一种自适应调节SiC MOSFET开关速度的驱动电路制造技术

技术编号:22376291 阅读:45 留言:0更新日期:2019-10-23 07:48
本实用新型专利技术公开了一种自适应调节SiC MOSFET开关速度的驱动电路,电路包括主驱动电路、栅极电压斜率检测电路、驱动电流调节电路,主驱动电路部分由电压图腾柱结构电路以及驱动电阻构成;栅极电压斜率检测电路部分由一个微分单元和四个比较器单元构成;驱动电流调节电路部分由数字控制芯片以及两个可控电流源构成。本实用新型专利技术提出了一种在传统驱动电路的基础上,通过栅极电压斜率检测结果来动态调节SiC MOSFET开关速度的驱动电路。通过对微分单元和比较器单元的设计,控制SiC MOSFET开关速度处于合理范围内。此种驱动电路在充分发挥SiC MOSFET高速开关性能优势的基础上,提高了器件工作可靠性和效率。

A driving circuit for self-adaptive adjustment of switching speed of SiC MOSFET

【技术实现步骤摘要】
一种自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路
本技术涉及电力电子技术与电工
,尤其涉及一种自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路。
技术介绍
SiC器件相较于Si器件而言具有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更高的临界场强以及更快的电子迁移速率,在耐高温高压,开关速度,工作频率等方面优势明显,适合用于高速高功率的应用场合。然而由于SiCMOSFET高的开关速度,在开关过程中产生很大的du/dt、di/dt,会引起严重的电磁干扰问题。并且电路中寄生参数的存在会造成SiCMOSFET开关瞬间电压电流振荡过大。当SiCMOSFET工作在桥臂电路中时,会由于过快的开关速度以及寄生参数的影响产生桥臂串扰现象。此外,若SiCMOSFET开关速度过慢时,SiCMOSFET的开关损耗也较大。因此,SiCMOSFET开关速度及损耗与EMI是相互制约的因素。为降低由于快的开关速度和寄生元件所引起的电压过冲、振荡以及电磁干扰(EMI)问题,常用的方法有降低开关速度、外加阻容缓冲电路、优化布局和动态调节栅极电阻等方法。其中,降低开关速度的方法牺牲了SiCMOSFET高速开关性能并增加了开关损耗;外加阻容缓冲电路的方法增加了电路的复杂度;优化布局法并不能从根本上降低高开关速度造成的影响,且加大了设计难度;此外动态调节栅极电阻的方法,需要折中考虑栅极电阻数量和开关速度调控精度,且控制复杂。这些方法在抑制由于高开关速度以及寄生元件所带来的影响的同时,存在降低开关速度、增大开关损耗、设计难度较大和不能保证最低开关速度的缺点,实际应用价值受限。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷,提供一种自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案:一种自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路,包含主驱动电路、栅极电压斜率检测电路和驱动电流调节电路;所述主驱动电路部分包含电压图腾柱结构电路和驱动电阻,电压图腾柱结构电路包含第一开关管和第二开关管,其中,所述驱动电阻的一端连接SiCMOSFET的栅极,另一端分别和第一开关管的源极、第二开关管漏极的相连;第一开关管的漏极和驱动SiCMOSFET开通的供电电压相连;第二开关管的源极和驱动SiCMOSFET关断的供电电压相连;所述栅极电压斜率检测电路包含微分单元、以及第一至第四比较器,微分单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容,其中,所述第一电阻的一端和SiCMOSFET的栅极相连、另一端和所述第一电容的一端相连;所述第一电容的另一端分别和所述第一运算放大器的反相输入端、第二电阻的一端、第二电容的一端相连;所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻的一端相连,输出端分别和第二电阻的另一端、第二电容的另一端、第一比较器的同相输入端、第二比较器的同相输入端、第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端相连;所述第三电阻的另一端接地;所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压,第二比较器的反相输入端连接第二参考电压,第三比较器的同相输入端连接第三参考电压,第四比较器的同相输入端连接第四参考电压;其中第一参考电压值为SiCMOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第二参考电压值为SiCMOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第三参考电压值为SiCMOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第四参