柵極驅動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及用于晶體管的柵極驅動器。
【背景技術】
[0002]例如，如對應于US2009/0002054A1的JP2012-147671A中所公開的，可以在柵極驅動器中采用恒流驅動來驅動諸如絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)之類的晶體管的柵極。與恒壓驅動相比，恒流驅動具有上升時的開關損耗小的優點。例如，如JP10-32476A中所公開的，驅動電路可以設置有用于將柵極電壓鉗位到預定電壓的鉗位電路。例如，在IGBT進入過電流狀態時，鉗位電路防止IGBT的柵極電壓增大。
[0003]在進行深入研宄之后，本發明人發現，在柵極驅動器中組合使用恒流驅動和鉗位電路可能導致以下問題。具體地，盡管柵極驅動電流隨著恒壓驅動中柵極電壓的升高而減小，但是不論恒流驅動中柵極電壓是否增大，都有恒定柵極驅動電流流動。為此，存在恒流驅動中的柵極驅動電流大于恒壓驅動中的柵極驅動電流的趨勢。
[0004]例如，鉗位電路具有包括齊納二極管和MOS晶體管的器件。在柵極電壓試圖增大到預定鉗位電壓以上時，鉗位電路執行鉗位動作，該鉗位動作通過使柵極驅動電流經由器件而被吸入到地來將柵極電壓鉗位到鉗位電壓。在鉗位動作中，與恒流驅動中相比，恒流驅動中需要鉗位電路吸入大量的柵極驅動電流。因此，柵極驅動器中的損耗增大。
[0005]來源于導線等的寄生電感部件(以下被簡稱“寄生電感器”)存在于柵極驅動器與IGBT的柵極之間。如上所述，由于恒流驅動中的柵極驅動電流大于恒壓驅動中的柵極驅動電流，因此流經處于正常狀態的寄生電感器的電流很大。因此，在諸如過電流狀態的異常狀態中，鉗位電路執行電流吸入動作，該電流吸入動作使整個大柵極驅動電流被吸入到地。在該情況下，由于MOS晶體管的恢復特性并且由于柵極控制電路中的響應延遲，電流吸入動作可能被過度執行。作為結果，流經寄生電感器的電流在正值與負值之間大幅變化。注意，電流在流向柵極時具有正值。
[0006]此時，根據寄生電感器的電感(L)和流經寄生電感器的電流的變化率(di/dt)，在IGBT的柵極中發生浪涌。由以下公式給出浪涌:“-LX (di/dt)”。即，在電流變化率較高時，浪涌較大。因此，與恒壓驅動中相比，在正常狀態下有相對大的電流流經寄生電感器的恒流驅動中的浪涌更大。
[0007]如果柵極電壓由于浪涌而增大并且超過IGBT的柵極擊穿電壓，IGBT可能被破壞或其壽命減少。如果柵極電壓由于浪涌而進一步增大，則盡管處于過電流狀態，IGBT仍然被更充分地接通(即，IGBT的接通電阻變得更小)。因此，其校正電流進一步增大，以致IGBT可能被破壞。
【發明內容】
[0008]鑒于以上情況，本公開內容的目的是提供一種柵極驅動器，其能夠利用恒定電流來驅動晶體管的柵極，并且能夠在晶體管處于過電流狀態時，保護晶體管使其不受例如由于柵極電壓增大而產生的損壞。
[0009]根據本公開內容的一方面，用于驅動第一晶體管的柵極驅動器包括柵極參考電壓產生電路、恒流電路、第二晶體管、驅動控制器、電壓變化控制器和過電流檢測器。柵極參考電壓產生電路輸出柵極參考電壓作為驅動電壓的參考值，以接通第一晶體管。柵極參考電壓產生電路能夠在至少兩個值之間改變要輸出的柵極參考電壓。恒流電路向第一晶體管的柵極供應恒定電流。
[0010]第二晶體管正向連接在從恒流電路的輸出端子到第一晶體管的柵極的柵極電流供應路徑中。第二晶體管為N溝道或NPN晶體管并且其柵極被供應以柵極參考電壓。驅動控制器在輸入接通指令時通過操作恒流電路來利用恒定電流驅動第一晶體管的柵極。
[0011]電壓變化控制器將由柵極參考電壓產生電路輸出的柵極參考電壓的值設置為第一設置值或大于第一設置值的第二設置值。過電流檢測器判斷第一晶體管是否處于過電流狀態，其中大于預定故障閾值的過量電流在第一晶體管中流動。
[0012]電壓變化控制器設置柵極參考電壓的值，以使得在輸入接通指令時，柵極參考電壓的值為第一設置值。然后，在過電流檢測器未判斷第一晶體管處于過電流狀態的條件下，當預定過渡時間在第一晶體管的鏡像周期結束之后到來時，電壓變化控制器將柵極參考電壓的值從第一設置值改變為第二設置值。
【附圖說明】
[0013]根據參考附圖做出的以下【具體實施方式】，本公開內容的上述和其它目的、特征和優點將變得更加顯而易見。在附圖中:
