功率器件的门极驱动电路、驱动装置及控制方法与流程

本发明涉及功率半导体器件驱动，特别地涉及一种功率器件的门极驱动电路、驱动装置及控制方法。

背景技术：

1、igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是组成各种变流器的核心功率元器件，igbt只有配上合适的驱动器才能正常工作，当igbt发生三类短路时，易出现igbt自关断现象。

2、有文献研究表明三类短路工况发生后igbt容易失效，现有驱动器对三类短路工况没有针对性的保护措施。这导致驱动器的可靠性降低，因此，本领域亟需一种驱动器对igbt的三类短路进行保护，以提高包括igbt的功率器件的可靠性。

技术实现思路

1、本发明提供一种功率器件的门极驱动电路、驱动装置及控制方法，解决了一些技术方案中难以对igbt的三类短路进行保护的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种功率器件的门极驱动电路，门极驱动电路包括：第一开关、第二开关及第三开关；

3、第一开关的一端连接于正电源，另一端与第二开关的一端连接；

4、第二开关的另一端连接于负电源；

5、功率器件的门极连接于第一开关与第二开关之间的连接线上；

6、第三开关的一端连接于正电源，另一端连接于功率器件的门极。

7、在一些实施例中，还包括：驱动电阻，一端连接于第一开关与第二开关之间的连接线上，另一端连接于功率器件的门极，第三开关的另一端连接至驱动电阻与功率器件的门极之间的连接线上。

8、在一些实施例中，第一开关为npn型三极管，第二开关为pnp型三极管，第三开关为pmos管。

9、在一些实施例中，功率器件为绝缘栅双极型晶体管。

10、第二方面，本发明提供了一种驱动装置，包括：

11、第一方面中任一项的门极驱动电路；

12、逻辑处理电路，与门极驱动电路相连，用于产生门极驱动电路的控制信号；

13、其中，门极驱动电路的控制信号包括门极驱动电路的第一开关的控制信号、第二开关的控制信号和第三开关的控制信号。

14、在一些实施例中，逻辑处理电路包括：同相器、电阻、电容、二极管和反相器；

15、同相器的输入端接收第一开关的控制信号，同相器的输出端与第二开关的控制端连接，用于控制第二开关的通断；

16、电阻的一端连接于同相器的输出端，电阻的另一端连接于反相器的输入端；

17、电容的一端接地，电容的另一端连接于反向器的输入端；

18、反相器的输出端连接于第三开关的控制端，用于控制第三开关的通断。

19、在一些实施例中，逻辑处理电路还包括：二极管，并联于电阻的两端，用于在关断功率器件时加快关断速度。

20、在一些实施例中，驱动装置还包括短路保护电路，短路保护电路分别与功率器件和逻辑处理电路相连，用于监测功率器件的端电压实现短路保护。

21、在一些实施例中，驱动装置还包括信号隔离电路，信号隔离电路与逻辑处理电路相连，用于对外部信号与逻辑电路进行隔离。

22、在一些实施例中，驱动装置还包括电源隔离电路，电源隔离电路分别与门极驱动电路、逻辑处理电路、短路保护电路、信号隔离电路相连，用于对外部电源与门极驱动电路、逻辑处理电路、短路保护电路、信号隔离电路进行电气隔离。

23、第三方面，本发明提供了一种门极驱动电路的控制方法，基于第一方面中任一项功率器件的门极驱动电路实现，方法包括：

24、闭合第一开关并断开第二开关，以开通功率器件；

25、延时预设时长后，闭合第三开关，以将功率器件的门极的电压钳位到正电源的电压。

26、第四方面，本发明提供了一种驱动装置的控制方法，基于第二方面中任一项的驱动装置实现，方法包括：

27、将第一开关的控制信号置为高；

28、同相器响应于置为高的第一开关的控制信号而将第二开关的控制信号置为高，以开通功率器件；

29、电阻和电容响应于置为高的第二开关的控制信号而在延时预设时长后，将反相器的输入端置为高，以将反相器的输出端置为低；

30、第三开关响应于置为低的反相器的输出端而闭合，以将功率器件的门极的电压钳位到正电源的电压。

31、本发明提供的一种功率器件的门极驱动电路、驱动装置及控制方法，通过将第一开关的一端连接于正电源，另一端与第二开关的一端连接，将第二开关的另一端连接于负电源，将功率器件的门极连接于第一开关与第二开关之间的连接线上，将第三开关的一端连接于正电源，另一端连接于功率器件的门极，从而能够在开通功率器件后将功率器件的门极的电压钳位至正电源的电压，即使发生三类短路，也能够通过正电源和第三开关对门极迅速充电，提高了功率器件的可靠性。

技术特征：

1.一种功率器件的门极驱动电路，其特征在于，所述门极驱动电路包括：第一开关、第二开关及第三开关；

2.根据权利要求1所述的功率器件的门极驱动电路，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的功率器件的门极驱动电路，其特征在于，所述第一开关为npn型三极管，所述第二开关为pnp型三极管，所述第三开关为pmos管。

4.根据权利要求1所述的功率器件的门极驱动电路，其特征在于，所述功率器件为绝缘栅双极型晶体管。

5.一种驱动装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述逻辑处理电路包括：同相器、电阻、电容、二极管和反相器；

7.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述逻辑处理电路还包括：二极管，并联于所述电阻的两端，用于在关断功率器件时加快关断速度。

8.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括短路保护电路，所述短路保护电路分别与所述功率器件和所述逻辑处理电路相连，用于监测所述功率器件的端电压实现短路保护。

9.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括信号隔离电路，所述信号隔离电路与所述逻辑处理电路相连，用于对外部信号与逻辑电路进行隔离。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括电源隔离电路，所述电源隔离电路分别与所述门极驱动电路、逻辑处理电路、短路保护电路、信号隔离电路相连，用于对外部电源与所述门极驱动电路、逻辑处理电路、短路保护电路、信号隔离电路进行电气隔离。

11.一种门极驱动电路的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至4中任一项所述功率器件的门极驱动电路实现，所述方法包括：

12.一种驱动装置的控制方法，其特征在于，基于权利要求5至10中任一项所述的驱动装置实现，所述方法包括：

技术总结
本发明涉及功率半导体器件驱动技术领域，特别地涉及一种功率器件的门极驱动电路、驱动装置及控制方法，通过将第一开关的一端连接于正电源，另一端与第二开关的一端连接，将第二开关的另一端连接于负电源，将功率器件的门极连接于第一开关与第二开关之间的连接线上，将第三开关的一端连接于正电源，另一端连接于功率器件的门极，从而能够在开通功率器件后将功率器件的门极的电压钳位至正电源的电压，即使发生三类短路，也能够通过正电源和第三开关对门极迅速充电，提高了功率器件的可靠性。

技术研发人员：田伟,谢舜蒙,张荣,刘杰,谭一帆,荣春晖,赖立,朱武
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15