專利名稱：驅動壓控開關裝置的基于集成電路的驅動電路及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含集成電路的驅動電路，用于驅動壓控類型的開關裝置。本發(fā)明還涉及用于制造這樣的驅動電路的方法。
背景技術：
已知例如如在日本專利公報No. 2009-11049中描述的一種驅動電路，用于驅動諸如絕緣柵型晶體管的壓控開關裝置，其中，驅動電路包括穩(wěn)定電流電路，用于向被驅動開關裝置的控制端子(例如，柵極)提供作為充電電流的恒定電流。在此在一般的意義上使用術語“充電”來指示用于增加正電荷數(shù)量的充電電流(正向電流)或用于減少正電荷數(shù)量的放電電流(反向電流)。近些年來，隨著集成電路已經(jīng)變得越來越更緊湊和在成本上更低，已經(jīng)變得可能在集成電路中包含這樣的驅動電路的功能。在該情況下，(由被驅動開關裝置的開關速度確定的)所要求的充電電流的電平必須在集成電路的供電電流額定值內。 也必須限制開關頻率使得集成電路的額定最大操作溫度不被超過。因此，在現(xiàn)有技術中，為了獲得寬的適用性，這樣的集成電路必須能夠提供從驅動電路可能要求的最高驅動電流，并且能夠在可能要求的最高開關頻率下操作。因此，獲得制造品的這樣的普遍性導致集成電路在尺寸上較大、制造起來昂貴并且具有超過通常的應用要求的能力，因為僅這樣的驅動電路的小部分必須驅動具有極高開關速度或在極高開關頻率下操作的開關裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過提供包含集成電路的驅動電路來克服上面的問題，該驅動電路用于驅動諸如絕緣柵型晶體管的壓控型的開關裝置，由此，該驅動電路可以容易地被應用到驅動在寬范圍的開關速度和/或開關頻率上使用的開關裝置。本發(fā)明還提供了一種用于配置這樣的驅動電路的方法。根據(jù)第一方面，所述驅動電路包括串聯(lián)在充電路徑中的電阻器和外部開關裝置 (例如，MOS FET)，通過充電路徑向所述被驅動的壓控開關裝置的控制端子(例如，柵極)提供充電電流。所述集成電路包括內部開關裝置(例如，MOS FET)，其以達林頓配置連接到所述外部開關裝置；以及控制電路(穩(wěn)定電流電路)，其向所述內部開關裝置的所述控制端子施加控制信號，以將在所述電阻器上的電壓降調節(jié)為預定值。由所述驅動電路提供的所述充電電流(驅動電流)的值由此被調節(jié)為預定值。在此，術語“內部開關裝置”或“外部開關裝置”指的是諸如場效應晶體管的裝置， 借助于該裝置，可以通過向所述裝置的控制端子(柵極)施加的控制信號來改變在輸入和輸出端子(源極和漏極電極)之間的電流電平或中斷所述電流。由此可以經(jīng)由所述外部開關裝置來提供所述充電電流，所述電流的電平被由所述控制電路產(chǎn)生的控制信號確定。然而，如果不需要所述外部開關裝置，則所述驅動電路可以容易地被配置使得所述內部開關裝置連接在充電電流路徑中，并且具有直接地連接到所述被驅動開關裝置的控制端子的輸出端子。所述充電電流可以由此被調節(jié)為預定值，并且以相同的方式(即，不改變集成電路的內部參數(shù))控制所述被驅動開關裝置的通/斷操作，而與是否使用所述外部開關裝置無關。在上面使用的“充電電流”不指定正或負極性，并且可以表示提供正電荷量的 (正)電流或減少(正)電荷量的(負)放電電流。根據(jù)另一個方面，當使用外部開關裝置來通過所述充電電流并且所述充電電流將所述被驅動開關裝置的控制端子驅動到正電荷時，所述內部開關裝置的輸出端子可以連接到所述被驅動開關裝置的輸出端子?；蛘?，所述內部開關裝置的輸出端子可以連接到所述外部開關裝置的輸出端子，由此使得從所述內部開關裝置提供的正電荷能夠被有效地用于對所述被驅動開關裝置的控制端子充電。根據(jù)另一個方面，所述電阻器的至少一部分可以被布置在所述集成電路之外。其優(yōu)點如下。如果所述電阻器形成在所述集成電路內部，則如果要改變充電/放電電流的值， 例如當要使用外部開關裝置進行改變時，必須調整所述控制電路的內部參數(shù)(諸如參考電壓值)。利用本發(fā)明，通過將所述電阻器的全部或一部分定位在所述集成電路之外，可以容易地調整所述電阻值以獲得所需要的充電電流的值。根據(jù)另一個方面，所述集成電路可以包含轉接電路，所述轉接電路響應于被施加到所述集成電路的輸入端子的從外部提供的命令信號，以使得能夠在第一和第二連接狀態(tài)之間容易地改變所述驅動電路配置。在所述第一狀態(tài)中，經(jīng)由被所述集成電路的控制電路控制的、所述集成電路的內部開關裝置來建立所述充電路徑。在所述第二連接狀態(tài)中，經(jīng)由外部開關裝置(當連接到所述集成電路時)來建立所述充電路徑，直接地從所述集成電路的所述控制電路的輸出端子控制所述外部開關裝置。因為可以通過向所述集成電路提供的外部命令信號操作所述轉接電路，所以可以容易地執(zhí)行用于選擇上面的連接狀態(tài)的所述第一個或所述第二個的控制。所述集成電路的外部輸入端子可以專用于轉接操作信號，所述轉接操作信號表示用于操作所述轉接電路的命令。或者，所述集成電路可以包括轉接操作電路，其基于從外部向所述集成電路提供的預定信號(除了專用轉接操作信號之外)的狀態(tài)來判斷轉接命令。