TWI846201B - 用於電源轉換設備的控制裝置 - Google Patents

Abstract

一種用於電源轉換設備的控制裝置，包括以下元件。驅動電路連接於功率模組的控制端，用於控制功率模組的控制端的電壓。電路中增設米勒開關電晶體提供一旁路傳輸路徑以傳導功率模組之中的功率半導體元件切換時產生的米勒電流。米勒開關控制電路控制米勒開關電晶體為導通或斷開的狀態，當米勒開關電晶體為導通的狀態時經由米勒開關電晶體傳導米勒電流。當功率模組操作於常規負電壓時，可調式電源控制功率模組的控制端與第二端之間的電壓差。

Description

用於電源轉換設備的控制裝置

本揭示關於一種用於電源轉換設備的控制裝置，特別有關於一種抑制電源轉換設備之中的功率模組之米勒效應的控制裝置。

電源轉換設備可作為電源(電網)與再生能源(或負載)之間的轉換媒介，因應於不同功率規格的電源設備或負載設備，電源轉換設備可將電源轉換為特定功率及特定形式的電力。電源轉換設備中的功率模組包括功率半導體元件，其具有切換開關的功能。為了提升電源轉換設備的效能，功率模組必須具備更高的切換速度。在目前的技術中，已導入不同材料的功率半導體元件設置於電源轉換設備的功率模組之中。例如，導入碳化矽(SiC)的功率半導體元件以適應於功率規格為1kW至10MW的設備，碳化矽材料之功率半導體元件可操作到10kHz~100kHz的切換速度。又例如，導入氮化鎵(GaN)的功率半導體元件以適應於功率規格為100W至10kW的設備，氮化鎵材料之功率半導體元件可操作到更高的100kHz~10MHz的切換速度。

雖然，電源轉換設備的功率模組採用特定材料的功率半導體元件可達到更高的切換速度，然而，功率半導體元件的寄生效應可能減損電源轉換設備的效能。其中，較嚴重的寄生效應係為元件內部的導體之間的寄生電容所致，例如，功率半導體元件內部的金氧半導電晶體(即，MOS電晶體)的寄生電容包括：電晶體的閘極-源極寄生電容Cgs、閘極-汲極寄生電容Cgd(或稱為「米勒(Miller)電容」)以及汲極-源極寄生電容Cds。米勒電容Cgd導致的寄生效應稱為「米勒效應(Miller effect)」。當電晶體進行驅動時，電晶體的閘極-源極寄生電容Cgs達到電晶體的臨界電壓Vth後，電晶體進入導通(turned-on)狀態，則汲極-源極電流Ids的電流值上升，電晶體進入飽和區(saturation region)。由於米勒效應的作用，電晶體的閘極-源極電壓Vgs在一個時間區間(此時間區間稱為「米勒平台」)內保持為定電壓值而不再上升。當汲極-源極電流Ids達到最大電流值，而汲極-源極電壓Vds開始下降，米勒電容Cgd持續被充電(charge)，閘極-源極電壓Vgs又上升到驅動電壓的電壓值，此時電晶體進入電阻區(triode region)，而汲極-源極電壓Vds降至更低的電壓值，完成功率半導體元件的導通。由上，米勒效應的持續時間(即，米勒平台的時間區間的時間長度)將增加功率半導體元件的導通時間，因此增加了功率半導體元件的切換損耗，而降低了電源轉換設備的轉換效率。

並且，當電源轉換設備具有更高的換向速度、且電晶體的正閘極電壓/負閘極電壓的幅度之最大額定值(rated value)不同時，電晶體的閘極-源極之間發生的米勒效應可能惡化、且閘極-源極電壓 Vgs之中出現的毛刺(glitch)電壓之幅度亦將增加。請參見第1A圖，其繪示習知的電源轉換設備之中的功率模組610之一部分的電路圖。功率模組610包括為半橋式拓撲的功率半導體元件，功率模組610可執行切換開關，據以提供電力轉換功能。在半橋式拓撲的組態中，功率模組610包括互補(complementary)的上臂元件與下臂元件，上臂元件包括電晶體Q11，下臂元件包括電晶體Q12。電晶體Q11的閘極g11與汲極d11之間具有寄生電容Cgd11、閘極g11與源極s11之間具有寄生電容Cgs11、汲極d11與源極s11之間具有寄生電容Cds11。同樣的，電晶體Q12的閘極g12與汲極d12之間具有寄生電容Cgd12、閘極g12與源極s12之間具有寄生電容Cgs12、汲極d12與源極s12之間具有寄生電容Cds12。在上臂元件的電晶體Q11的閘極-源極電壓Vgs11之切換期間，下臂元件的電晶體Q12的米勒電容Cgd12向閘極注入電流，導致閘極路徑之阻抗上產生壓降(voltage drop)，使電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12出現毛刺電壓。

