栅极驱动装置制造方法及图纸

本申请涉及一种栅极驱动装置。所述栅极驱动装置配置成将具有负值的电压稳定地提供至包括基于碳化硅的场效应晶体管的开关的栅极，所述栅极需要具有负值的负电压以便实施稳定的关断状态。栅极驱动装置包括负电压施加电路，所述负电压施加电路包含齐纳二极管和与齐纳二极管并联连接的电容，其中，齐纳二极管可以具有连接到脉冲变压器的二次线圈的阴极和连接到开关的栅极的阳极。

Gate drive device

The application relates to a gate drive device. The gate drive device is configured to provide a negative voltage to the gate of the switch based on the silicon carbide field-effect transistor, and the grid needs negative voltage with negative value to achieve stable shutdown state. The gate driving device comprises a negative voltage circuit, a negative voltage circuit includes a zener diode and a capacitor connected with the zener diode in parallel with the zener diode can be connected to the secondary coil of the pulse transformer two is connected to the anode and cathode of the switch gate.

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动装置
本专利技术涉及一种栅极驱动装置。更具体地，本专利技术涉及这样一种栅极驱动装置，其配置成将具有负值的电压稳定地提供至例如基于SiC(碳化硅)的FET(场效应晶体管)的开关的栅极，所述栅极需要具有负值的负电压以便实施稳定的关断状态。
技术介绍
随着全世界环境污染问题增多，已经对通过电机将电能转换成驱动力的环保型车辆，而不是常规的发动机驱动车辆进行了积极的研究，所述常规的发动机驱动车辆燃烧化石燃料，从而伴随着大量的空气污染物的排放。设计成通过使用电机来产生驱动力的环保型车辆设置有电力转换装置(比如，换流器)，以便将DC电压转换为将被供应至电机的三相AC电压。在电力转换装置中，使用例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或FET(场效应晶体管)的电力半导体元件。例如IGBT和FET的电力半导体元件主要通过基于硅的半导体工艺来进行制造。然而，近年来，SiC(碳化硅)作为新的半导体器件材料已引起关注，因为其可以保证在高电压和高温下的稳定操作。SiC即使在高温下也能够保持半导体性能，这是因为其能量带隙是硅的三倍宽。此外，由于其具有比硅的击穿场高10倍的击穿场，所以SiC即使在高电压下也能够稳定地工作。此外，SiC由于其高导热性(其导热性大约是硅的三倍)而在冷却方面是非常有利的。然而，由于基于SiC的电力半导体元件具有低阈值电压，因此必须向晶体管施加具有负值的栅极电压，以便使晶体管关断。因此，已经提出了这样的栅极驱动装置，其用于驱动基于SiC的电力半导体以输出正电压和负电压两者，从而利用基于SiC的电力半导体。用于驱动基于SiC的电力半导体的传统的栅极驱动装置利用昂贵的隔离IC来产生正电压和负电压两者，并且另外需要用于向隔离IC提供电源的小变压器。因此，传统的栅极驱动装置需要隔离的IC和设计成向IC提供电源的变压器，以利用基于SiC的电力半导体，导致需要用于制造电力转换器装置的额外成本。另外，即使当用于驱动栅极的信号受阻时，附加电源也能够使电力保留在隔离IC中，从而导致基于SiC的电力半导体的栅极出现故障。公开于本专利技术的背景部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的各个方面涉及提供这样一种栅极驱动装置，其配置成将具有负值的电压稳定地提供至例如基于SiC(碳化硅)的FET(场效应晶体管)的开关的栅极，所述栅极需要具有负值的负电压以便实施稳定的关断状态。为了实现上述目标，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其包括负电压施加电路，所述负电压施加电路包含齐纳二极管和与齐纳二极管并联连接的电容，其中，齐纳二极管具有连接到脉冲变压器的二次线圈的阴极和连接到开关的栅极的阳极。在本专利技术的一个示例性实施方案中，将脉冲信号提供至二次线圈的相对端子，所述栅极驱动装置进一步包括路径生成电路，所述路径生成电路配置成：当将脉冲信号的正(+)电压施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈的端子时，所述路径生成电路用于在负电压施加电路与二次线圈之间形成电路径；当将脉冲信号的负(-)电压施加至负电压施加电路所施加至的二次线圈的端子时，所述路径生成电路用于在负电压施加电路和二次线圈之间切断电路径。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，所述路径生成电路具有这样的结构：当将PWM脉冲信号的负电压施加至负电压应用电路所连接到的二次线圈时，齐纳二极管的阳极电连接到开关的栅极，并且齐纳二极管的阴极连接到开关的漏极或发射极。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，所述路径生成电路包括开关元件和二极管，所述开关元件在施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈的端子的电压的控制下接通/关断；所述二极管具有连接到二次线圈的端子的阳极和连接到齐纳二极管的阴极的阴极；并且其中，通过所述开关元件的接通/关断状态来确定二极管的阴极与二次线圈的另一个端子之间的电连接或断开电连接。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，脉冲变压器包括一次线圈和多个二次线圈，所述一次线圈设计成接收用于操作开关的PWM信号，多个二次线圈用于将一次线圈的电压进行变压并输出，并且负电压施加电路和开关在数量上为多个，从而多个负电压施加电路和多个开关分别连接到多个二次线圈。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其包括：路径生成电路，其配置成根据二次线圈的PWM脉冲的电压来改变电路径，所述二次线圈的PWM脉冲的电压在正电压和负电压之间交替；以及负电压施加电路，其配置成通过由路径生成电路形成的第一电路径而以恒定电压进行充电，并且配置成将通过由路径生成电路形成的第二电路径充电的恒定电压施加为在开关的栅极与漏极之间的负电压，或者施加为在开关的栅极与发射极之间的负电压。在本专利技术的一个示例性实施方案中，所述负电压施加电路包括齐纳二极管和与齐纳二极管并联连接的电容，其中，所述齐纳二极管具有连接到路径生成电路的阴极和连接到开关的栅极的阳极。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，所述路径生成电路包括开关元件，所述开关元件在脉冲信号的电压的控制下接通/关断，并且其中，当所述开关元件关断时，在负电压施加电路与开关的栅极以及输入端子之间形成第一电路径，而当所述开关元件接通时，负电压施加电路和开关的栅极二者与输入端子断开电连接，同时在负电压施加电路和开关的栅极之间形成第二电路径。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种栅极驱动装置，其包括：脉冲变压器，其包括一次线圈和二次线圈，所述一次线圈接收用于驱动开关的栅极的PWM信号，与一次线圈电磁式地连接的二次线圈用于PWM信号的电压进行变压和传输；路径生成电路，其包括二极管和开关元件，所述二极管具有连接到二次线圈的一个端子的阳极，所述开关元件配置成根据PWM脉冲信号的电压使二极管的阴极与二次线圈的另一端子之间进行电连接或断开电连接；以及负电压施加电路，其包括：齐纳二极管和电容，所述齐纳二极管具有连接到二极管的阴极的阳极，所述电容与齐纳二极管并联连接；其中，开关的栅极电连接至齐纳二极管的阴极，而开关的漏极或发射极连接到二次线圈的另一端子。在本专利技术的一个示例性实施方案中，所述脉冲变压器设置有多个二次线圈，并且负电压施加电路和开关在数量上为多个，从而多个负电压施加电路和多个开关分别连接到多个二次线圈。本专利技术的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明图1为根据本专利技术的示例性实施方案的栅极驱动装置的电路图。图2至图4为根据本专利技术的示例性实施方案的来自栅极驱动装置的每个节点的电压的波形图。应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本专利技术的基本原理。本文所公开的本专利技术的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本专利技术的相同或等效的部分。具体实施方式下面将详细参考本专利技术的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本专利技术将与示例性实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其包括负电压施加电路，所述负电压施加电路包含齐纳二极管和与齐纳二极管并联连接的电容，其中，齐纳二极管具有连接到脉冲变压器的二次线圈的阴极和连接到开关的栅极的阳极。

