CN117811332A - 米勒钳位驱动电路及半桥电路*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种米勒钳位驱动电路及半桥电路***，其中，RCD模组和关断开关模组可构成新型米勒钳位电路。RCD模组可根据驱动电压输出模组输出的驱动电压，控制关断开关模组的第一端电压。由于关断开关模组的第二端用于连接半桥开关管的第一端，因此当驱动电压输出模组输出关断驱动电压时，若半桥开关管的第一端电压在米勒电容的影响下发生变化，且半桥开关管的第一端电压与关断驱动电压之间的压差满足关断开关模组的开通电压阈值，则关断开关模组开通，从而将半桥开关管的第一端电压进行钳位。采用本申请的电路可实现针对半桥开关管的低阻抗关断回路，以避免半桥开关管误导通，进而可降低半桥电路***的电路损耗，并提高运行可靠性。

Description

米勒钳位驱动电路及半桥电路***

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种米勒钳位驱动电路及半桥电路***。

背景技术

目前，高功率半桥电路***一般采用MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)或氮化镓高电子迁移率晶体管等开关管作为功率器件，并使用驱动电阻来控制功率器件的开关速度。考虑到***性能和***稳定性，功率器件的开关速度往往需要分别调整以达到最佳的工作状态。因此，对于同一功率器件，可分别设置开通电阻和关断电阻，以通过开通电阻控制功率器件的开通时间，以及通过关断电阻控制功率器件的关断时间。从***性能的角度考虑，开通电阻和关断电阻一般会偏向于采用阻值较小的方案来实现，以降低功率器件的开关损耗。

如图1所示，当开关驱动芯片Driver通过不同输出端来控制功率器件的开通与关断时，以开关管Q1为例，用于输出开通驱动电压的输出端连接电阻Rg_on1，用于输出关断驱动电压的输出端连接电阻Rg_off1。同理，用于控制开关管Q2的开关驱动芯片分别通过Rg_on和Rg_off连接开关管Q2。在此情况下，开关管Q1的开通电阻等于Rg_on1的阻值，关断电阻等于Rg_off1的阻值。开关管Q2的开通电阻等于Rg_on的阻值，关断电阻等于Rg_off的阻值。

如图2所示，当开关管驱动芯片Driver通过同一输出端输出同一功率器件的开通驱动电压和关断驱动电压时，以开关管Q1为例，用于输出开关管Q1的驱动电压的输出端分别连接电阻Rg1和二极管的负极，二极管的正极连接电阻Rg2，电阻Rg2与电阻Rg1相连接且连接开关管Q1的控制端。在此情况下，开关管Q1的开通电阻等于Rg1的阻值。开关管Q1的关断电阻等于Rg1和Rg2的并联电阻，即(Rg1·Rg2)/(Rg1+Rg2)。同理，开关管Q2的开通电阻等于Rg3的电阻，开关管Q2的关断电阻等于(Rg3·Rg4)/(Rg3+Rg4)。

在半桥电路***的工作过程中，开关管Q1和开关管Q2需交替开通，以使半桥电路***中的电感可以交替进行储能和续流。但是，由于开关管Q1和开关管Q2存在米勒电容，在米勒电容的作用下，开关管Q1和开关管Q2会在一段时间内同时开通，从而增加半桥电路***的损耗，甚至会引起半桥电路***的直通，导致器件过流损坏。

以开关管Q1作为主动管，开关管Q2作为续流管为例，图3示出了开关管Q2作为续流管时被驱动开通的电流情况，图4示出了开关管Q2作为续流管时被驱动关断的电流情况，图5示出了开关管Q1开通时开关管Q1和开关管Q2的电压电流情况。如图3所示，当主动管开通时，开关管Q1的漏极与源极电压差Vds从电压Vbus下降为0，桥臂中点电压跳变，开关管Q2的漏极电压拉高至Vbus。开关管Q2的漏极-源极电容Cds充电，使得Cds两端电压从0上升至Vbus。同时，开关管Q2的米勒电容Cgd也会被充电，Cgd的充电电流igd分为两路：一路通过电阻Rg_off对地放电，另一路用于对开关管Q2的栅极-源极电容Cgs充电。

若开关管Q2的关断电阻阻值较大，或者开关管驱动芯片中关断电流较小，导致igd无法迅速通过由关断电阻和开关管驱动芯片组成的关断通路放电，则igd会将开关管Q2的Cgs充电至高于开关管Q2导通电压阈值Vth，导致开关管Q2处于临界导通状态，进而增加半桥电路***的损耗，甚至会引起半桥电路***的直通，导致器件过流损坏。

由此可见，现有的半桥电路***存在电路损耗大，运行可靠性低的问题。

发明内容

本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中电路损耗大，运行可靠性低的技术缺陷。

第一方面，本申请实施例提供了一种米勒钳位驱动电路，包括：

驱动电压输出模组，用于分别连接半桥开关管的第一端和第二端，用于输出开通驱动电压或关断驱动电压，以使所述半桥开关管基于所述半桥开关管的第一端与第二端之间的压差开通或关断；

