用于驅動IGBT的設備的制作方法

本發明涉及一種用于驅動IGBT的設備，更特別地涉及一種用于驅動高功率IGBT的單電源的設備。

背景技術：

作為一種功率半導體，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)主要廣泛用于300V或更高的電壓區域中，尤其用于高效率高速度功率系統中。

雙電源或單電源用于這種IGBT。

雙電源是指使用正(+)電壓作為接通電壓并且使用負(-)電壓作為斷開電壓來驅動IGBT元件的電源。雙電源具有的優點在于它可以不考慮由米勒電容和雜散電感引起的寄生接通電壓，然而它從安裝成本和空間的視角來看具有缺點。

對比之下，單電源是指使用正(+)電壓作為接通電壓并且使用零(0)電壓作為斷開電壓的電源。單電源從安裝成本和空間的視角來看具有優點，因為它需要使用較少數量的元件，然而它具有的缺點在于可能會由米勒電容和雜散電感引起寄生接通效應。

圖1是示出了常規IGBT單電源驅動器的解釋性視圖，并且圖2是用于解釋由圖1的IGBT單電源驅動器引起的寄生接通效應的圖形。

參考圖1和2，當IGBT的集電極-發射極電壓Vce升高時，由集電極-柵極米勒電容產生電流Icg。集電極-柵極電流Icg能夠根據下面的等式1來獲得。

[等式1]

Icg＝Ccg×(dVce/dt)

集電極-柵極電流Icg由柵極電阻器Rg轉換成電壓。如由圖2中的虛線所指示的，能夠看到，在集電極-發射極電壓Vce的上升沿處生成歸因于柵極電阻器Rg的寄生電壓P。

另外，存在寄生電壓P可能無意地接通IGBT的問題。

技術實現要素：

為了克服上述問題，本發明的方面在于提供一種用于驅動高功率IGBT的設備。

本發明不限于上述方面，并且本領域技術人員將從下面的描述清楚地理解本發明的其他方面。另外，應當理解，本發明的各方面和優勢能夠由權利要求書中闡述的元件和其組合來實現。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于驅動IGBT的設備，其包括：柵極驅動器IC，其被配置為供應用于驅動IGBT的信號；外部電容器，其連接在IGBT的柵極與發射極之間；信號反相器，其被配置為對柵極驅動器IC的輸出信號進行反相；以及開關，其被配置為響應于信號反相器的輸出信號而對外部電容器供電。

在一些實施例中，開關可以在柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時打開外部電容器，并且可以在柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時使外部電容器短路。

在一些實施例中，在柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時，IGBT可以被接通并且開關可以被斷開。

在一些實施例中，在柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時，IGBT可以被斷開，開關可以響應于從信號反相器供應的具有高電平的輸出信號而被接通，并且外部電容器可以用經由被接通的開關供電來充電。

在一些實施例中，信號反相器可以包括NOT門。

在一些實施例中，信號反相器包括用于輸出經反相的信號的開關元件。

[本發明的優勢]

根據本發明的一個實施例，能夠防止歸因于典型IGBT單電源驅動器中包含的柵極-發射極電容器的額外功耗。

因此，能夠提供一種IGBT單電源驅動器，其能夠在沒有額外的消耗的情況下防止寄生接通電壓發生，由此允許驅動器以更高的穩定性和效率進行操作。

附圖說明

圖1是示出了常規IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

圖2是用于解釋由圖1的IGBT單電源驅動器引起的寄生接通效應的圖形。

圖3是示出了典型IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

圖4是示出了根據本發明的一個實施例的IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

圖5是示出了根據本發明的另一實施例的IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

圖6是用于解釋被施加到根據本發明的實施例的IGBT單電源驅動器的信號波形的圖形。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細描述本發明的各方面、特征和優勢，使得本領域技術人員能夠容易滴實踐本發明的技術構思。在本發明的下面的詳細描述中，關于相關功能或構造的詳盡描述將在認為那些功能和/或構造可能不必要地使本發明的主旨模糊不清的情況下被省略。

