[發明專利]綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路及保護方法

有效

• 申請號: 202010104741.X
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111244883B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 莫玉斌;秦海鴻;楊躍茹;王逸翔;謝利標;胡黎明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京開關廠有限公司
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H02M1/08;H03K17/082;H03K17/687
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路，應用于在SiC MOSFET開通過程中，檢測SiC MOSFET是否短路，其特征在于，包括:邏輯處理電路、柵極電荷比較電路、柵極電壓比較電路及驅動電路；

所述柵極電壓比較電路的輸入端連接SiC MOSFET管的柵極，輸出端連接邏輯處理電路的第一輸入端；所述柵極電荷比較電路的第一輸入端與SiC MOSFET管的柵極連接；第二輸入端與驅動電路的輸出端連接；柵極電荷比較電路的輸出端連接邏輯處理電路的第二輸入端；所述邏輯處理電路的輸出端與驅動電路的輸入端連接；

所述柵極電荷比較電路對SiC MOSFET管的柵極上的驅動電流進行放大，并進行積分運算，并將積分運算后的輸出與第一預設電壓進行比較，并輸出邏輯控制信號至邏輯處理電路；柵極電壓比較電路將SiC MOSFET管的柵極電壓與第二預設電壓進行比較，并輸出邏輯控制信號至邏輯處理電路；所述邏輯處理電路根據收到的邏輯控制信號判斷SiC MOSFET管是否短路，若是短路，邏輯處理電路控制驅動電路輸出低電平，從而通過驅動電路控制SiCMOSFET的關斷；若不存在短路，則控制驅動電路輸出高電平保證SiC MOSFET管的正常運作；

所述柵極電荷比較電路包括：驅動電阻，第一～五電阻，第一、二運算放大器、第一電容，第一比較器；驅動電阻的一端作為柵極電荷比較電路的第二輸入端，與驅動電路輸出端、第一電阻的一端相連，驅動電阻的另一端作為柵極電荷比較電路的第一輸入端，與SiCMOSFET柵極、第二電阻的一端相連；第一電阻的另一端與第一運算放大器的負輸入端、第四電阻的一端連接；第二電阻的另外一端與第一運算放大器的正輸入端、第三電阻的一端連接；所述第三電阻的另外一端接地；所述第四電阻的另外一端、第一運算放大器的輸出端均連接第五電阻的一端；第五電阻的另外一端與第一電容的一端、第二運算放大器的負輸入端連接；第二運算放大器的正輸入端接地；第一電容的另外一端、第二運算放大器的輸出端均連接第一比較器的負輸入端；所述第一比較器的正輸入端連接第一預設電壓；所述第一比較器的輸出端作為柵極電荷比較電路的輸出端，連接邏輯處理電路的第二輸入端。

2.根據權利要求1所述的綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路，其特征在于，所述柵極電壓比較電路包括第二比較器；所述第二比較器的正輸入端與SiCMOSFET管的柵極連接，負輸入端連接第二預設電壓；輸出端與驅動電路的第一輸入端連接。

3.根據權利要求1所述的綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路，其特征在于，所述邏輯處理電路包括：第一、二與門、第一、二非門、第一、二或非門；所述第二與門的第一輸入端為邏輯處理電路的第一輸入端，第二輸入端為邏輯處理電路的第二輸入端；所述第二與門的輸出端與第二或非門的第二輸入端連接；所述第二或非門的第一輸入端與第一或非門的輸出端連接；第二或非門的輸出端與第一或非門的第二輸入端連接；第一或非門的輸出端與第二非門的輸入端連接；第二非門的輸出端與第一與門的第二輸入端連接；第一與門的輸出端為邏輯處理電路的輸出端；第一與門的第一輸入端與輸入SiCMOSFET管的PWM驅動信號、第一非門的輸入端連接；第一非門的輸出端與第一或非門的第一輸入端連接。

4.根據權利要求1所述的綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路，其特征在于，所述驅動電路包括：第一、二開關管；所述第一開關 管為NPN型三極管或NMOS管；當第一開關管采用NPN型三極管時，第二開關管采用PNP型三極管；當第一開關管采用NMOS管時，第二開關管采用PMOS管；第一開關管的集電極/漏極接正電源；第一開關管的基極/柵極作為驅動電路的輸入端，且與第二開關管的基極/柵極連接；第一開關管的發射極/源極作為驅動電路的輸出端，且與第二開關管的發射極/源極連接；第二開關管的集電極/漏極接負電源。

5.基于權利要求1所述的綜合對比柵極電荷和電壓的SiC MOSFET短路保護電路的保護方法，其特征在于，當SiC MOSFET處于開通過程中，且SiC MOSFET發生硬開關故障時，開通瞬間驅動電流持續輸出，驅動電荷累積增加，柵極電壓比較電路輸出高電平，柵極電荷比較電路輸出高電平，邏輯控制電路通過輸入的邏輯信號判斷出SiC MOSFET發生短路，從而使得驅動電路輸出低電平，加速SiC MOSFET的關斷。