思路
在一个实施方案中，提供一种用于驱动至少一串联的有源功率半导体组的驱动电路，所述有源功率半导体组中的每一组包括一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。至少一相关联所述驱动电路包括:控制模块；电流脉冲发生模块，所述电流脉冲发生模块被构造成基于所述控制模块的输出产生电流脉冲；连接到所述电流脉冲发生模块的变压器单元，所述变压器单元被构造成在所述变压器单元的初级部分处接收所述电流脉冲并且响应所述电流脉冲，以致在所述变压器单元的次级部分处反射至少一反射电流脉冲；以及至少一脉冲接收器模块，其中每个脉冲接收器模块连接到所述变压器的所述次级部分上并且连接到所述有功功率半导体组中相关联的一个组上，并且其中每个脉冲接收器模块接收所述反射电流脉冲中相关联的一个，而且传输并且锁存所述反射电流脉冲中相关联的一个以形成经锁存的栅极驱动信号，所述经锁存的栅极驱动信号用于提供给所述有源功率半导体组中相关联的一个组，以驱动所述有源功率半导体组中相关联的一个组的所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。其中，所述变压器单元的所述初级部分包括至少一初级绕组，其中所述变压器单元的所述次级部分包括至少一次级绕组，所述初级绕组中的每一个耦合到所述次级绕组中相关联的一个上，其中所述初级绕组中的每一个被构造成接收所述电流脉冲，并且响应所述电流脉冲，所述变压器单元被构造成致使所述反射电流脉冲中的一个在所述次级绕组中的每一个处进行反射，其中每个脉冲接收器模块连接到所述次级绕组中相关联的一个上并且连接到所述有源功率半导体组中相关联的一个组上，并且其中每个脉冲接收器模块从所述次级绕组中相关联的一个接收所述反射电流脉冲中相关联的一个。其中，所述至少一串联的有源功率半导体组是多个串联的有源功率半导体组，其中所述至少一脉冲接收器模块是多个脉冲接收器模块，其中所述至少一初级绕组是多个初级绕组，其中所述至少一次级绕组是多个次级绕组，并且其中所述至少一反射电流脉冲是多个反射电流脉冲。其中，每个有源功率半导体组具有相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压，所述相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压基于与所述有源功率半导体组相关联的所述脉冲接收器模块确定，其中总体最大电压是所有最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压的总和，其中所述变压器单元具有匝数比，并且其中在通过所述变压器的所述匝数比来反射时，用于产生所述电流脉冲的电压脉冲大于所述总体最大电压。其中，所述变压器的所述匝数比是1: k，其中k是大于或等于2。其中，k是2至10。其中，所述多个反射电流脉冲彼此同步并且彼此大致相同。其中，所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备中的每一个选自由IGBT和MOSEFT构成的组。其中，所述电流脉冲发生模块所产生的所述电流脉冲的类型选自基于所述控制模块所输出的一个或多个逻辑电平信号的电流脉冲类型组。其中，所述控制模块所输出的所述一个或多个逻辑电平信号包括多个逻辑电平信号，并且其中所述电流脉冲类型包括打开脉冲类型、刷新打开脉冲类型、关闭脉冲类型以及刷新关闭脉冲类型。其中，所述多个逻辑电平信号包括:第一逻辑信号，所述第一逻辑信号可以具有高、低或中状态；以及第二逻辑信号，所述第二逻辑信号可以仅仅具有高或低状态。其中，所述控制模块包括多个控制单元，多个控制单元中的每一个产生一个或多个初始逻辑电平信号，其中所述控制模块被构造成确定每个控制单元的所述一个或多个初始逻辑电平信号是否一致，并且仅在每个控制单元的所述一个或多个初始逻辑电平信号一致的情况下输出所述一个或多个初始逻辑电平信号。在另一实施方案中，提供一种用于驱动至少一串联的有源功率半导体组的方法，其中所述有源功率半导体组中的每一组包括一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。所述方法包括:产生电流脉冲；将所述电流脉冲提供给变压器单元的初级部分，并且响应所述电流脉冲，导致在所述变压器单元的次级部分处反射至少一反射电流脉冲；传输并且锁存所述反射电流脉冲中的每一个以便形成对应经锁存的栅极驱动信号；以及将每个对应经锁存的栅极驱动信号提供给所述有源功率半导体组中相关联的一个组，以驱动所述有源功率半导体组中相关联的一个组的所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。其中，所述至少一串联的有源功率半导体组是多个串联的有源功率半导体组，并且其中所述至少一反射电流脉冲是多个反射电流脉冲。其中，每个有源功率半导体组具有相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压，所述相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压基于在与所述有源功率半导体组相关联的转换步骤中所使用的脉冲接收器模块确定，其中总体最大电压是所有最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压的总和，其中所述变压器单元具有匝数比，并且其中在通过所述变压器的所述匝数比来反射时，用于产生所述电流脉冲的电压脉冲大于所述总体最大电压。其中，所述变压器的所述匝数比是1: k，其中k是大于或等于2。