專利名稱：驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)電路，更詳細(xì)地說，涉及適合于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。
馬達(dá)和其他伺服驅(qū)動(dòng)器通常由含有隔離柵雙極晶體管(IGBTs)或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs)的電源電路來驅(qū)動(dòng)，這種電源電路通常具有如

圖1所示的半橋式配置。
參考圖1，圖中示出的其主電流通路串聯(lián)連接在電源電壓干線3和接地干線4之間的第一和第二IGBTs。分別與IGBTs1和2的柵極相連的引線5和6具有由外部電路(圖中沒有畫出)所施加的控制電壓，使得在任何時(shí)刻只有IGBTs1和2中的一個(gè)導(dǎo)通。這使輸出引線7在電源電位或地電位下呈現(xiàn)出低阻抗輸出，所述阻抗取決于在該時(shí)刻IGBTs1和2中的哪一個(gè)導(dǎo)通。
通過跨接在其發(fā)射極和柵極兩端的15伏電壓來控制IGBTs1和2，使電流流過其主電流通路。對(duì)于IGBT1來說，這是通過簡單地把15伏電源加到端子5上來實(shí)現(xiàn)的，其電壓的參考點(diǎn)為接地干線4。而問題出在對(duì)IGBT2的控制上，這是因?yàn)?，為了將其柵極電位控制在發(fā)射極電位或高出發(fā)射極電位的15伏，要求該電路能夠承受Vs量級(jí)的電壓。它通常要高出地電位數(shù)百伏。
通?？刂七@些器件所使用的技術(shù)，如圖2所示，是在IGBT的柵極控制電子線路和發(fā)射極之間建立某種形式的電隔離。
在該圖中，使用隔離裝置8分別在IGBT2的柵極和發(fā)射極兩端以及控制電極9和接地電極10兩端施加相同或相似的電壓。
驅(qū)動(dòng)電路通常必須在控制電路和被驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體開關(guān)器件之間提供數(shù)百伏的隔離。這是在先有技術(shù)中經(jīng)常遇到的問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，它包括脈沖變壓器，該變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；向第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的裝置；以及與第二連接電極相連的門電路，該門電路是可控的，以便根據(jù)控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過初級(jí)線圈。
所述門電路最好包括可控的三態(tài)門，用于根據(jù)所述控制信號(hào)、或者施加來自時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)、或者向第二連接電極提供高阻抗。
第一電壓信號(hào)可以通過由邏輯器件從時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出，并且通過晶體管電路施加到第一連接電極。所述邏輯器件可以包括反相門電路和由推挽晶體管電路組成的晶體管電路。
本發(fā)明提供一種可靠、簡單并廉價(jià)的電路，當(dāng)變壓器被驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述電路能夠提供所需的電流電平，而當(dāng)變壓器不被驅(qū)動(dòng)時(shí)，將減輕該電路承受的不必要的負(fù)荷。
上述所有電路都不需要一種受控的電路、后者只有當(dāng)需要輸出時(shí)才受控而以準(zhǔn)互補(bǔ)信號(hào)驅(qū)動(dòng)相對(duì)的線圈接線，因此提高了可靠性，并且通過消除在產(chǎn)生準(zhǔn)互補(bǔ)信號(hào)過程中各種消費(fèi)時(shí)間(take-up times)之間的失調(diào)的可能性，提高了電路的性能。同時(shí)，與需要產(chǎn)生準(zhǔn)互補(bǔ)信號(hào)的情況相比，所述電路使用的元件要較少，因此可以降低成本和電路的復(fù)雜性。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用來驅(qū)動(dòng)多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，它包括至少兩個(gè)脈沖變壓器，每一個(gè)所述變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；可以用來向每一個(gè)所述第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置；以及與每一個(gè)所述第二連接電極相聯(lián)系的門電路，每一個(gè)所述門電路是可以獨(dú)立控制的，以便根據(jù)各自的控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過各個(gè)變壓器的初級(jí)線圈。
所述第一電壓信號(hào)最好由邏輯器件從時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出，并且通過推挽晶體管驅(qū)動(dòng)裝置施加到第一連接電極。所述邏輯器件可以包括反相門電路。
所述門電路最好包括可控的三態(tài)門，用于根據(jù)其相應(yīng)的控制信號(hào)、或者施加來自時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)、或者向第二連接電極提供高阻抗。
