CN118199378A - 用于电源转换设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电源转换设备的控制装置，包括以下元件。驱动电路连接于功率模块的控制端，用于控制功率模块的控制端的电压。电路中增设米勒开关晶体管提供旁路传输路径以传导功率模块之中的功率半导体元件切换时产生的米勒电流。米勒开关控制电路控制米勒开关晶体管为导通或断开的状态，当米勒开关晶体管为导通的状态时通过米勒开关晶体管传导米勒电流。当功率模块操作于常规负电压时，可调式电源控制功率模块的控制端与第二端之间的电压差。

Description

用于电源转换设备的控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于电源转换设备的控制装置，尤其涉及一种抑制电源转换设备之中的功率模块的米勒效应的控制装置。

背景技术

电源转换设备可作为电源(电网)与再生能源(或负载)之间的转换媒介，因应于不同功率规格的电源设备或负载设备，电源转换设备可将电源转换为特定功率及特定形式的电力。电源转换设备中的功率模块包括功率半导体元件，其具有切换开关的功能。为了提升电源转换设备的效能，功率模块必须具备更高的切换速度。在目前的技术中，已导入不同材料的功率半导体元件设置于电源转换设备的功率模块之中。例如，导入碳化硅(SiC)的功率半导体元件以适应于功率规格为1kW至10MW的设备，碳化硅材料的功率半导体元件可操作到10kHz～100kHz的切换速度。又例如，导入氮化镓(GaN)的功率半导体元件以适应于功率规格为100W至10kW的设备，氮化镓材料的功率半导体元件可操作到更高的100kHz～10MHz的切换速度。

虽然，电源转换设备的功率模块采用特定材料的功率半导体元件可达到更高的切换速度，然而，功率半导体元件的寄生效应可能减损电源转换设备的效能。其中，较严重的寄生效应为元件内部的导体之间的寄生电容所致，例如，功率半导体元件内部的金氧半导晶体管(即，MOS晶体管)的寄生电容包括：晶体管的闸极-源极寄生电容Cgs、闸极-汲极寄生电容Cgd(或称为“米勒(Mi11er)电容”)以及汲极-源极寄生电容Cds。米勒电容Cgd导致的寄生效应称为“米勒效应(Miller effect)”。当晶体管进行驱动时，晶体管的闸极-源极寄生电容Cgs达到晶体管的临界电压Vth后，晶体管进入导通(turned-on)状态，则汲极-源极电流Ids的电流值上升，晶体管进入饱和区(saturation region)。由于米勒效应的作用，晶体管的闸极-源极电压Vgs在一个时间区间(此时间区间称为“米勒平台”)内保持为定电压值而不再上升。当汲极-源极电流Ids达到最大电流值，而汲极-源极电压Vds开始下降，米勒电容Cgd持续被充电(charge)，闸极-源极电压Vgs又上升到驱动电压的电压值，此时晶体管进入电阻区(triode region)，而汲极-源极电压Vds降至更低的电压值，完成功率半导体元件的导通。由上，米勒效应的持续时间(即，米勒平台的时间区间的时间长度)将增加功率半导体元件的导通时间，因此增加了功率半导体元件的切换损耗，而降低了电源转换设备的转换效率。

