專利名稱：柵極驅(qū)動電路的制作方法
相關申請的交叉引用本申請基于并要求2003年1月21日申請的日本專利申請No.2003-012409的優(yōu)先權；其全部內(nèi)容作為參考包含在本文中。
發(fā)明
背景技術：
領域本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動功率開關元件的柵極驅(qū)動電路。
背景技術：
隨著開關元件朝較大容量和較高速度的發(fā)展，應用功率開關元件的功率逆變器也已經(jīng)在不斷地擴大它們的應用領域。特別是，在這些功率開關元件中，金屬氧化物半導體(MOS)柵極型開關元件如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)近來已經(jīng)擴展了它們的應用領域。
IGBT和MOSFET屬于不連續(xù)獨立地處于on/off狀態(tài)的非鎖存型開關元件。與鎖存型開關元件如閘流晶體管相比，它們非常有利的是，在接通和關斷的開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)可以從外部的對開關元件進行精密控制。
近年來，對于IGBT和類似的元件，能夠耐高壓和大電流的大容量元件已經(jīng)進入了市場，并已經(jīng)開始使用利用IGBT的用于電力系統(tǒng)的自勵式逆變器結(jié)構。在用于電力系統(tǒng)的逆變器中，額定電壓通常變得非常高以減小功率傳輸過程中的損耗。因此，逆變器需要具有高電壓，例如，50kV的直流電壓，其是很高的電壓。
為構造出這種高電壓逆變器，必須要串聯(lián)多個開關元件。這樣，各個開關元件在接通和關斷期間出現(xiàn)了電壓變化的問題。這是因為在開關元件處于穩(wěn)定的截止狀態(tài)時，可以容易地平衡電壓分配，但是，在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，開關定時上很小的變化就會引起很大的不平衡電壓分配，其導致元件損壞。
此外，即使在開關元件沒有進行串聯(lián)連接時，元件的開關損耗也經(jīng)常成為問題。特別是，在考慮抗外部電子設備的電磁干擾的情況下需要減小元件的開關速度時，開關損耗顯著增加。因此，必須降低設備的額定值或安裝一大型冷卻設備以冷卻元件。
相反，例如，在日本專利延遲公開H6-291631(下文中稱為“專利文獻1”)中公開的技術已經(jīng)是一種公知的傳統(tǒng)的電壓驅(qū)動型元件的驅(qū)動電路。在專利文獻1的圖1和第3到4頁中，公開了一種驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括用于通過第二開關和能夠改變電阻值的第二電阻器將柵極電壓提供給電壓驅(qū)動型元件柵極的電路；用于通過第一開關和能夠改變電阻值的第一電阻器從電壓驅(qū)動型元件柵極上移走柵極電壓的電路；用于檢測電壓驅(qū)動型元件的主電壓值并根據(jù)檢測到的電壓值改變第一和第二電阻器的電阻值的電壓檢測器；以及用于控制第一和第二開關的接通和關斷的控制電路。
然后，當檢測到的主電壓小于預定值時，將第一和第二電阻器的電阻值變?yōu)檩^低的值，并且當主電壓達到預定值或大于預定值時，將電阻值變?yōu)檩^高的值。這樣，第一和第二電阻器的電阻值根據(jù)在電壓驅(qū)動型元件的關斷和接通周期內(nèi)主電壓的變化而進行改變，柵電容的放電或充電速度也就因此進行改變。換句話說，關斷時，主電壓增加，因此第一電阻器由低電阻變?yōu)楦唠娮?，導致放電速度減慢。另一方面，接通時，主電壓降低，因此第二電阻器由高電阻變?yōu)榈碗娮琛Ｒ虼?，充電速度起初較慢，然后從主電壓達到預定值或小于預定值的周期開始變?yōu)檩^快。
這種驅(qū)動電路通過在關斷和接通過程中緩和電壓的變化dv/dt和電流的變化di/dt來抑制浪涌電壓和噪聲。
