[发明专利]功率管驱动方法、电路及直流固态功率控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于直流固态功率控制器的功率管驱动方法及其电路，属于电力电子技术与电工技术领域。

背景技术

固态功率控制器(Solid State Power Controller, 简称SSPC)是以半导体功率管为核心、集继电器的开关转换功能和断路器的保护功能于一体的固态配电装置。SSPC具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高、便于计算机远程控制等优点，正广泛应用于飞机、坦克、轮船、民用配电网等方面。

直流SSPC用于直流电源系统，实现电路的接通或断开，并完成电路故障保护和隔离。为了提高直流SSPC的负载兼容性、降低直流SSPC带容性负载开通过程中的冲击电流、抑制直流SSPC关断过程中半导体功率管两端的电压应力，直流SSPC均需要以相对比较“慢”的开关速度进行开通和关断，并且使其开关速度可根据负载需要进行调整。

直流SSPC的功率管的开关速度主要取决于其功率管驱动电路。中国发明专利ZL200510038027.0提出通过RC网络组成的“慢通慢断” 驱动电路形成缓慢上升和缓慢下降的功率管驱动电压波形，实现功率管以比较“慢”的开关速度进行开通和关断。该方案的优点是实现较为简单，但缺点是功率管在开关过程中开关速度不恒定，开关速度的控制效果受功率管的参数、环境温度的影响较大，参数调整困难。在公开号为CN102545855A的中国发明专利申请中提出了一种闭环驱动电路技术方案，克服了基于RC网络“慢通慢断”驱动电路的问题，但其缺点是技术方案的实现比较复杂，必须采用高带宽高速运算放大器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种直流固态功率控制器的功率管驱动方法及其电路，实现功率管以比较“慢”并且恒定的开关速度开通和关断，开关速度可根据负载需要进行调整，而且驱动电路简单可靠、实现成本低。

为了实现上述发明目的，本发明采用的具体技术方案是：

一种功率管驱动方法，应用于直流固态功率控制器，其特征是在功率管的栅极和漏极之间跨接反馈电容，直流固态功率控制器的开通关断控制信号控制第一通道、第二通道的导通和关断，使开通关断控制信号通过第一通道或第二通道耦合至功率管的栅极；直流固态功率控制器开通时，第二通道关断，第一通道导通，以第一电流实现反馈电容的充电，控制功率管缓慢、恒速开通，开通速度由第一电流的电流值和反馈电容的容值控制；直流固态功率控制器关断时，第一通道关断，第二通道导通，以第二电流实现反馈电容的放电，控制功率管缓慢、恒速关断，关断速度由第二电流的电流值和反馈电容的容值控制。

一种功率管驱动电路，应用于直流固态功率控制器，电路结构包括：第一开关和第一恒流源串联组成的第一通道，第二开关和第二恒流源串联组成的第二通道，一非门，以及跨接在功率管栅极和漏极之间的反馈电容；第一通道和第二通道串联在驱动电路供电电源正极和参考地之间，第一通道和第二通道的连接点与功率管的栅极连接，驱动电路参考地与功率管的源极连接；固态功率控制器的开通关断控制信号与第一开关的控制端连接，同时通过非门与第二开关的控制端连接。

本发明还提供了一种直流固态功率控制器，以场控型功率管为主开关，它包括上述的功率管驱动电路。

本发明技术方案的核心是在功率管漏极和栅极引入一个反馈电容，将功率管漏极和源极的电压反馈至功率管栅极，在直流固态功率控制器开通关断的过程中，通过控制不同通道导通实现反馈电容的恒流充电和恒流放电，功率管的开关速度正比于充电和放电电流的电流值，反比与反馈电容的容值。通过调整充电和放电电流值的大小和反馈电容的容值大小可以实现功率管以较“慢”且恒定的开关速度进行开通和关断。

本发明技术方案的有益效果如下：

（1）直流固态功率控制器中功率管可以以较“慢”和恒定的开关速度开通和关断，负载电压线性上升和线性下降。

（2）直流固态功率控制器中功率管的开关速度（负载电压上升率或下降率）可以通过调整充、放电电流的大小和反馈电容容值的大小实现，功率管的开关速度受所用功率管的电气参数、温度特性的影响很小。

（3）本发明驱动电路简单可靠，易于集成化，而且不必使用高带宽高速运算放大器，实现成本低。

（4）本发明的功率管驱动方法及其驱动电路适用于任意以场控型功率管为主开关管的直流固态功率控制器，功率管可以是常规的Si MOSFET、Si JFET、Si IGBT以及新型宽带半导体功率器件如SiC MOSFET、SiC IGBT、SiC JFET以及GaN 场效应管。