現在將參考附圖詳細描述本發明的一些優選實施例。在各附圖中，相同的或相似的元件由相同的附圖標記指示。

圖3是示出了典型IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

參考圖3，提供了典型IGBT單電源驅動器以克服參考圖1和圖2描述的問題，并且該典型IGBT單電源驅動器包括用于通過IGBT柵極端施加控制信號的柵極驅動器IC。柵極驅動器IC含有具有主動米勒鉗位功能的鉗位端310。另外，外部電容器(Cge_ext)320被置于IGBT的柵極與發射極之間。作為參考，主動米勒鉗位功能是指以主動的方式減少由存在于IGBT的柵極與漏極之間的米勒電容產生的電振動的功能。

即，通過防止在通過柵極驅動器IC的鉗位端310對電流Icg進行放電的同時通過外部電容器320的充電/放電生成寄生接通電壓，IGBT單電源驅動器用于在沒有歸因于寄生接通電壓的生成的故障的情況下被驅動。

因此，因為IGBT的驅動的穩定性隨著外部電容器320的電容的增大得到改善，所以電路可以被配置以便通過電容器的并行連接使外部電容器320的電容最大化。

然而，在這種情況下，除了用于接通/斷開IGBT的功率，還需要對外部電容器320進行充電/放電的功率。

換言之，能夠根據下面的等式2來獲得用于僅驅動IGBT元件的功率Pg。

[等式2]

Pg＝V×Qg×f_c

其中，V是驅動電壓，Qg是柵極電荷，并且f_c是開關頻率。

然而，當添加了圖3中示出的外部電容器320時，根據下面的等式3來獲得由IGBT單電源驅動器需要的功率Pg。

[等式3]

Pg＝(V×Qg×f_c)+(Cge×f_c×V²)

其中，Cge是柵極-發射極電容。

即，如圖3所示的典型IGBT單電源驅動器需要用于對電容器320的柵極-發射極1進行充電/放電的功率。

圖4是示出了根據本發明的一個實施例的IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

參考圖4，除了如圖3所示的典型IGBT單電源驅動器之外，根據本發明的一個實施例的IGBT單電源驅動器還包括連接到柵極驅動器IC的輸出端的信號反相器430和用于與信號反相器430的輸出信號一致地開關施加到外部電容器420的功率的開關440。

柵極驅動器IC輸出與輸入控制信號一致的IGBT的驅動信號。

從柵極驅動器IC輸出的驅動信號經由開關元件Q1和Q2以及柵極電阻器Rg被輸入到IGBT元件的柵極端。在這種情況下，如早前所描述的，電流Icg在IGBT的集電極與柵極之間流動并經由柵極電阻器Rg被轉換成寄生接通電壓。

如以上所描述的，提出了如圖3所示的IGBT單電源驅動器來克服該問題。該IGBT單電源驅動器防止在經由柵極驅動器IC的鉗位端對電流Icg進行放電的同時通過外部電容器的充電/放電生成寄生接通電壓。因此，IGBT單電源驅動器用于在沒有歸因于寄生接通電壓的生成的故障的情況下被驅動。

然而，上述典型IGBT單電源驅動器需要用于驅動外部電容器的額外功率。

為了克服這個問題，如圖4所示，除了上述典型IGBT單電源驅動器之外，根據本發明的一個實施例的IGBT單電源驅動器包括信號反相器430(例如NOT門等等)和開關440(例如晶體管)。更具體地，根據本發明的一個實施例的IGBT單電源驅動器包括連接在IGBT的柵極G與發射極E之間的外部電容器420，用于對柵極驅動器IC的輸出信號進行反相的信號反相器430以及用于基于信號反相器430的輸出信號來對外部電容器420供電的開關440。

換言之，連接到柵極驅動器IC的輸出端的信號反相器430將通過對施加到IGBT的信號進行反相獲得的經反相的信號施加到開關440，然后通過開關440向外部電容器420供電。因此，當柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時，用于接通IGBT的功率能夠完全用作IGBT的驅動信號。相反，當柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時，驅動信號用于借助于信號反相器430對外部電容器420進行充電，由此防止額外功耗。

即，信號反相器430用于在柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時輸出Off信號以打開外部電容器420，并且用于在柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時輸出On信號以使外部電容器420短路。

