一种采用SiC功率管的桥式功率转换器的栅驱动电路，包括两部分结构相同的电路，每部分电路均包括初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路，将传统的耦合隔离变压器分成了分立的隔离变压器，次级功率管由分立的初级驱动电路分别控制驱动，隔离变压器次级侧分别串接了谐振电感和电平移位电路。本发明专利技术可以大大降低谐振栅驱动电路的驱动损耗，降低SiC功率管发生误导通的概率，同时降低SiC功率管上下两管出现直通的概率，可靠性好，效率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥式功率转换器的栅驱动电路，尤其涉及一种采用SiC功率管(SiC材料的金属-氧化物半导体场效应晶体管)的桥式功率转换器的栅驱动电路。
技术介绍
目前，功率转换器中的开关频率越来越高，开关频率的增高带来的优点如下：①电路中的储能器件(电感、变压器、电容等)体积相应的减小。②整个电路的功率密度进一步增大。但是开关频率的增大也带了开关损耗的增加。对于栅驱动电路来说，不仅要解决由于开关频率增大带来的开关损耗增大的问题，同时还要解决栅驱动电路中有关次级SiC MOSFET管误导通和直通的相关问题。桥式转换器的栅驱动电路传统上都是采用耦合变压器隔离电压源驱动或者采用没有隔离的谐振栅驱动电路，传统的耦合变压器隔离电压源驱动的栅驱动电路虽然能够驱动全桥转换器，但由于其次级串联的电阻以及SiC MOSFET管的寄生电阻上仍然会消耗大量的功率，并且这种栅驱动电路的初级驱动电路部分的功率管的开关损耗也非常大，由此便会导致这种栅驱动电路的效率比较低。而没有隔离的谐振栅驱动电路，当其输入电压变高时，则需要谐振电感必须明显的升高，这样便使得电感的储能增大，最终导致出现SiC MOSFET管误触发的现象，由此可知没有隔离的谐振栅驱动电路并不适合全桥转换器。所以，针对于桥式变换器的栅驱动电路，降低其开关损耗、提高其效率、降低伪触发脉冲引起的误导通的概率、降低SiC MOSFET管发生直通的概率并提高其稳定性十分重要。近年来，很多的栅驱动设计方案主要集中在解决开关损耗过大的一个问题上，虽然ZVS和ZCS软开关技术已经大量应用于全桥的转换器中，但在实际应用中，随着开关频率的增大，大量的驱动损耗仍然存在并由此引起功率和可靠性降低的现象。因此，设计一款降低栅驱动电路的开关损耗、解决其功率误导通和直通问题的栅驱动电路十分有必要。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术存在的缺陷提供的一种采用SiC MOSFET管的桥式功率转换器的栅驱动电路。本专利技术的技术方案如下:一种采用SiC功率管的桥式功率转换器的栅驱动电路，其中的桥式功率转换器包括半桥和全桥功率转换器，其特征在于：包括初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路，初级开关电路中的MOS管栅极控制信号由波形发生器提供，初级开关电路的输出经过隔离变压器输出给RCD电平移位电路，RCD电平移位电路的输出信号作为桥式功率转换器中SiC功率管的栅驱动信号，驱动桥式功率转换器桥臂中的高、低压侧SiC功率管，利用变压器次级存在的漏感作为谐振电感与SiC功率管栅源寄生电容的谐振作用和RCD电平移位电路的电平移位，分别降低驱动损耗和SiC功率管的误导通概率；初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路均包括相同结构的第一、第二两部分电路，第一部分电路中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中高压侧SiC功率管的栅极，第二部分中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中低压侧SiC功率管的栅极；其中：第一部分电路中，初级开关电路包括MOSFET管S1-S4，波形发生器Q1-Q4、电容Cr1以及电压源VC1，电压源VC1的正极连接MOSFET管S1的漏极和MOSFET管S2的漏极，电压源VC1的负极连接MOSFET管S3的源极和MOSFET管S4的源极并接地，MOSFET管S1的源极连接MOSFET管S3的漏极，MOSFET管S2的源极连接MOSFET管S4的漏极，MOSFET管S1-S4的栅极控制信号分别由对应的波形发生器Q1-Q4提供，波形发生器Q1-Q4的正极分别连接对应的MOSFET管S1-S4的栅极，波形发生器Q1-Q4的负极分别连接对应的MOSFET管S1-S4的源极，MOSFET管S1的源极和MOSFET管S3的漏极连接电容Cr1的一端；隔离变压器T1初级绕组的同名端连接电容Cr1的另一端，隔离变压器T1初级绕组异名端连接MOSFET管S2的源极和MOSFET管S4的漏极，隔离变压器T1次级绕组同名端连接作为谐振电感的漏感Lr1的一端；RCD电平移位电路包括电阻R1和R4，电容C3和C6以及二极管D1，电阻R1与电容C3并联后的一端连接隔离变压器T1