RCD模组，包括第一电阻模块、第一电容模块和第一二极管模块；所述第一二极管模块的正极连接所述驱动电压输出模组，负极分别连接所述第一电阻模块的第一端和所述第一电容模块的第一端；所述第一电容模块的第二端用于连接所述半桥开关管的第二端，所述第一电阻模块的第二端连接所述驱动电压输出模组；

关断开关模组，所述关断开关模组的第一端连接所述第一电容模块的第一端，所述关断开关模组的第二端用于连接所述半桥开关管的第一端，所述关断开关模组的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；

其中，所述关断开关模组用于在所述驱动电压输出模组输出所述关断驱动电压的情况下，基于所述关断开关模组的第一端与第二端之间的压差开通或关断。

在其中一个实施例中，所述驱动电压输出模组包括第一开关管驱动芯片、第一开通电阻和第一关断电阻，所述关断开关模组包括第一三极管；

所述第一开关管驱动芯片的开通驱动电压输出端分别连接所述第一二极管模块的正极和所述第一开通电阻的第一端；所述第一开通电阻的第二端分别连接所述第一三极管的发射极和所述第一关断电阻的第一端，且用于连接所述半桥开关管的第一端；

所述第一关断电阻的第二端分别连接所述第一开关管驱动芯片的关断驱动电压输出端和所述第一电阻模块的第二端；所述第一三极管的基极连接所述第一电容模块的第一端，所述第一三极管的集电极和所述第一开关管驱动芯片的接地端均用于连接所述半桥开关管的第二端。

在其中一个实施例中，所述第一电阻模块与所述第一电容模块的RC时间常数大于所述半桥开关管的开通时间，且所述RC时间常数大于所述半桥开关管的关断时间。

在其中一个实施例中，所述第一电阻模块与所述第一电容模块的RC时间常数小于所述半桥开关管的死区时间。

在其中一个实施例中，所述米勒钳位驱动电路还包括负压生成模组，所述关断开关模组包括开关模块和二极管钳位模块；

所述负压生成模组连接在所述驱动电压输出模组和所述半桥开关管的第一端之间，所述驱动电压输出模组通过所述负压生成模组连接所述第一电阻模块的第二端；

所述开关模块的第一端连接所述第一电容模块的第一端，所述开关模块的第二端连接所述二极管钳位模块的第一端，所述开关模块的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；所述二极管钳位模块的第二端用于连接所述半桥开关管的第一端，所述二极管钳位模块的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；

其中，所述负压生成模组用于在所述驱动电压输出模组输出所述开通驱动电压的情况下充电，并在所述驱动电压输出模组输出所述关断驱动电压的情况下放电。

在其中一个实施例中，所述负压生成模组包括第二电容模块和第二电阻模块；

所述第二电容模块的第一端分别连接所述驱动电压输出模组和所述第二电阻模块的第一端；所述第二电容模块的第二端分别连接所述第一电阻模块的第二端和所述第二电阻模块的第二端，且用于连接所述半桥开关管的第一端。

在其中一个实施例中，所述二极管钳位模块包括普通二极管单元和稳压二极管单元；

所述普通二极管单元的正极用于所述半桥开关管的第一端，所述普通二极管单元的负极分别连接所述开关模块的第二端和所述稳压二极管单元的负极，所述稳压二极管单元的正极用于连接所述半桥开关管的第二端。

在其中一个实施例中，所述驱动电压输出模组包括第二开关管驱动芯片、第二开通电阻和第二关断电阻；

所述第二开关管驱动芯片的开通驱动电压输出端分别连接所述第一二极管模块的正极和所述第二开通电阻的第一端；所述第二开通电阻的第二端分别连接所述第二电容模块的第一端和所述第二关断电阻的第一端，所述第二关断电阻的第二端连接所述第二开关管驱动芯片的关断驱动电压输出端，所述第二开关管驱动芯片的接地端用于连接所述半桥开关管的第二端。

第二方面，本申请实施例提供了一种半桥电路***，包括：第一半桥开关管、第二半桥开关管以及2个上述任一实施例所述的米勒钳位驱动电路；2个所述米勒钳位驱动电路分别为第一米勒钳位驱动电路和第二米勒钳位驱动电路；

所述第一米勒钳位驱动电路分别连接所述第一半桥开关管的第一端和所述第一半桥开关管的第二端，所述第一半桥开关管的第三端用于作为所述半桥电路***的电压输入端；

所述第二米勒钳位驱动电路分别连接所述第二半桥开关管的第一端和所述第二半桥开关管的第二端，所述第二半桥开关管的第二端用于接地，所述第二半桥开关管的第三端连接所述第一半桥开关管的第二端。