例如，可以根據(jù)是否要利用外部開關裝置來設置向所述集成電路的電源輸入端子施加的電源電壓的值，并且在該情況下，所述轉接操作電路可以將所述電源電壓值檢測為命令信號?？梢杂纱俗钚』枰乃黾呻娐返耐獠枯斎攵俗拥臄?shù)量。本發(fā)明還提供了一種用于制造這樣的驅動電路的方法，包括步驟在集成電路中形成內部開關裝置和控制電路，所述控制電路被連接來控制所述內部開關裝置；判斷是否要通過經(jīng)由所述內部開關裝置的充電路徑傳送充電電流，所述判斷基于所述被驅動開關裝置的應用要求；當判斷不要經(jīng)由所述內部開關裝置來傳輸所述充電電流時，將外部開關裝置連接在所述充電路徑內，并且將外部開關裝置的控制端子連接到所述內部開關裝置的輸出端子，由此被經(jīng)由所述內部開關裝置作為的所述集成電路的所述控制電路控制；以及當判斷要經(jīng)由所述內部開關裝置傳輸所述充電電流時，將所述內部開關裝置連接在所述充電路徑內。


圖1示出包含驅動單元的第一實施例的系統(tǒng)的整體配置；圖2是沒有外部開關裝置地配置的第一實施例的電路圖；圖3是被配置為包含分別連接在充電路徑中的外部開關裝置的第一實施例的電路圖；圖4是用于配置第一實施例的方法的流程圖；圖5是第二實施例的電路圖；圖6是第三實施例的電路圖；圖7是第四實施例的電路圖；圖8是第五實施例的電路圖；以及圖9和10是分別沒有和具有連接在充電路徑中的外部開關裝置的配置的第六實施例的電路圖。
具體實施例方式將參考附圖描述驅動電路的第一實施例。這個實施例例如適用于混合動力車的供電系統(tǒng)。圖1是示出系統(tǒng)配置的圖。這包含驅動單元DU，每一個DU是根據(jù)該第一實施例配置的。該系統(tǒng)由下述部分形成逆變器IV，其具有6個驅動單元，該逆變器IV驅動車輛的三相AC電動發(fā)電機10 ；以及轉換器CV，其具有兩個驅動單元，該轉換器CV向逆變器IV提供DC電源電壓。轉換器CV被高壓電池12供電，高壓電池12具有至少100V的端電壓。逆變器IV具有三相臂(U、V和W相)，它們并聯(lián)并且分別連接到電動發(fā)電機10。每一個臂包含串聯(lián)的高壓側開關裝置Swp和低壓側開關裝置Swn。在逆變器IV的每一個相臂的開關裝置Swp和Swn之間的連接點(junction)連接到電動發(fā)電機10的對應相。這個實施例的開關裝置的每一個是IGBT (絕緣柵雙極場效應晶體管)，即是壓控開關裝置，該晶體管的柵極端子是開關裝置的控制端子。轉換器CV包含串聯(lián)的高壓側開關裝置Swp和低壓側開關裝置Swn，并且在開關裝置Swp和Swn之間的連接點經(jīng)由電感器L連接到高壓電池12。在每一個高壓側開關裝置Swp的集電極和發(fā)射極之間連接了高壓側續(xù)流二極管 FDp，并且在每一個低壓側開關裝置Swn的集電極和發(fā)射極之間連接了低壓側續(xù)流二極管 FDn。每一個驅動單元DU連接到開關裝置Swp、Swn的對應的一個的控制端子(柵極)。 在下面，這些開關裝置被統(tǒng)一指示為Sw#，其中，“#”表示“ρ”或“η”。開關裝置Sw#的每一個被從控制設備16產(chǎn)生的操作信號驅動，控制設備16根據(jù)低壓電池14操作。基于從各個傳感器(在附圖中未示出)獲得的信號，控制設備16產(chǎn)生被施加到逆變器IV的U、V和W 相臂的開關裝置Swp的相應驅動單元DU的驅動操作信號gup、gVp、gwp，用于經(jīng)由對應的驅動單元來操作這些開關裝置；以及被施加到逆變器IV的U、V和W相臂的開關裝置Swn的相應驅動單元DU的驅動操作信號gurugvrugwn，用于經(jīng)由對應的驅動單元來操作這些開關裝置。另外，控制設備16向轉換器CV的開關裝置Swp和Swn的相應驅動單元DU提供驅動操作信號gcp和gcn，用于經(jīng)由對應的驅動單元來操作這些開關裝置。如圖1中所示，該設備具有高壓系統(tǒng)，其包括逆變器IV和轉換器CV ；以及低壓系統(tǒng)，其包括控制設備16。該高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)通過諸如光耦合器(在附圖中未示出)的絕緣裝置彼此電隔離，通過該絕緣裝置，從低壓系統(tǒng)向高壓系統(tǒng)提供操作信號。開關裝置Sw#的每一個是IGBT，IGBT具有感測端子St，從該感測端子M流過微小電流，該微小電流的值與在開關裝置Sw#的輸入和輸出端子(發(fā)射極和集電極)之間的電流的值成比例。圖2示出這個實施例的每個驅動單元DU的電路配置。如所示，驅動單元DU基于被指示為驅動IC 30的集成電路，從DC電源20向該集成電路供電。對于本實施例，每一個 DC電源20被配置為回掃轉換器(flykick converter)(在附圖中未示出)，該回掃轉換器根據(jù)作為輸入電壓的低壓電池14的電壓操作，并且該回掃轉換器的輸出側被連接以提供驅動單元DU的供給電壓Vs。來自回掃轉換器的輸出電壓優(yōu)選地被串聯(lián)調節(jié)器調節(jié)為所需要的值。DC電源20的電壓相對于驅動單元DU的公共參考電勢，即相對于被那個驅動單元驅動的開關裝置Sw#的發(fā)射極是正的。