請參見第1B圖，其繪示第1A圖的功率模組610的電晶體Q11的閘極-源極電壓Vgs11與電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12的電壓變化的時序圖。電晶體Q11的閘極-源極電壓Vgs11的常規正電壓為+15V，其最高額定值為+20V，閘極-源極電壓Vgs11的常規負電壓為-15V，其最低額定值為-20V。電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12的常規正/負電壓與最高/最低額定值亦同。在時間點t11、t12、t13及t14可觀察到，米勒效應導致電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12出現毛刺電壓。電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12疊加毛刺電壓後可能超過最低 額定值。例如，在時間點t12、t14，閘極-源極電壓Vgs12疊加毛刺電壓後達到-20V或更低的電壓值，超過了最低額定值-20V。並且，當閘極-源極電壓Vgs12疊加毛刺電壓後超過電晶體Q12的臨界電壓Vth12時電晶體Q12將導通，此時上臂元件的電晶體Q11及下臂元件的電晶體Q12同時導通，導致功率模組610發生短路而有電路元件被擊穿的風險。

針對於米勒效應所導致的上述技術問題，本技術領域之技術人員係致力於改良電源轉換設備之電路設計，以有效抑制米勒效應並能夠精準控制功率半導體元件的閘極電壓。

根據本揭示之一方面，提供一種用於電源轉換設備的控制裝置。控制裝置包括以下元件。功率模組，具有第一端、第二端與控制端，功率模組包括功率半導體元件。驅動電路，連接於該功率模組的該控制端，用於控制該功率模組的該控制端的電壓。米勒開關電晶體，連接於該功率模組的該控制端，該米勒開關電晶體提供旁路傳輸路徑，以傳導該功率半導體元件切換時產生的米勒電流。米勒開關控制電路，連接於該米勒開關電晶體的閘極與該米勒開關電晶體的汲極，該米勒開關控制電路控制該米勒開關電晶體為導通或斷開的狀態，當該米勒開關電晶體為導通的狀態時，該米勒開關電晶體傳導該米勒電流。可調式電源，連接於該功率模組的該第二端，當該功率模組操作於常規負電壓時，該可調式電源控制該功率模組的該控制端與該第二端之間的電壓 差。

