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具有恒定電流可變結構的負載驅動器.pdf

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具有 恒定 電流 可變 結構 負載 驅動器
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摘要
申請專利號:

CN201110373638.6

申請日:

2011.11.22

公開號:

CN102545555B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322545877IPC(主分類):H02M 1/08專利申請號:2011103736386申請日:20111122|||公開
IPC分類號: H02M1/08; H02M1/088 主分類號: H02M1/08
申請人: 株式會社電裝
發明人: 川本哲平; 千田康隆; 三浦亮太郎
地址: 日本愛知縣
優先權: 2010.11.22 JP 260397/2010; 2010.11.22 JP 260400/2010; 2011.04.18 JP 091848/2011; 2011.03.24 JP 066218/2011
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司 72002 代理人: 劉瑜;王英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110373638.6

授權公告號:

102545555B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種負載驅動器,包括:連接到負載(10)的開關元件(50)、產生恒定電流的恒定電流產生器(30)和在導通時段期間打開開關元件(50)的驅動器電路(40),該導通時段取決于恒定電流的值并且隨著恒定電流的值的增加而縮短。恒定電流產生器(30)在導通時段期間向驅動器電路(40)提供具有第一電流值的第一恒定電流,并且在已經經過了導通時段并且開關元件(50)達到導通狀態以后,提供具有小于第一電流值的第二電流值的第二恒定電流。

權利要求書

1.一種用于驅動負載(10)的負載驅動器,包括:
開關元件(50),其連接到所述負載(10);
恒定電流產生器(30),其產生恒定電流;以及
驅動器電路(40),其連接到所述恒定電流產生器(30),并且在導通
時段期間打開所述開關元件(50),所述導通時段取決于來自所述恒定電流
產生器(30)的所述恒定電流的值,打開所述開關元件(50)所需的所述
導通時段隨著所述恒定電流的值的增加而縮短,
其中,所述恒定電流產生器(30)在所述導通時段期間向所述驅動器
電路(40)提供具有第一電流值的第一恒定電流,并且在已經經過了所述
導通時段并且所述開關元件(50)達到導通狀態以后提供具有小于所述第
一電流值的第二電流值的第二恒定電流。
2.根據權利要求1所述的負載驅動器,其中,
所述恒定電流產生器(30)包括:
開關(31),其根據指示導通命令和關閉命令中的一個的電流減小
信號而被打開或關閉;
第一恒定電流源(32),其連接到所述開關(31);以及
第二恒定電流源(33),其與所述開關(31)和所述第一恒定電流
源(32)的串行線路并聯連接,
所述驅動器電路(40)被配置為根據開關信號來打開所述開關元件
(50),
所述開關(31)根據所述電流減小信號的所述導通命令在所述導通時
段期間處于導通狀態,使得通過將通過所述第一恒定電流源(32)的電流
加到通過所述第二恒定電流源(33)的電流,來產生所述第一恒定電流;
以及
所述開關(31)在已經經過了所述導通時段以后根據所述電流減小信
號的所述關閉命令處于關閉狀態,使得由通過所述第二恒定電流源(33)
的電流來產生所述第二恒定電流。
3.根據權利要求1所述的負載驅動器,其中,
所述恒定電流產生器(30)包括:
第一恒定電流源(32),其產生所述第一恒定電流;
第二恒定電流源(33),其產生所述第二恒定電流;以及
開關(31),其在所述導通時段期間根據電流減小信號連接到所述
第一恒定電流源(32),使得從所述第一恒定電流源(32)向所述驅動
器電路(40)提供所述第一恒定電流,并且所述開關(31)在已經經
過了所述導通時段以后根據所述電流減小信號連接到所述第二恒定電
流源(33),使得從所述第二恒定電流源(33)向所述驅動器電路(40)
提供所述第二恒定電流,以及
所述驅動器電路(40)被配置為根據開關信號來打開所述開關元件
(50)。
4.根據權利要求1所述的負載驅動器,其中:
所述恒定電流產生器(30)包括能夠改變電壓值的可變電源(36);
所述恒定電流產生器(30)被配置為隨著所述電壓值的增加來增加所
述恒定電流的值;
所述驅動器電路(40)被配置為根據開關信號來打開所述開關元件
(50);
所述恒定電流產生器(30)在所述導通時段期間根據電流減小信號將
所述可變電源(36)的所述電壓值設置為第一電壓值,使得向所述驅動器
電路(40)提供所述第一恒定電流;以及
所述恒定電流產生器(30)在已經經過所述導通時段以后根據所述電
流減小信號將所述可變電源(36)的所述電壓值設置為小于所述第一電壓
值的第二電壓值,使得向所述驅動器電路(40)提供所述第二恒定電流。
5.根據權利要求1所述的負載驅動器,其中:
所述恒定電流產生器(30)包括能夠改變電阻值的可變電阻(34b);
所述恒定電流產生器(30)被配置為隨著所述電阻值的增加來減小所
述恒定電流的值;
所述驅動器電路(40)被配置為根據開關信號來打開所述開關元件
(50);
所述恒定電流產生器(30)在所述導通時段期間根據電流減小信號將
所述可變電阻(34b)的所述電阻值設置為第一電阻值,使得向所述驅動器
電路(40)提供所述第一恒定電流;以及
所述恒定電流產生器(30)在已經經過所述導通時段以后根據所述電
流減小信號將所述可變電阻(34b)的所述電阻值設置為大于所述第一電阻
值的第二電阻值,使得向所述驅動器電路(40)提供所述第二恒定電流。
6.根據權利要求2至5中的任意一項所述的負載驅動器,還包括:
電流減小控制電路(70),其通過將所述驅動器電路(40)的輸出與指
示所述開關元件(50)處于導通狀態的預定值進行比較,來檢測所述開關
元件(50)達到導通狀態的導通時刻,并且在所檢測的導通時刻輸出用于
產生所述第二恒定電流的所述電流減小信號。
7.根據權利要求2至5中的任意一項所述的負載驅動器,還包括:
電流減小控制電路(70),其包括定時器電路(75),所述定時器電路
(75)測量從所述驅動器電路(40)接收到所述開關信號的時刻開始到所
述開關元件(50)達到導通狀態的時刻的定時器時段,其中,在已經經過
所述定時器時段時,所述電流減小控制電路(70)輸出用于產生所述第二
恒定電流的所述電流減小信號。
8.根據權利要求2至5中的任意一項所述的負載驅動器,其中:
所述負載(10)是由半導體開關元件提供的功率元件;
所述恒定電流產生器(30)和所述驅動器電路(40)構成預驅動器單
元(60),所述預驅動器單元(60)通過驅動所述開關元件(50)來驅動所
述功率元件;
所述驅動器電路(40)被配置為通過根據所述開關信號驅動所述開關
元件(50)來打開所述功率元件;
所述預驅動器單元(60)被配置為通過所述第一恒定電流來驅動所述
開關元件(50),直到所述功率元件達到導通狀態的時刻為止,并且在所述
功率元件達到導通狀態的時刻之后,通過所述第二恒定電流來驅動所述開
關元件(50)。
9.根據權利要求8所述的負載驅動器,還包括:
電流減小控制電路(70),其通過將所述功率元件的柵極電壓與指示所
述功率元件處于導通狀態的預定值進行比較,來檢測所述功率元件達到導
通狀態的時刻,并且在所檢測的時刻輸出用于產生所述第二恒定電流的所
述電流減小信號。
10.根據權利要求8所述的負載驅動器,還包括:
電流減小控制電路(70),其包括定時器電路(75),所述定時器電路
(75)測量從所述驅動器電路(40)接收到所述開關信號的時刻開始到所
述功率元件達到導通狀態的時刻的定時器時段,其中,在已經經過了所述
定時器時段時,所述電流減小控制電路(70)輸出用于產生所述第二恒定
電流的所述電流減小信號。
11.根據權利要求9所述的負載驅動器,還包括:
第三恒定電流源(62),所述開關元件(50)連接到所述第三恒定電流
源(62),其中,
所述功率元件是通過從所述第三恒定電流源(62)提供的恒定電流來
驅動的。
12.根據權利要求9所述的負載驅動器,其中:
所述開關元件(50)是包括第一開關元件和第二開關元件的反相器;
以及
所述功率元件的柵極連接到所述第一開關元件與所述第二開關元件之
間的點。
13.根據權利要求8所述的負載驅動器,還包括:
第三恒定電流源(62),其連接到所述開關元件(50),并且在所述開
關元件(50)被驅動時向所述功率元件的柵極提供恒定電流,直到所述功
率元件的柵極電壓達到預定電壓為止;
電流傳感器(63),其檢測通過所述第三恒定電流源(62)的電流;以

電流控制電路(80),其在所述電流傳感器(63)檢測到的電流低于確
定閾值時輸出用于產生第二恒定電流的所述電流減小信號。
14.根據權利要求8所述的負載驅動器,還包括:
恒定電流電路(64),其在所述開關元件(50)關閉時向所述功率元件
的所述柵極提供所述恒定電流,直到柵極電壓達到預定電壓為止,從而打
開所述功率元件;
箝位電路(65),其被配置為接收指示所述功率元件短路的短路檢測信
號,并且在接收到所述短路檢測信號時將所述功率元件的所述柵極電壓箝
位于小于所述預定電壓的箝位電壓;以及
電流減小控制電路(70),其在所述開關信號被輸入到所述驅動器電路
(40)以后,在所述功率元件達到導通狀態的時刻輸出用于產生所述第二
恒定電流的所述電流減小信號,其中:
所述恒定電流電路(64)根據來自所述電流減小控制電路(70)的所
述電流減小信號通過所述第一恒定電流來驅動所述功率元件,直到所述功
率元件達到導通狀態的時刻為止,并且所述恒定電流電路(64)在所述功
率元件達到導通狀態的時刻以后,根據所述電流減小信號通過所述第二恒
定電流來驅動所述功率元件;
所述電流減小控制電路(70)被配置為接收所述短路檢測信號;以及
所述電流減小控制電路(70)在從所述短路檢測信號被輸入到所述電
流減小控制電路(70)的時刻開始到所述短路檢測信號的所述輸入被釋放
的時刻的時段期間輸出用于產生所述第一恒定電流的所述電流減小信號。
15.一種用于驅動負載的負載驅動器,包括:
功率元件(140),其連接到所述負載(110)并且是由半導體開關元件
提供的,所述功率元件(140)具有驅動端(141);
驅動器電路(130),其向所述驅動端(141)提供恒定電流以驅動所述
功率元件(140);以及
箝位電路(150),其連接到所述驅動端(141),并且在通過從所述驅
動器電路(130)提供的所述恒定電流應用到所述驅動端(141)的電壓達
到預定電壓時,將所述電壓箝位于所述預定電壓,其中
所述驅動器電路(130)包括可變恒定電流電路(132),其將在所述電
壓達到所述預定電壓以后的所述恒定電流的值減小到比在所述電壓達到所
述預定電壓以前提供的所述恒定電流的值更小的值。
16.根據權利要求15所述的負載驅動器,其中:
所述可變恒定電流電路(132)包括:
第一電阻(133),其具有連接到電源(20)的第一端;
第二電阻(134),其具有連接到所述電源(20)的第一端;
開關元件(136),其連接在所述第一電阻(133)的第二端與所述
功率元件(140)之間;
運算放大器(135),其被施以與所述第一電阻(133)的所述第二
端相對應的第一電壓和與所述第二電阻(134)的第二端相對應的第二
電壓,并且驅動所述開關元件(136)使得所述第一電壓和所述第二電
壓彼此相等,從而向所述驅動端(141)提供通過所述第一電阻(133)
的電流,以作為所述恒定電流;以及
可變恒定電流源(137),其連接到所述第二電阻(134)的所述第
二端并且包括開關(138),并且所述可變恒定電流源(137)在所述開
關(138)打開時允許具有第一電流值的電流,并且在所述開關(138)
關閉時允許具有小于所述第一電流值的第二電流值的電流;
所述開關元件(136)是通過所述運算放大器(135)的反饋控制來驅
動的,其中,所述第一電壓和所述第二電壓彼此相等,使得具有與通過所
述第二電阻(134)的電流的值成正比的值的電流通過所述第一電阻(133);
當所述開關(138)根據電流減小信號的導通命令一直處于導通狀態直
到應用于所述驅動端(141)的所述電壓達到所述預定電壓為止時,具有所
述第一電流值的電流通過所述第二電阻(134),并且具有與所述第一電流
值成正比的值的電流通過所述第一電阻(133);以及
當所述開關(138)在應用于所述驅動端(141)的所述電壓達到所述
預定電壓以后根據所述電流減小信號的關閉命令關閉時,具有所述第二電
流值的電流通過所述第二電阻(134),并且具有與所述第二電流值成正比
的值的電流通過所述第一電阻(133),使得通過所述第一電阻(133)的電
流的值減小到小于當所述開關元件(138)處于導通狀態時的電流值,從而
減小提供給所述驅動端(141)的所述恒定電流的值。
17.根據權利要求15所述的負載驅動器,其中:
所述可變恒定電流電路(132)包括:
第一電阻(133),其具有連接到電源(120)的第一端;
第二電阻(134),其具有連接到所述電源(120)的第一端,所述
第二電阻(134)是在所述開關(138)處于導通狀態時具有第一電阻
值并且在所述開關(138)處于關閉狀態時具有大于所述第一電阻值的
第二電阻值的可變電阻;
恒定電流源(137),其連接到所述第二電阻(134)的第二端,并
且允許具有恒定值的電流通過所述第二電阻(134);
開關元件(136),其連接在所述第一電阻(133)的第二端與所述
功率元件(140)之間;以及
運算放大器(135),其被施以與所述第一電阻(133)的所述第二
端相對應的第一電壓和與所述第二電阻(134)的所述第二端相對應的
第二電壓,并且驅動所述開關元件(136)使得所述第一電壓和所述第
二電壓彼此相等,從而向所述驅動端(141)提供通過所述第一電阻
(133)的電流以作為所述恒定電流;
所述開關元件(136)是通過所述運算放大器(135)的反饋控制來驅
動的,其中,所述第一電壓和所述第二電壓彼此相等,使得具有與所述第
二電阻(134)的電阻值成正比的值的電流通過所述第一電阻(133);
當所述開關(138)根據電流減小信號的關閉命令一直處于關閉狀態直
到應用于所述驅動端(141)的所述電壓達到所述預定電壓為止時,所述第
二電阻(134)具有所述第二電阻值,并且具有與所述第二電阻值成正比的
值的電流通過所述第一電阻(133);以及
當所述開關(138)在應用于所述驅動端(141)的所述電壓達到所述
預定電壓以后根據所述電流減小信號的導通命令打開時,所述第二電阻
(134)的所述電阻值從所述第二電阻值減小到所述第一電阻值,并且具有
與所述第一電阻值成正比的值的電流通過所述第一電阻(133),使得通過
所述第一電阻(133)的電流的值減小到小于當所述開關元件(138)處于
關閉狀態時的電流值,從而減小提供給所述驅動端(141)的所述恒定電流
的值。
18.根據權利要求16或17所述的負載驅動器,其中:
所述驅動器電路(130)根據從外部設備饋送的開關信號來驅動所述功
率元件(140);以及
所述箝位電路(150)根據從外部設備饋送的控制信號來將應用于所述
驅動端(141)的所述電壓箝位于所述預定電壓,
所述負載驅動器還包括電流減小信號產生電路(160),其基于所述開
關信號和所述控制信號產生所述電流減小信號。
19.根據權利要求18所述的負載驅動器,其中:
所述電流減小信號產生電路(160)在應用于所述驅動端(141)的所
述電壓達到所述預定電壓時產生指示用于關閉所述開關(138)的所述關閉
命令的所述電流減小信號,從而減小提供給所述驅動端(141)的所述恒定
電流的值,在通過所述箝位電路(150)對所述電壓進行的箝位被釋放以后,
產生指示用于打開所述開關(138)的所述導通命令的所述電流減小信號,
從而增加提供給所述驅動端(141)的所述恒定電流,并且在應用于所述驅
動端(141)的所述電壓達到電源電壓和基本上等于所述電源電壓的最大驅
動電壓中的一個以后,產生指示用于再次關閉所述開關(138)的所述關閉
命令的所述電流減小信號,從而減小提供給所述驅動端(141)的所述恒定
電流。
20.根據權利要求16或17所述的負載驅動器,還包括:
柵極電壓監測電路(170),其連接到所述驅動端(141),監測應用于
所述驅動端(141)的所述電壓是否達到所述預定電壓,并且當應用于所述
驅動端(141)的所述電壓達到所述預定電壓時產生柵極電壓監測信號;以

恒定電流控制電路(180),其基于所述開關信號和所述柵極電壓監測
信號產生所述電流減小信號,其中:
所述功率元件(140)是多個功率元件(140)中的一個;
所述驅動器電路(130)向所述多個功率元件(140)中的每一個的驅
動端(141)提供所述恒定電流以驅動所述多個功率元件(140);
所述箝位電路(150)連接到所述多個功率元件(140)中的每一個的
驅動端(141);
所述箝位電路(150)在通過從所述驅動器電路(130)提供的所述恒
定電流應用于所述多個功率元件(140)中的每一個的驅動端(141)的電
壓達到所述預定電壓時,將應用于該驅動端(141)的所述電壓箝位于所述
預定電壓;
所述柵極電壓監測電路(170)產生與相應的驅動端(141)有關的柵
極電壓監測信號;以及
所述恒定電流控制電路(180)在接收到與所有驅動端(141)有關的
柵極電壓監測信號時,產生指示用于關閉所述開關(138)的所述關閉命令
的所述電流減小信號,從而減小提供給所述驅動端(141)的所述恒定電流。
21.根據權利要求16所述的負載驅動器,還包括:
柵極電壓監測電路(170),其連接到所述驅動端(141),監測應用于
所述驅動端(141)的所述電壓是否達到所述預定電壓,并且當應用于所述
驅動端(141)的所述電壓達到所述預定電壓時產生柵極電壓監測信號;以