并且，当电源转换设备具有更高的换向速度、且晶体管的正闸极电压/负闸极电压的幅度的最大额定值(rated value)不同时，晶体管的闸极-源极之间发生的米勒效应可能恶化、且闸极-源极电压Vgs之中出现的毛刺(glitch)电压的幅度也将增加。请参见图1A，其绘示现有技术的电源转换设备之中的功率模块610的一部分的电路图。功率模块610包括为半桥式拓扑的功率半导体元件，功率模块610可执行切换开关，据以提供电力转换功能。在半桥式拓扑的组态中，功率模块610包括互补(complementary)的上臂元件与下臂元件，上臂元件包括晶体管Q11，下臂元件包括晶体管Q12。晶体管Q11的闸极g]1与汲极d11之间具有寄生电容Cgd11、闸极g11与源极s11之间具有寄生电容Cgs11、汲极d11与源极s11之间具有寄生电容Cds11。同样的，晶体管Q12的闸极g12与汲极d12之间具有寄生电容Cgd12、闸极g12与源极s12之间具有寄生电容Cgs12、汲极d12与源极s12之间具有寄生电容Cds12。在上臂元件的晶体管Q11的闸极-源极电压Vgs11之切换期间，下臂元件的晶体管Q12的米勒电容Cgd12向闸极注入电流，导致闸极路径的阻抗上产生压降(voltage drop)，使晶体管Q12的闸极-源极电压Vgs12出现毛刺电压。

请参见图1B，其绘示图1A的功率模块610的晶体管Q11的闸极-源极电压Vgs11与晶体管Q12的闸极-源极电压Vgs12的电压变化的时序图。晶体管Q11的闸极-源极电压Vgs11的常规正电压为+15V，其最高额定值为+20V，闸极-源极电压Vgs11的常规负电压为-15V，其最低额定值为-20V。晶体管Q12的闸极-源极电压Vgsl2的常规正/负电压与最高/最低额定值也相同。在时间点t11、t12、t13及t14可观察到，米勒效应导致晶体管Q12的闸极一源极电压Vgs12出现毛刺电压。晶体管Q12的闸极一源极电压Vgs12叠加毛刺电压后可能超过最低额定值。例如，在时间点t12、t14，闸极-源极电压Vgs12叠加毛刺电压后达到-20V或更低的电压值，超过了最低额定值一20V。并且，当闸极一源极电压Vgs12叠加毛刺电压后超过晶体管Q12的临界电压Vth12时晶体管Q12将导通，此时上臂元件的晶体管Q11及下臂元件的晶体管Q12同时导通，导致功率模块610发生短路而有电路元件被击穿的风险。

针对于米勒效应所导致的上述技术问题，本领域技术人员致力于改良电源转换设备的电路设计，以有效抑制米勒效应并能够精准控制功率半导体元件的闸极电压。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于电源转换设备的控制装置。控制装置包括以下元件。功率模块，具有第一端、第二端与控制端，功率模块包括功率半导体元件。驱动电路，连接于该功率模块的该控制端，用于控制该功率模块的该控制端的电压。米勒开关晶体管，连接于该功率模块的该控制端，该米勒开关晶体管提供旁路传输路径，以传导该功率半导体元件切换时产生的米勒电流。米勒开关控制电路，连接于该米勒开关晶体管的闸极与该米勒开关晶体管的汲极，该米勒开关控制电路控制该米勒开关晶体管为导通或断开的状态，当该米勒开关晶体管为导通的状态时，该米勒开关晶体管传导该米勒电流。可调式电源，连接于该功率模块的该第二端，当该功率模块操作于常规负电压时，该可调式电源控制该功率模块的该控制端与该第二端之间的电压差。

附图说明

图1A为现有技术的电源转换设备之中的功率模块的一部分的电路图；

图1B为图1A的功率模块的两个晶体管的闸极-源极电压的电压变化的时序图；

图2为一比较例的电源转换设备之中的控制装置的电路图；

图3为在电源转换设备之中，本发明一实施例的控制装置的电路图；

图4为图3的控制装置之中的米勒开关控制电路、可调式电源、驱动电路及功率模块的详细电路图；

图5A、5B为图4的米勒开关控制电路及可调式电源的运作示意图；

图6为驱动电路的晶体管、米勒开关控制电路的晶体管、作为米勒开关的晶体管及功率模块的晶体管的导通或断开的状态变化、以及晶体管的闸极一源极电压及电容的跨压的电压变化的波形图；