這些電路可以提供這樣的驅(qū)動(dòng)電路，它們可以用于需要多個(gè)IGBTs、MOSFETs等等的應(yīng)用場合、比起用已知的驅(qū)動(dòng)電路來具有減少的元件數(shù)量、并且如果集成在單一電路中、則具有較少的管腳數(shù)目。這將可以降低制造成本，提高產(chǎn)量并提高電路的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面提供一種電源電路，它包括用來驅(qū)動(dòng)該電源電路中半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括脈沖變壓器，后者包括帶有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；向第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的裝置；以及與第二連接電極相連的門電路，可以控制該門電路、以便根據(jù)控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流在初級(jí)線圈中流過。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面提供一種電源電路，它包括用來驅(qū)動(dòng)該電源電路的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少兩個(gè)脈沖變壓器，每一個(gè)所述變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；可以用來向每一個(gè)所述第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置；以及與每一個(gè)所述第二連接電極相聯(lián)系的門電路，可以單獨(dú)地控制每一個(gè)所述門電路、以便根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過各個(gè)變壓器的初級(jí)線圈。
下面將參考附圖描述僅作為例子的本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1顯示已知的半橋式電路；圖2示意地說明IGBT與其控制電子線路的隔離。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路；圖4顯示示范性的時(shí)序圖。
參考圖3，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路，它包括調(diào)節(jié)電路11，脈沖變壓器12-17，以及次級(jí)調(diào)節(jié)電路18-23。
調(diào)節(jié)電路11包括三態(tài)門24-29，反相器30，推挽晶體管電路31，控制輸入端32-37，公共輸出端38，初級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出端39-44，以及時(shí)鐘輸入端45。
次級(jí)調(diào)節(jié)電路18-23中的每一個(gè)分別控制6個(gè)IGBTs(圖中沒有畫出)中的相應(yīng)的一個(gè)，IGBTs用來控制三相馬達(dá)(圖中沒有畫出)。由于圖中所示的驅(qū)動(dòng)電路的6路中每一路的操作基本上是相同的，所以，只需要說明32,24,39,12,18這一路以及公共電路45,30,31,38的工作原理，就可以了解本發(fā)明。
在電路工作中，推挽晶體管電路31在公共輸出端38上提供一個(gè)低阻抗輸出信號(hào)。借助于反相器30，該信號(hào)與施加于端子45上的時(shí)鐘信號(hào)的相位相反，該信號(hào)最好是2MHz的方波信號(hào)。這樣，與其它脈沖變壓器13-17一樣，脈沖變壓器12的初級(jí)線圈的一根連接線始終被驅(qū)動(dòng)。脈沖變壓器12初級(jí)線圈的另一根連接線通過調(diào)節(jié)電路11的初級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出端39與三態(tài)門24的輸出相連。門電路24可以起這樣的作用或者當(dāng)施加于控制輸入端32的控制信號(hào)為高電位時(shí)，三態(tài)門24在它的輸出端輸出跟隨時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào)；或者當(dāng)控制信號(hào)為低電位時(shí)，所述輸出端輸出高阻抗或“三態(tài)”輸出信號(hào)。因此，三態(tài)門24與公共電路45,30,31,38相結(jié)合，就可以根據(jù)施加于控制輸入端32上的信號(hào)，使脈沖變壓器12初級(jí)線圈中導(dǎo)通2MHz方波信號(hào)，或者在其中沒有任何信號(hào)。這種電路使在變壓器12的初級(jí)線圈中流動(dòng)的直流電流最小。圖4中示出示范性的時(shí)序圖。
參考圖4，可以很容易地看出，只有當(dāng)控制信號(hào)51為高電位時(shí)，輸入端39的信號(hào)52才含有非零頻率分量。同時(shí)可以很容易地看出，在這一條件下，信號(hào)52跟隨時(shí)鐘信號(hào)53，并與公共輸出端38上的信號(hào)54反相。
回過來參考圖3，次級(jí)調(diào)節(jié)電路18包括三個(gè)整流二極管46-48，npn晶體管49和電阻50。在使用中，IGBT(圖中沒有畫出)的柵極與引線55相連，發(fā)射極與引線56相連。
通常脈沖變壓器12具有一種特性，即，通過信號(hào)的頻率范圍在3kHz到10MHz之間。因此，施加在初級(jí)線圈中的2MHz時(shí)鐘信號(hào)將大致不變地在出現(xiàn)在其次級(jí)線圈中，雖然它已經(jīng)受到“舍入”的限量。二極管48的陰極與脈沖變壓器12次級(jí)線圈的中心抽頭的連接以及二極管46和47的陽極與該線圈的相反的兩端的連接提供了直流整流，使得引線55相對(duì)于引線56處在正電位。因此，與這些引線連接的IGBT(圖中沒有畫出)將被導(dǎo)通。
