專利名稱：開關(guān)驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率開關(guān)的驅(qū)動電路。本發(fā)明雖然適用于任何一種類型的半導(dǎo)體功率開關(guān)，但對絕緣柵雙極性晶體管的柵極驅(qū)動電路尤為有用。
諸如離心深冷器等空調(diào)機(jī)需要電動機(jī)來轉(zhuǎn)動葉輪。該電動機(jī)可以是，例如，150至900馬力的三相感應(yīng)電動機(jī)。這樣的電動機(jī)在交流電上運(yùn)行。一般，該電動機(jī)直接連接到諸如460伏動力線等標(biāo)準(zhǔn)的交流動力線上，以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
因為驅(qū)動離心式深冷器的這種電動機(jī)總是以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所以電動機(jī)有時運(yùn)行得比實際制冷需要的快。這會使壓縮機(jī)的效率降低。因此，恒速離心式深冷器不能總以最佳的效率運(yùn)行。改變深冷器中壓縮機(jī)的速度，離心式深冷器的效率就會比恒速運(yùn)行時大大提高。
改變供給電動機(jī)的交流電壓的頻率，可以改變感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。商業(yè)供電公司只提供固定頻率，一般是60赫茲的電壓。典型的情況是，為了改變感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，將電力公司提供的60赫茲的的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭O性(直流)的電壓。然后，用固態(tài)功率開關(guān)器件將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，再將該交流電壓供給電動機(jī)。如果開關(guān)的開關(guān)速率改變，交流電壓的頻率與振幅也會改變，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就會改變。
半導(dǎo)體開關(guān)為控制大電流高電壓提供了可靠的高速手段。但是，半導(dǎo)體開關(guān)在電流容量和電壓耐受能力上有限制。絕緣柵雙極性三極管是高壓半導(dǎo)體開關(guān)。這樣，絕緣柵雙極性晶體管在要求快速、高壓的開關(guān)應(yīng)用上是有用的。
絕緣柵雙極性晶體管一般包括集電極、發(fā)射極和柵極。絕緣柵雙極性晶體管響應(yīng)其柵極上所加的電壓，對集電極與發(fā)射極之間的電流進(jìn)行開關(guān)。特殊的驅(qū)動電路將驅(qū)動電壓加在絕緣柵雙極性晶體管的柵極上。這樣的電路一般將低壓小信號的輸入脈沖轉(zhuǎn)變成高壓低阻抗的輸出脈沖，以驅(qū)動絕緣柵雙極性晶體管的柵極。為了保證快速開關(guān)，驅(qū)動電路必須準(zhǔn)確地提供絕緣柵雙極性晶體管柵極所需的電流。
用作高壓、大電流開關(guān)的絕緣柵雙極性晶體管，有時會被擊穿，如果另一個絕緣柵雙極性晶體管的柵極是導(dǎo)通的話，就會造成電池或電源的短路。另外，偶然的短路會錯誤地加在變速驅(qū)動器的輸出端之間。若不采取措施去除電流通路，這樣的短路就會產(chǎn)生大電流，迅速摧毀半導(dǎo)體功率開關(guān)及其它電路元件。
為了保護(hù)電源及有關(guān)電路，最好迅速地檢測出絕緣柵雙極性三極管中的短路狀態(tài)，并減小加在絕緣柵雙極性晶體管柵極上的電壓，使絕緣柵雙極性晶體管截止。這樣，例如，采用電容通過電阻指數(shù)放電的方法，就可以控制在短路狀態(tài)下柵極的電壓。當(dāng)絕緣柵雙極性三極管通過其激活區(qū)過渡時，這個變化率是非常陡的，迅速變化的柵極電壓引起絕緣柵雙極性晶體管的集電極電流相應(yīng)地迅速變化。由于電源電路中雜散電感的作用，可能造成集電極至發(fā)射極的瞬間高壓。
但是，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識到，減小加在絕緣柵雙極性晶體管柵極電壓的變化率，也就減小絕緣柵雙極性晶體管中的電流的變化率，從而大大減小雜散電感上發(fā)生的瞬間電壓，進(jìn)而消除器件由于短路時過壓做成損壞的可能性。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動電路，它能顯著地減輕有關(guān)先有技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)造成的一個或多個問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和目的，一部分將在后面的敘述中提出，一部分將在敘述中不說自明，或者通過本發(fā)明的實踐學(xué)得。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及目的通過后附的權(quán)利要求書中特別指出的元件及其組合來實現(xiàn)和達(dá)到。