此外，在日本專利延遲公開2001-274665(下文中稱為“專利文獻2“)中公開的技術已經(jīng)是一種公知的傳統(tǒng)的電壓驅(qū)動型元件的驅(qū)動電路。在專利文獻2的圖1到3和第4到7頁中，將驅(qū)動電路構造成通過第二電阻器將來自于第二開關的柵極電壓提供給電壓驅(qū)動型元件的柵極，其中第二開關是由第二控制電路進行控制的。此外，連接到由第一控制電路控制的第一開關上的第一電阻器與第二電阻器并聯(lián)連接。而且，提供了用于檢測電壓驅(qū)動型元件的主電壓值的電壓檢測器和用于檢測在電壓驅(qū)動型元件中流動的主電流值的電流檢測器。第一控制電路包括用于設定與主電流值對應的延遲時間的延遲電路，并根據(jù)與第二控制電路的第二開關相反的on/off控近制信號來接通第一開關。其間，在電壓檢測器中檢測到的主電壓值達到預定值之后，第一控制電路經(jīng)過延遲時間后關斷該第一開關，其中該延遲時間是根據(jù)由電流檢測器檢測到的主電流值通過延遲電路進行設定的。
然后，在電壓驅(qū)動型元件的接通/關斷動作后立即通過柵電容進行快速的充電/放電操作，同時利用由并聯(lián)連接的第一和第二電阻器提供的低電阻以較高水平保持柵極電壓的充電速度。其后，在根據(jù)端電壓值和主電流值的定時處關斷第一開關，并且僅利用第二控制電路的大電阻值來放慢柵極電壓的充電速度，從而防止浪涌電壓的增加。換句話說，主要通過改變接通和關斷周期內(nèi)的柵電容充/放電速度，來防止浪涌電壓的增加。
此外，在日本專利延遲公開2000-134075(下文中稱為“專利文獻3”)中公開的技術已經(jīng)是一種公知的傳統(tǒng)的開關元件驅(qū)動電路。在專利文獻3的圖1和第2到3頁中，公開了一種驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括用于電壓驅(qū)動一個開關元件，使得將驅(qū)動該開關元件的相關驅(qū)動波形的電壓變化中的最大值設定為達到一預定值或小于該預定值的電路；以及用于將負反饋提供給該開關元件的電路。
通常，開關元件的工作特性是相對于驅(qū)動波形進行非線性變化，并且甚至在相關驅(qū)動波形的電壓變化中的最大值達到預定值或小于該預定值時，相關的輸出波形的電壓變化也會達到預定值或大于該預定值。因此，即使僅減弱該驅(qū)動波形，浪涌電流和浪涌電壓也不能被抑制到預定值或小于該預定值。因而，在這種驅(qū)動電路中，進一步提供了負反饋，并將開關速度減慢到符合設備或電路規(guī)格的范圍內(nèi)，以抑制額定值內(nèi)的浪涌電流和浪涌電壓的產(chǎn)生。
此外，最近使用一種有源柵極驅(qū)動技術。這里，利用作為非鎖存型開關元件特性的高可控性來根據(jù)開關轉(zhuǎn)換時的集電極-發(fā)射極電壓和類似電壓以精確地調(diào)整元件的柵極電壓。因此這種技術抑制了關斷浪涌電壓和接通浪涌電流，并均勻地分配了串聯(lián)連接的開關元件之間的電壓。
圖1示出了能夠進行有源柵極驅(qū)動的驅(qū)動電路結(jié)構圖。有源柵極驅(qū)動技術是用于減少主要電路部分并實現(xiàn)非?？煽康哪孀兤鞯姆浅Ｓ行У募夹g。但是，另一方面還存在這樣的問題，由于柵極驅(qū)動電路變得很復雜，因此它的調(diào)整也就變得很困難。這將在下面利用圖1進行說明。
圖1中，通過電阻器8由電壓源2驅(qū)動開關元件9的控制極。該電壓源2響應于由電壓源控制器1提供的柵極信號產(chǎn)生方形電壓波。同時，電流源6也連接到開關元件9的控制極上。dv/dt檢測器12檢測dv/dt是大還是小，其中dv/dt是開關元件9的主電壓的時間導數(shù)值，并且浪涌電壓檢測器11檢測主電壓的浪涌電壓。電流源6根據(jù)來自于這些檢測器的輸出來減小浪涌電壓，并根據(jù)由電流源控制器10產(chǎn)生的電流控制信號來調(diào)整開關元件9的柵極電壓以將開關速度調(diào)整為所希望的dv/dt。這樣，開關元件9的主電壓在開關轉(zhuǎn)換時上升/下降為適當?shù)膁v/dt，并且可以抑制能導致元件損壞的浪涌電壓。
但是，在專利文獻1所公開的技術中，緩和關斷和接通過程中的電壓變化dv/dt和電流變化di/dt，來抑制浪涌電壓和噪聲。因此，有可能破壞電壓驅(qū)動型元件的高速開關特性而導致開關損耗的增加。
在專利文就2公開的技術中，主要是通過在接通和關斷周期內(nèi)緩和柵電容的充/放電速度來防止浪涌電壓的增加。因此，與上面類似，有可能破壞電壓驅(qū)動型元件的高速開關特性而導致開關損耗的增加。