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动至少一串联的有源功率半导体组的驱动电路，所述有源功率半导体组中的每一组包括一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备，所述驱动电路包括：控制模块；电流脉冲发生模块，所述电流脉冲发生模块被构造成基于所述控制模块的输出产生电流脉冲；连接到所述电流脉冲发生模块的变压器单元，所述变压器单元被构造成在所述变压器单元的初级部分处接收所述电流脉冲并且响应所述电流脉冲，以致在所述变压器单元的次级部分处反射至少一反射电流脉冲；以及至少一脉冲接收器模块，其中每个脉冲接收器模块连接到所述变压器的所述次级部分上并且连接到所述有功功率半导体组中相关联的一个组上，并且其中每个脉冲接收器模块接收所述反射电流脉冲中相关联的一个，而且传输并且锁存所述反射电流脉冲中相关联的一个以形成经锁存的栅极驱动信号，所述经锁存的栅极驱动信号用于提供给所述有源功率半导体组中相关联的一个组，以驱动所述有源功率半导体组中相关联的一个组的所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.21 US 61/477,697;2011.05.04 US 61/482,3481.一种用于驱动至少一串联的有源功率半导体组的驱动电路，所述有源功率半导体组中的每一组包括一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备，所述驱动电路包括: 控制模块； 电流脉冲发生模块，所述电流脉冲发生模块被构造成基于所述控制模块的输出产生电流脉冲； 连接到所述电流脉冲发生模块的变压器单元，所述变压器单元被构造成在所述变压器单元的初级部分处接收所述电流脉冲并且响应所述电流脉冲，以致在所述变压器单元的次级部分处反射至少一反射电流脉冲；以及 至少一脉冲接收器模块，其中每个脉冲接收器模块连接到所述变压器的所述次级部分上并且连接到所述有功功率半导体组中相关联的一个组上，并且其中每个脉冲接收器模块接收所述反射电流脉冲中相关联的一个，而且传输并且锁存所述反射电流脉冲中相关联的一个以形成经锁存的栅极驱动信号，所述经锁存的栅极驱动信号用于提供给所述有源功率半导体组中相关联的一个组，以驱动所述有源功率半导体组中相关联的一个组的所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备。2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述变压器单元的所述初级部分包括至少一初级绕组，其中所述变压器单元的所述次级部分包括至少一次级绕组，所述初级绕组中的每一个耦合到所述次级绕组中相关联的一个上，其中所述初级绕组中的每一个被构造成接收所述电流脉冲，并且响应所述电流脉冲，所述变压器单元被构造成致使所述反射电流脉冲中的一个在所述次级绕组中的每一个处进行反射，其中每个脉冲接收器模块连接到所述次级绕组中相关联的一个上并且连接到所述有源功率半导体组中相关联的一个组上，并且其中每个脉冲接收器模块从所述次级绕组中相关联的一个接收所述反射电流脉冲中相关联的一个。3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中所述至少一串联的有源功率半导体组是多个串联的有源功率半导体组，其中所述至少一脉冲接收器模块是多个脉冲接收器模块，其中所述至少一初级绕组是多个初级绕组，其中所述至少一次级绕组是多个次级绕组，并且其中所述至少一反射电流脉冲是多个反射电流脉冲。4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中每个有源功率半导体组具有相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压，所述相关联的最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压基于与所述有源功率半导体组相关联的所述脉冲接收器模块确定，其中总体最大电压是所有最大栅极-发射极电压或栅极-源极电压的总和，其中所述变压器单元具有匝数比，并且其中在通过所述变压器的所述匝数比来反射时，用于产生所述电流脉冲的电压脉冲大于所述总体最大电压。5.根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述变压器的所述匝数比是1: k，其中k是大于或等于2。6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中k是2至10。7.根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述多个反射电流脉冲彼此同步并且彼此大致相同。8.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述一个或多个栅极氧化物隔离的有源功率半导体设备中的每一个选自由IGBT和MOSEFT构成的组。9.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述电流脉冲发生模块所产生的所述电流脉冲的类型选自基于所述控制模块所输出的一个或多个逻辑电平信号的电流脉冲类型组。10.根据权利要求9所述的驱动电路，其中所述控制模块所输出的所述一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：A佩尔穆伊，ND贝纳维德斯，L所罗门，
申请(专利权)人：通用电气能源能量变换技术有限公司，
类型：
国别省市：