图7为本发明的功率模块的晶体管的闸极-源极电压的电压变化与图1A的现有技术的功率模块的晶体管的闸极-源极电压的电压变化的比较图；

图8A为本发明的控制电路应用于电源转换设备的示意图；

图8B为图8A的电源转换设备的一实施例的方块图。

【附图标记说明】

1000b，1000a-控制装置；2000-电源转换设备；2100-电源；2200-储能元件；2300-负载；10-逻辑电路；100-米勒开关控制电路；200-可调式电源；350-周边电路；400-控制芯片；500-驱动电路；600，610，620-功率模块；700-控制电路；710～760-单元；11，51-输入端；12，22，41，42，52-输出端；61-第一端；62-第二端；53-高电位端；54-低电位端；63-控制端；C1，C2，C3-电容；R1，R2，Rg-电阻；ZD，D1，D2-二极管；i_ZD-电流；Vout，Vadj-电压；P1，P2，P3，P4-传输路径；Vth6-临界电压；Q1，Q11，Q12，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6-晶体管；g11，g12，g5-闸极；d11，d12，d5-汲极；s11，s12，s5-源极；Cgd11，Cgs11，Cds11，Cgd12，Cgs12，Cds12-寄生电容；Cgd，Cgs，Cds-寄生电容；Cgd5闸极-汲极寄生电容；N34-节点；Vgs5，Vgs11，Vgs12-闸极-源极电压；Vds5-汲极-源极电压；VC2-跨压；△V-电压差；Δt-时间差；t11，t12，t13，t14-时间点；V1--第一定电压；V1+-第二定电压；GND1-接地端；Iml-米勒电流。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本发明的各个实施例分别具有一个或多个技术特征。在可能实施的前提下，本领域技术人员可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将这些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。

请参见图2，其绘示一比较例的电源转换设备之中的控制装置1000a的电路图。控制装置1000a包括控制芯片400、驱动电路500及功率模块600。功率模块600作为切换开关，功率模块600之中的功率半导体元件是晶体管Q5，(即，晶体管Q5作为功率开关晶体管)。晶体管Q5的闸极-汲极寄生电容Cgd5(即，米勒电容)导致的米勒电流Iml可能流入驱动电路500。米勒电流Iml流过驱动电路500的晶体管Q2。在此一比较例中，为了抑制米勒电流Iml流入驱动电路500，在控制装置1000a之中增设晶体管Q6及逻辑电路10。晶体管Q6作为米勒开关晶体管，逻辑电路10控制晶体管Q6的运作，使晶体管Q6作为“米勒开关”(或称为“米勒钳位开关”)以抑制米勒效应。晶体管Q6连接于功率模块600的晶体管Q5的闸极g5及源极s5之间，且连接于驱动电路500的晶体管Q2的源极。晶体管Q6可提供米勒电流的旁路(bypass)传输路径，避免米勒电流Im1直接流入驱动电路500的晶体管Q2。

然而，在图2的比较例中，无法精准控制米勒开关(即，晶体管Q6)的米勒箝位电压，也无法精确控制米勒开关的驱动时间。针对于此，本发明提出改良式的米勒开关的控制机制，以期能精准控制米勒开关的米勒箝位电压及米勒开关的驱动时间。

图3为在电源转换设备之中，本发明一实施例的控制装置1000b的电路图。图3的实施例的控制装置1000b可对于米勒开关的米勒箝位电压及米勒开关的驱动时间进行精准控制功率模块。控制装置1000b包括米勒开关控制电路100、可调式电源200、控制芯片400、驱动电路500及功率模块600。控制芯片400控制驱动电路500对于功率模块600进行驱动。控制电路米勒开关控制电路100及可调式电源200对于米勒开关(即，晶体管Q6)的米勒箝位电压及米勒开关的驱动时间进行精准控制。

