一种抑制SiC MOSFET门极串扰与振荡的驱动电路制造技术

本发明专利技术提供了一种抑制SiC MOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，属于电力电子开关器件驱动电路技术领域。其技术方案为：一种抑制SiC MOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，包括推挽电路和电容辅助电路，推挽电路和电容辅助电路连接在主电路上构成完整的工作电路；所述主电路由连接在同一桥臂上的上下两个SiC MOSFET开关管组成。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术可以在不减慢两SiC MOSFET开关管的开通和关断速度的前提下，有效降低了由同一桥臂上下两SiC MOSFET开关管相互产生的串扰电压，并且有效减小了两SiC MOSFET开关管驱动输出电压在开关过程中的震荡。

A Driving Circuit for Suppressing Gate Crosstalk and Oscillation in SiC MOSFET

【技术实现步骤摘要】
一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路
本专利技术涉及电力电子开关器件驱动电路
，尤其涉及一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路。
技术介绍
SiCMOSFET具有开关速度快、导通电阻低、耐高温、散热性好等优势，适用高功率密度、高开关频率、高效率及环境恶劣场合。然而，开关速度的大幅提升会使漏源之间产生很大的dv/dt，容易对桥臂的其他开关器件的驱动产生串扰，同时使器件驱动本身发生振荡。由于SiCMOSFET的开通阈值较低且栅极最大负压较小，串扰严重时可能导致误开通或者栅源极负压击穿，驱动振荡严重时可能会导致开通过程中栅源正压击穿，严重制约的SiCMOSFET的应用。为了抑制串扰与驱动振荡的影响，通常使用的方法为：增加驱动电阻阻值或者增加栅源之间的并联电容容值。这种方案能够较好的抑制串扰影响，但会导致开关速度的降低，在硬开关情况下必然会增大开关损耗，同时也会降低开关器件的工作开关频率，从而不能完全发挥碳化硅器件的优势。因此，国内外提出了多种驱动改造设计方案，其主要分为两类。一类方案采用可变的门极驱动电压，使用两个推挽电路实现驱动电压四个等级的变化。可变的门极驱动电压可以根据开关各个状态下串扰的极性，预置相应的电压等级，从而抑制串扰。可变的门极驱动电压电路结构复杂，需要提供额外的隔离控制信号，并且没有抑制开关过程中的驱动振荡的能力，同时需要对串扰极性做出预判，特别是对于三相电路不同工作状态串扰极性较难预判；另外一类方案为可变栅源电容的方案可变的门极驱动电压，通过采用有源器件使SiCMOSFET在可能受到串扰影响时，在其栅源极并联一个容值较大的电容，从而达到抑制串扰的目的。可变的门极驱动电压仅仅可作用于SiCMOSFET关断完成后至下一次开通之前的阶段，对开关过程中的驱动振荡没有抑制能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，通过两组三极管使栅源并联的电容与驱动电阻可控，在不减缓SiCMOSFET开通和关断速度，以及不需要额外控制信号的情况下，抑制SiCMOSFET开关管开通和关断过程中的驱动振荡和串扰。本专利技术是通过如下措施实现的：一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，其中，包括推挽电路、电容辅助电路，所述推挽电路和电容辅助电路连接在主电路上构成完整的工作电路，所述主电路由连接在同一桥臂上的上下两个SiCMOSFET开关管构成；在控制器的两控制信号输出端分别连接于两个光耦芯片输入端，两所述光耦芯片的输出端分别连接所述两推挽电路和所述两电容辅助电路的控制信号输入端，所述两推挽电路的两输出端分别与所述主电路的同一桥臂上的两个SiCMOSFET开关管的栅极连接，所述两推挽电路的输入端分别接两隔离电源芯片的+20V和-5V输出管脚；两所述光耦芯片信号输出端分别连接在所述电容辅助电路中两组三极管的基极，所述电容辅助电路中两组三极管的集电极分别通过两组辅助电容与所述主电路的同一桥臂上两个SiCMOSFET开关管的源极相连接；两组所述三极管的发射极分别连接到所述主电路的同一桥臂上下两SiCMOSFET开关管的栅极，两组所述三极管的发射极和集电极之间分别反并联两组二极管，所述同一桥臂上下两SiCMOSFET的源极分别接两隔离电源芯片的0V输出管脚。作为本专利技术的一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路进一步的优化方案，所述电容辅助电路中两组三极管为两个PNP三极管和两个NPN三极管，所述电容辅助电路由两组三极管和四个辅助电容组成；所述控制器输出的控制信号分别经过两所述光耦芯片输入到所述电容辅助电路的两个所述NPN三极管和两个PNP三极管的基极；两个所述PNP三极管和两个NPN三极管的集电极分别通过四个所述辅助电容连接在两个所述SiCMOSFET开关管的源极，两组所述三极管的发射极连接于两所述SiCMOSFET的栅极。作为本专利技术的一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路进一步的优化方案，所述推挽电路由两个具有+20V、0V和-5V三个引脚的两电源芯片，两个非门和两组MOSFET器件组成，每组MOSFET器件数量为两个；两所述光耦芯片输出端的控制信号分别通过两个所述非门传输到两组所述MOSFET器件的栅极；两所述电源芯片的+20V和-5V两个引脚分别连接于两组所述MOSFET器件的源极，所述推挽电路两输出端分别通过驱动电阻连接在所述主电路中两个所述SiCMOSFET开关管的栅极上，两个所述SiCMOSFET开关管的源极分别连接在两所述电源芯片的0V引脚上。作为本专利技术的一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路进一步的优化方案，所述控制器的控制信号依次通过两所述光耦芯片输入端、所述推免电路的g1、g2输入端，传输至所述主电路的同一桥臂上的两个所述SiCMOSFET开关管的栅极上。作为本专利技术的一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路进一步的优化方案，两所述光耦芯片输出的控制信号经过两所述非门传输至两组所述MOSFET器件的栅极上，两组所述SiCMOSFET器件开通电压的两引脚为20V和0V，其关断电压的两引脚为0V和-5V。作为本专利技术的一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路进一步的优化方案，与两个所述SiCMOSFET开关管栅源极并联的其中两个所述辅助电容的电路开通电压为+20V，其与另外两个所述辅助电容的电路关断电压为-5V。本专利技术的有益效果为：本专利技术可以加快两SiCMOSFET开关管开通速度的同时减小桥臂串扰与栅源电压振荡；SiCMOSFET开关管门极驱动是在上SiCMOSFET开关管开通时，上SiCMOSFET开关管漏极电压在电流变化过程中，有较明显的高频振荡，该振荡频率与本专利技术的上SiCMOSFET开关管漏极电流和图17(a)中上下SiCMOSFET开关管栅源电压振荡频率一致，漏源电压变化大于传统驱动方案，开通速度变快，由于寄生参数影响，本专利技术上SiCMOSFET开关管漏极电流增大时发生了高频振荡，由于电流变化速度快于传统驱动，振荡幅值比传统驱动方案漏极电流振荡大，但仍然在安全范围内，由于反并联二极管反向恢复电流与寄生电容影响，导致了7A左右的超调，超调幅值小于传统驱动方案；本专利技术的两SiCMOSFET开关管漏极电流变化速度明显大于传统驱动方案，开通速度变快，开通损耗可以由开通过程中漏极电压与漏极电流乘积积分获取，采用本专利技术的开通速度提升与电流超调降低，开通损耗大幅降低，因此，本专利技术可以在不减慢两SiCMOSFET开关管的开通和关断速度的前提下，有效降低了由同一桥臂上下两SiCMOSFET开关管相互产生的串扰电压，并且有效减小了两SiCMOSFET开关管驱动输出电压在开关过程中的震荡。附图说明图1为本专利技术实施例的整个电路示意图。图2为本专利技术实施例中主电路中两SiCMOSFET开关管开通前整个电路的初始状态示意图。图3为本专利技术实施例中整个电路工作在两SiCMOSFET开关管开通过程中第一、二阶段电路工作图。图4为本专利技术实施例中整个电路工作在两SiCMOSFET开关管开通过程中第三阶段电路工作图。图5为本专利技术实施例中整个电路工作在两SiCMOSFET开关管开通过程中第四阶段电路工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制SiC MOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，其特征在于，包括推挽电路、电容辅助电路，所述推挽电路和电容辅助电路连接在主电路上构成完整的工作电路，所述主电路由连接在同一桥臂上的上下两个SiC MOSFET开关管构成；在控制器的两控制信号输出端分别连接于两个光耦芯片输入端，两所述光耦芯片的输出端分别连接所述两推挽电路和所述两电容辅助电路的控制信号输入端，所述两推挽电路的两输出端分别与所述主电路的同一桥臂上的两个SiC MOSFET开关管的栅极连接，所述两推挽电路的输入端分别接两隔离电源芯片的+20V和‑5V输出管脚；两所述光耦芯片信号输出端分别连接在所述电容辅助电路中两组三极管的基极，所述电容辅助电路中两组三极管的集电极分别通过两组辅助电容与所述主电路的同一桥臂上两个SiC MOSFET开关管的源极相连接；两组所述三极管的发射极分别连接到所述主电路的同一桥臂上下两SiC MOSFET开关管的栅极，两组所述三极管的发射极和集电极之间分别反并联两组二极管，所述同一桥臂上下两SiC MOSFET的源极分别接两隔离电源芯片的0V输出管脚。

