[發明專利]一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器

在審

• 申請號: 202210394656.0
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114759767A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 曹文平;吉兵;胡存剛
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M7/537;G01R31/00;G01R31/40;G01R31/42
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：該智能驅動器包括基于受控電壓源的門級驅動器，該基于受控電壓源的門級驅動器根據碳化硅功率模塊不同的工作狀態動態調節輸出的開關性能，該基于受控電壓源的門級驅動器輸出級電路由p型溝道和n型溝道的場效應管(MOSFET)推挽電路構成，該場效應管推挽電路的兩個互補場效應管T1和T2通過數字控制使其輸出電壓Uout可以在電壓源U_CC和U_EE之間切換，兩個互補推挽的場效應管工作在開關狀態，其輸出電流受柵極電阻Rg、寄生電感和電壓源電流能力的制約；其中，為該場效應管推挽電路提供U_CC和U_EE電壓源的電路分別是由晶體管T3和晶體管T4構成的一個射極跟隨器，該電路主要實現三個功能：其一是保證足夠大的電流增益，從而提供開啟和關斷場效應管T1時所需的峰值輸出和灌注電流，以達到較快的開關速度；其二是利用其射極跟隨器的功能，通過對基級的輸入電壓U_B3或U_B4的調節來實現T3輸出電壓U_CC或T4輸出電壓U_EE的幅值在(0,U+)或在(U-,0)之間可調，其中，由NPN晶體管T3構成的射級跟隨器負責調節電壓U_CC，而由PNP晶體管T4構成的射級跟隨器則負責調節U_EE；其三是保證更低的輸出阻抗和更低的功率損耗。

2.根據權利要求1所述的一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：采用了多路復用的雙級聯電路結構和數字編程控制技術，實現基極幅值電壓和瞬態開關動作的調節，該多路復用的雙級聯電路通過數字控制器的控制信號Sc控制由M1和M2組成的推挽放大器，通過柵極電阻Rg(Rg_on或Rg_off)來限制功率模塊的柵極充電或放電電流。

3.根據權利要求2所述的一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：多路復用器構成了該級聯電路的輸出級，通過依次控制每個支路上的場效應晶體管開關而接入或接出該支路，并依據該支路預設的電壓值來控制晶體管T3的輸出，通過可控電壓源的輸出電壓幅值，從而控制每一段階梯波的大小，場效應管由數字控制器的控制信號按照所需的控制模式觸發；同樣的方法也可應用于控制晶體管T4來控制關斷過程的門級驅動電壓，通過對選擇開關的控制，同樣可以實現晶體管T4的基級電壓的的分段調節，并在每個時間段內相應的接通預設的數控電壓源。

4.根據權利要求3所述的一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：數控電壓源采用乘法數模轉換器(MDAC)實現輸出電壓的數字編程控制調節)。可編程的乘法數模轉換器由單片機控制，該電路的輸出電壓V_OUT計算如下：

其中，D為MDAC的設定數字碼，Gain為增益，V_OUT為輸出電壓，V_IN為輸入電壓；

增益由電阻R₂和R₃確定：

。

5.根據權利要求3所述的一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：數控電壓源采用可調精密基準源，可調精密基準源的輸出電壓Vo受到電阻R1的控制，依據V0＝Vref(1+R1/R2)(Vref＝2.5v)可在2.5V～36V之間調節。

6.根據權利要求1所述的一種用于碳化硅功率模塊的智能門級驅動器，其特征在于：通過對第n個脈沖調制周期換流過程中的端口電氣參數的測量和提取，在該周期執行信號處理和優化策略，并在第n+1個脈沖調制周期到來之前向數字門級驅動發出自適應性的指令，使得用于主動門級驅動的電壓源輸出級的驅動可以在下一次開通或關斷之前得到預置和優化。