柵極電壓。盡管如此，可以看出柵極電壓在具有有源穩(wěn)壓器電路時更加穩(wěn)定。
[0035]公知的事實是，陶瓷電容器的電容根據(jù)端子電壓而降低(圖5)。這里相對于圖1所示的傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器電路，電容器C3的電容在有源柵極穩(wěn)壓器電路中是增加的，同時柵極電壓是上升的并且在接通閾值電壓中提供最大的穩(wěn)定性并降低接通延遲時間。
[0036]當(dāng)柵極電壓確實超過IGBT接通閾值電壓，在圖3中大約11、5V時，MOSFET Vl將穩(wěn)壓器電容器C3從柵極電路斷開連接，并且柵極穩(wěn)壓器不再是必須的。該斷開連接允許柵極電壓快得多地達(dá)到其最大值(曲線20)。斷開連接可以被看作是在圖3中的柵極電壓的斜率變化并且其減少柵極驅(qū)動器電源的功率消耗，并且特別是減少了 IGBT的開關(guān)損耗。然而，穩(wěn)壓電容器C3的最大值在IGBT接通閾值水平期間最需要時是可用的。
[0037]圖4示出了使用21和不使用本發(fā)明的IGBT晶體管的集電極電壓。在不使用有源柵極穩(wěn)壓器的曲線中可以看出電壓的突降和較大的米勒效應(yīng)。電壓突降產(chǎn)生較大的差分電壓斜率，其可見于AC驅(qū)動的輸出引起AC電機(jī)的軸承電流和電壓尖峰以及電磁發(fā)射。
[0038]圖5中表示的是陶瓷電容器C3的電容與柵極-發(fā)射極電壓的關(guān)系。利用豎直的虛線代表柵極電壓值，通過其電容器C3由MOSFET從柵極電路X4斷開連接。
[0039]圖6中表示的是在不同柵極電壓下IGBT電壓損耗與集電極電流的關(guān)系，以便理解半導(dǎo)體功率損耗。
[0040]盡管本發(fā)明已經(jīng)出于闡釋的目的進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)作各種變化和修改。另外，要理解的是，本發(fā)明可以盡可能預(yù)期的是，任一實施例的一個或多個特征可以與任一其他實施例的一個或多個特征組合。
[0041]本發(fā)明可以利用某些其他能夠快速打開和關(guān)閉電路的開關(guān)元件替代功率場效應(yīng)晶體管而實現(xiàn)。這些類型元件是例如，變阻器或者不同類型的瞬態(tài)抑制器。
[0042]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，電阻器R2是NTC電阻器或者熱敏電阻器，換句話說，是具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的電阻性元件。當(dāng)溫度升高時，NTC電阻器(或熱敏電阻器)的電阻變小。
[0043]在該實施例中，R2由NTC電阻器所替代，其特別地在于測量IGB晶體管40的溫度。
[0044]當(dāng)IGBT柵極X4的電壓降低時，Vl的源極電壓也降低，因為并聯(lián)二極管50是導(dǎo)通的，因此C3被充電。Vl的柵極獲得足夠的電壓并且變?yōu)閷?dǎo)通。
[0045]在Vl的柵極電壓上升的同時，電壓增加在開始的時候是較緩慢的，這是因為C3通過Vl放電這一事實。由以比例RI/R2所分壓的電壓降低到足夠低以至于關(guān)斷Vl時，C3將與IGB晶體管40分離，并且IGB晶體管40的柵極X4的電壓上升將更加快速。用于Vl的關(guān)斷的電平取決于NTC電阻器的值，從而使得當(dāng)柵極X4溫度低時，C3令柵極X4電壓的上升減慢。因此，增加了 IGBT40的連接損耗。
[0046]代替現(xiàn)有技術(shù)中控制是基于開關(guān)頻率的，根據(jù)本發(fā)明的方法沒有增加功率半導(dǎo)體芯片(功率周期)中的功率峰值。
[0047]這是由于控制發(fā)生在實際開關(guān)事件之后這一事實，借此芯片的溫度負(fù)載開始降低，并且芯片從開關(guān)事件中恢復(fù)。
[0048]在本發(fā)明實施例的幫助下，溫度負(fù)載曲線的下降邊緣可以得到調(diào)整，從而使得高溫模塊(芯片或其一部分)的下降邊緣下降得比低溫模塊的相應(yīng)的邊緣更快。熱周期的補(bǔ)償通過改變IGBT40的導(dǎo)通狀態(tài)中的電壓損耗而發(fā)生，即使控制發(fā)生在IGBT40的狀態(tài)變化期間。
[0049]圖7-9中表示的是具有根據(jù)本發(fā)明的電路在不同溫度下的IGBT40的電壓曲線60。參考曲線70沒有該電路。
[0050]使用本實施例，由于減小了溫度負(fù)載以及變化，可以增加IGB晶體管的壽命。
[0051]附圖標(biāo)記列表:
[0052]Cl電容器
[0053]C3陶瓷電容器
[0054]C6電容器
[0055]VlMOSFET
[0056]V2晶體管
[0057]V3晶體管
[0058]Rl電阻器
[0059]R3源極-柵極電阻器，在一個實施例中為NTC電阻器
[0060]R27電阻器
[0061]R31電阻器
[0062]X4柵極端子
[0063]X5發(fā)射極端子
[0064]10正電源電壓
[0065]11控制電壓
[0066]12接地電壓
[0067]13負(fù)電源電壓
[0068]20根據(jù)本發(fā)明的曲線
[0069]21根據(jù)本發(fā)明的曲線
[0070]30柵極驅(qū)動器
[0071]40IGB 晶體管