考电压值为SiCMOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值;所述驱动电流调节电路包含数字控制芯片、第一可控电流源和第二可控电流源,所述数字控制芯片利用内部的逻辑计算功能,通过比较输入端int1、int2、int3、int4和int5的极性来输出不同的out1、out2和PWM-on、PWM-off值:当int3、int4和int5输入信号极性为正时,PWM-on输出正值,PWM-off输出负值,此时,若int1输入信号极性为负、int2输入信号极性为正,则out1、out2输出值保持不变;若int1、int2输入信号极性皆为正,则out1输出幅值上升、out2输出值保持不变;若int1、int2输入信号极性皆为负,则out1输出值保持不变、out2输出幅值上升;当int1、int2输入信号极性为正,int5输入信号极性为负时,PWM-on输出负值,PWM-off输出正值,此时,若int3输入信号极性为正、int4输入信号极性为负,则out1、out2输出值保持不变;若int3、int4输入信号极性皆为正,则out1输出值保持不变、out2输出幅值上升;若int1、int2输入信号极性皆为负,则out1输出幅值上升、out2输出值保持不变;所述数字控制芯片的输入端int1、int2、int3、int4分别和第一至第四比较器的输出端对应相连,数字控制芯片的输入端int5用于接入控制SiCMOSFET开关的控制信号;数字控制芯片的输出端PWM-on、PWM-off分别和第一开关管的栅极、第二开关管的栅极对应相连,数字控制芯片的输出端out1、out2分别和所述第一可控电流源的控制端口、第二可控电流源的控制端口对应相连;所述第一可控电流源的一端和驱动SiCMOSFET开通的供电电压相连,另一端和SiCMOSFET的栅极相连;所述第二可控电流源的一端和驱动SiCMOSFET关断的供电电压相连,另一端和SiCMOSFET的栅极相连。本技术还公开了一种该自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路的控制方法,包含以下步骤:步骤1),SiCMOSFET开关期间,栅极斜率检测电路检测栅极电压变化率;步骤2),如果SiCMOSFET栅极电压上升,栅极斜率检测电路将SiCMOSFET栅极电压上升斜率分别和预设的上升斜率最大阈值、预设的上升斜率最小阈值进行比较,并将比较结果传输至数字控制芯片;步骤2.1),如果SiCMOSFET栅极电压上升斜率大于预设的上升斜率最大阈值,数字控制芯片调节输出端out2信号,增大负向驱动电流值;步骤2.2),如果SiCMOSFET栅极电压上升斜率小于预设的上升斜率最小阈值,数字控制芯片调节输出端out1信号,增大正向驱动电流值;步骤3),如果SiCMOSFET栅极电压下降,栅极斜率检测电路将SiCMOSFET栅极电压下降斜率分别和预设的下降斜率最大阈值、预设的下降斜率最小阈值进行比较,并将比较结果传输至数字控制芯片;步骤3.1),如果将SiCMOSFET栅极电压下降斜率大于预设的下降斜率最大阈值,数字控制芯片调节输出端out1信号,增大正向驱动电流值;步骤3.2),如果将SiCMOSFET栅极电压下降斜率小于预设的下降斜率最小阈值,数字控制芯片调节输出端out2信号,增大负向驱动电流值。本技术采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:1.在开关管开关速度过快时,能够自动降低开关速度,抑制较大的EMI干扰;2.在开关管开关速度过慢时,能够自动提高开关速度,降低开关损耗;3.在开关本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种自适应调节SiC MOSFET开关速度的驱动电路,其特征在于,包含主驱动电路、栅极电压斜率检测电路和驱动电流调节电路;所述主驱动电路部分包含电压图腾柱结构电路和驱动电阻,电压图腾柱结构电路包含第一开关管和第二开关管,其中,所述驱动电阻的一端连接SiC MOSFET的栅极,另一端分别和第一开关管的源极、第二开关管漏极的相连;第一开关管的漏极和驱动SiC MOSFET开通的供电电压相连;第二开关管的源极和驱动SiC MOSFET关断的供电电压相连;所述栅极电压斜率检测电路包含微分单元、以及第一至第四比较器,微分单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容,其中,所述第一电阻的一端和SiC MOSFET的栅极相连、另一端和所述第一电容的一端相连;所述第一电容的另一端分别和所述第一运算放大器的反相输入端、第二电阻的一端、第二电容的一端相连;所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻的一端相连,输出端分别和第二电阻的另一端、第二电容的另一端、第一比较器的同相输入端、第二比较器的同相输入端、第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端相连;所述第三电阻的另一端接地;所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压,第二比较器的反相输入端连接第二参考电压,第三比较器的同相输入端连接第三参考电压,第四比较器的同相输入端连接第四参考电压;其中第一参考电压值为SiC MOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第二参考电压值为SiC MOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第三参考电压值为SiC MOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第四参考电压值为SiC MOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值;所述驱动电流调节电路包含数字控制芯片、第一可控电流源和第二可控电流源,所述数字控制芯片利用内部的逻辑计算功能,通过比较输入端int1、int2、int3、int4和int5的极性来输出不同的out1、out2和PWM‑on、PWM‑off值:当int3、int4和int5输入信号极性为正时,PWM‑on输出正值,PWM‑off输出负值,此时,若int1输入信号极性为负、int2输入信号极性为正,则out1、out2输出值保持不变;若int1、int2输入信号极性皆为正,则out1输出幅值上升、out2输出值保持不变;若int1、int2输入信号极性皆为负,则out1输出值保持不变、out2输出幅值上升;当int1、int2输入信号极性为正,int5输入信号极性为负时,PWM‑on输出负值,PWM‑off输出正值,此时,若int3输入信号极性为正、int4输入信号极性为负,则out1、out2输出值保持不变;若int3、int4输入信号极性皆为正,则out1输出值保持不变、out2输出幅值上升;若int1、int2输入信号极性皆为负,则out1输出幅值上升、out2输出值保持不变;所述数字控制芯片的输入端int1、int2、int3、int4分别和第一至第四比较器的输出端对应相连,数字控制芯片的输入端int5用于接入控制SiC MOSFET开关的控制信号;数字控制芯片的输出端PWM‑on、PWM‑off分别和第一开关管的栅极、第二开关管的栅极对应相连,数字控制芯片的输出端out1、out2分别和所述第一可控电流源的控制端口、第二可控电流源的控制端口对应相连;所述第一可控电流源的一端和驱动SiC MOSFET开通的供电电压相连,另一端和SiC MOSFET的栅极相连;所述第二可控电流源的一端和驱动SiC MOSFET关断的供电电压相连,另一端和SiC MOSFET的栅极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应调节SiCMOSFET开关速度的驱动电路,其特征在于,包含主驱动电路、栅极电压斜率检测电路和驱动电流调节电路;所述主驱动电路部分包含电压图腾柱结构电路和驱动电阻,电压图腾柱结构电路包含第一开关管和第二开关管,其中,所述驱动电阻的一端连接SiCMOSFET的栅极,另一端分别和第一开关管的源极、第二开关管漏极的相连;第一开关管的漏极和驱动SiCMOSFET开通的供电电压相连;第二开关管的源极和驱动SiCMOSFET关断的供电电压相连;所述栅极电压斜率检测电路包含微分单元、以及第一至第四比较器,微分单元包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容,其中,所述第一电阻的一端和SiCMOSFET的栅极相连、另一端和所述第一电容的一端相连;所述第一电容的另一端分别和所述第一运算放大器的反相输入端、第二电阻的一端、第二电容的一端相连;所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻的一端相连,输出端分别和第二电阻的另一端、第二电容的另一端、第一比较器的同相输入端、第二比较器的同相输入端、第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端相连;所述第三电阻的另一端接地;所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压,第二比较器的反相输入端连接第二参考电压,第三比较器的同相输入端连接第三参考电压,第四比较器的同相输入端连接第四参考电压;其中第一参考电压值为SiCMOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第二参考电压值为SiCMOSFET开通时栅极电压上升斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第三参考电压值为SiCMOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最大阈值时对应的微分单元的输出端电压值;第四参考电压值为SiCMOSFET关断时栅极电压下降斜率到达预设的最小阈值时对应的微分单元的输出端电压值...

【专利技术属性】
技术研发人员:修强秦海鸿王守一张英付大丰
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:新型
国别省市:江苏,32

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