一种碳化硅器件短路保护电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅器件短路保护电路及方法。所述方法包括：检测碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；检测碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路。所述电路包括驱动信号控制单元、第一控制器、比较器、逻辑处理单元、第二信号隔离单元和电压阈值控制单元。响应速度快，通用性强，降低成本。

A Short Circuit Protection Circuit and Method for Silicon Carbide Devices

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅器件短路保护电路及方法
本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种碳化硅器件短路保护电路及方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术不断改进，Si(硅)器件性能已经趋向其材料本身的理论极限，使得功率密度的增长出现了饱和趋势，其发展速度已无法满足市场的高性能要求。随着以SiC(碳化硅)为代表的宽禁带半导体材料制备、制造工艺与器件物理的迅速发展，SiC电力电子器件逐渐成为功率半导体器件的重要发展对象。由于SiC的过流能力较差，随之而来技术难点的就是SiC器件的短路保护方法，既要在既定时间内保证SiC器件可靠关断，又要防止受到干扰误报故障，目前市场主要采用以下两种方案：通过串电阻或串二极管进行检测；串电阻检测方式主要用于Si器件的短路保护，在SiC领域也有一定应用，但是由于SiC要求的短路保护时间较短，检测电路中需求的RC取值较低，在整机运行时容易受到干扰导致误报故障，影响系统的可靠运行；通过镜像电流检测；市场上的部分SiC器件在模块中引出镜像电流检测端，用于对器件进行过流检测保护，防止过流损坏器件，但由于额外加入检测端，对于器件工艺要求增加，以及区别于传统的封装，驱动设计上需要重新匹配不同的检测电路，复杂程度升高，通用性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了弥补上述现有技术中的至少一项不足，提出一种碳化硅器件短路保护电路及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种碳化硅器件短路保护方法，包括：S1、输入驱动信号到碳化硅器件的栅极以控制所述碳化硅器件的开通或关断；S2、在所述碳化硅器件的栅极电压从开通阈值开始到开通出现米勒平台的第一阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；S3、将所述第一实时栅极电压与所述碳化硅器件正常开通或关断的栅极电压的第一电压阈值进行比较，若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；S4、在所述碳化硅器件的栅极电压的米勒平台从开始到结束的第二阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；S5、将所述第二实时栅极电压与第二电压阈值进行比较，若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；S6、若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路，停止给所述碳化硅器件的栅极输入驱动信号。在一些优选的实施方式中，对短路的响应时间在500ns以内。一种碳化硅器件短路保护电路，包括驱动信号控制单元、第一控制器、比较器、逻辑处理单元、第二信号隔离单元和电压阈值控制单元；所述驱动信号控制单元的一端用于输入PWM信号，另一端与碳化硅器件的栅极连接，以控制所述碳化硅器件的开通或关断；所述第一控制器的第二管脚与所述驱动信号控制单元连接，以检测所述碳化硅器件的栅极电压信号，所述第一控制器的第三管脚与所述比较器的第一输入管脚连接；所述电压阈值控制单元与所述比较器的第二输入管脚连接，以将第一电压阈值或第二电压阈值输入至所述比较器；所述逻辑处理单元的第一通道的一端和第二通道的一端均用于输入PWM信号，所述第一通道的另一端和所述第二通道的另一端分别与所述第二信号隔离单元的第一相的输入端和第二相的输入端连接；所述第一相的输出端与所述第一控制器的第一管脚连接，以控制所述第一控制器的开通与关断；所述第二相的输出端与所述电压阈值控制单元连接，以控制所述电压阈值控制单元的开通与关断；所述比较器的输出管脚与所述第二信号隔离单元的第三相的输入端连接，所述第三相的输出端与所述逻辑处理单元的第三通道的一端连接；所述第三通道的另一端与所述驱动信号控制单元连接，以关断所述碳化硅器件；所述逻辑处理单元用于：在所述碳化硅器件的栅极电压从开通阈值开始到开通出现米勒平台的第一阶段或者在所述碳化硅器件的栅极电压的米勒平台从开始到结束的第二阶段，使所述第一控制器和所述电压阈值控制单元开通；以及储存所述比较器的输出信号。在一些优选的实施方式中，所述电压阈值控制单元包括第二控制器和第一电阻，所述第二控制器的第一管脚与所述第二相的输出端连接，所述第二控制器的第二管脚和所述第一电阻的一端共同连接到所述比较器的第二输入管脚，所述第二控制器的第三管脚和所述第一电阻的另一端共同接到地。在一些优选的实施方式中，所述驱动信号控制单元包括依次连接的逻辑芯片、第一信号隔离单元、推挽电路和栅极驱动电路；所述逻辑芯片的第一输入管脚用于输入PWM信号，所述逻辑芯片的第二输入管脚与所述第三通道的另一端连接；所述第一控制器的第二管脚连接于所述推挽电路和所述栅极驱动电路之间。