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CN116015029A - 驱动装置、驱动方法及电力转换装置 - Google Patents

驱动装置、驱动方法及电力转换装置 Download PDF

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CN116015029A
CN116015029A CN202211177331.3A CN202211177331A CN116015029A CN 116015029 A CN116015029 A CN 116015029A CN 202211177331 A CN202211177331 A CN 202211177331A CN 116015029 A CN116015029 A CN 116015029A
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CN
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voltage
sic
mosfet
dead time
gate
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Application number
CN202211177331.3A
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Inventor
田久保扩
木口龙雅
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

提供一种驱动装置、驱动方法及电力转换装置，对SiC‑MOSFET的劣化进行抑制。该驱动装置隔着用于使串联连接的第一SiC‑MOSFET和第二SiC‑MOSFET关断的死区时间，使所述第一SiC‑MOSFET和所述第二SiC‑MOSFET交替地开关，所述驱动装置包括：第一驱动电路，在所述死区时间，将所述第一SiC‑MOSFET的栅极电压设定为高于第一负电源电压且低于所述第一SiC‑MOSFET的第一阈值电压的第一中间电压；以及第二驱动电路，在所述死区时间，将所述第二SiC‑MOSFET的栅极电压设定为高于第二负电源电压且低于所述第二SiC‑MOSFET的第二阈值电压的第二中间电压。

Description

驱动装置、驱动方法及电力转换装置
技术领域
本公开涉及一种驱动装置、驱动方法及电力转换装置。
背景技术
传统上，存在将串联连接的两个开关元件与直流电源并联连接的电力转换电路。如下述的专利文献1所示，已知该类电力转换电路在死区期间将两个开关元件的栅极电压均向负方向偏置，以使开关元件不会同时导通。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2017-51049号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
SiC-MOSFET存在如果电流流向体二极管则特性会劣化的问题。如果将专利文献1的驱动方法应用于SiC-MOSFET的驱动，则电流会在死区时间流向SiC-MOSFET的体二极管，有可能会使SiC-MOSFET的劣化恶化。
本公开提供一种驱动装置及驱动方法、以及包括该驱动装置的电力转换装置，其用于对SiC-MOSFET的劣化进行抑制。
<用于解决问题的手段>
在本公开的一个方面，提供一种驱动装置，隔着用于使串联连接的第一SiC-MOSFET和第二SiC-MOSFET关断的死区时间，使所述第一SiC-MOSFET和所述第二SiC-MOSFET交替地开关，所述驱动装置包括：第一驱动电路，在所述死区时间，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第一负电源电压且低于所述第一SiC-MOSFET的第一阈值电压的第一中间电压；以及第二驱动电路，在所述死区时间，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第二负电源电压且低于所述第二SiC-MOSFET的第二阈值电压的第二中间电压。
另外，提供一种电力转换装置，包括该驱动装置。
<发明的效果>
根据本公开，能够对SiC-MOSFET的劣化进行抑制。
附图说明
图1是示出一个实施方式的电力转换装置的构成示例的图。
图2是示出基于根据一个比较例的驱动方法的动作的时序图。
图3是示出SiC-MOSFET的体二极管的特性的一个示例的图。
图4是示出基于本公开的第一驱动方法的动作的时序图。
图5是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第一构成示例的图。
图6是示出由具有图5的构成的驱动装置所进行的动作的时序图。
图7是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第二构成示例的图。
图8是示出变成运转停止的情况下的动作波形的一个示例的时序图。
图9是示出基于本公开的第二驱动方法的动作的时序图。
图10是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第三构成示例的图。
符号说明
10 控制装置
20 驱动装置
21 第一驱动电路
22 第二驱动电路
30 第一死区时间检测电路
31、32 信号绝缘元件
33 反相电路
34 异或门
