功率半导体开关的驱动电路的制作方法

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种功率半导体开关的驱动电路。

背景技术：

大功率开关器件，例如igbt(insulatedgatebipolartransistor,绝缘栅双极型晶体管)模块，越来越多的应用到电力电子设备之中，igbt的可靠运行是电力电子系统正常工作的关键。当igbt模块发生短路时，流过igbt模块的电流很大，igbt模块上的功耗非常大，如果不能迅速采取保护措施igbt模块可能会被热击穿。

当igbt发生短路且关断速度过快时，由于连接igbt模块的母排上存在杂散电感，较大的di/dt会产生较大的尖峰电压，该尖峰电压会损坏igbt模块。实际使用大功率igbt模块时常使用软关断电路或有源钳位电路，当igbt发生过流/短路故障需要关断时，软关断电路或有源钳位电路能对尖峰电压起到较好的抑制作用，能有效地保护igbt模块。对于应用简易驱动的场合，由于简易驱动的特殊性，传统的软关断电路或有源钳位电路不再适用，而需要寻找新的解决方法。

“简易驱动”原理如下：

如图1所示，为传统驱动的原理框图。图中，传统驱动中能量脉冲信号与驱动脉冲信号是分开传输的，其中能量脉冲信号包含电源信息，驱动脉冲信号包含驱动信息，即能量脉冲信号从控制板经一个隔离变压器传输到驱动板后通过相关电路生成稳定的驱动电源，而驱动脉冲信号从控制板经另一个隔离变压器传输到驱动板，再通过上述已生成的驱动电源及解调电路生成包含正负电平的驱动信号，用以驱动igbt的导通和断开，其中驱动电源用以给解调电路提供电源。

如图2所示，为简易驱动的原理框图。图中，控制板发出既含有能量脉冲信号又含有驱动脉冲信号，经隔离变压器传输后，再经由驱动板给igbt的门极电容进行充放电，以形成最终的驱动信号，用以驱动igbt导通和断开。由于省去了与能量传输相关的电路，简易驱动所使用到的器件会减少很多，使得整个驱动电路结构大大简化，功耗减小，可靠性得到了提高。

在简易驱动电路中，控制板将脉宽调制(pulsewidthmodulation，pwm)信号调制成脉冲信号vwinding，该脉冲信号既包含能量脉冲信号又含有驱动脉冲信号，经隔离变压器传输到驱动板，如图3中vwinding所示。该信号触发控制板中的相关开关管动作后再向igbt的门极电容进行充放电，形成最终的门极电压，如图3中的vge所示。由于vge是靠脉冲信号对门极电容进行充电或放电而形成的。以vge为正进行说明，为了减小隔离变压器的磁芯且保证磁芯不饱和，脉冲信号的脉宽可能只有几us，该脉冲信号可以一次就把门极电容充电至驱动igbt所需的vge值(+15v)，但真正的驱动信号的脉宽可能有几十上百us甚至更长，如果没有刷新脉冲信号，门极电容会缓慢放电导致vge逐渐降低，以致达不到正常的驱动电压，因此需要刷新脉冲每隔一段时间对门极电容充电以维持门极电压vge。至于刷新脉冲的时间间隔，主要由门极电容放电时间常数确定，原则是在下一个刷新脉冲来之前，vge不至于下降太多(如下一个刷新脉冲来之前vge不能低于14v)。

根据简易驱动原理，其没有稳定的驱动电源，因此传统的软关断电路不再适用，原因在于没有稳定的电源对驱动板的开关管进行控制，因此无法在检测到故障信号后通过开关管投切大电阻或大电容。

而对于有源钳位电路，在某些应用中会出现母线电压逐渐升高的现象，当母线电压超过钳位值以后，瞬态抑制二极管(transientvoltagesuppressors，tvs)被击穿，有源钳位电路会向门极持续注入电荷，由于没有稳定的负电源，门极电压可能会被抬高至门槛值以上，容易发生桥臂直通故障。

因此，针对简易驱动的应用，需要一种新的功率半导体开关的驱动电路。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种功率半导体开关的驱动电路，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的示例实施方式，公开一种功率半导体开关的驱动电路，包括：

脉冲调制电路，包括第一端、第二端和第三端，所述第一端用以接收一故障信号；

隔离变压器，包括原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端；所述原边第一端耦接所述脉冲调制电路的所述第二端，所述原边第二端耦接所述脉冲调制电路的所述第三端；以及

