栅极驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及用于晶体管的栅极驱动器。
【背景技术】
[0002]例如，如对应于US2009/0002054A1的JP2012-147671A中所公开的，可以在栅极驱动器中采用恒流驱动来驱动诸如绝缘栅极双极晶体管(IGBT)之类的晶体管的栅极。与恒压驱动相比，恒流驱动具有上升时的开关损耗小的优点。例如，如JP10-32476A中所公开的，驱动电路可以设置有用于将栅极电压钳位到预定电压的钳位电路。例如，在IGBT进入过电流状态时，钳位电路防止IGBT的栅极电压增大。
[0003]在进行深入研宄之后，本发明人发现，在栅极驱动器中组合使用恒流驱动和钳位电路可能导致以下问题。具体地，尽管栅极驱动电流随着恒压驱动中栅极电压的升高而减小，但是不论恒流驱动中栅极电压是否增大，都有恒定栅极驱动电流流动。为此，存在恒流驱动中的栅极驱动电流大于恒压驱动中的栅极驱动电流的趋势。
[0004]例如，钳位电路具有包括齐纳二极管和MOS晶体管的器件。在栅极电压试图增大到预定钳位电压以上时，钳位电路执行钳位动作，该钳位动作通过使栅极驱动电流经由器件而被吸入到地来将栅极电压钳位到钳位电压。在钳位动作中，与恒流驱动中相比，恒流驱动中需要钳位电路吸入大量的栅极驱动电流。因此，栅极驱动器中的损耗增大。
[0005]来源于导线等的寄生电感部件(以下被简称“寄生电感器”)存在于栅极驱动器与IGBT的栅极之间。如上所述，由于恒流驱动中的栅极驱动电流大于恒压驱动中的栅极驱动电流，因此流经处于正常状态的寄生电感器的电流很大。因此，在诸如过电流状态的异常状态中，钳位电路执行电流吸入动作，该电流吸入动作使整个大栅极驱动电流被吸入到地。在该情况下，由于MOS晶体管的恢复特性并且由于栅极控制电路中的响应延迟，电流吸入动作可能被过度执行。作为结果，流经寄生电感器的电流在正值与负值之间大幅变化。注意，电流在流向栅极时具有正值。
[0006]此时，根据寄生电感器的电感(L)和流经寄生电感器的电流的变化率(di/dt)，在IGBT的栅极中发生浪涌。由以下公式给出浪涌:“-LX (di/dt)”。即，在电流变化率较高时，浪涌较大。因此，与恒压驱动中相比，在正常状态下有相对大的电流流经寄生电感器的恒流驱动中的浪涌更大。
[0007]如果栅极电压由于浪涌而增大并且超过IGBT的栅极击穿电压，IGBT可能被破坏或其寿命减少。如果栅极电压由于浪涌而进一步增大，则尽管处于过电流状态，IGBT仍然被更充分地接通(即，IGBT的接通电阻变得更小)。因此，其校正电流进一步增大，以致IGBT可能被破坏。
【发明内容】
[0008]鉴于以上情况，本公开内容的目的是提供一种栅极驱动器，其能够利用恒定电流来驱动晶体管的栅极，并且能够在晶体管处于过电流状态时，保护晶体管使其不受例如由于栅极电压增大而产生的损坏。
[0009]根据本公开内容的一方面，用于驱动第一晶体管的栅极驱动器包括栅极参考电压产生电路、恒流电路、第二晶体管、驱动控制器、电压变化控制器和过电流检测器。栅极参考电压产生电路输出栅极参考电压作为驱动电压的参考值，以接通第一晶体管。栅极参考电压产生电路能够在至少两个值之间改变要输出的栅极参考电压。恒流电路向第一晶体管的栅极供应恒定电流。
[0010]第二晶体管正向连接在从恒流电路的输出端子到第一晶体管的栅极的栅极电流供应路径中。第二晶体管为N沟道或NPN晶体管并且其栅极被供应以栅极参考电压。驱动控制器在输入接通指令时通过操作恒流电路来利用恒定电流驱动第一晶体管的栅极。
[0011]电压变化控制器将由栅极参考电压产生电路输出的栅极参考电压的值设置为第一设置值或大于第一设置值的第二设置值。过电流检测器判断第一晶体管是否处于过电流状态，其中大于预定故障阈值的过量电流在第一晶体管中流动。
[0012]电压变化控制器设置栅极参考电压的值，以使得在输入接通指令时，栅极参考电压的值为第一设置值。然后，在过电流检测器未判断第一晶体管处于过电流状态的条件下，当预定过渡时间在第一晶体管的镜像周期结束之后到来时，电压变化控制器将栅极参考电压的值从第一设置值改变为第二设置值。
【附图说明】
[0013]根据参考附图做出的以下【具体实施方式】，本公开内容的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中:
