一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种SiC‑MOSFET的高速隔离驱动保护电路，包括高速CMOS数字隔离电路、高速驱动电路、栅源极过压保护电路和负压产生电路。高速CMOS数字隔离电路可以实现输入端和驱动电路的严格电位隔离，并能保证驱动的快速性；高速驱动电路可提供强大的驱动电流；栅源极过压保护电路可以防止栅源极出现过电压；负压产生电路给栅源极间提供一个负电压，使SiC‑MOSFET可靠关断。本实用新型专利技术可用在高频电路中快速驱动SiC‑MOSFET，兼具快速性、隔离性，以及可靠的保护功能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及MOSFET驱动电路，尤其是涉及一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路。
技术介绍
随着电力电子技术朝着高频、大功率方向发展，以Si材料为主的电力电子器件越来越难满足要求；宽禁带半导体器件凭借其突出的性能优势成为了电力电子器件的研究热点，并逐渐应用于工业生产中。其中SiC-MOSFET作为单极性电压控制型器件，开关速度快、耐压等级高、具有良好的热稳定性，可在高温、高辐射等恶劣环境下可靠工作。但是SiC-MOSFET栅极阈值电压较小，容易受到电路干扰产生误开通；为提高可靠性，要求SiC-MOSFET采用负压关断，驱动电路要设计成隔离驱动电路；为了保证SiC-MOSFET开关速度的快速性，要求驱动电路提供足够大的驱动电流；为防止SiC-MOSFET栅极氧化层击穿，栅源电压不能超过允许值。由于Si器件和SiC器件物理特性的差异，以及SiC-MOSFET对驱动电路隔离性能、快速性能、驱动能力的严苛要求，基于Si器件设计的驱动电路均无法满足SiC-MOSFET的驱动要求。需设计一款具有良好隔离能力、栅源极保护能力的高速SiC-MOSFET驱动电路。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种适用于SiC-MOSFET的高速隔离驱动电路，并具有栅源极过压保护和负压关断能力。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路，其特征在于包括高速CMOS数字隔离电路、高速驱动电路、栅源极过压保护电路和负压产生电路，输入信号与所述高速CMOS数字隔离电路连接，所述高速CMOS数字隔离电路与高速驱动电路连接，所述高速驱动电路与SiC-MOSFET栅极连接，所述栅源极过压保护电路与SiC-MOSFET栅源极连接，所述负压产生电路与SiC-MOSFET源极连接。所述的高速CMOS数字隔离电路包括高速CMOS数字隔离芯片Si8710、第一电阻、第一电容和第二电容；输入信号与所述隔离芯片第一、第三引脚连接；所述第一电阻一端和隔离芯片第六引脚连接，第一电阻另一端和第五引脚连接；所述第一电容一端和隔离芯片第五引脚连接，第一电容另一端和隔离芯片第四引脚连接；所述第二电容一端和隔离芯片第六引脚连接，第二电容另一端和隔离芯片第四引脚连接；所述隔离芯片第二引脚不连接，第四引脚接地，第六引脚连接电源。所述的高速驱动电路包括超高速驱动芯片IXDN609、第三电容、第四电容、第五电容；所述第三电容一端和驱动芯片第一引脚连接，第三电容另一端接地；所述第四电容一端和驱动芯片第四引脚连接，第四电容另一端接地；所述第五电容一端和驱动芯片第五引脚连接，第五电容另一端接地；所述驱动芯片第二引脚与隔离芯片第五引脚连接；所述驱动芯片第三引脚不连接，第六和第七引脚与SiC-MOSFET栅极连接，第八引脚连接电源。所述的栅源极过压保护电路包括第一稳压管1N4732A和第二稳压管1N4749A，所述第一稳压管正极与SiC-MOSFET栅极连接，第一稳压管负极和第二稳压管负极连接；所述第二稳压管正极和SiC-MOSFET源极连接。所述的负压产生电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和第三电阻串联，串联公共端与SiC-MOSFET源极连接；所述第二电阻另一端与电源连接；所述第三电阻另一端接地。与现有技术相比，本技术的优点是采用高速CMOS数字隔离芯片，有极强的隔离能力且传播延时仅为30ns，保证了驱动电路的快速性；采用超高速驱动芯片信号上升时间仅为26ns，可以为SiC-MOSFET提供高达9A的最大驱动电流，对SiC-MOSFET输入电容进行快速充电，加快开通速度；采用电阻分压为栅源极提供关断负电压，降低了供电电源的成本；采用稳压管防止栅源极过压，保证驱动电路的可靠性。附图说明图1为本技术的驱动电路结构框图。图2为本技术的驱动电路原理图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。参照图1，一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路，包括高速CMOS数字隔离电路1、高速驱动电路2、栅源极过压保护电路3和负压产生电路4，输入信号与高速CMOS数字隔离电路1连接，高速CMOS数字隔离电路1与高速驱动电路2连接，高速驱动电路2与SiC-MOSFET栅极连接，栅源极过压保护电路3与SiC-MOSFET栅源极连接，负压产生电路4与SiC-MOSFET源极连接。