[0072]50Vl的并聯(lián)二極管
[0073]60根據(jù)本發(fā)明的曲線
[0074]70不使用本發(fā)明的曲線
【主權(quán)項】
1.一種具有有源柵極穩(wěn)壓器的柵極驅(qū)動電路(30)，包括: -用于為IGB晶體管的柵極(X4)產(chǎn)生雙極性電壓的裝置(V2、V3)， -用于為補(bǔ)償所述IGB晶體管(40)的米勒電流的裝置(V1、C3)， 其特征在于 -所述用于補(bǔ)償?shù)难b置(V1、C3)通過在所述柵極(X4)和電源電壓(10)之間的與電容器(C3)串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Vl)形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路(30)，其中所述用于補(bǔ)償?shù)难b置(V1、C3)包括串聯(lián)連接的陶瓷電容器(C3)和功率MOSFET (VI)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柵極驅(qū)動電路(30)，其中所述開關(guān)元件(Vl)的所述開關(guān)電壓由電阻器(R1、R2)所控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柵極驅(qū)動電路(30)，其中連接在所述開關(guān)元件(Vl)的源極和柵極之間的電阻器(R2)是NTC電阻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的柵極驅(qū)動電路(30)，其中所述用于補(bǔ)償?shù)难b置(V1、C3)被連接在所述IGB晶體管的柵極(X4)和正電源電壓(10)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的柵極驅(qū)動電路(30)，其中所述開關(guān)元件(Vl)是變阻器或者瞬態(tài)抑制器。
7.一種用于控制IGB功率晶體管(40)的方法，所述方法包括如下步驟: -產(chǎn)生到IGB晶體管(40)的柵極(X4)的雙極性電壓， -補(bǔ)償所述IGB晶體管(40)的米勒電流， 其特征在于 -補(bǔ)償米勒電流由形成在所述柵極(X4)和電源電壓(10)之間的與電容器(C3)串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Vl)所實現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中補(bǔ)償(V1、C3)是由串聯(lián)連接的陶瓷電容器(C3)和功率MOSFET (Vl)所實現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述開關(guān)元件(Vl)的所述開關(guān)電壓由電阻(R1、R2)所控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求7，8或9所述的方法，其中連接在所述開關(guān)元件(Vl)的源極和柵極之間的電阻器(R2)是NTC電阻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8或9所述的方法，其中用于補(bǔ)償?shù)难b置(V1、C3)被連接在所述IGB晶體管(40)的柵極(X4)和正電源電壓(10)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8、9或10所述的方法，其中所述開關(guān)元件(Vl)是變阻器或者瞬態(tài)抑制器。
13.根據(jù)前述任一項的方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述補(bǔ)償發(fā)生在實際開關(guān)事件之后，其中芯片的溫度負(fù)載開始降低并且所述芯片從所述開關(guān)事件中恢復(fù)。
14.根據(jù)前述任一項的方法權(quán)利要求所述的方法，其中溫度負(fù)載曲線的下降邊緣被調(diào)整，從而使得高溫模塊(芯片或其一部分)的下降邊緣的下降速度大于低溫模塊的相應(yīng)邊緣。
15.根據(jù)前述任一項的方法權(quán)利要求所述的方法，其中熱周期的補(bǔ)償通過改變所述IGBT(40)的導(dǎo)通狀態(tài)中的電壓損耗而發(fā)生，即使控制發(fā)生在所述IGBT(40)的狀態(tài)變化期 間。
【專利摘要】提供一種具有穩(wěn)壓器的柵極驅(qū)動電路及方法。本發(fā)明涉及包括用于產(chǎn)生到IGBT晶體管的柵極(X4)的雙極性電壓的裝置(V2、V3)以及用于補(bǔ)償IGBT晶體管的米勒電流的裝置(V1、C3)的柵極驅(qū)動電路。根據(jù)本發(fā)明，用于補(bǔ)償?shù)难b置(V1、C3)由在柵極(X4)和電源電壓(10)之間的與電容器(C3)串聯(lián)連接的開關(guān)元件(V1)所形成。
【IPC分類】G05F1-56
【公開號】CN104866000
【申請?zhí)枴緾N201510133061
【發(fā)明人】J-P·基蒂拉
【申請人】Abb有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年2月17日
【公告號】EP2911298A1