專利名稱：用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的棚極驅(qū)動電路，該電路用于控制所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的接通與關(guān)斷。
通常使用一個場效應(yīng)晶體管或一個絕緣柵雙極晶體管(此后簡稱為IGBT)作為一個電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件。這些器件中的每一個都具有很大的柵極輸入阻抗，并且可以通過向其柵極施加一個柵極電壓來對其實行通—斷轉(zhuǎn)換控制。
用于一個IGBT的傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動電路示于圖6。在圖6中，借助于諸如一對導(dǎo)線等的信號線3在所述IGBT1的柵極和漏極之間提供了由用于對所述IGBT1的通—斷轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制的控制器件2輸出的一個柵極電壓VG。
在這種情況下，所述導(dǎo)線是如下設(shè)置的即使由流經(jīng)所述連接到所述IGBT1的源極或漏極導(dǎo)體內(nèi)的主電流所引起的磁通量的影響盡可能的小。
然而，實際上，要完全消除由于實際的相對位置關(guān)系而由所述主電流引起的所述磁通量的影響是不可能的。因此，在所述信號線3中就要產(chǎn)生由于磁通量的影響而感應(yīng)的一個電壓，而這個電壓對于所述IGBT1的柵極和漏極之間的電壓是有不良影響的。
例如，由于所述IGBT1的漏極電流iE發(fā)生變化而引起磁通量φ的變化，從而導(dǎo)致在所述一對導(dǎo)線3中產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓VX。在所述感應(yīng)電壓VX的極性方向如圖7所示的情況下，當(dāng)所述IGBT1的漏極電流iE分別增加或減小時，加到所述IGBT1的柵極和漏極之間的電壓VGE將上升或下降。在這種情況下，將出現(xiàn)下述問題。
特別是，當(dāng)流經(jīng)所述IGBT1的源極和漏極的主電流增加時，若所述IGBT1柵極和漏極之間的電壓VGE增加，將使得所述IGBT1源極和漏極之間的電壓VCE降低，進(jìn)而產(chǎn)生一個正反饋作用而使得所述主電流進(jìn)一步增加。因而就存在有下述危險，即當(dāng)由于負(fù)載短路而使所述IGBT1中的主電流突然增加，例如使所述柵極和漏極之間的電壓VCE增加時，就會導(dǎo)致所述主電流進(jìn)一步增加，其結(jié)果就不可避免地使所述IGBT1產(chǎn)生過流狀態(tài)，并可能受到損害。
另外，在流經(jīng)所述IGBT1的主電流減小時，若在所述柵極和漏極之間的電壓VGE降低，那么在源極和漏極之間的電壓VCE就要上升，從而一個正反饋而使得所述主電流進(jìn)一步減小。因此，就存在著如下危險，即當(dāng)由所述控制設(shè)備2所輸出的柵極電壓VG以一個規(guī)定的減小速率減小且在所述IGBT1中的主電流減小到零時，所述的主電流會由于所述的正反饋而進(jìn)一步減小，并且由存在于所述主電路中的分布電感(附圖中未示出)所引起的反電動勢將會在所述IGBT1的源極和漏極之間產(chǎn)生過盈電壓，從而損壞所述的IGBT1。
另外，即使所述的IGBT1，沒有被上述的過電流或過電壓所損壞，也存在有如下的危險，即由于前述的正反饋而使所述IGBT1中的主電路電流產(chǎn)生高頻振盈，而這種高頻振盈對所述IGBT1的壽命是有不良影響的。
因此，本發(fā)明的一個目的就是要提供一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，該電路能對所述的電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換控制。
本發(fā)明的另一個目的就是要提供一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，這種電路能夠減少電流經(jīng)電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的主電路電流所引起的磁通量密度對所述柵極電壓的不良影響。
本發(fā)明的再一個目的就是要提供一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，該電路能夠避免由流經(jīng)所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的主電路電流所引起的磁通密度所產(chǎn)生的正反饋對所述柵極電壓產(chǎn)生的不利影響。
本發(fā)明的這些和其它的一些目的可以通過提供一個用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路加以實現(xiàn)，所述電路包括控制設(shè)備，用于產(chǎn)生一個與所述電路驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備相關(guān)的柵極電壓；和一個連接到所述控制設(shè)備的校正設(shè)備，用于校正電流經(jīng)所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備所導(dǎo)致的磁通量對所述柵極電壓的影響，從而產(chǎn)生一個正確的柵極電壓。該正確的柵極電壓被施加在所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極上。
通過結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述將對本發(fā)明作出更完整的評價和更好的理解，其中，