如所示，這個實施例的驅動IC 30包括一組外部端子Tl至T9 ；運算放大器34和 44;內部開關裝置32 (P溝道MOS FET)；內部開關裝置42 (N溝道MOS FET)；驅動控制電路 50，其接收驅動操作信號g*#(* = u, ν, w, c;# = ρ，η)；以及參考電壓源36，用于產(chǎn)生參考電壓Vref。驅動控制電路50產(chǎn)生操作控制信號，該操作控制信號根據(jù)用于指示被驅動開關裝置Sw#的接通和關斷命令的驅動操作信號g*#將運算放大器34分別設置在運行和不運行狀態(tài)中，并且根據(jù)用于指示被驅動開關裝置Sw#的關斷和接通命令的驅動操作信號g紳將運算放大器44分別設置在運行和不運行狀態(tài)中。被驅動開關裝置Sw#的發(fā)射極經(jīng)由IC 30的端子T8連接到驅動電路的公共參考電勢。DC電源20經(jīng)由電阻器22和端子Tl連接到內部開關裝置32的輸入端子(源極)。當驅動操作信號g*#指示接通命令時(即，在運算放大器34運行時)，運算放大器34向開關裝置32的柵極施加控制(電壓)信號，運算放大器34的非反向輸入端子(non inverting input terminal)被連接以接收參考電壓Vref。參考電壓Vref相對于公共參考電勢是正的，并且小于DC電源20的供給電壓Vs。供給電壓Vs也經(jīng)由電阻器22和端子 T3被施加到運算放大器34的反相輸入端子。由此通過運算放大器34和開關裝置32形成穩(wěn)定電流電路，其中，從運算放大器34的輸出端子向開關裝置32的柵極施加的控制信號將在電阻器22上的電壓降調節(jié)為預定恒定值(等于電源電壓Vs減去參考電壓Vref)。恒定電流(正充電電流)由此經(jīng)由電阻器22和開關裝置32流過充電路徑到達被驅動開關裝置 Sw#的柵極。運算放大器34的輸出端子經(jīng)由錯誤操作防止電阻器38和端子T4連接到DC電源 20。在驅動操作信號8*#指示關斷命令時(即，當通過驅動控制電路50停止運算放大器34 的運行時)，開關裝置32的柵極經(jīng)由電阻器38被上拉到供給電壓電勢Vs，由此中斷電流通過經(jīng)由開關裝置32的充電路徑的流動。
保護電阻器40連接在開關裝置32的柵極和源極端子之間，用于防止大于柵極至源極耐壓的電壓的施加。被驅動開關裝置Sw#的柵極也經(jīng)由端子T5連接到內部開關裝置42的漏極。開關裝置42的源極經(jīng)由端子T6和電阻器M連接到被驅動開關裝置Sw#的發(fā)射極。運算放大器44的非反向輸入端子連接到參考電壓Vref，而運算放大器44的非反向輸入端子經(jīng)由端子T7連接到電阻器M和開關裝置42的源極的連接點。在驅動操作信號g*#指示關斷命令時(即，當通過驅動控制電路50使能運算放大器44的運行時)，運算放大器44向開關裝置42的柵極施加控制信號，由此將在電阻器對上的電壓降保持得恒定 (等于參考電壓Vref)。穩(wěn)定電流電路因此由運算放大器44和開關裝置42形成，由此穩(wěn)定值的放電電流從開關裝置Sw#的柵極經(jīng)由開關裝置42和電阻器M流過充電路徑。在驅動操作信號g*#指示接通命令時(即，當通過驅動控制電路50禁止運算放大器44的運行時)，經(jīng)由錯誤操作防止電阻器46將運算放大器44的輸出端子下拉到公共參考電勢，由此中斷通過開關裝置42的電流流動。保護電阻器48連接在開關裝置42的柵極和源極端子之間，用于防止施加比開關裝置42的柵極至源極耐壓高的電壓。驅動單元DU的電阻器22和M被布置在驅動IC 30之外，以便使得驅動IC 30能夠被做得更緊湊，并且具有更大的應用普遍性，因為可以通過調整電阻器22和對來容易地調整充電和放電電流的值。對于在圖2中所示的電路配置，驅動IC 30的整體大小基本上取決于開關裝置32 和42的額定能力，S卩，取決于可以經(jīng)由開關裝置32和42提供的充電/放電電流的最大電平以及由這些開關裝置可以產(chǎn)生的最大可允許熱量。對于這個實施例，如果必須以比對于圖 2的電路配置可允許的開關速度或開關操作頻率更高的開關速度或更高的開關操作頻率來驅動開關裝置Sw#，則外部開關裝置可以連接到驅動IC 30，以將充電/放電電流傳到開關裝置Sw#的柵極。在該情況下，如圖3中所示配置驅動電路。在此，內部開關裝置32的輸出端子(源極)經(jīng)由驅動IC 30的端子Tl連接到第一外部開關裝置(P溝道MOS FET) 60的控制端子(柵極)，而內部開關裝置42的源極類似地經(jīng)由端子T6連接到第二外部開關裝置(N溝道MOS FET)64的柵極。開關裝置60的源極經(jīng)由電阻器22連接到DC電源20的供給電壓Vs，并且，開關裝置60的漏極連接到開關裝置 Sw#的柵極。開關裝置32的漏極經(jīng)由端子T2連接到開關裝置Sw#的輸出端子(發(fā)射極)， 艮口，連接到公共參考電勢。在電阻器22和外部開關裝置60的源極之間的連接點經(jīng)由端子 T3連接到運算放大器34的反相輸入端子。對于這個電路，成對的開關裝置(FET) 32,60和42、64的每對以達林頓 (darlington)配置連接。通過運算放大器34與開關裝置32和60形成穩(wěn)定電流電路，由此，被施加到開關裝置32的柵極的、來自運算放大器34的輸出端子的控制信號將在電阻器 22上的電壓降調節(jié)為預定值(Vs減去Vref)。充電電流的預定恒定值由此通過經(jīng)由開關裝置60的充電路徑到達(被傳送到)開關裝置Sw#的柵極。外部開關裝置64的柵極經(jīng)由端子T6連接到開關裝置42的源極，而開關裝置64 的源極經(jīng)由電阻器M連接到被驅動開關裝置Sw#的發(fā)射極(即，連接到公共參考電勢)，并且，開關裝置64的漏極連接到開關裝置Sw#的柵極。開關裝置42的漏極經(jīng)由端子T5連接到DC電源20的電壓Vs。
