一种主动抑制SiC MOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法技术

本发明专利技术提出了一种主动抑制SiC MOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法，属于电路设计技术领域。所述驱动电路及电路改进方法针对米勒电流经驱动回路的过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiC MOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法
本专利技术涉及一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法，属于电路设计

技术介绍
SiCMOSFET具有开关频率高、导通电阻小、耐高温高压性能好等优点，可以有效弥补传统的Si功率器件在上述方面的局限性，将SiCMOSFET应用在各种电力电子装置中，可以降低装置的开关管损耗，减小装置的重量和体积，从而有效提高电力电子装置的效率和功率密度，对于电力电子技术的发展具有重要的意义。但是SiCMOSFET相比于SiMOSFET和SiIGBT来说，由于其开启电压很低，在将SiCMOSFET应用在具有桥臂结构的拓扑中时，由于米勒电容的存在，在桥臂上的一个开关管开通过程中，会在桥臂上的另一个开关管的栅源极之间产生电压尖峰。这一电压尖峰若超过SiCMOSFET的开启电压，会造成开关管误导通，进而增大开关损耗，严重时还会造成桥臂直通，烧毁电路。因此，从改进其驱动电路的角度进行串扰抑制有很大的必要性。目前主流的减小串扰电压的途径有以下几种：(1)减小驱动电阻。通过对串扰电压进行定性分析，可得出串扰电压与驱动电阻的关系，即串扰电压随驱动电阻的增大而增大。因此，减小驱动电阻可以在一定程度上减小串扰电压，但此方法抑制效果有限，而且减小驱动电阻会加剧SiCMOSFET的开关振荡现象。(2)增大栅源极电容。当米勒电流流经驱动回路时，在栅源极之间并联的额外电容可以为米勒电流承担一部分分流，从而使流经驱动回路的电流减小，栅源极之间串扰电压的最大值减小。同样，增大栅源极电容可以减小SiCMOSFET的开关振荡现象，但是增大栅源极电容是以牺牲SiCMOSFET的开关速度为代价的。由于栅源极电容增大，开通和关断的瞬态时间增大，不仅减小了开关速度也会增大开关损耗。(3)增大栅极的关断负偏压。SiCMOSFET采用负压关断，增大负关断电压相当于增大了开关管的开通电压阈值，可以减小串扰电压的影响。但是SiCMOSFET能承受的负向偏压有限，增大关断负偏压会在关断瞬间进一步增大栅源极之间负向电压，使SiCMOSFET工作的可靠性受到影响。因此无法较大范围减小SiCMOSFET栅极关断负偏压，只能在很小的范围内对电压进行调整，所以此方法也具有局限性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有减小串扰电压的方法无法实现减小串扰电压的有效抑制的问题，提出了一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法。一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路改进方法，所采取的技术方案如下：所述改进方法针对米勒电流经驱动回路的过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiCMOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路，所采取的技术方案如下：所述电路结构包括上管驱动回路和下管驱动回路；所述上管驱动回路PWM驱动信号、上管驱动电路和上管S1；在所述上管驱动电路的一端串联有SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1，在所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1的两端并联有辅助二极管VD1，并且，所述辅助二极管VD1与驱动回路辅助电阻Roff1串联后再与Ron1并联；所述所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1与电阻Rc1串联，所述电阻Rc1为并联在PNP三极管VT1基极与发射极之间的电阻；在VT1集电极与SiCMOSFET源极之间并联有辅助电容Cgsa1；所述下管驱动回路PWM驱动信号、下管驱动电路和下管S2；在所述下管驱动电路的一端串联有SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2，在所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2的两端并联有辅助二极管VD2，并且，所述辅助二极管VD2与驱动回路辅助电阻Roff2串联后再与Ron2并联；所述所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2与电阻Rc2串联，所述电阻Rc2为并联在PNP三极管VT2基极与发射极之间的电阻；在VT2集电极与SiCMOSFET源极之间并联有辅助电容Cgsa2。进一步地，所述驱动电路的串扰发生时串扰电压的最大值Vgs_max为：并且串扰电压最大值的极限值为：其中，Cgs为栅源极结电容，Cgd为栅漏极结电容，Vcc为母线电压，dv/dt为下管漏源极之间的电压变化率。进一步地，所述驱动电路的对串扰现象抑制过程包括：在一个半桥上的两个开关管工作的过程中，当上管S1开通、下管S2关断时，流经上管驱动回路的电流ig1为顺时针方向，二极管VD1关断，电阻Roff1不接入回路；流经上管驱动回路的电流ig1作用在电阻Rc1上，三极管基极的电压高于发射极的电压，此时，三极管基极的电压使PNP三极管VT1处于截止状态；当PNP三极管VT1处于截止状态时，电阻Rc1接入上管回路中而额外的辅助电容Cgsa1未接入栅源极之间，此时上管驱动回路的驱动电阻增大对上管S1的电压振荡进行抑制；在此过程中，通过米勒电容产生的米勒电流耦合到驱动回路中的电流ig2为逆时针方向，所述电流ig2作用在电阻Rc2上，当压降ig2·Rc2超过三极管VT2的开启电压时，VT2导通，此时额外的辅助电容Cgsa2接入SiCMOSFETS2的栅源极之间，而电阻Rc2也因三极管的基极和发射极短接而不再接入电路中；此时，对于二极管VD2，由于电流为逆时针方向，VD2导通，电阻Roff2并联在Ron2两端，此时增大了栅源极电容，也减小了驱动电阻，从而在串扰发生时起到了主动抑制作用。本专利技术有益效果：本专利技术提出一种抑制桥臂串扰现象的SiCMOSFET的驱动电路及电路改进方法，不是简单地减小栅极驱动电阻和增大栅源极电容，而是利用米勒电流流经驱动回路这一过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiCMOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管可将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。所改进驱动电路结构在不增大栅极负偏压的基础上，当串扰现象发生时可增大栅源极电容并减小栅极驱动电阻，从而实现串扰现象的主动抑制。而在不发生串扰现象时，可有效保障SiCMOSFET的开关速度，同时避免其发生较为剧烈的开关振荡，可有针对性地、高效地实现串扰现象的抑制。附图说明图1为本专利技术所述抑制串扰现象的驱动电路结构。图2为上管开通过程中上管等效驱动回路。图3为上管开通过程中下管等效驱动回路。图4为Buck-Boost型双向DC/DC变换电路。图5普通结构的串扰电压波形。图6引入本专利技术之后的串扰电压波形。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1：一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路改进方法，所采取的技术方案如下：所述驱动改进方法针对米勒电力流经驱动回路的过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiCMOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。本实施例提出的驱动电路改进方法并不是简单地减小栅极驱动电阻和增大栅源极电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动抑制SiC MOSFET串扰现象的驱动电路改进方法，其特征在于，所述改进方法针对米勒电流经驱动回路的过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiC MOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。