【技术特征摘要】
2016.08.17 KR 10-2016-01043201.一种用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其包括负电压施加电路，所述负电压施加电路包含齐纳二极管和与齐纳二极管并联连接的电容，其中，齐纳二极管具有连接到脉冲变压器的二次线圈的阴极和连接到开关的栅极的阳极。2.根据权利要求1所述的用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其中，将脉冲信号提供至二次线圈的相对端子，所述栅极驱动装置进一步包括路径生成电路，所述路径生成电路配置成：当将脉冲信号的正电压施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈的端子时，在负电压施加电路与二次线圈之间形成电路径；当将脉冲信号的负电压施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈的端子时，在负电压施加电路和二次线圈之间切断电路径。3.根据权利要求2所述的用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其中，所述路径生成电路具有这样的结构：当将PWM脉冲信号的负电压施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈时，齐纳二极管的阳极电连接到开关的栅极，并且齐纳二极管的阴极连接到开关的漏极或发射极。4.根据权利要求2所述的用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其中，所述路径生成电路包括开关元件和二极管，所述开关元件配置成在施加至负电压施加电路所连接到的二次线圈的端子的电压的控制下接通/关断；所述二极管具有连接到二次线圈的端子的阳极和连接到齐纳二极管的阴极的阴极；并且其中，通过开关元件的接通/关断状态来确定二极管的阴极与二次线圈的另一个端子之间的电连接或断开电连接。5.根据权利要求1所述的用于驱动开关的栅极的栅极驱动装置，其中，脉冲变压器包括一次线圈和多个二次线圈，所述一次线圈设计成接收用于操作开关的PWM信号，多个二次线圈用于将一次线圈的电压进行变压并输出，并且负电压施加电路和开关在数量上为多个，从而多个负电压施加电路和多个开关分别连接到多个二次线圈。6.一种用于驱动开关的栅极的栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岱雨，杨真明，呂寅勇，梁珍荣，李允植，宋秉燮，李宇宁，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR