一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，属于SiC驱动技术领域。该装置包含主驱动电路及无源辅助电路，主驱动电路部分由DC‑DC变换器单元、光耦隔离芯片单元、驱动芯片单元、驱动电阻单元构成；无源辅助电路部分由正向峰值电压抑制单元和负向峰值电压抑制单元构成。本发明专利技术提出了一种在传统驱动电路的基础上，增加三极管串联电容的新型辅助电路改进驱动方法。通过对主驱动电路和无源辅助电路参数的合理设计，实现抑制桥臂串扰的同时缩短开关延时时间，减小开关损耗，降低控制复杂程度的目标。本发明专利技术提供的装置，提高了SiC MOSFET桥式变换器工作可靠性与效率，降低了驱动控制成本与复杂程度。

An improved gate driver for crosstalk suppression of SiC MOSFET bridge arm

The invention relates to an improved SiC gate suppression MOSFET bridge arm crosstalk pole driving device, which belongs to the technical field of SiC driver. The device includes a main drive circuit and auxiliary circuit, main drive circuit is composed of DC DC converter unit, optocoupler chip unit, drive unit, drive unit composed of chip resistor; passive auxiliary circuit is composed of positive and negative peak voltage suppression unit peak suppression system unit. The invention proposes a new auxiliary circuit improvement driving method based on the traditional driving circuit, which adds the series capacitor of the triode. Through the reasonable design of the parameters of the main drive circuit and the passive auxiliary circuit, the crosstalk of the bridge arm is suppressed, the delay time of the switch is shortened, the switching loss is reduced, and the complexity of the control is reduced. The device provided by the invention, improve the reliability and efficiency of MOSFET bridge converter SiC, reduces the cost and complexity of drive control.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置
本专利技术属于SiCMOSFET驱动设计
，涉及一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置。
技术介绍
近年来，以碳化硅(SiliconCarbide，SiC)MOSFET为代表的宽禁带半导体器件因其具有高开关频率、高开关速度、高击穿场强、高热导率等优异的物理特性，成为了高频、高温、高功率密度驱动的理想器件选择。然而在桥式变换器中，SiCMOSFET的高开关速度特性在提高开关频率、降低开关损耗、缩短死区时间的同时，受器件寄生参数的影响，会产生桥式电路中一个器件的快速开断导致与之互补的另一个器件栅源电压振荡的串扰现象。由于SiCMOSFET正向阀值电压与最大关断负压较小，栅源电压振荡可能引起器件误导通而造成短路，或超过负压最大值而损坏器件。因此，如何抑制桥式电路中的串扰现象对提高变换器工作可靠性、延长SiCMOSFET器件使用寿命具有重要意义。