一种SiC MOSFET驱动保护电路及其保护方法技术

本发明专利技术属于电路控制技术领域，尤其涉及一种SiC MOSFET驱动保护电路及其驱动保护方法。该电路包括采样比较模块、信号锁存及逻辑控制模块、外部控制模块和误开通抑制执行模块。该驱动电路能够解决SiC MOSFET工作过程中由于各种原因引起的误开通问题，同时可通过处理器监控误开通抑制信号的频率，判断当前电路工作的环境，实时调节SiC MOSFET的开关频率和工作状态，可以大大增加电路的可靠性，延长器件的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种SiCMOSFET驱动保护电路及其保护方法
本专利技术属于电路控制
，尤其涉及一种SiCMOSFET驱动保护电路及其驱动保护方法。
技术介绍
SiC材料作为一种新型的材料，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高等优秀的物理化学性质，人们通过使用SiC材料的功率器件，能够大幅提高器件的开关速度，降低装置的功耗，缩小装置的体积。SiCMOSFET，作为目前SiC材料主流功率器件，在电力电子领域得到了广泛的关注。要充分发挥SiCMOSFET的特性优势，提高器件的开关速度，达到降低装置功耗以及缩小装置体积的目的，必须先明确SiCMOSFET的开关特性和驱动特性。SiCMOSFET的开关特性主要与极间非线性寄生电容有关。同规格SiCMOSFET的寄生电容只有普通SiMOSFET的1/5～1/10。MOSFET寄生电容值越小，开关速度越快，开关转换时间越短，从而减少了开关损耗。SiCMOSFET的驱动特性主要指影响驱动性能的因素及相互关系。驱动电源、栅极电阻、开关频率是影响其驱动性能的关键因素。与普通SiMOSFET相比，SiCMOSFET的栅极阈值电压更低，更容易开通，在外部有扰动信号的情况下，容易误开通；SiCMOSFET的正常工作电压更高，更大的dv/dt容易导致栅极发热损坏，可靠性更低；SiCMOSFET的寄生电容更小，电容越小，开关越快，损耗更小。目前，为了充分发挥SiCMOSFET的特性优势，经常通过设置不同的开通和关断电阻、在栅极和源极之间并联电容、在栅极和源极之间并联电阻，增加泄放回路、采用负电源的方式来避免误开通，提高可靠性。然而，设置不同的开通和关断电阻，虽然能通过减小关断电阻有效抑制因米勒电容引起的误导通，但是由于杂散电感的存在，较小的关断电阻会产生很高的过压尖峰和栅极震荡，存在可靠性问题；在栅极和源极之间并联电容，虽然可以改善dv/dt，抑制栅极电压过冲，但是增加的电容会分担栅极充电电流，导致开关速度降低，开关损耗增加；在栅极和源极之间并联电阻，增加泄放回路，虽然同样可以改善dv/dt，抑制栅极电压过冲，但是增加的电阻或泄放回路同样会增加开关损耗；采用负电源，提高门限电压，通过负电源关断，能够很好抑制由于米勒电容引起的关断问题，但是由于MOSFET的晶体管结构能够承受的dv/dt有限，而SiC驱动电压一般比较高，在较高的开关动作情况下，漏源极电压变化率大，经寄生参数作用下，栅极电阻将形成较大的电压尖峰，导致栅极击穿，在关断过程中，由于SiCMOSFET较低的开通电压，栅极电压尖峰可能导致误开通。以上方案都没有提到干扰信号的大小，只是针对可能的干扰信号做定性处理，且均不能完全抑制SiCMOSFET的误开通，且同时引起了新的问题，比如功耗增加，开关频率降低，可靠性不够等，与采用SiCMOSFET的初衷不符。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有存在的技术问题，本专利技术提供一种SiCMOSFET驱动保护电路及其驱动保护方法，该驱动电路能够解决SiCMOSFET在关断期间，由于各种原因引起的误开通问题，同时可通过处理器监控误开通抑制信号的频率，判断当前电路工作的环境，实时调节SiCMOSFET的开关频率和工作状态，可以大大增加电路的可靠性，延长器件的寿命。