35、36 第一栅极驱动电路
40 第二死区时间检测电路
41、42 信号绝缘元件
43 反相电路
44 异或门
45、46 第二栅极驱动电路
101 电力转换装置
300 负载
400 直流电源
具体实施方式
以下，对一个实施方式进行说明。
图1是示出一个实施方式的电力转换装置的构成示例的图。图1所示的电力转换装置101可以是将直流转换为交流的逆变器，也可以是将直流转换为直流的变换器。例如，电力转换装置101是将从直流电源400供给的直流电力转换为供给到马达等负载300的交流电力的逆变器。电力转换装置101包括控制装置10、驱动装置20、上桥臂Q1、下桥臂Q2、以及直流电源400。
图1示出了上桥臂Q1和下桥臂Q2串联连接而成的一个相份的桥臂、以及用于驱动该桥臂的一个相份的驱动装置20。在电力转换装置101是生成例如U、V、W的三相的交流电力的逆变器的情况下，电力转换装置101具备与图1所示的桥臂相同构成的三相份的桥臂、以及与图1所示的驱动装置20相同构成的三相份的驱动装置。高侧的上桥臂Q1与低侧的下桥臂Q2之间的连接点与负载300连接。
驱动装置20根据从控制装置10供给的指令信号Q1sig、Q2sig，隔着用于使串联连接的上桥臂Q1和下桥臂Q2关断的死区时间，使上桥臂Q1和下桥臂Q2交替地开关(switching)。指令信号Q1sig是用于对上桥臂Q1的导通(ON)或关断(OFF)的期间进行指令的控制信号。指令信号Q2sig是用于对下桥臂Q2的导通或关断的期间进行指令的控制信号。驱动装置20具有第一驱动电路21和第二驱动电路22。
第一驱动电路21根据指令信号Q1sig、Q2sig对上桥臂Q1进行驱动。第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1切换为第一正电源电压V1P或第一负电源电压V1N。第二驱动电路22根据指令信号Q1sig、Q2sig对下桥臂Q2进行驱动。第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2切换为第二正电源电压V2P或第二负电源电压V2N。
上桥臂Q1和下桥臂Q2均是具有栅极、源极以及漏极的SiC-MOSFET。SiC是碳化硅的简称，MOSFET是金属氧化膜半导体场效应晶体管的简称。SiC-MOSFET具有源极与漏极之间的沟道部、以及以从源极到漏极的朝向为正向方向的体二极管。上桥臂Q1是第一SiC-MOSFET的一个示例。下桥臂Q2是第二SiC-MOSFET的一个示例。
接着，对将由驱动装置20进行的驱动方法应用于电力转换装置101的一个相份(例如U相桥臂)的驱动时的动作进行说明。需要说明的是，由于除了以下说明的一个相以外的其他两个相(例如V相和W相)也与该一个相同样地进行动作，因此将关于一个相份的动作的以下说明援用至其他相的动作。
首先，为了与本公开的驱动方法进行比较，对根据一个比较例的驱动方法进行说明。
图2是示出基于根据一个比较例的驱动方法的动作的时序图。需要说明的是，在关于图2的以下说明中，为了方便起见，援用图1所示的电力转换装置101的参照符号进行说明。如图2所示，电力转换装置101的一个相份的开关动作被划分为模式MD1、模式MD2、模式MD3以及模式MD4的4个动作。
在从时间点t1到时间点t2的模式MD1的动作中，指令信号Q1sig为高电平，指令信号Q2sig为低电平。因此，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1变为与第一正电源电压V1P相同的电压，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为与第二负电源电压V2N相同的电压。
因此，上桥臂Q1变为导通状态，下桥臂Q2变为关断状态，上桥臂Q1的漏极电流ID1作为输出电流Iu流向负载300的U相线圈。由此，上桥臂Q1的漏极电流ID1增大，并且输出电流Iu也逐渐增大。另外，输出电流Iu变为正值。在模式MD1中，由于下桥臂Q2为关断状态，因此漏极电流ID2的值为0[A]。
接着，在时间点t2，电力转换装置101的一个相份的开关动作从模式MD1切换为模式MD2。模式MD2是为了形成第一死区时间DT1，将上桥臂Q1从导通状态切换到关断状态，以将上桥臂Q1和下桥臂Q2双方都设为关断状态的模式。第一死区时间DT1是用于防止上桥臂Q1和下桥臂Q2同时变为导通状态而使直通电流在上桥臂Q1与下桥臂Q2之间流动的期间。
在模式MD2的动作中，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1经过米勒期间，变为与第一负电源电压V1N相同的电压，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为与第二负电源电压V2N相同的电压。因此，上桥臂Q1从导通状态切换为关断状态，下桥臂Q2维持关断状态。因此，上桥臂Q1和下桥臂Q2双方都变为关断状态。
此时，流经内置在下桥臂Q2中的体二极管的续流电流作为输出电流Iu流向负载300。由于该续流电流是基于负载300的电感等的电流，因此输出电流Iu在维持在正值的同时逐渐降低。该续流电流是经由内置在下桥臂Q2中的体二极管的电流，相当于从下桥臂Q2的源极流向漏极的漏极电流ID2。另一方面，在模式MD2中，由于上桥臂Q1变为关断状态，因此上桥臂Q1的漏极电流ID1减小至0[A]。
随后，在时间点t3，电力转换装置101的一个相份的切换动作从模式MD2切换到模式MD3。模式MD3是下桥臂Q2从关断状态切换到导通状态，续流电流流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方的模式。
