[发明专利]车辆用的电驱动器、栅极驱动器和逆变器

说明书

一种用于电动车辆的逆变器包括具有在正母线和地母线之间串联的上部和下部晶体管的相脚。上部和下部栅极驱动电路向上部和下部晶体管提供栅极驱动信号。每个栅极驱动电路包括用于停用上部和下部晶体管的有源钳位。晶体管包括半导体器件，每个半导体器件具有各自的栅极、集电极、和发射极端子。每对栅极和发射极端子适于在其间提供增强的共源极电感。每个栅极端子适于连接到驱动电路的地电压。每个相应的有源钳位包括P沟道MOSFET，P沟道MOSFET的源极端子连接到相应晶体管的栅极端子并且P沟道MOSFET的漏极端子绕过相应的增强的共源极电感而连接到相应晶体管的发射极端子。

技术领域

本发明大体涉及电动车辆驱动系统的逆变桥中的功率开关器件，并且更具体地，涉及用于避免逆变器中的功率开关器件意外激活的有源栅极钳位(active gateclamping)。

背景技术

混合动力电动车辆(hybrid electric vehicle，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-inhybrid electric vehicle，PHEV)、和电池电动车辆(battery electricvehicle，BEV)等电动车辆使用逆变器驱动的电机提供牵引扭矩。典型的电驱动系统可以包括通过接触开关连接到可变电压转换器(variable voltage converter，VVC)的DC(直流)电源(例如电池组或燃料电池)，以调节跨越主DC链路电容器两端的主母线电压。逆变器连接在主母线和牵引马达之间，以便于将DC母线功率转换成连接到马达绕组的AC(交流)电压，以推进车辆。

逆变器包括以具有多个相脚的桥接配置连接的晶体管开关器件(例如绝缘栅双极晶体管，IGBT(insulated gate bipolar transistor))。典型的配置包括由具有三个相脚的逆变器驱动的三相马达。电子控制器通断开关，以将来自母线的直流电压逆变为施加到马达的交流电压。逆变器通常对DC链路电压进行脉冲宽度调制，以传递正弦电流输出的近似值，以所需的速度和扭矩来驱动马达。施加到IGBT栅极的脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)控制信号按需使栅极通断，使得得到的电流与期望的电流相符。

因为逆变器的每个相脚具有跨接在DC链路两端的一对上和下开关晶体管，重要的是相脚中的两个器件不会同时导通(即打开)。通常在PWM开关信号中插入短时间间隔(称为死区时间)，在死区时间期间相脚的上和下开关器件关闭以便于防止正极母线和地母线(地母线有时称为负母线，虽然它被标记为零伏)之间的“直通”。由于电子元件和晶体管的栅极输入端的信号路径之间的电子噪声和磁耦合，当晶体管的栅极驱动信号试图关断时，必须注意避免晶体管意外导通。有时使用有源钳位，其中将跨接在栅极两端的钳位激活，以确保开关晶体管保持关断。

共源极电感是指由功率开关晶体管中的主功率回路(即晶体管的漏极到源极或集电极到发射极的功率输出)和栅极驱动回路(即栅极到源极或栅极到发射极)共享的电感。共源极电感同时承载器件输出电流(例如漏极到源极电流)和栅极充/放电电流。共源极电感的输出(功率回路)部分的电流以增强(例如加速)开关性能的方式改变栅极电压。对于开关桥而言，减少的开关时间可能是合乎需要的，因为只要包含其它潜在的副作用，就会具有在开关转换期间消耗(即损失)的能量的相关减少。例如，大共源极电感的存在可能影响常规有源钳位电路的工作。

发明内容