【技术特征摘要】
1.一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路改进方法，其特征在于，所述改进方法针对米勒电流经驱动回路的过程，在串扰现象发生时，利用辅助三极管的导通主动将额外的辅助电容并联在SiCMOSFET的栅源极之间，同时利用辅助二极管将额外辅助电阻并联在驱动电阻上，从而在串扰现象发生时对其进行抑制。2.一种主动抑制SiCMOSFET串扰现象的驱动电路，其特征在于，所述电路结构包括上管驱动回路和下管驱动回路；所述上管驱动回路PWM驱动信号、上管驱动电路和上管S1；在所述上管驱动电路的一端串联有SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1，在所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1的两端并联有辅助二极管VD1，并且，所述辅助二极管VD1与驱动回路辅助电阻Roff1串联后再与Ron1并联；所述所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron1与电阻Rc1串联，所述电阻Rc1为并联在PNP三极管VT1基极与发射极之间的电阻；在VT1集电极与SiCMOSFET源极之间并联有辅助电容Cgsa1；所述下管驱动回路PWM驱动信号、下管驱动电路和下管S2；在所述下管驱动电路的一端串联有SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2，在所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2的两端并联有辅助二极管VD2，并且，所述辅助二极管VD2与驱动回路辅助电阻Roff2串联后再与Ron2并联；所述所述SiCMOSFET驱动回路栅极限流电阻Ron2与电阻Rc2串联，所述电阻Rc2为并联在PNP三极管VT2基极与发射极之间的电阻；在VT2集电极与SiCMOSFET源极之间并联有辅助电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼宝，张临志，张晓晨，王卫，刘鸿鹏，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23