[發明專利]一種簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路

有效

• 申請號: 201810028920.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108063542B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 趙振興;李立;龔志鵬;曾鋼燕;康迎曦;向道樸;胡鶴宇
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/38;H02M3/335
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 劉先榮

本發明公開了一種簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路，所述驅動電路包括：全橋推挽電路、隔離驅動變壓器、柵極正壓驅動電路、柵極負壓驅動電路；全橋推挽電路由兩個N型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和兩個P型MOSFET組成，全橋推挽電路前后橋臂的中心通過一個并聯RC電路與隔離驅動變壓器的初級繞組分別相連；所述隔離驅動變壓器的兩個次級繞組與柵極正壓驅動電路、柵極負壓驅動電路一起完成上、下橋臂碳化硅功率器件的直接驅動。本發明提供的碳化硅功率開關器件驅動電路能給出較高的正向驅動電壓和較低的反向關斷電壓，避免串擾干擾，電路簡單，成本低，可避免上下橋臂直通，初次級電氣隔離，可靠性高。

技術領域

本發明涉及電力電子技術及其應用領域，特別是涉及半橋或全橋拓撲結構電能變換器的碳化硅(SiC)功率開關器件驅動電路。

背景技術

每一種新的功率器件的成熟應用都會促進電力電子技術應用領域的跨越式發展。碳化硅(SiC)功率器件是一種寬帶隙半導體新型功率器件，具有擊穿電壓高，導熱率高，結溫承受能力強，導通電阻小，開關速度快等優點，備受學者和工程師的關注，它的成熟應用必將促使電能變換設備(例如電力電子變壓器、高頻開關電源、逆變器等產品)性能和效率獲得較大的提高。和傳統MOSFET、IGBT等功率器件一樣，SiC功率器件也是電壓驅動型器件，工作中為確保功率器件的可靠關斷，我們會給功率器件施加一個負電壓，不同之處是SiC功率器件的關斷負電壓承受能力較小，不超過負10伏特，因此一些原先成熟的驅動電路不能直接移植過來用于SiC功率器件的驅動。為此，學者和工程師們設計了一些新型驅動電路，但大多存在電路結構復雜，控制方式復雜等問題，導致成本增加，可靠性下降；另外，這些方案大多驅動每個SiC功率器件時，需為每個SiC功率器件提供一路獨立的供電電源，當用于半橋、全橋等拓撲時，導致需要多路獨立電源，增加了電路復雜度和成本。因此，設計一款簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路具有較大的工程意義，本發明給出的一種簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路，具備電路簡單，可靠性高，成本低的優點，可適用于脈沖頻率調制(PFM)電路(如LLC諧振式的電力電子變壓器和DC/DC變換器)和脈沖寬度調制(PWM)電路(如半橋、全橋DC/DC變換器等)。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路，能夠以一種簡單的電路結構提供高質量、高可靠，滿足SiC功率器件驅動要求的，適用于上下橋臂驅動信號占空比相同，相位相反的應用場合。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種簡單可靠低成本碳化硅功率開關器件驅動電路，所述驅動電路包括：全橋推挽電路、隔離驅動變壓器、柵極正壓驅動電路、柵極負壓驅動電路；全橋推挽電路由兩個N型MOSFET和兩個P型MOSFET組成，全橋推挽電路前后橋臂的中心通過一個并聯RC電路與隔離驅動變壓器的初級繞組分別相連；所述隔離驅動變壓器的兩個次級繞組與柵極正壓驅動電路、柵極負壓驅動電路一起完成上、下橋臂碳化硅功率器件的直接驅動。

所述的全橋推挽電路，其所用的器件可以采用小功率的三極管或MOSFET，兩個上橋臂的器件(Q1和Q2)采用NPN型的三極管或N型的MOSFET，兩個下橋臂的器件(Q3和Q4)采用PNP型的三極管或P型的MOSFET；兩個前橋臂(Q1和Q3)的基極(柵極)電阻(R1和R3)聯接到一起，與一路驅動信號相連；兩個后橋臂(Q2和Q4)的基極(柵極)電阻(R2和R4)聯接到一起，與另一路驅動信號相連。

所述的全橋推挽電路的供電電源為直流電壓源，其幅值與驅動信號的高電平幅值一致，大多數情況下該幅值為正15VDC，取值范圍一般為正10VDC～正20VDC；脈沖驅動信號發生電路和全橋推挽電路可共用一路直流穩壓電源。