目前，常用的增大驱动电阻与并联电容抑制方法，延长了开关延时时间，加大了开关损耗；而通过监测米勒平台期来控制驱动阻抗的抑制方法，在准确监测开关所处状态方面有一定难度；采用负压关断的抑制方法，减小了负压裕量，容易引起负压过限；而采用有源钳位的抑制方法需外加控制信号，加大了控制成本与复杂程度。因此，在不延长开关延时时间，不增加开关损耗及控制复杂程度的前提上，急需一种简单有效的抑制方法，来解决SiCMOSFET驱动过程中存在的桥臂串扰问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，在不以牺牲SiCMOSFET开关延时，开关损耗或增加控制复杂程度为代价的前提下，达到有效抑制SiCMOSFET驱动过程中的串扰现象，提高SiCMOSFET桥式变换器工作可靠性与工作效率的目的。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，包含主驱动电路和无源辅助电路，所述主驱动电路与所述SiCMOSFET器件连接；所述无源辅助电路与所述主驱动电路连接；所述主驱动电路的数量为2，用于实现主电路上下桥臂中所述SiCMOSFET器件的分断的功能，所述无源辅助电路的数量为2，用于抑制驱动所述主电路上下桥臂中所述SiCMOSFET器件过程中产生的桥臂串扰。进一步，所述主驱动电路具体包括DC-DC变换器单元，光耦隔离芯片单元，驱动芯片单元，驱动电阻单元；所述DC-DC变换器单元包括RP12-09D变换器与RP12-05S变换器，所述RP12-09D变换器的负极输出端与所述RP12-05S变换器的正极输出端连接，所述RP12-05S变换器的负极输出端还与所述无源辅助电路连接，输入电源经过所述DC-DC变换器单元为所述主驱动电路供电；所述光耦隔离芯片单元用于实现控制信号与驱动信号的隔离，所述光耦隔离芯片单元还包含用于接收控制信号的输入端；所述驱动芯片单元的输出端与驱动电阻单元的一端连接，所述驱动芯片单元用于输出所述SiCMOSFET器件的驱动电压和驱动电流；所述驱动电阻单元的另一端与所述SiCMOSFET器件门极连接，所述驱动电阻单元用于调节所述SiCMOSFET器件的开关速度。进一步，所述无源辅助电路由正向峰值电压抑制单元和负向峰值电压抑制单元组成，所述无源辅助电路分为上桥臂无源辅助电路和下桥臂无源辅助电路，分别与所述上下桥臂的主驱动电路连接；所述正向峰值电压抑制单元包含NPN三极管、二极管、辅助电容Ⅰ和辅助电阻Ⅰ，所述NPN三极管的基极与所述辅助电阻Ⅰ的一端连接，所述辅助电阻Ⅰ的另一端与所述DC-DC变换器单元的RP12-05S变换器负极输出端连接，所述NPN三极管的集电极与所述辅助电容Ⅰ的一端连接，所述辅助电容Ⅰ的另一端与所述DC-DC变换器单元的RP12-05S变换器正极输出端连接，所述NPN三极管的发射极与所述二极管的正极连接；所述负向峰值电压抑制单元包含PNP三极管，辅助电容Ⅱ，辅助电阻Ⅱ，所述辅助电阻Ⅱ的一端与所述驱动芯片单元的输出端连接，另一端与所述PNP三极管的基极连接，所述PNP三极管的集电极与所述辅助电容Ⅱ的一端连接，所述辅助电容Ⅱ的另一端与所述DC-DC变换器单元的RP12-05S变换器正极输出端连接；所述PNP三极管的发射极与所述二极管的负极连接之后连接至所述SiCMOSFET器件门极；所述正向峰值电压抑制单元，用于抑制栅极振荡的正向电压峰值；所述负向峰值电压抑制单元，用于抑制栅极振荡的负向电压峰值。进一步：在桥臂SiCMOSFET器件导通瞬间，与之互补的另一桥臂的所述驱动电阻满足：在桥臂SiCMOSFET器件关断瞬间，与之互补的另一桥臂的所述驱动电阻满足：式中VCgs为栅源电容电压，V2为SiCMOSFET器件的关断负压幅值，Rg为驱动电阻，R＝Rg+Rg(in)，其中Rg(in)为SiCMOSFET器件的内部电阻。进一步，所述辅助电容满足：式中VDC为直流输入电压，Cgd为SiCMOSFET器件的栅漏电容，C为辅助电容，A＝C+Ciss，其中Ciss＝Cgs+Cgd，Cgs为SiCMOSFET器件的栅源电容，a为SiCMOSFET器件的开关速率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于控制正负向电压振荡抑制单元中三极管开断，降低开关瞬间驱动阻抗的思想，提出了一种在传统驱动电路的基础上，增加三极管串联电容的新型无源辅助电路改进驱动方法。通过对主驱动电路和无源辅助电路参数的合理设计，在不以牺牲SiCMOSFET开关延时，开关损耗或增大控制复杂程度为代价的前提下抑制桥臂串扰。