為了得到這些優(yōu)點(diǎn)，并按照本發(fā)明的目的，正如在這里舉出實施例并概括地說明的，本發(fā)明包括一種開關(guān)驅(qū)動電路。該開關(guān)具有控制端和可開關(guān)的電流通路。驅(qū)動電路向該控制端提供電壓。驅(qū)動電路具有連接到電路通路以便檢測短路狀態(tài)用的裝置，以及響應(yīng)該短路狀態(tài)檢測裝置，在檢測出短路時，線性地降低控制端的電壓用的裝置。
應(yīng)該明白，不論是前面的一般說明，還是后面的詳細(xì)敘述，都只是例示性的和說明性的，對本發(fā)明的權(quán)利要求并不是限制性的。
這里包括的并構(gòu)成本說明書一部分的附圖，說明本發(fā)明的一個實施例，與說明一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中

圖1表示本發(fā)明實施例的絕緣柵雙極性晶體管及驅(qū)動電路的框圖；圖2表示圖1所示驅(qū)動電路在正常操作的狀態(tài)下電壓輸出隨時間變化的曲線圖；圖3表示圖1所示驅(qū)動電路在短路的操作狀態(tài)下電壓輸出隨時間變化的曲線圖；圖4表示可用于圖1所示驅(qū)動電路的由低壓至高壓接口電路及短路過流檢測器的實施例的電路原理圖；圖5表示可用于圖1所示驅(qū)動電路的線性積分器、四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級及柵極電阻的實施例的電路原理圖；圖6表示可用于圖1所示絕緣柵雙極性晶體管柵極驅(qū)動電路的單穩(wěn)態(tài)的實施例的電路原理圖；圖7表示驅(qū)動電路、六個絕緣柵雙極性晶體管和電動機(jī)的電路原理圖。
絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路在絕緣柵雙極性晶體管的柵極與發(fā)射極之間提供高壓脈沖。驅(qū)動電路還監(jiān)視絕緣柵雙極性晶體管集電極對發(fā)射極的電壓。在絕緣柵雙極性晶體管柵極導(dǎo)通之后給定的時間內(nèi)，如果絕緣柵雙極性晶體管的集電極電壓不降至給定水平，絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路就判斷是出現(xiàn)短路狀態(tài)，便觸發(fā)驅(qū)動電路內(nèi)的線性積分器。線性積分器慢慢地降低絕緣柵雙極性晶體管的柵極電壓。柵極電壓的斜坡式下降防止了絕緣柵雙極性晶體管集電極與發(fā)射極之間的電流發(fā)生巨大的變化。電源電路的雜散電感內(nèi)的電流的巨大變化，會造成大的電壓尖峰，損壞絕緣柵雙極性晶體管。
現(xiàn)在詳細(xì)地說明本發(fā)明的最佳實施例，附圖中說明其中的一個例子。只要可能，在所有的各個附圖中，相同或者類似的部件采用相同的標(biāo)號。
本發(fā)明作為實施例舉出的驅(qū)動電路示于圖1，并且整體標(biāo)以標(biāo)號12。驅(qū)動電路12驅(qū)動絕緣柵雙極性晶體管10。絕緣柵雙極性晶體管10包括發(fā)射極E、集電極C和柵極G。
低壓至高壓的接口電路14在輸入接點(diǎn)或輸入端I處接受輸入脈沖，并將低壓脈沖轉(zhuǎn)變成高壓。低壓至高壓接口電路14的高壓輸出通過四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16送至柵極和發(fā)射極電阻18。柵極電阻18中的一個將四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16接至絕緣柵雙極性晶體管10的柵極。
四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16把從低壓至高壓接口電路14接收的電流和電壓的電平提高。四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16的輸入是以毫安計的，而其輸出則以安培計。這樣，四聯(lián)復(fù)合晶體管的輸出級通過柵極電阻18向絕緣柵雙極性晶體管的柵極G提供大電流輸出脈沖。