恒定電流控制電路(180),其基于所述開關信號和所述柵極電壓監測
信號產生所述電流減小信號,其中:
所述功率元件(140)是多個功率元件(140)中的一個;
所述驅動器電路(130)向所述多個功率元件(140)中的每一個的驅
動端(141)提供所述恒定電流以驅動所述多個功率元件(140);
所述恒定電流源(137)包括多個開關(138),所述多個開關(138)
包括所述開關(138);
所述恒定電流源(137)被配置為使得在所有開關(138)都打開時產
生具有所述第一電流值的所述恒定電流,并且在所有開關(138)都關閉時
產生具有所述第二電流值的所述恒定電流,并且隨著關閉的開關(138)的
數量的增加,所述恒定電流的值從所述第一電流值逐步地變為所述第二電
流值;
所述箝位電路(150)連接到所述多個功率元件(140)中的每一個的
驅動端(141);
所述箝位電路(150)在通過從所述驅動器電路(130)提供的所述恒
定電流應用于每個驅動端(141)的電壓達到所述預定電壓時,對應用于該
驅動端(141)的所述電壓進行箝位;
所述柵極電壓監測電路(170)產生與每個驅動端(141)有關的柵極
電壓監測信號;以及
每當從所述柵極電壓監測電路(170)饋送所述柵極電壓監測信號時,
所述恒定電流控制電路(180)就產生用于關閉相應開關(138)的所述電
流減小信號,從而將提供給每個驅動端(141)的所述恒定電流的值從所述
第一電流值逐步地減小到所述第二電流值。
22.根據權利要求17所述的負載驅動器,還包括:
柵極電壓監測電路(170),其連接到所述驅動端(141),監測應用于
所述驅動端(141)的所述電壓是否達到所述預定電壓,并且在應用于所述
驅動端(141)的所述電壓達到所述預定電壓時產生柵極電壓監測信號;以

恒定電流控制電路(180),其基于所述開關信號和所述柵極電壓監測
信號產生所述電流減小信號,其中:
所述功率元件(140)是多個功率元件(140)中的一個;
所述驅動器電路(130)向所述多個功率元件(140)中的每一個的驅
動端(141)提供所述恒定電流以驅動所述多個功率元件(140);
所述第二電阻(134)包括多個開關(138),所述多個開關(138)包
括所述開關(138);
所述第二電阻(134)被配置為在所有開關(138)都打開時具有所述
第一電阻值,在所有開關(138)都關閉時具有所述第二電阻值,隨著打開
的開關(138)的數量的增加,將所述第二電阻(134)的電阻值從所述第
二電阻值逐步地變為所述第一電阻值;
所述箝位電路(150)連接到所述多個功率元件(140)中的每一個的
驅動端(141),
所述箝位電路(150)在通過從所述驅動器電路(130)提供的所述恒
定電流應用于每個驅動端(141)的電壓達到所述預定電壓時,對應用于該
驅動端(141)的所述電壓進行箝位,
所述柵極電壓監測電路(170)產生與每個驅動端(141)有關的柵極
電壓監測信號,以及
每當從所述柵極電壓監測電路(170)饋送所述柵極電壓監測信號時,
所述恒定電流控制電路(180)就產生用于打開相應開關(138)的所述電
流減小信號,使得所述第二電阻(134)的電阻值從所述第二電阻值逐步地
減小到所述第一電阻值,從而將提供給每個驅動端(141)的所述恒定電流
的值從所述第一電流值逐步地減小到所述第二電流值。

說明書

具有恒定電流可變結構的負載驅動器

技術領域

本發明涉及一種具有恒定電流可變結構的負載驅動器。

背景技術

例如,與US2009/0066402A1相對應的JP2009-71956A描述了用于驅動
諸如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等的作為負載的功率開關元件(power?
switching?element)的柵極驅動電路。所描述的柵極驅動電路具有用于打開
功率開關元件的第一接通電源電路。第一接通電源電路具有作為專用于第
一接通電源電路的電源的第一接通電源。

第一接通電源電路向功率開關元件的柵極提供等于或低于預定電平的
電壓,以打開該功率開關元件。因此,減小了諸如特性改變等的對功率開
關元件的不利影響。

上面的柵極驅動電路是一個例子,并且一些其它類型的柵極驅動電路,
即驅動器電路是廣泛已知的。

在由這種驅動器電路驅動的開關元件中,打開柵極的時間取決于驅動
器電路的電容(capacity)。上升時間越短,升高柵極的速度增加得就越快。

例如,假設柵極的電容為C,對柵極進行充電的恒定電流值為I,并且
柵極變為導通狀態的導通電壓為V,用于打開柵極的上升時間T被表示為T
=(C×V)/I。從外部設備向驅動器電路提供恒定電流。

根據上面的表達式,通過增加提供給驅動器電路的電流的值I或者通過
減小柵極電容C或導通電壓V來縮短上升時間T。也即是說,通過縮短上
升時間T,柵極的上升速度增加。

柵極電容C和導通電壓V是根據開關元件的尺寸或制造工藝來唯一地
決定的。因此,上升時間T是由恒定電流的值I來調節的。

考慮通過增加恒定電流的值I來縮短上升時間T。然而,恒定電流的值
I的增加導致驅動器電路中的電流消耗的增加。具體地說,如果甚至在柵極
達到導通狀態以后還不斷地向驅動器電路提供具有增加的值I的恒定電流,
則增加了驅動器電路中的消耗電流。

例如,與US2009/0002054A1相對應的JP2009-11049A描述了使用恒定
電流來驅動諸如IGBT或MOSFET等的作為負載的功率元件的柵極的柵極
驅動裝置。在該柵極驅動裝置中,將恒定電流脈沖的柵極驅動電路連接到
功率元件的柵極。

當根據控制信號來操作恒定電流脈沖的柵極驅動電路時,從恒定電流
脈沖的柵極驅動電路向功率元件的柵極提供恒定電流。因為給功率元件的
柵極提供了電荷,因此柵極電壓上升,并且因而功率元件打開。

在這種結構中,如果在功率元件的柵極達到完全導通狀態時發生脈沖
跳增(overshoot),則功率元件將被損壞。因此,考慮將箝位電路連接到功
率元件的柵極,從而限制功率元件的脈沖跳增并且保護功率元件,其中,
箝位電路將柵極電壓固定于恒定電壓。

然而,在柵極電壓達到箝位電路的電壓的時刻,在箝位電路中形成了
恒定電流通過的電流通路。因此,只要不斷地向功率元件提供恒定電流,
也將不斷地向箝位電路提供向功率元件提供的恒定電流。因此,將增加電
流消耗。

例如,JP2004-72424A描述了MOS柵極晶體管的柵極驅動電路,該柵
極驅動電路可以縮短高功率晶體管的接通時間并且還可以減小內部功耗。
然而,在JP2004-72424A中,恒定電流的值未被改變。

發明內容

一個目的是提供一種能夠在減小驅動器電路中的電流消耗的同時以較
高的速度打開開關元件的負載驅動器。

另一個目的是提供一種具有連接到功率元件的箝位電路、能夠減小用
于驅動該功率元件的恒定電流的消耗的負載驅動器。

根據一個方案,負載驅動器包括連接到負載的開關元件、產生恒定電
流的恒定電流產生器和通過從恒定電流產生器提供的恒定電流打開開關元
件的驅動器電路。打開開關元件所需的導通時段是根據恒定電流的值來確
定的,并且隨著恒定電流的值的增加而縮短。恒定電流產生器在導通時段
期間向驅動器電路提供具有第一電流值的第一恒定電流,并且在導通時段
已經過去并且開關元件達到導通狀態以后提供具有小于第一電流值的第二
電流值的第二恒定電流。

在這種結構中,通過具有第一電流值的恒定電流打開開關元件,并且
在開關元件被打開以后,來自恒定電流產生器的恒定電流的值從第一電流
值減小到第二電流值。因此,通過具有第一電流值的恒定電流以較高的速
度來打開開關元件,并且通過具有小于第一電流值的第二電流值的恒定電
流來減小在開關元件被打開以后驅動器電路中的電流消耗。

根據第二方案,負載驅動器包括功率元件、驅動器電路、箝位電路。
功率元件連接到負載。功率元件是由半導體開關元件提供的,并且具有驅
動端。驅動器電路向驅動端提供恒定電流以驅動功率元件。箝位電路連接
到驅動端,并且當應用于驅動端的電壓通過從驅動器電路提供的恒定電流
達到預定電壓時將該電壓固定于預定電壓。驅動器電路包括在電壓達到預
定電壓以后將恒定電流的值減小到比在電壓達到預定電壓以前提供的恒定
電流的值更小的值。

在這種結構中,在功率元件的驅動端的電壓達到預定電壓以后,通過
可變恒定電流電路來減小提供給驅動端的恒定電流的值。因此,減小了提
供給箝位電路的電流。因此,減小了恒定電流的消耗量。

附圖說明

通過下面參照附圖給出的詳細描述,本發明的其它目的、特征和優點
將變得更加顯而易見,在附圖中,相同部分是由相同的參考數字來指代的,
并且其中:

圖1是根據第一實施例的處于連接到負載的狀態的負載驅動器的示意
性電路圖;

圖2是根據第一實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖3是用于解釋根據第一實施例的負載驅動器的操作的時間圖,該時
間圖示出了開關元件的柵極波形、開關信號、在恒定電流產生器中產生的
恒定電流的值以及電流減小信號;

圖4是根據第二實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖5是根據第三實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖6是根據第四實施例的負載驅動器的恒定電流產生器的詳細電路圖;

圖7是根據第五實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖8是根據第六實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖9是根據第六實施例的負載驅動器的電流減小控制電路的詳細電路
圖;

圖10是用于解釋根據第六實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖11是根據本發明的第七實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖12A是根據第七實施例的負載驅動器的延遲電路的詳細電路圖;

圖12B是示出了作為根據第七實施例的電阻的另一個示例的延遲電路
的可變電阻的示意圖;

圖13是用于解釋根據第七實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖14是根據本發明的第八實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖15是根據本發明的第九實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖16是根據本發明的第十實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖17是根據本發明的第十一實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖18是根據本發明的第十二實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖19是根據第十二實施例的負載驅動器的電流控制電路的詳細電路
圖;

圖20是用于解釋根據第十二實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖21是根據本發明的第十三實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖22是根據本發明的第十四實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖23是根據本發明的第十五實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖24是用于解釋根據第十五實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖25是根據本發明的第十六實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖26A是根據第十六實施例的負載驅動器的恒定電流電路的詳細電路
圖;

圖26B是圖26A中所示的恒定電流電路的恒定電流產生器的詳細電路
圖;

圖27是用于解釋根據第十六實施例的負載驅動器的常規操作的時間
圖;

圖28是用于解釋根據第十六實施例在功率元件短路的情況下負載驅動
器的操作的時間圖;

圖29是根據第十七實施例的處于連接到負載的狀態的負載驅動器的示
意性電路圖;

圖30是圖29中所示的負載驅動器的詳細電路圖;

圖31是用于解釋根據第十七實施例的負載驅動器的操作的時間圖,該
時間圖包括功率元件的柵極波形、用于驅動功率元件的開關信號、用于控
制箝位電路的控制信號和電流減小信號;

圖32是根據第十八實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖33是根據第十九實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖34是用于解釋電流減小信號產生電路的操作的時間圖;

圖35是根據第二十實施例的負載驅動器的詳細電路圖;

圖36是用于解釋根據第二十實施例的電流減小信號產生電路的操作的
時間圖;

圖37是根據第二十一實施例的處于連接到負載的狀態的負載驅動器的
示意性電路圖;

圖38是根據第二十二實施例的負載驅動器的示意性電路圖;

圖39是圖38中所示的負載驅動器的詳細電路圖;

圖40是用于解釋根據第二十二實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖41是根據第二十三實施例的負載驅動器的電路圖;

圖42是根據第二十四實施例的負載驅動器的電路圖;

圖43是用于解釋根據第二十四實施例的負載驅動器的操作的時間圖;

圖44是根據第二十五實施例的負載驅動器的電路圖;

圖45是根據第二十五實施例的負載驅動器的恒定電路控制電路的真值
圖表;以及

圖46是用于解釋根據第二十五實施例的負載驅動器的操作的時間圖。

具體實施方式

在下文中,將參照附圖來描述示例性的實施例。貫穿示例性實施例使
用相同的參考數字來指代相同部分。

(第一實施例)

將參照圖1至圖3來描述第一實施例。根據第一實施例的負載驅動器
被用于使用恒定電流來驅動負載,例如IGBT、功率MOSFET、電容負載或
電阻負載。

圖1是根據本實施例的處于連接到負載10的狀態的負載驅動器的示意
圖。如圖1所示,負載驅動器包括恒定電流產生器30、驅動器電路20和開
關元件50。

恒定電流產生器30連接到電源20。恒定電流產生器30是產生恒定電
流的電路。恒定電流產生器30中產生的恒定電流確定驅動器電路40的電
容,即,開關速度。

驅動器電路40被配置為根據來自外部設備的柵極ON/OFF開關信號來
進行驅動,即打開和關閉開關元件50。打開開關元件50所需要的導通時段
隨著恒定電流的強度的增加而縮短。驅動器電路40根據來自恒定電流產生
器30的恒定電流的強度在導通時段期間打開開關元件50。在下文中,柵極
ON/OFF開關信號被簡稱為開關信號。

開關元件50是用于驅動負載10的半導體開關元件。例如,在本實施
例中,開關元件50是N溝道MOSFET。開關元件50的柵極連接到驅動器
電路40。開關元件50的漏極連接到負載10。可替換地,負載10可以連接
到開關元件50的源極。

參照圖2,將描述負載驅動器的詳細結構。恒定電流產生器30包括開
關31(SW-A)、第一恒定電流源32和第二恒定電流源33。

開關31連接到第一恒定電流源32。第二恒定電流源33與包括開關31
和第一恒定電流源32的串行線路并聯連接。開關31與第二恒定電流源33
之間的連接點連接到電源20。第一恒定電流源32與第二恒定電流源33之
間的連接點連接到驅動器電路40。

根據來自外部設備的電流減小信號的導通命令和關閉命令打開和關閉
開關31。例如,開關31是由諸如MOSFET等的半導體元件提供的。

當開關31打開時,在電源20和驅動器電路40之間由第一恒定電流源
32和第二電流源33形成并聯電路。因此,通過第一恒定電流源32的電流
與通過第二恒定電流源的電流的總和作為具有第一電流值的恒定電流而產
生,并且被提供給驅動器電路40。

另一方面,當開關31關閉時,在電源20與驅動器電路40之間形成僅
存在第二恒定電流源33的電路。因此,通過第二恒定電流源33的電流作
為具有第二電流值的恒定電流而產生,并且被提供給驅動器電路40。

即,恒定電流產生器30是可變恒定電流源,其在開關31打開時產生
具有第一電流值的恒定電流(例如,第一恒定電流)并且在開關31關閉時
產生具有小于第一電流值的第二電流值的恒定電流(例如,第二恒定電流)。
應當注意的是,第一恒定電流源32和第二恒定電流源33可以具有相同的
載流量(current?capacity)或不同的載流量。第一恒定電流源32和第二恒
定電流源33中的每一個的載流量是根據通過打開和關閉開關31將要提供
給驅動器電路40的恒定電流的值(強度)來確定的。

驅動器電路40包括放大器41。放大器41提供產生與開關信號同相的
輸出的電路。放大器41的輸出端連接到開關元件50的柵極以使用放大器
41的輸出來驅動開關元件50。

放大器41的電容是由從恒定電流產生器30提供的恒定電流的值來確
定的。放大器41的電容與驅動開關元件50的開關速度相對應。放大器41
的能力隨著恒定電流的增加而增加。

例如,假設開關元件50的柵極的電容為C,給柵極充電的恒定電流的
值為I,并且使開關元件50的柵極處于導通狀態的導通電壓為V,則使開
關元件50的柵極處于導通狀態的上升時間T被表示為T=(C×V)/I。

如上所示,打開開關元件50所需的導通時段(導通時間)與恒定電流
的值成反比。因此,開關元件50的導通時段隨著電流的值的增加而縮短。
恒定電流的值是通過根據電流減小信號打開和關閉開關31來調節的。

本實施例的負載驅動器具有上面所描述的電路結構。例如,在本實施
例中,開關信號和電流減小信號是在諸如ECU等的外部設備中產生的,并
且被輸入到負載驅動器中。

接下來,將參照圖3來描述圖2中所示的負載驅動器的操作。圖3是
示出了開關元件50的柵極波形、打開和關閉開關元件50的開關信號、恒
定電流產生器30中產生的恒定電流的值以及電流減小信號的時間圖。

當開關信號處于高電平時,由于放大器41產生與開關信號同相的輸出,
所以放大器41將高電平電壓應用于開關元件50的柵極。因此,開關元件
51打開。當開關信號處于低電平時,放大器41的輸出處于低電平。因此,
開關元件50關閉。通過這種方式,驅動器電路40在開關信號處于高電平
時打開開關元件50,并且在開關信號處于低電平時關閉開關元件50。