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當運算放大器44運行時，來自運算放大器44的輸出端子的控制信號被施加到開關裝置42的柵極，因此被施加到開關裝置64的柵極，使得在電阻器M上的電壓降固定在預定值(Vref)。預定值的放電電流因此從開關裝置Sw#的柵極通過經(jīng)由開關裝置64和電阻器M的充電路徑。保護電阻器62連接在開關裝置60的柵極和源極之間，并且，保護電阻器66連接在開關裝置64的柵極和源極之間。圖4是用于配置這個實施例的驅動單元DU的基本過程的流程圖。首先在步驟SlO 中，獲取請求信息，該請求信息指定被驅動開關裝置Sw#的開關速度和開關頻率。接下來， 在步驟S12中，基于所獲取的請求信息來決定內部開關裝置32和42是否可用來將充電/ 放電驅動電流傳到開關裝置Sw#的柵極。根據(jù)開關裝置32和42的額定電流值是否在用于實現(xiàn)指定的開關速度所需的值之上和在指定的開關頻率下的操作期間在驅動IC 30內產(chǎn)生的熱量是否在可允許的極限值之下來進行這個決定。如果在步驟S12中進行否定決定， 則然后執(zhí)行步驟S14，其中，決定使用外部開關裝置(60和64)，并且這些開關裝置然后以在圖3中所示的配置連接到驅動IC 30。然而，如果在步驟S12中存在“是”決定，則執(zhí)行步驟 S16，其中，決定在驅動IC 30中的內部開關裝置(32和42)要用于將充電/放電電流傳到開關裝置Sw#的柵極，并且驅動單元DU的配置如上面的圖2中所示。使用這個實施例來提供下面的效果(1)如果要向開關裝置Sw#的柵極提供的驅動/放電電流的所需電平或開關頻率超過驅動IC 30的額定能力，則外部開關裝置可以連接到驅動IC 30以通過(傳送)驅動電流。這些外部開關裝置分別以達林頓配置連接到內部開關裝置，即，每一個外部開關裝置的柵極連接到對應的內部開關裝置的輸出端子(源極)。因此，驅動IC 30的操作模式不變，與是否使用外部開關裝置無關，即，通過從運算放大器34、44的輸出端子分別向開關裝置32、42的柵極施加的控制信號來執(zhí)行恒定電流控制，用于將在電阻器22、42上的電壓降保持在恒定的預定值。與這樣的配置類似，當來自運算放大器(34或44)的輸出端子的控制信號將對應的內部開關裝置(32或4 設置到不導通狀態(tài)時，通過對應的充電路徑的驅動電流的傳送被中斷，而與充電路徑是否經(jīng)由內部開關裝置無關。(2)電阻器22和M外部連接到驅動IC 30。因此，這些電阻器的值可以被容易地調整以設置充電/放電電流所需的值，在每一個電阻器上的電壓降的值不變，而與是否使用外部開關裝置60和64無關。第二實施例將參考圖5來描述第二實施例，該描述僅基于與第一實施例的特征不同的特征。 與在圖2中的裝置對應的在圖5中的裝置被與圖2的附圖標號對應的附圖標號指示。對于第二實施例，像對于第一實施例那樣配置驅動IC 30。然而，當外部開關裝置60和64連接到驅動IC 30時，使用達林頓配置，其中，開關裝置32的操作漏極 (operation-drain)經(jīng)由端子T2連接到開關裝置60的漏極。流過開關裝置32的電流由此有助于向開關裝置Sw#的柵極提供的穩(wěn)定的充電電流。第三實施例將參考圖6來描述第三實施例，該描述僅基于與第一實施例的特征不同的特征。與上面在圖2中的裝置對應的在圖6中的裝置被與圖2的附圖標號對應的附圖標號指示。
對于上面的實施例，當使用外部開關裝置(60，64)時，分別經(jīng)由內部開關裝置32 和42向外部開關裝置的柵極施加控制信號。然而，當被驅動的開關單元Sw#的開關速度和/或開關頻率高時，可能優(yōu)選的是，直接地向外部開關裝置的柵極施加(來自運算放大器 34、44的輸出端子的)控制信號。通過下面的實施例來提供這個特征。
如圖6中所示，這個實施例的驅動IC 30包含內部轉接電路70 (被簡單地指示為轉接開關)，內部轉接電路70被控制來在其中運算放大器34的輸出分別連接到開關裝置 32的柵極和IC 30的端子Tl的狀態(tài)之間改變。驅動IC 30還包含內部轉接電路72，內部轉接電路72被控制來執(zhí)行在其中運算放大器44的輸出端子分別連接到開關裝置42的柵極和端子T6的狀態(tài)之間的轉接。
轉接電路70和72的每一個被經(jīng)由驅動IC 30的專用外部輸入端子TlO輸入的、 從外部提供的轉接操作信號控制。當運算放大器34和44的輸出端子分別通過轉接電路70 和72連接到開關裝置32和42的柵極時，驅動IC 30的電路配置有效地(效果上)變得如對于第一實施例在圖1中所示的那樣。