在專利文獻3公開的技術中，通過將負反饋提供給開關元件以減慢開關速度來抑制浪涌電流和浪涌電壓的產(chǎn)生。因此，有可能產(chǎn)生開關損耗的增加。
此外，在圖1所示的有源柵極驅(qū)動技術中，仍存在一些問題。首先，反饋控制環(huán)是由包括浪涌電壓和dv/dt的兩個系統(tǒng)組成的，因為這些系統(tǒng)互相干擾所以其操作可能變得不穩(wěn)定。為避免這個問題，必須調(diào)整這兩個環(huán)的增益。但是，由于這些環(huán)是僅在開關轉(zhuǎn)換時才進行工作的控制環(huán)，因此對其的調(diào)整是很不容易的。
其次，圖1所示的技術在關斷側(cè)是令人滿意的。但是，不容易處理接通側(cè)。僅有的一種用于控制dv/dt以減小也在接通側(cè)的一對FWD逆回復時的應力的辦法是提供另一個控制環(huán)。這樣，圖1中所示的技術就存在這樣的問題，即調(diào)整很困難，并缺乏靈活性。
考慮到上述問題產(chǎn)生了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種用于有源柵極驅(qū)動的柵極驅(qū)動電路，其簡單并容易調(diào)節(jié)，而且在不導致開關損耗增加的情況下能夠肯定地抑制浪涌電流和浪涌電壓的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一種柵極驅(qū)動電路包括電壓源和電流源，它們驅(qū)動電壓驅(qū)動型開關元件的控制極；構成為產(chǎn)生電壓驅(qū)動信號的電壓源控制器，該電壓驅(qū)動信號利用由外部給出的控制信號控制電壓源；構成為產(chǎn)生延遲控制信號的延遲控制信號產(chǎn)生單元，該延遲控制信號相對于控制信號具有一定的延遲時間；構成為通過延遲控制信號的波形整形以產(chǎn)生電壓參考信號的參考信號產(chǎn)生單元；構成為檢測電壓驅(qū)動型開關元件主要電極之間的電壓，并輸出主電壓檢測信號的電壓檢測器；和構成為比較主電壓檢測信號和電壓參考信號，并輸出控制電流源的比較結(jié)果信號的比較器。
在本發(fā)明中，通過延遲控制信號的波形整形產(chǎn)生電壓參考信號，該延遲控制信號相對于由外部給出的控制信號延遲一定的時間，并且通過電壓檢測器檢測開關元件的主電壓檢測信號。該主電壓檢測信號和電壓參考信號在比較器中進行相互比較，并通過比較結(jié)果信號控制電流源，從而執(zhí)行有源柵極驅(qū)動。
換句話說，反饋控制環(huán)僅是一個檢測開關元件主電壓的單個環(huán)，在該環(huán)內(nèi)執(zhí)行有源柵極驅(qū)動。此外，即使在任意的接通和關斷開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，也會在該單個環(huán)內(nèi)執(zhí)行該有源柵極驅(qū)動。
因此，這種柵極驅(qū)動電路結(jié)構簡單并容易調(diào)整，并且，至于浪涌電流和浪涌電壓的抑制，由于沒有減慢接通和關斷周期內(nèi)相對于柵極電容的充/放電速度，因此開關損耗并沒有增加。
本發(fā)明的第二種柵極驅(qū)動電路包括電壓源和電流源，它們驅(qū)動電壓驅(qū)動型開關元件的控制極；構成為產(chǎn)生電壓驅(qū)動信號的電壓源控制器，該電壓驅(qū)動信號利用由外部給出的控制信號控制電壓源；構成為產(chǎn)生延遲控制信號的延遲控制信號產(chǎn)生單元，該延遲控制信號相對于控制信號具有一定的延遲時間；構成為通過延遲控制信號的波形整形以產(chǎn)生電壓參考信號的參考信號產(chǎn)生單元；構成為檢測電壓驅(qū)動型開關元件主要電極之間的電壓，并輸出主電壓檢測信號的電壓檢測器；構成為比較主電壓檢測信號和電壓參考信號，并輸出控制電流源的比較結(jié)果信號的比較器；構成為通過利用控制信號檢測開關轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換周期檢測器；和選擇信號通過單元，用于僅在開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)允許比較結(jié)果信號通過，而在穩(wěn)定周期內(nèi)衰減比較結(jié)果信號，該選擇信號通過單元連接到比較器的下一級。
