栅极驱动电路、主驱系统以及功率器件驱动方法与流程

本发明涉及功率器件领域，具体地，本发明涉及一种用于功率器件的栅极驱动电路，一种包括该栅极驱动电路的用于电机的主驱系统，以及一种利用该栅极驱动电路驱动功率器件的方法。

背景技术：

1、在新能源车辆(例如，电动车辆和混合动力车辆等)中，功率器件是电路结构中的重要元件，通常用于在电路中用于提供功率输出。例如，在电动车辆的主驱逆变器中，功率器件(例如，igbt、mosfet、bjt等)是核心部件，功率器件的性能决定了主驱逆变器的整体性能表现。

2、现有的功率器件的开关控制是通过栅极驱动电路来实现的。例如，针对mosfet功率器件，常见的栅极驱动电路分为电流型驱动和电压型驱动两种方式。对于电流型驱动，一般通过配置内部基准电流源和外部放大电路来实现对mosfet的栅极电流的控制，而栅极电流又控制了栅极-源极电压，从而实现功率器件的通断；对于电压型驱动，mosfet的栅极电压与栅极驱动电路的高边供电电压相同，通常通过配置栅极充放电电阻来实现功率器件的通断速度调节。

3、对于现有的栅极驱动电路，功率器件的栅极电压(或栅极电流)与栅极驱动电路的供电信号保持一致，其无法根据应用场景进行自动调节。

技术实现思路

1、有鉴于此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于功率器件的栅极驱动电路，所述栅极驱动电路包括：

2、电源模块，所述电源模块配置为向所述栅极驱动电路中高边侧的各个模块提供电源信号；

3、控制器，所述控制器配置为提供用于控制功率器件的通断的pwm信号；

4、驱动芯片，所述驱动芯片包括电源输入端、控制输入端以及输出端，所述电源输入端连接至所述电源模块，所述控制输入端连接至所述控制器，所述输出端连接至所述功率器件的控制端，并且所述驱动芯片配置为基于由所述控制器提供的pwm信号和由所述电源模块提供的电源信号向所述功率器件输出相应的驱动信号，以驱动所述功率器件执行通断操作；以及

5、检测装置，所述检测装置配置为实时检测所述功率器件的工作参数，并且将检测结果反馈至所述驱动芯片，

6、其中，所述驱动芯片还配置为接收由所述检测装置反馈的工作参数并基于该工作参数调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值。

7、根据一个可选的实施例，所述驱动芯片进一步包括：

8、逻辑计算单元，所述逻辑计算单元配置为将从所述检测装置接收的工作参数与预定的参考值进行比较，并且基于比较结果输出相应的调节信号；

9、信号转换单元，所述信号转换单元设置在所述电源模块与所述逻辑计算单元之间，用于根据由所述逻辑计算单元提供的调节信号对从所述电源模块接收的电源信号执行信号转换操作；以及

10、驱动单元，所述驱动单元配置为根据经由所述信号转换单元转换后的电源信号调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值。

11、根据一个可选的实施例，所述检测装置包括：

12、第一检测单元，用于检测所述功率器件的控制端的电压值；和

13、第二检测单元，用于检测所述功率器件的导通电流的变化率。

14、根据一个可选的实施例，所述功率器件为mosfet，其中所述第一检测单元用于检测所述mosfet的栅-源电压，并且所述第二检测单元用于检测所述mosfet的漏-源电流的变化率。

15、根据一个可选的实施例，所述驱动芯片进一步配置为，当满足以下条件中的至少一者时调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值：

16、所述mosfet的栅-源电压超过第一阈值；和

17、所述mosfet的漏-源电流的变化率超过第二阈值。

18、根据一个可选的实施例，所述信号转换单元为dc/dc转换器或低压差线性稳压器。

19、根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，根据一个可选的实施例，所述功率器件包括mosfet和igbt。

20、根据本发明的第二方面，还提出了一种用于电机的主驱系统，该主驱系统包括：

21、如上所述的栅极驱动电路；和

22、主驱逆变器，所述主驱逆变器配置为在所述栅极驱动电路的驱控下控制电机的运转。

23、根据本发明的第三方面，还提出了一种利用如上所述的栅极驱动电路驱动功率器件的方法，该方法包括以下步骤：

24、第一步骤：基于由所述控制器提供的pwm信号和由所述电源模块提供的电源信号向所述功率器件输出相应的驱动信号，以驱动所述功率器件执行通断操作；

25、第二步骤：借助所述检测装置实时检测功率器件的工作参数；以及

26、第三步骤：借助所述驱动芯片基于所检测的工作参数调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值。

27、根据一个可选的实施例，所述第三步骤进一步包括：

28、将所检测的工作参数与预定的参考值进行比较，并且基于比较结果输出相应的调节信号；

29、根据所述调节信号对从所述电源模块接收的电源信号执行信号转换操作；以及

30、根据转换后的电源信号调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值。综上，根据本发明的栅极驱动电路能够实现以下优点中的至少一者：

31、-在电源电压与驱动信号之间增加dcdc或ldo模块，可实现对驱动信号幅值的自动调节；

32、-通过检测漏-源电流的变化率/斜率，可对电压过冲进行“预判”；

33、-增加栅极电压检测功能，当检测vgs电压超过最大上限值时，进行栅极电压幅值的自动调节，避免损坏功率器件和驱动芯片；

34、-在稳态下可维持正常vgs，由此可保障功率器件的运行效率；以及

35、-在原有的电路结构上进行改造，对电路改动小，成本低，并且可实施性高。

技术特征：

1.一种用于功率器件的栅极驱动电路，其特征在于，所述栅极驱动电路包括：

2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片(20)进一步包括：

3.根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述检测装置(30)包括：

4.根据权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片(20)进一步配置为，当满足以下条件中的至少一者时调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值：

6.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述信号转换单元(202)为dc/dc转换器或低压差线性稳压器。

7.根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述功率器件包括mosfet和igbt。

8.一种用于电机的主驱系统，其特征在于，该主驱系统包括：

9.一种利用根据权利要求1至7中任一项所述的栅极驱动电路驱动功率器件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第三步骤进一步包括：

技术总结本发明涉及一种用于功率器件的栅极驱动电路，包括：电源模块；控制器；驱动芯片，所述驱动芯片配置为基于由所述控制器提供的PWM信号和由所述电源模块提供的电源信号向所述功率器件输出相应的驱动信号，以驱动所述功率器件执行通断操作；以及检测装置，所述检测装置配置为实时检测所述功率器件的工作参数，并且将检测结果反馈至所述驱动芯片，其中，所述驱动芯片还配置为接收由所述检测装置反馈的工作参数并基于该工作参数调节向所述功率器件输出的驱动信号的幅值。本发明还涉及一种包括该栅极驱动电路的用于电机的主驱系统，以及一种利用该栅极驱动电路驱动功率器件的方法。技术研发人员：崔昕旭,张国瑞,王象武受保护的技术使用者：纬湃汽车电子（天津）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17