[发明专利]控制IGBT的方法和栅极驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及栅极驱动器，更具体而言，涉及用于绝缘栅极双极晶体管(IGBT)的栅极驱动器。

背景技术

IGBT是通常在高功率应用中被用作开关的功率半导体部件。IGBT是栅极控制的部件，这意味着可以从IGBT的栅极接通和关断IGBT。

IGBT的特性使得在高功率应用中使用它们是非常有吸引力的，因为IGBT开关能够在高电压电平下开关大电流。此外，IGBT开关工作速度快，这意味着接通和关断损耗是可容忍的。这是因为作用于该部件上的电压和流过该部件的电流的同时时间很短。

IGBT需要能够对该部件的内部电容快速充电以便接通该部件的栅极驱动电路。类似地，栅极驱动电路从栅极移除电荷以便从该部件切断电流。栅极驱动器连接到该部件的栅极和发射极端子，该驱动器的目的是控制栅极相对于发射极的电位。当IGBT接通时，使得栅极电位相对于发射极电位为正；当需要关断时，使得栅极电位相对于发射极电位为负。

为此，栅极驱动器电路需要双侧辅助电压，从双侧辅助电压可以得到相对于发射极的正和负栅极电压。通常，该双侧电压从利用串联连接的电容器(使得这些电容器的中点连接到该受控部件的发射极)划分出的电压产生。于是可以控制相对于发射极的正或负电压施加于栅极。

栅极驱动器电路还必须能够在过大电流流过受控IGBT的情况下关断该部件。必须通过关断所考虑的部件来从电路中消除通常因短路而产生的过电流情况。正在传导过电流的IGBT不能以正常方式关断，因为迅速消除过大电流会在该部件的集电极和发射极之间产生电压尖峰。该电压尖峰可能毁坏该部件和与该部件相连的器件。

亦可操作为利用软关断消除短路电流的已知栅极驱动器电路是具有许多不同部件并因此需要大的表面积的复杂结构。第6335608号美国专利 中给出了栅极驱动器电路的例子。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和一种用于实施该方法的栅极驱动器电路来克服上面的问题。本发明的目的是通过根据本发明的实施例的方法和栅极驱动器电路来实现的。还公开了本发明的优选实施例。

本发明基于如下思想：使用两个控制输入来控制IGBT部件。电阻部件连接到这些控制输入的输出；取决于这些控制输入的状态，电阻部件形成分压器，并且将受控IGBT的栅极设置于多个辅助电压之间的电位。由此利用该电阻分压器从辅助电压产生了该电位，该电位适合于使IGBT软脱离过电流状态。

本发明的优点是：可以用最少量的额外部件实现软关断特征，并且该特征与栅极驱动器中的正常接通和关断特征无缝地结合。本发明的特征是利用简单的设计、通过使用经良好测试的常用部件来实现的。当所需部件的数目很小时，这些部件所需要的空间也很小，从而在具有受控IGBT开关的电气设备的外壳中占用显著更小的空间。

附图说明

下面，参照附图通过优选实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1、图2、图3和图4示出了本发明的栅极驱动器的不同实施例。

具体实施方式

图1示出了本发明的一个实施例。利用两个单独的控制信号CTRL1和CTRL2执行对IGBT的控制。这两个控制信号控制单独的驱动器电路DR1和DR2，其中DR1和DR2是推挽型光耦合器。具有正、负总线VCC+、VCC-的辅助电压连接到驱动器电路的供电电压。根据控制信号控制驱动器电路，使得驱动器电路的输出处于辅助电压的正总线电位或负总线电位，即高或低。驱动器电路DR1、DR2例如是作为快速部件并且由电流驱动的光耦合器。因此，驱动器电路中有电流代表“通”状态，而驱动器电路中没有电流代表“断”状态。

在本发明的电路中，电阻部件Ra的一个端子连接到驱动器电路之一DR1的输出端，电阻部件Rb的一个端子连接到另一个驱动器电路DR2的输出端。进一步地，这两个电阻部件的另一个端子连接在一起。这两个电阻部件由此串联连接在驱动器电路DR1、DR2的输出端之间。