在其中一个实施例中，所述半桥电路***还包括电容电路；

所述电容电路的第一端连接所述第一半桥开关管的第三端，所述电容电路的第二端连接所述第二半桥开关管的第二端。

在本申请一些实施例提供的米勒钳位驱动电路及半桥电路***中，RCD模组和关断开关模组可构成新型米勒钳位电路。RCD模组可根据驱动电压输出模组输出的驱动电压，控制关断开关模组的第一端电压。由于关断开关模组的第二端用于连接半桥开关管的第一端，因此关断开关模组的第一端与第二端之间的压差关联于驱动电压和半桥开关管的第一端电压。当驱动电压输出模组输出关断驱动电压时，若半桥开关管的第一端电压在米勒电容的影响下发生变化，且半桥开关管的第一端电压与关断驱动电压之间的压差满足关断开关模组的开通电压阈值，则关断开关模组开通，使得半桥开关管的第一端可通过关断开关模组连接半桥开关管的第二端，从而将半桥开关管的第一端电压进行钳位。如此，可实现针对半桥开关管的低阻抗关断回路，以避免半桥开关管误导通，进而可降低半桥电路***的电路损耗，并提高运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中，半桥电路***的电路示意图之一；

图2为现有技术中，半桥电路***的电路示意图之二；

图3为现有技术中，开关管Q2作为续流管时被驱动开通的电流情况示意图；

图4为现有技术中，开关管Q2作为续流管时被驱动关断的电流情况示意图；

图5为现有技术中，开关管Q1开通时开关管Q1和开关管Q2的电压电流情况示意图；

图6为本申请一个实施例中，米勒钳位驱动电路的电路示意图之一；

图7为图6所示米勒钳位驱动电路在驱动电压输出模组输出开通驱动电压时的电流示意图；

图8为图6所示米勒钳位驱动电路在驱动电压输出模组输出关断驱动电压时的电流示意图；

图9为图6所示米勒钳位驱动电路中续流管的电流示意图；

图10图6所示米勒钳位驱动电路的信号波形示意图之一；

图11为图6所示米勒钳位驱动电路的信号波形示意图之二；

图12为申请一个实施例中，米勒钳位驱动电路的电路示意图之二；

图13为图12所示米勒钳位驱动电路在驱动电压输出模组输出开通驱动电压时的电流示意图；

图14为图12所示米勒钳位驱动电路在驱动电压输出模组输出关断驱动电压时的电流示意图；

图15为图12所示米勒钳位驱动电路中续流管的电流示意图；

图16为图12所示米勒钳位驱动电路的信号波形示意图；

图17为本申请一个实施例中，半桥电路***的电路示意图之一；

图18为本申请一个实施例中，半桥电路***的电路示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在一个实施例中，本申请提供了一种米勒钳位驱动电路，可用于驱动半桥电路***中的半桥开关管。可以理解，本文所述的半桥开关管可为半桥电路***中需要交替导通关断的开关管，例如可以是图1-5中的开关管Q1或开关管Q2。

为便于描述米勒钳位驱动电路的工作原理，本文一些实施例结合图1-5示出的半桥电路***进行说明，以使用米勒钳位驱动电路驱动NMOS开关管Q2作为示例。需要说明的是，除图1-5示出的半桥电路***外，本申请的米勒钳位驱动电路还可应用在具备不同电路结构的半桥电路***中，半桥电路***的具体电路结构可依据实际情况确定，本文对此不作具体限制。

本申请的米勒钳位驱动电路可以包括驱动电压输出模组10、RCD模组20和关断开关模组30。其中，驱动电压输出模组10是指用于输出驱动电压的模组，其具体实现方式可以依据实际情况确定。驱动电压输出模组10可通过输出不同的驱动电压控制半桥开关管的通断状态。关断开关模组30是指具备开关功能的电路，可用于提供低阻抗的关断回路。

RCD模组20是指至少包括电阻、电容和二极管的电路。具体地，RCD模组20可以包括第一电阻模块、第一电容模块和第一二极管模块。第一电阻模块可以是等效电路为电阻的电路模块，例如可通过一个或多个电阻来实现。第一电容模块可以是等效电路为电容的电路模块，例如可通过一个或多个电容来实现。类似地，第一二极管模块可以通过一个或多个二极管来实现。为便于说明，本文一些实施例以第一电阻模块包括第一电阻R1，第一电容模块包括第一电容C1，第一二极管模块包括第一二极管D1为例进行描述。

如图6所示，驱动电压输出模组10用于分别连接半桥开关管的第一端和半桥开关管的第二端。示例性地，若半桥开关管为NMOS，则半桥开关管的第一端可以是栅极，第二端可以是源极。

第一二极管模块的正极连接驱动电压输出模组10，第一二极管模块的负极分别连接第一电阻模块的第一端和第一电容模块的第一端，第一电容模块的第一端连接关断开关模组30的第一端，关断开关模组30的第二端用于连接半桥开关管的第一端，关断开关模组30的第三端用于连接半桥开关管的第二端。第一电容模块的第二端用于连接半桥开关管的第二端，第一电阻模块的第二端连接驱动电压输出模组10。