米勒开关控制电路100、可调式电源200、控制芯片400、驱动电路500及功率模块600的电性连接方式说明如下。驱动电路500包括晶体管Q1及晶体管Q2。晶体管Q1及晶体管Q2形成反向器(inverter)。晶体管Q1、Q2两者的闸极共同连接于驱动电路500的输入端51，晶体管Q1、Q2两者的汲极共同连接于驱动电路500的输出端52。驱动电路500的输入端51连接于米勒开关控制电路100的输入端11及控制芯片400的输出端41。驱动电路500的输出端52通过电阻Rg连接于功率模块600的控制端63。并且，驱动电路500的高电位端53(即，晶体管Q1的源极)连接于周边电路350，周边电路350例如是具有短路保护功能的保护电路。驱动电路500的低电位端54(即，晶体管Q2的源极)连接于可调式电源200。

功率模块600包括功率半导体元件，以作为功率开关，其具有切换功能。当电源转换设备提供电力至不同功率规格的设备时，功率模块600因应于不同功率进行开关切换。当进行切换时，因应于控制端63接收的电压，功率模块600为导通(turned-on)的状态或断开(turned-off)的状态。当功率模块600为导通时，功率模块600的第一端61可导通于第二端62。功率模块600的功率半导体元件例如是晶体管(图3中未显示)，晶体管的汲极连接于第一端61，晶体管的源极连接于第二端62，晶体管的闸极连接于控制端63。功率模块600的第一端61可连接于周边电路350。功率模块600的第二端62连接于可调式电源200的输出端22。功率模块600的控制端63通过电阻Rg连接于驱动电路500的输出端52，且控制端63通过晶体管Q6连接于米勒开关控制电路100。

晶体管Q6作为米勒开关，其提供功率模块600的晶体管的米勒电流Im1的旁路传输路径，米勒电流Im1通过晶体管Q6传导至米勒开关控制电路100。晶体管Q6的闸极连接于米勒开关控制电路100的输出端12，晶体管Q6的源极通过电阻Rg连接于驱动电路500的输出端52。并且，晶体管Q6的源极连接于功率模块600的控制端63，以连接于功率模块600的晶体管的闸极。控制芯片400的输出端42通过周边电路350连接于功率模块600的第一端61。

图4为图3的控制装置1000b之中的米勒开关控制电路100、可调式电源200、驱动电路500及功率模块600的详细电路图。如图4所示，功率模块600的半导体功率元件包括晶体管Q5。晶体管Q5的闸极g5、汲极d5与源极s5分别连接于功率模块600的控制端63、第一端61及第二端62。晶体管Q5的闸极g5与汲极d5之间具有寄生电容Cgd，汲极d5与源极s5之间具有寄生电容Cds，且闸极g5与源极s5之间具有寄生电容Cgs。

可调式电源200包括电阻R1、电容C1及二极管ZD。电阻R1并联连接于电容C1。电阻R1的第一端与电容C1的第一端共同连接于二极管ZD的阴极。电阻R1的第二端与电容C1的第二端共同连接于接地端GND1，因此，电阻R1的第二端与电容C1的第二端的电位为接地电压。二极管ZD的阳极接收第一定电压V1一。第一定电压V1-低于接地端GND1的接地电压，第一定电压V1-为负电压值。二极管ZD例如为齐纳二极管(zener diode)，流过二极管ZD的电流为电流i_ZD。电阻R1的第一端、电容C1的第一端与二极管ZD的阴极共同连接于驱动电路500的低电位端54，电阻R1的第一端、电容C1的第一端与二极管ZD的阴极的电位为可调电压Vadj。电阻R1的第二端与电容C1的第二端共同连接于可调式电源200的输出端22且连接至功率模块600的第二端62。在运作上，二极管ZD用于调整可调电压Vadj的电压值。电容C1具有稳压的作用，用于稳定电容C1的第一端的可调电压Vadj的电压值。电阻R1具有限制电流的作用，用于限制二极管ZD的电流i_ZD的电流量。