圖1的電路圖示出了依據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路；圖2的波形圖用以解釋圖1所示實施例的作用；圖3的電路圖示出了依據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于電路驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路。
圖4的電路圖示出了依據(jù)本發(fā)明又一個實施例的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路；圖5的電路圖示出了依據(jù)本發(fā)明又一個實施例的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路；圖6的電路圖示出了一個傳統(tǒng)的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路；和圖7的波形圖用于解釋圖6所示傳統(tǒng)柵極驅(qū)動電路的功能。
下面參看附圖，其中相同的參考標(biāo)號表示整個附圖中相同或相應(yīng)的部分，下面描述本發(fā)明的實施例。
圖1示出了本發(fā)明的一個實施例。在該圖中，控制設(shè)備2和信號線3與圖6所示之現(xiàn)有技術(shù)相同。新提供了一個利用電磁能有源耦合到連接到所述IGBT1源極上一個導(dǎo)體上的耦合導(dǎo)線4。該實施例構(gòu)成如下即利用所述耦合導(dǎo)線4在所述IGBT1的柵極和漏極之間提供了一個由所述控制設(shè)備2輸出的柵極電壓VG。
在前述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所述的柵極電壓VG是由所述控制設(shè)備2輸出并且電流iC流經(jīng)所述IGBT1的源極時，在所述耦合導(dǎo)線4中產(chǎn)生與該電流iC中變化速率dic/dt相對應(yīng)的感應(yīng)電壓VY，該感應(yīng)電壓VY被加到柵極電壓VG上，并且當(dāng)電流iC增加或減小時，如圖2所示，所述IGBT1柵極和漏極之間的電壓VGE下降或上升，從而去除了在信號線3內(nèi)所感應(yīng)電壓VX的正反饋，進(jìn)而可以施加一個負(fù)反饋。
另外，可以以如下方式來配置所述的耦合導(dǎo)線4，即使所述的耦合導(dǎo)線4被提供在靠近IGBT1而插入的一個印刷電路板上，從而使得可以調(diào)整所述電磁耦合的耦合系數(shù)。
因此，通過調(diào)節(jié)所述電磁耦合的耦合系數(shù)，可以減少正反饋作用，乃至取削掉所述正反饋或施加一個負(fù)反饋。
本發(fā)明另外一個實施例示于圖3。該圖示出了如下一種情況，即提供了一個能夠?qū)B接到所述IGBT1的漏極進(jìn)行有源電磁耦合的耦合導(dǎo)線4。所述IGBT1的漏極電流iE實際上與源極電流iC相同。本實施例可以獲得與上述實施例類似的運行狀態(tài)和效果。
本發(fā)明的再一個實施例示于圖4。在該實施例中，諸如是一個扼流圈的阻抗元件5被串聯(lián)連接到所述IGBT1的漏極一側(cè)。該實施例的結(jié)構(gòu)如下由所述控制設(shè)備2輸出的柵極電壓VG通過位于所述IGBT1柵極和所述阻抗元件5一端(非漏極一側(cè))之間的信號線3被提供出來。
在前述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所述柵極電壓VG被輸出且漏極電流iE流過所述IGBT1時，在所述阻抗元件5中產(chǎn)生由于漏極電流iE所導(dǎo)致的電壓降低VY。該電壓VY在引起所述IGBT1的柵—漏極間電壓VCE下降的方向上起作用，因此，其作用相當(dāng)于一個負(fù)反饋。另外，若以電感元件用作所述的阻抗元件5，那么在所述的電感元件中就要產(chǎn)生相當(dāng)于漏極電流中電流變化速率diE/dt的電壓降VY，這樣就可以實現(xiàn)與前述實施例相類似的作用。
本發(fā)明的再一個實施例示于圖5。該實施例的結(jié)構(gòu)如下變壓器6的原邊線圈被串聯(lián)連接到所述IGBT1的漏極一側(cè)，利用信號線3在所述IGBT1的柵極和漏極之間提供一個由所述控制設(shè)備2輸出的柵極電壓VG，所述變壓器6的付邊線圈直接插入到該信號線3上。
在前述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)漏極電流iE流經(jīng)所述IGBT1時，相當(dāng)于漏極電流iE電流變化速率diE/dt的感應(yīng)電壓VY就會在所述變壓器6付邊線圈中產(chǎn)生。這樣就可以實現(xiàn)與前述實施例相類似的作用。
利用這些實施例，可以削除前述正反饋作用，此外可以施加一個負(fù)反饋。例如，當(dāng)由于負(fù)載短路等原因而使所述IGBT1中主電路電流忽然增加時，通過避免柵極和漏極間的電壓VCE升高以及主電路電流的進(jìn)一步增加，可以避免由于過流而使所述IGBT1損壞。并且當(dāng)柵極電壓VG以規(guī)定的減少速率減少從而使得所述IGBT1的主電路電流下降到零時，通過避免在所述IGBT1的源極和漏極之間產(chǎn)生所述的過盈電壓可以避免由于過壓所引起的IGBT1的損壞。
此外，還可以避免在所述IGBT1的主電路電流中產(chǎn)生高頻振盈，并且可以提高所述IGBT1的運行可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一個用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，利用該電路，可以使所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備柵極和漏極間的電壓避免受到由源極電流或漏極電流所引起磁通量的不良影響。并可執(zhí)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換控制。