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种SiCMOSFET驱动保护电路，包括采样比较模块、信号锁存及逻辑控制模块、外部控制模块和误开通抑制执行模块；所述采样比较模块在SiCMOSFET关断期间，完成对栅极信号的采样，以及与参考电压信号进行比较，比较为干扰信号时向信号锁存及逻辑控制模块发送触发信号；所述信号锁存及逻辑控制模块依据触发信号对处于关断期间的SiCMOSFET关断状态进行锁存，并将锁存信号发送所述外部控制模块和所述误开通抑制执行模块；所述外部控制模块通过接收所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号后，实时监测所述锁存信号的变化，以及依据监测锁存信号的变化调整SiCMOSFET的工作频率；所述误开通抑制执行模块根据所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号，触发一个非SiCMOSFET的MOSFET器件导通。进一步地，所述采样比较模块包括参考电压信号采集电路、栅极信号采集电路和比较器AR1；所述参考电压信号采集电路包括电容C1、电阻R1、稳压二极管D1和电源VCC；电容C1和电阻R1的第一端均连接电源VCC，电容C1的第二端连接稳压二极管D1的第一端，稳压二极管D1的第二端和电阻R1的第二端连接比较器AR1的正输入端；所述栅极信号采集电路包括电容C2、电容C3和电阻R2；电容C2和电阻R2的第一端连接栅极干扰信号检测入口，电容C2的第二端连接电容C3的第一端，电容C3的第二端和电阻R2的第二端连接比较器AR1的负输入端。进一步地，比较器AR1在输入栅极信号电压大于等于参考电压时，输出低电平信号；输入栅极信号电压小于参考电压时，采样比较模块输出高电平信号。进一步地，参考电压设置为1.8V～2.0V。进一步地，所述信号锁存及逻辑控制模块包括逻辑电路、锁存电路、放大电路和场效应管Q1；所述逻辑电路包括两个异或门，分别为异或门U1及异或门U4、三个与门，分别为与门U2、与门U7及与门U8和一个或门U9；所述锁存电路包括RS触发器U3、电阻R3和电容C4；所述放大电路包括放大器U5和放大器U6；异或门U1的第一输入端、异或门U4的第二输入端和RS触发器U3的S端连接比较器AR1的输出端，异或门U1的输出端连接与门U2的第一输入端，与门U2的输出端连接到RS触发器U3的R端、异或门U4的第一输入端和与门U7的第一输入端，异或门U4的输出端连接与门U7的第二输入端，与门U7的输出端连接或门U9的第二输入端。RS触发器U3的Q端通过放大器U5连接场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极分别连接电阻R3、电容C4、与门U8的第一输入端、异或门U1的第二输入端和与门U2的第二输入端。RS触发器U3的Q非端通过放大器U6连接与门U8的第二输入端，与门U8的输出端连接或门U9的第一输入端。进一步地，所述外部控制模块包括信号处理及控制接口和处理器，所述处理器与SiCMOSFET器件连接，用于实时监测和评估所述锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号。进一步地，信号处理及控制接口包括信号处理及控制入口、信号处理及控制出口；信号处理及控制入口、处理器、信号处理及控制出口依次连接；所述信号处理及控制入口与所述信号锁存及逻辑控制模块连接，在接收信号后由处理器对信号进行处理；处理器在处理之后，通过所述信号处理及控制出口控制SiCMOSFET器件的开通与关断。进一步地，所述误开通抑制执行模块包括由放大器U10、场效应管Q2和电阻R4；放大器U10的输入端连接或门U9的输出端，输出端连接场效应管Q2的栅极，场效应管Q2的漏极和电阻R4的连接点直接连接到SiCMOSFET的栅极。进一步地，所述误开通抑制执行模块中的场效应管Q2和电阻R4的连接点与SiCMOSFET的栅极连接。