米勒开关控制电路100包括晶体管Q3、晶体管Q4、电阻R2、电容C2及二极管D1。晶体管Q3、Q4为功率开关，晶体管Q3、Q4形成反向器。晶体管Q3、Q4两者的闸极共同连接于米勒开关控制电路100的输入端11，晶体管Q3、Q4两者的汲极共同连接于节点N34，节点N34为晶体管Q3、Q4形成反向器的输出端。晶体管Q3的源极连接于接地端GND1，晶体管Q3的源极的电位为接地电压。晶体管Q4的源极连接于第一节点N1，晶体管Q4的源极的电位为第一定电压V1-。电阻R2串联连接于电容C2。电容C2的第一端连接于节点N34，电容C2的第二端连接于电阻R2的第一端。电阻R2的第二端与二极管D1的阴极共同连接于米勒开关控制电路100的输出端12。二极管D1的阳极连接于第一节点N1，该第一节点N1具有第一定电压V1-，即，二极管D1的阳极接收第一定电压V1-。米勒开关控制电路100的输入端11连接于控制芯片400的输出端41，米勒开关控制电路100的输出端12连接于晶体管Q6(即，米勒开关)的闸极。晶体管Q6的源极连接于晶体管Q5的闸极g5，晶体管Q6的汲极接收第一定电压V1-。在运作上，二极管D1提供晶体管Q4的回路(1oop)传输路径，二极管D1具有放电的作用以对于晶体管Q4进行放电。电容C2具有稳压的作用，用于稳定节点N34的电位的电压值。

驱动电路500包括晶体管Q1及晶体管Q2，晶体管Q1、Q2形成反向器。晶体管Q1、Q2两者的闸极共同连接于驱动电路500的输入端51(即，反向器的输入端)并连接至控制芯片400的输出端41。晶体管Q1、Q2两者的汲极共同连接于驱动电路500的输出端52(即，反向器的输出端)并通过电阻Rg连接于功率模块600的控制端63。晶体管Q2的源极连接于驱动电路500的低电位端54并连接至电容C1的第一端、电阻R1的第一端与二极管ZD的阴极。晶体管Q1的源极连接于驱动电路500的高电位端53并接收第二定电压V1+。其中，第二定电压V1+的电压值高于第一定电压V1-。第二定电压V1+高于接地端GND1的接地电压，第二定电压V1+为正电压值。

图5A、5B为图4的米勒开关控制电路100及可调式电源200的运作示意图。图6为驱动电路500的晶体管Q1、Q2，米勒开关控制电路100的晶体管Q3、Q4，作为米勒开关的晶体管Q6及功率模块600的晶体管Q5的导通或断开的状态变化、以及晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5及电容C2的跨压VC2的电压变化的波形图。请先参见图5A与图6，晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的闸极都连接于控制芯片400的输出端41，因此晶体管Q1、Q2、Q3及Q4因应于控制芯片400的输出端41的电压Vout而切换于导通状态或断开状态。

功率模块600的晶体管Q5类似于图1A的下臂元件的晶体管Q12(图中未显示功率模块600的上臂元件)。在时间点t0至时间点t1之间，控制芯片400的输出端41的电压Vout为高电压值，晶体管Q1为导通、晶体管Q2断开、晶体管Q3为断开且晶体管Q4为导通。因此，晶体管Q1、电阻Rg、晶体管Q5、电阻R1与二极管ZD形成导通的传输路径P1。晶体管Q5作为功率模块600的下臂元件，因应于控制芯片400的输出端41的电压Vout的高电压值，在时间点t0至时间点t1之间晶体管Q5操作于常规正电压。例如，晶体管Q5的闸极g5通过传输路径P1之中的电阻Rg与晶体管Q1接收第二定电压V1+，即，晶体管Q5的闸极g5的电压相等于第二定电压V1+。并且，晶体管Q5的源极s5通过传输路径P1连接于接地端GND1，晶体管Q5的源极s5的电压相等于接地端GND1的接地电压(接地电压例如为零电压值)。据此，晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5相等于第二定电压V1+。