在時刻T1,當輸入到驅動器電路40中的開關信號從低電平轉換為高電
平時,開關元件50由放大器41驅動。

此外,在時刻T1,恒定電流產生器30的開關31由電流減小信號的導
通命令接通。因此,通過第一恒定電流源32的電流和通過第二恒定電流源
33的電流被加在一起,并且作為具有第一電流值的恒定電流提供給驅動器
電路40。

開關元件50的柵極的上升時間T是根據從恒定電流產生器30提供的
恒定電流的值來確定的(即,T=(C×V)/I)。上升時間T與打開開關元件
50所需的導通時段相對應。

因此,驅動器電路40使用從恒定電流產生器30提供的具有第一電流
值的恒定電流來驅動開關元件50的柵極。因此,如圖3所示,開關元件50
的柵極電壓根據恒定電流的第一電流值呈梯度地增加。

此后,在時刻T2,即,當已經經過了導通時段時,根據電流減小信號
的關斷命令關斷恒定電流產生器30的開關31。因此,恒定電流產生器30
向驅動器電路40提供通過第二恒定電流源33的電流,以作為具有第二電
流值的恒定電流。

通過這種方式,恒定電流產生器30在導通時段期間向驅動器電路40
提供具有第一電流值的恒定電流。因此,在由恒定電流的第一電流值確定
的上升時間期間打開開關元件50。

在已經經過導通時段以后,恒定電流產生器30向驅動器電路40提供
具有小于第一電流值的第二電流值的恒定電流。換言之,恒定電流的值在
開關元件50達到導通狀態的導通時刻被減小。因此,在開關元件50的柵
極打開以后,從恒定電流產生器30向驅動器電路40提供的恒定電流的值
小于當開關元件50的柵極被打開時提供的恒定電流的值。

在本實施例中,如上所述,從恒定電流產生器30向驅動器電路40提
供的恒定電流的值在經過了導通時段以后被減小。

因為在開關元件50打開以后恒定電流產生器30中產生的電流的值從
第一電流值減小到第二電流值,所以當開關元件50處于導通狀態時驅動器
電路40中的消耗電流減小了。

直到開關元件50達到導通狀態為止,驅動器電路40是由具有大于第
二電流值的第一電流值的恒定電流操作的,開關元件的上升速度沒有減小。
也就是說,通過具有第一電流值的恒定電流將開關元件50的上升速度維持
在較高的水平。

因此,在使開關元件50的上升速度維持在較高水平的同時減小了驅動
器電路40中的消耗電流。

恒定電流產生器30具有這樣的結構,即,通過接通開關31將通過第
一恒定電流源32的電流加到通過第二恒定電流源33的電流。因此,在經
過了導通時段以后,具有第二電流值的恒定電流僅由通過第二恒定的電流
源33的電流提供。

(第二實施例)

將參照圖4來描述第二實施例。在下文中,將主要描述與第一實施例
的結構不同的結構。在本實施例中,驅動器電路40的放大器41是由
MOSFET構成的。

參照圖4,放大器41包括反相器41a、開關元件41b和電阻41c。

反相器41a連接到開關元件41b的柵極。反相器41a使輸入到驅動器
電路40的開關信號反相并且將經反相的開關信號發送到開關元件41b的柵
極。開關元件41b是由N溝道MOSFET提供的。開關元件41b的漏極連接
到恒定電流產生器30,并且開關元件41b的源極連接到諸如接地的參考電
壓線。電阻41c連接在開關元件50的漏極與諸如解地的參考電壓線之間。

通過這種方式,放大器41被配置為源極接地型的,其中,開關元件41b
的源極連接到參考電壓線。在圖4和一些其它附圖中,接地被示出為參考
電壓線的示例。然而,參考電壓線不限于接地,而是可以具有作為參考的
任何其它可能。

當開關信號從低電平變為高電平時,開關元件41b關閉。因此,從恒
定電流產生器30向驅動器電路40提供的恒定電流(例如,圖4中的I)流
向開關元件50的柵極。因此,開關元件50的柵極電壓增加。

如上所述,放大器41可以由包括N溝道MOSFET的開關元件41b構
成。

(第三實施例)

將參照圖5來描述第三實施例。在下文中,將主要描述與第一實施例
和第二實施例的結構不同的結構。

在第一實施例和第二實施例的恒定電流產生器30中,通過接通開關31
將通過第一恒定電流源32的電流加到通過第二恒定電流源33的電流。在
本實施例中,另一方面,開關31被配置為使得通過第一恒定電流源32和
第二恒定電流源33中的一個的電流作為恒定電流提供給驅動器電路40。

參照圖5,恒定電流產生器30包括開關31(SW-B)、第一恒定電流源
32和第二恒定電流源33。

第一恒定電流源32被配置為產生具有第一電流值的恒定電流I1。第二
恒定電流源33被配置為產生具有小于第一電流值的第二電流值的恒定電流
I2。也就是說,第一恒定電流源32和第二恒定電流源33中的每一個的載流
量被預定為具有I1>I2的關系。

開關31在第一側上具有單個接觸點而在第二側上具有兩個接觸點。第
一側上的單個接觸點連接到電源20。第二側上的兩個接觸點分別連接到第
一恒定電流源32和第二恒定電流源33。

驅動器40和開關元件50具有與第一實施例的驅動器和開關元件類似
的結構。

在具有上面所描述的結構的恒定電流產生器30中,在導通時段期間,
即,直到開關元件50達到導通狀態的導通時刻為止,開關31根據電流減
小信號連接到第一恒定電流源32使得通過第一恒定電流源32的電流被提
供給驅動器電路40。在這種情況下,形成了從電源20經由第一恒定電流源
32到達驅動器電路40的電流通路。因此,具有第一電流值的恒定電流從第
一恒定電流源32提供給驅動器電路40。

在經過了導通時段以后,即,在導通時刻以后,開關31根據電流減小
信號連接到第二恒定電流源33使得通過第二恒定電流源33的電流被提供
給驅動器電路40。在這種情況下,形成了從電源20經由第二恒定電流源
33到達驅動器電路40的電流通路。因此,具有第二電流值的恒定電流從第
二恒定電流源33提供給驅動器電路40。

通過這種方式,恒定電流產生器30可以被配置為具有多個恒定電流源
32、33,所述多個恒定電流源具有不同電流值,并且多個恒定電流源32、
33可以由開關31根據電流減小信號來進行切換。

(第四實施例)

將參照圖4來描述第四實施例。在下文中,將主要描述與第一實施例
至第三實施例的結構不同的結構。

在上文所描述的實施例中的每一個實施例中,給恒定電流產生器30提
供多個恒定電流源32、33,其中每一個恒定電流源允許預定的電流值。在
本實施例中,另一方面,恒定電流產生器30被配置為使得在恒定電流產生
器30的恒定電流電路中調節被提供給驅動器電路40的恒定電流的值。

圖6是本實施例的恒定電流產生器30的電路圖。如圖6所示,恒定電
流產生器30具有包括電阻34a、34b和晶體管35a、35b、35c的恒定電流源。
應用于晶體管35a的柵極的柵極電壓是由電源36(V1)和晶體管37來控
制的。

電阻34b具有可變的電阻值。電阻34b的電阻值是根據電流減小信號
而改變的。例如,電阻34b是由多個串聯連接的電阻構成的,并且多個晶
體管中的任意一個由晶體管旁路的。多個電阻的組合電阻值是通過根據電
流減小信號來打開晶體管而改變的。

晶體管35a是NPN雙極型晶體管。晶體管35b、35c、37是PNP雙極
型晶體管。電源36產生預定的電壓。此外,電源36的電壓是可變的。電
源36的電壓根據電流減小信號而改變。

舉例說明,與電阻34b類似,電源36是由多個電源構成的,并且多個
電源中的任意一個電源由晶體管旁路。多個電源的組合電壓值是通過根據
電流減小信號來打開晶體管而改變的。

此外,晶體管35b、35c被配置為提供電流鏡像電路使得通過晶體管35a
和電阻34b的電流由晶體管35b傳送到晶體管35c。通過晶體管35c的電流
(例如,圖6中的I)作為恒定電流被提供給驅動器電路40。PNP晶體管
37是集電極接地型的,并且來自電源36的電壓被應用于電阻34b。

因此,假設恒定電流為I,電源36的電壓值為V1,電阻34b的電阻值
為R,則恒定電流I被表示為I=V1/R。即,恒定電流與電源36的電壓值
成正比,并且與電阻34b的電阻值成反比。

因此,恒定電流隨著電源36的電壓值的增加而增加或者隨著電阻34b
的電阻值的減小而增加。恒定電流隨著電源36的電壓值的減小而減小或者
隨著電阻34b的電阻值的增加而減小。

如上所述,恒定電流產生器30被配置為使得恒定電流的值隨著電源36
的電壓值的增加而增加,并且隨著電阻34b的電阻值的增加而減小。

此外,在導通時段期間,即,直到開關元件50達到導通狀態的導通時
刻為止,根據電流減小信號,將電源36的電壓值調節為第一電壓值并且將
電阻34b的電阻值調節為第一電阻值。因此,恒定電流產生器30向驅動器
電路40提供具有第一電流值的恒定電流,該電流是根據表達式I=V1/R而
產生的。

另一方面,在已經經過導通時段以后,即,在導通時刻以后,將電源
36的電壓值調節為第二電壓值并且將電阻34b的電阻值調節為第二電阻值。
因此,恒定電流產生器30向驅動器電路40提供具有小于第一電流值的第
二電流值的恒定電流。

如上所述,提供給驅動器電路40的恒定電流的值是通過改變電源36
的電壓值和電阻34b的電阻值來調節的。

在本實施例中,電阻34b與可變電阻相對應,電源36與可變電源相對
應。

(第五實施例)

將參照圖7描述第五實施例。在下文中,將主要描述與第一實施例至
第四實施例的結構不同的結構。

本實施例的負載驅動器的特征在于在開關元件50連接到作為負載10
的功率元件的情況下,在減小消耗電流的同時將作為負載10的功率元件的
上升速度維持在較高的水平。

圖7是根據本實施例的處于連接到負載10的狀態下的負載驅動器的電
路圖。負載10是由半導體開關元件構成的功率元件。例如,功率元件是由
IGBT提供的。在下文中,負載10被描述為功率元件10。

恒定電流產生器30和驅動器的電路40被配置為作為用于驅動功率元
件10的預驅動器單元60來進行操作。預驅動器單元60連接到開關元件50。
開關元件50通過電阻61連接到電源20。此外,功率元件10的柵極連接在
電阻61與開關元件50之間。

例如,在本實施例中,開關元件50是由P溝道MOSFET提供的。除
了放大器41以外,驅動器電路40還包括開關元件42和反相器43。開關元
件42連接在電源20與放大器41的輸出端之間。

例如,開關元件42是由P溝道MOSFET提供的。開關元件42的源極
連接到電源20,而開關元件42的漏極連接到放大器41的輸出端。

反相器43是使輸入到驅動器電路40中的開關信號反相并且將經反相
的開關信號輸出到開關元件42的元件。反相器43連接到開關元件42的柵
極。

在這種結構中,預驅動器單元60在功率元件10被打開的導通時段期
間通過具有第一電流值的恒定電流來驅動開關元件50。另一方面,在已經
經過了導通時段以后,預驅動器單元60通過具有第二電流值的恒定電流來
驅動開關元件50。即,在功率元件10達到導通狀態的導通時刻,預驅動器
單元60的恒定電流從第一電流值減小到第二電流值。如上所述,可以通過
根據電流減小信號控制恒定電流產生器30的開關31來調節恒定電流的值。

因此,在功率元件10變為導通狀態的導通時刻,可以減小預驅動器單
元60的恒定電流。在這種結構中,減小了預驅動器單元60中的消耗電流,
同時將功率元件10的上升速度維持在較高水平。

(第六實施例)

將參照圖8至圖10來描述第六實施例。在下文中,將主要描述與第一
實施例至第五實施例的結構不同的結構。

在上面所描述的實施例中,基于開關元件50或功率元件10的柵極的
上升時間,在預定的時刻將電流減小信號從外部設備輸入到恒定電流產生
器30中。可替換地,負載驅動器可以另外具有使用輸入開關信號的時刻產
生電流減小信號的電路。在該情況下,可以通過監測開關元件50和功率元
件10的柵極電壓來改進上升時間的準確度,即,控制恒定電流的值的時刻。

在下文中,將描述產生電流減小信號的電路的結構。圖8是示出了根
據本實施例的負載驅動器的示意圖。

如圖8所示,負載驅動器包括作為產生電流減小信號的電路的電流減
小控制電路70。在打開開關元件50的開關信號被輸入到驅動器電路40中
的期間,電流減小控制電路70通過將驅動電路40的輸出與預定值進行比
較,來檢測驅動電路40打開開關元件50的時刻,并且在所檢測的時刻產
生電流減小信號。

接下來,將參照圖9來詳細描述電流減小控制電路70的結構。在本實
施例中,與圖2中所示的第一實施例的恒定電流產生器30類似,恒定電流
產生器30示例性地具有開關31(圖9中的SW-A)、第一恒定電流源32和
第二恒定電流源33。如圖9所示,電流減小控制電路70包括參考電壓源
71、比較器72和AND電路73。

參考電壓源71通過以下方式產生具有預定值的電壓:通過多個電阻分
享源電壓(例如,5V)。電壓的預定值被用作比較器72的比較器閾值。比
較器72將驅動器電路40的輸出BUFOUT與比較器閾值進行比較,并且產
生比較的結果COMP_OUT。

將比較器閾值輸入到比較器72的非反相輸入端,并且將驅動器電路40
的輸出BUFOUT輸入到比較器72的反相輸入端中。驅動器電路40的輸出
與開關元件50的柵極電壓相對應。

AND電路73根據開關信號IN和比較器72的比較的結果來接通或關
斷恒定電流產生器30的開關31。AND電路73的輸出IN_CUR與電流減小
信號相對應。

也即是說,當開關信號和比較器72的比較的結果都處于高電平時,
AND電路73產生作為電流減小信號的關閉命令的高電平信號,以接通開
關31。另一方面,在開關信號和比較器的比較的結果中的至少一個處于低
電平時,AND電路73產生作為電流減小信號的導通命令的低電平信號,
以關斷開關31。

通過這種方式,電流減小控制電路70通過比較器72的方式檢測開關
元件50的柵極的導通電壓,并且在所檢測的時刻減小恒定電流產生器30
的電流I_OUT。

接下來,將參照圖10中所示的時間圖來描述圖9中所示的負載驅動器
的操作。

首先,在時刻T10,開關信號IN變為高電平以打開開關元件50。然而,
在該時刻,因為驅動器電路40的輸出BUFOUT仍然低于比較器閾值,所
以比較器72的輸出COMP_OUT處于高電平,并且AND電路73的輸出
IN_CUR處于指示電流減小信號的關閉命令的高電平。

因此,恒定電流產生器30根據電流減小信號的關閉命令來接通開關
31。因此,由于通過第一恒定電流源32的電流和通過第二恒定電流源33
的電流被加在一起,因此恒定電流產生器30的輸出I_OUT變為第一電流值。
因此,恒定電流產生器30向驅動器電路40提供具有第一電流值的恒定電
流。在該情況下,驅動器電路40的輸出BUFOUT開始根據第一電流值上
升。

在時刻T11,當驅動器電路40的輸出BUFOUT達到比較器閾值時,比
較器72的輸出COMP_OUT變為低電平。因此,即使開關信號IN處于高
電平,AND電路73的輸出IN_CUR也變為指示電流減小信號的導通命令
的低電平。

恒定電流產生器30接收電流減小信號的導通命令,并且關斷開關31。
因此,恒定電流產生器30的輸出I_OUT變為小于第一電流值的第二電流值,
并且作為恒定電流被提供給驅動器電路40。

在開關信號IN變為低電平以后,在時刻T12,驅動器電路40的輸出
BUFOUT變為低于比較器閾值,并且因此比較器72的輸出COMP_OUT變
為高電平。然而,開關信號IN仍然處于低電平。因此,AND電路73的輸
出IN_CUR處于低電平,也即是說,電流減小信號的導通命令繼續,因而
提供給驅動器電路40的電流不會增加。

如上所述,可以通過在負載驅動器中使用電流減小控制電路70,根據
開關信號IN和驅動器電路40的輸出BUFOUT來產生電流減小信號。因此,
不必從外部設備向負載驅動器輸入電流減小信號。

(第七實施例)

將參照圖11至圖13來描述第七實施例。在下文中,將主要描述與第
六實施例的結構不同的結構。在本實施例中,電流減小控制電路70測量從
打開開關元件50的開關信號開始輸入到驅動器電路40的時刻到驅動器電
路40在開關信號正在被輸入到驅動器電路40的同時驅動開關元件50的時
刻的定時器時段。電流減小控制電路70在定時器時段已經經過時輸出電流
減小信號。

圖11是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖11所示,電流減
小控制電路70包括反相器74、延遲電路75和AND電路73。

反相器74是將開關信號IN反相并且將經反相的開關信號IN輸入到延
遲電路75中的反相元件。延遲電路75是通過延遲預定的定時器時段來輸
出來自反相器74的信號的定時器電路。延遲電路75的輸出TIMER_OUT
在定時器時段期間處于高電平信號,并且在定時器時段已經經過以后變為
低電平信號。定時器時段被確定為是直到開關元件50變為導通狀態為止的
時間段。

圖12A是延遲電路75的電路圖。如圖12A所示,延遲電路75具有電
阻75a、電容器75b和反相器75c。延遲電路75被配置為CR電路,在該
CR電路中,輸入到其中的信號通過延遲時間常數(定時器時段)在反相器
75c處被反相并且被輸出。

