[發明專利]一種碳化硅器件短路保護電路及方法

有效

• 申請號: 201910055346.4
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109742738B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 熊凱;傅俊寅;卞月娟;黃輝
• 申請（專利權）人: 深圳青銅劍技術有限公司
• 主分類號: H02H7/20
• 分類號: H02H7/20
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 黃議本

本發明公開了一種碳化硅器件短路保護電路及方法。所述方法包括：檢測碳化硅器件運作時的第一實時柵極電壓；若所述第一實時柵極電壓大于所述第一電壓閾值，則輸出第一故障信號；檢測碳化硅器件運作時的第二實時柵極電壓；若所述第二實時柵極電壓大于所述第二電壓閾值，則輸出第二故障信號；若連續檢測到所述第一故障信號和所述第二故障信號，則判定所述碳化硅器件發生短路。所述電路包括驅動信號控制單元、第一控制器、比較器、邏輯處理單元、第二信號隔離單元和電壓閾值控制單元。響應速度快，通用性強，降低成本。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種碳化硅器件短路保護電路及方法。

背景技術

隨著半導體工藝技術不斷改進，Si(硅)器件性能已經趨向其材料本身的理論極限，使得功率密度的增長出現了飽和趨勢，其發展速度已無法滿足市場的高性能要求。隨著以SiC(碳化硅)為代表的寬禁帶半導體材料制備、制造工藝與器件物理的迅速發展，SiC電力電子器件逐漸成為功率半導體器件的重要發展對象。

由于SiC的過流能力較差，隨之而來技術難點的就是SiC器件的短路保護方法，既要在既定時間內保證SiC器件可靠關斷，又要防止受到干擾誤報故障，目前市場主要采用以下兩種方案：

通過串電阻或串二極管進行檢測；串電阻檢測方式主要用于Si器件的短路保護，在SiC領域也有一定應用，但是由于SiC要求的短路保護時間較短，檢測電路中需求的RC取值較低，在整機運行時容易受到干擾導致誤報故障，影響系統的可靠運行；

通過鏡像電流檢測；市場上的部分SiC器件在模塊中引出鏡像電流檢測端，用于對器件進行過流檢測保護，防止過流損壞器件，但由于額外加入檢測端，對于器件工藝要求增加，以及區別于傳統的封裝，驅動設計上需要重新匹配不同的檢測電路，復雜程度升高，通用性差。

發明內容

本發明的目的是為了彌補上述現有技術中的至少一項不足，提出一種碳化硅器件短路保護電路及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種碳化硅器件短路保護方法，包括：

S1、輸入驅動信號到碳化硅器件的柵極以控制所述碳化硅器件的開通或關斷；

S2、在所述碳化硅器件的柵極電壓從開通閾值開始到開通出現米勒平臺的第一階段，檢測所述碳化硅器件運作時的第一實時柵極電壓；

S3、將所述第一實時柵極電壓與所述碳化硅器件正常開通或關斷的柵極電壓的第一電壓閾值進行比較，若所述第一實時柵極電壓大于所述第一電壓閾值，則輸出第一故障信號；

S4、在所述碳化硅器件的柵極電壓的米勒平臺從開始到結束的第二階段，檢測所述碳化硅器件運作時的第二實時柵極電壓；

S5、將所述第二實時柵極電壓與第二電壓閾值進行比較，若所述第二實時柵極電壓大于所述第二電壓閾值，則輸出第二故障信號；所述第二電壓閾值大于所述第一電壓閾值；

S6、若連續檢測到所述第一故障信號和所述第二故障信號，則判定所述碳化硅器件發生短路，停止給所述碳化硅器件的柵極輸入驅動信號。

在一些優選的實施方式中，對短路的響應時間在500ns以內。

一種碳化硅器件短路保護電路，包括驅動信號控制單元、第一控制器、比較器、邏輯處理單元、第二信號隔離單元和電壓閾值控制單元；

所述驅動信號控制單元的一端用于輸入PWM信號，另一端與碳化硅器件的柵極連接，以控制所述碳化硅器件的開通或關斷；

所述第一控制器的第二管腳與所述驅動信號控制單元連接，以檢測所述碳化硅器件的柵極電壓信號，所述第一控制器的第三管腳與所述比較器的第一輸入管腳連接；