另一方面，晶体管Q4、二极管D1、电阻R2及电容C2形成导通的传输路径P2。在时间点t0至时间点t1之间，由于电容C2的跨压VC2为零电压值，因此晶体管Q6为断开，则传输路径P2为回路。

接下来，参见图5B与图6，在时间点t1至时间点t3之间控制芯片400的输出端41的电压Vout降低为低电压值，晶体管Q5操作于常规负电压。因应于低电压值的电压Vout，晶体管Q1为断开、晶体管Q2导通、晶体管Q3为导通且晶体管Q4为断开。因此，晶体管Q2、电阻Rg、晶体管Q5、电阻R1与二极管ZD形成导通的传输路径P3。

在晶体管Q5操作于常规负电压的期间内的第一阶段(即，时间点t1至时间点t2之间)，电容C2的跨压VC2逐渐上升，跨压VC2高于零电压值，因此晶体管Q6为导通。晶体管Q3、电容C2、电阻R2及晶体管Q6形成导通的传输路径P4。晶体管Q5的闸极g5通过导通的晶体管Q6接收第一定电压V1-，并且晶体管Q5的源极s5仍然通过传输路径P3连接于接地端GND1(晶体管Q5的源极s5的电压仍然为零电压值)，因此闸极-源极电压Vgs5相等于第一定电压V1-。由上，在时间点t1至时间点t2之间，通过米勒开关控制电路100控制晶体管Q6为导通，使晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5控制为相等于第一定电压V1-，以抑制闸极-源极电压Vgs5发生的毛刺电压。

米勒开关控制电路100控制晶体管Q6为导通的时间(即，时间点t1与时间点t2之间的时间差Δt)称为晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5的“米勒开关驱动时间t_miller”，或可称为“米勒钳位时间”。米勒开关驱动时间t_miller相等于时间点t1与时间点t2之间的时间差Δt，如式(1)所示：

式(1)的Vth6是作为米勒开关的晶体管Q6的临界电压、V1+为第二定电压、R_2为电阻R2的电阻值、C_2为电阻C2的电容值。米勒开关控制电路100之中的电阻R2、电容C2与二极管D1形成充放电回路，本发明的米勒开关控制电路100可因应不同需求(例如，因应于不同功率规格的电源转换设备)对于米勒开关驱动时间t_miller进行调整，通过调整电阻R2的电阻值R-2及电容C2的电容值C_2以改变米勒开关驱动时间t_miller。

接下来，在晶体管Q5操作于常规负电压的期间内的第二阶段(即，时间点t2至时间点t3之间)，电容C2的跨压VC2逐渐上升，跨压VC2高于晶体管Q6的临界电压Vth6，因此晶体管Q6为断开。由于晶体管Q6为断开，晶体管Q5的闸极g5通过传输路径P3接收二极管ZD的阴极的可调电压Vadj。由上，在时间点t2至时间点t3之间，通过米勒开关控制电路100控制晶体管Q6为断开，使晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5控制为相等于可调电压Vadj；此时的闸极-源极电压Vgs5称为“米勒箝位电压V_miller”，如式(2)所示：

V_miller＝Vadj＝V_ZD+(V1-) (2)

式(2)的V_ZD为二极管ZD的负向偏压(reverse bias)。本发明的可调式电源200可因应不同需求对于米勒箝位电压V_miller进行调整，通过调整二极管ZD的负向偏压V_ZD(或者，选择具有不同负向偏压V_ZD的不同二极管ZD)以改变可调电压Vadj的电压值，从而改变闸极-源极电压Vgs5的米勒箝位电压V_miller。在功率模块600的晶体管Q5操作于常规负电压的期间，可调式电源200用于控制功率模块600的控制端63与第二端62之间的电压差(即，晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5)，使控制端63与第二端62之间的电压差为适当的米勒箝位电压V_miller。