透過閱讀以下圖式、詳細說明以及申請專利範圍，可見本揭示之其他方面以及優點。

1000b,1000a:控制裝置

2000:電源轉換設備

2100:電源

2200:儲能元件

2300:負載

10:邏輯電路

100:米勒開關控制電路

200:可調式電源

350:周邊電路

400:控制晶片

500:驅動電路

600,610,620:功率模組

700:控制電路

710~760:單元

11,51:輸入端

12,22,41,42,52:輸出端

61:第一端

62:第二端

53:高電位端

54:低電位端

63:控制端

C1,C2,C3:電容

R1,R2,Rg:電阻

ZD,D1,D2:二極體

i_ZD:電流

Vout,Vadj:電壓

P1,P2,P3,P4:傳輸路徑

Vth6:臨界電壓

Q1,Q11,Q12,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6:電晶體

g11,g12,g5:閘極

d11,d12,d5:汲極

s11,s12,s5:源極

Cgd11,Cgs11,Cds11,Cgd12,Cgs12,Cds12:寄生電容

Cgd,Cgs,Cds:寄生電容

Cgd5:閘極-汲極寄生電容

N34:節點

Vgs5,Vgs11,Vgs12:閘極-源極電壓

Vds5:汲極-源極電壓

VC2:跨壓

△V:電壓差

△t:時間差

t11,t12,t13,t14:時間點

V1-:第一定電壓

V1+:第二定電壓

GND1:接地端

Im1:米勒電流

第1A圖為習知的電源轉換設備之中的功率模組之一部分的電路圖。

第1B圖為第1A圖的功率模組的兩個電晶體的閘極-源極電壓的電壓變化的時序圖。

第2圖為一比較例的電源轉換設備之中的控制裝置的電路圖。

第3圖為在電源轉換設備之中，本揭示一實施例的控制裝置的電路圖。

第4圖為第3圖的控制裝置之中的米勒開關控制電路、可調式電源、驅動電路及功率模組的詳細電路圖。

第5A、5B圖為第4圖的米勒開關控制電路及可調式電源的運作示意圖。

第6圖為驅動電路的電晶體、米勒開關控制電路的電晶體、作為米勒開關的電晶體及功率模組的電晶體之導通或斷開的狀態變化、以及電晶體的閘極-源極電壓及電容的跨壓的電壓變化的波形圖。

第7圖為本揭示的功率模組的電晶體的閘極-源極電壓的電壓變化與第1A圖之習知的功率模組的電晶體的閘極-源極電壓的 電壓變化的比較圖。

第8A圖為本揭示的控制電路應用於電源轉換設備的示意圖。

第8B圖為第8A圖的電源轉換設備之一實施例的方塊圖。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭示之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

請參見第2圖，其繪示一比較例的電源轉換設備之中的控制裝置1000a的電路圖。控制裝置1000a包括控制晶片400、驅動電路500及功率模組600。功率模組600作為切換開關，功率模組600之中的功率半導體元件是電晶體Q5，(即，電晶體Q5作為功率開關電晶體)。電晶體Q5的閘極-汲極寄生電容Cgd5(即，米勒電容)導致的米勒電流Im1可能流入驅動電路500。米勒電流Im1流過驅動電路500的電晶體Q2。在此一比較例中，為了抑制米勒電流Im1流入驅動電路500，在控制裝置1000a之中增設電晶體Q6及邏輯電路10。電晶體Q6作為米勒開關電晶體，邏輯電路10控制電晶體Q6的運作，使電晶體Q6作為「米勒開關」(或稱為「米勒鉗位開關」)以抑制米勒效應。電晶體Q6連接於功率模組600的電 晶體Q5的閘極g5及源極s5之間，且連接於驅動電路500的電晶體Q2的源極。電晶體Q6可提供米勒電流的旁路(bypass)傳輸路徑，避免米勒電流Im1直接流入驅動電路500的電晶體Q2。

然而，在第2圖的比較例中，無法精準控制米勒開關(即，電晶體Q6)的米勒箝位電壓，亦無法精確控制米勒開關的驅動時間。針對於此，本揭示提出改良式的米勒開關之控制機制，期能精準控制米勒開關的米勒箝位電壓及米勒開關的驅動時間。

第3圖為在電源轉換設備之中，本揭示一實施例的控制裝置1000b的電路圖。第3圖的實施例的控制裝置1000b可對於米勒開關的米勒箝位電壓及米勒開關的驅動時間進行精準控制功率模組。控制裝置1000b包括米勒開關控制電路100、可調式電源200、控制晶片400、驅動電路500及功率模組600。控制晶片400控制驅動電路500對於功率模組600進行驅動。控制電路米勒開關控制電路100及可調式電源200對於米勒開關(即，電晶體Q6)的米勒箝位電壓及米勒開關的驅動時間進行精準控制。

米勒開關控制電路100、可調式電源200、控制晶片400、驅動電路500及功率模組600的電性連接方式說明如下。驅動電路500包括電晶體Q1及電晶體Q2。電晶體Q1及電晶體Q2形成反向器(inverter)。電晶體Q1、Q2兩者的閘極共同連接於驅動電路500的輸入端51，電晶體Q1、Q2兩者的汲極共同連接於驅動電路500的輸出端52。驅動電路500的輸入端51連接於米勒開關控制電路100的輸入端11及控制晶片400的輸出端 41。驅動電路500的輸出端52經由電阻R_g連接於功率模組600的控制端63。並且，驅動電路500的高電位端53(即，電晶體Q1的源極)連接於周邊電路350，周邊電路350例如是具有短路保護功能的保護電路。驅動電路500的低電位端54(即，電晶體Q2的源極)連接於可調式電源200。

功率模組600包括功率半導體元件，以作為為功率開關，其具有切換功能。當電源轉換設備提供電力至不同功率規格的設備時，功率模組600因應於不同功率進行該關切換。當進行切換時，因應於控制端63接收的電壓，功率模組600為導通(turned-on)的狀態或斷開(turned-off)的狀態。當功率模組600為導通時，功率模組600的第一端61可導通於第二端62。功率模組600的功率半導體元件例如是電晶體(第3圖中未顯示)，電晶體的汲極連接於第一端61，電晶體的源極連接於第二端62，電晶體的閘極連接於控制端63。功率模組600的第一端61可連接於周邊電路350。功率模組600的第二端62連接於可調式電源200的輸出端22。功率模組600的控制端63經由電阻R_g連接於驅動電路500的輸出端52，且控制端63經由電晶體Q6連接於米勒開關控制電路100。

電晶體Q6作為米勒開關，其提供功率模組600的電晶體的米勒電流Im1的旁路傳輸路徑，米勒電流Im1經由電晶體Q6傳導至米勒開關控制電路100。電晶體Q6的閘極連接於米勒開關控制電路100的輸出端12，電晶體Q6的源極經由電阻Rg 連接於驅動電路500的輸出端52。並且，電晶體Q6的源極連接於功率模組600的控制端63，以連接於功率模組600的電晶體的閘極。控制晶片400的輸出端42經由周邊電路350連接於功率模組600的第一端61。

第4圖為第3圖的控制裝置1000b之中的米勒開關控制電路100、可調式電源200、驅動電路500及功率模組600的詳細電路圖。如第4圖所示，功率模組600的半導體功率元件包括電晶體Q5。電晶體Q5的閘極g5、汲極d5與源極s5分別連接於功率模組600的控制端63、第一端61及第二端62。電晶體Q5的閘極g5與汲極d5之間具有寄生電容Cgd，汲極d5與源極s5之間具有寄生電容Cds，且閘極g5與源極s5之間具有寄生電容Cgs。

可調式電源200包括電阻R1、電容C1及二極體ZD。電阻R1並聯連接於電容C1。電阻R1的第一端與電容C1的第一端共同連接於二極體ZD的陰極。電阻R1的第二端與電容C1的第二端共同連接於接地端GND1，因此，電阻R1的第二端與電容C1的第二端的電位為接地電壓。二極體ZD的陽極接收第一定電壓V1-。第一定電壓V1-低於接地端GND1的接地電壓，第一定電壓V1-為負電壓值。二極體ZD例如為齊納二極體(zener diode)，流過二極體ZD的電流為電流i_ZD。電阻R1的第一端、電容C1的第一端與二極體ZD的陰極共同連接於驅動電路500的低電位端54，電阻R1的第一端、電容C1的第一端與二極體ZD 的陰極的電位為可調電壓Vadj。電阻R1的第二端與電容C1的第二端共同連接於可調式電源200的輸出端22且連接至功率模組600的第二端62。在運作上，二極體ZD用於調整可調電壓Vadj的電壓值。電容C1具有穩壓的作用，用於穩定電容C1的第一端的可調電壓Vadj的電壓值。電阻R1具有限制電流的作用，用於限制二極體ZD的電流i_ZD的電流量。

