功率管驱动控制方法和装置
阅读说明:本技术 功率管驱动控制方法和装置 (Power tube driving control method and device ) 是由 刘少彬 王涛 高攀 刘宾 孙浩 阮波 柯威威 于 2021-08-27 设计创作,主要内容包括:本发明实施例公开了一种功率管驱动控制方法和装置,控制方法包括:在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管;在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管;在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。本申请解决了现有硬件改进方法难以平衡功率管开通损耗和EMI特性的问题,克服了现有优化控制方法未根据功率管开通的实时状态调整驱动参数的缺陷。本申请实现了根据功率管在开通过程中的实时状态适应性调整驱动参数,使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路EMI特性,降低功率管开通损耗,提高功率管效率。(The embodiment of the invention discloses a power tube drive control method and a device, wherein the control method comprises the following steps: driving the power tube by a first grid driving current at the stage that the grid source voltage value of the power tube is increased from zero to a switching-on threshold voltage value; driving the power tube by a second grid driving current at the stage that the grid source voltage value of the power tube is increased from the opening threshold voltage value to the voltage value of the Miller platform; and driving the power tube by a third grid driving current in the stage that the grid source voltage value of the power tube is maintained at the Miller platform voltage value. The method solves the problem that the existing hardware improvement method is difficult to balance the switching-on loss and the EMI characteristic of the power tube, and overcomes the defect that the existing optimization control method does not adjust the driving parameters according to the real-time state of switching-on of the power tube. The method and the device have the advantages that the driving parameters are adjusted according to the real-time state adaptability of the power tube in the opening process, so that the power tube is always in the optimal driving state, the EMI characteristic of a circuit is guaranteed, the opening loss of the power tube is reduced, and the efficiency of the power tube is improved.)
技术领域
本发明实施例涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种功率管驱动控制方法和装置。
背景技术
随着电力电子技术的持续发展,不同领域的技术人员对功率管的效率要求愈发严苛。在系统参数保持稳定的情况下,降低功率管开关损耗是提高功率管效率的有效途径。其中,开关损耗包括开通损耗和关断损耗。
由于功率管的关断过程与开通过程相反,因而以金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)的开通损耗为例,降低MOSFET开通损耗的现有方法主要有两种。其中,一方面是改进硬件驱动电路,例如适应性改变栅极驱动电阻的阻值。另一方面是基于优化的驱动控制方法对功率管进行驱动。
现有硬件改进方法难以平衡功率管开通损耗和电路EMI特性,此外,现有的优化控制方法仍存在开通损耗偏高,功率管效率低下的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种功率管驱动控制方法和装置,以根据功率管在开关过程中的实时状态适应性调整驱动参数,使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,并降低功率管的开关损耗,提高功率管效率。