雖然圖1中只示出一個絕緣柵雙極性晶體管10，但該驅(qū)動電路12可以驅(qū)動一個以上的絕緣柵雙極性晶體管10，而且最好驅(qū)動四個絕緣柵雙極性晶體管10。可以將四個絕緣柵雙極性晶體管10并聯(lián)起來，以提高開關(guān)容量。這樣，柵極電阻電路18最好包括四個10歐姆的電阻和四個1歐姆的電阻。
短路過流檢測器24監(jiān)視絕緣柵雙極性晶體管10集電極C的電壓，以便判斷是否有短路發(fā)生。如果絕緣柵雙極性晶體管10在正常的運(yùn)行中導(dǎo)通與截止，開關(guān)導(dǎo)通時集電極電壓會降低。短路過流檢測器24還連接至低壓至高壓的接口電路14，使得短路過流檢測器24檢測到絕緣柵雙極性晶體管何時被指令導(dǎo)通和截止。
當(dāng)絕緣柵雙極性晶體管10導(dǎo)通時，如果集電極電壓在給定時間里不降低到給定的閾值以下，或者絕緣柵雙極性晶體管10被指令導(dǎo)通之后集電極電壓上升到給定閾值以上，則短路過流檢測器24檢測出短路。檢測出短路時，短路過流檢測器24向單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器22發(fā)送輸出信號。于是，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器22便產(chǎn)生脈沖信號，釋放線性積分器20的箝位電路。
線性積分器20通過二極管26連接至四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16的輸入端。當(dāng)檢測到短路時，線性積分器20從單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器22接收到脈沖信號。收到該脈沖信號時，線性積分器20開始斜坡降壓過程。四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16的輸入端，通過二極管26跟隨線性積分器的輸出電壓，下降至線性積分器20的電壓電平以上一個二極管壓降(0.6伏)處。
圖2和圖3表示端子G與E之間的輸出電壓脈沖隨時間的變化情況。圖2表示絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路12正常運(yùn)行時的時序圖；正常輸出波形27是15伏，基本上是矩形脈沖。
圖3表示驅(qū)動電路12控制絕緣柵雙極性晶體管柵極，使絕緣柵雙極性晶體管導(dǎo)通進(jìn)入短路狀態(tài)時，端子G與E之間的輸出電壓脈沖隨時間的變化情況。在圖3可以看出線性積分器20造成的柵極電壓28的線性斜坡降壓過程。
有了驅(qū)動電路12，器件輸出端之間的短路就可以迅速檢測出來，并將絕緣柵雙極性晶體管柵極的輸入電壓按斜坡壓低，而不是突然切斷。在絕緣柵雙極性晶體管的整個線性范圍內(nèi)，G至E的電壓變化率是不變的，結(jié)果減小了截止時集電極至發(fā)射極的瞬變電壓。這樣，就可以防止電路雜散電感內(nèi)電流迅速變化造成的電壓尖峰。
作為圖3所示線性斜坡降壓電路的替代方案，驅(qū)動電路可以包括起始階躍變化減小電路，繼之以檢測出短路時對柵極電壓進(jìn)行線性斜坡降壓的電路。階躍變化減小電路迅速降低短路狀態(tài)下絕緣柵雙極性晶體管導(dǎo)引的電流的起始值。但是，電壓階躍幅度低得足以在線性斜坡降壓之前就防止造成巨大的電壓尖峰。
圖4，5和6表示圖1所示驅(qū)動電路12的一個實施例的電路原理詳圖。在圖4，5和6中，電阻標(biāo)以偶數(shù)的標(biāo)號30—100。在本發(fā)明的一個實施例中，電阻可以具有下表1所列的電阻值。
表1標(biāo)號 電阻，歐姆 功率，瓦30 360 0.2532 2.4k 0.2534 2.4k 0.2536 220 0.2538 910.2540 6.8k 0.2542 3k0.2544 100.2546 1.21k 0.2548 1k0.5050 1.91k 0.2552 100.2554 5.1k 0.2556 100.2558 1.33k 0.2560 10k 0.2562 510.2564 3k0.2566 4.3k 0.2568 3k0.2570 1k0.2572 10k 0.2574 1.0 0.2576 100.2578 1.0 0.2580 100.2582 1.0 0.2584 100.2586 1.0 0.2588 100.2590 510k 0.2592 100 0.2594 5.1 0.2596 200 0.2598 100k 0.25100 100k 0.25
在圖4，5和6中，電容標(biāo)以偶數(shù)的標(biāo)號102—134。在一個實施例中，電容可具有下表2所列數(shù)值。
