專利名稱：用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種用于電壓驅動型功率開關器件的棚極驅動電路，該電路用于控制所述電壓驅動型功率開關器件的接通與關斷。
通常使用一個場效應晶體管或一個絕緣柵雙極晶體管(此后簡稱為IGBT)作為一個電壓驅動型功率開關器件。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—斷轉換控制。
用于一個IGBT的傳統(tǒng)的柵極驅動電路示于圖6。在圖6中，借助于諸如一對導線等的信號線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—斷轉換進行控制的控制器件2輸出的一個柵極電壓VG。
在這種情況下，所述導線是如下設置的即使由流經(jīng)所述連接到所述IGBT1的源極或漏極導體內(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，從而導致在所述一對導線3中產(chǎn)生一個感應電壓VX。在所述感應電壓VX的極性方向如圖7所示的情況下，當所述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，進而產(chǎn)生一個正反饋作用而使得所述主電流進一步增加。因而就存在有下述危險，即當由于負載短路而使所述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，就會導致所述主電流進一步增加，其結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一步減小。因此，就存在著如下危險，即當由所述控制設備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動型功率開關器件的柵極驅動電路，該電路能對所述的電壓驅動型功率開關設備進行穩(wěn)定的轉換控制。
本發(fā)明的另一個目的就是要提供一種用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，這種電路能夠減少電流經(jīng)電壓驅動型功率開關設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動型功率開關設備的柵極驅動電路，該電路能夠避免由流經(jīng)所述電壓驅動型功率開關設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動型功率開關器件的柵極驅動電路加以實現(xiàn)，所述電路包括控制設備，用于產(chǎn)生一個與所述電路驅動型功率開關設備相關的柵極電壓；和一個連接到所述控制設備的校正設備，用于校正電流經(jīng)所述電壓驅動型功率開關設備所導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動型功率開關器件的柵極上。
通過結合附圖參考下面的詳細描述將對本發(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動型功率開關設備的柵極驅動電路；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動型功率開關器件的柵極驅動電路。
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動型功率開關設備的柵極驅動電路；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動型功率開關設備的柵極驅動電路；圖6的電路圖示出了一個傳統(tǒng)的用于電壓驅動型功率開關設備的柵極驅動電路；和圖7的波形圖用于解釋圖6所示傳統(tǒng)柵極驅動電路的功能。
下面參看附圖，其中相同的參考標號表示整個附圖中相同或相應的部分，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，控制設備2和信號線3與圖6所示之現(xiàn)有技術相同。新提供了一個利用電磁能有源耦合到連接到所述IGBT1源極上一個導體上的耦合導線4。該實施例構成如下即利用所述耦合導線4在所述IGBT1的柵極和漏極之間提供了一個由所述控制設備2輸出的柵極電壓VG。
在前述結構中，當所述的柵極電壓VG是由所述控制設備2輸出并且電流iC流經(jīng)所述IGBT1的源極時，在所述耦合導線4中產(chǎn)生與該電流iC中變化速率dic/dt相對應的感應電壓VY，該感應電壓VY被加到柵極電壓VG上，并且當電流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)所感應電壓VX的正反饋，進而可以施加一個負反饋。
另外，可以以如下方式來配置所述的耦合導線4，即使所述的耦合導線4被提供在靠近IGBT1而插入的一個印刷電路板上，從而使得可以調整所述電磁耦合的耦合系數(shù)。
因此，通過調節(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，即提供了一個能夠對連接到所述IGBT1的漏極進行有源電磁耦合的耦合導線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。該實施例的結構如下由所述控制設備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)之間的信號線3被提供出來。
在前述結構中，當所述柵極電壓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，其作用相當于一個負反饋。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。該實施例的結構如下變壓器6的原邊線圈被串聯(lián)連接到所述IGBT1的漏極一側，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。
在前述結構中，當漏極電流iE流經(jīng)所述IGBT1時，相當于漏極電流iE電流變化速率diE/dt的感應電壓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反饋。例如，當由于負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一步增加，可以避免由于過流而使所述IGBT1損壞。并且當柵極電壓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動型功率開關設備的柵極驅動電路，利用該電路，可以使所述電壓驅動型功率開關設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)定的轉換控制。
可以根據(jù)上述教導對本發(fā)明作出許多修改和變化，因此，應當理解，在所附權利要求之內(nèi)，不需要特別加以描述就能夠實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于電壓驅動型功率開關器件的棚極驅動電路，包括控制裝置，用于產(chǎn)生一個與所述電壓驅動型功率開關設備相關的柵極電壓；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)所述電壓驅動功率開關設備的主電路電流所導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動型功率開關器件的棚極。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于電壓驅動型功率開關設備的柵極驅動電路，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，從而使得當所述的主電路電流增加時，所述的柵極電壓下降，而當所述的主電路電流減小時，所述的柵極電壓增加。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于電壓驅動型功率開并設備的柵極驅動電路，其中，通過調節(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)權利要求1所述用于電壓驅動型功率開關設備的柵極驅動電路，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動型功率開關器件的源極和漏極之一上的一個導體上的耦合導線，且所述的柵極電壓通過所述的耦合導線被施加到所述電壓驅動型功率開關設備的所述柵極上，以用作校正后的柵極電壓。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于電壓驅動型功率開關設備的柵極驅動電路，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，當流經(jīng)所述導體的主電路電流增加時，由于在所述耦合導線中所感應的一個電壓，而使所述柵極電壓減小，而當流經(jīng)所述導體的主電路電流減小時，由于在所述耦合導線中感應的所述電壓而使得柵極電壓增加。
6.根據(jù)權利要求4所述的用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，其中，通過調節(jié)在所述導體和耦合導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)權利要求1所述的用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，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動功率開關器件的漏極一側的阻抗元件，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動型功率開關設備的所述柵極和漏極之間。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，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)權利要求1所述的用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，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動型功率開關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動型功率開關器件的所述柵極和漏極之間。
全文摘要
一種用于電壓驅動型功率開關器件的柵極驅動電路，包括一個用于產(chǎn)生一個與所述電壓驅動型功率開關器件相關的柵極電壓，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)所述電壓驅動型功率開關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動型功率開關設備的柵極。
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)先權日1994年6月6日
發(fā)明者川上和人 申請人:株式會社東芝