柵極驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)該柵極驅(qū)動(dòng)器的方法
【專利說(shuō)明】柵極驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)該柵極驅(qū)動(dòng)器的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年12月12日遞交至韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局、編號(hào)為10_2014_0179519的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用完整地合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]所描述的技術(shù)總體涉及柵極驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)該柵極驅(qū)動(dòng)器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]開(kāi)關(guān)器件(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))被用在包括供電的電力變換器和逆變器等的多種電子設(shè)備中。
[0005]例如，在混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車中，使用開(kāi)關(guān)器件(例如，IGBT和/或FET器件等)來(lái)控制對(duì)馬達(dá)的電力的施加。這里，電池電源與開(kāi)關(guān)器件彼此電絕緣。電池電源與開(kāi)關(guān)器件之間的絕緣是安全性和可靠性的非常重要的因素。器件之間的絕緣的絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度服從測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明的一方面是一種柵極驅(qū)動(dòng)器，包括:開(kāi)關(guān)器件；用于生成脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器；以及用于響應(yīng)于所述脈沖信號(hào)生成要供應(yīng)至所述開(kāi)關(guān)器件的柵極電壓的脈沖變壓器，其中所述脈沖發(fā)生器通過(guò)改變所述脈沖信號(hào)的頻率來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)器件的操作。
[0007]所述脈沖發(fā)生器可在所述開(kāi)關(guān)器件的操作停止時(shí)增大所述脈沖信號(hào)的頻率。
[0008]所述脈沖發(fā)生器可在所述開(kāi)關(guān)器件的正常驅(qū)動(dòng)時(shí)段生成第一頻率的脈沖信號(hào)并在所述開(kāi)關(guān)器件的操作被停止時(shí)將所述脈沖信號(hào)從所述第一頻率逐漸改變?yōu)楸人龅谝活l率高的第二頻率。
[0009]所述脈沖信號(hào)的占空比可以是一致的，與頻率的變化無(wú)關(guān)。
[0010]在所述脈沖發(fā)生器與所述脈沖變壓器之間的升壓?jiǎn)卧缮咚雒}沖信號(hào)的電壓。
[0011]另一方面是一種驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器的方法，包括:響應(yīng)于輸入至脈沖變壓器的脈沖信號(hào)，生成用于導(dǎo)通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件的柵極電壓，以及當(dāng)所述開(kāi)關(guān)器件的操作被停止時(shí)改變所述脈沖信號(hào)的頻率。
[0012]當(dāng)所述開(kāi)關(guān)器件的操作被停止時(shí)，所述脈沖信號(hào)的頻率可從第一頻率逐漸增大到比所述第一頻率高的第二頻率。
[0013]所述脈沖信號(hào)的占空比可以是一致的，與所述頻率的變化無(wú)關(guān)。
[0014]另一方面是一種柵極驅(qū)動(dòng)器，包括開(kāi)關(guān)器件；配置為生成脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器；以及配置為基于所述脈沖信號(hào)生成柵極電壓并將所述柵極電壓施加到所述開(kāi)關(guān)器件的脈沖變壓器，其中所述脈沖發(fā)生器進(jìn)一步配置為通過(guò)改變所述脈沖信號(hào)的頻率來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)器件。
[0015]在示例性實(shí)施例中，所述脈沖發(fā)生器進(jìn)一步配置為增大所述脈沖信號(hào)的頻率，以便將所述開(kāi)關(guān)器件轉(zhuǎn)換至空閑狀態(tài)。所述脈沖發(fā)生器可進(jìn)一步配置為生成:i)脈沖信號(hào)，以便在所述開(kāi)關(guān)器件的正常驅(qū)動(dòng)時(shí)段期間具有第一頻率，以及ii)將所述脈沖信號(hào)從所述第一頻率逐漸改變?yōu)楸人龅谝活l率高的第二頻率，以便將所述開(kāi)關(guān)器件轉(zhuǎn)換至所述空閑狀態(tài)。在所述脈沖信號(hào)的頻率被改變時(shí)，所述脈沖信號(hào)可具有基本恒定的占空比。柵極驅(qū)動(dòng)器可進(jìn)一步包括電連接在所述脈沖發(fā)生器與所述脈沖變壓器之間的升壓?jiǎn)卧?，其中所述升壓?jiǎn)卧渲脼樯咚雒}沖信號(hào)的電壓。