脉冲解调电路，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接所述副边第一端，所述第二输入端耦接所述副边第二端，所述第一输出端连接所述功率半导体开关的门极，以及所述第二输出端连接所述功率半导体开关的发射极；

其中，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述脉冲调制电路根据脉宽调制信号输出至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号至所述隔离变压器，通过所述隔离变压器将所述至少一个第一开通脉冲信号和所述至少一个第一关断脉冲信号传输给所述脉冲解调电路，所述至少一个第一开通脉冲信号和所述至少一个第一关断信号经过所述解调电路对所述功率半导体开关的门极电容进行充放电，以驱动所述功率半导开关导通和以第一速度断开；

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述脉冲调制电路根据所述故障信号输出至少一个第二关断脉冲信号至所述隔离变压器，通过所述隔离变压器将所述至少一个第二关断脉冲信号传输给所述脉冲解调电路，所述至少一个第二关断脉冲信号经所述脉冲解调电路给所述功率半导体开关的门极电容进行放电，以驱动所述功率半导体开关以第二速度断开；其中，每一个所述第二关断脉冲信号中预设脉宽的电压幅值小于每一个所述第一关断脉冲信号的电压幅值且每一个所述第二关断脉冲信号的脉宽与每一个所述第一关断脉冲信号的脉宽相等，从而使得所述第二速度比所述第一速度慢。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路，包括具有第一端和第二端的第一脉冲源，具有第一端和第二端的第二脉冲源以及常闭开关；所述常闭开关并联连接于所述第二脉冲源的所述第一端和所述第二端，所述常闭开关的控制端耦接所述脉冲调制电路的第一端，所述第二脉冲源的所述第一端连接所述第一脉冲源的所述第一端，所述第二脉冲源的第二端连接所述脉冲调制电路的第二端，所述第一脉冲源的所述第二端连接所述脉冲调制电路的第三端。

根据本发明的一示例实施方式，其特征在于，所述第一脉冲源包括第一至第四开关，其中每一开关均包括第一端和第二端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端电性连接于所述第一脉冲源的第一端，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端电性连接于所述第一脉冲源的第二端，所述第一、三开关的第一端与工作电源电性连接，所述第二、四开关的第二端接地；以及

所述第二脉冲源为绕组，所述绕组的第一端和第二端分别连接所述第二脉冲源的第一端和第二端。

根据本发明的一示例实施方式，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述常闭开关闭合，所述第一开关和第四开关导通并且所述第二开关和所述第三开关断开，所述第一脉冲源输出所述至少一个第一开通脉冲信号；以及，所述第一开关和所述第四开关断开并且所述第二开关和所述第三开关导通，所述第一脉冲源输出所述至少一个第一关断脉冲信号；

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述常闭开关断开，所述第一开关和所述第四开关断开并且所述第二开关和所述第三开关导通，所述第一脉冲源和所述第二脉冲源共同输出所述至少一个第二关断脉冲信号。

根据本发明的一示例实施方式，所述第一脉冲源包括第一至第二电容和第一至第二开关，其中，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端电性连接于所述第一脉冲源的第一端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端电性连接于所述第一脉冲源的第二端，所述第一电容和第一开关的第一端与工作电源电性连接，所述第二电容和第二开关的第二端接地；以及

所述第二脉冲源为绕组，所述绕组的第一端和第二端分别连接所述第二脉冲源的第一端和第二端。

根据本发明的一示例实施方式，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述常闭开关闭合，所述第二开关导通并且所述第一开关断开，所述第一脉冲源输出所述至少一个第一开通脉冲信号，以及所述第一开关导通并且所述第二开关断开，所述第一脉冲源输出所述至少一个第一关断脉冲信号；

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述常闭开关断开，所述第一开关导通并且所述第二开关断开，所述第一脉冲源和所述第二脉冲源共同输出所述至少一个第二关断脉冲信号。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路包括第一至第五开关和稳压管，其中，每一开关均包括第一端和第二端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端电性连接于所述脉冲调制电路的第二端，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端电性连接于所述脉冲调制电路的第三端，所述第一开关和所述第三开关的第一端与工作电源电性连接，所述第二开关和第四开关的第二端接地，所述第二开关的控制端耦接于所述脉冲调制电路的第一端；以及

所述稳压管的阴极连接于所述第一开关的第二端，所述稳压管的阳极连接于所述第五开关的第一端，所述第五开关的第二端接地。

根据本发明的一示例实施方式，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述第一开关和第四开关导通并且所述第二开关、所述第三开关和所述第五开关断开，所述脉冲调制电路输出至少一个第一开通脉冲信号；以及，所述第一开关和第四开关断开并且所述第二开关、所述第三开关和所述第五开关导通，所述脉冲调制电路输出至少一个第一关断脉冲信号；

