[发明专利]栅极驱动电路、功率开关电路及电器设备

说明书

本发明公开了一种栅极驱动电路、功率开关电路及电器设备，电路用于驱动半导体开关器件，包括：运算放大器和缓冲器。运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极，运算放大器的工作电源为外部电压；缓冲器的输入端接运算放大器的输出端，缓冲器的输出端接半导体开关器件的栅极，缓冲器的工作电源为外部电压。本发明的栅极驱动电路输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，尤其涉及一种用于半导体开关器件的栅极驱动电路、包含栅极驱动电路的功率开关电路及电器设备。

背景技术

在功率半导体领域，功率器件的开关损耗E与电流电压过冲(Irr，Vrr)是一对显著的矛盾。以绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)为例：当IGBT的开关时间减少，损耗被抑制时，则电流电压快速变化，过冲明显增加；当抑制电流电压过冲量时，则开关时间延长，开关损耗增加。使用不同阻值的栅极电阻是优化开关损耗E与电流电压过冲(Irr，Vrr)的常见做法。

相关技术中，如图1所示，其给出了不同阻值栅极电阻的栅极驱动电路的示意图。图中，开通和关断的栅极电阻分别为Ron和Roff。以开通过程为例，开通损耗Eon和电流过冲Irr对Ron的正负关系为：

和

可见，随着Ron的增加，IGBT的开通损耗Eon增加，电流过冲Irr减小；反之亦然，即减小Ron，开通损耗Eon减低，但是电流过冲Irr增加。因此，栅极电阻不能从本质上解决开关损耗与电流电压过冲的折中问题，只能通过优化阻值，达到一个较优的平衡关系。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为了解决上述问题，本发明第一方面实施例的一种栅极驱动电路，用于驱动半导体开关器件，包括：

运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接参考电压，另一个输入端通过反馈电阻接半导体开关器件的发射极；

缓冲器，所述缓冲器的输入端接所述运算放大器的输出端，所述缓冲器的输出端接所述半导体开关器件的栅极。

在本发明的一些实施例中，所述参考电压是根据所述半导体开关器件的特性曲线获得的。

在本发明的一些实施例中，所述半导体开关器件的特性曲线包括半导体开关器件在开通和关断过程中的电流曲线。

在本发明的一些实施例中，所述运算放大器的同相输入端接参考电压。

在本发明的一些实施例中，所述运算放大器的工作电源为外部电压

在本发明的一些实施例中，所述缓冲器的工作电源为外部电压。

在本发明的一些实施例中，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、场效应晶体管FET或双极性晶体管BJT。

本发明第一方面实施例的栅极驱动电路，其输出的驱动电压可以随参考电压的变化而变化，因此可以实现驱动电压的自主调节，以在半导体开关器件开通和关断过程中的不同阶段对充电放电电流进行调整，电流电压过冲及开关损耗可独立被抑制，也可同时被抑制。

本发明第二方面实施例的一种功率开关电路，包括：

半导体开关器件；以及

第一方面中所述的栅极驱动电路；

其中，所述半导体开关器件包括栅极、发射极和集电极；所述栅极驱动电路包括运算放大器和缓冲器；