在MD3模式中，指令信号Q2sig从低电平反转为高电平。由于向下桥臂Q2的栅极施加第二正电源电压V2P，并向下桥臂Q2的源极施加基准电位M，因此下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为第二正电源电压V2P。由此，由于向下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2输出正向偏置电压，因此下桥臂Q2从关断状态切换到导通状态。如果下桥臂Q2变为导通状态，则续流电流流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方。因此，MD3模式中的下桥臂Q2变成与沟道部的导通电阻和体二极管的导通电阻并联连接，与续流电流仅流过体二极管的MD2模式相比变为低电阻。需要说明的是，在模式MD3中，上桥臂Q1维持关断状态。
由于模式MD3中的续流电流与模式MD2的情况同样地是基于负载300的电感等的电流，因此续流电流的电流值逐渐接近0(A)。与此同时，输出电流Iu在维持正值的同时逐渐降低。
随后，在时间点t4，从模式MD3切换为模式MD4。与上述模式MD2类似，模式MD4是为了形成第二死区时间DT2，将下桥臂Q2从导通状态切换到关断状态，以将上桥臂Q1和下桥臂Q2双方都设为关断状态的模式。第二死区时间DT2是用于防止上桥臂Q1和下桥臂Q2同时变为导通状态而使直通电流在上桥臂Q1与下桥臂Q2之间流动的期间。
在模式MD4的动作中，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2经过米勒期间，变为与第二负电源电压V2N相同的电压，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1变为与第一负电源电压V1N相同的电压。因此，下桥臂Q2从导通状态切换为关断状态，上桥臂Q1维持关断状态。因此，上桥臂Q1和下桥臂Q2双方都变为关断状态。
此时，流经内置在下桥臂Q2中的体二极管的续流电流作为输出电流Iu流向负载300。由于该续流电流是基于负载300的电感等的电流，因此输出电流Iu在维持在正值的同时逐渐降低。另外，在模式MD4中，由于上桥臂Q1变为关断状态，因此上桥臂Q1的漏极电流ID1维持0[A]。另一方面，该续流电流是经由内置在下桥臂Q2中的体二极管的电流，相当于从下桥臂Q2的源极流向漏极的漏极电流ID2。
随后，在时间点t5，电力转换装置101的一个相份的开关动作从模式MD4切换为模式MD1。在该模式MD1中，如上所述，上桥臂Q1变为导通状态，下桥臂Q2维持关断状态。
在该模式MD1中，指令信号Q1sig由低电平反转为高电平，指令信号Q2sig维持低电平。因此，上桥臂Q1从关断状态切换到导通状态，上桥臂Q1的漏极源极间电压VDS1从第一正电源电压V1P下降到“0”，漏极电流ID1从零向正方向(从漏极到源极的方向)增大。
另一方面，在低侧，虽然下桥臂Q2继续保持关断状态，但是由于上桥臂Q1接通，从而在下桥臂Q2产生高dv/dt(漏极源极间电压VDS2急剧上升)，因高dv/dt引起的反向恢复电流流向下桥臂Q2的体二极管。在反向恢复电流收敛后，漏极电流ID2变为零。
然而，如上所述，在死区时间DT1、DT2中，由于续流电流仅流向下桥臂Q2的体二极管，因此有可能导致作为SiC-MOSFET的下桥臂Q2劣化。另外，由于体二极管的导通电压(正向电压)也比较高，因此有可能导致下桥臂Q2的损耗也变大。
图3是示出SiC-MOSFET的体二极管的特性的一个示例的图。图3的横轴的漏极源极间电压(体二极管的两端电压)由于通过从源极对漏极进行观察而得到的电压来表示，因此其用负值表示。如果提高栅极源极间电压，则漏极源极间电压(体二极管的两端电压)降低，因此损耗降低。在上述的图2的驱动方法中，在死区时间，由于向栅极源极之间施加反向偏压(负电源电压)，因此损耗较大。着眼于这一点，在本公开的驱动方法中，在死区时间，将施加在SiC-MOSFET的栅极源极间的电压(栅极电压)设定为高于负电源电压且低于SiC-MOSFET的阈值电压的中间电压。由此，由于体二极管的导通电压(正向电压)降低，因此体二极管的损耗减少，并能够对SiC-MOSFET的劣化进行抑制。
图4是示出基于本公开的第一驱动方法的动作的时序图。需要说明的是，在关于图4的以下说明中，援用图1所示的电力转换装置101的参照符号进行说明。如图4所示，电力转换装置101的一个相份的开关动作被划分为模式MD1、模式MD2、模式MD3以及模式MD4的4个动作。
在从时间点t1到时间点t2的模式MD1的动作中，指令信号Q1sig为高电平，指令信号Q2sig为低电平。因此，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1变为与第一正电源电压V1P相同的电压，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为与第二负电源电压V2N相同的电压。
因此，上桥臂Q1变为导通状态，下桥臂Q2变为关断状态，上桥臂Q1的漏极电流ID1作为输出电流Iu流向负载300的U相线圈。由此，上桥臂Q1的漏极电流ID1增大，并且输出电流Iu也逐渐增大。另外，输出电流Iu变为正值。在模式MD1中，由于下桥臂Q2为关断状态，因此漏极电流ID2的值为0[A]。