圖12A中所示的電阻75a可以被修改為如圖12B所示的可變電阻75a。
通過調整電阻值,定時器時段可以與直到開關元件50變為導通狀態為止的
導通時段相一致。

AND電路73被配置為根據開關信號IN和延遲電路75的輸出
TIMER_OUT來接通或關斷恒定電流產生器30的開關31。也即是說,當開
關信號10和延遲電路75的輸出均處于高電平時,AND電路73輸出作為
電流減小信號的關閉命令的高電平信號以接通開關31。當開關信號和延遲
電路75的輸出中的至少一個處于低電平時,AND電路73輸出作為電流減
小信號的導通命令的低電平信號以關斷開關31。

如上所述,電流減小控制電路70測量從開關信號通過延遲電路50被
輸入到驅動器電路40中的時刻到驅動器電路40打開開關元件50的時刻的
定時器時段,并且在定時器時段已經經過的時刻減小恒定電流產生器30的
電流I_OUT。

接下來,將參照圖13中所示的時間圖來描述圖11和圖12中所示的負
載驅動器的操作。

當開關信號IN在時刻T20變為高電平時,驅動器電路40的輸出
BUFOUT開始增加。因為低電平信號通過反相器74被輸入到延遲電路75
中,所以通過反相器75c,延遲電路75的輸出TIMER_OUT處于與電流減
小信號的關閉命令相對應的高電平,直到經過了定時器時段(即,圖13中
的延遲時段)為止。

因此,恒定電流產生器30接通開關31,以通過將通過第一恒定電流源
32的電流加到通過第二恒定電流源33的電流來產生具有第一電流值的恒定
電流。因此,恒定電流產生器30的輸出I?OUT變為第一電流值。因此,恒
定電流產生器30向驅動器電路40提供具有第一電流值的恒定電流。

在時刻T21,因為已經經過了定時器時段(延遲),所以通過反相器75c,
延遲電路75的輸出TIMER_OUT變為與電流減小信號的導通命令相對應的
低電平。因此,恒定電流產生器30關斷開關31。因此,恒定電流產生器
30的輸出I_OUT變為小于第一電流值的第二電流值,并且提供給驅動器電
路40的恒定電流的電流值減小。

在時刻T22,開關信號IN變為關斷開關元件50的低電平。在時刻T23,
即,從T22開始已經經過了定時器時段(延遲)時,延遲電路75的輸出
TIMER_OUT變為高電平。然而,開關信號IN處于低電平。因此,AND
電路73的輸出IN_CUR處于與電流減小信號的導通命令相對應的低電平。
因此,即使延遲電路75的輸出TIMER_OUT變為高電平,提供給驅動器電
路40的電流也不會增加。

如上所述,因為負載驅動器具有通過延遲電路75測量定時器時段的電
流減小控制電路70,所以電流減小信號可以在負載驅動器內產生。因此,
不必從外部設備饋送電流減小信號。

在本實施例中,CR電路被用作延遲電路75的示例。可替換地,可以
利用使用時鐘對時間進行計數的數字定時器。此外,延遲電路75與定時器
電路相對應。

(第八實施例)

將參照圖14來描述第八實施例。在下文中,將主要描述與第六實施例
的結構不同的結構。圖14是根據第八實施例的負載驅動器的示意圖。如圖
14所示,功率元件10可以用作負載10,并且電流減小控制電路70可以添
加到預驅動器單元60。此外,例如,開關元件50是P溝道MOSFET。

應當注意的是,功率元件10的導通狀態表示傳導狀態,功率元件10
的關閉狀態表示非傳導狀態。這可以應用于其它實施例。

在功率元件10用作負載10的情況下,通過經由驅動器電路40關閉開
關元件50來將電壓應用于功率元件10的柵極,并且在功率元件10變為導
通狀態以后提供給驅動器電路40的恒定電流減小。因此,在本實施例中,
電流減小控制電路70通過將功率元件10的柵極電壓與比較器閾值進行比
較來檢測功率元件10在開關信號被輸入到驅動器電路40中時變為導通狀
態的時刻,并且在所檢測的時刻輸出電流減小信號的導通命令。即,電流
減小控制電路70的比較器72將功率元件10的柵極電壓與比較器閾值進行
比較。

在這種結構中,減小恒定電流產生器的恒定電流的電流值的電流減小
信號可以在負載驅動器內產生。不從外部設備饋送電流減小信號。

(第九實施例)

將參照圖15來描述第九實施例。在下文中,將主要描述與第七實施例
的結構不同的結構。圖15是根據第九實施例的負載驅動器的電路圖。

如圖15所示,功率元件10被用作負載10。此外,負載驅動器具有如
圖11所示的電流減小控制電路70。在圖15的示例中,開關元件50是P溝
道MOSFET。

電流減小控制電路70通過延遲電路75來檢測從開關信號開始被輸入
到驅動器電路40中的時刻到功率元件10在開關信號被輸入到驅動器電路
40中時變為導通狀態的時刻的定時器時段,并且在已經經過了定時器時段
時輸出電流減小信號的導通命令。即,定時器時段被確定為是直到功率元
件10變為導通狀態為止的時間段。

如上所述,包括延遲電路75的電流減小控制電路70可以用在負載驅
動器中。

(第十實施例)

將參照圖16來描述第十實施例。在下文中,將主要描述與第八實施例
的結構不同的結構。圖16是根據第十實施例的負載驅動器的電路圖。

如圖16所示,可以將對功率元件10的柵極進行上拉的電阻61替換為
恒定電流源62。在該情況下,開關元件50是P溝道MOSFET。

恒定電流源62向功率元件10的柵極提供恒定電流,直到功率元件10
的柵極電壓達到預定電壓為止,即,當開關元件50被關閉時的導通電壓。
通過這種方式,可以通過從恒定電流源62提供的恒定電流來驅動功率元件
10的柵極。

在該情況下,恒定電流源62與第三恒定電流源相對應。

(第十一實施例)

將參照圖17來描述第十一實施例。在下文中,將主要描述與第九實施
例的結構不同的結構。

圖17是根據第十一實施例的負載驅動器的電路圖。如圖17所示,還
是在電流減小控制電路70是由延遲電路75構成的情況下,與第十實施例
類似,可以將對功率元件10的柵極進行上拉的電阻61替換為恒定電流源
62。

在該情況下,恒定電流源62與第三恒定電流源相對應。

(第十二實施例)

將參照圖18至圖20來描述第十二實施例。在下文中,將主要描述與
第十實施例和第十一實施例的結構不同的結構。

在第十實施例和第十一實施例中,開關元件50是使用恒定電流源62
通過恒定電流來驅動的。因此,在根據第十二實施例的負載驅動器中,使
用通過恒定電流源62的電流來產生電流減小信號。

圖18是根據第十二實施例的負載驅動器的電路圖。如圖18所示,負
載驅動器包括預驅動器單元60(其包括恒定電流產生器30和驅動器電路
40)、向功率元件10的柵極提供恒定電流以驅動功率元件10的柵極的恒定
電流源62、打開和關閉功率元件10的開關元件50以及電流控制電路80。

此外,作為用于驅動作為負載的功率元件10的整個電路結構,負載驅
動器包括監測恒定電流源62的電流值的電流傳感器63。

恒定電流源62向開關元件50提供恒定電流I_OUT_IGBT,直到功率
元件10的柵極電壓在開關元件50被關閉時達到導通電壓為止。

電流傳感器63檢測通過恒定電流源62的電流。例如,電流傳感器63
是以非接觸的方式檢測磁場的電流檢測傳感器,例如霍爾元件。電流傳感
器63在所檢測的電流超出確定閾值時輸出高電平信號,并且在所檢測的電
流低于預定閾值時輸出低電平信號。

電流控制電路80根據開關信號IN和電流傳感器63的確定結果
IGBT_CUR輸出電流減小信號。具體地說,電流控制電路80接收開關信號
IN和電流傳感器63的檢測結果,并且在接收到打開功率元件10的開關信
號IN以后在來自電流傳感器63的確定結果低于確定閾值時輸出電流減小
信號的導通命令。

圖19是電流控制電路80的電路圖。如圖19所示,電流控制電路80
包括反相器81、D型雙穩態多諧振蕩器(DFF)82、反相器83和AND電
路84。

反相器81將電流傳感器63的確定結果反相,并且將經反相的結果發
送到D型雙穩態多諧振蕩器82的CLK端中。D型雙穩態多諧振蕩器82的
輸入端被應用來自電源的恒定電壓。因此,在反相器81的輸出AA從低電
平變為高電平的時刻對D型雙穩態多諧振蕩器82的輸出BB進行控制。反
相器83將D型雙穩態多諧振蕩器82的輸出B進行反相,并且將經反相的
輸出發送到AND電路84。

AND電路84根據開關信號IN和反相器83的輸出CC來產生接通或關
斷開關31的輸出IN_CUR。當開關信號IN和反相器83的輸出CC都處于
高電平時,AND電路84輸出作為電流減小信號的關閉命令的高電平信號,
以接通開關31。另一方面,當開關信號和反相器83的輸出CC中的至少一
個處于低電平時,AND電路84輸出作為電流減小信號的導通命令的低電
平信號,以關斷開關31。

如上所述,電流控制電路80被配置為根據通過恒定電流源62的電流
來減小恒定電流產生器30的電流I_OUT。

接下來,將參照圖20中所示的時間圖來描述圖18中所示的負載驅動
器的操作。

在時刻T30,開關信號IN變為高電平。此外,因為電流不通過恒定電
流源62,所以電流傳感器63的確定結果I_OUT_IGBT變為低電平輸出。
因此,反相器81的輸出AA保持在高電平,并且D型雙穩態多諧振蕩器
82的輸出B保持在低電平。因此,因為反相器83的輸出CC處于高電平,
所以AND電路84的輸出IN_CUR與電流減小信號的關閉命令相對應。

因此,恒定電流產生器30的輸出I_OUT變為第一電流值,其中,通
過第一恒定電流源32的電流加到第二恒定電流源33的電流。恒定電流產
生器30向驅動器電路40提供具有第一電流值的恒定電流。因此,驅動器
電路40的輸出BUFOUT響應于第一電流值開始增加。

在時刻T31,當開關元件50由驅動器電路40關閉時,通過恒定電流源
62的電流I_OUT?IGBT增加,并且功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE增
加。

在時刻T32,當通過恒定電流源62的電流I_OUT_IGBT超出確定閾值
時,電流傳感器63的確定結果IGBT_CUR變為高電平。因此,反相器81
的輸出M從高電平變為低電平。

此后,功率元件10的柵極電壓增加。當功率元件10的柵極電壓增加
到恒定電流源62的電源電壓的電平時,即,在時刻T33,來自恒定電流源
62的電流停止。因此,通過恒定電流源62的電流I_OUT_IGBT低于確定
閾值。

通過這種方式,電流傳感器63的確定結果IGBT_CUR變為低電平,
并且因此反相器81的輸出AA從低電平變為高電平。在該時刻,D型雙穩
態多諧振蕩器82的輸出B變為高電平,并且反相器83的輸出CC變為低
電平。因此,AND電路84的輸出IN_CUR變為電流減小信號的導通命令。
通過這種方式,因為恒定電流產生器30關斷開關31,所以恒定電流產生器
30的輸出I_OUT通過經過第二電流源33的電流變為第二電流值。因此,
具有第二電流值的恒定電流被提供給驅動器電路40。

在時刻T34,當開關信號IN變為低電平時,AND電路84的輸出IN_CUR
處于低電平。即,電流減小信號的導通命令繼續。

如上所述,可以使用通過恒定電流源62的電流來產生減小恒定電流產
生器30的電流值的電流減小信號。不必從外部設備向負載驅動器輸入電流
減小信號。

在本實施例中,電流傳感器63使用確定閾值來確定電流,并且輸出確
定結果。可替換地,電流傳感器63只檢測電流也是可能的,并且在電流控
制電路80中做出電流是否超出確定閾值的判斷。

(第十三實施例)

將參照圖21來描述第十三實施例。在下文中,將主要描述與第八實施
例的結構不同的結構。

圖21是根據第十三實施例的負載驅動器的電路圖。如圖21所示,可
以通過將預驅動器單元60的驅動器電路40配置為反相的輸出并且構造N
溝道MOSFET的開關元件50,使打開功率元件10的柵極的邏輯與第八實
施例的邏輯相一致。

在關閉功率元件10的情況下使用本實施例。當驅動器電路40的輸出
處于高電平時,即,當開關元件50被打開并且功率元件10的柵極電壓處
于低電平時,通過電流減小控制電路70中產生的電流減小信號將恒定電流
產生器30的電流值減小到第二電流值。通過向驅動器電路40提供具有第
二電流值的恒定電流來關閉功率元件10。因此,同樣在關閉功率元件10的
情況下,可以實現與第五實施例的有益效果類似的有益效果。

電流減小控制電路70具有NOR電路73a,NOR電路73a輸出開關信
號IN和比較器72的COMP_OUT的NOR邏輯。NOR電路73a的輸出
IN_CUR提供電流減小信號。

(第十四實施例)

將參照圖22來描述第十四實施例。在下文中,將主要描述與第十三實
施例的結構不同的結構。

圖22是根據第十四實施例的負載驅動器的電路圖。如圖22所示,與
第十實施例和第十一實施例類似,功率元件10的柵極可以由從恒定電流源
62提供的恒定電流來驅動。

在第十三實施例和第十四實施例中,電流減小控制電路70示例性地使
用比較器72。可替換地,電流減小控制電路70可以使用延遲電路75。

(第十五實施例)

將參照圖23和圖24來描述第十五實施例。在下文中,將主要描述與
第十三實施例的結構不同的結構。

圖23是根據第十五實施例的負載驅動器的電路圖。如圖23所示,P
溝道MOSFET和N溝道MOSFET分別作為開關元件51、50連接在電源20
與參考電壓線之間。與N溝道MOSFET相比,P溝道MOSFET更接近于
電源20。開關元件50、51構成反相器。

具體地說,開關元件50與第十三實施例的開關元件50相對應。此外,
P溝道開關元件51用于替換第十三實施例的結構中的電阻61。

功率元件10的柵極連接到開關元件50與開關元件51之間的點。因此,
當驅動器電路40的輸出BUFOUT處于高電平時,開關元件50打開并且開
關元件51關閉。因此,功率元件10的柵極電壓降低。另一方面,當驅動
器電路40的輸出BUFOUT處于低電平時,開關元件50關閉并且開關元件
51打開。因此,功率元件10的柵極電壓增加。

接下來,將參照圖24中所示的時間圖來描述圖23中所示的負載驅動
器的操作。

首先,當開關信號IN處于高電平時,驅動器電路40的輸出BUFOUT
處于低電平,這是因為驅動器電路40產生反相的輸出。此外,開關元件50
處于關閉狀態,并且開關元件51處于導通狀態。因此,功率元件10的柵
極電壓IGBT_GATE處于高電平,并且因此,功率元件10處于導通狀態。

因為開關信號IN處于高電平,因此NOR電路73a的輸出IN_CUR處
于與電流減小信號的導通命令相對應的低電平。因此,恒定電流產生器30
向驅動器電路40提供具有第二電流值的恒定電流。

在時刻T40,當開關信號IN變為低電平時,開關元件50打開并且開
關元件51關閉。因此,功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE開始減小。剛
好在時刻T40之后,功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE處于等于或高于
比較器閾值的電平。因此,比較器72的輸出COMP_OUT處于低電平。

在時刻T41,當功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE變為低于比較器
閾值時,比較器72的輸出COMP_OUT變為高電平。因此,即使開關信號
IN處于低電平,NOR電路73a的輸出IN_CUR也處于與電流減小信號的導
通命令相對應的低電平。因此,恒定電流產生器30向驅動器電路40提供
具有小于第一電流值的第二電流值的恒定電流。

在時刻T42,當開關信號IN變為打開功率元件10的高電平時,驅動
器電路40的輸出BUFOUT下降為低電平。通過這種方式,因為開關元件
50關閉并且開關元件51被打開,所以柵極電壓開始增加。

在時刻T43,當功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE超出比較器閾值
時,比較器72的輸出COMP_OUT變為低電平。在該時刻,因為開關信號
IN已經處于高電平,所以NOR電路73a的輸出IN_CUR維持在與電流減
小信號的導通命令相對應的低電平。因此,提供給驅動器電路40的電流值
不會增加。

如上所述,功率元件10可以由包括開關元件50、51的反相器來驅動。
在該情況下,開關元件50對應于第一開關元件,開關元件51對應于第二
開關元件。

(第十六實施例)

將參照圖25至圖28來描述第十六實施例。通常,諸如IGBT等的功率
元件10的驅動部分具有防止短路和過流的保護功能。本實施例具有當保護
功能接收到短路(過流)信號時通過將功率元件10的柵極電壓鉗位(clamp)
在恒定電壓來確定短路(過流)的結構。

圖25是根據第十六實施例的負載驅動器的電路圖。如圖25所示,預
驅動器單元60包括恒定電流產生器30、驅動器電路40和電流減小控制電
路70。作為用于驅動功率元件10的整個結構,除了預驅動器單元60以外,
負載驅動器還包括開關元件50、恒定電流電路64和箝位電路65。

開關元件50是N溝道MOSFET。驅動器電路40通過經反相的輸出來
驅動開關元件50。與圖2中所示的第一實施例的恒定電流產生器30類似,
恒定電流產生器30包括開關31(例如,圖2中的SW-A)、第一恒定電流
源32和第二恒定電流源33。

恒定電流電路64連接在電源20與開關元件50之間。恒定電流電路64
向功率元件10的柵極提供恒定電流,直到功率元件10的柵極電壓達到預
定電壓(即當開關元件50被驅動時的導通電壓)為止。