可以根據(jù)上述教導(dǎo)對本發(fā)明作出許多修改和變化，因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求之內(nèi)，不需要特別加以描述就能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的棚極驅(qū)動電路，包括控制裝置，用于產(chǎn)生一個與所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備相關(guān)的柵極電壓；和校正裝置，該校正裝置連接到所述控制裝置上，用于接收所述的柵極電壓，并用于校正由流經(jīng)所述電壓驅(qū)動功率開關(guān)設(shè)備的主電路電流所導(dǎo)致的磁通量施加給所述柵極電壓的影響，而產(chǎn)生一個校正后的柵極電壓，所述校正后的柵極電壓被提供給所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的棚極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，其中，通過校正所述的柵極電壓，所述的校正裝置產(chǎn)生所述校正后的柵極電壓，從而使得當(dāng)所述的主電路電流增加時，所述的柵極電壓下降，而當(dāng)所述的主電路電流減小時，所述的柵極電壓增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電壓驅(qū)動型功率開并設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，其中，通過調(diào)節(jié)用于校正所述磁通對所述柵極電壓影響的系數(shù)來產(chǎn)生所述校正后的柵極電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，其中，所述的校正裝置包括一個利用電磁耦合耦合到連接到所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的源極和漏極之一上的一個導(dǎo)體上的耦合導(dǎo)線，且所述的柵極電壓通過所述的耦合導(dǎo)線被施加到所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的所述柵極上，以用作校正后的柵極電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動電路，其中，通過校正所述的柵極電壓，所述的校正裝置產(chǎn)生所述校正后棚極電壓，從而，當(dāng)流經(jīng)所述導(dǎo)體的主電路電流增加時，由于在所述耦合導(dǎo)線中所感應(yīng)的一個電壓，而使所述柵極電壓減小，而當(dāng)流經(jīng)所述導(dǎo)體的主電路電流減小時，由于在所述耦合導(dǎo)線中感應(yīng)的所述電壓而使得柵極電壓增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，其中，通過調(diào)節(jié)在所述導(dǎo)體和耦合導(dǎo)線之間的電磁耦合的耦合系數(shù)來產(chǎn)生所述校正后的柵極電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，其中，所述的校正裝置包括一個以串聯(lián)形式連接到所述電壓驅(qū)動功率開關(guān)器件的漏極一側(cè)的阻抗元件，且所述的柵極電壓被施加在所述柵極和所述阻抗元件未連接到所述漏極的一端之間，借此，所述校正后的棚極電壓被施加在所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的所述柵極和漏極之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，其中，在所述的校正裝置中，所述的阻抗元件包括一個電感元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，其中，所述的校正裝置包括一個其原邊與所述漏極串聯(lián)，其付邊連接到所述控制裝置和所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件所述柵極之間的變壓器，所述的柵極電壓通過所述變壓器的付邊被施加到所述漏極和柵極之間，借此，所述校正后的柵極電壓被加在所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的所述柵極和漏極之間。
全文摘要
一種用于電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電路，包括一個用于產(chǎn)生一個與所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件相關(guān)的柵極電壓，還包括一個校正裝置，該校正裝置連接到所述控制裝置上，并用于接收所述的柵極電壓，同時用于校正由流經(jīng)所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)器件的主電路電流所引起的磁通量施加給所述柵極電壓的影響，以產(chǎn)生一個校正后的柵極電壓。所述校正后的柵極電壓被施加給所述電壓驅(qū)動型功率開關(guān)設(shè)備的柵極。
文檔編號H03K17/08GK1119364SQ9510857
公開日1996年3月27日 申請日期1995年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月6日
發(fā)明者川上和人 申請人:株式會社東芝