如上所述，在MD1模式中，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压设定为第一正电源电压V1P，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压设定为第二负电源电压V2N。
接着，在时间点t2，电力转换装置101的一个相份的开关动作从模式MD1切换为模式MD2。模式MD2是用于形成第一死区时间DT1的模式。第一死区时间DT1是紧接在基于指令信号Q1sig的上桥臂Q1的导通指令期间之后且紧接在基于指令信号Q2sig的下桥臂Q2的导通指令期间之前的期间。
在模式MD2的动作中，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1经过米勒期间，变为第一中间电压VM1，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为第二中间电压VM2。第一中间电压VM1是高于第一负电源电压V1N且低于上桥臂Q1的第一阈值电压的电压，在图4所示的示例中为零。第二中间电压VM2是高于第二负电源电压V2N且低于下桥臂Q2的第二阈值电压的电压，在图4所示的示例中为零。
此时，由于第二中间电压VM2为零，因此下桥臂Q2的沟道部略微打开。由此，在模式MD2中流动的循环电流(续流电流)流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方。因此，模式MD2中的下桥臂Q2变成与沟道部的导通电阻和体二极管的导通电阻并联连接。由此，由于下桥臂Q2的漏极源极间电压降低，因此下桥臂Q2的损耗降低。另外，由于整流电流(续流电流)分流至体二极管和沟道部，因此流向体二极管的部分的电流减少，并且能够对因电流流向体二极管而引起的劣化的恶化进行抑制。
在模式MD2中，流经下桥臂Q2的沟道部和体二极管的续流电流作为输出电流Iu流向负载300。由于该续流电流是基于负载300的电感等的电流，因此输出电流Iu在维持在正值的同时逐渐降低。该续流电流是经由下桥臂Q2的沟道部和体二极管的电流，相当于从下桥臂Q2的源极流向漏极的漏极电流ID2。另一方面，在模式MD2中，由于上桥臂Q1变为关断状态，因此上桥臂Q1的漏极电流ID1减小至0[A]。
如上所述，在模式MD2中，在第一死区时间DT1开始时，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一正电源电压V1P变更为第一中间电压VM1。另一方面，在第一死区时间DT1开始时，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二负电源电压V2N变更为第二中间电压VM2。
随后，在时间点t3，电力转换装置101的一个相份的切换动作从模式MD2切换到模式MD3。模式MD3是下桥臂Q2从关断状态切换到导通状态，续流电流流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方的模式。
在MD3模式中，指令信号Q2sig从低电平反转为高电平。由于向下桥臂Q2的栅极施加第二正电源电压V2P，并向下桥臂Q2的源极施加基准电位M，因此下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2变为第二正电源电压V2P。由此，由于向下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2输出正向偏置电压，因此下桥臂Q2从关断状态切换到导通状态。如果下桥臂Q2变为导通状态，则续流电流流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方。因此，MD3模式中的下桥臂Q2变成与沟道部的导通电阻和体二极管的导通电阻并联连接，与续流电流仅流过体二极管的MD2模式相比变为低电阻。需要说明的是，在模式MD3中，上桥臂Q1维持关断状态。
由于模式MD3中的续流电流与模式MD2的情况同样地是基于负载300的电感等的电流，因此续流电流的电流值逐渐接近0(A)。与此同时，输出电流Iu在维持正值的同时逐渐降低。
如上所述，在模式MD3中，在第一死区时间DT1结束时，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1变更为第一负电源电压V1N。另一方面，在第一死区时间DT1结束时，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2变更为第二正电源电压V2P。
随后，在时间点t4，从模式MD3切换到模式MD4。与上述模式MD2的情况类似，模式MD4是用于形成第二死区时间DT2的模式。第二死区时间DT是紧接在基于指令信号Q2sig的下桥臂Q2的导通指令期间之后且紧接在基于指令信号Q1sig对上桥臂Q1的导通指令期间之前的期间。
在模式MD4的动作中，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2经过米勒期间，变为第二中间电压VM2，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1变为第一中间电压VM1。第一中间电压VM1是高于第一负电源电压V1N且低于上桥臂Q1的第一阈值电压的电压，在图4所示的示例中为零。第二中间电压VM2是高于第二负电源电压V2N且低于下桥臂Q2的第二阈值电压的电压，在图4所示的示例中为零。