米勒開關控制電路100包括電晶體Q3、電晶體Q4、電阻R2、電容C2及二極體D1。電晶體Q3、Q4為功率開關，電晶體Q3、Q4形成反向器。電晶體Q3、Q4兩者的閘極共同連接於米勒開關控制電路100的輸入端11，電晶體Q3、Q4兩者的汲極共同連接於節點N34，節點N34為電晶體Q3、Q4形成反向器的輸出端。電晶體Q3的源極連接於接地端GND1，電晶體Q3的源極的電位為接地電壓。電晶體Q4的源極連接於第一節點N1，電晶體Q4的源極的電位為第一定電壓V1-。電阻R2串聯連接於電容C2。電容C2的第一端連接於節點N34，電容C2的第二端連接於電阻R2的第一端。電阻R2的第二端與二極體D1的陰極共同連接於米勒開關控制電路100的輸出端12。二極體D1的陽極連接於第一節點N1，該第一節點N1具有第一定電壓V1-，即，二極體D1的陽極接收第一定電壓V1-。米勒開關控制電路100的輸入端11連接於控制晶片400的輸出端41，米勒開關控制電路100的輸出端12連接於電晶體Q6(即，米勒開關)的閘極。電晶體Q6的源極連接於電晶體Q5的閘極g5，電晶體Q6的汲極接 收第一定電壓V1-。在運作上，二極體D1提供電晶體Q4的迴路(loop)傳輸路徑，二極體D1具有放電的作用以對於電晶體Q4進行放電。電容C2具有穩壓的作用，用於穩定節點N34的電位的電壓值。

驅動電路500包括電晶體Q1及電晶體Q2，電晶體Q1、Q2形成反向器。電晶體Q1、Q2兩者的閘極共同連接於驅動電路500的輸入端51(即，反向器的輸入端)並連接至控制晶片400的輸出端41。電晶體Q1、Q2兩者的汲極共同連接於驅動電路500的輸出端52(即，反向器的輸出端)並經由電阻Rg連接於功率模組600的控制端63。電晶體Q2的源極連接於驅動電路500的低電位端54並連接至電容C1的第一端、電阻R1的第一端與二極體ZD的陰極。電晶體Q1的源極連接於驅動電路500的高電位端53並接收第二定電壓V1+。其中，第二定電壓V1+的電壓值高於第一定電壓V1-。第二定電壓V1+高於接地端GND1的接地電壓，二定電壓V1+為正電壓值。

第5A、5B圖為第4圖的米勒開關控制電路100及可調式電源200的運作示意圖。第6圖為驅動電路500的電晶體Q1、Q2，米勒開關控制電路100的電晶體Q3、Q4，作為米勒開關的電晶體Q6及功率模組600的電晶體Q5之導通或斷開的狀態變化、以及電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5及電容C2的跨壓VC2的電壓變化的波形圖。請先參見第5A圖與第6圖，電晶體Q1、Q2、Q3及Q4的閘極皆連接於控制晶片400的輸出端41，因此 電晶體Q1、Q2、Q3及Q4因應於控制晶片400的輸出端41的電壓Vout而切換於導通狀態或斷開狀態。

功率模組600的電晶體Q5類似於第1A圖的下臂元件的電晶體Q12(圖中未顯示功率模組600的上臂元件)。在時間點t0至時間點t1之間，控制晶片400的輸出端41的電壓Vout為高電壓值，電晶體Q1為導通、電晶體Q2斷開、電晶體Q3為斷開且電晶體Q4為導通。因此，電晶體Q1、電阻Rg、電晶體Q5、電阻R1與二極體ZD形成導通的傳輸路徑P1。電晶體Q5作為功率模組600的下臂元件，因應於控制晶片400的輸出端41的電壓Vout的高電壓值，在時間點t0至時間點t1之間電晶體Q5操作於常規正電壓。例如，電晶體Q5的閘極g5經由傳輸路徑P1之中的電阻Rg與電晶體Q1接收第二定電壓V1+，即，電晶體Q5的閘極g5的電壓相等於第二定電壓V1+。並且，電晶體Q5的源極s5經由傳輸路徑P1連接於接地端GND1，電晶體Q5的源極s5的電壓相等於接地端GND1的接地電壓(接地電壓例如為零電壓值)。據此，電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5相等於第二定電壓V1+。

另一方面，電晶體Q4、二極體D1、電阻R2及電容C2形成導通的傳輸路徑P2。在時間點t0至時間點t1之間，由於電容C2的跨壓VC2為零電壓值，因此電晶體Q6為斷開，則傳輸路徑P2為迴路。

接下來，參見第5B圖與第6圖，在時間點t1至時間點t3之間控制晶片400的輸出端41的電壓Vout降低為低電壓 值，電晶體Q5操作於常規負電壓。因應於低電壓值的電壓Vout，電晶體Q1為斷開、電晶體Q2導通、電晶體Q3為導通且電晶體Q4為斷開。因此，電晶體Q2、電阻Rg、電晶體Q5、電阻R1與二極體ZD形成導通的傳輸路徑P3。