参照图2，高速CMOS数字隔离电路1包括高速CMOS数字隔离芯片U1（Si8710）、第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2；输入信号与隔离芯片U1第一、第三引脚连接；第一电阻R1一端和隔离芯片U1第六引脚连接，第一电阻R1另一端和隔离芯片U1第五引脚连接；第一电容C1一端和隔离芯片U1第五引脚连接，第一电容C1另一端和隔离芯片U1第四引脚连接；第二电容C2一端和隔离芯片U1第六引脚连接，第二电容C2另一端和隔离芯片U1第四引脚连接；隔离芯片U1第二引脚不连接，第四引脚接地GND，第六引脚连接电源VCC。高速驱动电路2包括超高速驱动芯片U2（IXDN609）、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5；第三电容C3一端和驱动芯片U2第一引脚连接，第三电容C3另一端接地GND；第四电容C4一端和驱动芯片U2第四引脚连接，第四电容C4另一端接地GND；第五电容C5一端和驱动芯片U2第五引脚连接，第五电容C5另一端接地GND；驱动芯片U2第二引脚与隔离芯片U1第五引脚连接；驱动芯片U2第三引脚不连接，第六和第七引脚与SiC-MOSFET栅极G连接，第八引脚连接电源VCC。栅源极过压保护电路3包括第一稳压管D1（1N4732A）和第二稳压管D2（1N4749A），第一稳压管D1正极与SiC-MOSFET栅极G连接，第一稳压管D1负极和第二稳压管D2负极连接；第二稳压管D2正极和SiC-MOSFET源极S连接。负压产生电路4包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3串联，串联公共端与SiC-MOSFET源极S连接；第二电阻R2另一端与电源VCC连接，第三电阻R3另一端接地GND。本技术的工作原理：驱动输入信号经高速CMOS数字隔离芯片U1和超高速驱动芯片U2，传输到SiC-MOSFET栅极G，由于高速CMOS数字隔离芯片U1传播延时仅为30ns，超高速驱动芯片U2的信号上升时间仅为26ns保证了信号传输的快速性，为SiC-MOSFET工作在更高频率提供了保障。超高速驱动芯片U2可提供高达9A的最大驱动电流，可对SiC-MOSFET输入电容进行快速充电，提高了SiC-MOSFET的开通速度。当驱动输入信号为低电平时，SiC-MOSFET栅极G的电平为零；电源VCC为24V，经第二电阻R2和第三电阻R3分压后，在SiC-MOSFET源极S产生的电平为4V，则栅源极间电压为-4V，该负电压可使SiC-MOSFET可靠关断，避免器件误开通。当驱动输入信号为高电平时，SiC-MOSFET栅极G的电平为24V，SiC-MOSFET源极S的电平仍为4V，则栅源极间电压为20V，SiC-MOSFET迅速开通。第一稳压管D1和第二稳压管D2反向串联接在栅源极两端，第一稳压管D1稳压值为4.7V，第二稳压管D2稳压值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC‑MOSFET的高速隔离驱动保护电路，其特征在于包括高速CMOS数字隔离电路、高速驱动电路、栅源极过压保护电路和负压产生电路，输入信号与所述高速CMOS数字隔离电路连接，所述高速CMOS数字隔离电路与高速驱动电路连接，所述高速驱动电路与SiC‑MOSFET栅极连接，所述栅源极过压保护电路与SiC‑MOSFET栅源极连接，所述负压产生电路与SiC‑MOSFET源极连接。

【技术特征摘要】
1.一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路，其特征在于包括高速CMOS数字隔离电路、高速驱动电路、栅源极过压保护电路和负压产生电路，输入信号与所述高速CMOS数字隔离电路连接，所述高速CMOS数字隔离电路与高速驱动电路连接，所述高速驱动电路与SiC-MOSFET栅极连接，所述栅源极过压保护电路与SiC-MOSFET栅源极连接，所述负压产生电路与SiC-MOSFET源极连接。2.根据权利要求1所述的一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动保护电路，其特征在于所述的高速CMOS数字隔离电路包括高速CMOS数字隔离芯片Si8710、第一电阻、第一电容和第二电容；输入信号与隔离芯片第一、第三引脚连接；所述第一电阻一端和隔离芯片第六引脚连接，第一电阻另一端和隔离芯片第五引脚连接；所述第一电容一端和隔离芯片第五引脚连接，第一电容另一端和隔离芯片第四引脚连接；所述第二电容一端和隔离芯片第六引脚连接，第二电容另一端和隔离芯片第四引脚连接；所述隔离芯片第二引脚不连接，第四引脚接地，第六引脚连接电源。3.根据权利要求1所述的一种SiC-MOSFET的高速隔离驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑遵宇，杨苏，王飞，石聪聪，朱玉振，李绍武，梁琨，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32