此时，由于第二中间电压VM2为零，因此下桥臂Q2的沟道部略微打开。由此，在模式MD4中流动的循环电流(续流电流)流向下桥臂Q2的沟道部和体二极管双方。因此，模式MD4中的下桥臂Q2变成与沟道部的导通电阻和体二极管的导通电阻并联连接。由此，由于下桥臂Q2的漏极源极间电压降低，因此下桥臂Q2的损耗降低。另外，由于整流电流(续流电流)分流至体二极管和沟道部，因此流向体二极管的部分的电流减少，并且能够对因电流流向体二极管而引起的劣化的恶化进行抑制。
在模式MD4中，流经下桥臂Q2的沟道部和体二极管的续流电流作为输出电流Iu流向负载300。由于该续流电流是基于负载300的电感等的电流，因此输出电流Iu在维持在正值的同时逐渐降低。该续流电流是经由下桥臂Q2的沟道部和体二极管的电流，相当于从下桥臂Q2的源极流向漏极的漏极电流ID2。另一方面，在模式MD4中，由于上桥臂Q1变为关断状态，因此上桥臂Q1的漏极电流ID1维持0[A]。
如上所述，在模式MD4中，在第二死区时间DT2开始时，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一负电源电压V1N变更为第一中间电压VM1。另一方面，在第一死区时间DT1开始时，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二正电源电压V2P变更为第二中间电压VM2。
随后，在时间点t5，电力转换装置101的一个相份的开关动作从模式MD4切换为模式MD1。在该模式MD1中，如上所述，上桥臂Q1变为导通状态，下桥臂Q2维持关断状态。
在该模式MD1中，指令信号Q1sig由低电平反转为高电平，指令信号Q2sig维持低电平。因此，上桥臂Q1从关断状态切换到导通状态，上桥臂Q1的漏极源极间电压VDS1从第一正电源电压V1P下降到“0”，漏极电流ID1从零向正方向(从漏极到源极的方向)增大。
另一方面，在低侧，虽然下桥臂Q2继续保持关断状态，但是由于上桥臂Q1接通，从而在下桥臂Q2产生高dv/dt(漏极源极间电压VDS2急剧上升)，因高dv/dt引起的反向恢复电流流向下桥臂Q2的体二极管。在反向恢复电流收敛后，漏极电流ID2变为零。
如上所述，在模式MD1中，在第二死区时间DT2结束时，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1变更为第一正电源电压V1P。另一方面，在第二死区时间DT2结束时，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2变更为第二负电源电压V2N。
接着，对驱动装置的更具体的构成示例进行说明。
图5是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第一构成示例的图。第一驱动电路21具有基于指令信号Q1sig、Q2sig的指令内容对死区时间DT1、DT2进行检测的第一死区时间检测电路30。第二驱动电路22具有基于指令信号Q1sig、Q2sig的指令内容对死区时间DT1、DT2进行检测的第二死区时间检测电路40。
第一死区时间检测电路30具有信号绝缘元件31和32、反相电路33、以及异或门34。第二死区时间检测电路40具有信号绝缘元件41和42、反相电路43、以及异或门44。各个信号隔离元件是对输入的指令信号进行传输和输出的电路，例如是光电耦合器。各个反相电路使输入的信号的逻辑反相并将其输出。异或门输出所输入的两个逻辑电平的异或。
另外，第一驱动电路21具有利用通过第一死区时间检测电路30检测出的死区时间来驱动上桥臂Q1的第一栅极驱动电路35。第二驱动电路22具有利用通过第二死区时间检测电路40检测出的死区时间来驱动下桥臂Q2的第二栅极驱动电路45。
第一栅极驱动电路35具有电阻RG1P、RG1N、RG1M、以及开关P1sw、N1sw、M1sw。第二栅极驱动电路45具有电阻RG2P、RG2N、RG2M、以及开关P2sw、N2sw、M2sw。
第一死区时间检测电路30仅在检测出的死区时间DT、DT2的各个期间使开关M1sw导通。由此，第一栅极驱动电路35向上桥臂Q1的栅极施加电压值大致为零的第一中间电压VM1。
第二死区时间检测电路40仅在检测出的死区时间DT、DT2的各个期间使开关M2sw导通。由此，第二栅极驱动电路45向下桥臂Q2的栅极施加电压值大致为零的第二中间电压VM2。
需要说明的是，如果死区时间已知，则驱动装置20可以使用单触发电路等来估计死区时间DT、DT2。
图6是示出由具有图5的构成的驱动装置所进行的动作的时序图。用于输出第一正电源电压V1P的开关P1sw根据从控制装置10输入的指令信号Q1sig进行导通或关断。用于输出第一中间电压VM1的开关M1sw在死区时间期间进行动作。开关M1sw根据与Q1sig和Q2sig的反相信号的异或进行导通或关断。用于输出第一负电源电压V1N的开关N1sw根据从控制装置10输入的指令信号Q2sig进行导通或关断。通过以此方式进行动作，从而能够在死区时间期间将第一中间电压VM1提供给上桥臂Q1的栅极。关于下桥臂Q2也通过与图6同样地进行动作，从而能够在死区时间期间将第二中间电压VM2提供给下桥臂Q2的栅极。
图7是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第二构成示例的图。图7所示的驱动装置20的栅极驱动电路与图5所示的驱动装置20不同。在图7中，第一驱动电路21具有利用通过第一死区时间检测电路30检测出的死区时间来驱动上桥臂Q1的第一栅极驱动电路36。第二驱动电路22具有利用通过第二死区时间检测电路40检测出的死区时间来驱动下桥臂Q2的第二栅极驱动电路46。