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述第一开关、所述第二开关和第四开关断开并且所述第三开关和所述第五开关导通，所述脉冲调制电路输出所述至少一个第二关断脉冲信号。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路包括第一至第三电容，第一至第二开关以及常闭开关，其中，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端电性连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端电性连接于所述脉冲调制电路的第二端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端电性连接于所述脉冲调制电路的第三端，所述第一电容的第一端、所述第一开关的第一端与工作电源电性连接，所述第三电容的第二端与第二开关的第二端接地，以及所述常闭开关并联于所述第一电容的第一端和第二端，所述常闭开关的控制端耦接所述脉冲调制电路的第一端。

根据本发明的一示例实施方式，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述常闭开关闭合，所述第二开关导通并且所述第一开关断开，所述脉冲调制电路输出至少一个第一开通脉冲信号；以及，所述第二开关断开并且所述第一开关导通，所述脉冲调制电路输出至少一个第一关断脉冲信号；

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述常闭开关断开，所述第一开关导通并且所述第二开关断开，所述脉冲调制电路输出所述至少一个第二关断脉冲信号。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路还包括时间控制单元，所述时间控制单元耦接于所述常闭开关的控制端与所述脉冲调制电路的第一端之间，所述时间控制单元根据所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号控制所述常闭开关在预设时间内断开。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路还包括时间控制单元，所述时间控制单元耦接于所述第二开关的控制端与所述脉冲调制电路的第一端之间，所述时间控制单元根据所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号控制所述第二开关在预设时间内断开。

根据本发明的一示例实施方式，所述脉冲调制电路还包括时间控制单元，所述时间控制单元耦接于所述常闭开关的控制端与所述脉冲调制电路的第一端之间，所述时间控制单元根据所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号控制所述常闭开关在预设时间内断开。

根据本发明的一示例实施方式，所述预设时间为所述第二关断脉冲信号的脉宽。

根据本发明的一示例实施方式，所述预设时间小于所述第二关断脉冲信号的脉宽且位于所述第二关断脉冲信号的前半部分。

根据本发明的一示例实施方式，所述预设时间小于所述第二关断脉冲信号的脉宽且位于所述第二关断脉冲信号的中间部分。

根据本发明的一示例实施方式，所述预设脉宽等于所述预设时间。

根据本发明的一示例实施方式，所述第一开通脉冲信号、第一关断脉冲信号以及第二关断脉冲信号均包括能量脉冲信号和驱动脉冲信号。

根据本发明的一些实施方式，通过简单的电路结构，解决了简易驱动无法适用传统软关断及有源钳位的问题，可有效降低由过流/短路故障发生而关断igbt时引起的电压尖峰，大大提高了简易驱动的可靠性及应用范围。

根据本发明的一些实施方式，本发明的功率半导体开关的驱动电路结构简单，成本低，可靠性高。

根据本发明的一些实施方式，对故障信号f进行一定的时序处理后再控制常闭开关sw或者其他开关，可灵活调整第二关断脉冲的伏秒值，调节功率半导体开关的关断效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1示出传统驱动电路的原理框图；

图2示出简易驱动电路的原理框图；

图3示出简易驱动电路的波形图；

图4示出根据本发明的功率半导体开关的驱动电路的示意图；

图5示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图6示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的波形图；

图7示出根据本发明第一示例实施方式的第一具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图8示出根据本发明第一示例实施方式的第一具体例的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图9示出根据本发明第一示例实施方式的第二具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图10示出根据本发明第二示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图11示出根据本发明第三示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图12示出根据本发明第一示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图13示出根据本发明第二示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图14示出根据本发明第三示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；