次级绕组的异名端，电阻R1与电容C3并联后的另一端连接二极管D1的阳极和功率转换器中一个桥臂的高压侧SiC功率管源极及低压侧SiC功率管漏极，二极管D1的阴极连接电阻R4与电容C6并联后的一端，电阻R4与电容C6并联后的另一端连接隔离变压器T1次级绕组漏感Lr1的另一端并作为栅驱动信号的输出端，驱动桥式功率转换器中一个桥臂高压侧SiC功率管的栅极；第二部分电路中，初级开关电路包括MOSFET管S5-S8，波形发生器Q5-Q8、电容Cr2以及电压源VC1，电压源VC1的正极连接MOSFET管S5的漏极和MOSFET管S6的漏极，电压源VC1的负极连接MOSFET管S7的源极和MOSFET管S8的源极并接地，MOSFET管S5的源极连接MOSFET管S7的漏极，MOSFET管S6的源极连接MOSFET管S8的漏极，MOSFET管S5-S8的栅极控制信号分别由对应的波形发生器Q5-Q8提供，波形发生器Q5-Q8的正极分别连接相应的MOSFET管S5-S8的栅极，波形发生器Q5-Q8的负极分别连接相应的MOSFET管S5-S8的源极，MOSFET管S5的源极和MOSFET管S7的漏极连接电容Cr2的一端；隔离变压器T2初级绕组的同名端连接电容Cr2的另一端，隔离变压器T2初级绕组的异名端连接MOSFET管S6的源极和MOSFET管S8的漏极，隔离变压器T2次级绕组的同名端连接作为谐振电感的漏感Lr2的一端；RCD电平移位电路包括电阻R2和R3，电容C4和C5以及二极管D2，电阻R2与电容C4并联后的一端连接隔离变压器T2次级绕组异名端，电阻R2与电容C4并联后的另一端连接二极管D2的阳极和功率转换器中同一桥臂的低压侧SiC功率管源极并接地，二极管D2的阴极连接电阻R3与电容C5并联后的一端，电阻R3与电容C5并联后的另一端连接隔离变压器T2次级绕组漏感Lr2的另一端并作为栅驱动信号的输出端，驱动桥式功率转换器同一桥臂低压侧SiC功率管的栅极。如果桥式功率转换器采用的是全桥变换器，则设置两个相同的第一部分电路和两个相同的第二部分电路，分别驱动全桥变换器两个桥臂中的高、低压侧SiC功率管。本专利技术具有如下优点和效果：1)适用于所有的桥式变换器，利用隔离变压器的隔离作用和次级谐振电感与SiC MOSFET管寄生电容的谐振作用，通过相应的控制算法可使得初级驱动电路的功率管实现ZVS(零电压开关)导通和ZVS关断，从而大大减小了驱动电路的驱动损耗，进而提高了本专利技术电路的效率。2)利用隔离变压器可以提供一个负的驱动电压从而避免次级SiC MOSFET管的误触发，同时在次级串接了RCD(电阻电容二极管式)电平移位电路有助于更好地防止产生误触发脉冲引起SiC MOSFET管发生误导通现象，提高了本栅驱动电路的可靠性。3)将耦合隔离变压器分开，分别单独用各自的隔离变压器代替，初级驱动电路的两个部分均由四个功率管构成并且相应部分的功率管开关的状况分开设置，分别来驱动次级的SiC MOSFET管，这样可以减弱SiC MOSFET管的直通现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用SiC功率管的桥式功率转换器的栅驱动电路，其中的桥式功率转换器包括半桥和全桥功率转换器，其特征在于：包括初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路，初级开关电路中的MOS管栅极控制信号由波形发生器提供，初级开关电路的输出经过隔离变压器输出给RCD电平移位电路，RCD电平移位电路的输出信号作为桥式功率转换器中SiC功率管的栅驱动信号，驱动桥式功率转换器桥臂中的高、低压侧SiC功率管，利用变压器次级存在的漏感作为谐振电感与SiC功率管栅源寄生电容的谐振作用和RCD电平移位电路的电平移位，分别降低驱动损耗和SiC功率管的误导通概率；初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路均包括相同结构的第一、第二两部分电路，第一部分电路中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中高压侧SiC功率管的栅极，第二部分中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中低压侧SiC功率管的栅极；其中：第一部分电路中，初级开关电路包括MOSFET管S1‑S4，波形发生器Q1‑Q4、电容Cr1以及电压源VC1，电压源VC1的正极连接MOSFET管S1的漏极和MOSFET管S2的漏极，电压源VC1的负极连接MOSFET管S3的源极和MOSFET管S4的源极并接地，MOSFET管S1的源极连接MOSFET管S3的漏极，MOSFET管S2的源极连接MOSFET管S4的漏极，MOSFET管S1‑S4的栅极控制信号分别由对应的波形发生器Q1‑Q4提供，波形发生器Q1‑Q4的正极分别连接对应的MOSFET管S1‑S4的栅极，波形发生器Q1‑Q4的负极分别连接对应的MOSFET管S1‑S4的源极，MOSFET管S1的源极和MOSFET管S3的