圖26A是恒定電流電路64的電路圖。如圖26A所示,恒定電流電路
64包括電阻64a(R1)、電阻64b(R2)、運算放大器64c、恒定電流產生器
64d、開關元件64e、恒定電流源64f和開關元件64g。在圖26A所示的結
構中,電阻64b、運算放大器64c、恒定電流產生器64d、恒定電流源64f
和開關元件64g構成用于驅動開關元件64e的預驅動器單元。預驅動器單
元與圖26A中由虛鏈線圍繞的部分相對應。

電阻64a是敏感電阻(sensing?resistor),與提供給功率元件10的柵極
的恒定電流相對應的電流通過該敏感電阻。電阻64a的第一端連接到電源
20(VB),電阻64a的第二端連接到開關元件64e。電阻64b的第一端連接
到電源20,電阻64b的第二端連接到恒定電流源64f。

運算放大器64c具有通過根據電阻64b的第二端的電壓對通過電阻64a
的電流執行反饋控制來對提供給功率元件10的柵極的恒定電流(Iout)的
值進行調節的功能。

運算放大器64c的非反相輸入端連接到電阻64b的第二端和恒定電流
源64f之間的連接點。因此,運算放大器64c的非反相輸入端被應用與電阻
64b的第二端相對應的第一電壓。即,假設電源20的電壓為VB,通過電阻
64b的電流為I3,并且電阻64b的電阻值為R2,則第一電壓與從電源20的
電源電壓減去參考電壓的電壓(即,VB-I3×R2)相對應。

另一方面,運算放大器64c的反相輸入端連接到電阻64a的第二端。
因此,運算放大器64c的反相輸入端被應用與電阻64a的第二端相對應的第
二電壓。即,假設通過電阻64a的電流是lout,并且電阻64a的電阻值為
R1,則第二電壓與從電源20的電源電壓減去電阻64a的電壓下降的電壓
(即,VB-lout×R1)相對應。

恒定電流產生器64d產生恒定電流,該恒定電流確定運算放大器64c
的電容,即,開關速度。如圖26B所示,恒定電流產生器64d具有開關31
(SW-A)、第一恒定電流源32和第二恒定電流源33。因此,當根據電流減
小信號的導通命令接通開關31時,具有第一電流值的恒定電流被提供給運
算放大器64c,其中,通過第一恒定電流源32的電流被加到通過第二恒定
電流源33的電流。另一方面,當開關31關斷時,只有通過第二恒定電流
源33的電流作為具有第二電流值的恒定電流被應用于運算放大器64c。

應當注意的是,恒定電流產生器64d具有與上面所描述的恒定電流產
生器30的結構類似的結構。然而,恒定電流產生器64d可以具有任何其它
結構,例如,第三實施例的結構。

開關元件64e是由運算放大器64c的輸出驅動的半導體元件。例如,
開關元件64e是P溝道MOSFET。開關元件64e的柵極連接到運算放大器
64c的輸出端,開關元件64e的源極連接到電阻64a的第二端。此外,開關
元件64e的漏極連接到功率元件10的柵極。

恒定電流源64f向電阻64b提供恒定電流I3。恒定電流源64f連接在電
阻62b的第二端與諸如接地等的參考電壓線之間。

開關元件64g連接在電源20與運算放大器64c的輸出端之間。開關元
件64g是由開關信號驅動的。例如,開關元件64g是P溝道MOSFET。因
此,開關元件64g的源極連接到電源20,開關元件64g的漏極連接到運算
放大器64c的輸出端。

具有上面所描述的結構的恒定電流電路64對通過電阻64a的電流的值
執行反饋控制,使得與電阻64a的第二端對應的第一電壓和與電阻64b的
第二端對應的第二電壓彼此相等。

具體地說,因為運算放大器64c的輸入端具有相等的電勢,所以運算
放大器64c控制開關元件64e,使得與電阻64的第二端對應的第一電壓(VB
-Iout×R1)和與電阻64b的第二端對應的第二電壓(VB-I3×R2)彼此相
等。因此,通過電阻64a的恒定電流Iout被定義為Iout=(R2/R1)×I3,并
且通過電阻64a的電流作為具有恒定電流值的恒定電流被提供給功率元件
10的柵極。

如由上面的表達式Iout=(R2/R1)×I3所定義的,與通過電阻64b的電
流的值成正比的電流通過電阻64a。因此,因為恒定電流源64f的電流I3
通過電阻64b,所以與電流I3成正比的電流通過電阻64a。

箝位電路65具有通過避免柵極電壓的快速改變來限制由于短路中的脈
沖跳增和電涌(surge)引起的功率元件10的損壞的功能。即,箝位電路
65根據從外部設備饋送的箝位電路ON/OFF開關信號來將應用于功率元件
10的柵極的電壓箝位于箝位電壓。箝位電路65具有串聯連接的開關65a和
齊納二極管65b。開關65a連接到功率元件10的柵極。

箝位電路65被配置為接收指示功率元件10的短路的IGBT短路檢測信
號。當接收到IGBT短路檢測信號時,箝位電路65將功率元件10的柵極電
壓箝位于低于預定電壓的箝位電壓。

根據IGBT短路信號接通或關斷開關65a。功率元件10的短路是由短
路檢測電路(未示出)等來檢測的,并且以IGBT短路檢測信號的形式被饋
送到箝位電路65中。

電流減小控制電路70在驅動器電路40關閉開關元件50并且功率元件
10在開關信號被輸入到驅動器電路40中時達到導通狀態的時刻向恒定電流
電路64產生電流減小信號的關閉命令。此外,電流減小控制電路70在驅
動器電路40打開開關元件50并且功率元件10在開關信號被輸入到驅動器
電路40中時達到關閉狀態的時刻向恒定電流產生器30產生電流減小信號
的關閉命令。具體地說,電流減小控制電路70包括比較器72、AND電路
73、參考電壓源76、參考電壓源77、OR電路78和NOR電路79。

參考電壓源76是設置柵極H確定閾值用以確定功率元件10的柵極電
壓IGBT?GATE是否處于高電平的電壓源。參考電壓源77是設置柵極L確
定閾值用以確定功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE是否處于低電平的電
壓源。

根據比較器72的輸出COMP_OUT,將參考電壓源76和參考電壓源
77可選擇地連接到比較器72的非反相輸入端。當比較器72的輸出
COMP_OUT處于高電平時,比較器72的非反相輸入端切換到參考電壓源
76。當比較器72的輸出COMP_OUT處于低電平時,比較器72的非反相輸
入端切換到參考電壓源77。

因此,比較器72在功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE低于柵極L
確定閾值時產生高電平信號,并且在該柵極電壓IGBT_GATE超出柵極H
確定閾值時產生低電平信號。

AND電路73僅在開關信號IN和比較器72的輸出COMP_OUT均處于
高電平時才輸出高電平信號。

OR電路78在AND電路73的輸出和IGBT短路檢測信號中的一個處
于高電平時輸出高電平信號。OR電路78的輸出IN_CUR1與用于控制恒定
電流電路64的電流值Pre_Iout1的電流減小信號相對應。在本實施例中,
OR電路78在從IGBT短路檢測信號的高電平信號從外部設備輸入的時刻
到IGBT短路檢測信號的輸入被釋放的時刻(即,直到IGBT短路檢測信號
的低電平信號被輸入為止)的時段內輸出電流減小信號的關閉命令。

NOR電路79僅在開關信號IN和比較器72的輸出COMP_OUT均處于
低電平時才輸出高電平信號。NOR電路79的輸出IN_CUR2與用于控制恒
定電流產生器30的電流值Pre_Iout2的電流減小信號相對應。

在OR電路78和NOR電路79中,處于低電平的輸出與電流減小信號
的導通命令相對應,處于高電平的輸出與電流減小信號的關閉命令相對應。

在具有上面所描述的結構的負載驅動器中,電流減小控制電路70根據
電流減小信號的導通命令或關閉命令來控制提供給驅動器電路40的電流
值,所述電流減小信號是由NOR電路79的輸出IN_CUR2來指示的。

此外,恒定電流電路64根據由電流減小控制電路70的輸出IN_CUR1
指示的電流減小信號的關閉命令,使用具有第一電流值的恒定電流來驅動
功率元件10的柵極,直到經過了功率元件10被打開的導通時段為止,即,
直到功率元件10達到導通狀態的導通時刻為止。

在已經經過導通時段以后,恒定電流電路64根據由電流減小控制電路
70的輸出IN_CUR1指示的電流減小信號的導通命令,使用具有小于第一電
流值的第二電流值的恒定電流來驅動開關元件64e。

將參照圖27中所示的時間圖來詳細描述負載驅動器的操作。

首先,功率元件10處于導通狀態直到時刻T50為止。直到時刻T50為
止,恒定電流產生器30根據來自電流減小控制電路70的電流減小信號的
導通命令來向驅動器電路40提供具有第二電流值的恒定電流。

在時刻T50,當開關信號IN變為關閉功率元件10的低電平時,指示
低電平的開關信號IN和比較器72的低電平信號被輸入到NOR電路79中。
因此,NOR電路79的輸出IN_CUR2變為電流減小信號的關閉命令,并且
恒定電流產生器30向驅動器電路40提供具有第一電流值的電流Pre_Iout2。
因為比較器72的輸出COMP_OUT處于低電平,因此比較器72的閾值被設
置為柵極L確定閾值。

在時刻T50以后,功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE減小。此外,
在時刻T51,當功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE變為小于柵極L確定
閾值時,比較器72的輸出COMP_OUT變為高電平。

因此,NOR電路79的輸出IN_CUR2指示電流減小信號的導通命令,
并且因此,恒定電流產生器30向驅動器電路40提供具有小于第一電流值
的第二電流值的電流Pre_Iout2。

通過這種方式,在從時刻T50到時刻T51的時段內,通過隨著提供給
驅動器電路40的電流值的增加快速地接通N溝道開關元件50,功率元件
10的柵極快速地關閉。此外,因為AND電路73從比較器72接收低電平
信號,所以到OR電路78的輸出也處于低電平。在該情況下,輸入到OR
電路78中的IGBT短路檢測信號也處于低電平。因此,電流減小控制電路
70到恒定電流電路64的輸出IN_CUR1維持電流減小信號的導通命令。

在時刻T52,當開關信號IN變為打開功率元件10的高電平時,AND
電路73接收指示高電平的開關信號IN和比較器72的高電平信號。在該情
況下,AND電路73的輸出變為高電平,并且因此,OR電路78到恒定電
流產生器64d的輸出IN_CUR1變為電流減小信號的關閉命令。因此,提供
給運算放大器64c的電流Pre-Iout1增加到第一電流值。

因此,在時刻T53,因為從恒定電流電路64向開關元件50提供的電流
Iout增加,所以功率元件10的柵極電壓隨著恒定電流電路64的電流Iout
的增加而快速增加。因為比較器72的輸出COMP_OUT處于高電平,所以
比較器72的閾值被設置為柵極H確定閾值。

在時刻T54,當功率元件10的柵極電壓IGBT_GATE超出柵極H確定
閾值時,比較器72的輸出COMP_OUT變為低電平。在該情況下,因為AND
電路73的輸出變為低電平,所以OR電路78的輸出IN_CUR1指示電流減
小信號的導通命令,并且因此恒定電流產生器64d向運算放大器64c提供
具有比第一電流值更小的第二電流值的電流Pre_Iout1。

通過這種方式,在從時刻T52到時刻T54的時段中,通過隨著提供給
運算放大器64c的電流的增加而增加從恒定電流電路64向功率元件10的
柵極提供的電流,功率元件10的柵極被快速打開。此外,因為NOR電路
79接收作為開關信號IN的高電平信號,所以NOR電路79的輸出IN_CUR2
變為低電平。因此,電流減小控制電路70到恒定電流產生器30的輸出
IN_CUR2維持電流減小信號的導通命令。

從時刻T52到時刻T54經過鏡像時段和箝位電壓保持時段,在時刻T54
以后,功率元件10的柵極電壓變為處于全導通時段。鏡像時段中的柵極電
壓是由作為功率元件10的IGBT的特性(例如,放大因子)所確定的鏡像
電壓,并且在時刻T52以后首先變為恒定電壓。箝位電壓保持時段與在鏡
像時段以后柵極電壓再次變為恒定電壓的時段相對應。

在箝位電壓保持時段中,開關65a根據輸入到箝位電路65中的箝位電
路ON/OFF開關信號被打開,以使柵極電壓保持在箝位電壓。因此,降低
了當功率元件10打開時短路的電涌損壞。當開關65a根據箝位電路ON/OFF
開關信號關閉時,柵極電壓增加并且功率元件10在時刻T54變為處于全導
通狀態。

接下來,將參照圖28中所示的時間圖來描述在當功率元件10被打開
時檢測到短路的情況下的負載驅動器的操作。在圖28中,直到時刻T54為
止的操作與圖27中所示的操作相同。在圖28中,虛線波形指示功率元件
10中未發生短路的常規操作。

在時刻T55,當檢測到功率元件10短路時,用于接通開關65a的箝位
電路ON/OFF開關信號和指示高電平的IGBT短路檢測信號被輸入到負載驅
動器中。在該情況下,箝位電路65設法使柵極電壓保持在箝位電壓上,并
且因此柵極電壓從全導通電壓減小到箝位電壓。

此外,因為OR電路78接收指示高電平的IGBT短路檢測信號,所以
OR電路78的輸出IN_CUR1指示電流減小信號的關閉命令。在該情況下,
恒定電流產生器64d的電流Pre_Iout1增加,并且運算放大器64c的輸出
AMP_OUT增加。

即,在檢測到功率元件10短路的時刻,釋放恒定電流產生器64d的電
流減小,以恢復運算放大器64c的已經被減小的載流量。因此,如由圖28
中的虛線包圍的部分S所示,運算放大器64c的載流量被平滑地增加到穩
定的輸出水平。因此,控制恒定電流的電路的響應隨著運算放大器64c的
載流量的增加而得以改進,并且因此在時刻T55以后的電流Iout的脈沖跳
增降低。

如果運算放大器64c的載流量未被恢復,則運算放大器64c的回轉速
率(slew?rate)保持在較低水平。因此,開關元件64e的柵極控制被延遲,
并且恒定電流電路64的整個系統的響應下降。因此,在該情況下,需要花
時間來將輸出AMP_OUT增加到穩定的輸出水平,如圖28中的部分S所示。
因此,恒定電流Iout的脈沖跳增較大,并且時段較長。因此,電流消耗和
熱量生成增加。

因此,如上文所描述的,當功率元件10短路時,恒定電流電路64的
載流量增加。因此,恒定電流電路64的響應得以改進。此外,減小了脈沖
跳增,并且減小了消耗電流。

在時刻T56以后,執行與從時刻T50到時刻T51的時段中的操作類似
的操作,以關閉功率元件10。

當功率元件10關閉時,IGBT短路檢測信號從高電平變為低電平,即,
釋放IGBT短路檢測信號的輸入。此外,箝位電路ON/OFF開關信號變為低
電平。

因此,因為當功率元件10短路時通過電流減小控制電路70增加了恒
定電流電路64的載流量,所以降低了恒定電流產生器64中的電流消耗,
迅速地增加了功率元件10的柵極電壓。

在本實施例中,通過電流減小控制電路70的比較器72示例性地監測
功率元件10的柵極電平。可替換地,包括第七實施例的延遲電路75的結
構或者包括第十二實施例的電流控制電路80的結構可以用于監測功率元件
10的柵極電平。

(第十七實施例)

將參照圖29至圖31來描述第十七實施例。例如,根據本實施例的負
載驅動器用于驅動諸如發動機等的負載。

圖39是根據本實施例的處于連接到負載110的狀態的示意性電路圖。
如圖39所示,負載驅動器包括驅動器電路130、功率元件140和箝位電路
150。驅動器電路130連接到電源120。功率元件140和箝位電路150連接
到驅動器電路130。

功率元件140是用于驅動負載110的半導體開關元件。例如,在本實
施例中,功率元件140是IGBT。功率元件140的驅動端141(其用作柵極
端)連接到驅動器電路130。例如,負載110連接到功率元件140的發射極。

驅動器電路130包括第一開關131a和第二開關131b,第一開關131a
和第二開關131b是由來自外部設備的柵極ON/OFF開關信號來驅動的。驅
動器電路130通過驅動第一開關131a和第二開關131b來向功率元件140
的驅動端141提供恒定電流,從而打開和關閉功率元件140。在下文中,柵
極ON/OFF開關信號被簡稱為開關信號。

驅動器電路130包括可變恒定電流電路132,用于根據從外部設備提供
的電流減小信號來調節提供給驅動端141的恒定電流的值。可變恒定電流
電路132在應用于驅動端141的電壓達到預定電壓以后,減小提供給驅動
端141的恒定電流的值。

箝位電路150具有限制由于脈沖調整和電涌引起的對功率元件140的
損壞的功能。箝位電路150將應用于驅動端141的電壓箝位于預定的電壓,
以限制應用于驅動端141的電壓的突然改變。箝位電路150連接在驅動端
141與諸如接地等的參考電壓線之間。

如上文所描述的,當驅動器電路130向驅動端141提供恒定電流時,
應用于驅動端141的電壓上升。當應用于驅動端141的電壓達到預定電壓
時,箝位電路150將應用于驅動端141的電壓箝位于預定電壓。

在附圖中,例如,參考電壓線是接地的。然而,參考電壓線可以具有
除了接地以外的電勢。

箝位電路150根據從外部設備饋送的控制信號來將應用于驅動端141
的電壓箝位于預定電壓。例如,箝位電路150包括二極管元件。箝位電路
150是通過具有低電平的控制信號來操作的。