由上，在晶体管Q5操作于常规负电压的期间内的第一阶段(即，时间点t1至时间点t2之间)，晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5控制为相等于第一定电压V1-。在第二阶段(即，时间点t2至时间点t3之间)，晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5控制为相等于可调电压Vadj。据此，晶体管Q5操作于常规负电压时，闸极-源极电压Vgs5具有两个阶段的电压转态。

而后，进行周期性的操作，在时间点t3至时间点t4之间，控制芯片400的输出端41的电压Vout提升为高电压值，晶体管Q5操作于常规正电压。在时间点t4至时间点t6之间，控制芯片400的输出端41的电压Vout再次降低为低电压值，晶体管Q5操作于常规负电压。

图7为本发明的功率模块600的晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5的电压变化与图1A的现有技术的功率模块610的晶体管Q12的闸极-源极电压Vgs12的电压变化的比较图。现有技术的功率模块610的晶体管Q12的闸极-源极电压Vgs12的电压变化表示为图7中的虚线部分，从虚线部分观察到晶体管Q12的米勒效应导致的毛刺电压叠加于闸极-源极电压Vgs12，使闸极--源极电压Vgs12由原本的常规负电压为-15V骤增或骤减。其中，叠加毛刺电压后而骤减的闸极-源极电压Vgs12可能低于负电压的最低额定值为-20V而导致电路元件的损毁。

相对的，本发明的功率模块600的晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5在米勒开关驱动时间t_miller的范围内(即，图7所示的时间差Δt之内)被控制为相等于第一定电压V1-。并且，在米勒开关驱动时间t_miller之后，闸极-源极电压Vgs5增加了电压差ΔV而成为米勒箝位电压V_miller(米勒箝位电压V_miller相等于可调电压Vadj)。

根据图7的比较，现有技术的功率模块610的米勒效应导致的毛刺电压致使晶体管Q12的闸极-源极电压Vgs12发生骤增或骤减。相对的，在本揭示的功率模块600之中，晶体管Q5的闸极-源极电压Vgs5可控制为介于第一定电压V1-与米勒箝位电压V_miller之间，有效抑制了米勒效应。

图8A为本发明的控制电路700应用于电源转换设备2000的示意图。电源转换设备2000包括电源2100、功率模块620、储能元件2200、负载2300及控制电路700。电源2100例如为大型的固定的电网设备。储能元件2200例如为小型(甚至为可携式)的电池装置。功率模块620设置于电源2100与储能元件2200之间，功率模块620作为切换开关。因应于不同功率规格的电源2100、储能元件2200及负载2300，功率模块620对于电源2100提供的电力进行转换，以产生特定功率及特定形式的电力并提供至储能元件2200。

控制电路700的功能相同于第3、4图的实施例的米勒开关控制电路100与可调式电源200的功能。连接于功率模块620。当功率模块620运作时，功率模块620之中的功率半导体元件可能肇因于米勒效应而导致功率模块620的短路或误动作。控制电路700对于功率模块620之中的功率半导体元件进行米勒钳位控制以抑制米勒效应，例如：将功率模块620之中的功率半导体元件的闸极-源极电压控制于适当的米勒箝位电压V_miller，且将米勒开关控制于操作在适当的米勒开关驱动时间t_miller。

着请参见图8B，其绘示为图gA的电源转换设备2000的一实施例的方块图。本实施例的功率模块620包括六个功率开关元件，控制电路700包括六个单元710～760。功率模块620的每个功率开关元件具有切换开关的功能，功率模块620的每个功率开关元件由控制电路700的单元710～760的对应一个来控制。例如，控制电路700的单元710、720分别控制功率模块620的一组功率开关元件，该组功率开关元件作为功率模块620的上臂元件与下臂元件。类似的，控制电路700的单元730、740分别控制功率模块620的另一组功率开关元件，控制电路700的单元750、760分别控制功率模块620的又一组功率开关元件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于电源转换设备的控制装置，包括：

