[发明专利]单电源供电的混合动力驱动谐振栅极驱动器

说明书

本公开涉及一种单电源供电的混合动力驱动谐振栅极驱动器。一种功率器件的栅极驱动器包括电感器和电源。电感器被配置为：在功率器件的过渡期期间，将栅极上的电势转换为场并且将所述场转换为反向电势，以对栅极进行切换并在多余的场消失时将浮动电容器充电到反向电势。电源被配置为：在非过渡期期间，将栅极保持在所述电势上，并且产生所述多余的场。

技术领域

本申请总体上涉及用于固态开关的栅极驱动器，其中，谐振电路使能量在电感器与栅极之间再循环以降低栅极开关损耗。

背景技术

电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。典型的AC牵引马达是可由3个正弦信号提供电力的三相马达，所述3个正弦信号中的每个以120度的相位分离驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作并提供最大电流。可选地，牵引电池被称作高电压电池。电机的改善的性能可通过在与牵引电池电压不同的电压(诸如，高于牵引电池电压的电压)下进行操作来实现。因此，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。由于电压需求、电流需求和开关需求，固态开关(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))通常被用于产生电力逆变器和VVC中的信号。

发明内容

一种功率器件的栅极驱动器包括电感器和电源。电感器被配置为：在功率器件的过渡期期间，将栅极上的电势转换为场并且将所述场转换为反向电势，以对栅极进行切换并在多余的场消失时将浮动电容器充电到所述反向电势。电源被配置为：在非过渡期期间，将栅极保持在所述电势上，并且产生所述多余的场。

提供一种在车辆动力传动系统的功率开关的过渡期间对栅极电荷进行再循环的方法，所述方法在导通期间由栅极驱动器执行并且包括：经由功率开关的栅极上的负电荷在电感器中感应出场；将所述场转换为正电荷；使正电荷流到栅极上，并且使多余的电荷流到浮动电容器；经由浮动电容器将正电荷锁存到栅极上。

一种功率器件的栅极驱动器包括具有电感器的谐振电路。谐振电路被配置为：在截止期间，通过基于由电源的正电势引起的来自功率器件的栅极的正电荷而感应出第一场，对电荷进行再循环，并且响应于电感器两端的电压反转，使第一场消失以从栅极汲取电荷并传递到浮动电容器。

根据本发明的一个实施例，所述栅极驱动器还包括控制器，控制器被配置为：与浮动电容器两端的电压成比例地调节预充电时间，以减小预充电电荷与能量恢复电荷之间的差。

根据本发明的一个实施例，电源具有电源幅值并且浮动电容器具有在截止期间的平均幅值，使得所述电源幅值大于所述平均幅值。

根据本发明的一个实施例，谐振电路还包括低侧开关，低侧开关被配置为将栅极锁存到浮动电容器的负电势。

根据本发明的一个实施例，谐振电路还被配置为：在导通期间，通过基于由负电势引起的来自栅极的负电荷而感应出第二场，对电荷进行再循环，并且响应于电感器两端的电压反转，使第二场消失以将电荷注入到栅极上。

附图说明

图1是示出典型的动力传动系统和能量储存组件以及在动力传动系统和能量储存组件之间的可变电压转换器和电力逆变器的混合动力车辆的示图。

图2是车辆的包括旁路二极管的可变电压转换器的示意图。

图3是车辆的电机逆变器的示意图。

图4是典型的绝缘栅双极型晶体管栅极驱动电路的示意图。

图5是在绝缘栅双极型晶体管的导通期间栅极电压相对于电荷的电压曲线的图形示图。

图6是绝缘栅双极型晶体管的具有单个低侧电源的谐振栅极驱动电路的示意图。