[發明專利]SiCMOSFET變換器的過流保護裝置及保護方法

有效

• 申請號: 201810273307.7
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108322033B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 伍文俊;蔡雨希
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;G01R19/165
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發明公開了SiCMOSFET變換器的過流保護裝置及保護方法。包括：漏源電壓檢測單元、邏輯處理單元、脈沖封鎖單元、SiCMOSFET和驅動單元五部分。漏源電壓檢測單元通過電阻分壓完成SiCMOSFET的漏源電壓檢測，反映SiCMOSFET的漏極電流；通過三極管、穩壓管和比較器等完成過流信號的檢測；通過三極管的射集電壓選擇檢測SiCMOSFET僅在通態時的漏源電壓，并通過穩壓管抑制三極管射集電壓尖峰，有效避免了過電流保護的誤動作，使SiCMOSFET變換器的運行安全可靠；調節可變電阻的大小可改變過電流保護的閾值，設置靈活方便。該漏源電壓檢測的過流保護裝置及方法，成本低，安全可靠，檢測速度快。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種SiCMOSFET變換器的過流保護裝置及保護方法。

背景技術

碳化硅電力電子器件因具有數萬伏的耐高壓特性、大于500℃耐高溫特性、開關速度快和低損耗等獨特優勢，在未來新能源電力電子變換器中顯示了巨大的應用潛力。SiCMOSFET變換器體積小，損耗低，功率密度高是建設節約型社會、促進國民經濟發展、踐行創新驅動發展戰略的重要支撐技術。

SiCMOSFET過電流檢測與保護是SiCMOSFET變換器安全運行的保證。過流檢測方法作為過電流保護的核心應該被重點關注。目前，基于IGBT的過流檢測方法已趨于成熟，例如電感檢測、去飽和檢測等，同時有人將基于IGBT的過流檢測方式移植到SiCMOSFET中實現了過流檢測的功能，但是仍存在諸多缺陷和不足。

2015年在A.E.Awwad等人發表的文章“Short-Circuit Evaluation andOvercurrent Protection for SiC Power MOSFETs.”(Proceeding of IEEE 17thEuropean Conference on Power Electronics and Applications)中針對SiCMOSFET器件，公開了基于電感檢測的過流保護電路。該電路在SiCMOSFET的源極串入一個感值為納亨級的電感，并在該電感上并聯RC電路，且將RC連接的中點作為檢測電路的輸出端。當出現過流故障時，檢測電感上出現感應電壓，進而檢測電路的輸出端電壓與流經SiCMOSFET的漏極電流具有近似比例關系。然而這種將檢測電感串入SiCMOSFET源極的方式相當于增加了源極的寄生電感，會使SiCMOSFET的柵源電壓產生脈動且降低了開關速度。此外該檢測電路的實質是RLC諧振，會使主電路產生振蕩，影響主電路的性能。

2014年在Zhiqiang Wang等人發表的文章“Design and Performance Evaluationof Overcurrent Protection Schemes for Silicon Carbide(SiC)Power MOSFETs.”(IEEE Transactions on Industrial Electronics)中針對SiCMOSFET，公開了一種基于去飽和檢測的過流保護電路。該檢測電路主要由檢測二極管、消隱電路、比較器等組成，通過檢測二極管對SiCMOSFET的漏源電壓進行檢測，并通過由電容等組成的消隱電路產生消隱時間，防止過流保護誤動作，同時通過比較器對二極管采集到的漏源電壓與給定值進行比較，并輸出過流信號。根據電路原理，該檢測二極管必須具有高于母線電壓的反向阻斷電壓，這意味著該二極管具有較大的正向壓降，這將會對去飽和的檢測精度帶來不利影響，同時具有高阻斷電壓的二極管成本較高。此外，為了防止保護電路誤觸發而設置的消隱電路會增加保護電路的延遲時間。

綜上所述，適合SiCMOSFET變換器的高效、快速、低成本的SiCMOSFET過流保護方法研究很有必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種SiCMOSFET變換器的過流保護裝置及保護方法，解決了現有技術中存在的在SiCMOSFET關斷時由于較大漏源電壓而產生SiCMOSFET過電流保護誤動作和成本高的問題。