【技术特征摘要】
1.一种抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，其特征在于，包括推挽电路、电容辅助电路，所述推挽电路和电容辅助电路连接在主电路上构成完整的工作电路，所述主电路由连接在同一桥臂上的上下两个SiCMOSFET开关管构成；在控制器的两控制信号输出端分别连接于两个光耦芯片输入端，两所述光耦芯片的输出端分别连接所述两推挽电路和所述两电容辅助电路的控制信号输入端，所述两推挽电路的两输出端分别与所述主电路的同一桥臂上的两个SiCMOSFET开关管的栅极连接，所述两推挽电路的输入端分别接两隔离电源芯片的+20V和-5V输出管脚；两所述光耦芯片信号输出端分别连接在所述电容辅助电路中两组三极管的基极，所述电容辅助电路中两组三极管的集电极分别通过两组辅助电容与所述主电路的同一桥臂上两个SiCMOSFET开关管的源极相连接；两组所述三极管的发射极分别连接到所述主电路的同一桥臂上下两SiCMOSFET开关管的栅极，两组所述三极管的发射极和集电极之间分别反并联两组二极管，所述同一桥臂上下两SiCMOSFET的源极分别接两隔离电源芯片的0V输出管脚。2.根据权利要求1所述的抑制SiCMOSFET门极串扰与振荡的驱动电路，其特征在于，所述电容辅助电路中两组三极管为两个PNP三极管和两个NPN三极管，所述电容辅助电路由两组三极管和四个辅助电容组成；所述控制器输出的控制信号分别经过两所述光耦芯片输入到所述电容辅助电路的两个所述NPN三极管和两个PNP三极管的基极；两个所述PNP三极管和两个NPN三极管的集电极分别通过四个所述辅助电容连接在两个所述SiCMOSFET...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小强，王文杰，贺生鹏，林铭恩，伍小杰，余超，纪明理，徐塑哲，周子奇，董云鹤，何承原，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32