一种采用SiCMOSFET驱动保护电路的驱动保护方法，在SiCMOSFET关断期间，采样比较模块检测SiCMOSFET的栅极电压，与参考电压信号相比较，若栅极电压大于参考电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC MOSFET驱动保护电路，其特征在于，包括采样比较模块、信号锁存及逻辑控制模块、外部控制模块和误开通抑制执行模块；所述采样比较模块在SiC MOSFET关断期间，完成对栅极信号的采样，以及与参考电压信号进行比较，比较为干扰信号时向信号锁存及逻辑控制模块发送触发信号；所述信号锁存及逻辑控制模块依据触发信号对处于关断期间的SiC MOSFET关断状态进行锁存，并将锁存信号发送所述外部控制模块和所述误开通抑制执行模块；所述外部控制模块通过接收所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号后，实时监测所述锁存信号的变化，以及依据监测锁存信号的变化调整SiC MOSFET的工作频率；所述误开通抑制执行模块根据所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号，触发一个非SiC MOSFET的MOSFET器件导通。

【技术特征摘要】
1.一种SiCMOSFET驱动保护电路，其特征在于，包括采样比较模块、信号锁存及逻辑控制模块、外部控制模块和误开通抑制执行模块；所述采样比较模块在SiCMOSFET关断期间，完成对栅极信号的采样，以及与参考电压信号进行比较，比较为干扰信号时向信号锁存及逻辑控制模块发送触发信号；所述信号锁存及逻辑控制模块依据触发信号对处于关断期间的SiCMOSFET关断状态进行锁存，并将锁存信号发送所述外部控制模块和所述误开通抑制执行模块；所述外部控制模块通过接收所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号后，实时监测所述锁存信号的变化，以及依据监测锁存信号的变化调整SiCMOSFET的工作频率；所述误开通抑制执行模块根据所述信号锁存及逻辑控制模块发出的锁存信号，触发一个非SiCMOSFET的MOSFET器件导通。2.根据权利要求1所述的SiCMOSFET驱动保护电路，其特征在于，所述采样比较模块包括参考电压信号采集电路、栅极信号采集电路和比较器AR1；所述参考电压信号采集电路包括电容C1、电阻R1、稳压二极管D1和电源VCC；电容C1和电阻R1的第一端均连接电源VCC，电容C1的第二端连接稳压二极管D1的第一端，稳压二极管D1的第二端和电阻R1的第二端连接比较器AR1的正输入端；所述栅极信号采集电路包括电容C2、电容C3和电阻R2；电容C2和电阻R2的第一端连接栅极干扰信号检测入口，电容C2的第二端连接电容C3的第一端，电容C3的第二端和电阻R2的第二端连接比较器AR1的负输入端。3.根据权利要求2所述的SiCMOSFET驱动保护电路，其特征在于，比较器AR1在输入栅极信号电压大于等于参考电压时，输出低电平信号；输入栅极信号电压小于参考电压时，采样比较模块输出高电平信号。4.根据权利要求3所述的SiCMOSFET驱动保护电路，其特征在于，参考电压设置为1.8V～2.0V。5.根据权利要求1所述的SiCMOSFET驱动保护电路，其特征在于，所述信号锁存及逻辑控制模块包括逻辑电路、锁存电路、放大电路和场效应管Q1；所述逻辑电路包括两个异或门，分别为异或门U1及异或门U4、三个与门，分别为与门U2、与门U7及与门U8和一个或门U9；所述锁存电路包括RS触发器U3、电阻R3和电容C4；所述放大电路包括放大器U5和放大器U6；异或门U1的第一输入端、异或门U4的第二输入端和RS触发器U3的S端连接比较器AR1的输出端，异或门U1的输出端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：任强，赵雪峰，席小鹭，
申请(专利权)人：湖南强军科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43