漏极连接电容Cr1的一端；隔离变压器T1初级绕组的同名端连接电容Cr1的另一端，隔离变压器T1初级绕组异名端连接MOSFET管S2的源极和MOSFET管S4的漏极，隔离变压器T1次级绕组同名端连接作为谐振电感的漏感Lr1的一端；RCD电平移位电路包括电阻R1和R4，电容C3和C6以及二极管D1，电阻R1与电容C3并联后的一端连接隔离变压器T1次级绕组的异名端，电阻R1与电容C3并联后的另一端连接二极管D1的阳极和功率转换器中一个桥臂的高压侧SiC功率管源极及低压侧SiC功率管漏极，二极管D1的阴极连接电阻R4与电容C6并联后的一端，电阻R4与电容C6并联后的另一端连接隔离变压器T1次级绕组漏感Lr1的另一端并作为栅驱动信号的输出端，驱动桥式功率转换器中一个桥臂高压侧SiC功率管的栅极；第二部分电路中，初级开关电路包括MOSFET管S5‑S8，波形发生器Q5‑Q8、电容Cr2以及电压源VC1，电压源VC1的正极连接MOSFET管S5的漏极和MOSFET管S6的漏极，电压源VC1的负极连接MOSFET管S7的源极和MOSFET管S8的源极并接地，MOSFET管S5的源极连接MOSFET管S7的漏极，MOSFET管S6的源极连接MOSFET管S8的漏极，MOSFET管S5‑S8的栅极控制信号分别由对应的波形发生器Q5‑Q8提供，波形发生器Q5‑Q8的正极分别连接相应的MOSFET管S5‑S8的栅极，波形发生器Q5‑Q8的负极分别连接相应的MOSFET管S5‑S8的源极，MOSFET管S5的源极和MOSFET管S7的漏极连接电容Cr2的一端；隔离变压器T2初级绕组的同名端连接电容Cr2的另一端，隔离变压器T2初级绕组的异名端连接MOSFET管S6的源极和MOSFET管S8的漏极，隔离变压器T2次级绕组的同名端连接作为谐振电感的漏感Lr2的一端；RCD电平移位电路包括电阻R2和R3，电容C4和C5以及二极管D2，电阻R2与电容C4并联后的一端连接隔离变压器T2次级绕组异名端，电阻R2与电容C4并联后的另一端连接二极管D2的阳极和功率转换器中同一桥臂的低压侧SiC功率管源极并接地，二极管D2的阴极连接电阻R3与电容C5并联后的一端，电阻R3与电容C5并联后的另一端连接隔离变压器T2次级绕组漏感Lr2的另一端并作为栅驱动信号的输出端，驱动桥式功率转换器同一桥臂低压侧SiC功率管的栅极。...
【技术特征摘要】
1.一种采用SiC功率管的桥式功率转换器的栅驱动电路，其中的桥式功率转换器包括半桥和全桥功率转换器，其特征在于：包括初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路，初级开关电路中的MOS管栅极控制信号由波形发生器提供，初级开关电路的输出经过隔离变压器输出给RCD电平移位电路，RCD电平移位电路的输出信号作为桥式功率转换器中SiC功率管的栅驱动信号，驱动桥式功率转换器桥臂中的高、低压侧SiC功率管，利用变压器次级存在的漏感作为谐振电感与SiC功率管栅源寄生电容的谐振作用和RCD电平移位电路的电平移位，分别降低驱动损耗和SiC功率管的误导通概率；初级开关电路、隔离变压器和RCD电平移位电路均包括相同结构的第一、第二两部分电路，第一部分电路中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中高压侧SiC功率管的栅极，第二部分中的RCD电平移位电路的输出信号驱动桥式功率转换器桥臂中低压侧SiC功率管的栅极；其中：第一部分电路中，初级开关电路包括MOSFET管S1-S4，波形发生器Q1-Q4、电容Cr1以及电压源VC1，电压源VC1的正极连接MOSFET管S1的漏极和MOSFET管S2的漏极，电压源VC1的负极连接MOSFET管S3的源极和MOSFET管S4的源极并接地，MOSFET管S1的源极连接MOSFET管S3的漏极，MOSFET管S2的源极连接MOSFET管S4的漏极，MOSFET管S1-S4的栅极控制信号分别由对应的波形发生器Q1-Q4提供，波形发生器Q1-Q4的正极分别连接对应的MOSFET管S1-S4的栅极，波形发生器Q1-Q4的负极分别连接对应的MOSFET管S1-S4的源极，MOSFET管S1的源极和MOSFET管S3的漏极连接电容Cr1的一端；隔离变压器T1初级绕组的同名端连接电容Cr1的另一端，隔离变压器T1初级绕组异名端连接MOSFET管S2的源极和MOSFET管S4的漏极，隔离变压器T1次级绕组同名端连接作为谐振电感的漏感Lr1的一端；RCD电平移位电路包括电阻R1和R4，电容C3和C6以及二极管D1，电阻R1与电容C3并联后的一端连接隔离变压器T1次级绕组的异名端，电阻R1与电容C3并联后的另...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，夏熙，朱俊杰，刘鹏，钱钦松，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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