驱动电压输出模组10用于输出开通驱动电压或关断驱动电压，以使半桥开关管基于半桥开关管的第一端电压与半桥开关管的第二端电压之间的压差开通或关断。例如，当半桥开关管为开关管Q2时，若驱动电压输出模组10输出高电平的开通驱动电压，则开关管Q2栅极与源极之间的压差Vgs大于NMOS管的开通电压阈值，使得开关管Q2导通。若驱动电压输出模组10输出低电平的关断驱动电压，则开关管Q2的Vgs小于NMOS管的开通电压阈值，使得开关管Q2关断。

在驱动电压输出模组10输出关断驱动电压的情况下，关断开关模组30可根据关断开关模组30的第一端电压与关断开关模组30的第二端电压之间的压差开通或关断。具体地，在硬开关半桥电路***的应用中，当开关管Q2作为主动管时，米勒钳位驱动电路的电流情况可如图7和图8所示。

图7示出了驱动电压输出模组10输出开通驱动电压时的电流情况。当驱动电压输出模组10输出高电平的开通驱动电压时，第一二极管模块正向导通，开通驱动电压可通过第一二极管模块为第一电容模块充电。同时，开通驱动电压可施加在开关管Q2的栅极，从而为开关管Q2的Cgs充电，以拉高开关管Q2的栅极电压。在开关管Q2的Vgs大于NMOS的开通电压阈值的情况下，开关管Q2开通，开关管Q2的Cgd和Cds开始放电，开关管Q2漏极与源极之间的压差Vds从Vbus下降至0。

图8示出了驱动电压输出模组10输出关断驱动电压时的电流情况。当驱动电压输出模组10输出低电平的关断驱动电压时，开关管Q2的Cgs可以通过驱动电压输出模组10进行放电，以使开关管Q2的Vgs下降。当开关管Q2的Vgs低于NMOS的开通电压阈值时，开关管Q2关断。开关管Q2的Cgd和Cgs充电，开关管Q2的Vds上升至Vbus。

当开关管Q2作为续流管时，米勒钳位驱动电路的电流情况可如图9所示。开关管Q2在充当续流管时，处于软开关状态，电流从开关管Q2的源极流向漏极。当驱动电压输出模组10输出的驱动电压从低电平的关断驱动电压翻转为高电平的开通驱动电压时，开关管Q2的Vds未发生变化，电流从开关管Q2的体二极管转移至开关管Q2的MOSFET沟道。当驱动电压从高电平的开通驱动电压翻转为低电平的关断驱动电压时，电流从开关管Q2的MOSFET沟道转移到开关管Q2的体二极管。

在驱动电压输出模组10输出关断驱动信号的情况下，RCD模组20和关断开关模组30可监控开关管Q2的Vgs。在充当主动管的开关管Q1导通的情况下，开关管Q1的Vds从Vbus下降至0，开关管Q2的Vds从0上升至Vbus，开关管Q2的Cds和Cgd被充电。开关管Q2的位移电流igd分别为开关管Q2的Cgd和Cgs充电，使得开关管Q2的Vgs上升，致使关断开关模组30的第二端电压上升。当关断开关模组30的第一端电压与关断开关模组30的第二端电压之间的压差满足关断开关模组30的开通电压阈值时，关断开关模组30开通，形成低阻抗放电回路。如此，可防止开关管Q2的栅极电压继续上升，从而达到米勒电容钳位的效果。

本申请中，RCD模组20和关断开关模组30可构成新型米勒钳位电路。RCD模组20可根据驱动电压输出模组10输出的驱动电压，控制关断开关模组30的第一端电压。由于关断开关模组30的第二端用于连接半桥开关管的第一端，因此关断开关模组30的第一端与第二端之间的压差关联于驱动电压和半桥开关管的第一端电压。当驱动电压输出模组10输出关断驱动电压时，若半桥开关管的第一端电压在米勒电容的影响下发生变化，且半桥开关管的第一端电压与关断驱动电压之间的压差满足关断开关模组30的开通电压阈值，则关断开关模组30开通，使得半桥开关管的第一端可通过关断开关模组30连接半桥开关管的第二端，从而将半桥开关管的第一端电压进行钳位。如此，可实现针对半桥开关管的低阻抗关断回路，以避免半桥开关管误导通，进而可降低半桥电路***的电路损耗，并提高运行可靠性。

在一个实施例中，驱动电压输出模组10可以包括第一开关管驱动芯片102、第一开通电阻Rg_on2和第一关断电阻Rg_off2。关断开关模组30可包括第一三极管Q3，在一个示例中，第一三极管Q3为PNP三极管。

第一开关管驱动芯片102的开通驱动电压输出端分别连接第一二极管模块的正极和第一开通电阻Rg_on2的第一端，第一开通电阻Rg_on2的第二端分别连接第一三极管Q3的发射极和第一关断电阻Rg_off2的第一端，第一关断电阻Rg_off2的第二端分别连接第一开关管驱动芯片102的关断驱动电压输出端和第一电阻模块的第二端。第一三极管Q3的基极连接第一电容模块的第一端，第一三极管Q3的集电极和第一开关管驱动芯片102的接地端均用于连接半桥开关管的第二端，第一三极管Q3的发射极和第一开通电阻Rg_on2的第二端均用于连接半桥开关管的第一端。