[0016]另一方面是一種驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器的方法，包括:在脈沖變壓器處接收脈沖信號(hào)；經(jīng)由所述脈沖變壓器生成用于響應(yīng)于所述脈沖信號(hào)導(dǎo)通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件的柵極電壓；以及改變所述脈沖信號(hào)的頻率，以便將所述開(kāi)關(guān)器件轉(zhuǎn)換至空閑狀態(tài)。
[0017]在示例性實(shí)施例中，改變所述脈沖信號(hào)的頻率包括將所述頻率從第一頻率逐漸增大到比所述第一頻率高的第二頻率。該方法可進(jìn)一步包括當(dāng)改變所述脈沖信號(hào)的頻率時(shí)，將所述脈沖信號(hào)的占空比保持為基本恒定。該方法可進(jìn)一步包括經(jīng)由升壓?jiǎn)卧?，在生成所述柵極電壓之前，升高所述脈沖信號(hào)的電壓。
[0018]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件的操作被停止時(shí)，供應(yīng)至脈沖變壓器的脈沖信號(hào)的頻率逐漸增大，因此，脈沖變壓器的第一線圈與第二線圈之間的剩余能量被穩(wěn)定的去除。換言之，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件的操作被停止時(shí)，可防止由于剩余能量而在脈沖變壓器中生成不期望的柵極電壓。結(jié)果，可增強(qiáng)柵極驅(qū)動(dòng)器的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1例示根據(jù)實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)器。
[0020]圖2例示根據(jù)實(shí)施例的脈沖發(fā)生器的操作。
[0021]圖3例示根據(jù)實(shí)施例的脈沖變壓器。
[0022]圖4例示根據(jù)另一實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)器。
[0023]圖5例示根據(jù)又一實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]柵極驅(qū)動(dòng)器可包括控制置于電源與負(fù)載之間的開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)的脈沖變壓器和脈沖發(fā)生器。脈沖變壓器使開(kāi)關(guān)器件與脈沖發(fā)生器電絕緣。然而，當(dāng)使用脈沖變壓器時(shí)，開(kāi)關(guān)器件可能會(huì)在與想要的設(shè)計(jì)不一致的時(shí)間被觸發(fā)。這種錯(cuò)誤觸發(fā)是由于在脈沖發(fā)生器終止供應(yīng)脈沖信號(hào)時(shí)在脈沖變壓器的第一線圈與第二線圈之間剩余的能量而導(dǎo)致的。
[0025]例如，當(dāng)終止供應(yīng)脈沖信號(hào)時(shí)，由于第一線圈與第二線圈之間的剩余能量，具有正弦波形的殘余電壓被施加到開(kāi)關(guān)器件。供應(yīng)至開(kāi)關(guān)器件的正弦波形電壓可導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的非期望操作，諸如錯(cuò)誤觸發(fā)，從而降低其可靠度。再者，當(dāng)正弦波形電壓在脈沖信號(hào)終止之后被施加到開(kāi)關(guān)器件時(shí)，由于柵極電壓連續(xù)地施加到開(kāi)關(guān)器件，因此在開(kāi)關(guān)器件中生成應(yīng)力。
[0026]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述示例性實(shí)施例；然而，這些實(shí)施例可以不同的形式體現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)解釋為限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以使本公開(kāi)將是徹底和完整的，并將充分地傳達(dá)所描述技術(shù)的范圍，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用所描述的技術(shù)。
[0027]附圖中，為清楚起見(jiàn)，所示出的元素的尺寸可能被放大。將理解，當(dāng)提及一元素在兩元素“之間”時(shí)，其可以是兩元素之間僅有的元素，或也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間元素。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元素。
