[发明专利]与经调节的DI/DT和/或DV/DT组合地驱动功率开关的系统和方法

说明书

公开了与经调节的DI/DT和/或DV/DT组合地驱动功率开关的系统和方法。根据实施例，一种驱动开关晶体管的方法包括：利用栅极驱动信号驱动开关晶体管；测量开关晶体管的负载路径电压的导数和开关晶体管的负载路径电流的导数中的至少一个；测量栅极驱动信号的导数；基于参考信号、所测量的栅极驱动信号的导数、以及所测量的开关晶体管的负载路径电压的导数或所测量的开关晶体管的负载路径电流的导数中的至少一个来形成误差信号；以及形成栅极驱动信号，其中形成栅极驱动信号包括使用动态控制器处理误差信号。

技术领域

本发明一般地涉及与经调节的di/dt和/或dv/dt组合地驱动功率开关的系统和方法。

背景技术

用于诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、结型栅极场效应晶体管（JFET）和高电子迁移率晶体管（HEMT）的功率半导体的通用驱动器电路可以被适配以控制功率半导体的开关斜率。开关斜率是如下中的至少一个：当功率半导体的负载路径上的电压上升或下降时发生的按时间的电压改变（dv/dt）；以及当通过功率半导体的负载路径的电流上升或下降时发生的按时间的电流高改变（di/dt）。通常，斜率并不被调节到特定的值或范围而是仅受到限制，这对于许多应用而言可能是足够的。然而，限制斜率可能意味着例如将dv/dt限制为最大电压改变值或者将di/dt限制为最大电流改变值。在下降的电流的情况下限制di/dt是特别重要的，因为有关于寄生电感的过量的（负的）di/dt可能生成如下的电压：该电压可能超过相应的功率半导体的最大电压额定值。

在其中用于驱动功率半导体的信号在闭合回路控制之下的情况下，关于可能在功率半导体的驱动电压低于半导体的接通阈值时可能出现的过冲而产生另外的问题。在该工作区域中，包括相应的半导体器件的输出的反馈路径本质上被禁用，并且用于调节功率半导体的驱动电压的控制回路的至少部分可能在开环状态下工作。这样的开环行为可能引起一旦回路完全闭合就被回路校正的电压误差和过冲。

发明内容

根据实施例，用于控制栅极受控组件的栅极驱动电路包括：动态控制器，被配置为接收输入参考信号并且经由栅极驱动电路的输出端子控制栅极受控组件的栅极电压；用于动态控制器的至少一个分量反馈电路，该至少一个分量反馈电路被配置为将来自如下中的至少一个的反馈提供给动态控制器：栅极受控组件的负载路径电压的时间导数或栅极受控组件的负载路径电流的时间导数；以及用于动态控制器的栅极驱动反馈电路，该栅极驱动反馈电路被配置为提供来自栅极驱动电路的输出端子处的电压的时间导数的反馈。

根据另一实施例，一种电路包括：栅极驱动器电路，该栅极驱动器电路具有耦合到栅极驱动端子的输出，该栅极驱动端子被配置为耦合到开关晶体管的栅极；动态控制器，具有耦合到栅极驱动器电路的输入的输出；求和电路，具有耦合到动态控制器的输入的输出，以及被配置为接收参考信号的第一输入；耦合在电压测量端子和求和电路的第二输入之间的至少一个反馈电路，所述至少一个反馈电路被配置为将与开关晶体管的负载路径电压的导数和开关晶体管的负载路径电流的导数中的至少一个成比例的信号提供到求和电路的第二输入；以及耦合在栅极驱动器电路的输出与求和电路的第三输入之间的抗饱卷（anti-windup）电路，该抗饱卷电路被配置为将与栅极驱动器电路的输出电压的导数成比例的信号提供到求和电路的第三输入。

根据进一步的实施例，一种驱动开关晶体管的方法包括：利用栅极驱动信号驱动开关晶体管；测量开关晶体管的负载路径电压的导数和开关晶体管的负载路径电流的导数中的至少一个；测量栅极驱动信号的导数；基于参考信号、所测量的栅极驱动信号的导数、以及所测量的开关晶体管的负载路径电压的导数或所测量的开关晶体管的负载路径电流的导数中的至少一个来形成误差信号；以及形成栅极驱动信号，其中形成栅极驱动信号包括使用动态控制器处理误差信号。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照结合随附附图所作的以下描述，在附图中：