具体而言，开通驱动电压可通过第一开通电阻Rg_on2为开关管Q2的Cgs充电，开关管Q2的开通时间关联于第一开通电阻Rg_on2的阻值。当需要关断开关管Q2时，第一开关管驱动芯片102的关断电压输出端可连接第一开关管驱动芯片102的接地端，从而可输出低电平的关断输出电压。在此情况下，开关管Q2的Cgs可通过第一关断电阻Rg_off2放电，开关管Q2的关断时间关联于第一关断电阻Rg_off2的阻值。在第一开关管驱动芯片102输出关断驱动电压的情况下，若开关管Q2的栅极电压升高，导致第一三极管Q3的发射极电压与关断驱动电压之间的压差大于第一三极管Q3的开通电压阈值(例如0.7V)，则第一三极管Q3导通，开关管Q2的栅极可通过第一三极管Q3连接开关管Q2的源极，从而形成低阻抗的放电回路，进而可达到米勒电容钳位的效果。

可以理解，第一电阻模块和第一电容模块构成RC电路，该RC电路的RC时间常数可为第一电阻模块的阻值与第一电容模块的电容值的乘积。RC时间常数的数值影响着第一电容模块的电压变化快慢。

在一个实施例中，RC时间常数可大于半桥开关管的开通时间，并大于半桥开关管的关断时间，以减小米勒钳位电路对半桥开关管驱动速度的影响。

在一个实施例中，RC时间常数可小于半桥开关管的死区时间，以使关断开关模组30可以及时开通和截止。

在一个示例中，第一电容模块的电容值可远小于开关管Q2的栅极电容的电容值，如此，在驱动电压输出模组10输出开通驱动电压的情况下，第一三极管Q3的基极电压可迅速升高，使得第一三极管Q3始终处于截止状态，避免影响开关管Q2的开通过程。

在一个示例中，由于开关管Q2的关断时间关联于第一关断电阻Rg_off2的阻值，因此第一电阻模块的阻值可远大于第一关断电阻Rg_off2的阻值，使得驱动电压从高电平的开通驱动电压翻转为低电平的关断驱动电压后，第一电容模块上的电压可以较为缓慢地下降，使得第一三极管Q3处于截止状态，避免影响开关管Q2的关断过程。

示例性地，当以开关管Q2作为续流管时，若开关管Q1和开关管Q2的死区时间设置为330ns，第一开通电阻Rg_on2的阻值和第一关断电阻Rg_off2的阻值均为20Ω，第一电阻模块的阻值为150Ω，第一电容模块的电容值为220pF，则半桥电路***中开关管Q2的Vgs、开关管Q2的Vds和半桥电路***中电感电流的信号波形图可如图10所示。图10中，上图为没有采用米勒钳位驱动电路时的信号波形图，当开关管Q1开通时，开关管Q2的Vgs由于igd充电，最高电压升高至5.4V，超过开关管Q2的开通电压阈值Vth(4V)，从而会引起开关管Q2误导通。图10中，下图为采用图6所示的电路结构驱动开关管Q2时的信号波形图，可以看出，开关管Q2的Vgs最高仅升至2.7V，低于开关管Q2的开通电压阈值Vth。由此可见，本申请的米勒钳位驱动电路可以将半桥开关管的第一端与第二端之间的压差有效钳位至较低电位，从而可避免半桥开关管误导通。

在另一个示例中，当以开关管Q2作为续流管时，若开关管Q1和开关管Q2的死区时间设置为330ns，第一开通电阻Rg_on2的阻值和第一关断电阻Rg_off2的阻值均为20Ω，第一电阻模块的阻值为470Ω，第一电容模块的电容值为330pF，则半桥电路***中开关管Q2的Vgs、开关管Q2的Vds和半桥电路***中电感电流的信号波形图可如图11所示。图11中，上图为没有采用米勒钳位驱动电路时的信号波形图，当开关管Q1开通时开关管Q2的Vgs升高至5.5V。图11中，下图为采用图6所示的电路结构驱动开关管Q2时的信号波形图，当开关管Q1开通时开关管Q2的Vgs升高至3.7V。

从上述实施例可知，关断开关模组30可以根据其第一端与第二端之间的压差开通或关断。但是，在实际应用中，若半桥开关管的开通电压阈值较低，或半桥开关管的开关速度较快，则在采用图6示出的米勒钳位驱动电路驱动半桥开关管的情况下，半桥开关管的第一端与第二端之间的压差依旧有可能满足半桥开关管的开通电压阈值，导致半桥开关管误导通。例如，当半桥开关管为增强型氮化镓晶体管或碳化硅MOSFET时，采用图6示出的米勒钳位驱动电路仍有可能发生误导通。因此，本文一些实施例提供的米勒钳位驱动电路可以包括负压生成模组40，以进一步避免半桥开关管误导通，从而可进一步降低半桥电路***的损耗，并增加运行可靠性和安全性。