图15a-15d示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的一变形例的驱动电路的波形图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明的目的在于公开一种功率半导体开关的驱动电路，该驱动电路以及功率半导体开关应用于功率变换系统中，驱动电路包括：脉冲调制电路，包括第一端、第二端和第三端，所述第一端用以接收一故障信号；隔离变压器，包括原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端；所述原边第一端耦接所述脉冲调制电路的所述第二端，所述原边第二端耦接所述脉冲调制电路的所述第三端；以及脉冲解调电路，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接所述副边第一端，所述第二输入端耦接所述副边第二端，所述第一输出端连接所述功率半导体开关(例如，igbt或者mosfet)的门极，以及所述第二输出端连接所述功率半导体开关的发射极；其中，当所述脉冲调制电路的第一端未接收到所述故障信号时，所述脉冲调制电路根据脉宽调制信号输出至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号至所述隔离变压器，通过所述隔离变压器将所述至少一个第一开通脉冲信号和所述至少一个第一关断脉冲信号传输给所述脉冲解调电路，所述至少一个第一开通脉冲信号和所述至少一个第一关断信号经过所述解调电路给所述功率半导体开关的门极电容进行充放电，以驱动所述功率半导开关导通和以第一速度断开。在本实施例中，至少一个第一开通脉冲信号的数量为多个，由于第一开通脉冲信号的脉宽可能只有几us，可以一次就把功率半导体开关的门极电容充电至所需的驱动电压，之后门极电容会缓慢放电，门极电容的电压逐渐降低，因而要使功率半导体开关保持一定时长的导通，需要多个第一开通脉冲信号，其中第一开通脉冲信号的数量由功率半导体开关保持导通的时长以及门极电容的放电时间常数来决定，其中，门极电容的放电时间常数决定了相邻两个第一开通脉冲信号之间的刷新时间。至少一个第一关断脉冲信号的数量为一个或者多个，第一关断脉冲信号的脉宽可能只有几us，可以对功率半导体开关的门极电容进行放电，使功率半导体开关处于断开状态。当第一关断脉冲信号的数量为多个时，相邻两个第一关断脉冲信号之间具有刷新时间。

当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号时，所述脉冲调制电路根据所述故障信号输出至少一个第二关断脉冲信号至所述隔离变压器，通过所述隔离变压器将所述至少一个第二关断脉冲信号传输给所述脉冲解调电路，并经过所述脉冲解调电路给功率半导体开关的门极进行放电，用以驱动所述功率半导体开关以第二速度断开；其中，每一个所述第二关断脉冲信号中预设脉宽的电压幅值小于每一个所述第一关断脉冲信号的电压幅值，第一关断脉冲信号的脉宽与第二关断脉冲信号的脉宽相等，从而使得所述第二速度比所述第一速度慢。

在本实施例中，第一开通脉冲信号、第一关断脉冲信号以及第二关断脉冲信号均包括能量脉冲信号和驱动脉冲信号。

通过简单的电路结构，解决了简易驱动无法适用传统软关断及有源钳位的问题，可有效降低由过流/短路故障而igbt关断时大电流引起的电压尖峰，大大提高了简易驱动的可靠性及应用范围。同时，本发明的功率半导体开关的驱动电路结构简单，成本低，可靠性高。此外，通过对故障信号f进行一定的时序处理后再控制常闭开关sw或其他开关，可灵活调整第二关断脉冲的伏秒值，调节功率半导体开关的关断效果。

下面结合图4-15d对本发明的功率半导体开关的驱动电路进行详细说明，其中，图4示出根据本发明的功率半导体开关的驱动电路的示意图；图5示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图6示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的波形图；图7示出根据本发明第一示例实施方式的第一具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图8示出根据本发明第一示例实施方式的第一具体例的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图9示出根据本发明第一示例实施方式的第二具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图10示出根据本发明第二示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图11示出根据本发明第三示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图12示出根据本发明第一示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图13示出根据本发明第二示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图14示出根据本发明第三示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图；图15a-15d示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的一变形例的驱动电路的波形图。

图4示出根据本发明的功率半导体开关的驱动电路的示意图。如图4所示，功率半导体开关的驱动电路包括：脉冲调制电路1，包括第一端、第二端和第三端，所述第一端用以接收一故障信号f；隔离变压器2，包括原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端；所述原边第一端耦接所述脉冲调制电路的所述第二端，所述原边第二端耦接所述脉冲调制电路的所述第三端；以及脉冲解调电路3，包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接所述副边第一端，所述第二输入端耦接所述副边第二端，所述第一输出端连接所述功率半导体开关的门极g，以及所述第二输出端连接所述功率半导体开关的发射极e，例如功率半导体开关为igbt，功率半导体开关的门极g和发射极e分别为igbt的门极和发射极。当脉冲调制电路1的第一端未接收到故障信号f时，所述脉冲调制电路1根据pwm信号输出至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号至所述隔离变压器，所述隔离变压器将至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号传输给所述脉冲解调电路，至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号经由所述脉冲解调电路3对功率半导体开关的门极电容进行充放电，最终形成驱动信号vge，用以驱动所述功率半导开关导通和以第一速度断开。在本实施例中，脉冲解调电路3中包括相关开关管，至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号会触发脉冲解调电路3中的相关开关管动作后再向功率半导体开关的门极电容进行充放电。当所述脉冲调制电路的第一端接收到所述故障信号f时，所述脉冲调制电路根据故障信号f输出至少一个第二关断脉冲信号传输给隔离变压器2，隔离变压器2将至少一个第二关断脉冲信号传输给脉冲解调电路3，所述至少一个第二关断脉冲信号经所述脉冲解调电路给所述功率半导体开关的门极电容进行放电，以驱动所述功率半导体开关以第二速度断开。每一个所述第二关断脉冲信号中预设脉宽的电压幅值小于每一个所述第一关断脉冲信号的电压幅值且第一关断脉冲信号的脉宽和第二关断脉冲信号的脉宽相等，从而使得所述第二速度比所述第一速度慢。此时，所述第二关断脉冲信号的伏秒值小于所述第一关断脉冲信号的伏秒值，使得功率半导体开关的门极关断速度变慢，亦即，第二速度比第一速度慢，以起到软关断的作用，从而有效地保护了功率半导体开关，例如igbt。