表2標(biāo)號 電容額定電壓1020.1 50V10422 351060.1 501080.1 501102200pF 501121800pF 501142200pF 5011622 3511822 351200.1 501221500pF 501240.1 50126470 351281000251300.1 501321500pF 501340.2250
地電壓SGRN及PGRN是分開的地參考電壓(信號地及電源地)，它們最后在柵極驅(qū)動電路的電源上連在一起。
如圖4所示，低壓至高壓的接口電路14包括相當(dāng)于圖1中的端子I的輸入端136及138，光耦合器140、電壓比較器142和連接在一起的驅(qū)動信號晶體管144。商售的電壓比較器，例如，NationalSemiconductor Corp.公司的型號LM393可以用作電壓比較器142。輸入端136及138接受通過電阻30及32送過來并跨接在光耦合器14上的輸入電壓。然后，導(dǎo)通/截止脈沖通過電壓比較器142送到驅(qū)動信號晶體管144。
光耦合器140為兩個目的服務(wù)。光耦合器140在端子2/3與8/7/6/5之間提供電壓絕緣，并將導(dǎo)通/截止脈沖耦合到比較器142上。
當(dāng)晶體管144截止時，驅(qū)動信號晶體管144的輸出使二極管146反偏置，如果線性積分器尚未激活，就通過電阻64將端子148拉高到+20伏。圖4所示的端子148與圖5所示的端子148相連。驅(qū)動信號晶體管144的輸出出現(xiàn)在圖5所示的場效應(yīng)晶體管152的柵極。端子148上的正的電壓脈沖使晶體管152導(dǎo)通，使電流流過發(fā)光二極管153及電阻66。當(dāng)晶體管152導(dǎo)通，使端子G及E的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5伏電平時，四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16內(nèi)的pnp晶體管被激活。
如圖5所示，四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16包括四個雙極性復(fù)合晶體管，后者標(biāo)以偶數(shù)的號碼154至160。npn復(fù)合晶體管154與pnp雙極性復(fù)合晶體管156構(gòu)成推挽跟隨器。類似地，接成復(fù)合晶體管的npn雙極性晶體管158與pnp雙極性復(fù)合晶體管160構(gòu)成推挽跟隨器。四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16使加在柵極電阻上的電流躍升。在另一方案的實施例中，四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16可用單個的npn/pnp射極跟隨器對、單個的npn復(fù)合晶體管/pnp復(fù)合晶體管對，或其他某種電路代替，這取決于要求的電流驅(qū)動能力。
柵極電阻76，80，84及88把四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16連接到四個并聯(lián)的絕緣柵雙極性晶體管的柵極上。圖5所示電阻74，78，82及86接到四個并聯(lián)絕緣柵雙極性晶體管的發(fā)射極上。
如圖4所示，短路過流檢測器24包括場效應(yīng)晶體管175和電壓比較器172。商售電壓比較器，例如National Semicondnctor Corp.公司的型號LM393，可以用作電壓比較器172。晶體管175的漏極接到電壓比較器172的非反相端，而晶體管176的漏極接到電壓比較器172的反相端。電壓比較器172的輸出接到端子174。電阻46將20伏電壓接到晶體管176的源極。晶體管175及176的柵極接到驅(qū)動信號晶體管144。
短路過流檢測器24接到絕緣柵雙極性晶體管10的集電極C。短路過流檢測器24監(jiān)視絕緣柵雙極性晶體管10的集電極的電壓，以判斷是否發(fā)生了短路。當(dāng)端子C的電壓下降，二極管170會將運(yùn)算放大器172的非反相端跟它一起拉低，非反相端的電壓便降到電壓比較運(yùn)算放大器172的反相端電壓以下。如果非反相端的電壓不下降，那么，電壓比較器172改變狀態(tài)，并將輸出送到端子174。
晶體管175及176對于短路過流檢測器24起著通斷開關(guān)的作用。當(dāng)柵極電壓使絕緣柵雙極性晶體管截止時，驅(qū)動信號晶體管144使三極管175及176導(dǎo)通，使電壓比較器172的短路探測功能失效。電容110，112及114決定了絕緣柵雙極性晶體管導(dǎo)通與過流檢測器啟動之間的時間延遲。電阻40和50形成分壓器，決定集電極端子電壓必須低于其值方起作用的閾值電平，以免將過流檢測器設(shè)置成截止。
