專利名稱：柵極驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對包含SiC和GaN的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動的柵極驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
圖6示出以往的柵極驅(qū)動電路的一例。該柵極驅(qū)動電路對由FET構(gòu)成的開關(guān)元件Ql的柵極進行驅(qū)動，使脈沖變壓器(變壓器)Tl的一次繞組Pl與二次繞組SI的匝數(shù)比成為 I :1。在直流電源Vccl的兩端上連接有進行了圖騰式連接的npn型的晶體管Q2和pnp型的晶體管Q3。在晶體管Q2、Q3的各基極上通過電阻Rl輸入有脈沖信號Vin。晶體管Q2、Q3的各發(fā)射極通過電容器Cl與變壓器Tl的一次繞組Pl的一端連接。一次繞組Pl的另一端與晶體管Q3的集電極和直流電源Vccl的負極連接。變壓器Tl的二次繞組SI的一端通過電阻R2與開關(guān)元件Ql的柵極連接，變壓器Tl的二次繞組SI的另一端與開關(guān)元件Ql的源極連接。根據(jù)如上所述結(jié)構(gòu)的柵極驅(qū)動電路，如圖7所示，在輸入了占空比(On duty)為50%以下的脈沖信號Vin時，由于開關(guān)元件Ql的柵極電壓的峰值成為開關(guān)元件Ql的柵極-源極間的閾值以上，因此能夠驅(qū)動開關(guān)元件Q1。專利文獻I日本特開2001-345194號公報但是，如圖8所示，在輸入了占空比超過50%的脈沖信號Vin時，由于變壓器Tl的二次繞組電壓在電壓時間積上均衡、即由于開關(guān)元件Ql的柵極電壓的正的面積與負的面積相等，因此開關(guān)元件Ql的柵極電壓的峰值達不到開關(guān)元件Ql的閾值，不能驅(qū)動開關(guān)元件Ql0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供即使是占空比為50%以上的脈沖信號也能夠?qū)﹂_關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動的價廉的柵極驅(qū)動電路。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的柵極驅(qū)動電路，其對開關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動，該柵極驅(qū)動電路的特征在于具有第I晶體管及第2晶體管，其分別與第I直流電源的兩端進行圖騰式連接且對各控制端子輸入脈沖信號；第3晶體管及第4晶體管，其分別與第2直流電源的兩端進行圖騰式連接且各第I主端子與所述開關(guān)元件的柵極連接；以及變壓器，其一次繞組通過電容器與所述第I晶體管及第2晶體管的各第I主端子和所述第I晶體管及第2晶體管中的一方的第2主端子連接，二次繞組與所述第3晶體管及第4晶體管的各控制端子和所述第3晶體管及第4晶體管的各第I主端子連接，所述脈沖信號的最大占空比根據(jù)所述變壓器的一次繞組電壓和所述第3晶體管及第4晶體管的控制端子順向電壓來確定。根據(jù)本發(fā)明，由于設(shè)置與第2直流電源的兩端圖騰式連接且各第I主端子與開關(guān)元件的柵極連接的第3晶體管及第4晶體管，將變壓器的二次繞組與第3晶體管及第4晶體管的各控制端子和第3晶體管及第4晶體管的各第I主端子連接，脈沖信號的最大占空比根據(jù)變壓器的一次繞組電壓和第3晶體管及第4晶體管的控制端子順向電壓來確定，因此能夠提供即使是占空比為50%以上的脈沖信號也能夠?qū)﹂_關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動的價廉的柵極驅(qū)動電路。


圖I是本發(fā)明的實施例I的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的實施例I的柵極驅(qū)動電路的變壓器一次繞組電壓及二次繞組電壓的波形圖。圖3是示出本發(fā)明的實施例I的柵極驅(qū)動電路的變壓器一次繞組電壓Vp與最大 占空比Ton/T之間的關(guān)系的圖。圖4是本發(fā)明的實施例2的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的實施例3的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖6是以往的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖7是在以往的柵極驅(qū)動電路中占空比為50%以下的脈沖信號Vin與針對開關(guān)元件Ql的柵極電壓的波形圖。圖8是以往的柵極驅(qū)動電路中占空比超過50%的脈沖信號Vin與針對開關(guān)元件Ql的柵極電壓的波形圖。符號說明Vccl、Vcc2 直流電源Tl變壓器Pl一次繞組SI二次繞組Ql開關(guān)元件Q2 Q5晶體管Q6 Q9FETRl R3電阻Cl電容器ΤΜΓΤΜ6 引腳端子10絕緣封裝體