有源柵極驅(qū)動主要是在開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)是有效的，而在穩(wěn)定狀態(tài)，開關元件控制極的電勢優(yōu)選的應是處于固定狀態(tài)。
因此，在本發(fā)明中，通過選擇信號通過單元，比較結(jié)果信號僅在開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)通過，而在穩(wěn)定狀態(tài)時衰減該比較結(jié)果信號。這樣，在開關轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后，在穩(wěn)定狀態(tài)下將開關元件的控制極電勢固定在由電壓源確定的值上。
在本發(fā)明的第三種柵極驅(qū)動電路中，電壓源的輸出端通過電阻器連接到電壓驅(qū)動型開關元件的控制極，電流源的輸出端連接到電壓驅(qū)動型開關元件的控制極。
當通過電阻器對開關元件的控制極進行電壓驅(qū)動時，開關元件的響應延遲了一個Miller周期的時間長度。該時間長度是根據(jù)電阻器的阻值和開關元件柵極(控制極)的特性確定的。
因此，在本發(fā)明中，當在參考信號產(chǎn)生單元內(nèi)產(chǎn)生電壓參考信號時，通過利用根據(jù)電阻器的阻值具有一延遲時間的延遲控制信號，在適當?shù)亩〞r執(zhí)行有源柵極驅(qū)動。
在本發(fā)明的第四種柵極驅(qū)動電路中，在延遲控制信號產(chǎn)生單元內(nèi)，根據(jù)電阻器的阻值可變地設定延遲控制信號的延遲時間。
連接到電壓驅(qū)動型開關元件控制極上的電阻器的阻值經(jīng)常根據(jù)情況改變。
因此，在本發(fā)明中，通過根據(jù)電阻器阻值可變地設定延遲控制信號的延遲時間，可始終在適當?shù)亩〞r執(zhí)行有源柵極驅(qū)動。這樣，必定可以抑制浪涌電流和浪涌電壓的產(chǎn)生。
在本發(fā)明的第五種柵極驅(qū)動電路中，在參考信號產(chǎn)生單元內(nèi)，使用二階型低通濾波器。
通過利用二階型低通濾波器的參考信號產(chǎn)生單元可以產(chǎn)生電壓參考信號，該二階型低通濾波器是由包括電阻器、電感和電容的串聯(lián)電路組成的。
本發(fā)明通過用這樣的方式構成參考信號產(chǎn)生單元以使柵極驅(qū)動電路具有更簡單的結(jié)構。


圖1示出了現(xiàn)有技術中柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。
圖2示出了第一實施例的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。
圖3示出了第二實施例的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。
圖4示出了說明電壓驅(qū)動型開關元件附近的各部分電壓的示意圖。
圖5示出了電壓驅(qū)動型開關元件附近的各部分的電壓波形。
圖6示出了第三實施例的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。
圖7示出了第四實施例的柵極驅(qū)動電路中參考信號產(chǎn)生單元的結(jié)構圖。
圖8示出了參考信號產(chǎn)生單元的電壓輸入和輸出波形。
具體實施例方式
第一實施例圖2是示出了第一實施例的柵極驅(qū)動電路結(jié)構的結(jié)構圖。首先，將描述該柵極驅(qū)動電路的結(jié)構。圖2中，如下所述構成了產(chǎn)生電流源6的控制信號的部分。