[0028]在以下的詳細(xì)描述中，簡(jiǎn)單地通過(guò)例示的方式，僅示出和描述了特定示例性實(shí)施例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，在均不脫離所描述技術(shù)的精神或范圍的情況下，可以以多種不同的方式來(lái)修改所描述的實(shí)施例。相應(yīng)地，附圖和描述將被視為本質(zhì)上是例示性的而非限制性的。另外，將理解，當(dāng)提及一元素或?qū)釉诹硪辉鼗驅(qū)印吧稀薄ⅰ斑B接到”或“聯(lián)接至IJ”另一元素或?qū)訒r(shí)，該元素或?qū)涌芍苯釉诹硪辉鼗驅(qū)由稀⑦B接或聯(lián)接到另一元素或?qū)?，或者也可以存在中間元素或?qū)?。?duì)比而言，當(dāng)提及一元素“直接”在另一元素或?qū)印吧稀?、“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元素或?qū)訒r(shí)，不存在中間元素或?qū)?。用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括關(guān)聯(lián)所列項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)的任意和所有組合。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，盡管本文中可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述不同的元素，部件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元素、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受到這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于區(qū)分一個(gè)元素、部件、區(qū)域、層或部分與另一元素、部件、區(qū)域、層或部分。因此，在均不脫離所描述技術(shù)的教導(dǎo)情況下，下面討論的第一元素、部件、區(qū)域、層或部分可稱為第二元素、部件、區(qū)域、層或部分。
[0030]本文可使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“較低的”、“在，，，上面”、“較高的”等的空間上相關(guān)的術(shù)語(yǔ)來(lái)方便描述所描述技術(shù)，以描述附圖中所例示的一個(gè)元素或特征與另外的元素或特征的關(guān)系。將理解，除在附圖中描繪的方位之外，空間上相關(guān)的術(shù)語(yǔ)意在還涵蓋使用中或操作中的設(shè)備的不同的方位。例如，如果附圖中的設(shè)備被翻轉(zhuǎn)，則描述為在另一元素或特征“下面”或“下方”的元素將隨之定向?yàn)樵诹硪辉鼗蛱卣鳌吧厦妗?。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“在…下面”可涵蓋上面和下面兩種方位。器件可被另外定向(旋轉(zhuǎn)90度或以其它方位)，并且通過(guò)本文使用的空間上相關(guān)的描述詞被相應(yīng)地解釋。
[0031]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的而不意在限制所描述的技術(shù)。用于本文時(shí)，除非上下文清楚地另有指示，否則單數(shù)形式意在也包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解，當(dāng)在本發(fā)明書(shū)中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”指定存在所敘述特征、整體、步驟、操作、元素和/或部件，但不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元素、部件和/或它們的組。
[0032]除非另有定義，否則本文使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與所描述的技術(shù)所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的含義相同的含義。將進(jìn)一步理解，諸如在通用的詞典中定義的術(shù)語(yǔ)的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為具有與其在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的語(yǔ)境中的含義一致的含義，而將不以理想的或過(guò)于形式的意義來(lái)解釋，除非本文中表述為如此定義。
[0033]圖1例示根據(jù)實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)器。柵極驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)絕緣方法控制開(kāi)關(guān)器件，并且可應(yīng)用于包括逆變器、變換器和電力變換設(shè)備的多種設(shè)備。
[0034]參照?qǐng)D1，柵極驅(qū)動(dòng)器包括脈沖發(fā)生器100、脈沖變壓器200和開(kāi)關(guān)器件Ml。
[0035]脈沖發(fā)生器100可生成包括重復(fù)的高電壓和低電壓的脈沖信號(hào)。脈沖發(fā)生器100可生成具有一致的占空比(例如基本恒定的占空比)的脈沖信號(hào)，并且可將所生成的脈沖信號(hào)供應(yīng)至脈沖變壓器200。
[0036]脈沖變壓器200可使脈沖發(fā)生器100與開(kāi)關(guān)器件Ml絕緣。脈沖變壓器200可響應(yīng)于脈沖信號(hào)生成柵極電壓。例如，脈沖變壓器200可在脈沖信號(hào)的高電壓部分期間生成可導(dǎo)通開(kāi)關(guān)器件Ml的柵極電壓，且在脈沖信號(hào)的低電壓部分期間生成可關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件Ml的柵極電壓。
[0037]開(kāi)關(guān)器件Ml被插入在