接下來,將參照圖30來詳細描述負載驅動器的驅動器電路130的結構。
如上文所描述的,驅動器電路130包括可變恒定電流電路132、第一開關
131a和第二開關131b。

首先,將描述可變恒定電流電路132的結構。如圖30所示,可變恒定
電流電路132包括第一電阻133(R11)、第二電阻134(R12)、運算放大器
135、開關元件136和恒定電流源137。

第一電阻133被提供用于感測與通過功率元件140的驅動端141的恒
定電流對應的電流。第一電阻133的第一端連接到電源(VB),第一電阻
133的第二端連接到開關元件136。第二電阻134的第一端連接到電源120,
第二電阻134的第二端連接到恒定電流源137。

運算放大器135根據第二電阻134的第二端處的電壓來對通過第一電
阻133的電流執行反饋控制,以調節提供給驅動端141的恒定電流的值。

運算放大器135的非反相輸入端(+)連接到第二電阻134的第二端和
恒定電流源137之間的連接點。因此,運算放大器135的非反相輸入端被
應用與第二電阻134的第二端處的電壓對應的第一電壓。即,假設電源的
電壓為VB,通過第二電阻134的電流為I,并且第二電阻134的電阻值為
R12,則第一電壓與通過從電源電壓減去參考電壓獲得的電壓(即,VB
-I×R12)相對應。

運算放大器135的反相輸入端(-)連接到第一電阻133的第二端。因
此,運算放大器135的反相輸入端被應用與第一電阻133的第二端處的電
壓相對應的第二電壓。即,假設通過第一電阻133的電流是Iout,并且第一
電阻133的電阻值是R11,則第二電壓與通過從電源電壓減去第一電阻133
處的壓降獲得的電壓(即,VB-Iout×R11)相對應。

開關元件136是由運算放大器135的輸出驅動的半導體元件。例如,
在本實施例中,開關元件136是P溝道MOSFET。

開關元件136的柵極連接到運算放大器135的輸出端,開關元件136
的源極連接到第一電阻133的第二端。此外,開關元件136的漏極連接到
功率元件140的驅動端141。

恒定電流源137可以改變通過第二電阻134的電流的值I。恒定電流源
137包括開關138、第一恒定電流源137a和第二恒定電流源137b。

第一恒定電流源137a通過開關138連接到第二電阻134的第二端。第
二恒定電流源137b直接連接到第二電阻134的第二端子。根據電流減小信
號的導通命令或關閉命令來接通或關斷開關138。

第一恒定電流源137a和第二恒定電流源137b可以具有相同的載流量
或者具有不同的載流量。第一恒定電流源137a和第二恒定電流源137b中
的每一個的載流量是根據通過接通和關斷開關131將要提供給第二電阻134
的恒定電流的值(強度)來確定的。

在這種結構中,當根據電流減小信號的導通命令接通開關138時,由
于通過第一恒定電流源137a的電流被加到通過第二恒定電流源137b的電
流,因此具有第一電流值的電流通過第二電阻134。

當根據電流減小信號的關閉命令關閉開關138時,通過第一恒定電流
源137a的電流從電源120和參考電壓線之間的通路切斷。因此,只有通過
第二恒定電流源137b的電流通過第二電阻134。即,通過第二恒定電流源
137b的電流的值被定義為第二電流值。因此,當開關138關斷時,具有小
于第一電流值的第二電流值的電流通過第二電阻134。

第一開關131a連接在電源120和運算放大器135的輸出端之間。例如,
在本實施例中,第一開關131a是由P溝道MOSFET提供的。因此,第一
開關131a的源極連接到電源120,第一開關131a的漏極連接到運算放大器
135的輸出端。

第二開關131b連接在驅動端141和諸如接地等的參考電壓線之間。例
如,在本實施例中,第二開關131b是由N溝道MOSFET提供的。因此,
第二開關131b的源極連接到驅動端141,第二開關131b的漏極連接到諸如
接地等的參考電壓線。

此外,反相器131c連接到第一開關131a的柵極。開關信號通過反相
器131c輸入到第一開關131a中。此外,開關信號被直接輸入到第二開關
131b中。因此,輸入到第一開關131a和第二開關131b中的一個的開關信
號相對于輸入到第一開關131a和第二開關131b中的另一個的開關信號被
反相。

負載驅動器具有上面所描述的電路結構。開關信號和電流減小信號從
諸如外部ECU等的外部設備輸入到負載驅動器。

接下來,將參照圖31來描述負載驅動器的操作。圖31是包括功率元
件40的柵極波形、用于驅動功率元件40的開關信號、用于操作箝位電路
50的控制信號和電流減小信號的時間圖。

當開關信號處于高電平時,第一開關131a接通,并且電源電壓被應用
于開關元件136的柵極。因此,開關元件136處于關閉狀態。此外,第二
開關131b接通,并且電流從驅動端141流到參考電壓線。因此,功率元件
140處于關閉狀態。

另一方面,當開關信號處于低電平時,第一開關131a關斷。因此,開
關元件136由運算放大器135的輸出驅動。此外,因為第二開關131b關斷,
所以恒定電流通過驅動端141被提供給箝位電路150。

如上文所描述的,驅動器電路130根據處于高電平的開關信號來關閉
功率元件140,并且根據處于低電平的開關信號來打開功率元件140。

在關閉部分(時段)以后,在時刻T10,當開關信號從高電平變為低電
平時,第一開關131a和第二開關131b關斷。因此,開關元件136由運算
放大器135來驅動。此外,控制信號被輸入到箝位電路150中以操作箝位
電路150。因此,形成了從電源120經由第一電阻133、開關元件136和驅
動端141到達箝位電路150的電流通路,并且恒定電流被提供給驅動端141。

此外,根據電流減小信號接通恒定電流源137的開關138。因此,由于
通過第一恒定電流源137a的電流被加到通過第二恒定電流源137b的電流,
因此具有第一電流值的電流通過第二電阻134。

在本實施例中,恒定電流源137的開關138根據電流減小信號被關斷
的狀態稱作電流減小模式關閉狀態,可變恒定電流電路132的開關138根
據電流減小信號被關斷的狀態稱作電流減小模式導通狀態。即,在時刻
T110,電流減小模式關閉。

當以上面所描述的方式將恒定電流提供給驅動端141時,功率元件140
的柵極電壓根據恒定電流的值呈梯度地上升。當柵極電壓達到功率元件140
的閾值電壓時,功率元件140變為導通狀態,并且柵極電壓達到鏡像電壓
(mirror?voltage)。

鏡像電壓是由功率元件140的諸如IGBT的放大因子等的特性來確定
的。在從時刻T110到時刻T111的鏡像部分(時段)內,鏡像電壓變為恒
定電壓。

可變恒定電流電路132對通過第一電阻133的電流執行反饋控制,使
得與第一電阻133的第二端對應的第一電壓等于與第二電阻134的第二端
對應的第二電壓。

具體地說,運算放大器135的輸入端具有相同的電勢。因此,運算放
大器135控制開關元件136,使得與第一電阻133的第二端對應的第一電壓
(即,VB-Iout×R11)和與第二電阻134的第二端對應的第二電壓(即,
VB-I×R12)彼此相等。因此,通過第一電阻133的恒定電流Iout被表示為
Iout=(I×R12)/R11,并且作為具有恒定值的恒定電流被提供給功率元件
140的驅動端141。

如上文所表示的(即,Iout=(I×R12)/R11),通過第一電阻133的電
流的值與通過第二電阻134的電流的值成正比。此外,因為通過第一恒定
電流源137a的電流被加到通過第二恒定電流源137的電流,因此具有第一
電流值的電流作為電流I通過第二電阻134。因此,與第一電流值成正比的
電流通過第一電阻133。

在經過了鏡像時段以后,柵極電壓從時刻T111開始再次上升。然后,
當應用于驅動端141的電壓(即,柵極電壓)達到預定電壓時,根據電流
減小信號關斷恒定電流源137的開關138。

即,電流減小模式打開。

因此,具有小于第一電流值的第二電流值的電流作為電流I通過第二電
阻134。即,只有通過第二恒定電流源137b的電流作為電流I通過第二電
阻134。

因為與第二電流值成正比的電流通過第一電阻133,因此通過第一電阻
133的電流的值減小到小于當恒定電流源137的開關138接通時的電流的
值。因此,通過驅動端141的恒定電流的值被減小到小于在電流減小模式
關閉以前的恒定電流的值。因此,通過箝位電路150的恒定電流的消耗量
被減小。

箝位電路150從時刻T110開始進行操作。在從鏡像時段結束的時刻
T111開始到時刻T113的箝位電壓保持時段(箝位部分)內,操作箝位電路
150以將應用于驅動端141的電壓箝位于預定電壓。

在箝位電壓保持時段內,應用于驅動端141的電壓被箝位于預定電壓。
因此,限制了柵極電壓的脈沖跳增,并且因此保護了功率元件140。此后,
在時刻T113,根據控制信號關閉箝位電路150。

此外,在時刻T113,根據電流減小信號接通恒定電流源137的開關138。
即,當電流減小模式被關閉時,與第一電流值成正比的電流通過功率元件
140的驅動端141。

換言之,通過驅動端141的恒定電流的值返回到原始值。在該情況下,
功率元件140的柵極電壓上升,并且達到最大驅動電壓。最大驅動電壓等
于或者基本上等于電源電壓。最大驅動電壓與使功率元件140的IGBT達到
全導通狀態的電壓相對應。在下文中,最大驅動電壓被簡稱為驅動電壓。

然后,在應用于驅動端141的電壓達到驅動電壓之后,在時刻T114,
根據電流減小信號再次關斷恒定電流源137的開關138。因此,電流減小模
式打開。因此,減小了提供給驅動端141的恒定電流的值。

在從時刻T113到時刻T115的全導通部分(時段)以后,在時刻T115,
輸入到驅動器電路130中的開關信號從低電平變為高電平。即,根據關閉
功率元件140的關閉命令,接通第一開關131a和第二開關131b,并且關閉
開關元件136。在該情況下,通過第二開關131b將在驅動端141處被充電
的電荷釋放到參考電壓線。

在從時刻T115開始到時刻T116的鏡像時段以后,在時刻T116,驅動
端141的柵極電壓下降至最小值。因此,柵極電壓小于功率元件140的閾
值電壓,并且因此關閉功率元件140。因此,在從時刻T116開始到時刻T110
的關閉部分(時段)內,功率元件140處于關閉狀態。

如上所描述的,在本實施例中,在應用于驅動端141的電壓增加的時
刻T110、T113關閉電流減小模式,從而增加了驅動器電路130的載流量。
在該情況下,提供給功率元件140的驅動端141的恒定電流的值增加。因
此,縮短了增加柵極電壓所需的時間段,并且減小了開關損失。

在應用于驅動端141的電壓被箝位在預定電壓的時刻T112和T114,
打開電流減小模式,從而減小了驅動器電路130的載流量。因此,減小了
恒定電流的值。

通過這種方式,因為流入箝位電路150的電流減小了,所以在功率元
件140打開的時段(即,從時刻T110到時刻T115的時段)內,用于驅動
功率元件140的恒定電流的消耗值減小了。

因為驅動器電路130具有可變恒定電流源137,所以通過根據電流減小
信號控制恒定電流源137,來控制驅動器電路130的載流量。

在柵極電壓從預定電壓進一步增加到最大驅動電壓的情況下,可以通
過增加恒定電流源的值來縮短將柵極電壓從預定電壓增加到最大驅動電壓
所需的時間段。因此,減小了功率元件140的開關損失。

(第十八實施例)

將參照圖32來描述第十八實施例。在下文中,將主要描述與第十七實
施例的結構不同的結構。

在第十七實施例中,提供給功率元件140的驅動端141的恒定電流的
值是通過調節驅動器電路130的恒定電流源137的載流量來控制的。在本
實施例中,提供給驅動端141的恒定電流的值是通過調節第二電阻134的
電阻值來控制的。

圖32是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖32所示,可變恒
定電流電路132的第二電阻134包括電阻元件134a(R21)和電阻元件134b
(R22)。電阻元件134a和電阻元件134b串聯連接。

電阻元件134a的第一端連接到電源120,電阻元件134a的第二端連接
到電阻元件134b的第一端。電阻元件134b的第二端連接到運算放大器135
的非反相輸入端。

開關138與電阻元件134a并聯連接。根據電流減小信號來接通和關斷
開關138。當開關138接通時,第二電阻134的電阻值僅由電阻元件134b
的電阻值來提供。當開關138關斷時,第二電阻134的電阻值是由電阻元
件134a和電阻元件134b的組合電阻值來提供的。

開關138接通時的第二電阻134的電阻值被定義為第一電阻值。開關
138關斷時的第二電阻134的電阻值被定義為第二電阻值。第一電阻值是由
電阻元件134b的電阻值來提供的。因為第二電阻值是由電阻元件134a和
電阻元件134b的組合電阻值來提供的,所以第二電阻值大于第一電阻值。
因此,第二電阻134的電阻值通過開關138的方式是可變的。

在本實施例中,恒定電流源137被配置為提供具有恒定值的電流I。恒
定電流源137連接到電阻元件134b的第二端以及運算放大器135的非反相
輸入端。

反相器131c、第一開關131a、第二開關131b、運算放大器135、開關
元件136、第一電阻133、箝位電路150和功率元件140具有與第十七實施
例的結構相同的結構。

在該配置中,與第一電阻133的第二端對應的第一電壓和與電阻元件
134b的第二端對應的第二電壓被應用于運算放大器135。運算放大器驅動
開關元件136,使得第一電壓和第二電壓變為彼此相等。

假設第二電阻134的電阻值是R12,并且通過第二電阻134的電流是I,
則通過第一電阻133的電流Iout被表示為Iout=(I×R12)/R11。當通過第二
電阻134的電流具有恒定值時,通過第一電阻133的電流與第二電阻134
的電阻值成正比。

在本實施例中,通過第一電阻133的電流Iout是通過調節第二電阻134
的電阻值R12來控制的。驅動器電路130的載流量是通過控制電流Iout來
控制的。

具體地說,在從圖31的時刻T110到時刻T112的時段內,開關138根
據電流減小信號的關閉命令處于關閉狀態,在該時段內應用于驅動端141
的電壓達到預定電壓。即,在從時刻T110到時刻T112的時段內,電流減
小模式處于關閉狀態。

因此,第二電阻134的電阻值是由電阻元件134a和電阻元件134b的
組合電阻值提供的第二電阻值。與第二電阻值成正比的電流通過第一電阻
133。

此外,在從圖31的時刻T113到時刻T114的時段內,開關138處于關
閉狀態,并且與第二電阻值成正比的電流通過第一電阻133。

在應用于驅動端141的電壓達到預定電壓以后,根據電流減小信號的
導通命令來接通開關138。即,從圖31的時刻T112到時刻T113,電流減
小模式處于導通狀態。因此,第二電阻134的電阻值是僅由電阻元件134b
的電阻值提供的第一電阻值。通過第一電阻133的電流與小于第二電阻值
的第一電阻值成正比。因此,通過第一電阻133的電流減小到小于開關138
關斷時的電流。因此,通過驅動端141的恒定電流的值被減小。

如上文所描述的,可以通過減小第二電阻134的電阻值來減小驅動器
電路130的載流量。因此,因為通過驅動端141的恒定電流的值減小了,
所以可以減小在功率元件140處于導通狀態的時段期間(即,在從圖31中
的時刻T110到時刻T115的時段內)在箝位電路150中消耗的電流的量。

在該情況下,包括電阻元件134a、電阻元件134b和開關138的第二電
阻134構成了第二電阻單元。

(第十九實施例)

將參照圖33和圖34來描述第十九實施例。在下文中,將主要描述與
第十七實施例的結構不同的結構。

在第十七實施例中,從外部設備饋送用于接通和關斷開關138的電流
減小信號。在本實施例中,使用現有的開關信號和控制信號來產生電流減
小信號。

圖33是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖33所示,控制信
號被饋送到箝位電路150中。當控制信號處于低電平時,箝位電路150打
開。當控制信號處于高電平時,箝位電路150關閉。

在本實施例的負載驅動器中,將電流減小信號產生電路160添加到圖
30中所示的結構。電流減小信號產生電路160根據開關信號和控制信號產
生用于控制開關138的電流減小信號。

電流減小信號產生電路160包括:延遲電路161a,將開關信號輸入到
延遲電路161a中;以及雙穩態多諧振蕩器163a,將由反相器162a反相的
開關信號以及延遲電路161的輸出輸入到雙穩態多諧振蕩器163a中。電流
減小信號產生電路160包括:延遲電路161b,將控制信號輸入到延遲電路
161b中;以及雙穩態多諧振蕩器163b,將控制信號和延遲電路161b的由
反相器162b反相的輸出輸入到雙穩態多諧振蕩器163b中。在本實施例中,
延遲電路161a具有延遲時間TT1,延遲電路161b具有延遲時間TT2。

電流減小信號產生電路160還包括輸出雙穩態多諧振蕩器163a、163b
中的每一個的NOR邏輯的NOR電路164。NOR電路164的輸出作為電流
減小信號被饋送到恒定電流源137的開關138中。

接下來,將參照圖34來描述電流減小信號產生電路160的操作。圖34
的時間圖包括開關信號、控制信號、反相器162a的輸出A、延遲電路161a
的輸出B、雙穩態多諧振蕩器163a的輸出C、延遲電路161b的輸出D、反
相器162b的輸出E、雙穩態多諧振蕩器163b的輸出F以及電流減小信號。