圖4所示的端子174連接到圖6所示的端子174如圖6所示，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器22在端子174處接收電壓比較器172的輸出。端子174連接到場效應(yīng)晶體管178的柵極，場效應(yīng)晶體管178的漏極接到電壓比較器180的反相端。商售電壓比較器，例如National Semiconductor Corp.公司的型號LM311，可以用作電壓比較器180。如果檢測出短路，單穩(wěn)態(tài)122在端子182上輸出脈沖信號。圖6所示的端子182接到圖5所示的線性積分器20的端子182。
圖6所示的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器22也連接到欠壓檢測器184以及高壓至低壓接口電路186。高壓至低壓接口電路186接收單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出，監(jiān)視短路狀態(tài)檢測電路的輸入。欠壓檢測器184監(jiān)視絕緣柵雙極性三極管驅(qū)動電路的電源。
如圖5所示，線性積分器20包括運(yùn)算放大器188和反饋電路。商售運(yùn)算放大器，例如Texas Instruments Corp.公司的型號TL081，可以用作運(yùn)算放大器188。反饋電路包括并聯(lián)的電阻62、電容122以及齊納二極管192。線性積分器20的輸入端子182連接到反饋電路中場效應(yīng)晶體管190的柵極。
場效應(yīng)晶體管190通常是導(dǎo)通的，使電阻62與電容122并聯(lián)，但是，單穩(wěn)態(tài)22響應(yīng)短路狀態(tài)在端子182上產(chǎn)生的脈沖信號會使場效應(yīng)三極管190截止。場效應(yīng)晶體管190截止時，運(yùn)算放大器188會啟動由電阻58及電容122設(shè)定的速率進(jìn)行線性斜坡降壓過程。電阻70處的四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級16的輸入端，通過二極管26降壓至運(yùn)算放大器188輸出電壓以上一個二極管壓降(0.6伏)的電壓上。
這樣，絕緣柵雙極性晶體管的柵極電壓受到線性積分器20的線性斜坡降壓的控制。在絕緣柵雙極性晶體管的線性區(qū)域內(nèi)，柵極的放電速率是不變的，雜散電感和高的電流變化速率造成的跨越絕緣柵雙極性晶體管的瞬變電壓就可以避免。
柵極電壓的線性放電速率，可以通過調(diào)整線性積分器20所用的電容和電阻來調(diào)整。在設(shè)定線性變化速率時考慮的因素包括絕緣柵雙極性三極管的特性、絕緣柵雙極性晶體管所在的電源電路的寄生電導(dǎo)及電感以及在短路狀況下被認(rèn)為是可以接受的過沖電壓的電平。
在本發(fā)明的最佳實施例中，變化速率是2伏/微秒。線性積分器上用的電阻58及電容122決定了降壓速率。電阻58兩端的電壓決定了通過電阻58的電流，而在晶體管190截止時，這個電流就流過電容122。變化速率計算如下i＝C(dv/dt)由此得出，dv/dt＝i/C式中i＝電流C＝電容dv/dt＝電壓隨時間的變化。
在這個實施例中，i＝-(24V-20V)/1.33K＝3毫安dv/dt＝-3毫安/1500pF＝-2V/微秒。
該驅(qū)動電路可以驅(qū)動四個額定1200伏和200安培的絕緣柵雙極性晶體管。這樣的絕緣柵雙極性晶體管額定如下當(dāng)其直接跨接在1200伏的電壓源上時，如果電源電路的寄生電感小于50毫微享(nH)，那么，它能承受10微秒的″導(dǎo)通″。當(dāng)柵極電壓為+15伏時，每個絕緣柵雙極性晶體管可以通過的電流水平一般規(guī)定為額定值的10倍。這些數(shù)值指出，每只200安培絕緣柵雙極性晶體管承受的能量為(1200V)(200A)(10)(10μsec)＝24焦耳這樣，驅(qū)動電路12必須檢測出短路狀態(tài)，并在足夠短的時間里把柵極電壓降低到導(dǎo)通閾值的水平以下，以便將能量限制在24焦耳以下。導(dǎo)通時間的長度最好小于10微秒。如果能量減小到24焦耳以下，這個時間可以延長。這個短路能量與降壓時間之間的權(quán)衡，還依賴于處于短路狀態(tài)期間的功率器件峰值結(jié)溫。
本發(fā)明的最佳實施例的驅(qū)動電路，一般需要3.8微秒來監(jiān)測出短路狀態(tài)。假定檢測時間的最大值是4.6微秒，而承受時間為10微秒，則線性斜坡降壓過程最好為5.4微秒。普通器件導(dǎo)通用的正柵極驅(qū)動電平典型值為+15伏，而絕緣柵雙極性晶體管柵極的導(dǎo)通閾值典型值為10伏。由此得出短路過程的可允許降壓速率是(15V-10V)/5.4μsec＝-0.926V/μsec這樣，實際降壓速率-2V/μsec比可接受的速率-0.926V/μsec快。
