[发明专利]具有恒定电流可变结构的负载驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有恒定电流可变结构的负载驱动器。

背景技术

例如，与US2009/0066402A1相对应的JP2009-71956A描述了用于驱动诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的作为负载的功率开关元件(power switching element)的栅极驱动电路。所描述的栅极驱动电路具有用于打开功率开关元件的第一接通电源电路。第一接通电源电路具有作为专用于第一接通电源电路的电源的第一接通电源。

第一接通电源电路向功率开关元件的栅极提供等于或低于预定电平的电压，以打开该功率开关元件。因此，减小了诸如特性改变等的对功率开关元件的不利影响。

上面的栅极驱动电路是一个例子，并且一些其它类型的栅极驱动电路，即驱动器电路是广泛已知的。

在由这种驱动器电路驱动的开关元件中，打开栅极的时间取决于驱动器电路的电容(capacity)。上升时间越短，升高栅极的速度增加得就越快。

例如，假设栅极的电容为C，对栅极进行充电的恒定电流值为I，并且栅极变为导通状态的导通电压为V，用于打开栅极的上升时间T被表示为T＝(C×V)/I。从外部设备向驱动器电路提供恒定电流。

根据上面的表达式，通过增加提供给驱动器电路的电流的值I或者通过减小栅极电容C或导通电压V来缩短上升时间T。也即是说，通过缩短上升时间T，栅极的上升速度增加。

栅极电容C和导通电压V是根据开关元件的尺寸或制造工艺来唯一地决定的。因此，上升时间T是由恒定电流的值I来调节的。

考虑通过增加恒定电流的值I来缩短上升时间T。然而，恒定电流的值I的增加导致驱动器电路中的电流消耗的增加。具体地说，如果甚至在栅极达到导通状态以后还不断地向驱动器电路提供具有增加的值I的恒定电流，则增加了驱动器电路中的消耗电流。

例如，与US2009/0002054A1相对应的JP2009-11049A描述了使用恒定电流来驱动诸如IGBT或MOSFET等的作为负载的功率元件的栅极的栅极驱动装置。在该栅极驱动装置中，将恒定电流脉冲的栅极驱动电路连接到功率元件的栅极。

当根据控制信号来操作恒定电流脉冲的栅极驱动电路时，从恒定电流脉冲的栅极驱动电路向功率元件的栅极提供恒定电流。因为给功率元件的栅极提供了电荷，因此栅极电压上升，并且因而功率元件打开。

在这种结构中，如果在功率元件的栅极达到完全导通状态时发生脉冲跳增(overshoot)，则功率元件将被损坏。因此，考虑将箝位电路连接到功率元件的栅极，从而限制功率元件的脉冲跳增并且保护功率元件，其中，箝位电路将栅极电压固定于恒定电压。

然而，在栅极电压达到箝位电路的电压的时刻，在箝位电路中形成了恒定电流通过的电流通路。因此，只要不断地向功率元件提供恒定电流，也将不断地向箝位电路提供向功率元件提供的恒定电流。因此，将增加电流消耗。

例如，JP2004-72424A描述了MOS栅极晶体管的栅极驱动电路，该栅极驱动电路可以缩短高功率晶体管的接通时间并且还可以减小内部功耗。然而，在JP2004-72424A中，恒定电流的值未被改变。

发明内容

一个目的是提供一种能够在减小驱动器电路中的电流消耗的同时以较高的速度打开开关元件的负载驱动器。

另一个目的是提供一种具有连接到功率元件的箝位电路、能够减小用于驱动该功率元件的恒定电流的消耗的负载驱动器。

根据一个方案，负载驱动器包括连接到负载的开关元件、产生恒定电流的恒定电流产生器和通过从恒定电流产生器提供的恒定电流打开开关元件的驱动器电路。打开开关元件所需的导通时段是根据恒定电流的值来确定的，并且随着恒定电流的值的增加而缩短。恒定电流产生器在导通时段期间向驱动器电路提供具有第一电流值的第一恒定电流，并且在导通时段已经过去并且开关元件达到导通状态以后提供具有小于第一电流值的第二电流值的第二恒定电流。

在这种结构中，通过具有第一电流值的恒定电流打开开关元件，并且在开关元件被打开以后，来自恒定电流产生器的恒定电流的值从第一电流值减小到第二电流值。因此，通过具有第一电流值的恒定电流以较高的速度来打开开关元件，并且通过具有小于第一电流值的第二电流值的恒定电流来减小在开关元件被打开以后驱动器电路中的电流消耗。