在時刻T120,當開關信號和控制信號分別從高電平切換到低電平時,
功率元件140打開并且操作箝位電路150。從時刻T120到時刻T125,開關
信號處于低電平。從時刻T120到時刻T123,控制信號處于低電平。

因此,因為反相器162a的輸出A對應于開關信號的經反相的輸出,所
以從時刻T120到時刻T125,反相器162a的輸出A處于高電平。因為延遲
電路161a通過將開關信號延遲延遲時間TT1來產生輸出B,所以延遲電路
161a的輸出B一直處于高電平直到時刻T122(例如,TT1延遲)為止,并
且從時刻T122到時刻T126處于低電平。

雙穩態多諧振蕩器163a通過檢測反相器162a的輸出A從低電平上升
到高電平的邊緣而獲得輸入到雙穩態多諧振蕩器163a的輸入端的高電平電
壓,從而產生輸出C。輸出C一直維持在高電平,直到延遲電路161a的輸
出B變為低電平為止,并且通過重置輸出來使雙穩態多諧振蕩器163a的輸
出變為低電平。因此,雙穩態多諧振蕩器163a從時刻T120到時刻T122輸
出高電平信號。

延遲電路161b通過延遲延遲時間TT2來輸出控制信號。因此,延遲電
路161的輸出一直D處于高電平,直到時刻T121(例如,TT2延遲)為止,
并且延遲電路161的輸出D從時刻T121到時刻T124處于低電平。

反相器162b的輸出E與延遲電路161b的經反相的輸出相對應。因此,
從時刻T121到時刻T124,反相器162b的輸出E處于高電平。

當控制信號和反相器162b的輸出處于高電平時,雙穩態多諧振蕩器
163a輸出處于高電平的信號。因此,從時刻T123到時刻T124,雙穩態多
諧振蕩器163b輸出處于高電平的信號。

NOR電路164的輸出與雙穩態多諧振蕩器163a的輸出C的經反相的
輸出和雙穩態多諧振蕩器163b的輸出F的經反相的輸出相對應。因此,在
雙穩態多諧振蕩器163a的輸出C處于高電平的、從時刻T120到時刻T122
的時段內,電流減小信號處于低電平。即,從時刻T120到時刻T122,電
流減小模式處于關閉狀態。

在雙穩態多諧振蕩器163b的輸出F處于高電平的、從時刻T123到時
刻T124的時段內,電流減小信號處于低電平。即,從時刻T123到時刻T124,
電流減小模式處于關閉狀態。

以上面的方式產生的電流減小信號具有與圖31中所示的第十七實施例
的波形類似的波形。應當注意的是,本實施例的時刻T120與第十七實施例
的時刻T110相對應。類似地,本實施例的時刻T122、T123和T124分別
與圖31中所示的第十七實施例的T112、T113和T114相對應。

當應用于驅動端141的電壓達到預定電壓時,電流減小信號產生電路
160產生關斷開關138的電流減小信號,從而減小提供給驅動端141的恒定
電流的值。

在通過箝位電路150將電壓箝位于預定電壓被釋放以后,電流減小信
號產生電路160輸出接通開關138的電流減小信號,從而恢復提供給驅動
端141的恒定電流的值。

在應用于驅動端141的電壓達到電源電壓或者基本上與電源電壓相同
的最大驅動電壓以后,電流減小信號產生電路160再次輸出關斷開關138
的電流減小信號,從而減小提供給驅動端141的恒定電流的值。

如上所述,可以使用開關信號和控制信號來產生用于控制開關138的
電流減小信號。可以通過邏輯電路來提供電流減小信號產生電路160。因此,
消耗電流將不太可能增加。

(第二十實施例)

將參照圖35和圖36來描述第二十實施例。在下文中,將描述與第十
九實施例的結構不同的結構。

在本實施例中,電流減小信號產生電路160通過監測應用于驅動端141
的電壓來產生電流減小信號,使得應用于驅動端141的電壓從預定電壓上
升到最大驅動電壓。

圖35是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖35所示,電流減
小信號產生電路160包括兩個比較器165a、165b、反相器166、三個AND
電路167a、167b、167c以及NOR電路164。

比較器165a通過將應用于驅動端141的電壓與閾值進行比較來檢測箝
位電壓(預定電壓)。比較器165b通過將應用于驅動端141的電壓與閾值
進行比較來檢測全導通電壓(最大驅動電壓)。比較器165a、165b中的每
一個通過其輸出來切換閾值,使得當應用于驅動端141的電壓超出閾值時
輸出低電平信號。

反相器166對開關信號進行反相,并且將經反相的開關信號輸入到
AND電路167a中。AND電路167a產生反相器166的輸出和比較器165a
的輸出的AND邏輯。AND電路167b產生反相器166的輸出和控制信號的
AND邏輯。AND電路167c產生AND電路167b的輸出和比較器165b的
輸出的AND邏輯。NOR電路164產生AND電路167a的輸出和AND電路
167b的輸出的NOR邏輯,作為電流減小信號。

接下來,將參照圖36來描述具有上面所描述的結構的電流減小信號產
生電路160的操作。圖36是包括開關信號、控制信號、反相器166的輸出
J、比較器165a的輸出K、AND電路167a的輸出L、AND電路167b的輸
出M、比較器165b的輸出N、AND電路167b的輸出O以及電流減小信號
的時間圖。

如圖36所示,從時刻T130到時刻T134,開關信號處于低電平,從時
刻T130到時刻T132,控制信號處于低電平。

反相器166的輸出J與開關信號的經反相的輸出相對應。因此,從時
刻T130到時刻T134,反相器166的輸出J處于高電平。比較器165a的輸
出K一直處于高電平,直到應用于驅動端141的電壓達到預定電壓為止,
并且在應用于驅動端141的電壓達到預定電壓以后,比較器165a的輸出K
處于低電平。

當反相器166的輸出J和比較器165a的輸出K處于高電平時,AND
電路167a產生處于高電平的信號。因此,從時刻T130到時刻T131,AND
電路167a輸出處于高電平的信號。

另一方面,當反相器166的輸出J和控制信號處于高電平時,AND電
路167b的輸出M處于高電平。從時刻T130到時刻T134,反相器166的輸
出J處于高電平。在時刻T132以后,控制信號處于高電平。因此,從時刻
T132到時刻T134,AND電路167b的輸出M處于高電平。

比較器165b的輸出N一直處于高電平,直到應用于驅動端141的電壓
達到最大驅動電壓的時刻T133為止。因此,從時刻T132到時刻T133在比
較器167b的輸出M和比較器165b的輸出N處于高電平的的情況下,AND
電路167c的輸出O處于高電平。

NOR電路164的輸出與AND電路167a的輸出L的經反相的輸出和
AND電路167c的輸出O的經反相的輸出相對應。因此,在AND電路167a
的輸出L處于高電平的、從時刻T130到時刻T131的時段內,電流減小信
號處于低電平。即,在從時刻T130到時刻T131的時段內,電流減小模式
處于關閉狀態。

在AND電路167c的輸出處于高電平的、從時刻T132到時刻T133的
時段內,電流減小信號處于低電平。即,在從時刻T132到時刻T133的時
段內,電流減小模式處于關閉狀態。

本實施例的時刻T130與第十七實施例的T110相對應。類似地,本實
施例的時刻T131、T132和T133分別與第十七實施例的時刻T112、T113
和T114相對應。

如上所述,可以通過經由比較器165a、165b監測應用于驅動端141的
電壓,根據箝位電壓(預定電壓)和全導通電壓(最大驅動電壓)來確定
電流減小時刻。此外,因為對應用于驅動端141的電壓(即柵極電壓)進
行監測,所以可以精確地確定電流減小時刻。

(第二十一實施例)

將參照圖37來描述第二十一實施例。在下文中,將主要描述與上面所
描述的實施例的結構不同的結構。

在上面所描述的實施例中,負載110連接到功率元件140的發射極。
可替換地,負載110可以連接到功率元件140的集電極,如圖37所示。

(第二十二實施例)

將參照圖38來描述第二十二實施例。在下文中,將主要描述與上面所
描述的實施例的結構不同的結構。

在上面所描述的實施例中,驅動器電路130驅動單個功率元件140。在
本實施例中,驅動器電路130被配置為驅動多個功率元件140。

在驅動多個功率元件(例如,N個功率元件)140的情況下,考慮到由
于多個功率元件140的柵極電容的不均勻性,多個功率元件140中的任意
一個的柵極電壓首先達到作為箝位電壓的預定電壓,并且任何其它多個功
率元件的柵極電壓最后達到預定電壓。

此外,在通過監測預定電壓來產生用于減小驅動器電路130的電流的
電流減小信號的情況下,如果當多個功率元件140中的任意一個的柵極電
壓達到預定電壓時就立即減小驅動器電路130的電流,則柵極電壓還未達
到預定電壓的其它功率元件140達到預定電壓所需的時間由于用于對其它
功率元件140進行充電的電流正在減小而增加。因此,功率元件140的開
關損失增加。

因此,在本實施例中,在多個功率元件140由驅動電路130驅動的情
況下,在所有功率元件140的柵極電壓達到作為箝位電壓的預定電壓以后,
才減小驅動器電路130的恒定電流。在下文中,將參照圖38來描述負載驅
動器的結構。

圖38是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖38所示,負載驅
動器包括驅動器電路130、連接到該驅動器電路130的多個功率元件140、
箝位電路150、柵極電壓監測電路170和恒定電流控制電路180。

功率元件140中的每一個的驅動端141通過電阻142連接到第一開關
131a。在圖38中,示出了三個功率元件140以作為示例。功率元件140的
數量N是兩個或者兩個以上。負載驅動器中的功率元件140的數量N被適
當地確定。負載110連接到每個功率元件140的發射極或集電極。

驅動器電路130通過根據開關信號PR_IN向每個功率元件140的驅動
端141提供恒定電流,來打開功率元件140。

箝位電路150包括針對每個功率元件140的開關151和箝位部分152。
開關151連接到相應的驅動端141,箝位部分152連接在相應的開關151和
諸如接地等的參考電壓線之間。例如,開關151根據具有低電平Lo的控制
信號CLP_IN被接通。

當通過由驅動器電路130提供的恒定電流10使應用于每個功率元件
140的驅動端141的電壓達到預定電壓時,箝位電路150根據控制信號將應
用于每個驅動端141的電壓箝位于預定電壓。因此,經由電阻142和開關
151從驅動器電路130向箝位部分152提供恒定電流I_OUT。

在圖38中,通過齊納二極管提供箝位部分152。接下來將參照圖39
來詳細描述箝位部分152的結構。

柵極電壓監測電路170通過箝位電路150的開關151連接到功率元件
140的驅動端141。柵極電壓監測電路170監測應用于功率元件140的驅動
端141的柵極電壓是否達到作為箝位電壓的預定電壓,并且當柵極電壓達
到預定電壓時產生柵極電壓監測信號。

如上所述,因為負載驅動器具有多個功率元件140,所以柵極電壓監測
電路170監測應用于功率元件140中的每一個的驅動端141的柵極電壓,
并且針對每個功率元件140產生柵極電壓監測信號。柵極電壓監測電路170
包括用于監測功率元件140的柵極電壓的比較器171。

恒定電流控制電路180根據開關信號和柵極電壓監測信號產生用于控
制可變恒定電流電路132的開關138的電流減小信號I_IN。恒定電流控制
電路180從柵極電壓監測電路170接收與每個驅動端141對應的柵極電壓
監測信號。

當所有柵極電壓監測信號都指示對應的驅動端141的電壓達到預定電
壓時,恒定電流控制電路180產生關斷開關138的電流減小信號。在該情
況下,提供給每個驅動端141的恒定電流的值減小。

接下來,將參照圖39來描述負載驅動器的電路結構。例如,驅動器電
路130具有與圖30中所示的第十七實施例的結構類似的結構。

如圖39所示,箝位電路150的每個箝位部分152包括N溝道開關元件
153和運算放大器154。開關元件153連接在開關151和諸如接地等的參考
電壓線之間。

運算放大器154的非反相輸入端(+)連接到開關151和開關元件153
之間的連接點。即,運算放大器154的非反相輸入端被應用驅動端141的
電壓。運算放大器154的反相輸入端(-)連接到參考電源190。運算放大
器154的反相輸入端被應用參考電壓。

參考電源190放置在負載驅動器中。此外,運算放大器154的輸出端
連接到開關元件153的柵極。

在箝位電路150中,當驅動端141的電壓在開關151處于導通狀態的
情況下上升時,運算放大器的輸出增加。即,運算放大器154產生輸出使
得兩個輸入變為彼此相等。

因此,運算放大器154的輸出隨著驅動端141的電壓的增加而增加。
因此,開關元件153打開。因此,驅動端141的電壓被箝位在作為箝位電
壓的預定電壓上。

針對功率元件140中的每一個,柵極電壓監測電路170具有比較器171。
通過箝位電路150的開關151,每個比較器171的非反相輸入端(+)被應
用相應的驅動端141的電壓。每個比較器171的反向輸入端(-)被應用參
考電源190的參考電壓。

因此,當相應的驅動端141的電壓超出參考電壓并且被箝位于預定電
壓時,每個比較器171產生具有低電平的信號。每個比較器171的輸出與
柵極電壓監測信號相對應。從比較器171產生的低電平信號指示相應的驅
動端141的電壓已經達到預定電壓。

通過這種方式,柵極電壓監測電路170監測每個功率元件140的驅動
端141的電壓,并且產生相應的功率元件140的柵極電壓監測信號。

恒定電流控制電路180包括第一NOR電路181和第二NOR電路182。
第一NOR電路181接收每個比較器171的輸出(即,柵極監測信號),并
且當所有比較器171的輸出都處于低電平時,產生具有高電平的信號。即,
當所有驅動端141的電壓都達到預定電壓時,第一NOR電路181產生具有
高電平的信號。

第二NOR電路182接收開關信號和第一NOR電路181的輸出,并且
當所有信號具有低電平時產生具有高電平的信號。第二NOR電路182的輸
出I_IN與電流減小信號相對應。

因此,當第二NOR電路182輸出作為電流減小信號的具有高電平的信
號時,也即是說,當所有驅動端141的電壓達到預定電壓時,恒定電流源
137的開關138接通。從驅動器電路130向每個功率元件140的驅動端提供
的電流增加。

當第二NOR電路182輸出作為電流減小信號的具有低電平的信號時,
開關138關斷。因此,從驅動器電路130向每個功率元件140的驅動端141
提供的電流減小。

接下來,將參照圖40中所示的時間圖來描述圖39中所示的負載驅動
器的操作。

在時刻T140,輸入到驅動器130中的開關信號PR_IN和輸入到箝位電
路150中的控制信號CLP_IN從高電平(Hi)變為低電平(Lo)。因此,在
箝位電路150中,因為開關151接通,所以每個驅動端141的電壓被應用
于柵極監測電路170的相應比較器171。

此時,因為每個驅動端141的電壓較低,所以所有比較器171的輸出
都處于高電平。在該情況下,恒定電流控制電路180的第二NOR電路182
輸出作為電流減小信號的低電平信號,并且因此恒定電流源137的開關138
接通。

因此,從驅動器電路130向每個驅動端141提供的電流I_OUT增加。
在該情況下,每個驅動端141的電壓上升并且達到鏡像電壓。此外,每個
運算放大器154的輸出隨著相應的驅動端141的電壓的增加而增加。

在時刻T141,功率元件140中的一個的驅動端141的電壓首先達到箝
位電壓。也即是說,在箝位電路150中,因為與該功率元件140對應的運
算放大器154打開了開關元件153,使得兩個輸入變為彼此相等,所以電連
接到運算放大器154的非反相輸入端的驅動終端141的電壓被箝位到箝位
電壓(預定電壓)上。該功率元件140被稱作功率元件IGBT_ch1。此外,
功率元件IGBT_ch1的驅動端的電壓被稱作IGBT_G1。

驅動端141的電壓最后達到箝位電壓(預定電壓)的功率元件140被
稱作功率元件IGBT_chN。功率元件IGBT_chN的驅動端141的電壓被稱作
IGBT_GN。

在傳統的負載驅動器中,在時刻T141,電流減小控制電路180輸出關
斷開關138的電流減小信號,并且因此,從驅動器電路130向所有功率元
件140的驅動端141提供的電流減小。因此,如圖40中的IGBT_GN的虛
線所示,用于對功率元件IGBT_chN的柵極進行充電的時間段較長,從而
導致開關損失。此外,電流通過箝位電路150的每個開關元件153的時間
段較長,從而導致電流損失。

在本實施例中,另一方面,即使一個功率元件140的驅動端141的電
壓達到預定電壓,也只有與該功率元件140對應的比較器171的輸出變為
低電平。也即是說,因為并不是所有比較器171的輸出都處于低電平,所
以恒定電流控制電路180的第一NOR電路181的輸出維持在低電平。因此,
從驅動器電路130向驅動器端141中的每一個提供的電流I_OUT維持大于
第二電流值的第一電流值。

當功率元件IGBT_chN的電壓IGBT_GN達到預定電壓時,所有比較器
171的輸出都處于低電平。因此,第一NOR電路181的輸出變為高電平。

因為第二NOR電路182的輸出變為作為電流減小信號的低電平,所以
恒定電流源137的開關138關斷。因此,從驅動器電路130向每個功率元
件140的驅動端141提供的電流的值I_OUT從第二電流值減小了ΔI。

此后,所有功率元件140的驅動端141的電壓維持在預定電壓,直到
時刻T143為止。在時刻T143,當箝位電路150關閉時,也即是說,根據
控制信號關斷開關151時,每個驅動端141的電壓達到最大驅動電壓(即,
全導通部分)。