在電晶體Q5操作於常規負電壓的期間內的第一階段(即，時間點t1至時間點t2之間)，電容C2的跨壓VC2逐漸上升，跨壓VC2高於零電壓值，因此電晶體Q6為導通。電晶體Q3、電容C2、電阻R2及電晶體Q6形成導通的傳輸路徑P4。電晶體Q5的閘極g5經由導通的電晶體Q6接收第一定電壓V1-，並且電晶體Q5的源極s5仍然經由傳輸路徑P3連接於接地端GND1(電晶體Q5的源極s5的電壓仍然為零電壓值)，因此閘極-源極電壓Vgs5相等於第一定電壓V1-。由上，在時間點t1至時間點t2之間，藉由米勒開關控制電路100控制電晶體Q6為導通，使電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5控制為相等於第一定電壓V1-，以抑制閘極-源極電壓Vgs5發生的突刺電壓。

米勒開關控制電路100控制電晶體Q6為導通的時間(即，時間點t1與時間點t2之間的時間差△t)稱為電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5的「米勒開關驅動時間t_miller」，或可稱為「米勒鉗位時間」。米勒開關驅動時間t_miller相等於時間點t1與時間點t2之間的時間差△t，如式(1)所示：

式(1)的「Vth6」是作為米勒開關的電晶體Q6的臨界電壓、「V1+」為第二定電壓、「R_2」為電阻R2的電阻值、「C_2」為電阻C2的電容值。米勒開關控制電路100之中的電阻R2、電容C2與二極體D1形成充放電迴路，本揭示的米勒開關控制電路100可因應不同需求(例如，因應於不同功率規格的電源轉換設備)對於米勒開關驅動時間t_miller進行調整，藉由調整電阻R2的電阻值R_2及電容C2的電容值C_2以改變米勒開關驅動時間t_miller。

接下來，在電晶體Q5操作於常規負電壓的期間內的第二階段(即，時間點t2至時間點t3之間)，電容C2的跨壓VC2逐漸上升，跨壓VC2高於電晶體Q6的臨界電壓Vth6，因此電晶體Q6為斷開。由於電晶體Q6為斷開，電晶體Q5的閘極g5經由傳輸路徑P3接收二極體ZD的陰極的可調電壓Vadj。由上，在時間點t2至時間點t3之間，藉由米勒開關控制電路100控制電晶體Q6為斷開，使電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5控制為相等於可調電壓Vadj；此時的閘極-源極電壓Vgs5稱為「米勒箝位電壓V_miller」，如式(2)所示：V _miller =Vadj=V_ZD+(V1-) (2)

式(2)的V_ZD為二極體ZD的負向偏壓(reverse bias)。本揭示的可調式電源200可因應不同需求對於米勒箝位電壓V_miller進行調整，藉由調整二極體ZD的負向偏壓V_ZD(或者， 選擇具有不同負向偏壓V_ZD的不同二極體ZD)以改變可調電壓Vadj的電壓值，據以改變閘極-源極電壓Vgs5的米勒箝位電壓V_miller。在功率模組600的電晶體Q5操作於常規負電壓的期間，可調式電源200用於控制功率模組600的控制端63與第二端62之間的電壓差(即，電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5)，使控制端63與第二端62之間的電壓差為適當的米勒箝位電壓V_miller。

由上，在電晶體Q5操作於常規負電壓的期間內的第一階段(即，時間點t1至時間點t2之間)，電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5控制為相等於第一定電壓V1-。在第二階段(即，時間點t2至時間點t3之間)，電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5控制為相等於可調電壓Vadj。據此，電晶體Q5操作於常規負電壓時，閘極-源極電壓Vgs5具有兩個階段的電壓轉態。

而後，進行週期性的操作，在時間點t3至時間點t4之間，控制晶片400的輸出端41的電壓Vout提升為高電壓值，電晶體Q5操作於常規正電壓。在時間點t4至時間點t6之間，控制晶片400的輸出端41的電壓Vout再次降低為低電壓值，電晶體Q5操作於常規負電壓。

