本公開內(nèi)容總體上涉及集成電路領(lǐng)域，并且特別地涉及用于半導(dǎo)體開關(guān)器件的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

1、用于半導(dǎo)體器件的功率逆變器可以將直流電(dc)轉(zhuǎn)換成例如三相交流電(ac)，并且提供交流電作為柵極驅(qū)動(dòng)電壓，在由半導(dǎo)體開關(guān)(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管mosfet或絕緣柵雙極晶體管igbt)控制的導(dǎo)通(例如，正電壓)與關(guān)斷(例如，非正電壓或零/負(fù)電壓)狀態(tài)之間快速切換。柵極電阻器確定半導(dǎo)體在導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間多快地切換。通常，切換越快，與切換相關(guān)聯(lián)的功率損耗就越低。然而，半導(dǎo)體開關(guān)切換得越快，半導(dǎo)體開關(guān)發(fā)射的輻射就越大。國際無線電干擾特別委員會(huì)(cispr)或同等標(biāo)準(zhǔn)提供了最大可允許輻射水平。因此，可以選擇柵極電阻器來調(diào)節(jié)功率損耗并強(qiáng)制執(zhí)行輻射發(fā)射限制。然而，隨著更多電流流過半導(dǎo)體開關(guān)，結(jié)溫度將增加。如果柵極電阻增加，則導(dǎo)通切換損耗將線性增加。然而，如果柵極電阻保持恒定，則切換延遲和切換損耗都將隨著結(jié)溫度升高而增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在第一方面，公開了一種用于向半導(dǎo)體器件供應(yīng)電力的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路。在實(shí)施方式中，自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路包括用于(例如，基于來自控制開關(guān)的控制信號(hào))向半導(dǎo)體器件供應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電壓的半導(dǎo)體開關(guān)，半導(dǎo)體開關(guān)具有輻射發(fā)射限值和結(jié)溫度，輻射發(fā)射限值和結(jié)溫度中的兩者都必須保持在可接受的水平。柵極驅(qū)動(dòng)電壓可以是正的(對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體開關(guān)的“導(dǎo)通”狀態(tài)，與導(dǎo)通切換時(shí)間(timing)延遲和導(dǎo)通切換損耗相關(guān)聯(lián))或非正的即零或負(fù)的(對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體開關(guān)的“關(guān)斷”狀態(tài)，與關(guān)斷切換時(shí)間延遲和關(guān)斷切換損耗相關(guān)聯(lián))。柵極電阻器件串聯(lián)連接在半導(dǎo)體開關(guān)與控制開關(guān)之間并且熱耦合至半導(dǎo)體開關(guān)。柵極電阻器件包括并聯(lián)連接的負(fù)溫度系數(shù)(ntc)電阻器(例如，熱敏電阻器)和線性柵極電阻器。ntc熱敏電阻器感測半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié)溫度，并且在結(jié)溫度達(dá)到或超過閾值水平的情況下，通過減小線性柵極電阻器的柵極電阻來減少導(dǎo)通(或關(guān)斷)切換時(shí)間或切換損耗，從而將結(jié)溫度和/或輻射發(fā)射限值保持在可接受的水平內(nèi)。

2、在一些實(shí)施方式中，ntc熱敏電阻器減小線性柵極電阻器的柵極電阻直到結(jié)溫度降低到閾值水平以下。

3、在一些實(shí)施方式中，ntc熱敏電阻器基于與所感測的結(jié)溫度的增加的逆線性關(guān)系來減小線性柵極電阻器的柵極電阻。

4、在一些實(shí)施方式中，ntc熱敏電阻器基于與柵極驅(qū)動(dòng)電壓相關(guān)聯(lián)的電流負(fù)載的減小來增大線性柵極電阻器的柵極電阻。

5、在一些實(shí)施方式中，ntc熱敏電阻器基于降低的所感測的結(jié)溫度來增大線性柵極電阻器的柵極電阻。

6、在一些實(shí)施方式中，線性柵極電阻器與基于半導(dǎo)體開關(guān)的輻射發(fā)射限值的最小柵極電阻和基于半導(dǎo)體開關(guān)的功率容量的最大柵極電阻相關(guān)聯(lián)。

7、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體開關(guān)是絕緣柵雙極晶體管igbt或其組。

8、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件是片上系統(tǒng)soc，半導(dǎo)體開關(guān)和柵極電阻器件中的一者或兩者是表面安裝器件smd。

9、在一些實(shí)施方式中，減少半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通切換時(shí)間(例如，在導(dǎo)通狀態(tài)下)包括減少導(dǎo)通切換延遲、上升時(shí)間或充電時(shí)間中的一個(gè)或更多個(gè)。

10、在一些實(shí)施方式中，減少半導(dǎo)體開關(guān)的關(guān)斷切換時(shí)間(例如，在關(guān)斷狀態(tài)下)包括減少關(guān)斷切換延遲、下降時(shí)間或放電時(shí)間中的一個(gè)或更多個(gè)。