第一方面,本发明实施例提供了一种功率管驱动控制方法,包括功率管开通过程:
在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管;其中,第三栅极驱动电流大于第二栅极驱动电流。
可选地,还包括功率管关断过程:
在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管;其中,第四栅极驱动电流的绝对值大于第五栅极驱动电流的绝对值。
可选地,第三栅极驱动电流小于第一栅极驱动电流。
可选地,第三栅极驱动电流等于第一栅极驱动电流。
可选地,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,功率管的漏极电压逐步下降到零。
第二方面,本发明实施例还提供了一种功率管驱动控制装置,包括开通驱动模块,开通驱动模块工作于功率管开通过程,用于:
在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管;
当功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值时,以第三栅极驱动电流驱动功率管;其中,第三栅极电流大于第二栅极驱动电流。
可选地,还包括关断驱动模块,关断驱动模块工作于功率管关断过程,用于:
在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管;
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管;其中,第四栅极驱动电流的绝对值大于第五栅极驱动电流的绝对值。
可选地,第三栅极驱动电流小于第一栅极驱动电流。
可选地,第三栅极驱动电流等于第一栅极驱动电流。
可选地,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,功率管的漏极电压逐步下降到零。
本发明实施例所提供的技术方案,在功率管开通过程中设置了多段栅极驱动电流,并根据功率管的实时状态进行驱动参数的适应性选择。首先,在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。其次,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。最后,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。基于此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开通损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开通过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开通过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开通损耗,提高了功率管的效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种功率管驱动控制方法的流程图;
图2是本发明实施例二提供的一种功率管驱动控制方法的流程图;
图3是本发明实施例三提供的一种功率管驱动控制装置的结构示意图;
图4是本发明实施例三提供的一种功率管驱动控制装置的电路图;
图5是本发明实施例四提供的一种功率管驱动控制装置的控制波形示意图;
图6是本发明实施例五提供的一种功率管驱动控制装置的控制波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例,而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种功率管驱动控制方法的流程图,本实施例可适用于具备驱动电路的任意设备的功率管驱动场景,该方法可以由本发明实施例中的功率管驱动控制装置作为执行主体来执行,该执行主体可以采用软件和/或硬件的方式实现。需要说明的是,本发明实施例所提供的功率管驱动控制方法以MOSFET作为驱动对象进行示例性说明,即本发明实施例中的功率管示例性指代MOSFET,但并不对本发明实施例构成限定。示例性地,本发明实施例还可以用于驱动绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor,IGBT)等其他类别的功率管。如图1所示,该方法包括功率管开通过程,具体包括如下步骤:
步骤110,在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。
其中,开通门槛电压值的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。示例性地,型号为AON6260的功率MOSFET的开通门槛电压值的最小值为1.5V,经典值为2V,最大值为2.5V。
此外,在保证功率管工作稳态的前提下,第一栅极驱动电流用于使功率管的栅源电压值迅速上升至开通门槛电压值,以缩短功率管的开通延迟时间。第一栅极驱动电流的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。
步骤120,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。
