用于固態(tài)電子設(shè)備的信號調(diào)制接口的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于固態(tài)電子設(shè)備的信號調(diào)制接口，且具體地但非排他地涉及被設(shè)置 成防止由于誤觸發(fā)信號導(dǎo)致的固態(tài)電子設(shè)備的不期望觸發(fā)的電路布置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電子系統(tǒng)是功率半導(dǎo)體設(shè)備、電感器、電容器以及電阻器的組合，其用于處理 電能量并將電能量從一個可用等級轉(zhuǎn)變成另一個期望且可用的等級。電力電子電路的重 點是固態(tài)開關(guān)設(shè)備，其被控制以在開和關(guān)狀態(tài)反復(fù)操作以實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換和調(diào)整。邏輯電路 產(chǎn)生的低電流控制信號將被柵極驅(qū)動器接收以產(chǎn)生用于該開關(guān)設(shè)備的柵極的具有足夠高 的電流的輸入從而打開和關(guān)閉該開關(guān)設(shè)備。出于示例的目的，圖1示出具有典型圖騰對 (totempair)結(jié)構(gòu)100的驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0003] -直以來非常需要增加開關(guān)頻率來提升功率密度并進一步小型化開關(guān)轉(zhuǎn)換器。與 高開關(guān)頻率相稱的快速開關(guān)能力也是減少開關(guān)損耗的主要考慮因素。在同步降壓轉(zhuǎn)換器、 半/全橋轉(zhuǎn)換器和逆變器中普遍存在的橋臂結(jié)構(gòu)中，有兩個互補開關(guān)，一個是確定開關(guān)速 度的控制開關(guān)，另一個是處于零電壓開關(guān)SVZ的同步開關(guān)。
[0004] 開關(guān)設(shè)備的高開關(guān)速度可在同步開關(guān)的柵-源極電壓中導(dǎo)致假的觸發(fā)脈沖，如果 該假的觸發(fā)脈沖高于開關(guān)設(shè)備的閾值電壓，則能夠部分地或甚至完全地打開原本應(yīng)該是關(guān) 閉的同步開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種用于固態(tài)電子設(shè)備的信號調(diào)制接口，包括： 輸入端，其被設(shè)置成從驅(qū)動器接收控制信號，該驅(qū)動器被設(shè)置成控制所述固態(tài)電子設(shè)備；以 及與該輸入連接的信令模塊，其中該信令模塊被設(shè)置成通過從所述控制信號中消除能夠誤 觸發(fā)固態(tài)電子設(shè)備的不想要的觸發(fā)信號部分來產(chǎn)生被調(diào)制的控制信號以傳送給固態(tài)電子 設(shè)備。
[0006] 在第一方面的一個實施方式中，信號調(diào)制接口被設(shè)置在固態(tài)電子設(shè)備與驅(qū)動器之 間。
[0007] 在第一方面的一個實施方式中，信號調(diào)制接口被設(shè)置成調(diào)制控制信號以使得控制 信號中的不想要的觸發(fā)信號部分被調(diào)制成低于固態(tài)電子設(shè)備的觸發(fā)閾值。
[0008] 在第一方面的一個實施方式中，信令模塊包括至少一個被設(shè)置成產(chǎn)生用于調(diào)制控 制信號的至少一個調(diào)制電壓的電壓源。
[0009] 在第一方面的一個實施方式中，至少一個電壓源與驅(qū)動器的輸出端串聯(lián)連接。
[0010] 在第一方面的一個實施方式中，控制信號被調(diào)制以使得被調(diào)制的控制信號包括當(dāng) 驅(qū)動器輸出用于啟動固態(tài)電子設(shè)備的啟動控制信號\ H時的正電壓信號以及當(dāng)驅(qū)動器輸出 用于停用固態(tài)電子設(shè)備的停用控制信號Vu時的負(fù)電壓信號。
[0011] 在第一方面的一個實施方式中，負(fù)電壓信號被設(shè)置成將不想要的觸發(fā)信號部分調(diào) 制成低于固態(tài)電子設(shè)備的觸發(fā)閾值。
[0012] 在第一方面的一個實施方式中，用于調(diào)制控制信號的至少一個電壓源是外部有源 電壓源。
[0013] 在第一方面的一個實施方式中，外部有源電壓源包括至少一個dc-dc轉(zhuǎn)換器或至 少一個dc-ac轉(zhuǎn)換器。
[0014]在第一方面的一個實施方式中，用于調(diào)制控制信號的至少一個電壓源是包括電路 裝置的無源電壓源。
[0015] 在第一方面的一個實施方式中，電路裝置包括電容組件、電阻組件以及半導(dǎo)體組 件。
[0016] 在第一方面的一個實施方式中，電路裝置被設(shè)置無需任何外部電壓源。
[0017] 在第一方面的一個實施方式中，電路裝置包括兩個電容器cN和CP;兩個電阻器rn 和RP;以及一個二極管DP。
[0018] 在第一方面的一個實施方式中，電路裝置被設(shè)置以使得電容器CN和電阻器RN并聯(lián) 連接以限定電壓VCN ;電容器CP和電阻器RP并聯(lián)連接以限定電壓VCP ;以及二極管Dp被設(shè)置 在電容器(；和&之間。