當轉接電路70和72被控制來將運算放大器34和44的輸出端子分別連接到驅動 IC 30的端子Tl和T6，并且外部電阻器22和M與外部開關裝置60和64如上面的圖3中所示的連接到驅動IC 30的端子T1、T3和T6、T7時，驅動電路操作變得類似于對于圖3所述的驅動電路操作。然而，在該情況下，分別從運算放大器34和44的輸出端子(分別經(jīng)由端子Tl和Τ6)直接地向開關裝置60和64的柵極施加控制信號，以調節(jié)充電/放電電流并且使能/中斷這些電流流動。
除了對于第一實施例描述的效果(2)之外，對于第三實施例提供下面的效果
(3)通過提供被向專用外部輸入端子(TlO)施加的外部提供的轉接信號控制的轉接電路(70和72)，通過利用在驅動電流充電路徑中連接的外部開關裝置，可以不使用外部開關裝置(60，64)地將驅動單元容易地從適合于驅動在較低開關速度和/或較低開關頻率下操作的開關裝置Sw#的配置改變?yōu)檫m合于驅動在高開關速度和/或高開關頻率下操作的開關裝置配置。
第四實施例
將在下面參考圖7描述第四實施例，該描述僅基于與第三實施例的特征不同的特征。圖7示出這個實施例的驅動IC 30，與在上面的圖6中的裝置對應的裝置被與圖6的附圖標號對應的附圖標號指示。
對于這個實施例，基于向端子T4施加的供給電壓的值Vs來控制轉接電路70和 72。具體地說，這個實施例的驅動IC 30包含比較器74和閾值源76。比較器74將供給電壓Vs與由閾值源76產(chǎn)生的閾值電壓Vth作比較，并且根據(jù)由比較器74產(chǎn)生的結果輸出信號來操作轉接電路70和72，S卩，根據(jù)是否要使用外部開關裝置(60，64)來預定供給電壓值 Vs。
可以設想用于按照將轉接電路70和72設置為期望的狀態(tài)所要求的那樣將供給電壓值Vs調整為大于或小于閾值電壓Vth的各種方法。例如，供給電壓源20可以被實現(xiàn)為回掃轉換器，回掃轉換器根據(jù)(上面圖1中示出的)低壓電池14操作。在該情況下，可以通過改變回掃調節(jié)器的開關裝置操作的占空比來改變供給電壓Vs。或者，如果回掃轉換器包括串聯(lián)調節(jié)器，則可以通過調整該串聯(lián)調節(jié)器來改變供給電壓Vs的值。
除了對于第一實施例描述的效果(2)之外，對于第四實施例提供下面的效果
(4)通過基于向端子T4施加的供給電壓的值來控制轉接電路70和72的操作，可以不需要在驅動IC 30上設置另外的端子(例如，在圖6中的端子T10)來執(zhí)行這個控制。
第五實施例
將在下面參考圖8描述第五實施例，圖8示出這個實施例的驅動IC30，該描述僅基于與第三實施例的特征不同的特征。在圖8中，與上面的圖6中的裝置對應的裝置被與圖 6的附圖標號對應的附圖標號指示。
對于如圖8中所示的這個實施例，驅動IC 30包含轉接操作電路78，轉接操作電路 78基于在預定持續(xù)時間的間隔期間經(jīng)由驅動IC 30的端子T9輸入的控制信號來控制轉接電路70和72的操作。那個間隔在當開始施加電力以操作驅動IC 30時的點開始。通常， 驅動操作信號g*#被施加到端子T9。然而，在(在緊接著向驅動IC 30的電力接通后的) 上述間隔期間，逆變器IV和轉換器CV還沒有開始操作。因此，用于設置轉接電路70和72 的狀態(tài)的控制信號可以經(jīng)由端子T9被輸入，并且在那個間隔期間被使用。
取代僅在上述的初始間隔期間向轉接操作電路78提供信號，可以設想轉接操作電路78利用輸入端子T9的其他方式。例如，在驅動IC 30中產(chǎn)生的熱量根據(jù)通過驅動IC 30驅動開關裝置Sw#的開關頻率的增大而增大。因此，將轉接操作電路78配置來檢測驅動操作信號g*#d的開關頻率，并且判斷該頻率是否超過預定閾值。如果超過閾值，則轉接操作電路78將相對于那個狀態(tài)(S卩，用于使得能夠經(jīng)由外部開關裝置(60，64)來提供驅動電流的狀態(tài))適當?shù)乜刂妻D接電路70、72。
除了對于第一實施例描述的效果(2)之外，對于第五實施例提供下面的效果
(5)通過基于經(jīng)由現(xiàn)有輸入端子(即，也用于輸入驅動操作信號g*#的端子)施加的輸入信號控制轉接電路70和72的操作，可以最小化所需的驅動IC 30的端子的數(shù)量。
第六實施例
將在下面參考圖9描述第六實施例，圖9示出這個實施例的驅動單元DU，該描述僅基于與第三實施例的特征不同的特征。在圖9中，與上面的圖6中的裝置對應的裝置被與圖6的附圖標號對應的附圖標號指示。
對于這個實施例，驅動IC 30還包含外部輸入端子Tlla、Tllb、TUa和T12b、參考電壓源86和94、比較器82、84、90和92以及或門88和96，并且轉接電路70和72被轉接操作電路100控制。除了對于第三實施例描述的功能之外，當由被驅動開關裝置通過(傳送)的電流的電平或其操作溫度變得過高時，驅動IC 30停止被驅動開關裝置Sw#(或并聯(lián)的被驅動開關裝置)的操作。具體地說，如圖9中所示，分流電阻器80被連接以從開關裝置Sw#的感測端子乂接收微小的電流，并且向端子Tlla施加在分流電阻器80上的電壓降。 來自感測端子^的電流的電平與通過開關裝置Sw#的電流的電平相關。對于另外的被驅動開關裝置得出的對應的電壓降可以被施加到端子Tllb，并且比較器82和84將電壓降的這些值的每一個與來自參考電壓源86的參考電壓Vl作比較。Vl的值等于與通過開關裝置電流的最大可允許值對應的、在電阻器80上的電壓降的值。