图5示出根据本发明第一示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图5所示的本发明的第一示例实施方式，脉冲调制电路1，包括具有第一端和第二端的第一脉冲源v1，具有第一端和第二端的第二脉冲源v2以及常闭开关sw；常闭开关sw并联连接于第二脉冲源v2的第一端和第二端，常闭开关sw的控制端连接脉冲调制电路的第一端，亦即，常闭开关的控制端连接脉冲调制电路1的第一端，例如常闭开关sw的控制端为脉冲调制电路1的第一端，第二脉冲源v2的第一端连接第一脉冲源v1的第一端，第二脉冲源v2的第二端连接脉冲调制电路1的第二端，亦即，第二脉冲源的第二端为脉冲调制电路1的第二端，第一脉冲源v1的第二端连接脉冲调制电路1的第三端，亦即，第一脉冲源v1的第二端为脉冲调制电路1的第三端，其中，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，亦即，功率变换系统正常工作时，常闭开关sw闭合，第二脉冲源v2被常闭开关sw旁路，第一脉冲源v1输出至少一个第一开通脉冲信号和至少一个第一关断脉冲信号；当常闭开关sw的控制端接收到故障信号f时，常闭开关sw断开，第一脉冲源v1和第二脉冲源v2共同输出至少一个第二关断脉冲信号。此时第二关断脉冲信号的伏秒值(即vge的斜率/下降速度)小于第一关断脉冲信号的伏秒值，因此，功率半导体开关的门极关断速度变慢，以起到软关断的作用，如图6所示。

图7示出根据本发明第一示例实施方式的第一具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图7所示的本发明的第一示例实施方式的第一具体例，所述第一脉冲源v1包括第一至第四开关q1-q4，其中每一开关均包括第一端和第二端，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端电性连接于第一脉冲源v1的第一端，亦即，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端的连接点为第一脉冲源v1的第一端，第三开关q3的第二端与第四开关q4的第一端电性连接于第一脉冲源v1的第二端，亦即，第三开关q3的第二端与第四开关q4的第一端的连接点为第一脉冲源v1的第二端，第一、三开关q1、q3的第一端与工作电源vcc电性连接，第二、四开关q2、q4的第二端接地；以及第二脉冲源v2为绕组，绕组的第一端和第二端分别连接第二脉冲源v2的第一端和第二端，亦即，绕组的第一端为第二脉冲源v2的第一端，绕组的第二端为第二脉冲源v2的第二端。

根据本发明的一示例实施方式，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，第一开关q1和第四开q4关导通并且第二开关q2和第三开关q3断开，此时常闭开关sw闭合，第一脉冲源v1输出至少一个第一开通脉冲信号，用以驱动功率半导体开关导通；第一开关q1和第四开关q4断开并且第二开关q2和第三开关q3导通，此时常闭开关sw闭合，第一脉冲源v1输出至少一个第一关断脉冲信号，用以驱动所述功率半导体开关以第一速度断开；当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，第一开关q1和第四开关q4断开并且第二开关q2和第三开关q3导通，此时常闭开关sw断开，第一脉冲源v1和所述第二脉冲源v2共同输出至少一个第二关断脉冲信号，用以驱动所述功率半导体开关以第二速度断开。在本实施例中第一至第四开关q1-q4以及常闭开关sw均由控制器(图中未示出)控制其导通和断开。

