[发明专利]栅极驱动电路

说明书

一种栅极驱动电路，其驱动第一晶体管的栅极，包括：由在第一连接节点串联连接的第一电压源和第二电压源构成的串联连接结构的高电位端和低电位端之间的、在第二连接节点串联连接的高电位侧的第一开关和低电位侧的第二开关；以及串联连接在第一连接节点和第二连接节点之间的第三开关和电感器，其中，第一晶体管的栅极能够电连接至第二连接节点。

技术领域

本发明涉及栅极驱动电路。

背景技术

传统上，已经开发了驱动诸如MOS场效应晶体管(MOSFET)的晶体管的栅极的各种栅极驱动电路。

例如，专利文献1公开了传统的栅极驱动电路的一个示例。专利文献1的栅极驱动电路包括切换输出电压的三个电平的切换电路，并且在切换电路与晶体管的栅极之间连接有电抗器。切换电路切换零电平、中间电平和作为功率电平的两倍中间电平。

当晶体管导通时，切换电路将输出电压从零电平切换到中间电平。然后，由于电抗器以及晶体管的栅极-源极电容而发生谐振。在这种情况下，栅极电压迅速增加到功率电平，并且栅极电压的变化点在某个时间点变为零。在该时间点，切换电路将输出电压切换到功率电平，使得栅极电压保持在功率电平。在截止时，以与导通时相反的顺序执行操作。

此外，传统上，在对开关电源、马达驱动器等的开关元件进行切换的栅极驱动电路中，提出了一种仅在切换的瞬间临时改变开关元件的栅极电压以便实现高速切换的方法(例如，参见专利文献2至4)。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP特开第2007-282326号公报

专利文献2：JP特开第2009-200891号公报

专利文献3：日本专利第4804142号

专利文献4：JP特开第2010-51165号公报

专利文献5：JP特开第2017-183979号公报

发明内容

发明所解决的技术问题

在此，晶体管具有内部栅极电阻器(寄生电阻)，并且当由栅极驱动电路驱动晶体管时，对晶体管的栅极进行充电和放电的栅极电流受到内部栅极电阻器的限制。特别地，使用诸如SiC的半导体材料的晶体管具有大的内部栅极电阻器，这更加限制了栅极电流。这导致了晶体管的切换速度降低并且切换损耗增加的问题。

然而，上述专利文献1的栅极驱动电路旨在抑制导通时的栅极电压的过冲和截止时的栅极电压的下冲，并且尚未考虑如上所述的由于晶体管的内部栅极电阻器造成的切换速度的降低。

鉴于上述情况，期望实现要被驱动的晶体管的更高的切换速度。

此外，在专利文献2中，需要作为临时增加栅极电压的手段的许多无源元件，因此存在电路规模增大的问题。

此外，在专利文献3中，通过切换多个电源来临时增加栅极电压，因此，除了增加电路规模的问题之外，还存在还需要复杂控制的问题。

此外，在专利文献4中，驱动目标是其中在稳定的导通(ON)状态下也要求栅极电流流动的电流驱动型开关元件(结型FET)。因此，该文献中提出的电容器应与作为基本电路元件的栅极电阻器并联连接，并且未假定单独使用电容器。在这方面，专利文献4的传统技术看起来与本发明相似但在基本结构上明显不同。

注意，鉴于上述问题，本专利申请的申请人在专利文献5中提出了一种可以容易地实现高速切换的栅极驱动电路。但是，关于电容器和输入电容的变化，该传统技术仍然需要更多考虑。

鉴于这种情况，还期望提供一种即使电容器或输入电容有变化也能够容易且适当地实现高速切换的栅极驱动电路。

解决问题的手段