在一个实施例中，如图12所示，米勒钳位驱动电路还可包括负压生成模组40，关断开关模组30可包括开关模块和二极管钳位模块。负压生成模组40连接在驱动电压输出模组10和半桥开关管的第一端之间，也即，驱动电压输出模组10、负压生成模组40和半桥开关管的第一端依次连接，驱动电压输出模组10通过负压生成模组40连接半桥开关管的第一端。同时，负压生成模组40还连接在驱动电压输出模组10和第一电阻模块之间，也即，驱动电压输出模组10连接负压生成模组40的第一端，负压生成模组40的第二端连接第一电阻模块第二端。

开关模块的第一端连接第一电容模块的第一端，开关模块的第二端连接二极管钳位模块的第一端，二极管钳位模块的第二端用于连接半桥开关管的第一端，二极管钳位模块的第三端和开关管模块的第三端均用于连接半桥开关管的第二端。其中，开关模块可根据开关模块的第一端电压与开关模块的第二端电压之间的压差开通或关断。可以理解，开关模块的具体实现方式可依据实际情况确定，为便于说明，本文一些实施例以开关模块包括第二三极管Q4为例进行说明。在一个示例中，第二三极管Q4可以是PNP三极管。

具体而言，负压生成模组40可以是具备充放电功能的电路结构，其具体实现可依据实际情况确定。负压生成模组40用于在驱动电压输出模组10输出开通驱动电压的情况下充电，还用于在驱动电压输出模组10输出关断驱动电压的情况下放电。由于负压生成模组40连接在驱动电压输出模组10和半桥开关管的第一端之间，因此，半桥开关管的第一端电压可依据驱动电压输出模组10输出的驱动电压和负压生成模组40两端压差来确定。以半桥开关管为NMOS开关管Q2为例，当驱动电压输出模组10输出低电平的关断驱动电压时，负压生成模组40可电压反向加载在开关管Q2的栅极，以形成负电压关断。

可以理解，负压生成模组40的具体电路结构可依据实际情况确定。在一个实施例中，如图12所示，负压生成模组40可以包括第二电容模块和第二电阻模块。其中，第二电容模块的相关说明可参阅上述第一电容模块的描述，第二电阻模块的相关说明可参阅上述第一电阻模块的描述，本文在此不再赘述。在一个示例中，第二电容模块可包括第二电容C2，第二电阻模块可包括第二电阻RB1。

第二电容模块的第一端可分别连接驱动电压输出模组10和第二电阻模块的第一端，第二电阻模块的第二端可分别连接第二电容模块的第二端和第一电容模块的第二端，第二电阻模块的第二端还可用于连接半桥开关管的第一端。如此，可简化米勒钳位驱动电路的电路结构。

在一个实施例中，如图12-图14所示，二极管钳位模块可包括普通二极管单元和稳压二极管单元。可以理解，普通二极管单元和稳压二极管单元的具体电路均可依据实际情况确定，本文对此不作具体限定。在一个示例中，普通二极管单元可包括第二二极管D2，稳压二极管单元可包括稳压二极管D3。进一步地，第二二极管D2可为肖特基二极管。

普通二极管单元的正极用于连接半桥开关管的第一端，普通二极管单元的负极分别连接开关模块的第二端和稳压二极管单元的负极，稳压二极管单元的正极用于连接半桥开关管的第二端。

以NMOS开关管Q2为例，当驱动电压输出模组10输出高电平的开通驱动电压时，普通二极管单元正向导通，驱动电压输出模组10、第二电容模块、普通二极管单元和稳压二极管单元可组成回路，使得第二电容模块可通过开通驱动电压进行充电。同时，开通驱动电压可通过第二电容模块为开关管Q2的Cgs充电。在普通二极管单元和稳压二极管单元的作用下，开关管Q2的栅极电压Vgs_on被钳位至V(D2)+V(D3)，其中V(D2)为普通二极管单元的压降，V(D3)为稳压二极管单元的压降。第二电容模块两端的压差可为Vcc-V(D2)-V(D3)，其中Vcc为开通驱动电压。

当驱动电压输出模组10输出低电平的关断驱动电压时，第二电容模块的电压可反向加载在开关管Q2的栅极，以形成负电压关断。例如，在开关管Q1断开的情况下，若驱动电压输出模组10输出电压值为0的关断驱动电压，则开关管Q2的栅极电压Vgs_off为-(Vcc-V(D2)-V(D3))。

在一个实施例中，如图12-图15所示，驱动输出模块包括第二开关管驱动芯片104、第二开通电阻Rg_on3和第二关断电阻Rg_off3。其中，第二开关管驱动芯片104的开通电压输出端分别连接第一二极管模块的正极和第二开通电阻Rg_on3的第一端，第二开通电阻Rg_on3的第二端分别连接第二电容模块的第一端和第二关断电阻Rg_off3的第一端，第二关断电阻Rg_off3的第二端连接第二开关管驱动芯片104的关断驱动电压输出端，第二开关管驱动芯片104的接地端用于连接半桥开关管的第二端。