也就是说，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，开关sw常闭，绕组被旁路，第一脉冲源v1输出的第一开通脉冲信号的电压幅值为+vcc，第一脉冲源v1输出的第一关断脉冲信号的电压幅值为-vcc；当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，常闭开关sw断开，该绕组串入第一脉冲源v1，使得第一脉冲源v1和绕组共同输出的第二关断脉冲信号电压幅值大于-vcc，亦即，第二关断脉冲的电压幅值小于第一关断脉冲的电压幅值vcc，且脉宽不变，即第二关断脉冲信号的伏秒值减小，该第二关断脉冲信号会使功率半导体开关的关断变慢，亦即，第二关断脉冲信号驱动功率半导体开关断开的速度比第一关断脉冲信号驱动功率半导体开关断开的速度慢，即起到了软关断作用。

根据如图8所示的本发明的一示例实施方式，驱动电路还可以包括与开关q1-q4的控制端电性连接的驱动器1-4，该驱动器1-4以及常闭开关sw均与控制器(图中未示出)连接，控制电路分别输出控制信号至相应的驱动器以及常闭开关sw，用以控制开关q1-q4以及常闭开关sw的导通和断开。但本发明并不限于此，也可以采用其他的驱动方式。

图9示出根据本发明第一示例实施方式的第二具体例的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图9所示的本发明的第一示例实施方式的第二具体例，所述第一脉冲源v1包括第一至第二电容c1-c2和第一至第二开关q1-q2，其中每一开关均包括第一端和第二端，每一电容均包括第一端和第二端，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端电性连接于第一脉冲源v1的第一端，亦即，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端的连接点为第一脉冲源v1的第一端，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端电性连接于所述第一脉冲源v1的第二端，亦即，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端的连接点为所述第一脉冲源v1的第二端，第一电容c1的第一端和第一开关q1的第一端与工作电源vcc电性连接，第二电容c2的第二端和第二开关q2的第二端接地；以及第二脉冲源v2为绕组，绕组的第一端和第二端分别连接第二脉冲源v1的第一端和第二端，亦即，绕组的第一端为第二脉冲源v2的第一端，绕组的第二端为第二脉冲源v2的第二端。

根据本发明的一示例实施方式，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，第二开关q2导通并且所述第一开关q1断开，此时常闭开关sw闭合，第一脉冲源v1输出至少一个第一开通脉冲信号，用以驱动功率半导体开关导通；第一开关q1导通并且第二开关q2断开，此时常闭开关sw闭合，第一脉冲源v1输出至少一个第一关断脉冲信号，用以驱动功率半导体开关断开。当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，常闭开关sw断开，第一开关q1导通并且第二开关q2断开，第一脉冲源v1和第二脉冲源v2共同输出至少一个第二关断脉冲信号。

本示例实施方式的工作原理和技术效果与图7所示的示例实施方式类似，只是隔离变压器原边采用的拓扑由全桥改为半桥。

图10示出根据本发明第二示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图10所示的本发明的第二示例实施方式，脉冲调制电路1包括第一至第五开关q1-q5和稳压管tvs，其中，每一开关均包括第一端和第二端，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端电性连接于所述脉冲调制电路1的第二端，亦即，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端的连接点为所述脉冲调制电路1的第二端，第三开关q3的第二端与第四开关q4的第一端电性连接于脉冲调制电路的第三端，亦即，第三开关q3的第二端与第四开关q4的第一端的连接点为脉冲调制电路的第三端，所述第一开关q1的第一端、第三开关q3的第一端与工作电源vcc电性连接，第二开关q2和第四开关q4的第二端接地，第二开关q2的控制端耦接于脉冲调制电路1的第一端；以及稳压管tvs的阴极连接于第一开关q1的第二端，稳压管的阳极连接于第五开关q5的第一端，第五开关q5的第二端接地。在本实施例中，第一至第五开关q1-q5的控制端通过各自对应驱动器连接于控制器(图中未示出)，控制器输出的控制信号分别控制第一至第五开关q1-q5导通和断开。

根据本发明的一示例实施方式，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，第一开关q1和第四开关q4导通并且第二开关q2、第三开关q3和第五开关q5断开，脉冲调制电路1输出至少一个第一开通脉冲信号，用以驱动功率半导体开关导通；第一开关q1和第四开关q4断开并且第二开关q2、第三开关q3和第五开关q5导通，脉冲调制电路1输出至少一个第一关断脉冲信号，用以驱动功率半导体开关断开。当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，第一开关q1、第二开关q2和第四开关q4断开并且第三开关q3和第五开关q5导通，脉冲调制电路1输出至少一个第二关断脉冲信号，用以驱动所述功率半导体开关关断。