[0014]圖1是根據本公開內容的第一實施例的具有柵極驅動器的逆變器裝置的電路圖；
[0015]圖2是柵極驅動器的電路圖；
[0016]圖3A是柵極驅動器的恒流電路的示例的電路圖，并且圖3B是恒流電路的另一個示例的電路圖；
[0017]圖4是處于正常狀態下的柵極驅動器的時序圖；
[0018]圖5是處于異常狀態下的柵極驅動器的時序圖；
[0019]圖6是常規柵極驅動器的電路圖；
[0020]圖7是處于正常狀態下的常規柵極驅動器的時序圖；
[0021]圖8是處于異常狀態下的常規柵極驅動器的時序圖；
[0022]圖9是根據本公開內容的第二實施例的柵極驅動器的電路圖；
[0023]圖10是根據本公開內容的第三實施例的柵極驅動器的電路圖；
[0024]圖11是根據本公開內容的第四實施例的柵極驅動器的電路圖；
[0025]圖12是根據本公開內容的第五實施例的柵極驅動器的電路圖；
[0026]圖13是處于正常狀態下的圖12的柵極驅動器的時序圖；
[0027]圖14是根據本公開內容的第六實施例的柵極驅動器的電路圖；
[0028]圖15是處于正常狀態下的圖14的柵極驅動器的時序圖；以及
[0029]圖16是根據第六實施例的修改的柵極驅動器的電路圖。
【具體實施方式】
[0030]下面參考附圖描述本公開內容的實施例，在附圖中，相似的附圖標記指示相同或等價的部分。
[0031](第一實施例)
[0032]下面參考圖1-8描述本公開內容的第一實施例。
[0033]根據通過光耦合器從諸如微型計算機之類的控制器4 (參考圖2)接收的PWM控制信號Dup、Dvp、Dwp、Dun、Dvn和Dwn，通過電源線2和3向圖1中所示的逆變器裝置I供應來自車輛上安裝的電池的直流電壓(DC)，并且逆變器裝置I向無刷DC電動機5輸出交流(AC)電壓。
[0034]上臂IGBT 6up、6vp和6wp以及下臂IGBT 6un、6vn、6wn連接成三相配置。IGBT6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn中的每一個與單個續流二極管并聯連接。IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn中的每一個具有用于感測電流的另一個IGBT并且被實施為單個功率模塊。IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn 和 6wn 分別由柵極驅動器 7up、7vp、7wp、7un、7vn 和 7wn 驅動。柵極驅動器7up、7vp、7wp、7un、7vn和7wn中的每一個被實施為單個集成電路(IC)。
[0035]分別通過電源線8u、8v和8w為用于上臂的柵極驅動器7up、7vp和7wp供應電源電壓VDu、VDv和VDw。輸出節點nu、nv和nw分別用作電源線8u、8v和8w的參考電勢。通過電源線8為用于下臂的柵極驅動器7un、7vn和7wn中的每一個供應電源電壓VD。地用作電源線8的參考電勢。柵極驅動器7up、7vp、7wp、7un、7vn和7wn中的每一個具有相同的結構。在下文中有時將柵極驅動器7up、7Vp、7wp、7un、7Vn和7wn統稱為“柵極驅動器7”。同樣地，在下文中有時將IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn統稱為“ IGBT 6”，并且在下文中有時將PWM控制信號Dup、Dvp, Dwp、Dun、Dvn和Dwn統稱為“控制信號D”。
[0036]如圖2中所示，柵極驅動器7包括柵極參考電壓產生電路11、恒流電路12、電壓輸出晶體管13、柵極關斷驅動電路14和過電流判斷電路15。注意，控制器4對應于權利要求中提到的驅動控制器和電壓變化控制器。作為IC的柵極驅動器7具有端子Pd、Pl、P2、P3、P4和P5。端子Pd是用于接收電源電壓VD的輸入端子。端子Pl是用于接收控制信號D的輸入端子。端子P2是用于輸出柵極電壓VG的輸出端子。在控制信號D處于H(高)電平時，柵極驅動器7接收到關斷指令以關斷IGBT 6。相反，在控制信號D處于L(低)電平時，柵極驅動器7接收到接通指令，以接通IGBT6。端子P3是用于接收電壓變化信號Sa的輸入端子。端子P4是用于接收異常判斷信號Sb的輸入端子。端子P5是用于接收過電流判斷信號Sc的輸入端子。稍后詳細描