當(dāng)變壓器12被激勵(lì)時(shí)，二極管48正向偏置，因此將通過保持晶體管49的基極相對(duì)于發(fā)射極的負(fù)電位來使得晶體管49保持截止。同時(shí)，通過IGBT本身柵極的電容使整流二極管46到48的開關(guān)作用所產(chǎn)生的電壓尖峰變得平滑。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到最佳工作狀態(tài)，脈沖變壓器12最好是3∶1的升壓變壓器，并且由5伏電壓、幾十毫安的電流來驅(qū)動(dòng)。這允許使用現(xiàn)有的工作在通常的邏輯電壓下的三態(tài)門電路，同時(shí)仍然向IGBT提供15伏的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為了使門電容具有足夠的充電電荷將IGBT正常導(dǎo)通，電流要足夠大，而同時(shí)為了使門電容迅速放電，IGBT截止時(shí)間最小，電流要足夠小，其電流范圍應(yīng)當(dāng)在這兩方面之間折衷選擇。
當(dāng)施加于終端32上的控制信號(hào)變?yōu)榈碗娢粫r(shí)，門24輸出三態(tài)，脈沖變壓器12斷電。因此，二極管48將終止正向偏置，并且，引線55和56之間的電位差將導(dǎo)致晶體管49的導(dǎo)通，IGBT門通過晶體管49的集電極-發(fā)射極通路放電。這一電路使得IGBT柵極可以有效地放電，并且使其導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間的過渡時(shí)間為最小。因此，使得由于IGBT開關(guān)所引起的功耗為最小。由于晶體管49的接入，因此不再需要外部電源來將門電容存儲(chǔ)的電荷去掉。
雖然在圖3的例子中已經(jīng)使用了允許全波整流帶有中心抽頭的變壓器，但是，顯然，在該處可以使用半波整流電路。雖然需要特殊考慮次級(jí)調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)，但是它將允許使用比較簡單的變壓器。
圖3所示的實(shí)施例提供了6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，例如，該電路可以使用在三相馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路中。如圖所示，脈沖變壓器12-17中的每一個(gè)的初級(jí)線圈的一根連接線與公共輸出端38相連。與每一脈沖變壓器初級(jí)線圈的每一根連接線分別使用驅(qū)動(dòng)裝置相比，這種電路可以降低元件數(shù)量，以及調(diào)節(jié)電路11上管腳的數(shù)目。使用晶體管推挽電路31比起用一個(gè)晶體管來驅(qū)動(dòng)單個(gè)脈沖變壓器來顯然必須具有更高的電流定額，但該電流定額只需增加三倍，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻只需使三個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件導(dǎo)通。所示的電路的優(yōu)點(diǎn)是需要的元件更少，因此在集成化制造中可以提高產(chǎn)量，相應(yīng)地降低成本，改善可靠性。
雖然已經(jīng)通過三相應(yīng)用場合中用來控制6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的6驅(qū)動(dòng)器電路對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的范圍并不僅限于此，它同樣適用于只需控制單個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的應(yīng)用場合，以及含有多個(gè)這種器件的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1．一種用來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路包括脈沖變壓器，該變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；向第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的裝置；以及與第二連接電極相連的門電路，該門電路是可控的，以便根據(jù)控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過初級(jí)線圈。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動(dòng)電路，其特點(diǎn)在于所述門電路包括三態(tài)門電路，后者是可控的、以便根據(jù)所述控制信號(hào)而或者施加來自于時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)、或者向第二連接電極提供高阻抗。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述第一電壓信號(hào)是通過邏輯器件從所述時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出的，并且通過晶體管電路施加到第一連接電極。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述邏輯器件包括反相門電路和由推挽晶體管電路組成的晶體管電路。
5．一種用來驅(qū)動(dòng)多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路包括至少兩個(gè)脈沖變壓器，每一個(gè)所述變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；可以用來向每一個(gè)所述第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的裝置；以及與每一個(gè)所述第二連接電極相聯(lián)系的門電路，每一個(gè)所述門電路是可以獨(dú)立控制的、以便根據(jù)各自的控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過各個(gè)變壓器的初級(jí)線圈。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述第一電壓信號(hào)是通過邏輯器件從所述時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出的，并且通過推挽晶體管驅(qū)動(dòng)電路施加到第一連接電極。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述邏輯器件包括反相門電路。