也就是说，第五开关q5与稳压管tvs串联后再与第二开关q2并联。当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，第二开关q2和第五开关q5同时导通，由于第二开关q2支路阻抗更低，所以第五开关q5支路被旁路，脉冲调制电路1输出至少一个第一关断脉冲信号，亦即，工作电源vcc，第三开关q3和第二开关q2于隔离变压器2的原边绕组两端产生至少一个第一关断脉冲信号，其中第一关断脉冲信号的电压幅值为vcc。当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，该故障信号使得q2对应的驱动器停止输出驱动信号，使得第二开关q2断开，而第五开关q5仍导通，脉冲调制电路1输出至少一个第二关断脉冲信号，亦即，工作电源vcc，第三开关q3、稳压管tvs(稳压管的稳压值可选择为vz＝vcc/2)以及第五开关q5于隔离变压器2的原边绕组两端产生至少一个第二关断脉冲信号，其中，第二关断脉冲信号中预设脉宽的电压幅值为|vcc-vz|＝vcc/2，相比第一关断脉冲信号，该第二关断脉冲信号的电压幅值变小，并且第一关断脉冲信号的脉宽和第二关断脉冲信号的脉宽相同，即第二关断脉冲信号的伏秒值小于第一关断脉冲的伏秒值，从而使功率半导体开关的门极关断速度变慢，即起到了软关断作用。

图11示出根据本发明第三示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图11所示的本发明的第三示例实施方式，脉冲调制电路1包括第一至第三电容c1-c3，第一至第二开关q1-q2以及常闭开关sw，其中，每一电容均包括第一端和第二端，每一开关均包括第一端和第二端，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第一端电性连接，第二电容c2的第二端与第三电容c3的第一端电性连接于脉冲调制电路1的第二端，亦即，第二电容c2的第二端与第三电容c3的第一端的连接点为脉冲调制电路1的第二端，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端电性连接于脉冲调制电路1的第三端，亦即，第一开关q1的第二端与第二开关q2的第一端的连接点为脉冲调制电路1的第三端，第一电容c1的第一端、第一开关q1的第一端与工作电源(vcc、vcc1)电性连接，第三电容c3的第二端与第二开关q2的第二端接地，以及常闭开关sw并联于第一电容c1的第一端和第二端，常闭开关sw的控制端连接于脉冲调制电路1的第一端，亦即，常闭开关sw的控制端为脉冲调制电路1的第一端。

根据本发明的一示例实施方式，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，第二开关q2导通并且第一开关q1断开，此时常闭开关sw闭合，脉冲调制电路1输出至少一个第一导通脉冲信号，用以驱动功率半导体开关导通；第二开关q2断开并且第一开关q1导通，此时常闭开关sw闭合，脉冲调制电路1输出至少一个第一关断脉冲信号，用以驱动功率半导体开关关断。当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，常闭开关sw断开，第一开关q1导通而第二开关q2断开，脉冲调制电路1输出至少一个第二关断脉冲信号，用以驱动功率半导体开关关断。

也就是说，当脉冲调制电路1的第一端未接收到所述故障信号f时，常闭开关sw闭合，电容c1被旁路，vcc1＝vcc，脉冲调制电路1输出至少一个第一关断脉冲信号，亦即，工作电源vcc，第一开关q1、第二电容c2和第三电容c3于隔离变压器2的原边绕组两端产生第一关断脉冲信号，其中，第一关断脉冲信号的电压幅值为vcc/2。当脉冲调制电路1的第一端接收到所述故障信号f时，常闭开关sw断开，电容c1串入回路，使得脉冲调制电路1输出至少一个第二关断脉冲信号，亦即，工作电源vcc，第一开关q1、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3于隔离变压器2的原边绕组两端产生至少一个第二关断脉冲信号，其中，第二电容c2第一端与接地点之间的电压为vcc1，vcc1<vcc，第二关断脉冲信号的电压幅值小于vcc/2，可见，第二关断脉冲信号中预设脉宽的电压幅值小于第一关断脉冲信号的电压幅值，并且第一关断脉冲信号的脉宽和第二关断脉冲信号的脉宽相同，使得第二关断脉冲的伏秒值小于第一关断脉冲信号的伏秒值，进而使功率半导体开关的关断速度变慢，即起到了软关断作用。