所述装置有利于提高SiCMOSFET桥式变换器工作效率与工作可靠性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本申请中抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置结构示意图；图2为桥臂驱动过程中电压电流波形图；图3为本专利技术的改进抑制桥臂串扰驱动装置的工作原理图；图4为本专利技术的改进抑制桥臂串扰驱动装置在辅助电路不工作时的等效电路简化图；图5为本专利技术的驱动电阻取值范围示意图；图6为本专利技术的改进抑制桥臂串扰驱动装置在辅助电路工作时的等效电路简化图；图7为本专利技术的辅助电容取值范围示意图；图8、图9为本申请中的驱动装置仿真对比波形图；图10、图11、图12为本申请中的驱动装置在不同驱动电阻、不同输入电压、不同负载电流条件下的对比效果图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细描述。图1为本专利技术的抑制SiCMOSFET桥臂串扰的门极驱动装置结构示意图；该装置包含SiCMOSFET主驱动电路及无源辅助电路，其中：SiCMOSFET主驱动电路用于实现驱动SiCMOSFET器件开断的功能；主驱动电路具体包括：DC-DC变换器单元，用于主驱动电路供电；光耦隔离芯片单元，用于实现控制信号与驱动信号的隔离，提高主驱动电路抗干扰能力；驱动芯片单元，用于输出驱动SiCMOSFET器件所需的驱动电压与驱动电流；驱动电阻单元，用于调节驱动SiCMOSFET器件开关速度。无源辅助电路用于抑制SiCMOSFET驱动过程中产生的桥臂串扰现象；无源辅助电路具体包括：正向峰值电压抑制单元，用于抑制栅极振荡的正向电压峰值；负向峰值电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，其特征在于：包含主驱动电路和无源辅助电路，所述主驱动电路与所述SiC MOSFET器件连接；所述无源辅助电路与所述主驱动电路连接；所述主驱动电路的数量为2，用于实现主电路上下桥臂中所述SiC MOSFET器件的分断的功能，所述无源辅助电路的数量为2，用于抑制驱动所述主电路上下桥臂中所述SiC MOSFET器件过程中产生的桥臂串扰。

【技术特征摘要】
1.一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，其特征在于：包含主驱动电路和无源辅助电路，所述主驱动电路与所述SiCMOSFET器件连接；所述无源辅助电路与所述主驱动电路连接；所述主驱动电路的数量为2，用于实现主电路上下桥臂中所述SiCMOSFET器件的分断的功能，所述无源辅助电路的数量为2，用于抑制驱动所述主电路上下桥臂中所述SiCMOSFET器件过程中产生的桥臂串扰。2.根据权利要求1所述的一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，其特征在于：所述主驱动电路具体包括DC-DC变换器单元，光耦隔离芯片单元，驱动芯片单元，驱动电阻单元；所述DC-DC变换器单元包括RP12-09D变换器与RP12-05S变换器，所述RP12-09D变换器的负极输出端与所述RP12-05S变换器的正极输出端连接，所述RP12-05S变换器的负极输出端还与所述无源辅助电路连接，输入电源经过所述DC-DC变换器单元为所述主驱动电路供电；所述光耦隔离芯片单元用于实现控制信号与驱动信号的隔离，所述光耦隔离芯片单元还包含用于接收控制信号的输入端；所述驱动芯片单元的输出端与驱动电阻单元的一端连接，所述驱动芯片单元用于输出所述SiCMOSFET器件的驱动电压和驱动电流；所述驱动电阻单元的另一端与所述SiCMOSFET器件门极连接，所述驱动电阻单元用于调节所述SiCMOSFET器件的开关速度。3.根据权利要求2所述的一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，其特征在于：所述无源辅助电路由正向峰值电压抑制单元和负向峰值电压抑制单元组成，所述无源辅助电路分为上桥臂无源辅助电路和下桥臂无源辅助电路，分别与所述上下桥臂的主驱动电路连接；所述正向峰值电压抑制单元包含NPN三极管、二极管、辅助电容Ⅰ和辅助电阻Ⅰ，所述NPN三极管的基极与所述辅助电阻Ⅰ的一端连接，所述辅助电阻Ⅰ的另一端与所述DC-DC变换器单元的RP12-05S变换器负极输出端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，黄樟坚，廖兴林，谢翔杰，王坤，姚然，胡姚刚，邓吉利，白鹏飞，何蓓，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50