第7圖為本揭示的功率模組600的電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5的電壓變化與第1A圖之習知的功率模組610的電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12的電壓變化的比較圖。習知的功率模組610的電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12的電壓變化表示為第7圖中的虛線部分，從虛線部分觀察到電晶體Q12的米勒效應導 致的毛刺電壓疊加於閘極-源極電壓Vgs12，使閘極-源極電壓Vgs12由原本的常規負電壓為-15V驟增或驟減。其中，疊加毛刺電壓後而驟減的閘極-源極電壓Vgs12可能低於負電壓的最低額定值為-20V而導致電路元件的損毀。

相對的，本揭示的功率模組600的電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5在米勒開關驅動時間t_miller的範圍內(即，第7圖所示的時間差△t之內)被控制為相等於第一定電壓V1-。並且，在米勒開關驅動時間t_miller之後，閘極-源極電壓Vgs5增加了電壓差△V而成為米勒箝位電壓V_miller(米勒箝位電壓V_miller相等於可調電壓Vadj)。

根據第7圖的比較，習知的功率模組610的米勒效應導致的毛刺電壓致使電晶體Q12的閘極-源極電壓Vgs12發生驟增或驟減。相對的，在本揭示的功率模組600之中，電晶體Q5的閘極-源極電壓Vgs5可控制為介於第一定電壓V1-與米勒箝位電壓V_miller之間，有效抑制了米勒效應。

第8A圖為本揭示的控制電路700應用於電源轉換設備2000的示意圖。電源轉換設備2000包括電源2100、功率模組620、儲能元件2200、負載2300及控制電路700。電源2100例如為大型之固定的電網設備。儲能元件2200例如為小型(甚至為可攜式)的電池裝置。功率模組620設置於電源2100與儲能元件2200之間，功率模組620作為切換開關。因應於不同功率規格的電源2100、儲能元件2200及負載2300，功率模組620對於電源2100提供 的電力進行轉換，以產生特定功率及特定形式的電力並提供至儲能元件2200。

控制電路700的功能相同於第3、4圖的實施例的米勒開關控制電路100與可調式電源200的功能。連接於功率模組620。當功率模組620運作時，功率模組620之中的功率半導體元件可能肇因於米勒效應而導致功率模組620的短路或誤動作。控制電路700對於功率模組620之中的功率半導體元件進行米勒鉗位控制以抑制米勒效應，例如：將功率模組620之中的功率半導體元件的閘極-源極電壓控制於適當的米勒箝位電壓V_miller，且將米勒開關控制於操作在適當的米勒開關驅動時間t_miller。

著請參見第8B圖，其繪示為第8A圖的電源轉換設備2000之一實施例的方塊圖。本實施例的功率模組620包括六個功率開關元件，控制電路700包括六個單元710~760。功率模組620的每個功率開關元件具有切換開關的功能，功率模組620的每個功率開關元件由控制電路700的單元710~760之對應一者來控制。例如，控制電路700的單元710、720分別控制功率模組620的一組功率開關元件，該組功率開關元件作為功率模組620的上臂元件與下臂元件。類似的，控制電路700的單元730、740分別控制功率模組620的另一組功率開關元件，控制電路700的單元750、760分別控制功率模組620的又一組功率開關元件。

雖然本發明已以較佳實施例及範例詳細揭示如上，可理解的是，此些範例意指說明而非限制之意義。可預期的是， 所屬技術領域中具有通常知識者可想到多種修改及組合，其多種修改及組合落在本發明之精神以及後附之申請專利範圍之範圍內。

1000b:控制裝置

100:米勒開關控制電路

200:可調式電源

400:控制晶片

500:驅動電路

600:功率模組

11,51:輸入端

12,22,41,42,52:輸出端

61:第一端

62:第二端

63:控制端

53:高電位端

54:低電位端

C3:電容

Rg:電阻

Q1,Q2,Q6:電晶體

V1+:第二定電壓

GND1:接地端

Im1:米勒電流

Claims (11)