用于表示來自比較器82和84的輸出值的邏輯和的信號被或門88獲得，并且被輸入到驅動控制電路50。驅動控制電路50被配置來當通過開關裝置Sw#的電流的電平變得過高時，通過暫停運算放大器34、44的操作并且由此強制地將開關裝置Sw#設置在關斷狀態(tài)中來響應于那個信號。該電路優(yōu)選地被配置使得當這個狀況出現(xiàn)時，在開關裝置Sw#的柵極中存儲的電荷被強制放電，然而，為了說明簡單，從圖9省略這一點。
此外，如圖9中所示，溫度感測二極管SD檢測開關裝置Sw#的溫度，并且產(chǎn)生對應的輸出電壓，該對應的輸出電壓相對于開關裝置Sw#的溫度相反地改變，并且被施加到端子Tib。比較器90和92將被施加到端子Tib和T12b的輸入電壓值分別與參考電壓V2 作比較。V2的值等于與開關裝置Sw#的最大可允許溫度對應的、來自傳感器二極管SD的輸出電壓。96獲得來自比較器90和92的輸出的邏輯和，并且，用于表示那個邏輯和的信號被輸入到驅動控制電路50。驅動控制電路50由此操作使得如果向端子T12a、T12b的輸入電壓的任何一個下降得低于閾值電壓V2，則停止運算放大器34、44的運行，并且由此將開關裝置Sw#強制設置在關斷狀態(tài)中。在圖9中所示的情況中，向端子T12b固定地施加供給電壓Vs (即，它大于參考電壓V2)。
當如圖10中所示驅動操作信號護#用于驅動一對并聯(lián)的被驅動開關裝置S#1、S#2 時，向端子Tllb施加根據(jù)通過第二被驅動開關裝置S#2的電流電平的(在電阻器81上的) 電壓降，同時向端子T12b施加來自第二被驅動開關裝置的溫度感測二極管的電壓，而不是供給電壓Vs。對于那種配置，被驅動開關裝置S#1、S#2兩者當通過這些的任何一個的電流電平超過最大可允許值時或當它們的任何一個超過最大可允許溫度值時被強制設置在關斷狀態(tài)中。
當諸如IGBT的并聯(lián)開關裝置被驅動單元DU驅動時，內部開關裝置(32，42)變得難以提供足夠的充電/放電驅動電流，使得一般需要將外部開關裝置(60，64)連接到驅動 IC 30。因此，對于這個實施例，轉接操作電路100被配置來基于向端子T12b施加的電壓值判斷是否正在驅動單個被驅動開關裝置或并聯(lián)的被驅動開關裝置。當那個值是用于指示僅連接了單個被驅動開關裝置的供給電壓Vs時，轉接操作電路100設置如圖9中所示的轉接電路70、72，以經(jīng)由內部開關裝置32、42向開關裝置Sw#的柵極提供充電/放電電流。當在端子T12b處的電壓小于Vs( S卩，在由溫度感測二極管產(chǎn)生的值的范圍中)時，這指示正在驅動并聯(lián)的開關裝置，如圖10中所示。轉接操作電路100通過下述方式來響應設置如圖10中所示的轉接電路70、72，以使得外部開關裝置(60，64)能夠連接在被驅動開關裝置 S#l、S#2的柵極的充電路徑中。
除了對于第一實施例描述的效果(2)之外，對于第六實施例提供了下面的效果
(5)因為根據(jù)被施加到驅動IC 30的現(xiàn)有端子(T12b)的信號(電壓值)而操作開關70和72，這些開關的控制不要求在驅動IC 30的端子數(shù)量上的增加。
替代實施例
本發(fā)明不限于上面的實施例，并且可以例如設想這些實施例的各種修改如下。
用于恒定電流電路的電阻器
已經(jīng)對于使用位于IC 30之外的兩個電流確定電阻器(current-determining resistors) (22,24)的情況描述了上面的實施例。然而，可能優(yōu)選的是，將這些電阻器的每一個的一部分布置在驅動IC 30內部，并且將剩余部分構成為外部連接的電阻器。其原因如下。當外部開關裝置(60，64)連接到驅動部開關裝置進行改變，則必須減小電流確定電阻器22和M的值。然而，如果每一個電阻器由兩個部分構成(一個部分在驅動IC 30外部，另一個部分形成在驅動IC 30內)，則這兩個部分當僅使用內部開關裝置(32，42)時可以串聯(lián)以控制充電/放電驅動電流，而當連接外部開關裝置(60，64)時僅使用內部部分。
或者，為了實現(xiàn)相同的效果，當僅使用內部開關裝置(32，42)時，使用每一個電流確定電阻器的內部部分，而當外部開關裝置(60，64)被連接時，并聯(lián)該兩個部分。
此外，可能要求該驅動電路適用于如下的被驅動開關裝置，每一個被驅動開關裝置要求相同的穩(wěn)定充電/放電電流值，但是要以各種不同的開關頻率來操作被驅動開關裝置。在該情況下，可以基于開關頻率的值來確定是否僅使用內部開關裝置32、42或也使用外部開關裝置60、64，并且，可以完全在驅動IC 30內形成電阻器22、24的每一個。
此外，如果這些電阻器22、24的每一個完全形成在驅動IC 30內并且必須調整充電/放電電流值，則有可能在驅動IC 30上提供外部連接端子，以使得能夠調整電阻器22、 24的值。
或者，例如，可以通過向電阻器22施加電壓來調整充電電流，以便在將在電阻器上的電壓降保持不變的同時獲得所需要的電流值。
電流穩(wěn)定電路
本發(fā)明不限于使用MOS FET作為開關裝置32、42和60、64，即作為電流穩(wěn)定電路并且用于使能/中斷驅動電流的部件。等同地可能的是，例如使用雙極晶體管等。