8．根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任何一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述門電路中的每一個(gè)都包括三態(tài)門電路，后者是可控的、以便根據(jù)各自的控制信號(hào)而或者施加來自時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)或者向各個(gè)第二連接電極提供高阻抗。
9．一種根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)、以及權(quán)利要求5到8中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)電路。
10．一種電源電路，該電路包括用來驅(qū)動(dòng)該電源電路中半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括脈沖變壓器，它包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；向第一連接電極連續(xù)地施加來自時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的裝置；以及與第二連接電極相聯(lián)系的門電路，該門電路是可控的，以便根據(jù)控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過初級(jí)線圈。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的電源電路，其特征在于所述門電路包括三態(tài)門電路，后者是可控的、以便根據(jù)控制信號(hào)而或者施加來自時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)、或者向第二連接電極提供高阻抗。
12．根據(jù)權(quán)利要求10或11的電源電路，其特征在于所述第一電壓信號(hào)是通過邏輯器件從所述時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出的，并且通過晶體管電路施加到第一連接電極。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的電源電路，其特征在于所述邏輯器件包括反相門電路和由推挽晶體管電路組成的晶體管電路。
14．一種電源電路，該電路包括用來驅(qū)動(dòng)該電源電路中的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少兩個(gè)脈沖變壓器，每一個(gè)所述變壓器包括具有第一和第二連接電極的初級(jí)線圈；可以用來向每一個(gè)所述第一連接電極連續(xù)地施加來自于時(shí)鐘信號(hào)的第一電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置；以及與每一個(gè)所述第二連接電極相聯(lián)系的門電路，每一個(gè)所述門電路是可以獨(dú)立地控制的、以便根據(jù)各自的控制信號(hào)而或者允許或者禁止電流流過各個(gè)變壓器的初級(jí)線圈。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的電源電路，其特征在于所述第一電壓信號(hào)是通過邏輯器件從所述時(shí)鐘信號(hào)中導(dǎo)出的，并且通過晶體管推挽電路施加到第一連接電極。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的電源電路，其特征在于所述邏輯器件包括反相門電路。
17．根據(jù)權(quán)利要求14到16中的任一項(xiàng)的電源電路，其特征在于所述門電路中的每一個(gè)都包括三態(tài)門電路，后者是可控的、以便根據(jù)各自的控制信號(hào)而或者施加來自時(shí)鐘信號(hào)并與第一電壓信號(hào)反相的第二電壓信號(hào)或者向各個(gè)第二連接電極提供高阻抗。
全文摘要
驅(qū)動(dòng)電路具有多個(gè)其初級(jí)繞組有公共端38的變壓器。晶體管電路31在端子38上輸出與加在端子45的時(shí)鐘信號(hào)反相的低阻抗輸出信號(hào)。因此,脈沖變壓器12—17中每一個(gè)的初級(jí)線圈的一根連接線始終被驅(qū)動(dòng)。脈沖變壓器12—17的另一根連接線通過各自初級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出端39—44與各個(gè)三態(tài)門24—29的輸出相連。加在各個(gè)控制輸入端32—37的控制信號(hào)為高電平時(shí),每個(gè)門電路24—29在其輸出端提供跟隨時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào),而控制信號(hào)為低電平時(shí),提供高阻抗或“三態(tài)”輸出。
文檔編號(hào)H03K17/687GK1212512SQ9811859
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1998年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月3日
發(fā)明者B·W·威廉, J·N·麥奈爾 申請(qǐng)人:米特爾半導(dǎo)體有限公司