[發明專利]多級降柵壓型SiC-MOSFET驅動電路

有效

• 申請號: 201910062815.5
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109698611B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 肖華鋒;吳立亮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02H3/08;H02H9/02;H02H7/20;H02H3/06;H02H9/04;G01R31/52;G01R31/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳海燕

本發明公開了一種多級降柵壓型SiC?MOSFET驅動電路，包括短路檢測電路、關斷邏輯控制電路、圖騰柱電路、第一級降柵壓電路與第二降柵壓軟關斷電路；短路檢測電路判斷短路峰值電流檢測短路故障真實發生，第一級降柵壓電路將SiC?MOSFET門極電壓降低并維持至最大短路耐受時間，提高器件的短路穿越能力；通過第二級降柵壓電路進一步降低門極電壓實現軟關斷，從而抑制住關斷電壓尖峰。本發明保證SiC?MOSFET在短路工況下安全關斷并有效增加其短路耐受時間，提高故障穿越能力。

技術領域

本發明屬于電力半導體器件領域，尤其涉及一種多級降柵壓型SiC-MOSFET驅動電路。

背景技術

隨著市場對高效率、高功率密度變換器的需求日益旺盛，如新能源、電動汽車的興起，寬禁帶器件SiC-MOSFET(碳化硅-金屬氧化物半導體場效應晶體管)逐步得到應用。與傳統的Si基功率器件相比，SiC-MOSFET短路耐受能力弱且受工作條件影響大，當SiC-MOSFET工作于高直流母線電壓、高環境溫度等條件時，其短路耐受能力將被大幅削弱。同時為了實現快速開通關斷來降低開關損耗和降低導通電阻來減小導通損耗，SiC-MOSFET的驅動正壓通常維持在+18V～+22V，但在短路故障時高驅動正壓使得流過SiC-MOSFET的短路電流快速增加，導致器件結溫迅速升高，從而削弱了SiC-MOSFET的短路耐受能力。

在短路故障發生時，流過SiC-MOSFET的短路電流可達額定電流的5-8倍，同時由于SiC-MOSFET結電容較小、開關速度快且主電路中存在寄生電感，若采取硬關斷會在SiC-MOSFET漏-源極兩端造成電壓尖峰，導致SiC-MOSFET過壓損壞。

專利CN106027011A針對高驅動正壓導致的短路耐受能力弱的問題，通過檢測源極寄生電感兩端的電壓信號實現短路故障的快速檢測與保護，但是這種方法無法判斷短路故障的真實發生，易發生誤觸發現象(200ns內完成關斷)；同時不顧短路電流的大小直接采用軟關斷電阻進行關斷，有一定的關斷尖峰電壓抑制效果，但仍有引起關斷電壓尖峰擊穿SiC-MOSFET的可能。

文獻Short-circuit protection of 1200V SiC MOSFET T-type module in PVinverter application(Y.Shi et al.2016IEEE Energy Conversion Congress andExposition,Milwaukee,WI,2016,pp.1-5.)在檢測到短路故障后立即采取降低柵極電壓方法減小短路電流，實現軟關斷。這種方法延長了短路耐受時間，但是沒有充分利用器件的短路耐受能力，無法實現短路故障穿越。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種多級降柵壓型SiC-MOSFET驅動電路。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種多級降柵壓型SiC-MOSFET驅動電路，其特征在于，包括短路檢測電路關斷邏輯控制電路、圖騰柱電路、第一級降柵壓電路和第二級降柵壓軟關斷電路；

所述短路檢測電路包括第一比較器、緩沖電阻、緩沖電容和第二比較器；所述第一比較器同相輸入端與檢測電壓v_desat相連，反相輸入端與閾值電壓V_ref相連，該連接點同時與第二比較器的反相輸入端連接；所述第一比較器輸出引腳與緩沖電阻一端連接，該連接點同時與第一級降柵壓電路的第三開關管門極連接；所述緩沖電阻的另一端與緩沖電容的一端連接，該連接點同時與第二比較器的同相輸入端引腳連接，緩沖電容的另一端接地；所述第二比較器的輸出與關斷邏輯控制電路的輸入引腳1連接；

所述關斷邏輯控制電路的輸入引腳2連接PWM驅動信號，輸入引腳3連接第一比較器的輸出，輸出引腳4與第二級降柵壓軟關斷電路的第四開關管門極相連，輸出引腳5連接EN使能端；