因此，能夠在沒有用于外部電容器420的充電/放電的額外功耗的情況下克服IGBT單電源驅動器的寄生接通電壓問題。

圖5是示出了根據本發明的另一實施例的IGBT單電源驅動器的解釋性視圖。

參考圖5，根據本發明的另一實施例的IGBT單電源驅動器包括信號反相器435，其包括開關元件而非圖4中示出的IGBT單電源驅動器中的NOT門。

如參考圖4所描述的，從柵極驅動器IC供應的驅動信號被施加到IGBT的柵極端，并且其經反相的信號經由開關440被施加到外部電容器420。對比之下，圖5示出了一種修改，其中信號反相器435被配置有開關元件而非NOT門。

具體地，信號反相器435利用諸如晶體管的開關元件來實現，并且當柵極驅動器IC的輸出電壓被施加到晶體管的基極時，在晶體管的集電極端處產生的輸出信號用作開關440的輸入信號。因此，施加到IGBT的柵極端的柵極驅動器IC的驅動信號的經反相的信號經由信號反相器435施加到開關440。

然而，該實施例僅僅是說明性的，并且本領域技術人員應當理解，用于生成柵極驅動器IC的輸出信號的經反相的信號并將經反相的信號供給開關440的信號反相器435可以根據本領域中已知的任何方案來實現。

如以上所描述的，連接到柵極驅動器IC的輸出端的信號反相器435將施加到IGBT的信號的經反相的信號施加到開關440，并且經由開關440向外部電容器420供電。因此，當柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時，用于接通IGBT的功率能夠完全用作IGBT的驅動信號。相反，如以上參考圖4所描述的，當柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時，驅動信號用于借助于信號反相器435對外部電容器420進行充電，由此防止額外功耗。

即，信號反相器435用于在柵極驅動器IC的輸出信號具有高電平時輸出Off信號以打開外部電容器420，并且用于在柵極驅動器IC的輸出信號具有低電平時輸出On信號以使外部電容器420短路。

因此，如以上所描述的，能夠在沒有用于外部電容器420的充電/放電的額外功耗的情況下克服IGBT單電源驅動器的寄生接通電壓問題。

圖6是用于解釋被施加到根據本發明的實施例的IGBT單電源驅動器的信號波形的圖形。

參考圖6，用于驅動開關440的信號Q3具有與柵極驅動器IC的輸出信號OUT相反的波形。這使得能夠在沒有額外功率的供應的情況下提供用于外部電容器的充電/放電的功率。

這種效應被示出以允許IGBT單電源驅動器以相對少的功率進行操作同時允許IGBT單電源驅動器在使用相同的功率時以更高的穩定性和效率進行操作。

換言之，因為甚至在使用具有高電容的外部電容器或者外部電容器由許多電容器的并行連接實現時，寄生接通電壓隨著外部電容器的電容的增大而被抑制，根據本發明的實施例的IGBT單電源驅動器具有如下優點：其能夠以比典型IGBT單電源驅動器更少的功耗進行操作。

總之，根據本發明的實施例的IGBT單電源驅動器包括：柵極驅動器IC，其用于輸出用于驅動IGBT的控制信號；外部電容器，其連接在IGBT的柵極與發射極之間；信號反相器，其用于對柵極驅動器IC的輸出信號進行反相；以及開關，其用于當開關響應于信號反相器的輸出信號而被接通時對外部電容器供電。開關響應于從柵極驅動器IC輸出的信號的經反相的信號而被接通并且因此以與IGBT相反的方式來驅動。即，當IGBT被斷開時，柵極驅動器IC的輸出信號被信號反相器反相以接通開關并且作為功率被供應給外部電容器。因此，根據本發明的實施例，能夠提供一種IGBT單電源驅動器，其能夠防止歸因于外部電容器的寄生接通電壓并消除來自外部電容器的額外功率，由此允許驅動器以更高的穩定性和效率來應用。

盡管已經描述了某些實施例，但是這些實施例僅僅通過舉例的方式來呈現，并且不旨在限制本公開內容的范圍。實際上，本文描述的新穎的方法和設備可以以各種其他形式來實現；另外，可以在不脫離本公開內容的精神的情況下進行以本文描述的實施例的形式的各種刪節、替代和改變。附圖和其等價要件旨在涵蓋如將落入本公開內容的范圍和精神內的這種形式或修改。