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式的柵極驅(qū)動電路。實施例I圖I是本發(fā)明的實施例I的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖I所示的實施例I的柵極驅(qū)動電路的特征在于，在圖6所示的以往的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)上，還設(shè)置有電阻R3、晶體管Q4 (第3晶體管)、晶體管Q5 (第4晶體管)、直流電源Vcc2 (第2直流電源)。在直流電源Vcc2的兩端上連接有進行了圖騰式連接的npn型的晶體管Q4和pnp型的晶體管Q5。晶體管Q4、Q5的各發(fā)射極(第I主端子)通過電阻R2與開關(guān)元件Ql的柵極連接。晶體管Q4、Q5的各基極(控制端子)通過電阻R3而與變壓器Tl的二次繞組SI的一端連接。變壓器Tl的二次繞組SI的另一端與晶體管Q4、Q5的各發(fā)射極連接。另外，脈沖信號Vin的最大占空比根據(jù)變壓器Tl的一次繞組電壓和晶體管Q4、Q5的基極順向電壓VF (控制端子順向電壓)來確定。另外，在圖I中，直流電源Vccl與第I直流電源對應(yīng)，晶體管Q2與第I晶體管對應(yīng)，晶體管Q3與第2晶體管對應(yīng)。晶體管Q2、Q3的各發(fā)射極與第I主端子對應(yīng)，晶體管Q2、Q3的各基極與控制端子對應(yīng)，晶體管Q2、Q3的各集電極與第2主端子對應(yīng)。如上所述，根據(jù)實施例I的柵極驅(qū)動電路，當(dāng)在變壓器Tl的一次繞組Pl上產(chǎn)生如圖2所示的占空比超過50%的變壓器一次繞組電壓Vp時，與此對應(yīng)的電壓在二次繞組SI中也產(chǎn)生。因此，電流以SI的一端一R3 — Q4的基極一Q4的發(fā)射極一SI的另一端的路徑， 將晶體管Q4的發(fā)射極作為基準(zhǔn)而流過。另外，電流以Vcc2 — Q4的集電極一Q4的發(fā)射極一R2 — Ql的柵極的路徑流過。因此，變壓器Tl的二次繞組電壓成為如圖2所示，峰值電壓Vsl超過開關(guān)元件Ql的閾值。即、只要能夠確保峰值電壓Vsl為晶體管Q4或晶體管Q5的基極順向電壓VF量，則能夠輸出直流電源Vcc2的電源電壓的柵極脈沖。關(guān)于該點，進一步詳細說明。在圖I所示的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)使變壓器Tl的一次繞組Pl與二次繞組SI的匝數(shù)比成為I :1，使變壓器Tl的I次繞組電壓為Vp時，在某脈沖寬度中，成為如圖2所示。通過電壓時間積的均衡，能夠如下所述表示圖2所示的變壓器二次繞組電壓。Vsl · ton=Vs2 · toff此處，由于Vp=Vsl+Vs2、T=ton+toff,因此當(dāng)變形上式時，成為ton/T=l-(Vsl/Vp) .. (I)。通過式(I)，柵極脈沖的占空比ton/T能夠通過變壓器Tl的一次繞組電壓Vp (施加電壓)和變壓器Tl的二次繞組SI的峰值電壓Vsl來表示。另外，當(dāng)使晶體管Q4或晶體管Q5的基極順向電壓VF為O. 6V時，變壓器Tl的一次繞組電壓Vp與此時的最大占空比的關(guān)系成為如圖3所示。如從圖3也可知，即使是占空比為90%以上的I次繞組電壓Vp (脈沖信號)也能夠充分驅(qū)動開關(guān)元件Ql。因此，產(chǎn)生脈沖信號Vin的脈沖產(chǎn)生器，能夠?qū)⒕哂?0%以上的占空比的脈沖信號Vin通過電阻Rl施加到晶體管Q2、Q3上。另外，由于僅增加直流電源Vcc2、晶體管Q4、Q5、電阻R3，因此結(jié)構(gòu)簡單且價廉，能夠?qū)崿F(xiàn)高速的柵極驅(qū)動電路。另外，如圖6所示，由于不用通過變壓器Tl來直接對開關(guān)元件Ql的柵極進行驅(qū)動，而是通過如圖騰式連接的晶體管Q4、Q5那樣的緩沖器來對開關(guān)元件Ql進行驅(qū)動，因此變壓器Tl自身成為低消耗功率。另外，由于如圖騰式連接的晶體管Q4、Q5那樣的緩沖器純粹成為電流驅(qū)動，因此能夠?qū)崿F(xiàn)抗噪性強的柵極驅(qū)動電路。