由外部上一級的控制裝置給出的控制信號通過信號線18被輸入到延遲控制信號產(chǎn)生單元3，附圖中省略了上述控制裝置。延遲控制信號產(chǎn)生單元3響應于輸入的控制信號產(chǎn)生延遲控制信號，其對應于后面描述的Miller周期的時間長度延遲一定的時間。將該延遲控制信號輸入到參考信號產(chǎn)生單元4。參考信號產(chǎn)生單元4根據(jù)輸入的延遲控制信號進行波形整形以產(chǎn)生電壓參考信號，并且將該電壓參考信號輸入到比較器5的一個輸入端子。此外，來自于電壓檢測器7的主電壓檢測信號的輸出被輸入到比較器5的另一個輸入端子，其中電壓檢測器7檢測電壓驅(qū)動型開關元件9的主要電極之間(集電極和發(fā)射極之間)的電壓。比較器5比較主電壓檢測信號和電壓參考信號以輸出比較結(jié)果信號，并通過該比較結(jié)果信號控制電流源6。通過來自于這樣控制的電流源6的輸出對開關元件9的柵電極(控制極)進行電流驅(qū)動。注意，在圖2中和示出了后面將描述的各個實施例的附圖中，與圖1中的部分相同和等效的部分將用與上面相同的附圖標記進行表示，并且將省略重復的說明。
接下來，將說明如上所述構成的這種柵極驅(qū)動電路的操作。通過方波波形的柵極電壓對開關元件9的柵電極進行電壓驅(qū)動，該方波波形的柵極電壓是通過電阻器8由電壓源2提供的。此外，與此同時，同樣對開關元件9的柵電極進行有源柵極驅(qū)動以抑制開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的關斷浪涌電壓和接通浪涌電流。
特別是，通過電壓檢測器7檢測開關元件9的主電壓，并根據(jù)合適的電壓電平將開關元件9的主電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹麟妷簷z測信號，然后通過比較器5與參考信號產(chǎn)生單元4產(chǎn)生的電壓參考信號進行比較。通過來自于電流源6的輸出對開關元件9的柵電極進行電流驅(qū)動，該電流源6是由比較結(jié)果信號控制的。這樣控制開關元件9主電壓的波形以接近電壓參考信號，從而執(zhí)行該有源柵極驅(qū)動。這樣，反饋控制環(huán)僅為一個檢測開關元件9主電壓的單個環(huán)，在該環(huán)內(nèi)執(zhí)行該有源柵極驅(qū)動。此外，即使在接通和關斷開關轉(zhuǎn)換周期的任意一個周期內(nèi)，也是在該單個環(huán)內(nèi)執(zhí)行該有源柵極驅(qū)動。
如上所述，根據(jù)本實施例，在開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)工作的電流驅(qū)動反饋環(huán)是由檢測開關元件9主電壓的單個環(huán)構成的，因此，不會導致由于互相干擾而產(chǎn)生的問題。此外，在接通和關斷開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，在單個的控制環(huán)內(nèi)可以使用單個的電壓參考信號。這樣結(jié)構變得簡單了，并因此便于調(diào)整。
第二實施例圖3是示出了第二實施例的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。通過電流源6的電流驅(qū)動主要是在開關轉(zhuǎn)換時是有效的。在穩(wěn)定狀態(tài)如導通狀態(tài)和截止狀態(tài)下，希望固定開關元件9的柵電勢。因此，較優(yōu)選的是，電流源6在穩(wěn)定狀態(tài)下不工作。該實施例的柵極驅(qū)動電路就是符合這種要求的一個電路。
在圖3所示的柵極驅(qū)動電路中，提供了一個轉(zhuǎn)換周期檢測器13，其通過利用由外部上一級的控制裝置給出的控制信號來檢測開關轉(zhuǎn)換周期。選擇信號通過單元14連接在比較器5的下一級，該選擇信號通過單元14僅在由轉(zhuǎn)換周期檢測器13檢測到的開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)允許比較結(jié)果信號通過，而在穩(wěn)定周期內(nèi)衰減該比較結(jié)果信號。這樣，新增加了轉(zhuǎn)換周期檢測器13和選擇信號通過單元14。至于其它的結(jié)構，與圖2中相同的部件用相同的附圖標記來表示，并將省略重復的說明。