其中,米勒平台电压值的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值的过程中,功率管的漏极电流开始上升,为了防止体二极管的反向恢复电流过大损坏功率管,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流。基于此,第二栅极驱动电流小于第一栅极驱动电流。本实施例以小于第一栅极驱动电流的第二栅极驱动电流驱动功率管能够减小器件换流的电流变化率,进而改善了电路的EMI特性。此外,第二栅极驱动电流的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。
步骤130,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。
可选地,第三栅极驱动电流小于第一栅极驱动电流。
可选地,第三栅极驱动电流等于第一栅极驱动电流。
可选地,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,功率管的漏极电压逐步下降到零。
其中,第三栅极驱动电流大于第二栅极驱动电流。基于此,第二栅极驱动电流小于第三栅极驱动电流,第三栅极驱动电流小于或等于第一栅极驱动电流。
需要说明的是,传统的功率管驱动方法在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值的阶段难以增大栅极驱动电流,导致米勒平台时段过长。因此,在米勒平台时段,漏极电流与漏极电压乘积的积分值相应增大,进而增加了功率管的开通损耗。
有鉴于此,本实施例通过设置大于第二栅极驱动电流,且小于第一栅极驱动电流的第三栅极驱动电流,不仅能够缩短米勒平台的时长,加快功率管的开通过程,减小功率管的开通损耗,还能够保障电路的EMI特性。
本发明实施例在功率管开通过程中设置了多段栅极驱动电流,并根据功率管的实时状态进行驱动参数的适应性选择。首先,在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。其次,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。最后,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。基于此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开通损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开通过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开通过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开通损耗,提高了功率管的效率。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种功率管驱动控制方法的流程图。本实施例以实施例一为基础进行追加。在本实施例中,可选地,还包括功率管关断过程:
在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管。
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。其中,第四栅极驱动电流的绝对值大于第五栅极驱动电流的绝对值。
示例性地,可选地,功率管开通过程还可以包括:
在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值上升到开通电压值阶段,以第六栅极驱动电流驱动功率管。
其中,开通电压值的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。第六栅极驱动电流可以大于或等于第三栅极驱动电流,且小于或等于第一栅极驱动电流。
需要说明的是,当本实施例设置的第六栅极驱动电流等于第三栅极驱动电流时,能够在保证电路具备较为优良EMI特性的同时,加快功率管的开通过程,减小功率管的开通损耗。当本实施例设置的第六栅极驱动电流等于第一栅极驱动电流时,能够显著加快功率管的开通过程,并显著减小米勒效应对功率管的影响和功率管的开通损耗。基于此,第六栅极驱动电流的具体数值可以根据拟取得的功率管驱动效果进行适应性改变,本发明实施例对此不进行限制。
如图2所示,本实施例的方法具体包括如下步骤:
步骤210,在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。
步骤220,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。
步骤230,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。
步骤240,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值上升到开通电压值阶段,以第六栅极驱动电流驱动功率管。
步骤250,在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
步骤260,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管。
步骤270,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
其中,在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持的阶段,第四栅极驱动电流的绝对值可以大于或等于第三栅极驱动电流值,且小于或等于第一栅极驱动电流值。
需要说明的是,当本实施例设置的第四栅极驱动电流的绝对值等于第三栅极驱动电流值时,能够减小换流时的电流变化率,在保证电路具备较为优良EMI特性的同时,加快功率管的关断过程,减小功率管的关断损耗;当本实施例设置的第四栅极驱动电流的绝对值等于第一栅极驱动电流值时,能够使功率管的漏极电压从零开始快速上升,显著加快了功率管的关断过程,并显著减小了功率管的关断损耗。
