[實用新型]一種基于短路電流抑制的SiC MOSFET短路保護電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921850461.2
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN211930609U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 譚國俊;張經緯;耿程飛;何鳳有
• 申請（專利權）人: 徐州中礦大傳動與自動化有限公司
• 主分類號: H03K17/0812
• 分類號: H03K17/0812;H03K17/687
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明提供一種基于短路電流抑制的SiC MOSFET短路保護電路，包括：邏輯單元、驅動單元、短路保護單元、V_DS檢測單元以及V_G檢測單元，本發(fā)明采用降低柵極電壓V_G的方法抑制短路電流，從而降低短路故障對器件的沖擊，減小了短路損耗，增大了短路耐受時間。當SiC MOSFET發(fā)生一類短路時，漏極電壓V_DS將不會下降至導通壓降，本發(fā)明通過判斷漏極電壓V_DS是否下降至導通壓降來選擇開通瞬態(tài)的柵極驅動電壓，使柵極電壓V_G鉗位在較低的驅動電壓等級；當SiC MOSFET發(fā)生二類短路時，柵極電壓V_G將會發(fā)生突變，形成電壓尖峰，本發(fā)明通過判斷導通狀態(tài)時柵極電壓V_G是否出現電壓尖峰來選擇導通狀態(tài)的柵極驅動電壓，可在短路時將柵極電壓V_G鉗位在較低的驅動電壓等級。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于短路電流抑制的SiC MOSFET短路保護電路，屬于電力電子技術領域。

背景技術

碳化硅(SiC)作為一種新型的寬禁帶半導體材料，因其出色的物理及電特性正越來越受到電力電子行業(yè)的廣泛關注。作為第三代功率半導體器件，SiC功率器件將成為未來功率變換器的主導器件。SiC MOSFET因其低導通電阻，高開關速率等性能優(yōu)點，被認為是最有可能取代目前廣泛應用的Si IGBT，然而在實際工程應用中，其過高的柵極電壓使得SiCMOSFET的短路電流將會達到額定電流的近十倍之多，使得短路損耗和結溫溫升較為嚴重，SiC MOSFET 的短路耐受時間相比于相同規(guī)格的Si IGBT大大縮短。這就提高了對SiCMOSFET短路保護電路的設計要求。目前最為常用的短路保護電路是基于漏極電壓的檢測法，該方法的電路最為簡單，但當發(fā)生一類短路時，為了避免誤報故障，通常設置較長的消隱時間，導致短路故障持續(xù)時間被延長，而當發(fā)生二類短路時，其短路檢測電路中濾波電容也會增加檢測時間，因而采用該電路時，其短路損耗較高，增加了短路功率器件的沖擊，此外在關斷時過高的短路電流會增加漏極的過壓尖峰，增加了漏極擊穿的風險。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在克服現有技術上的不足，提出一種基于短路電流抑制的SiC MOSFET短路保護電路。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)短路故障保護的基礎上，在不影響正常開通性能的前提下，能夠降低短路電流，從而降低短路故障對器件的沖擊，技術方案如下：

一種基于短路電流抑制的SiC MOSFET短路保護電路，包括：供電與信號隔離單元，邏輯單元，驅動單元，短路保護單元、V_DS檢測單元以及V_G檢測單元，其中：

所述的供電與信號隔離單元，用于將驅動的供電電源與信號與外部控制器隔離；

所述的驅動單元，用于向待測SiC MOSFET柵極提供開通與關斷的驅動電壓，以及在發(fā)生短路時降低驅動電壓；

所述的短路保護單元，用于檢測短路故障，并輸出故障信號；

所述的V_DS檢測單元，用于檢測待測SiC MOSFET的漏極電壓V_DS的狀態(tài)，判斷漏極電壓是否進入導通壓降狀態(tài)，并輸出漏極狀態(tài)信號；

所述的V_G檢測單元，用于檢測待測SiC MOSFET的柵極電壓V_G的狀態(tài)，判斷是否出現柵極過壓尖峰，并輸出柵極狀態(tài)信號；

所述的邏輯單元，用于對故障信號、漏極狀態(tài)信號、柵極狀態(tài)信號以及開關信號進行邏輯組合，輸出邏輯控制信號；

作為本發(fā)明的一種改進，所述的邏輯單元可采用數字芯片CPLD實現邏輯控制，邏輯程序更改較為方便，但需要增設電平轉換電路，也可采用與、非門搭建模擬電路實現邏輯控制，該模擬電路無需電平轉換，邏輯延時較短，但邏輯形式無法更改。