轉(zhuǎn)換周期檢測器13通過利用控制信號來檢測開關轉(zhuǎn)換周期，并允許該信號僅在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)通過選擇信號通過單元14，從而將比較結(jié)果信號輸入到電流源6。由于具有這種結(jié)構，在開關轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后的穩(wěn)定狀態(tài)下，沒有將比較結(jié)果信號提供給電流源6，并且將開關元件9的柵極電勢固定在了由電壓源2確定的電壓值上。
例如，由互補金屬氧化物半導體集成電路(CMOS-ICs)組成的模擬開關可以被用作選擇信號通過單元14?？蛇x擇地，可以使用可電改變電壓增益的可變放大器或類似部件。
圖2和3中，為了下面的原因，利用延遲一定時間的延遲控制信號以在參考信號產(chǎn)生單元4內(nèi)產(chǎn)生電壓參考信號。當從外部來看作為MOS柵極型開關元件控制極的柵極時，等效輸入電容根據(jù)該開關元件的主電壓發(fā)生很大的變化。這是因為由于存在在開關元件內(nèi)部的反饋電容，非線性靜電電容看上去相當于存在于輸出端和柵極端之間。
因此，如圖4所示，如果通過電阻器8對該柵極進行電壓驅(qū)動，則即使當提供作為柵極驅(qū)動電壓Vg的方波電壓時，柵極-發(fā)射極電壓Vge也不會立即達到該柵極驅(qū)動電壓Vg。另外，如圖5所示，柵極-發(fā)射極電壓Vge會暫時在一中間電勢(Miller電勢)上停留一次，隨后就上升或下降。Vge停留在該Miller電勢上的周期稱為Miller周期。只要該Miller周期一結(jié)束，開關元件9的主電壓Vce就開始上升或下降。
這樣，開關元件9的響應被延遲了大約Miller周期這樣一個時間長度，該Miller周期對應于柵極驅(qū)動信號。這個時間長度是根據(jù)電阻器8的值和開關元件9的柵極特性來確定的。因此，只要使用了相同的開關元件9，就會在確定了電阻器8的值時確定開關元件9的響應延遲。
在產(chǎn)生開關元件9主電壓的參考信號時，開關元件的這個響應延遲時間需要被考慮進去。如果不考慮該響應延遲而產(chǎn)生電壓參考信號，則開關元件的響應跟不上，因此就不能執(zhí)行適當?shù)目刂?。在第一和第二實施例中，在產(chǎn)生電壓參考信號時使用了延遲一定時間的延遲控制信號。
第三實施例圖6示出了第三實施例的柵極驅(qū)動電路的結(jié)構圖。連接到開關元件9柵電極上的電阻器8的電阻值經(jīng)常根據(jù)情況變化。這種情況下，適于使由參考信號產(chǎn)生單元4產(chǎn)生的電壓參考信號的延遲時間長度也響應于上面的變化進行變化。該實施例的柵極驅(qū)動電路就是響應于該變化的一種電路。
在圖6所示的本實施例的柵極驅(qū)動電路中，用可變電阻器15來代替電阻器8。該可變電阻器15根據(jù)柵極電阻值設定信號16來改變其阻值，并可以改變Miller周期。此外，將柵極電阻值設定信號16也輸入到延遲控制信號產(chǎn)生單元3，并且響應于該改變了的Miller周期來改變延遲控制信號的延遲時間。然后改變在參考信號產(chǎn)生單元4中產(chǎn)生的電壓參考信號的延遲時間長度。這樣，可以始終將具有合適的延遲時間長度的電壓參考信號輸入到比較器5。與其它結(jié)構一樣，與圖2中的部件相同的部件用相同的附圖標記來表示，并且將省略重復的說明。
第四實施例圖7示出了在第四實施例的柵極驅(qū)動電路中的參考信號產(chǎn)生單元的電路。如上面已經(jīng)描述過的，在每個前述柵極驅(qū)動電路中，具有較好的波形以作為開關元件9主電壓的參考波形的電壓參考信號都是在柵極驅(qū)動電路內(nèi)部的參考信號產(chǎn)生單元4中產(chǎn)生的，并且，根據(jù)其來控制開關元件9。希望有一種簡單并且可靠性高的電路單元來作為用于電壓參考信號的產(chǎn)生單元。
首先，要考慮主電壓本身通常會變成哪種波形。對于主電壓，可以考慮三種元件，這三種元件包括包含在主電路中的電感部分、開關元件自身的電容部分和緩沖電容器、以及各種電阻部分。
上述三種元件以及開關元件自身的特性限定了開關波形。如果最大程度上進行簡化，則電路單元變成簡單的電阻器R、電感L和電容C的串聯(lián)電路。當考慮到開關元件在截止周期中通?？梢詫⑵渥陨斫茷橐粋€電容時，開關元件自身的電壓就是電容器上的電壓。因此，圖7中，在提供方波V1時，開關元件的電壓可以通過輸出電壓V2進行近似。圖8示出了輸入電壓V1和輸出電壓V2的波形。