基于此,第四栅极驱动电流的具体数值可以根据拟取得的功率管关断驱动效果进行适应性改变,本发明实施例对此不进行限制。
另外,示例性地,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值的阶段,第五栅极驱动电流的绝对值可以等于第二栅极驱动电流值。
需要说明的是,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值的过程中,功率管的漏极电流开始下降,为了防止漏极电流下降速度过快导致的功率管漏极电压过冲和振荡现象,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流。基于此,第四栅极驱动电流的绝对值大于第五栅极驱动电流的绝对值。
本实施例以绝对值小于第四栅极驱动电流的第五栅极驱动电流驱动功率管,能够减小漏极电压变化率和器件换流的电流变化率,进而改善了电路关断过程的EMI特性。此外,第二栅极驱动电流的具体数值与功率管的具体类别和型号规格相关,本发明实施例对此不进行限制。
此外,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,在保证功率管工作稳态的前提下,第四栅极驱动电流用于使功率管的栅源电压值迅速由开通门槛电压值下降到零,以缩短功率管的关断延迟时间。
本发明实施例在功率管开关过程中设置了多段栅极驱动电流,并根据功率管的实时状态进行驱动参数的适应性选择。首先,在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。其次,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。复次,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,以第三栅极驱动电流驱动功率管。再次,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值上升到开通电压值阶段,以第六栅极驱动电流驱动功率管。又次,在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。又次,在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管。最后,在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
基于此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开关损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开关过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开关过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开关损耗,提高了功率管的效率。
实施例三
图3是本发明实施例三提供的一种功率管驱动控制装置的结构示意图。如图3所示,驱动控制装置100包括开通驱动模块110,开通驱动模块110工作于功率管开通过程,用于:
在功率管的栅源电压值从零上升到开通门槛电压值阶段,以第一栅极驱动电流驱动功率管。
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值阶段,以第二栅极驱动电流驱动功率管。
当功率管的栅源电压值从开通门槛电压值上升到米勒平台电压值时,以第三栅极驱动电流驱动功率管。
其中,第三栅极电流大于第二栅极驱动电流。
可选地,还包括关断驱动模块120,关断驱动模块120工作于功率管关断过程,用于:
在功率管的栅源电压值下降到米勒平台电压值并维持阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
在功率管的栅源电压值从米勒平台电压值下降到开通门槛电压值阶段,以第五栅极驱动电流驱动功率管。
在功率管的栅源电压值从开通门槛电压值下降到零的阶段,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
其中,第四栅极驱动电流的绝对值大于第五栅极驱动电流的绝对值。
可选地,第三栅极驱动电流小于第一栅极驱动电流。
可选地,第三栅极驱动电流等于第一栅极驱动电流。
可选地,在功率管的栅源电压值维持在米勒平台电压值阶段,功率管的漏极电压逐步下降到零。
示例性地,图4是本实施例提供的一种功率管驱动控制装置的电路图。如图4所示,功率管驱动控制装置包括:光电耦合器U1、限流电阻R3、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q3、驱动电阻R1、驱动电阻R4、NPN型三极管Q2、PNP型三极管Q4、驱动电阻R2、驱动电阻R5,限流电阻R6、限流电阻R7、限流电阻R8、限流电阻R9、比较器U3C、比较器U3D、两输入与非门U4、两输入与门U2、反相器U6、两输入与非门U5、限流电阻R10和限流电阻R11。
需要说明的是,光电耦合器U1构成强弱电信号隔离及电平转换电路;限流电阻R3、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q3、驱动电阻R1和驱动电阻R4组成主驱动回路;NPN型三极管Q2、PNP型三极管Q4、驱动电阻R2、驱动电阻R5组成辅助驱动回路;限流电阻R6、限流电阻R7、限流电阻R8、限流电阻R9、比较器U3C、比较器U3D、两输入与非门U4、两输入与门U2、反相器U6、两输入与非门U5、限流电阻R10和限流电阻R11构成逻辑控制电路。