所述驅(qū)動電路的應(yīng)用場合包括諸如離心深冷器等感應(yīng)式電動機(jī)。如上所述，驅(qū)動電路12最好驅(qū)動四個絕緣柵雙極性晶體管。這四個絕緣柵雙極性晶體管可以并聯(lián)起來處理四倍于單個絕緣柵雙極性晶體管的電壓及功率。驅(qū)動電路最好按上柵極驅(qū)動電路與下柵極驅(qū)動電路成對布置。這樣，每對驅(qū)動電路驅(qū)動總共八個絕緣柵雙極性晶體管，每八個絕緣柵雙極性晶體管連接到交流電動機(jī)的一個極。用這樣的結(jié)構(gòu)驅(qū)動一個三相交流電動機(jī)需要24個絕緣柵雙極性晶體管。
參照圖7，多個絕緣柵雙極性晶體管10可以驅(qū)動一個交流感應(yīng)電動機(jī)194。在圖7中，每個絕緣柵雙極性晶體管10實際上包括若干個，例如四個并聯(lián)的絕緣柵雙極性晶體管。絕緣柵雙極性晶體管10成對地連接在直流電壓輸入線之間。柵極驅(qū)動電路12連接到每對絕緣柵雙極性晶體管的柵極上。驅(qū)動電路12可以以不同的速度開關(guān)絕緣柵雙極性晶體管，使電動機(jī)194以不同的速度運(yùn)行。變速感應(yīng)電動機(jī)194可以驅(qū)動離心深冷器的葉輪。
交流驅(qū)動電源198向二極管整流器或可控硅(SCR)200提供交流電壓。整流器200把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓。直流電壓通過一對電感202和電容204輸出。電容和電感把整流后的交流電壓濾成平滑的直流電平。
驅(qū)動電路12把逆變器邏輯電路198產(chǎn)生的低電平信號轉(zhuǎn)變成能夠控制絕緣柵雙極性晶體管功率開關(guān)10、使其導(dǎo)通與截止的電平。通過以適當(dāng)?shù)姆绞娇刂平^緣柵雙極性晶體管功率開關(guān)10、使其導(dǎo)通與截止，可以把由整流器200、電感202及濾波電容204提供的直流電壓變換成頻率和振幅均可變的交流電壓。這輸出電壓/頻率可變的電源又以適當(dāng)?shù)念l率和電壓驅(qū)動電動機(jī)194，以給定的速度轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)。
熟識本行的人都看得出，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，在本發(fā)明的驅(qū)動電路中和在該驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)上，都可以作不同的修改和改變。
例如，按照本發(fā)明的一個方面，已知的驅(qū)動電路，例如FUJIEXB841可以修改，用線性斜坡降壓電路代替指數(shù)R-C放電電路。另外，本發(fā)明按絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路進(jìn)行敘述，但是，一旦檢測到短路時具有線性斜坡降壓性能的驅(qū)動電路，也可以用于其他電壓控制的功率開關(guān)，例如M0SFET或MCT。大部分開關(guān)都具有在其第一和第二端子之間的可通、斷的電流通路和控制端子。晶體管的控制端子，例如，可以是柵極或基極。
熟識本行的人，考慮了這里揭示的本發(fā)明的說明書和實踐之后，都會看出本發(fā)明的其他實施例。應(yīng)該指出，說明書和例子都只能看作是舉例性的，本發(fā)明的真正的范圍和精神由下列的權(quán)利要求書指出。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)驅(qū)動電路，該開關(guān)具有控制端子和可通、斷的電流通路，該驅(qū)動電路向該控制端子提供電壓，其特征在于該驅(qū)動電路包括連接至該控制端子以提供電壓的裝置，連接至該電流通路以檢測短路狀態(tài)的裝置，以及響應(yīng)檢測出的短路狀態(tài)，線性地按斜坡降低控制端子上的電壓的裝置。
2.權(quán)利要求1提出的驅(qū)動電路，其特征在于該斜坡降壓電路包括線性積分器。
3.權(quán)利要求1提出的驅(qū)動電路，其特征在于該檢測短路的裝置包括電壓比較器。
4.權(quán)利要求1提出的驅(qū)動電路，其特征在于該開關(guān)包括絕緣柵雙極性晶體管，而該控制端子是絕緣柵雙極性晶體管的柵極。
5.權(quán)利要求3提出的驅(qū)動電路，其特征在于該開關(guān)包括絕緣柵雙極性晶體管，而該控制端子是絕緣柵雙極性晶體管的柵極。