11、在另一方面，公開了一種用于半導(dǎo)體器件的最佳切換的方法。在實(shí)施方式中，該方法包括將柵極電阻器件串聯(lián)連接在半導(dǎo)體器件的控制開關(guān)和半導(dǎo)體開關(guān)之間(以及將柵極電阻器件熱耦合到半導(dǎo)體開關(guān))，半導(dǎo)體開關(guān)響應(yīng)于來自控制開關(guān)的控制信號(hào)向半導(dǎo)體器件提供柵極驅(qū)動(dòng)電壓。半導(dǎo)體開關(guān)具有輻射發(fā)射限值和結(jié)溫度，輻射發(fā)射限值和結(jié)溫度中的兩者都要保持在可接受的水平內(nèi)(例如，低于閾值水平)。柵極驅(qū)動(dòng)電壓與導(dǎo)通狀態(tài)(例如，正電壓)或關(guān)斷狀態(tài)(例如，非正電壓)對(duì)應(yīng)，導(dǎo)通狀態(tài)與導(dǎo)通切換時(shí)間和切換損耗相關(guān)聯(lián)，關(guān)斷狀態(tài)與關(guān)斷切換時(shí)間和切換損耗相關(guān)聯(lián)。柵極電阻器件包括并聯(lián)連接的負(fù)溫度系數(shù)(ntc)電阻器(例如，熱敏電阻器)和線性柵極電阻器。該方法包括經(jīng)由ntc熱敏電阻器感測半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié)溫度。該方法包括在所感測的結(jié)溫度達(dá)到或超過閾值水平的情況下，經(jīng)由ntc熱敏電阻器減小線性柵極電阻器的柵極電阻(例如，為了降低結(jié)溫度)。

12、在一些實(shí)施方式中，該方法包括基于與結(jié)溫度增加的逆線性關(guān)系來減小線性柵極電阻器的柵極電阻。

13、在一些實(shí)施方式中，該方法包括減小線性柵極電阻器的柵極電阻直到結(jié)溫度降低至閾值水平以下。

14、在一些實(shí)施方式中，該方法包括基于與柵極驅(qū)動(dòng)電壓相關(guān)聯(lián)的電流負(fù)載的減小來增大柵極電阻。

15、在一些實(shí)施方式中，該方法包括基于降低的結(jié)溫度來增大柵極電阻。

16、在一些實(shí)施方式中，線性柵極電阻器與基于半導(dǎo)體開關(guān)的輻射發(fā)射限值的最小柵極電阻和基于半導(dǎo)體開關(guān)的功率容量的最大柵極電阻相關(guān)聯(lián)。

17、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體開關(guān)是絕緣柵雙極晶體管igbt或其組。

18、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件是片上系統(tǒng)soc，并且半導(dǎo)體開關(guān)和柵極電阻器件中的一者或兩者是表面安裝器件smd。

19、在一些實(shí)施方式中，減少半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通切換時(shí)間(例如，在導(dǎo)通狀態(tài)下)包括減少導(dǎo)通切換延遲、上升時(shí)間或充電時(shí)間中的一個(gè)或更多個(gè)。

20、在一些實(shí)施方式中，減少半導(dǎo)體開關(guān)的關(guān)斷切換時(shí)間(例如，在關(guān)斷狀態(tài)下)包括減少關(guān)斷切換延遲、下降時(shí)間或放電時(shí)間中的一個(gè)或更多個(gè)。

21、應(yīng)當(dāng)理解，前述一般描述和以下詳細(xì)描述兩者僅是示例性的和說明性的，并且不一定是對(duì)本公開內(nèi)容進(jìn)行限制。并入說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本公開內(nèi)容的主題。說明書和附圖一起用于說明本公開內(nèi)容的原理。

技術(shù)特征：

1.一種用于半導(dǎo)體器件的柵極驅(qū)動(dòng)電路，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器被配置成，減小所述柵極電阻直到所述結(jié)溫度降低至所述閾值水平以下。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器被配置成，基于與所感測的結(jié)溫度的增加的逆線性關(guān)系來減小所述柵極電阻。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器被配置成，基于與所述柵極驅(qū)動(dòng)電壓相關(guān)聯(lián)的減小的電流負(fù)載來增大所述柵極電阻。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器被配置成，基于所感測的結(jié)溫度的降低來增大所述柵極電阻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述線性柵極電阻器與以下相關(guān)聯(lián)：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)包括至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管igbt。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述導(dǎo)通切換時(shí)間包括以下中的至少一個(gè)：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述關(guān)斷切換時(shí)間包括以下中的至少一個(gè)：

11.一種用于半導(dǎo)體器件的最佳切換的方法，所述方法包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在所述結(jié)溫度達(dá)到或超過閾值水平的情況下，經(jīng)由所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器減小所述線性柵極電阻器的柵極電阻，包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在所述結(jié)溫度達(dá)到或超過閾值水平的情況下，經(jīng)由所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器減小所述線性柵極電阻器的柵極電阻，包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括：

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括：

16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述線性柵極電阻器與以下相關(guān)聯(lián)：

17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)是絕緣柵雙極晶體管igbt。

18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中：

19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述導(dǎo)通切換時(shí)間包括以下中的至少一個(gè)：

20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述關(guān)斷切換時(shí)間包括以下中的至少一個(gè)：

技術(shù)總結(jié)
提供了柵極驅(qū)動(dòng)電路以及用于半導(dǎo)體器件的最佳切換的方法。用于基于絕緣柵雙極晶體管IGBT的半導(dǎo)體開關(guān)的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路提供了用于減小與開關(guān)結(jié)溫度的增加相關(guān)聯(lián)的時(shí)間延遲和切換損耗的柵極電阻器件。柵極電阻器件靠近開關(guān)結(jié)設(shè)置并且包括并聯(lián)連接的負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻器和線性柵極電阻器。在熱敏電阻器感測到半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié)溫度的增加的情況下，經(jīng)由線性柵極電阻器的柵極電阻減小以使結(jié)溫度以最小的延遲回到熱平衡，從而使得半導(dǎo)體開關(guān)能夠更快地切換并減小相關(guān)聯(lián)的切換損耗。

技術(shù)研發(fā)人員：迪萊什·阿爾溫德·勞特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：維諦公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2