在驱动电压输出模组10输出开通驱动电压时，开通驱动电压可通过第二开通电阻Rg_on3和第二电容模块为开关管Q2的Cgs充电，以及开通驱动电压可通过第一二极管模块为第一电容模块充电，使得关断开关模组30可迅速截止。

在加入负压生成模组40后，第一电阻模块的连接点和第一二极管模块的连接点分别位于第一电容模块的两端。如此，在驱动电压输出模组10输出关断驱动电压时，若开关管Q2的栅极电压被拉高，则关断开关模组30的第一端与第二端之间的压差会随着栅极电压的改变而改变，当压差满足关断开关模组30的开通电压阈值时，关断开关模组30导通，从而将开关管Q2的栅极电压拉低。在驱动电压输出模组10输出关断驱动电压时，第二电容模块上的电荷可通过第二开通电阻Rg_on3和第一电阻模块的会路放电。在一个示例中，可选取足够的第二电容模块的电容值和第一电阻模块的电阻值，以确保第二电容模块两端电压在一个开关周期内不会降至过低并失去负压关断的作用。

示例性地，当以开关管Q2作为续流管时，以稳压二极管D3的稳压电压为9.1V，开关管Q2的Vgs_on＝10V，开关管Q2的Vgs_off＝-2V，第一电阻模块的阻值为150Ω，第一电容模块的电容值为220pF为例，电感电流、开关管Q2的驱动电压及开关管Q2的Vgs信号波形图可如图16所示。可以看出，在没有使用米勒钳位驱动电路的情况下，若电感电流为16A，则在主动管Q1开通时，续流管Q2的Vgs的电压尖峰可达3.6V。在引入图12所示米勒钳位驱动电路的情况下，若电感电流为16A，则在主动管Q1开通时，续流管Q2的Vgs的电压尖峰仅为1.4V，下降约2.2V。由此可见，使用负压生成模组40可进一步提升半桥开关管的稳定性。

本申请各实施例提供的米勒钳位驱动电路，可以节省开关管驱动芯片的管脚位，并可使用无米勒钳位功能但具有互锁和死区设置功能的开关管驱动芯片，增加了半桥电路***的可靠性。与固定Vth使能的集成式米勒钳位驱动芯片相比，本申请的时间常数可以灵活设置，可推广至低阈值开通电压的增强型GaN和SiC器件的应用，也可以增加负压生成模组40进一步保证半桥电路***高速开关的可靠性。

在一个实施例中，本申请提供了一种半桥电路***，该***可包括第一半桥开关管Q5、第二半桥开关管Q6以及2个上述任一实施例所述的米勒钳位驱动电路。可以理解，本实施例中，第一半桥开关管Q5和第二半桥开关管Q6可以依据实际情况选型，例如可为MOS管、IGBT或氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)等。

2个米勒钳位驱动电路分别为第一米勒钳位驱动电路和第二米勒钳位驱动电路。其中，第一米勒钳位驱动电路可分别连接第一半桥开关管Q5的第一端和第一半桥开关管Q5的第二端，用于驱动第一半桥开关管Q5。第二米勒钳位驱动电路可分别连接第二半桥开关管Q6的第一端和第二半桥开关管Q6的第二端，用于驱动第二半桥开关管Q6。

第一半桥开关管Q5和第二半桥开关管Q6可以采用图腾柱方式进行连接。也即，第二半桥开关管Q6的第三端可连接第一半桥开关管Q5的第二端，并可作为半桥电路***的输出端。第一半桥开关管Q5的第三端可用于作为半桥电路***的电压输入端，用于获取Vbus。第二半桥开关管Q6的第二端可用于接地。

在一个实施例中，半桥电路***还可包括电容电路。该电容电路的第一端连接第一半桥开关管Q5的第三端，电容电路的第二端连接第二半桥开关管Q6的第二端。可以理解，电容电路可以包括一个或多个电容，当电容电路包括多个电容时，各个电容的连接关系可以依据实际情况确定，本文对此不作具体限定。在一个示例中，电容电路可包括第三电容C3。

在一个实施例中，半桥电路还可包括第一电感和第四电容。第一电感的第一端连接第一半桥开关管Q5的第二端，第一电感的第二端连接第四电容的第一端，第四电容的第二端连接第二半桥开关管Q6的第二端。第四电容的第一端和第四电容的第二端可用于接入负载。

本实施例中，通过采用米勒钳位驱动电路，可实现针对半桥开关管的低阻抗关断回路，以避免半桥开关管误导通，进而可降低半桥电路***的电路损耗，并提高运行可靠性。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，“一”、“一个”、“所述”、“该”和“其”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。多个是指至少两个的情况，如2个、3个、5个或8个等。“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种米勒钳位驱动电路，其特征在于，包括：

驱动电压输出模组，用于分别连接半桥开关管的第一端和第二端，用于输出开通驱动电压或关断驱动电压，以使所述半桥开关管基于所述半桥开关管的第一端与第二端之间的压差开通或关断；