6.權(quán)利要求5提出的驅(qū)動電路，其特征在于該提供電壓的裝置包括連接至輸入接點(diǎn)的低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器，連接至低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器的四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級，和至少一個在四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級和控制端子之間連接的電阻。
7.一種絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路，該絕緣柵雙極性晶體管具有柵極、集電極和發(fā)射極，該驅(qū)動電路向該柵極提供電壓，其特征在于該驅(qū)動電路包括連接至該柵極并提供電壓用的裝置，連接至該集電極并檢測短路狀態(tài)用的裝置，以及響應(yīng)該檢測短路狀態(tài)的裝置，當(dāng)檢測到短路狀態(tài)時線性地按斜坡降低柵極電壓用的裝置。
8.權(quán)利要求7提出的驅(qū)動電路，其特征在于該線性降壓裝置包括線性積分器。
9.權(quán)利要求8提出的驅(qū)動電路，其特征在于該檢測短路狀態(tài)用的裝置包括電壓比較器。
10.權(quán)利要求9提出的驅(qū)動電路，其特征在于該供應(yīng)電壓用的裝置包括連接至輸入接點(diǎn)的低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器，連接至該低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器的四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級，以及連接于四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級與該柵極之間的電阻。
11.電動機(jī)用的變速驅(qū)動電路，其特征在于包括多個絕緣柵雙極性晶體管，其中每一個都具有柵極、集電極和發(fā)射極，該集電極和該發(fā)射極中的一個連接至電動機(jī)的定子繞組，絕緣柵雙極性晶體管驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路向該柵極提供電壓，而該驅(qū)動電路包括連接至該柵極并提供電壓用的裝置，連接至該集電極并檢測短路狀態(tài)用的裝置，以及響應(yīng)該檢測短路狀態(tài)的裝置，當(dāng)檢測到短路狀態(tài)時線性地按斜坡降低柵極電壓用的裝置。
12.權(quán)利要求11提出的驅(qū)動電路，其特征在于該檢測短路狀態(tài)用的裝置包括電壓比較器。
13.權(quán)利要求12提出的驅(qū)動電路，其特征在于該線性斜坡降壓裝置包括線性積分器。
14.權(quán)利要求13提出的驅(qū)動電路，其特征在于該供應(yīng)電壓用的裝置包括連接至輸入接點(diǎn)的低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器，連接至該低壓至高壓的轉(zhuǎn)換器的四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級，以及連接于四聯(lián)復(fù)合晶體管輸出級與該柵極之間的電阻。
15.驅(qū)動絕緣柵雙極性晶體管的方法，該絕緣柵雙極性晶體管具有柵極、集電極和發(fā)射極，其特征在于該方法包括下列步驟向該柵極提供電壓，檢測集電極的電壓，如果該集電極的電壓不降低，則檢測到短路狀態(tài)，檢測到短路狀態(tài)時，線性地按斜坡降低該柵極的電壓。
全文摘要
半導(dǎo)體功率開關(guān)用的驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路向絕緣柵雙極性晶體管的柵極提供高壓脈沖。該驅(qū)動電路還監(jiān)視絕緣柵雙極性三極管集電極對發(fā)射極的電壓。當(dāng)絕緣柵雙極性晶體管導(dǎo)通時，如果該絕緣柵雙極性晶體管的集電極電壓不降低，則該絕緣柵雙極性晶體管的驅(qū)動電路檢測到短路狀態(tài)，并觸發(fā)該驅(qū)動電路內(nèi)的線性積分器。該線性積分器慢慢地按斜坡降低該絕緣柵雙極性晶體管的柵極電壓。
文檔編號H03K17/08GK1139836SQ96106868
公開日1997年1月8日 申請日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月6日
發(fā)明者H·R·施奈茨卡, D·L·托爾林格, F·E·維爾斯 申請人:約克國際公司