第一栅极驱动电路36具有电阻RG1P、RG1N、RG1Ma、RG1Mb、以及开关P1sw、N1sw、M1sw、M11sw。第二栅极驱动电路46具有电阻RG2P、RG2N、RG2Ma、RG2Mb、以及开关P2sw、N2sw、M2sw、M22sw。
第一死区时间检测电路30仅在检测出的死区时间DT、DT2的各个期间使开关M1sw、M11sw导通。由此，第一栅极驱动电路36向上桥臂Q1的栅极施加通过电阻RG1Ma和电阻RG1Mb对第一正电源电压的绝对值和第一负电源电压的绝对值之和进行分压而得到的第一中间电压VM1。
第二死区时间检测电路40仅在检测出的死区时间DT、DT2的各个期间使开关M2sw、M22sw导通。由此，第二栅极驱动电路46向下桥臂Q2的栅极施加通过电阻RG2Ma和电阻RG2Mb对第一正电源电压的绝对值和第一负电源电压的绝对值之和进行分压而得到的第二中间电压VM2。
根据图7所示的构成，第一栅极驱动电路36可以在死区时间期间向上桥臂Q1施加电压值为正或负的第一中间电压VM1，而不限于电压值为零的第一中间电压VM1。同样地，第二栅极驱动电路46可以在死区时间期间向下桥臂Q2施加电压值为正或负的第二中间电压VM2，而不限于电压值为零的第二中间电压VM2。
例如，第一中间电压VM1可以是高于零且低于上桥臂Q1第一阈值电压的正电压，第二中间电压VM2可以是高于零且低于下桥臂Q2的第二阈值电压的正电压。由此，在死区时间期间施加的中间电压为桥臂未导通的程度的正电压。因此，还流向沟道部的电流略微增加，桥臂的漏极源极间的电压降低，损耗减少，劣化的恶化得到抑制。
例如，第一中间电压VM1可以是高于第一负电源电压V1N且低于零的负电压，第二中间电压VM2可以是高于第二负电源电压V2N且低于零的负电压。由此，在死区时间期间施加的中间电压为桥臂未导通的程度的负电压。因此，能够对因噪声等造成桥臂在死区时间期间错误地导通的情况进行抑制。
接着，对变成运转停止(指令信号Q1sig、Q2sig双方均关断)的情况下的驱动方法(第二驱动方法)、以及执行第二驱动方法的驱动装置的构成示例(第三构成示例)进行说明。
图8是示出变成运转停止的情况下的动作波形的一个示例的时序图。通常，在死区时间DT2之后，输入基于指令信号Q1sig的上桥臂Q1的导通指令(参见图4)。然而，如果在控制装置10中由于运转停止条件成立等使运转在中途停止，则不会输入基于指令信号Q1sig的上桥臂Q1的导通指令(参见图8)。因此，有时上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1保持在第一中间电压VM1(在图8的情况下为零)，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2保持在第二中间电压VM2(在图8的情况下为零)。在此情况下，由于在时间点t5之后未在上桥臂Q1的栅极与源极之间以及下桥臂Q2的栅极与源极之间施加反向偏压，因此上桥臂Q1或下桥臂Q2有可能因噪声等而进行误操作(例如误导通)。虽然图8示例性地示出了在第二死区时间DT2开始之后运转停止的场景，但是在第一死区时间DT1开始之后运转停止的情况下，上桥臂Q1或下桥臂Q2也有可能同样地因噪声等而进行误操作(例如误导通)。
图9是示出基于本公开的第二驱动方法的动作的时序图。图9示例性地示出了在死区时间DT2开始的时间点t4之后运转停止的场景。需要说明的是，在关于图9的以下说明中，援用图1所示的电力转换装置101的参照符号进行说明。另外，在第二驱动方法的说明中，关于与第一驱动方法相同的内容，通过援用上述的说明以进行省略。
在超过死区时间DT的设定时间输入上桥臂Q1和下桥臂Q2中的双方的关断指令的情况下，第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1(在本示例中为零)变更为第一负电源电压V1N(参见时间点t6)。上桥臂Q1的关断指令表示基于指令信号Q1sig的上桥臂Q1的关断指令。下桥臂Q2的关断指令表示基于指令信号Q2sig的下桥臂Q2的关断指令。另一方面，在超过死区时间DT的设定时间输入上桥臂Q1和下桥臂Q2中的双方的关断指令的情况下，第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2(在本示例中为零)变更为第二负电源电压V2N(参见时间点t6)。
由此，在经过死区时间DT的设定时间后未输入上桥臂Q1或下桥臂Q2的导通指令的情况下，在上桥臂Q1的栅极与源极之间以及下桥臂Q2的栅极与源极之间施加反向偏压。由此，能够降低上桥臂Q1或下桥臂Q2因噪声等而进行误操作(例如误导通)的可能性。
死区时间DT的设定时间是为了由驱动装置20对根据指令信号Q1sig、Q2sig确定的死区时间DT的长度的合适与否进行判定而预先确定的阈值时间。虽然死区时间DT的设定时间是第一死区时间DT1与第二死区时间DT2共同的阈值时间，但是第一死区时间DT1的设定时间与第二死区时间DT2的设定时间也可以是彼此不同的阈值时间。
另外，在死区时间DT超过预定的等待时间WT的情况下，第一驱动电路21可以将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1(在本示例中为零)变更为第一负电源电压V1N(参见时间点t6)。另一方面，在死区时间DT超过预定的等待时间WT的情况下，第二驱动电路22可以将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2(在本示例中为零)变更为第二负电源电压V2N(参见时间点t6)。