實施例2圖4是本發(fā)明的實施例2的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。實施例2的柵極驅(qū)動電路的特征在于，代替實施例I的柵極驅(qū)動電路的晶體管Q2、5，使用了 FETQ6HFETQ6、Q8為P型的MOSFET，F(xiàn)ETQ7、Q9由N型的MOSFET構(gòu)成。即使使用這樣的FETQ6 Q9，也能夠得到與實施例I的柵極驅(qū)動電路的動作及效果相同的動作及效果。另夕卜，能夠代替FETQ6 Q9而使用GaN-FET或SiC-FET。通過使用GaN-FET、SiC-FET,從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高速的柵極驅(qū)動電路。實施例3圖5是本發(fā)明的實施例3的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。圖5所示的實施例3的柵極驅(qū)動電路將圖I所示的實施例I的柵極驅(qū)動電路的晶體管Q2、Q3、晶體管Q4、Q5、變壓器Tl、電容器Cl、電阻R3收納到絕緣封裝體10內(nèi)，設(shè)置有引腳端子TMf TM6。引腳端子TMl連接直流電源Vccl的正極和晶體管Q2的集電極。引腳端子TM2連接電阻Rl的一端和晶體管Q2、Q3的各基極。引腳端子TM3連接直流電源Vccl的負極和晶 體管Q3的集電極。引腳端子TM4連接直流電源Vcc2的正極和晶體管Q4的集電極。引腳端子TM5連接電阻R2的一端和晶體管Q4、Q5的各發(fā)射極。引腳端子TM6連接直流電源Vcc2的負極和晶體管Q5的集電極。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，由于將晶體管Q2、Q3、晶體管Q4、Q5、變壓器Tl、電容器Cl、電阻R3收納在絕緣封裝體10內(nèi)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)被絕緣的柵極驅(qū)動電路。本發(fā)明能夠在DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種柵極驅(qū)動電路，其對開關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動， 該柵極驅(qū)動電路的特征在于具有 第I晶體管及第2晶體管，其分別與第I直流電源的兩端進行圖騰式連接且在各控制端子上輸入有脈沖信號； 第3晶體管及第4晶體管，其分別與第2直流電源的兩端進行圖騰式連接且各第I主端子與所述開關(guān)元件的柵極連接；以及 變壓器，其一次繞組通過電容器與所述第I晶體管及第2晶體管的各第I主端子和所述第I晶體管及第2晶體管中的一方的第2主端子連接，二次繞組與所述第3晶體管及第4晶體管的各控制端子和所述第3晶體管及第4晶體管的各第I主端子連接， 所述脈沖信號的最大占空比根據(jù)所述變壓器的一次繞組電壓和所述第3晶體管及第4晶體管的控制端子順向電壓來確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第I晶體管及第2晶體管和所述第3晶體管及第4晶體管中的至少任意一方由FET 或 GaN-FET 或 SiC-FET 構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于， 所述第I晶體管及第2晶體管、所述第3晶體管及第4晶體管、所述變壓器和所述電容器被收納在絕緣封裝體中。
全文摘要
本發(fā)明提供即使是占空比為50%以上的脈沖信號也能夠?qū)﹂_關(guān)元件的柵極進行驅(qū)動的價廉的柵極驅(qū)動電路。該柵極驅(qū)動電路具有晶體管(Q2、Q3)，其分別與直流電源(Vcc1)的兩端進行圖騰式連接且在各基極輸入有脈沖信號；晶體管(Q4、Q5)，其分別與直流電源(Vcc2)的兩端進行圖騰式連接且各發(fā)射極與開關(guān)元件(Q1)的柵極連接；以及變壓器(T1)，其一次繞組(P1)通過電容器(C1)與晶體管(Q2、Q3)的各發(fā)射極和晶體管(Q2、Q3)中的一方的集電極連接，二次繞組(S1)與晶體管(Q4、Q5)的各基極和晶體管(Q4、Q5)的各發(fā)射極連接，脈沖信號(Vin)的最大占空比根據(jù)變壓器(T1)的一次繞組電壓(Vp)和晶體管(Q4、Q5)的基極-發(fā)射極間順向電壓來確定。
文檔編號H02M3/335GK102868302SQ20121021836
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者千葉明輝, 京野羊一 申請人:三墾電氣株式會社