此外，不必使用單個開關裝置來用于控制充電/放電電流。等同地可能的是，使用相應的晶體管電路，例如，其中，一個雙極晶體管的基極連接到第二雙極晶體管的集電極， 并且在第一晶體管的集電極和基極之間連接電阻器，并且在第二晶體管的基極和發(fā)射極之間連接電阻器。
此外，有可能使用與開關裝置串聯(lián)的電流調節(jié)二極管來構成每一個穩(wěn)定電流電路。
在該情況下，有可能執(zhí)行這樣的穩(wěn)定電流電路的開關裝置的重復的通/斷轉換 (即，具有受控的占空比)以控制每一個驅動電流值，而不是使用運算放大器。此外，在該情況下，可以根據(jù)這些開關裝置是否位于驅動單元的集成電路的內部或外部來不同地確定驅動電流值(通/斷轉換的占空比)。通過在集成電路內提供控制電路以控制重復的通/斷轉換和用于控制每一個穩(wěn)定的驅動電流的使能/中斷，可以實現(xiàn)寬的適用范圍。
被驅動開關裝置的類型
本發(fā)明不限于應用到驅動IGBT，并且例如等同地適用于驅動P溝道MOS FET0在該情況下，必須從被驅動開關裝置的柵極傳送放電電流(即，減少正電荷)，以將該裝置設置在接通狀態(tài)中，并且提供充電電流(增加正電荷)以將開關裝置設置在關斷狀態(tài)中。
用于在內部和外部開關裝置的使用之間轉接的檢測電路
對于上面的第六實施例，基于檢測(另外的被驅動開關裝置的)外部傳感器二極管SD是否連接到驅動IC 30的特定端子(T12b)來執(zhí)行在用于單獨使用內部開關裝置00， 42)和用于也使用外部開關裝置(60，64) (S卩，轉接電路70、72的控制)的配置之間的轉接。 然而，例如，等同地可能的是，基于檢測外部分流電阻器(81)是否連接到驅動IC 30的特定端子(Tllb)而執(zhí)行這樣的轉接，該外部分流電阻器(81)即是用于檢測來自另外的被驅動開關裝置的電流感測端子M的電流的分流電阻器。
其他點
本發(fā)明不限于用于驅動在車輛的功率轉換電路(DC/AC逆變器)內的轉換裝置以向車輛的主驅動電機供電的驅動電路。例如，這樣的驅動單元可以被應用到連接到高壓電池的DC/AC逆變器，以操作車輛的空調器設備。
此外，本發(fā)明不限于連接到高壓電池，并且可以被應用到從低壓電池供電的升壓轉換器的逆變器，以操作車輛的電驅動動力轉向設備。
有可能省略錯誤操作防止電阻器38和46或省略保護電阻器40、48、62和66，以減少組成零件的數(shù)量。具體地說，可以通過配置運算放大器34和44的內部電路，以執(zhí)行保護電阻器功能來省略保護電阻器40、48。
在所附的權利要求中，應當明白，在一般的意義上使用被應用到驅動電流的術語 “充電”，以表示傳送正電荷的電流或傳送負電荷(減少正電荷量)的電流(放電電流)。
權利要求
1.一種驅動電路，用于驅動壓控類型的被驅動開關裝置，所述驅動電路包括集成電路， 并且包括用于向所述被驅動開關裝置的控制端子提供充電電流的充電路徑，其中所述驅動電路包括電阻器和外部開關裝置，在所述充電路徑中所述電阻器與所述外部開關裝置的輸入端子和輸出端子串聯(lián)，并且其中所述集成電路包括內部開關裝置，其以達林頓配置連接到所述外部開關裝置；以及控制電路，其被配置來向所述內部開關裝置的控制端子施加控制信號，以將在所述電阻器上的電壓降調節(jié)為預定值。
2.根據(jù)權利要求1所述的驅動電路，其中所述控制電路響應于外部提供的驅動操作信號，以控制所述內部開關裝置來選擇性地使能和中斷電流通過所述充電路徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的驅動電路，其中所述充電路徑用于向所述被驅動開關裝置的所述控制端子提供正電荷，并且所述內部開關裝置的輸出端子連接到所述被驅動開關裝置的輸出端子。
4.根據(jù)權利要求1所述的驅動電路，其中所述充電路徑用于向所述被驅動開關裝置的所述控制端子提供正電荷，并且所述內部開關裝置的輸出端子連接到所述外部開關裝置的所述輸出端子。
5.根據(jù)權利要求1所述的驅動電路，其中所述充電路徑用于向所述被驅動開關裝置的所述控制端子提供負電荷，并且所述內部開關裝置的輸出端子連接到所述外部開關裝置的控制端子。
6.根據(jù)權利要求1所述的驅動電路，其中所述電阻器的至少一部分被布置在所述集成電路的外部。
7.—種驅動電路，用于驅動壓控類型的被驅動開關裝置，所述驅動電路包括集成電路， 并且包括用于向所述被驅動開關裝置的控制端子提供充電電流的充電路徑，所述集成電路包括可被控制來調節(jié)電流值的內部開關裝置，以及控制電路，所述控制電路被配置來從輸出端子產(chǎn)生控制信號以選擇性地使能和中斷所述充電電流的流動；其中所述集成電路包括轉接電路，所述轉接電路響應于被施加到所述集成電路的外部輸入端子的轉接操作信號來選擇性地建立第一連接狀態(tài)和第二連接狀態(tài)，在所述第一連接狀態(tài)中，所述控制電路的所述輸出端子連接到所述集成電路的內部元件，由此將所述集成電路的所述內部開關裝置連接到所述充電路徑內，在所述第二連接狀態(tài)中，所述控制電路的所述輸出端子連接到所述集成電路的外部輸出端子。