1. 一種用於電源轉換設備的控制裝置，包括：一功率模組，具有一第一端、一第二端與一控制端，該功率模組包括一功率半導體元件；一驅動電路，連接於該功率模組的該控制端，用於控制該功率模組的該控制端的電壓；一米勒開關電晶體，連接於該功率模組的該控制端，該米勒開關電晶體提供一旁路傳輸路徑，以傳導該功率半導體元件切換時產生的一米勒電流；一米勒開關控制電路，連接於該米勒開關電晶體的一閘極與該米勒開關電晶體的一汲極，該米勒開關控制電路控制該米勒開關電晶體為導通或斷開的狀態，當該米勒開關電晶體為導通的狀態時，該米勒開關電晶體傳導該米勒電流；以及一可調式電源，連接於該功率模組的該第二端，當該功率模組操作於一常規負電壓時，該可調式電源將該功率模組的該控制端與該第二端之間的一電壓差控制為由一第一定電壓上升至一可調電壓，其中該可調電壓相等於一米勒箝位電壓。
2. 如請求項1所述之控制裝置，其中該功率模組的該功率半導體元件是一功率開關電晶體，該功率開關電晶體的一汲極、一源極與一閘極分別連接於該功率模組的該第一端、該第二端與該控制端，該功率開關電晶體的該閘極與該汲極之間具有一寄生電容，該米勒電流相關於該寄生電容。
3. 如請求項2所述之控制裝置，其中該驅動電路包括一第一電晶體以及一第二電晶體，該第一電晶體及該第二電晶體形成一反向器，該反向器的一輸出端連接於該功率開關電晶體的該閘極，該驅動電路用於控制該功率開關電晶體的該閘極的電壓。
4. 如請求項1所述之控制裝置，其中該可調式電源包括：一齊納(zener)二極體，該齊納二極體的一陰極連接於該驅動電路，該齊納二極體的該陰極的電位相等於該可調電壓，且該齊納二極體的一陽極的電位相等於該第一定電壓，該第一定電壓為一負電壓值；一第一電容，連接於該齊納二極體的該陰極與該功率模組的該第二端之間；以及一第一電阻，連接於該齊納二極體的該陰極與該功率模組的該第二端之間。
5. 如請求項4所述之控制裝置，其中：在該功率模組操作於該常規負電壓的期間內的一第一階段，該功率模組的該控制端與該第二端之間的該電壓差相等於該第一定電壓，以及在該功率模組操作於該常規負電壓的期間內的一第二階段，該功率模組的該控制端與該第二端之間的該電壓差相等於該可調電壓。
6. 如請求項4所述之控制裝置，其中該可調電壓相關於該齊納二極體的一負向偏壓。
7. 如請求項4所述之控制裝置，其中該第一電容用於穩定該可調電壓的電壓值，該第一電阻用於限制該齊納二極體的電流量。
8. 如請求項1所述之控制裝置，其中該米勒開關控制電路包括：一第三電晶體及一第四電晶體，該第三電晶體及該第四電晶體形成一反向器，該反向器的一輸入端連接於該驅動電路，該第四電晶體連接於該米勒開關電晶體的該汲極；一第二電容及一第二電阻，連接於該反向器的一輸出端與該米勒開關電晶體的該閘極之間；以及一第一二極體，連接於該第二電阻、且連接於該米勒開關電晶體的該汲極。
9. 如請求項8所述之控制裝置，其中：當該功率模組操作於一常規正電壓時，該第三電晶體為斷開的狀態、該第四電晶體為導通的狀態、且該米勒開關電晶體為斷開的狀態；以及該第二電容、該第二電阻、該第一二極體與該第四電晶體形成一迴路傳輸路徑。
10. 如請求項8所述之控制裝置，其中：在該功率模組操作於該常規負電壓的期間內的一第一階段，該第三電晶體為導通的狀態、該第四電晶體為斷開的狀態、且該米勒開關電晶體為導通的狀態；以及該第一階段的持續時間相關於該第二電容的跨壓。
11. 如請求項10所述之控制裝置，其中：該第四電晶體的一源極的電位相等於一第一定電壓、且該第一二極體的一陽極的電位相等於該第一定電壓，該第一定電壓為一負電壓值；以及在該功率模組操作於該常規負電壓的期間內的該第一階段，該功率模組的該控制端與該第二端之間的該電壓差相等於該第一定電壓。

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