功率半导体器件的驱动方法、器件、电路及电子设备与流程

本技术涉及电源管理，具体为一种电流源型功率半导体器件的驱动方法、器件、电路及电子设备。

背景技术：

1、电流源型功率半导体器件(包含gct、eto等在内)在工业变频调速、风电并网、轨道交通、直流输电等领域得到了广泛的应用。专利公开号为cn108075757b，专利名称为一种大功率gto的驱动控制电路的专利申请和专利公开号为jp2018170758a，专利名称为包含具有可调节反向偏置的mos开关的输出驱动器的专利申请是与本技术最相近的技术方案。现有应用于电流源型功率半导体器件(gct、eto等)的门极驱动通常采用集成驱动电路进行实现，如图1和图2所示，其集成驱动电路模块主要包括电源管理模块、开通模块、关断模块等。通常，为实现对功率半导体器件的集成电流驱动，器件的驱动电路通常借助电压源型驱动的开关元器件(包含硅基、碳化硅基或氮化镓基开关器件)配合电感电容实现不同类型的电流脉冲，以驱动电流源型功率半导体器件的开通、通流(维持)或关断功能。如图1所示，常规的电流源型功率半导体器件驱动在开通阶段通常对开通模块中的开关元器件采用正偏电压，对维持模块和关断模块中的开关元器件采取零压驱动；在维持阶段通常对维持模块中的开关元器件采用正偏电压，对开通模块和关断模块中的开关元器件采取零压驱动；在关断阶段通常对关断模块中的开关元器件采用负偏电压，对开通模块和维持模块中的开关元器件采取零压驱动。

2、上述现有的驱动类型主要是针对驱动中的增强型的开关元器件(如硅基增强型mos，增强型jfet或增强型directfet等)考虑的，该类增强型开关元器件在零压时没有漏电流，可视为关断状态；而对于耗尽型的开关元器件(如碳化硅mos，碳化硅igbt，耗尽型硅基mos，氮化镓jfet或氮化镓hemt等)，该类驱动方法则不再适用，该类器件在零压时会存在较大漏电流，必选施加持续的反偏电压才能将器件视为关断状态。而对于目前的诸多宽禁带(碳化硅或氮化镓)开关元器件，仍然以耗尽型为主，宽禁带相较于传统硅基的器件拥有更良好的开关及导通特性。

3、但是，目前的电流源型功率半导体器件驱动方法主要针对增强型的开关元器件，无法满足驱动中的开关元器件为耗尽型元器件时的需求。由此可见，迫切需要开发一种新的电流源型功率半导体器件的驱动方法来解决目前的缺陷和不足，以实现对耗尽型元器件的驱动控制。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术提供了一种电流源型功率半导体器件的驱动方法、器件、电路及电子设备，通过在电流源型驱动功率半导体的开通、维持及关断阶段配置不同的正反偏电压组合，能够可靠实现对电流源型功率半导体器件的集成驱动电路中的耗尽型元器件的驱动控制。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种电流源型功率半导体器件的驱动方法，所述驱动方法包括如下步骤：

3、响应于器件开通指令，通过电源管理模块向开通模块内开关元器件输入正偏电压，向维持模块内开关元器件输入反偏电压，向关断模块内开关元器件输入反偏电压；

4、响应于器件维持通流指令，通过电源管理模块向维持模块内开关元器件输入正偏电压，向开通模块内开关元器件输入反偏电压；

5、响应于器件关断指令，通过电源管理模块向开通模块和维持模块内开关元器件均输入反偏电压，向关断模块内开关元器件输入正偏电压；

6、其中，所述开通模块内开关元器件、关断模块内开关元器件、维持模块内开关元器件中的至少之一采用耗尽型元器件。

7、优选地，所述响应于器件开通指令，通过电源管理模块向开通模块内开关元器件输入正偏电压，向维持模块内开关元器件输入反偏电压，向关断模块内开关元器件输入反偏电压的步骤具体包括当接收到器件开通指令时，通过电源管理模块同时向开通模块内开关元器件输入正偏电压、向维持模块内开关元器件输入反偏电压、向关断模块内开关元器件输入反偏电压。

8、优选地，所述响应于器件维持通流指令，通过电源管理模块向维持模块内开关元器件输入正偏电压，向开通模块内开关元器件输入反偏电压的步骤具体包括当接收到器件维持通流指令时，通过电源管理模块先向维持模块内开关元器件输入正偏电压，经过第一时间间隔后再向开通模块内开关元器件输入反偏电压；其中，关断模块始终保持与开通状态时相同，通过电源管理模块向关断模块内开关元器件输入反偏电压。

9、优选地，所述第一时间间隔不超过开通总时间的20％。

10、优选地，所述第一时间间隔小于等于2μs。

11、优选地，所述响应于器件关断指令，通过电源管理模块向开通模块和维持模块内开关元器件均输入反偏电压，向关断模块内开关元器件输入正偏电压的步骤具体包括当接收到器件关断指令时，通过电源管理模块先向维持模块内开关元器件输入反偏电压，经过第二时间间隔后再向关断模块内开关元器件输入正偏电压；其中，开通模块始终保持与维持状态时相同，通过电源管理模块向开通模块内开关元器件输入反偏电压。

12、优选地，所述第二时间间隔不超过关断总时间的20％。

13、优选地，所述第二时间间隔小于等于2μs。

14、优选地，所述耗尽型元器件采用硅基、碳化硅宽禁带或氮化镓宽禁带开关器件。

15、优选地，向开通模块内开关元器件输入的反偏电压、向关断模块内开关元器件输入的反偏电压和向维持模块内开关元器件输入的反偏电压均小于等于-5v。

16、优选地，在所述电流源型功率半导体器件工作为阻断状态时，电源管理模块向所述开通模块、关断模块和维持模块内开关元器件均输入反偏电压。

17、该电流源型功率半导体器件的驱动方法，通过对电流源型功率半导体器件的集成驱动电路中的耗尽型元器件配置稳定的正偏及反偏电压，降低了电流源型功率半导体器件集成驱动的漏电流，降低了驱动功率损耗，同时有效提升了电流源型功率半导体器件集成驱动的状态切换速度。

18、第二方面，本技术提供了一种电流源型功率半导体器件，所述电流源型功率半导体器件的电源管理模块采用上述驱动方法进行驱动控制。

19、优选地，所述电流源型功率半导体器件为gct或eto中的一种。

20、该电流源型功率半导体器件集成驱动的状态切换速度得到了有效提升。

21、第三方面，本技术提供了一种驱动电路，与电流源型功率半导体器件的门极相连接，包括开通模块、关断模块、维持模块和电源管理模块，所述驱动电路的电源管理模块采用上述驱动方法通过电源管理模块对所述开通模块、关断模块和维持模块进行正偏电压和反偏电压供电控制。

22、该驱动电路通过对电流源型功率半导体器件的集成驱动电路中的耗尽型元器件配置稳定的正偏及反偏电压，降低了电流源型功率半导体器件集成驱动的漏电流，降低了驱动功率损耗，同时有效提升了电流源型功率半导体器件集成驱动的状态切换速度。

23、第四方面，本技术提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述电流源型功率半导体器件和/或上述驱动电路。

24、该电子设备通过对电流源型功率半导体器件的集成驱动电路中的耗尽型元器件配置稳定的正偏及反偏电压，降低了电流源型功率半导体器件集成驱动的漏电流，降低了驱动功率损耗，同时有效提升了电流源型功率半导体器件集成驱动的状态切换速度。

25、本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术了解本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。