RCD模组，包括第一电阻模块、第一电容模块和第一二极管模块；所述第一二极管模块的正极连接所述驱动电压输出模组，负极分别连接所述第一电阻模块的第一端和所述第一电容模块的第一端；所述第一电容模块的第二端用于连接所述半桥开关管的第二端，所述第一电阻模块的第二端连接所述驱动电压输出模组；

关断开关模组，所述关断开关模组的第一端连接所述第一电容模块的第一端，所述关断开关模组的第二端用于连接所述半桥开关管的第一端，所述关断开关模组的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；

其中，所述关断开关模组用于在所述驱动电压输出模组输出所述关断驱动电压的情况下，基于所述关断开关模组的第一端与第二端之间的压差开通或关断。

2.根据权利要求1所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述驱动电压输出模组包括第一开关管驱动芯片、第一开通电阻和第一关断电阻，所述关断开关模组包括第一三极管；

所述第一开关管驱动芯片的开通驱动电压输出端分别连接所述第一二极管模块的正极和所述第一开通电阻的第一端；所述第一开通电阻的第二端分别连接所述第一三极管的发射极和所述第一关断电阻的第一端，且用于连接所述半桥开关管的第一端；

所述第一关断电阻的第二端分别连接所述第一开关管驱动芯片的关断驱动电压输出端和所述第一电阻模块的第二端；所述第一三极管的基极连接所述第一电容模块的第一端，所述第一三极管的集电极和所述第一开关管驱动芯片的接地端均用于连接所述半桥开关管的第二端。

3.根据权利要求1或2所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述第一电阻模块与所述第一电容模块的RC时间常数大于所述半桥开关管的开通时间，且所述RC时间常数大于所述半桥开关管的关断时间。

4.根据权利要求1或2所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述第一电阻模块与所述第一电容模块的RC时间常数小于所述半桥开关管的死区时间。

5.根据权利要求1所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述米勒钳位驱动电路还包括负压生成模组，所述关断开关模组包括开关模块和二极管钳位模块；

所述负压生成模组连接在所述驱动电压输出模组和所述半桥开关管的第一端之间，所述驱动电压输出模组通过所述负压生成模组连接所述第一电阻模块的第二端；

所述开关模块的第一端连接所述第一电容模块的第一端，所述开关模块的第二端连接所述二极管钳位模块的第一端，所述开关模块的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；所述二极管钳位模块的第二端用于连接所述半桥开关管的第一端，所述二极管钳位模块的第三端用于连接所述半桥开关管的第二端；

其中，所述负压生成模组用于在所述驱动电压输出模组输出所述开通驱动电压的情况下充电，并在所述驱动电压输出模组输出所述关断驱动电压的情况下放电。

6.根据权利要求5所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述负压生成模组包括第二电容模块和第二电阻模块；

所述第二电容模块的第一端分别连接所述驱动电压输出模组和所述第二电阻模块的第一端；所述第二电容模块的第二端分别连接所述第一电阻模块的第二端和所述第二电阻模块的第二端，且用于连接所述半桥开关管的第一端。

7.根据权利要求6所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述二极管钳位模块包括普通二极管单元和稳压二极管单元；

所述普通二极管单元的正极用于所述半桥开关管的第一端，所述普通二极管单元的负极分别连接所述开关模块的第二端和所述稳压二极管单元的负极，所述稳压二极管单元的正极用于连接所述半桥开关管的第二端。

8.根据权利要求6或7所述的米勒钳位驱动电路，其特征在于，所述驱动电压输出模组包括第二开关管驱动芯片、第二开通电阻和第二关断电阻；

所述第二开关管驱动芯片的开通驱动电压输出端分别连接所述第一二极管模块的正极和所述第二开通电阻的第一端；所述第二开通电阻的第二端分别连接所述第二电容模块的第一端和所述第二关断电阻的第一端，所述第二关断电阻的第二端连接所述第二开关管驱动芯片的关断驱动电压输出端，所述第二开关管驱动芯片的接地端用于连接所述半桥开关管的第二端。

9.一种半桥电路***，其特征在于，包括：第一半桥开关管、第二半桥开关管以及2个如权利要求1至8任一项所述的米勒钳位驱动电路；2个所述米勒钳位驱动电路分别为第一米勒钳位驱动电路和第二米勒钳位驱动电路；

所述第一米勒钳位驱动电路分别连接所述第一半桥开关管的第一端和所述第一半桥开关管的第二端，所述第一半桥开关管的第三端用于作为所述半桥电路***的电压输入端；

所述第二米勒钳位驱动电路分别连接所述第二半桥开关管的第一端和所述第二半桥开关管的第二端，所述第二半桥开关管的第二端用于接地，所述第二半桥开关管的第三端连接所述第一半桥开关管的第二端。

10.根据权利要求9所述的半桥电路***，其特征在于，所述半桥电路***还包括电容电路；

所述电容电路的第一端连接所述第一半桥开关管的第三端，所述电容电路的第二端连接所述第二半桥开关管的第二端。