基本上，圖7所示的電路只不過是一個二階低通濾波器。因此，作為最簡單的參考信號產(chǎn)生單元，優(yōu)選為二階低通濾波器。
注意，盡管圖7所示的電路是使用了電感L、電容C和電陰天R的電路，但不用說也可以使用利用了運算放大器的低通濾波器。
權利要求
1.一種柵極驅(qū)動電路，包括電壓源和電流源，它們驅(qū)動電壓驅(qū)動型開關元件的控制極；構成為產(chǎn)生電壓驅(qū)動信號的電壓源控制器，該電壓驅(qū)動信號利用由外部提供的控制信號控制電壓源；構成為產(chǎn)生延遲控制信號的延遲控制信號產(chǎn)生單元，該延遲控制信號相對于控制信號具有一定的延遲時間；構成為通過延遲控制信號的波形整形來產(chǎn)生電壓參考信號的參考信號產(chǎn)生單元；構成為檢測電壓驅(qū)動型開關元件主要電極之間的電壓，并輸出主電壓檢測信號的電壓檢測器；和構成為比較主電壓檢測信號和電壓參考信號，并輸出控制電流源的比較結(jié)果信號的比較器。
2.一種柵極驅(qū)動電路，包括電壓源和電流源，它們驅(qū)動電壓驅(qū)動型開關元件的控制極；構成為產(chǎn)生電壓驅(qū)動信號的電壓源控制器，該電壓驅(qū)動信號利用由外部提供的控制信號控制電壓源；構成為產(chǎn)生延遲控制信號的延遲控制信號產(chǎn)生單元，該延遲控制信號相對于控制信號具有一定的延遲時間；構成為通過延遲控制信號的波形整形以產(chǎn)生電壓參考信號的參考信號產(chǎn)生單元；構成為檢測電壓驅(qū)動型開關元件主要電極之間的電壓，并輸出主電壓檢測信號的電壓檢測器；構成為比較主電壓檢測信號和電壓參考信號，并輸出控制電流源的比較結(jié)果信號的比較器；構成為通過利用控制信號檢測開關轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換周期檢測器；和選擇信號通過單元，用于僅在開關轉(zhuǎn)換周期內(nèi)允許比較結(jié)果信號通過，而在穩(wěn)定周期內(nèi)衰減比較結(jié)果信號，該選擇信號通過單元連接到比較器的下一級。
3.如權利要求1或2的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，其中電壓源的輸出端通過電阻器連接到電壓驅(qū)動型開關元件的控制極，電流源的輸出端連接到電壓驅(qū)動型開關元件的控制極。
4.如權利要求3的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，其中在延遲控制信號產(chǎn)生單元內(nèi)，根據(jù)電阻器的值可變地設定延遲控制信號的延遲時間。
5.如權利要求1或2的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，其中在參考信號產(chǎn)生單元內(nèi)，使用二階低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種用于有源柵極驅(qū)動的簡單并容易調(diào)整的柵極驅(qū)動電路。作為用于該目的的一種結(jié)構，一種柵極驅(qū)動電路包括構成為產(chǎn)生延遲控制信號的延遲控制信號產(chǎn)生單元，該延遲控制信號相對于由上一級控制設備給出的控制信號具有一定的延遲時間；構成為通過延遲控制信號的波形整形以產(chǎn)生電壓參考信號的參考信號產(chǎn)生單元；構成為檢測電壓驅(qū)動型開關元件主要電極之間的電壓，并輸出主電壓檢測信號的電壓檢測器；和構成為比較主電壓檢測信號和電壓參考信號，并輸出控制電流源的比較結(jié)果信號的比較器。
文檔編號H03K17/082GK1518222SQ20041000528
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月21日 優(yōu)先權日2003年1月21日
發(fā)明者田井裕道 申請人:東芝三菱電機產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會社