功率模块，具有第一端、第二端与控制端，所述功率模块包括功率半导体元件；

驱动电路，连接于所述功率模块的所述控制端，用于控制所述功率模块的所述控制端的电压；

米勒开关晶体管，连接于所述功率模块的所述控制端，所述米勒开关晶体管提供旁路传输路径，以传导所述功率半导体元件切换时产生的米勒电流；

米勒开关控制电路，连接于所述米勒开关晶体管的闸极与所述米勒开关晶体管的汲极，所述米勒开关控制电路控制所述米勒开关晶体管为导通或断开的状态，当所述米勒开关晶体管为导通的状态时，所述米勒开关晶体管传导所述米勒电流；以及，

可调式电源，连接于所述功率模块的所述第二端，当所述功率模块操作于常规负电压时，所述可调式电源控制所述功率模块的所述控制端与所述第二端之间的电压差。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述功率模块的所述功率半导体元件是功率开关晶体管，所述功率开关晶体管的汲极、源极与闸极分别连接于所述功率模块的所述第一端、所述第二端与所述控制端，所述功率开关晶体管的所述闸极与所述汲极之间具有寄生电容，所述米勒电流相关于所述寄生电容。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述驱动电路包括第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管形成反向器，所述反向器的输出端连接于所述功率开关晶体管的所述闸极，所述驱动电路用于控制所述功率开关晶体管的所述闸极的电压。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述可调式电源包括：

齐纳二极管，所述齐纳二极管的阴极连接于所述驱动电路，所述齐纳二极管的所述阴极具有可调电压，且所述齐纳二极管的阳极的电位相等于第一定电压，所述第一定电压为负电压值；

第一电容，连接于所述齐纳二极管的所述阴极与所述功率模块的所述第二端之间；以及，

第一电阻，连接于所述齐纳二极管的所述阴极与所述功率模块的所述第二端之间，

其中，当所述功率模块操作于所述常规负电压时，所述功率模块的所述控制端与所述第二端之间的所述电压差相等于所述第一定电压或所述可调电压。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，其中：

在所述功率模块操作于所述常规负电压的期间内的第一阶段，所述功率模块的所述控制端与所述第二端之间的所述电压差相等于所述第一定电压，以及，

在所述功率模块操作于所述常规负电压的期间内的第二阶段，所述功率模块的所述控制端与所述第二端之间的所述电压差相等于所述可调电压。

6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述可调电压相关于所述齐纳二极管的负向偏压。

7.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第一电容用于稳定所述可调电压的电压值，所述第一电阻用于限制所述齐纳二极管的电流量。

8.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述米勒开关控制电路包括：

第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管及所述第四晶体管形成反向器，所述反向器的输入端连接于所述驱动电路，所述第四晶体管连接于所述米勒开关晶体管的所述汲极；

第二电容及第二电阻，连接于所述反向器的输出端与所述米勒开关晶体管的所述闸极之间；以及，

第一二极管，连接于所述第二电阻、且连接于所述米勒开关晶体管的所述汲极。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，其中：

当所述功率模块操作于常规正电压时，所述第三晶体管为断开的状态、所述第四晶体管为导通的状态、且所述米勒开关晶体管为断开的状态；以及，

所述第二电容、所述第二电阻、所述第一二极管与所述第四晶体管形成回路传输路径。

10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，其中：

在所述功率模块操作于所述常规负电压的期间内的第一阶段，所述第三晶体管为导通的状态、所述第四晶体管为断开的状态、且所述米勒开关晶体管为导通的状态；以及

所述第一阶段的持续时间相关于所述第二电容的跨压。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，其中：

所述第四晶体管的源极的电位相等于第一定电压、且所述第一二极管的阳极的电位相等于所述第一定电压，所述第一定电压为负电压值；以及

在所述功率模块操作于所述常规负电压的期间内的所述第一阶段，所述功率模块的所述控制端与所述第二端之间的所述电压差相等于所述第一定电压。