由此，在根据等待时间WT确定的一定期间内，上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1维持在第一中间电压VM1，下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2维持在第二中间电压VM2。在当运转停止时连接有电动机等具有电感的负载300的情况下，在一定期间内，续流电流流向上桥臂Q1或下桥臂Q2的体二极管。在第二驱动方法中，通过在电流经由体二极管进行续流的期间内，将栅极与源极之间的电压维持在中间电压，从而使体二极管的导通电压(正向电压)降低。因此，体二极管的损耗较少，能够对上桥臂Q1或下桥臂Q2的劣化进行抑制。
例如在图9中，第一驱动电路21和第二驱动电路22对自下桥臂Q2的导通指令期间在时间点t4结束起的经过时间进行测量。如果该经过时间的测量值达到预定等待时间WT而未输入上桥臂Q1的导通指令，则第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1变更为第一负电源电压V1N。如果该经过时间的测量值达到预定等待时间WT而未输入上桥臂Q1的导通指令，则第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2变更为第二负电源电压V2N。由此，能够对上桥臂Q1或下桥臂Q2的劣化进行抑制。
同样地，虽然在图9中未明确示出，但是第一驱动电路21和第二驱动电路22对自上桥臂Q1的导通指令期间在时间点t2结束起的经过时间进行测量。如果该经过时间的测量值达到预定等待时间WT而未输入下桥臂Q2的导通指令，则第一驱动电路21将上桥臂Q1的栅极电压从第一中间电压VM1变更为第一负电源电压V1N。如果该经过时间的测量值达到预定等待时间WT而未输入下桥臂Q2的导通指令，则第二驱动电路22将下桥臂Q2的栅极电压从第二中间电压VM2变更为第二负电源电压V2N。由此，能够对上桥臂Q1或下桥臂Q2的劣化进行抑制。
图10是示出一个实施方式的电力转换装置所具备的驱动装置的第三构成示例的图。在图10所示的第三构成示例的说明中，关于与图5所示的第一构成示例相同的构成，通过援用上述的说明以进行省略。图10所示的第三构成示例示出了执行上述第二驱动方法的驱动装置的电路构成的一个示例。执行第二驱动方法的驱动装置的电路构成不限于该构成。
相对于第一构成示例，第一死区时间检测电路30还包括等待时间电路37、异或门38、以及或门39。
等待时间电路37是将用于使施加第一中间电压VM1用的开关M1sw导通的异或门34的输出信号延迟等待时间WT并输出的延迟电路。异或门38通过异或门34的输出信号与等待时间电路37的输出信号的异或来驱动开关M1sw。或门39通过信号绝缘元件32的输出信号与等待时间电路37的输出信号的或来驱动反向偏压输出用的开关N1sw。第一驱动电路21通过具有该构成，从而能够在自死区时间DT开始起到经过等待时间WT为止，未输入指令信号Q1sig、Q2sig的导通指令的情况下，将开关M1sw关断且将开关N1sw导通。因此，如果经过等待时间WT而未输入指令信号Q1sig、Q2sig的导通指令，则能够将上桥臂Q1的栅极源极间电压VGS1从第一中间电压VM1变更为第一负电源电压V1N。
相对于第一构成示例，第二死区时间检测电路40还包括等待时间电路47、异或门48、以及或门49。
等待时间电路47是将用于使施加第二中间电压VM2用的开关M2sw导通的异或门44的输出信号延迟等待时间WT并输出的延迟电路。异或门48通过异或门44的输出信号与等待时间电路47的输出信号的异或来驱动开关M2sw。或门49通过信号绝缘元件42的输出信号与等待时间电路47的输出信号的或来驱动反向偏压输出用的开关N2sw。第二驱动电路22通过具有该构成，从而能够在自死区时间DT开始起到经过等待时间WT为止，未输入指令信号Q1sig、Q2sig的导通指令的情况下，将开关M2sw关断且将开关N2sw导通。因此，如果经过等待时间WT而未输入指令信号Q1sig、Q2sig的导通指令，则能够将下桥臂Q2的栅极源极间电压VGS2从第二中间电压VM2变更为第二负电源电压V2N。
虽然以上对实施方式进行了说明，但是本公开的技术不限于上述的实施方式。可以进行与其他的实施方式的一部分或全部的组合或替换等各种变形和改进。
另外，在上述实施方式中，针对用于对将一个相份的桥臂的上桥臂Q1和下桥臂Q2串联连接而成的2个电平的电路的元件进行驱动的装置进行了说明。然而，本公开的技术也可以应用于用于对输出电压电平为3个电平以上的多电平电路的元件进行驱动的驱动装置。

Claims (11)

1.一种驱动装置，隔着用于使串联连接的第一SiC-MOSFET和第二SiC-MOSFET关断的死区时间，使所述第一SiC-MOSFET和所述第二SiC-MOSFET交替地开关，所述驱动装置包括：
第一驱动电路，在所述死区时间，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第一负电源电压且低于所述第一SiC-MOSFET的第一阈值电压的第一中间电压；以及
第二驱动电路，在所述死区时间，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第二负电源电压且低于所述第二SiC-MOSFET的第二阈值电压的第二中间电压。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