如上所述,在通過驅動器電路130驅動多個功率元件140的情況下,
當所有驅動端141的電壓達到預定電壓時,從驅動器電路130的可變恒定
電流電路132向多個功率元件140的驅動端141提供的恒定電流減小。因
此,可以在限制功率元件140的開關損失的同時減小流向箝位電路150中
的電流。

(第二十三實施例)

將參照圖41來描述第二十三實施例。在下文中,將主要描述與第二十
二實施例的結構不同的結構。

圖41是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖41所示,柵極電
壓監測電路170具有與第二十二實施例的結構不同的結構。

具體地說,針對功率元件140中的每一個,柵極電壓監測電路170包
括電阻172和N溝道開關元件173。電阻172連接到放置在負載驅動器內
部的內部電源。

開關元件173連接在電阻172與諸如接地等的參考電壓線之間。開關
元件173的柵極連接到箝位電路150的輸出端。電阻172與開關元件173
之間的連接點處的電壓被饋送到恒定電流控制電路180中,作為柵極電壓
監測信號。

內部電源可以具有任何電源電壓。然而,開關元件173的耐受電壓隨
著電源電壓的減小而減小。因此,開關元件173的尺寸可以減小。

在這種結構中,在功率元件140的驅動端141的電壓達到預定電壓以
前,箝位電路150的運算放大器154的輸出處于低電平,并且因此開關元
件173處于關閉狀態。因此,電阻172與開關元件173之間的連接點的電
壓等于內部電源的電壓。因此,具有高電平的信號作為柵極電壓監測信號
而產生。

當驅動端141的電壓達到預定電壓并且運算放大器154的輸出變為高
電平時,開關元件173接通。因為在開關元件173中出現電流,所以電阻
172和開關元件173之間的連接點的電壓減小。因此,具有低電平的信號作
為柵極電壓監測信號被輸出。

如上所述,可以使用電阻172和開關元件173來替代比較器171,從而
提供柵極電壓監測電路170。

(第二十四實施例)

將參照圖42和圖43來描述第二十四實施例。在下文中,將主要描述
與第二十二實施例和二十三實施例的結構不同的結構。

在第二十二實施例和第二十三實施例中,在所有驅動端的電壓都達到
預定電壓以后的時刻,減小由可變恒定電流電路132產生的恒定電流的值。
在本實施例中,另一方面,在所有驅動端的電壓都達到預定電壓以后,逐
步地減小由可變恒定電流電路132產生的恒定電流的值。例如,在本實施
例中,使用三個功率元件140。

圖42是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖42所示,驅動器
電路130的恒定電流源137包括多個開關138和與多個開關138對應的多
個第一恒定電流源137a。

電流的值在第一恒定電流源137a之間是相同的。給每個功率元件140
提供一對開關138和第一恒定電流源137a。

當所有開關138都接通時,具有第一電流值的電流通過恒定電流源
137。當所有開關138都關斷時,具有第二電流值的電流通過恒定電流源137。
通過恒定電流源137的電流的值隨著正處于關閉狀態的開關138的數量的
增加而減小。因此,電流的值從第一電流值逐步變為第二電流值。

恒定電流控制電路180包括與功率元件140對應的、用于逐步接通開
關138的反相器183和NOR電路184。每個反相器183連接到相應的電阻
172和相應的開關元件173之間的連接點。反相器183將連接點的電壓進行
反相以作為柵極電壓監測信號。

NOR電路184接收開關信號和從相應的反相器183輸出的信號,并且
當所有信號都處于低電平時產生具有高電平的信號。諸如I_IN1、I_IN2、
I_IN3等的NOR電路184的輸出與電流減小信號相對應。

此外,在本實施例中,根據具有低電平的電流減小信號來關斷開關138。
每當柵極電壓監測信號從柵極電壓監控電路170輸入到恒定電流控制電路
180中時,恒定電流控制電路180輸出用于關斷相應開關138的電流減小信
號。因此,隨著開關138被逐步關斷,提供給驅動端141的恒定電流的值
逐步減小。因此,并不是立即減小提供給驅動端141的恒定電流。

接下來,將參照圖43中所示的時間圖來描述圖42中所示的負載驅動
器的操作。

從時刻T150到時刻T151的操作與第二十二實施例的從時刻T140到時
刻T141的操作類似。

在時刻T151,當功率元件140中的任意一個(即,功率元件IGBT_ch1)
的驅動端141的電壓首先達到作為箝位電路的預定電壓時,從對應于驅動
端IGBT_ch1的電阻172和開關元件173之間的連接點輸出具有低電平的信
號。

具有低電平的信號被饋送到恒定電流控制電路180中的相應的NOR電
路184。因此,從相應的NOR電路184產生具有低電平的電流減小信號
I_IN1。因此,與功率元件IGBT_ch1相對應的開關138關斷。因此,在時
刻T151以后,從驅動器電路130向每個驅動端141提供的恒定電流的值減
小了Δ1/3。

此后,當另一個功率元件140的驅動端141的電壓接下來達到預定電
壓時,從驅動器電路130向每個驅動端141提供的恒定電流的值進一步減
小Δ1/3。通過這種方式,隨著開關138逐個關斷,通過恒定電流源137的
電流逐步減小。在該情況下,從驅動器電路130向每個驅動端141提供的
恒定電流的值逐步減小。因此,恒定電流的波形具有階梯形狀。

在時刻T153,當最后一個功率元件140(即,IGBT_chN,例如,
IGBT_ch3)的驅動端141的電壓達到預定電壓時,所有開關138都處于關
閉狀態。因此,從驅動器電路130向每個驅動端141提供具有第二電流值
的恒定電流。此后,提供給每個驅動端141的恒定電流的值減小。時刻T154
以后的操作與第二十二實施例的時刻T143以后的操作類似。

在所有驅動端141的電壓都達到預定電壓以后減小驅動器電路130的
恒定電流的情況下,例如,在時刻T152,恒定電流的值立即從第一電流值
減小到第二電流值,如圖43中的虛鏈線所示。

在本實施例中,另一方面,當驅動端141中的一個的電壓首先達到預
定電壓時,恒定電流的值減小一步。每當驅動端141的電壓達到預定電壓
時,就逐步減小恒定電流的值。

因此,在兩種情況之間將從時刻T151到時刻T153的恒定電流的波形
區域進行比較,恒定電流逐步減小的情況的區域小于恒定電流立即減小的
情況的區域。因此,驅動器電路130的恒定電流被進一步有效地減小。

因為恒定電流的值是逐漸減小的,所以從鏡像時段到箝位電壓電平的
過渡時間增加,從而導致開關損失的增加。然而,因為箝位電壓的脈沖跳
增量減小,所以短路中的功率元件的損失可以減小。

在本實施例中,如上所述,在驅動端141中的任意一個的電壓首先達
到預定電壓以后,逐步地減小恒定電流。到所有驅動端的電壓都達到預定
電壓的時刻,恒定電流已經被逐步減小了。因此,與提供給每個驅動端141
的恒定電流的值立即減小的情況相比,恒定電流可以進一步減小。

(第二十五實施例)

將參照圖44來描述第二十五實施例。在下文中,將主要描述與第二十
四實施例的結構不同的結構。

在第二十四實施例中,電流的值在第一恒定電流源137a之間是相同的。
在本實施例中,電流的值在第一恒定電流源137a之間是不同的。

圖44是根據本實施例的負載驅動器的電路圖。如圖44所示,恒定電
流源137包括第一恒定電流源137a和第二恒定電流源137b。第一恒定電流
源137a和第二恒定電流源137b具有不同的電流值。第一恒定電流源137a
的電流值被分別定義為I11、I12和I13。第二恒定電流源137b的電流值被
定義為I14。

電流值I11、I12、I13和I14具有關系I11>I12>I13>I14。因此,當所
有開關138都接通時,由于電流值I11、I12、I13和I14被加在一起,因此
具有第一電流值的電流通過恒定電流源137。當所有開關138都關斷時,具
有第二電流值的電流通過恒定電流源137中的第二恒定電流源137b。

恒定電流控制電路180包括與多個功率元件140對應的反相器183和
NOR電路184。恒定電流控制電路180還包括AND電路185、186a、186b、
186c和OR電路187a、187b。AND電路185、186a、186b、186c和OR電
路187a、187b未被放置為與功率元件140中的每一個相對應。

與IGBT_G3對應的柵極電壓監測信號被定義為OUT1。與IGBT_G2
對應的柵極電壓監測信號被定義為OUT2。與IGBT_G1對應的柵極電壓監
測信號被定義為OUT3。

反相器183連接到AND電路185的所有輸入。AND電路185的輸出
A1被輸入到與具有電流值I11的開關138對應的NOR電路184中。

與OUT1和OUT2對應的反相器183連接到AND電路186a的輸入。
AND電路186a的輸出B1被輸入到OR電路187a中。

與OUT1和OUT3對應的反相器183連接到AND電路186b的輸入。
AND電路186b的輸出C1被輸入到OR電路187a中。

與OUT2和OUT3對應的反相器183連接到AND電路186c的輸入。
AND電路186c的輸出D1被輸入到OR電路187a中。

AND電路186a、186b、186c連接到OR電路187a的輸入。OR電路
187a的輸出E1被輸入到與具有電流值I12的開關138對應的NOR電路184
中。

所有反相器183連接到OR電路187b的輸入。OR電路187b的輸出F1
被輸入到與具有電流I3的開關138對應的NOR電路185中。

開關138根據具有低電平(Lo)的電流減小信號而關斷,并且電流值
減小。因此,在具有上面所描述的結構的恒定電流控制電路180中,當開
關信號處于與導通命令對應的低電平時,電流減小信號I_IN1、I_IN2和
I_IN3如下建立:(1)當所有OUT1、OUT2和OUT3都處于低電平時,I_IN1
處于低電平(Lo);(2)當OUT1、OUT2和OUT3中的兩個或更多個處于
低電平時,I_IN2處于低電平(Lo);以及(3)當OUT1、OUT2和OUT3
中的一個或多個處于低電平時,I_IN3處于低電平(Lo)。在圖45的真值圖
表中示出了上面的情況。

接下來,將參照圖46中所示的時間圖來描述圖44中所示的負載驅動
器的操作。

從時刻T160到時刻T161的操作與圖43中所示的第二十四實施例的從
時刻T50到時刻T51的操作類似。

在時刻T161,當功率元件IGBT_ch1的驅動端141的電壓IGBT_G1首
先達到作為箝位電壓的預定電壓時,只有OUT3變為低電平。因此,如圖
45所示,只有電流減小信號I_IN3變為低電平。在該情況下,只有與電流
值I13對應的開關138關斷。因此,從驅動電路130向每個驅動端141提供
的恒定電流減小ΔI13。

接下來,當功率元件IGBT_ch2的驅動端141的電壓IGBT_G2達到預
定電壓時,OUT2和OUT3變為低電平。因此,如圖45所示,電流減小信
號I_IN2和I_IN3變為低電平。在該情況下,與電流值I12和I13對應的開
關138關斷。因此,從驅動器電路130向每個驅動端141提供的恒定電流
減小Δ(I12+I13)。

在時刻T163,當功率元件IGBT_ch3的驅動端141的電壓IGBT_G1最
后達到預定電壓時,所有OUT1、OUT2和OUT3都變為低電平。因此,如
圖45所示,所有電流減小信號I_IN1、I_IN2和I_IN3都變為低電平。在該
情況下,與電流值I11、I12和I13對應的所有開關138都關斷,從驅動器
電路130向每個驅動端141提供的恒定電流減小Δ(I11+I12+I13),并且變
為第二電流值。在時刻T164以后的操作與時刻T143以后的操作類似。

當在兩種情況(一種情況是在與時刻T152對應的由虛鏈線所示的時刻
T162立即將電流值從第一電流值減小到第二電流值,另一種情況是如從時
刻T161到時刻T163的實線所示逐步地減小電流值)之間比較恒定電流波
形的區域時,逐步減小恒定電流的情況下的區域小于立即減小恒定電流的
情況下的區域。因此,驅動器電路130的恒定電流被進一步有效地減小。

因為每個第一恒定電流源137a的電流值被優化,所以在將開關損失維
持在與立即減小恒定電流的情況下的開關損失基本上類似的水平的同時,
減小了負載驅動器中的消耗電流。

(其它實施例)

在上文中描述了各個示例性的實施例。然而,本發明不限于上面所描
述的示例性實施例,而是可以在不偏離本發明的精神的情況下以各種其它
方式來實現。

例如,第一實施例和第三實施例中所描述的恒定電流產生器30的結構
是示例,并且恒定電流產生器30可以具有任何其它結構。此外,驅動器電
路40不限于上面所描述的結構,而是可以具有任何其它結構。

在第一實施例到第四實施例中,開關元件50是由N溝道MOSFET提
供的。可替換地,開關元件50可以由P溝道MOSFET提供。此外,在開
關元件50是由P溝道MOSFET提供的情況下,在驅動器電路40的輸出處
于高電平的情況下,即,開關元件50的柵極的電勢處于高電平的情況下,
減小恒定電流。在第五實施例中,開關元件50可以由N溝道MOSFET提
供。在該情況下,預驅動器單元60被配置為與N溝道開關元件50相對應。

在第四實施例中,恒定電流的值(強度)是通過調節電源36的電壓值
和電阻43b的電阻值二者來控制的。可替換地,恒定電流的值可以通過調
節電源36的電壓值和電阻34b的電阻值中的一個來控制。

例如,在電阻34b的電阻值是固定值并且調節電源36的電壓值的情況
下,根據電流減小信號將電源36的電壓值設置為第一電壓值,直到開關元
件50達到導通狀態的導通時刻為止,即,在開關元件50接通的導通時段
期間。因此,具有第一電流值的恒定電流被提供給驅動器電路40直到導通
時刻為止。

在開關元件50達到導通狀態的導通時刻以后,即,在經過了導通時刻
以后,根據電流減小信號將電源36的電壓值設置為小于第一電壓值的第二
電壓值。因此,具有第二電流值的恒定電流被提供給驅動器電路40。

通過這種方式,提供給驅動器電路40的恒定電流的值可以通過只調節
電源36的電壓值來控制。

可替換地,在電源36的電壓值是固定值并且調節電阻34b的電阻值的
情況下,根據電流減小信號將電阻34b的電阻值設置為第一電阻值直到開
關元件50達到導通狀態的導通時刻為止。因此,具有第一電流值的恒定電
流被提供給驅動器電路40。在導通時刻以后,將電阻34b的電阻值設置為
大于第一電阻值的第二電阻值。因此,具有第二電流值的恒定電流被提供
給驅動器電路40。通過這種方式,提供給驅動器電路40的恒定電流的值可
以通過調節電阻34b的電阻值來控制。

在第六實施例至第十六實施例的負載驅動器中,示例性地采用了第一
實施例的恒定電流產生器30。可替換地,可以在第六實施例至第十六實施
例的負載驅動器中使用具有不同的結構的恒定電流產生器30。

例如,第十七實施例的恒定電流源137的結構是示例,并且可以被修
改為任何其它結構。此外,第十八實施例的第二電阻的結構僅僅是一個示
例,并且可以被修改為任何其它結構。圖33或圖35中所示的電流減小信
號產生電路160可以被添加到這樣的結構,即,恒定電流是通過調節第十
八實施例的電阻值來減小的。此外,圖33和圖35中所示的電流減小信號
產生電路160是示例,并且可以具有任何其它結構。可替換地,電流減小
信號產生電路160可以包含在驅動器電路130中。

在上面所描述的實施例中,一旦達到預定電壓以后,應用于驅動端141
的電壓就增加到最大驅動電壓。這種驅動操作是一個示例。舉另一個例子,
可以在應用于驅動端141的電壓達到預定電壓以后,以預定電壓來驅動功
率元件140。

在第二十二實施例中,箝位部分152示例性地包括開關元件153和運
算放大器154。只要驅動端141的電壓被箝位在預定電壓上,就可以使用任
何其它結構。

在上面所描述的實施例中,例如,第二十二實施例至第二十五實施例,
作為例子,參考電源190通常用在箝位電路150和柵極電壓監測電路170
之間。可替換地,可以給箝位電路150和柵極電壓監測電路170中的每一
個提供參考電源190。在該情況下,可以更準確地設置參考電壓。

在上面所描述的實施例中,例如,第二十二實施例至第二十五實施例,
提供給每個驅動端141的恒定電流的值是通過改變恒定電流源137的電流
值來改變的。可替換地,如第十八實施例,提供給每個驅動端141的恒定
電流的值可以通過改變電阻值來改變。

在改變電阻值的結構中,可以給第二電阻134提供多個開關138以逐
步地減小電流值。在該情況下,當所有開關138都接通時,通過最小組合
電阻值,電阻值變為第一電阻值。當所有開關138都關斷時,通過最大的
組合電阻值,電阻值變為大于第一電阻值的第二電阻值。隨著接通開關138
的數量的增加,電阻值逐步地從第二電阻值變為第一電阻值。

每當從柵極電壓監測電路170饋送柵極電壓監測信號時,恒定電流控
制電路180就產生接通一個開關137的電流減小信號。因此,因為第二電
阻134的電阻值是從第二電阻值逐步減小到第一電阻值的,所以提供給每
個驅動端141的恒定電流是逐步減小的。

此外,可以以各種其它方式來適當地組合上面所描述的實施例。

本領域技術人員將容易地想到額外的優點和修改。因此,本發明在其
更寬泛的方面不限于所示和所描述的具體細節、代表性的裝置以及說明性
的示例。

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