基于上述电子器件和电路设置,本实施例提供的功率管驱动控制装置的具体工作原理如下:
来自低压侧的PWM信号IN经过光电隔离器件U1实现强弱电信号隔离及电平转换,并输出信号OUT,OUT信号经过限流电阻R3后控制主驱动回路中的NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q3的开关动作,进而实现后级功率半导体器件的开关控制,其中开通时主驱动回路为Q1/R1至Drive回路,关断时主回路为Drive至R4/Q3回路。
需要说明的是,在开通和关断过程中,为了让功率半导体器件快速通过米勒平台区域,降低开关损耗,需要辅助控制电路介入控制,通过并联驱动回路的方式增加驱动电流,加速米勒平台阶段。
逻辑控制电路利用比较器U3C/U3D将驱动回路输出信号Drive与功率半导体器件门槛电压值V_TH和米勒平台电压值V_plateau实时比较。
在开通过程中,当驱动回路输出信号Drive电压值小于门槛电压值V_TH或者大于米勒平台电压值V_plateau时,U4输出高电平,OUT信号与U4输出信号经过U2后输出高电平V_QH,控制Q2开通,Q2/R2与Q1/R1形成并联的开通驱动回路;反之,当驱动回路输出信号Drive电压值介于门槛电压值V_TH和米勒平台电压值V_plateau之间时,U4输出低电平,OUT信号与U4输出信号经过U2后输出低电平V_QH,控制Q2关断,由Q1/R1构成单独的开通驱动回路。
在关断过程中,当驱动回路输出信号Drive电压值小于门槛电压值V_TH或者大于米勒平台电压值V_plateau时,U4输出高电平,反相后的OUT信号与U4输出信号经过U5后输出低电平V_QL,控制Q4开通,Q4/R5与Q3/R4形成并联的关断驱动回路;反之,当驱动回路输出信号Drive电压值介于门槛电压值V_TH和米勒平台电压值V_plateau之间时,U4输出低电平,反相后的OUT信号与U4输出信号经过U5后输出高电平V_QL,控制Q4关断,由Q3/R4构成单独的关断驱动回路。
还需要说明的是,参见图4,电路网络IN为弱点侧PWM输入信号,GND为弱点侧电源地。VG为驱动电源,COM为驱动电源地,OUT为隔离及电平转换后的PWM信号,Drive为送至功率半导体器件栅极的驱动信号,V_TH为后级功率半导体器件门槛电压值,V_plateau为后级功率半导体器件米勒平台电压值。
本发明实施例在功率管开关过程中,通过设置开通驱动模块110和关断驱动模块120,生成了多段栅极驱动电流,并根据功率管的实时状态进行驱动参数的适应性选择。基于此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开关损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开关过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开关过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开关损耗,提高了功率管的效率。
实施例四
图5是本发明实施例四提供的一种功率管驱动控制装置的控制波形示意图。如图5所示,在功率管的开通过程中,t0~t1时段内,功率管的栅源电压值Vgs从0上升到开通门槛电压值VTH,此时段以电流大小为IG1的第一栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的栅源电压值Vgs迅速上升至开通门槛电压值VTH,以缩短功率管的开通延迟时间。
t1~t2时段内,功率管的栅源电压值Vgs从开通门槛电压值VTH上升到米勒平台电压值Vplateau,此时段以电流大小为IG2的小于第一栅极驱动电流值IG1的第二栅极驱动电流驱动功率管。其原因在于,在此过程中,功率管的漏极电流ID开始上升,为了防止体二极管的反向恢复电流IRRM过大损坏功率管,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流IG。
t2~t3时段内,功率管的栅源电压值Vgs维持在米勒平台电压值Vplateau,此时段以电流大小为IG3的等于第一栅极驱动电流值IG1的第三栅极驱动电流驱动功率管。基于此,本实施例能够缩短米勒平台的时长,加快功率管的开通过程,减小功率管的开通损耗。这样设置原因在于:传统的功率管驱动方法在功率管的栅源电压值Vgs维持在米勒平台电压值Vplateau的阶段难以增大栅极驱动电流IG,导致米勒平台时段过长,同时,在米勒平台时段,漏极电流ID与漏极电压VD乘积的积分值相应增大,进而增加了功率管的开通损耗。
t3~t4时段内,功率管的栅源电压值Vgs从米勒平台电压值Vplateau上升到开通电压值VG,此时段以电流大小为IG6的等于第一栅极驱动电流值IG1的第六栅极驱动电流驱动功率管,以加快功率管的开通过程,减小米勒效应对功率管的影响,并降低功率管的开通损耗。
在功率管的关断过程中,t5~t7时段内,功率管的栅源电压值Vgs下降并维持于米勒平台电压值Vplateau,此时段以绝对值等于第一栅极驱动电流值IG1的第四栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的漏极电压VD从0开始快速上升,显著加快了功率管的关断过程,并显著减小了功率管的关断损耗。
t7~t8时段内,功率管的栅源电压值Vgs从米勒平台电压值Vplateau下降到开通门槛电压值VTH,此时段以绝对值等于第二栅极驱动电流值IG2的第五栅极驱动电流驱动功率管。其原因在于,在此过程中,功率管的漏极电流ID开始下降,为了防止漏极电流ID下降速度过快导致的功率管漏极电压VD过冲和振荡现象,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流IG。