[0014]图1是根据本公开内容的第一实施例的具有栅极驱动器的逆变器装置的电路图；
[0015]图2是栅极驱动器的电路图；
[0016]图3A是栅极驱动器的恒流电路的示例的电路图，并且图3B是恒流电路的另一个示例的电路图；
[0017]图4是处于正常状态下的栅极驱动器的时序图；
[0018]图5是处于异常状态下的栅极驱动器的时序图；
[0019]图6是常规栅极驱动器的电路图；
[0020]图7是处于正常状态下的常规栅极驱动器的时序图；
[0021]图8是处于异常状态下的常规栅极驱动器的时序图；
[0022]图9是根据本公开内容的第二实施例的栅极驱动器的电路图；
[0023]图10是根据本公开内容的第三实施例的栅极驱动器的电路图；
[0024]图11是根据本公开内容的第四实施例的栅极驱动器的电路图；
[0025]图12是根据本公开内容的第五实施例的栅极驱动器的电路图；
[0026]图13是处于正常状态下的图12的栅极驱动器的时序图；
[0027]图14是根据本公开内容的第六实施例的栅极驱动器的电路图；
[0028]图15是处于正常状态下的图14的栅极驱动器的时序图；以及
[0029]图16是根据第六实施例的修改的栅极驱动器的电路图。
【具体实施方式】
[0030]下面参考附图描述本公开内容的实施例，在附图中，相似的附图标记指示相同或等价的部分。
[0031](第一实施例)
[0032]下面参考图1-8描述本公开内容的第一实施例。
[0033]根据通过光耦合器从诸如微型计算机之类的控制器4 (参考图2)接收的PWM控制信号Dup、Dvp、Dwp、Dun、Dvn和Dwn，通过电源线2和3向图1中所示的逆变器装置I供应来自车辆上安装的电池的直流电压(DC)，并且逆变器装置I向无刷DC电动机5输出交流(AC)电压。
[0034]上臂IGBT 6up、6vp和6wp以及下臂IGBT 6un、6vn、6wn连接成三相配置。IGBT6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn中的每一个与单个续流二极管并联连接。IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn中的每一个具有用于感测电流的另一个IGBT并且被实施为单个功率模块。IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn 和 6wn 分别由栅极驱动器 7up、7vp、7wp、7un、7vn 和 7wn 驱动。栅极驱动器7up、7vp、7wp、7un、7vn和7wn中的每一个被实施为单个集成电路(IC)。
[0035]分别通过电源线8u、8v和8w为用于上臂的栅极驱动器7up、7vp和7wp供应电源电压VDu、VDv和VDw。输出节点nu、nv和nw分别用作电源线8u、8v和8w的参考电势。通过电源线8为用于下臂的栅极驱动器7un、7vn和7wn中的每一个供应电源电压VD。地用作电源线8的参考电势。栅极驱动器7up、7vp、7wp、7un、7vn和7wn中的每一个具有相同的结构。在下文中有时将栅极驱动器7up、7Vp、7wp、7un、7Vn和7wn统称为“栅极驱动器7”。同样地，在下文中有时将IGBT 6up、6vp、6wp、6un、6vn和6wn统称为“ IGBT 6”，并且在下文中有时将PWM控制信号Dup、Dvp, Dwp、Dun、Dvn和Dwn统称为“控制信号D”。
[0036]如图2中所示，栅极驱动器7包括栅极参考电压产生电路11、恒流电路12、电压输出晶体管13、栅极关断驱动电路14和过电流判断电路15。注意，控制器4对应于权利要求中提到的驱动控制器和电压变化控制器。作为IC的栅极驱动器7具有端子Pd、Pl、P2、P3、P4和P5。端子Pd是用于接收电源电压VD的输入端子。端子Pl是用于接收控制信号D的输入端子。端子P2是用于输出栅极电压VG的输出端子。在控制信号D处于H(高)电平时，栅极驱动器7接收到关断指令以关断IGBT 6。相反，在控制信号D处于L(低)电平时，栅极驱动器7接收到接通指令，以接通IGBT6。端子P3是用于接收电压变化信号Sa的输入端子。端子P4是用于接收异常判断信号Sb的输入端子。端子P5是用于接收过电流判断信号Sc的输入端子。稍后详细描