图12示出根据本发明第一示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路的电路图。

根据如图12所示的本发明第一示例实施方式的一变形例的功率半导体开关的驱动电路，脉冲调制电路1还包括时间控制单元，时间控制单元耦接于脉冲调制电路1的第一端和常闭开关sw的控制端之间，时间控制单元根据脉冲调制电路1接收到故障信号f，并控制常闭开关sw在预设时间内断开。通过对故障信号进行一定的时序处理后再控制开关sw断开，可灵活调整软关断时刻的第二关断脉冲的伏秒值，进而调整门极电压下降的速度，以调节软关断的效果。

但本发明并不限于此，除了应用于本发明第一示例实施方式外，如图13、14所示，时间控制单元也可以应用于本发明第二、三示例实施方式并同样起到类似的技术效果。

如图15a-15d所示，图15a为脉冲调制电路1输出的第一脉冲关断信号以及功率半导体开关门极与发射极之间电压的波形图。如图15a所示，第一关断脉冲信号的电压幅值为vcc，功率半导体开关门极与发射极之间电压vge从高电平下降到低电平所需要的时间为ta。图15b-15d为当脉冲调制电路1的第一端接收到故障信号f时，时间控制单元控制常闭开关sw或者第二开关q2在预设时间内断开，脉冲调制电路1输出的第二关断脉冲信号以及功率半导体开关门极与发射极之间电压的波形图。如图15b所示，脉冲调制电路1的第一端接收到故障信号f时，时间控制单元控制常闭开关sw或者第二开关q2在预设时间内断开，脉冲调制电路1输出的第二关断脉冲信号的电压幅值小于vcc，功率半导体开关门极与发射极之间电压vge从高电平下降到低电平(小于功率半导体开关门极的驱动电压vgeth)所需要的时间为tb，tb<ta，其中，第二关断脉冲信号的脉宽l与第一关断脉冲信号的脉宽l相同，且预设时间等于第二关断脉冲信号的脉宽l。如图15c所示，脉冲调制电路1的第一端接收到故障信号f时，时间控制单元控制常闭开关sw或者第二开关q2在预设时间内断开，之后常闭开关sw或者第二开关q2闭合，脉冲调制电路1输出的第二关断脉冲信号的预设脉宽c1的电压幅值小于vcc，功率半导体开关门极与发射极之间电压vge从高电平下降到低电平(小于功率半导体开关门极的驱动电压vgeth)所需要的时间为tc，tc<ta，其中，该预设时间位于第二关断脉冲信号的前半部分，且预设时间等于第二关断脉冲信号的预设脉宽c1且小于第二关断脉冲信号的脉宽l。如图15d所示，脉冲调制电路1的第一端接收到故障信号f时，常闭开关sw或者第二开关q2先处于闭合状态，再由时间控制单元控制常闭开关sw或者第二开关q2在预设时间内断开，之后闭开关sw或者第二开关q2再闭合，脉冲调制电路1输出的第二关断脉冲信号的预设脉宽c2的电压幅值小于vcc，功率半导体开关门极与第一极之间电压vge从高电平下降到低电平(小于功率半导体开关门极的驱动电压vgeth)所需要的时间为td，td<ta，其中，该预设时间位于第二关断脉冲信号的中间部分，且预设时间等于第二关断脉冲信号的预设脉宽c2且小于第二关断脉冲信号的脉宽l。

如图15b-15d所示，功率半导体开关门极与第一极之间的电压vge从高电平下降到电平所需要的时间tb,tc,td均小于ta,可以看出第二关断脉冲信号使功率半导体开关的关断速度变慢，能起到软关断效果。

综上所述，根据本发明示例实施方式的功率半导体开关的驱动电路，通过简单的电路结构，解决了简易驱动无法适用传统软关断及有源钳位的问题，可有效降低过流/短路故障后关断igbt时大电流引起的电压尖峰，大大提高了简易驱动的可靠性及应用范围。

通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实示例性实施方式的功率半导体开关的驱动电路具有以下优点中的一个或几个。

根据本发明的一些实施方式，通过简单的电路结构，解决了简易驱动无法适用传统软关断及有源钳位的问题，可有效降低过流/短路故障后关断igbt时大电流引起的电压尖峰，大大提高了简易驱动的可靠性及应用范围。

根据本发明的一些实施方式，本发明的功率半导体开关的驱动电路结构简单，成本低，可靠性高。

根据本发明的一些实施方式，对故障f信号进行一定的时序处理后再控制常闭开关sw或第二开关q2，可灵活调整软第二关断脉冲信号的伏秒值，进而调整门极下降的速度，起到不同的软关断的效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。