t8~t9时段内,功率管的栅源电压值Vgs从开通门槛电压值VTH下降到0,此时段以第四栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的栅源电压值Vgs迅速由开通门槛电压值VTH下降到零,以缩短功率管的关断延迟时间。
本发明实施例在功率管开关过程中设置了多段栅极驱动电流,并根据功率管的实时状态进行驱动参数的适应性选择。其中,t0~t1时段内,以电流大小为IG1的第一栅极驱动电流驱动功率管;t1~t2时段内,以电流大小为IG2的小于第一栅极驱动电流值IG1的第二栅极驱动电流驱动功率管;t2~t3时段内,以电流大小为IG3的等于第一栅极驱动电流值IG1的第三栅极驱动电流驱动功率管;t3~t4时段内,以电流大小为IG6的等于第一栅极驱动电流值IG1的第六栅极驱动电流驱动功率管;t5~t7时段内,以绝对值等于第一栅极驱动电流值IG1的第四栅极驱动电流驱动功率管;t7~t8时段内,以绝对值等于第二栅极驱动电流值IG2的第五栅极驱动电流驱动功率管;t8~t9时段内,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
基于此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开关损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开关过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开关过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开关损耗,提高了功率管的效率。
实施例五
图6是本发明实施例五提供的一种功率管驱动控制装置的控制波形示意图。如图6所示,在功率管的开通过程中,t0~t1时段内,功率管的栅源电压值Vgs从0上升到开通门槛电压值VTH,此时段以电流大小为IG1的第一栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的栅源电压Vgs值迅速上升至开通门槛电压值VTH,以缩短功率管的开通延迟时间。
t1~t2时段内,功率管的栅源电压值Vgs从开通门槛电压值VTH上升到米勒平台电压值Vplateau,此时段以电流大小为IG2的小于第一栅极驱动电流值IG1的第二栅极驱动电流驱动功率管。其原因在于,在此过程中,功率管的漏极电流ID开始上升,为了防止体二极管的反向恢复电流IRRM过大损坏功率管,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流IG。
t2~t3时段内,功率管的栅源电压值Vgs维持在米勒平台电压值Vplateau,此时段以电流大小为IG3的小于第一栅极驱动电流值IG1的第三栅极驱动电流驱动功率管。基于此,本实施例不仅能够缩短米勒平台的时长,加快功率管的开通过程,减小功率管的开通损耗,还能够保障电路的EMI特性。
t3~t4时段内,功率管的栅源电压值Vgs从米勒平台电压值Vplateau上升到开通电压值VG,此时段以电流大小为IG6的等于第一栅极驱动电流值IG1的第六栅极驱动电流驱动功率管,以加快功率管的开通过程,减小米勒效应对功率管的影响,并降低功率管的开通损耗。
在功率管的关断过程中,t5~t7时段内,功率管的栅源电压值Vgs下降并维持于米勒平台电压值Vplateau,此时段以绝对值等于第一栅极驱动电流值IG1的第四栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的漏极电压VD从0开始快速上升,显著加快了功率管的关断过程,并显著减小了功率管的关断损耗。
t7~t8时段内,功率管的栅源电压值Vgs从米勒平台电压值Vplateau下降到开通门槛电压值VTH,此时段以绝对值等于第二栅极驱动电流值IG2的第五栅极驱动电流驱动功率管。其原因在于,在此过程中,功率管的漏极电流ID开始下降,为了防止漏极电流ID下降速度过快导致的功率管漏极电压VD过冲和振荡现象,需要适应性降低此过程中的栅极驱动电流IG。
t8~t9时段内,功率管的栅源电压值Vgs从开通门槛电压值VTH下降到0,此时段以第四栅极驱动电流驱动功率管,使功率管的栅源电压值Vgs迅速由开通门槛电压值VTH下降到零,以缩短功率管的关断延迟时间。
本发明实施例在功率管开关过程中,根据功率管的实时状态适应性选择设置有多段栅极驱动电流。其中,t0~t1时段内,以电流大小为IG1的第一栅极驱动电流驱动功率管;t1~t2时段内,以电流大小为IG2的小于第一栅极驱动电流值IG1的第二栅极驱动电流驱动功率管;t2~t3时段内,以电流大小为IG3的小于第一栅极驱动电流值IG1的第三栅极驱动电流驱动功率管;t3~t4时段内,以电流大小为IG6的等于第一栅极驱动电流值IG1的第六栅极驱动电流驱动功率管;t5~t7时段内,以绝对值等于第一栅极驱动电流值IG1的第四栅极驱动电流驱动功率管;t7~t8时段内,以绝对值等于第二栅极驱动电流值IG2的第五栅极驱动电流驱动功率管;t8~t9时段内,以第四栅极驱动电流驱动功率管。
因此,本申请实施例解决了现有驱动电路硬件改进方法难以平衡功率管开关损耗和EMI特性的问题,克服了现有功率管驱动控制方法未根据开关过程中的功率管实时状态调整驱动参数的缺陷。本发明实施例实现了根据功率管在开关过程中的实时状态适应性调整驱动参数,不仅使功率管始终处于最优驱动状态,保障电路的EMI特性,还降低了功率管的开关损耗,提高了功率管的效率。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
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