在另一方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现上述方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：采用检测栅极电压的方式进行短路故障检测及保护，响应速度快，响应时间主要由逻辑处理单元和比较器以及驱动控制单元的延迟时间控制，采用现有的电路即可将响应时间控制在500ns以内。同时，通过两个阶段的连续检测，以及通过故障信号锁定单元进行识别处理，降低误报故障的风险，提高系统的稳定性。可直接通过碳化硅器件发生短路时的栅极电压来识别是否发生短路故障，同时在既定时间内关断栅极的驱动信号，此种检测方式几乎可适用于市场上所有碳化硅器件电路的短路检测，只需根据不同碳化硅器件电路来更改对应比较器的阈值，无需根据不同碳化硅器件电路的不同封装特性进行定制化设计，通用性强，降低成本。附图说明图1为本专利技术实施例的碳化硅器件短路保护电路的结构图；图2为本专利技术实施例的碳化硅器件短路保护电路的一种具体电路结构图；图3为本专利技术实施例的碳化硅器件短路保护方法的流程图；图4为碳化硅器件的波形图。具体实施方式参考图1至图4，以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参考图1，本专利技术实施例的碳化硅器件短路保护电路包括驱动信号控制单元100、短路保护检测单元200和故障信号锁定单元300。参考图1和图2，驱动信号控制单元100主要是驱动信号控制电路。驱动信号控制单元100的一端与产生PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)信号的设备连接，用于输入PWM信号；驱动信号控制单元100的另一端与碳化硅器件400的栅极连接。PWM信号经过驱动信号控制单元100处理后，输入到碳化硅器件400的栅极，从而控制碳化硅器件400的开通或关断。参考图1和图2，短路保护检测单元200主要是短路保护检测电路。逻辑处理单元21的第一通道CP1的一端和第二通道CP2的一端均与产生PWM信号的设备连接，用于输入PWM信号。第一通道CP1的另一端与第二信号隔离单元T2的第一相A的输入端连接，第一相A的输出端则与第一控制器SW1的第一管脚也即管脚1连接，以控制第一控制器SW1的开通与关断。第二通道CP2的另一端与第二信号隔离单元T2的第二相B的输入端连接，第二相B的输出端与电压阈值控制单元22连接，以控制电压阈值控制单元22，比如控制其开通与关断或者控制其输出电压阈值的大小。第一控制器SW1的第二管脚也即管脚2与驱动信号控制单元100连接，以检测碳化硅器件400的栅极电压信号，第一控制器SW1的第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅器件短路保护方法，其特征在于包括：S1、输入驱动信号到碳化硅器件的栅极以控制所述碳化硅器件的开通或关断；S2、在所述碳化硅器件的栅极电压从开通阈值开始到开通出现米勒平台的第一阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；S3、将所述第一实时栅极电压与所述碳化硅器件正常开通或关断的栅极电压的第一电压阈值进行比较，若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；S4、在所述碳化硅器件的栅极电压的米勒平台从开始到结束的第二阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；S5、将所述第二实时栅极电压与第二电压阈值进行比较，若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；S6、若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路，停止给所述碳化硅器件的栅极输入驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅器件短路保护方法，其特征在于包括：S1、输入驱动信号到碳化硅器件的栅极以控制所述碳化硅器件的开通或关断；S2、在所述碳化硅器件的栅极电压从开通阈值开始到开通出现米勒平台的第一阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；S3、将所述第一实时栅极电压与所述碳化硅器件正常开通或关断的栅极电压的第一电压阈值进行比较，若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；S4、在所述碳化硅器件的栅极电压的米勒平台从开始到结束的第二阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；S5、将所述第二实时栅极电压与第二电压阈值进行比较，若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；S6、若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路，停止给所述碳化硅器件的栅极输入驱动信号。2.根据权利要求1所述的碳化硅器件短路保护方法，其特征在于：对短路的响应时间在500ns以内。3.一种碳化硅器件短路保护电路，其特征在于：包括驱动信号控制单元、第一控制器、比较器、逻辑处理单元、第二信号隔离单元和电压阈值控制单元；所述驱动信号控制单元的一端用于输入PWM信号，另一端与碳化硅器件的栅极连接，以控制所述碳化硅器件的开通或关断；所述第一控制器的第二管脚与所述驱动信号控制单元连接，以检测所述碳化硅器件的栅极电压信号，所述第一控制器的第三管脚与所述比较器的第一输入管脚连接；所述电压阈值控制单元与所述比较器的第二输入管脚连接，以将第一电压阈值或第二电压阈值输入至所述比较器；所述逻辑处理单元的第一通道的一端和第二通道的一端均用于输入PWM信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊凯，傅俊寅，卞月娟，黄辉，
申请(专利权)人：深圳青铜剑科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44