[发明专利]栅极驱动电源系统和逆变器控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及用于逆变器系统的栅极驱动电源系统和逆变器控制电路，该逆变器系统具有受开关控制的多个功率晶体管，用以将控制用电力供应给功率晶体管各自的栅极驱动电路。本发明具体涉及在用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)之类的功率晶体管构成的逆变器系统中，将电力供应给功率晶体管的栅极驱动电路的栅极驱动电源系统和逆变器控制电路。

背景技术

在由诸如功率晶体管之类的半导体开关器件构成的逆变器系统中，使用将电力供应给功率晶体管的栅极驱动电路的栅极驱动电源系统。

图5是示出使用栅极驱动电源系统的相关逆变器系统的一个示例的电路图。栅极驱动电源系统是一种引入称为回扫(flyback)转换器系统的电源系统的系统。回扫转换器系统是逆变器系统的栅极驱动电源系统的最常用系统之一。

在图5中，电源连接到逆变器模块1，在电源中，AC电源2的输出通过主电路整流器3和平滑电容器4转换成DC输出。顺便提及的是，逆变器模块1的电源不限于此，而可以是诸如汽车电池之类的DC电源。逆变器模块1由六个功率晶体管11到16构成，这六个功率晶体管11到16形成三相AC的U-相、V-相和W-相中的三个臂以通过U-相、V-相和W-相中臂各自的控制输入产生期望的AC输出，每个臂具有两个功率晶体管，并且逆变器模块1将所产生的AC输出供应给连接到逆变器模块1的感应电动机(M)5作为其负载。逆变器控制电路100连接到功率晶体管11到16，逆变器控制电路100设置有分别控制功率晶体管11到16的栅电压的栅极驱动单元(GDU)21到26。栅极驱动单元21到26通过对逆变器模块1中的各个功率晶体管11到16进行导通-截止控制，能够以适当的速度进行对感应电动机(M)5的驱动控制，而不管AC电源2中的电力变化和其负载中的变化如何。

在这种逆变器系统中，栅极驱动单元21到26的基准电位彼此不同，栅极驱动单元21到26分别将电力供应给功率晶体管11到16。因此，为了形成栅极驱动电源20，一般使用以下方法：多绕组变压器T设置在输出到栅极驱动单元21到26各自的电源和输入到逆变器控制电路100的主电源输入之间(如图5所示)，以使输出到栅极驱动单元21到26各自的电源与输入到逆变器控制电路100的主电源输入隔离。在该方法中，多绕组变压器T的初级绕组Np中的电流通过MOSFET 27受导通-截止控制，并且辅助绕组Nc所检测到的输出电压被反馈回栅极电源控制电路28以控制次级绕组Ns1到Ns6的每一个输出。

当逆变器模块1被形成为三相逆变器时，针对六个栅极驱动单元21到26设置以下四种电源。即，到U-相中上臂的电源、到V-相中上臂的电源、到W-相中的上臂的电源、以及到其U-相、V-相和W-相中每个下臂的电源。为了形成这种电源系统，在栅极驱动电源20中，需要彼此隔离的四个或六个电源输出。即，在到其各个相中下臂的电源为公共的情况下，四个电源输出变成是必要的。而，在到其各个相中每一个下臂的电源独立地设置成防止噪声经由接地线进入的情况下，六个电源输出变成是必要的。然而，各自具有被进一步隔离的下臂的电源系统通常用于容量相对较大(几万瓦或更多)的逆变器。在图5中，示出栅极驱动电源20，其配置为彼此隔离的六个输出。

在JP-A-2006-81232中，公开了一种将电力从彼此独立设置的变压器供应给多个功率晶体管11到16的驱动单元的栅极驱动系统。栅极驱动电源系统是一种每个变压器简单进行AC到AC转换的系统，这使得控制对每个变压器的操作不是必要的。因此，可使用彼此独立的变压器。

与此相比，在由图5所示的回扫转换器系统的上述电源供应电力的情况下，对每一个回扫转换器的开关操作的控制是必要的，这些回扫转换器将电力供应给栅极驱动电路21到26。关于此，存在以下思路：提供一种像图5所示系统的系统，在该系统中一个反馈用辅助绕组Nc和栅极电源控制电路28被设置成用于表示多个回扫转换器，以由此同时控制所有开关操作。作为替代，与稍后将解释的图7所示的逆变器控制电路200相像地，可针对每个变压器设置反馈电路和控制电路以便于形成各个电源电路。

也通过隔离如以上所解释的其下臂，图5所示的栅极驱动电源20防止噪声电流经由接地线进入，从而变成一种防止逆变器模块1因噪声发生故障的系统。如JP-A-9-135574中所公开的，为了将隔离的电源输出供应给每个臂，在前已使用图5所示的多绕组变压器T。