[0019] 在第一方面的一個實施方式中，電路裝置被設(shè)置成調(diào)制控制信號以使得用于啟動 固態(tài)電子設(shè)備的被調(diào)制的控制信號的正電壓是Vep且用于停用固態(tài)電子設(shè)備的被調(diào)制的控 制信號的負(fù)電壓是
[0020] 在第一方面的一個實施方式中，電壓VCN和VCP的大小取決于電阻馬與心之間的比 值。
[0021] 在第一方面的一個實施方式中，電壓VeN和Vep的大小不取決于固態(tài)電子設(shè)備的占 空比。
[0022] 在第一方面的一個實施方式中，VeN和VeP在穩(wěn)態(tài)時被定義為：
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種用于固態(tài)電子設(shè)備的信號調(diào)制接口，包括： 輸入端，其被設(shè)置成從驅(qū)動器接收控制信號，該驅(qū)動器被設(shè)置成控制所述固態(tài)電子設(shè) 備；以及 與所述輸入端連接的信令模塊，其中該信令模塊被設(shè)置成通過從所述控制信號中消除 能夠誤觸發(fā)所述固態(tài)電子設(shè)備的不想要的觸發(fā)信號部分來產(chǎn)生被調(diào)制的控制信號以用于 傳輸給所述固態(tài)電子設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號調(diào)制接口，其中所述信號調(diào)制接口被設(shè)置在所述固態(tài)電 子設(shè)備與所述驅(qū)動器之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號調(diào)制接口，其中所述信號調(diào)制接口被設(shè)置成調(diào)制所述控 制信號以使得所述控制信號的所述不想要的觸發(fā)信號部分被調(diào)制成低于所述固態(tài)電子設(shè) 備的觸發(fā)閾值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號調(diào)制接口，其中所述信令模塊包括至少一個電壓源，該 至少一個電壓源被設(shè)置成產(chǎn)生用于調(diào)制所述控制信號的至少一個調(diào)制電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號調(diào)制接口，其中所述至少一個電壓源與所述驅(qū)動器的輸 出端串聯(lián)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號調(diào)制接口，其中所述控制信號被調(diào)制以使得所述被調(diào)制 的控制信號包括當(dāng)所述驅(qū)動器輸出用于啟動所述固態(tài)電子設(shè)備的啟動控制信號V g，H時的正 電壓信號和當(dāng)所述驅(qū)動器輸出用于停用所述固態(tài)電子設(shè)備的停用控制信號Vy時的負(fù)電壓 信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號調(diào)制接口，其中所述負(fù)電壓信號被設(shè)置成將所述不想要 的觸發(fā)信號部分調(diào)制成低于所述固態(tài)電子設(shè)備的所述觸發(fā)閾值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號調(diào)制接口，其中用于調(diào)制所述控制信號的所述至少一個 電壓源是外部有源電壓源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號調(diào)制接口，其中所述外部有源電壓源包括至少一個 dc-dc變換器或至少一個dc-ac變換器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號調(diào)制接口，其中用于調(diào)制所述控制信號的所述至少一 個電壓源是包括電路裝置的無源電壓源。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置包括電容組件、電阻組 件以及半導(dǎo)體組件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置被設(shè)置為不需要任何外 部電壓源。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置包括兩個電容器Cn和 Cp;兩個電阻器Rn和Rp以及一個二極管DP。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置被設(shè)置以使得所述電容 器Cn和電阻器Rn并聯(lián)連接以限定電壓V cn ;所述電容器Cp和所述電阻器Rp并聯(lián)連接以限定 電壓Vcp ;以及所述二極管Dp被設(shè)置在電容器Cn和Cp之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置被設(shè)置成調(diào)制所述控制 信號以使得用于啟動所述固態(tài)電子設(shè)備的所述被調(diào)制的控制信號的所述正電壓是V ct以及 用于停用所述固態(tài)電子設(shè)備的所述被調(diào)制的控制信號的所述負(fù)電壓是-Vc^
