[實用新型]優化碳化硅MOSFET開通波形的開環驅動電路

有效

• 申請號: 201820297655.3
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN208272946U
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 陸海峰;韓洋;柴建云;李永東
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687;H03K17/0814
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本實用新型公開了一種優化碳化硅MOSFET開通波形的開環驅動電路，包括：驅動電壓波形發生器，用于產生一個預設上升沿的驅動電壓波形；變門極驅動電阻控制電路，用于在開通暫態過程的不同階段控制門極驅動電阻的大小，其中，在電流上升階段，碳化硅MOSFET的柵源電壓變化率和驅動電壓上升變化率一致，以通過控制驅動電壓上升變化率控制電流上升變化率和反向電流；在電壓下降階段，增加門極電流，以加速電壓下降過程，并減小開通損耗；在穩定導通階段，增加門極阻尼電阻，以在不影響開關速度下，抑制門極電壓超調。該驅動電路結構簡單，較易實現，成本較低，可在減小開通損耗的情況下，同時抑制反向電流尖峰和門極電壓超調。

技術領域

本實用新型涉及電力電子電路技術領域，特別涉及一種優化碳化硅MOSFET開通波形的開環驅動電路。

背景技術

碳化硅MOSFET是一種新型的電力半導體，目前離大規模產業化尚有一定距離。由于碳化硅器件開關速度快，門極電壓會有較為嚴重的門極震蕩和超調，可能擊穿門極氧化層造成器件永久失效，較大的電流變化率會帶來較嚴重的電磁干擾和較大的開通反向電流。雖然CREE等廠家提供了驅動，但是該驅動只能通過改變門電阻改變碳化硅MOSFET的開關暫態過程，只能平衡折中門極電壓超調和開關損耗、開關速度和開關損耗，難以實現碳化硅MOSFET的優化驅動。閉環驅動電路常用于硅IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)的優化驅動，需要額外的檢測電路和反饋電路，但由于碳化硅MOSFET開關速度快，對檢測電路和反饋電路的帶寬要求和抗干擾能力要求很高，實現復雜，難以用于工程應用。

開環驅動電路不需要檢測電路和反饋電路即可優化碳化硅MOSFET的開通波形。圖1是一種用于碳化硅MOSFET的開環驅動電路，在電流上升階段使用較大電阻R_gon，控制電流上升變化率和反向電流尖峰，通過延時電路控制開關管Qbst，使其在電壓下降階段開通，并通過電阻Rbst注入額外的門極電流，加速電壓下降變化率，減小開通損耗。工作原理如下：

t0-t2：Qbst處于關段狀態，驅動電壓VCC通過門極電阻R_gon給碳化硅MOSFET輸入電容C_iss(C_gs和C_gd之和)充電，控制電阻R_gon可控制電流上升變化率和反向電流；

t2-t3：控制延時時間使Qbst在該階段開通，驅動電壓VCC通過門極電阻R_gon和Rbst給門極充電。電阻Rbst支路會產生額外的門極電流Igbst，加速電壓下降過程，減小開通損耗。

相關技術的驅動電路可以控制反向電流的同時優化開通損耗，但卻存在以下缺點：

1)延時時間固定，只能在特定的負載條件下，具有較好的優化效果；

2)門極電壓超調嚴重，門極電壓超調通常存在在t3-t4階段，該階段門極阻尼電阻是R_gon和Rbst并聯的等效電阻，阻尼較小，門極電壓尖峰會更大。

綜上所述，相關技術優化碳化硅MOSFET開通波形時，分為閉環驅動和開環驅動兩大類。閉環驅動存在電路復雜，成本昂貴，檢測電路易受干擾等缺點。開環驅動電路雖然電路簡單、較易實現等優點，但目前的開環驅動很難實現在優化開通損耗的情況下，同時抑制反向電流尖峰和門極電壓超調。

實用新型內容

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本實用新型的目的在于提出一種優化碳化硅MOSFET開通波形的開環驅動電路，該驅動電路結構簡單，較易實現，成本較低，可在減小開通損耗的情況下，同時抑制反向電流尖峰和門極電壓超調。