在所述死区时间是紧接在所述第一SiC-MOSFET的导通指令期间之后且紧接在所述第二SiC-MOSFET的导通指令期间之前的第一死区时间时，
所述第一驱动电路在所述第一死区时间开始时，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从第一正电源电压变更为所述第一中间电压，并在所述第一死区时间结束时，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从所述第一中间电压变更为所述第一负电源电压，
所述第二驱动电路在所述第一死区时间开始时，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二负电源电压变更为所述第二中间电压，并在所述第一死区时间结束时，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二中间电压变更为第二正电源电压。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其中，
在所述死区时间是紧接在所述第二SiC-MOSFET的导通指令期间之后且紧接在所述第一SiC-MOSFET的导通指令期间之前的第二死区时间时，
所述第一驱动电路在所述第二死区时间开始时，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从所述第一负电源电压变更为所述第一中间电压，并在所述第二死区时间结束时，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从所述第一中间电压变更为所述第一正电源电压，
所述第二驱动电路在所述第二死区时间开始时，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二正电源电压变更为所述第二中间电压，并在所述第二死区时间结束时，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二中间电压变更为所述第二负电源电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其中，
所述第一中间电压和所述第二中间电压中的一方或双方为零。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其中，
所述第一中间电压是高于零且低于所述第一阈值电压的正电压，
所述第二中间电压是高于零且低于所述第二阈值电压的正电压。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其中，
所述第一中间电压是高于所述第一负电源电压且低于零的负电压，
所述第二中间电压是高于所述第二负电源电压且低于零的负电压。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其中，
在超过所述死区时间的设定时间输入所述第一SiC-MOSFET和所述第二SiC-MOSFET中的双方的关断指令的情况下，所述第一驱动电路将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从所述第一中间电压变更为所述第一负电源电压，
在超过所述死区时间的设定时间输入所述第一SiC-MOSFET和所述第二SiC-MOSFET中的双方的关断指令的情况下，所述第二驱动电路将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二中间电压变更为所述第二负电源电压。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其中，
在所述死区时间超过预定的等待时间的情况下，所述第一驱动电路将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压从所述第一中间电压变更为所述第一负电源电压，
在所述死区时间超过预定的等待时间的情况下，所述第二驱动电路将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压从所述第二中间电压变更为所述第二负电源电压。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其中，
所述等待时间包括电流经由所述第一SiC-MOSFET或所述第二SiC-MOSFET的体二极管续流的期间。
10.一种驱动方法，隔着用于使串联连接的第一SiC-MOSFET和第二SiC-MOSFET关断的死区时间，使所述第一SiC-MOSFET和所述第二SiC-MOSFET交替地开关，其中，
在所述死区时间，将所述第一SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第一负电源电压且低于所述第一SiC-MOSFET的第一阈值电压的第一中间电压，
在所述死区时间，将所述第二SiC-MOSFET的栅极电压设定为高于第二负电源电压且低于所述第二SiC-MOSFET的第二阈值电压的第二中间电压。
11.一种电力转换装置，包括根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置。
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