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的信號調(diào)制接口，其中所述電壓Vra和Vct的大小與所述電阻 器R n與Rp之間的比有關(guān)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信號調(diào)制接口，其中其中所述電壓Vra和Vct的大小與所述 固態(tài)電子設(shè)備的占空比無關(guān)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的信號調(diào)制接口，其中VeN和Vep在穩(wěn)態(tài)由^ fIff r. Rp τ· 、 和『CP - ^^f.M'來定義。 ^ Kp
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的信號調(diào)制接口，其中所述電路裝置被設(shè)置以使得Vcm和Vcp 一直保持大體恒定并與從所述驅(qū)動器輸出的所述控制信號無關(guān)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的信號調(diào)制接口，其中通過將時間常數(shù)RnCn和RpC p設(shè)置成比 所述正電壓和所述負(fù)電壓之間的開關(guān)周期長得多以及將電容器Cn和/或Cp的電容設(shè)置成 比與所述固態(tài)電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電容C gs大得多，來使Vcm和Vct保持大體恒定。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的信號調(diào)制接口，其中所述電容器的電容和所述電阻器的電 阻由RnCn = RpCp定義以加速電壓Vcp與-Vcn之間的轉(zhuǎn)變。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的信號調(diào)制接口，還包括附屬電路，該附屬電路被設(shè)置成改 變從_VeN到Vep的轉(zhuǎn)變時間。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的信號調(diào)制接口，其中所述附屬電路包括電感組件和半導(dǎo)體 設(shè)備。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的信號調(diào)制接口，其中所述附屬電路包括被設(shè)置在電路環(huán)路 中的電感器L1^P兩個二極管。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的信號調(diào)制接口，其中所述附屬電路被設(shè)置在所述驅(qū)動器與 所述信號調(diào)制接口的所述信令模塊之間以用于改變從-V cm到Vct的轉(zhuǎn)變時間。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的信號調(diào)制接口，其中所述固態(tài)電子設(shè)備是晶體管設(shè)備。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的信號調(diào)制接口，其中所述晶體管設(shè)備是MOSFET。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的信號調(diào)制接口，其中與所述固態(tài)電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電容Cgs 是所述MOSFET的柵-源電容。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號調(diào)制接口，其中用于控制所述固態(tài)電子設(shè)備的所述驅(qū) 動器是柵極驅(qū)動器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的信號調(diào)制接口，其中所述信號調(diào)制接口被設(shè)置在所述柵極 驅(qū)動器與所述MOSFET柵極之間。
【專利摘要】一種用于固態(tài)電子設(shè)備的信號調(diào)制接口，包括：輸入端，其被設(shè)置成從驅(qū)動器接收控制信號，該驅(qū)動器被設(shè)置成控制所述固態(tài)電子設(shè)備；以及與所述輸入端連接的信令模塊，其中該信令模塊被設(shè)置成通過從所述控制信號中消除能夠誤觸發(fā)所述固態(tài)電子設(shè)備的不想要的觸發(fā)信號部分來產(chǎn)生被調(diào)制的控制信號以用于傳輸給所述固態(tài)電子設(shè)備。
【IPC分類】H03K19-0175
【公開號】CN104734686
【申請?zhí)枴緾N201410469018
【發(fā)明人】鐘樹鴻, 王健婧
【申請人】香港城市大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年9月15日
【公告號】US20150181141