8.根據(jù)權利要求7所述的驅動電路，包括連接在所述充電路徑中的電阻器，其中在建立所述第一連接狀態(tài)的同時，所述內部開關裝置的控制端子變?yōu)檫B接到所述轉接電路的所述輸出端子，并且所述控制電路被配置來將在所述電阻器上的電壓降調節(jié)為預定值。
9.根據(jù)權利要求8所述的驅動電路，其中所述外部輸入端子專用于所述轉接操作信號。
10.根據(jù)權利要求8所述的驅動電路，其中所述驅動電路用于驅動單個被驅動開關裝置或串聯(lián)的多個被驅動開關裝置，所述集成電路包括專用于狀況檢測信號的多個外部狀況檢測輸入端子，所述狀態(tài)檢測信號表示所述多個被驅動開關裝置的相應的一些的檢測狀況值，以及所述集成電路包括轉接操作電路，所述轉接操作電路被配置為判斷所述外部狀況檢測輸入端子的特定的一個的輸入信號狀態(tài)，并且當判斷狀況檢測信號正在被施加到所述特定外部狀況檢測輸入端子時，操作所述轉接電路以將所述控制電路的所述輸出端子連接到所述集成電路的所述外部輸出端子。
11.根據(jù)權利要求8所述的驅動電路，其中根據(jù)是否要求所述控制電路連接到所述外部輸出端子來將向所述集成電路的電源輸入端子施加的電源電壓的值設置為分別不同的值，并且其中所述集成電路包括轉接操作電路，所述轉接操作電路被配置來基于判斷被施加到所述電源輸入端子的電壓的所述值來操作所述轉接電路。
12.根據(jù)權利要求8所述的驅動電路，其中所述外部輸入端子共同地用于輸入驅動操作信號，以命令所述控制電路進行所述驅動電流的所述使能和中斷，并且用于輸入所述轉接操作信號，并且其中集成電路包括轉接操作電路，所述轉接操作電路被配置來基于在所述驅動操作信號和所述轉接操作信號之間的差來根據(jù)所述轉接操作信號操作所述轉接電路。
13.根據(jù)權利要求12所述的驅動電路，其中所述轉接操作電路被配置來僅在預定持續(xù)時間的間隔期間根據(jù)所述轉接操作信號來操作所述轉接電路，所述間隔出現(xiàn)在向所述外部輸入端子施加所述驅動操作信號的開始之前。
14.根據(jù)權利要求8所述的驅動電路，其中所述電阻器的至少一部分被布置在所述集成電路的外部。
15.一種用于制造包含集成電路的驅動電路的方法，所述驅動電路被配置來通過經(jīng)由充電路徑提供充電電流以對壓控型的被驅動開關裝置的控制端子充電來驅動所述被驅動開關裝置，所述方法包括形成步驟，用于在所述集成電路中形成內部開關裝置和控制電路，所述控制電路用于控制所述內部開關裝置，以選擇性地使能和中斷所述充電電流的流動；判斷步驟，用于判斷是否要經(jīng)由所述內部開關裝置傳送所述充電電流，所述判斷基于所述被驅動開關裝置的利用要求；當在所述判斷步驟中得出否定決定時執(zhí)行的下述外部連接步驟，在所述集成電路外部設置外部開關裝置，并且將所述外部開關裝置連接到所述被驅動開關裝置的所述控制端子，并且連接到所述集成電路，以便建立作為經(jīng)由所述外部開關裝置的路徑的所述充電路徑；以及當在所述判斷步驟中得出肯定決定時執(zhí)行的內部連接步驟將所述內部開關裝置連接到所述被驅動開關裝置的所述控制端子，以便建立作為經(jīng)由所述內部開關裝置的路徑的所述充電路徑。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括連接在所述充電電流的流動路徑中的電阻器，其中所述控制電路被配置為產(chǎn)生控制信號，所述控制信號用于將在所述電阻器上的電壓降控制為預定值。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述內部開關裝置和所述外部開關裝置包括相應的晶體管裝置，并且當要經(jīng)由所述外部開關裝置建立所述充電路徑時，所述內部開關裝置以達林頓配置連接到所述外部開關裝置。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括串聯(lián)在所述充電路徑中的電阻器，其中， 向所述集成電路應用的所述形成步驟包括步驟形成所述控制電路，所述控制電路使得將在所述電阻器上的電壓降調節(jié)為預定值， 形成轉接電路，所述轉接電路可被控制來進行在將所述控制電路的輸出端子連接到所述內部開關裝置的控制端子和連接到所述外部開關裝置的控制端子之間的轉接，以及形成轉接操作電路，所述轉接操作電路被配置為根據(jù)被施加到所述集成電路的外部輸入端子的信號來操作所述轉接電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種驅動壓控開關裝置的基于集成電路的驅動電路及制造方法。該驅動電路經(jīng)由充電路徑提供充電電流，以驅動壓控開關裝置的控制端子，在該充電路徑中串聯(lián)有電阻器和開關裝置。在驅動電路的集成電路中的控制電路操作內部開關裝置，以便選擇性地使能/中斷充電電流，并且將在電阻器上的電壓降調節(jié)為固定值。連接在充電路徑中的開關裝置可以根據(jù)被驅動開關裝置的操作要求容易地從內部開關裝置改變到外部開關裝置。
文檔編號H02M1/08GK102545556SQ201110417369
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2010年12月14日
發(fā)明者伊東陽人, 前原恒男, 村穗智之, 永田淳一, 濱中義行 申請人:株式會社電裝