一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路及其控制方法。本发明专利技术的驱动电路包括G极驱动电路、S极驱动电路以及设在G极驱动电路与S极驱动电路之间的电容，所述的G极驱动电路包括正压电源、两个控制G极电压状态的第一G极开关管、第二G极开关管和开通、关断电阻，所述的正压电源、第一G极开关管、开通电阻、关断电阻、第二G极开关管按顺序依次串联；所述的S极驱动电路包括负压电源和两个控制S极电压状态的第一S极开关管、第二S极开关管；所述的负压电源、第一S极开关管和第二S极开关管按顺序依次串联。本发明专利技术减轻了栅源极并联电容对于开关速度的影响，有效抑制了桥臂串扰问题。

A SiC power device driving circuit and its control method for suppressing cross-talk of bridge arms

The invention discloses a SiC power device driving circuit capable of suppressing cross-talk of a bridge arm and a control method thereof. The driving circuit of the invention includes a g-pole driving circuit, a S-pole driving circuit and a capacitor arranged between the g-pole driving circuit and the S-pole driving circuit. The g-pole driving circuit includes a positive voltage power supply, two first g-pole switches controlling the g-pole voltage state, a second g-pole switch and on-off resistance, the positive voltage power supply, the first g-pole switch, on resistance and off resistance The second g-pole switch tube is connected in series in sequence; the S-pole driving circuit includes a negative pressure power supply, two first S-pole switch tubes and a second S-pole switch tube controlling the voltage state of the S-pole; the negative pressure power supply, the first S-pole switch tube and the second S-pole switch tube are connected in series in sequence. The invention reduces the influence of grid source parallel capacitance on the switch speed, and effectively suppresses the crosstalk problem of the bridge arm.

【技术实现步骤摘要】
一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路及其控制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及SiC功率器件，具体地说是一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路及其控制方法。
技术介绍
SiC功率器件工作电压高、开关速度快、工作温度高，有利于提升电力电子变换器的效率及功率密度，应用前景广阔。但是SiC功率器件的高开关速度势必会造成高的电压/电流变化率，从而使得寄生参数对SiC功率器件开关特性的影响变得明显，产生的桥臂串扰问题严重影响SiC功率器件的可靠性，限制了SiC功率器件高开关速度的优势。因此为实现SiC功率器件高速可靠的应用，首先必须要解决串扰问题。桥式电路是电力电子变换器中常用结构，称处于关断状态的MOSFET为被动管，处于开关状态的MOSFET为主动管。随着器件开关速度的提高，桥式电路中主动管开通和关断过程中，处于关断状态的被动管栅源极电压发生变化，部分栅源极结电容的位移电流流过栅源极结电容，使被动管栅源极电压发生变化，出现正向尖峰或负向尖峰，称此为串扰问题。栅源极电压正向尖峰可能引起不完全导通，增加开关损耗，严重时造成桥臂短路；栅源极电压负向尖峰可能造成功率器件的栅源极击穿(一般负向安全电压为6-7V左右)，损坏器件。因此急需解决串扰问题。现有的一种SiC功率器件驱动电路，如图1所示，由于SiC功率器件正向阈值电压和负向安全电压较小，导致驱动负压的可选区间较小；并且该驱动电路无法调节关断栅极电阻，从而无法调节功率器件的关断速度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其使用输出分离式驱动器区分开通、判断支路，以减轻栅源极并联电容对于开关速度的影响，有效抑制桥臂串扰问题，实现SiC功率器件高速可靠的应用。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，包括G极驱动电路、S极驱动电路以及设在G极驱动电路与S极驱动电路之间的电容；所述的G极驱动电路包括正压电源VGS、两个控制G极电压状态的第一G极开关管S1、第二G极开关管S2和开通、关断电阻Rgon、Rgoff，所述的正压电源VGS、第一G极开关管S1、开通电阻Rgon、关断电阻Rgoff、第二G极开关管S2按顺序依次串联；所述的S极驱动电路包括负压电源VSS和两个控制S极电压状态的第一S极开关管Sa1、第二S极开关管Sa2；所述的负压电源VSS、第一S极开关管Sa1和第二S极开关管Sa2按顺序依次串联；所述电容的一端连接在开通电阻Rgon与关断电阻Rgoff之间的G极驱动电路上，另一端连接在第一S极开关管Sa1与第二S极开关管Sa2之间的S极驱动电路上。为了保证由于串扰问题引起的栅源极电压正向尖峰不超过SiC功率器件的阈值电压Uth，电压负向尖峰不超过负向安全电压UGS_MAX(-)。在栅源极电压出现正向尖峰时驱动电路采用负压关断，在栅源极电压出现负向尖峰时驱动电路采用0V关断。但是SiC功率器件的阈值电压和栅源极负向安全电压均较低(900VSiC功率器件的阈值电压和栅源极负向安全电压分别为1.75V和-8V)，对于高电压、电流变化率的应用场合可能会出现正向电压尖峰超出阈值电压或者负向电压尖峰超出栅源极负向安全电压。因此，需要在SiC功率器件的栅源极并上一个比栅源极结电容大的电容，在栅源极之间形成一条阻抗很小的支路，那么串扰现象发生时该支路流过的电流分量会远大于流过栅源极结电容上的电流分量，减小了串扰问题引起的栅源极电压尖峰幅值。基于以上所述，根据区分开通电阻Rgon和关断电阻Rgoff方式的不同，本专利技术使用输出分离式驱动器进行区分，减轻了栅源极并联电容对于开关速度的影响，有效抑制桥臂串扰问题，实现SiC功率器件高速可靠的应用。此方式没有受二极管特性的影响，并且驱动回路短，栅极寄生电感小。由于驱动电路采用栅源极正向电压尖峰时负压关断，负向电压尖峰时0V关断，栅源极并联电容不需要太大，对开关速度的影响也较小。作为上述技术方案的补充，所述的桥臂包括上管Q1和下管Q2，上管Q1连接Q1驱动电路，下管Q2连接Q2驱动电路；所述的Q1驱动电路包括上管G极驱动电路、上管S极驱动电路以及设在上管G极驱动电路与上管S极驱动电路之间的上电容CH；所述的Q2驱动电路包括下管G极驱动电路、下管S极驱动电路以及设在下管G极驱动电路与下管S极驱动电路之间的下电容CL。作为上述技术方案的补充，所述的上管G极驱动电路包括上管正压电源VGS_H、两个控制G极电压状态的第一上管G极开关管S1_H、第二上管G极开关管S2_H和上管开通、关断电阻Rgon_H、Rgoff_H，所述的上管正压电源VGS_H、第一上管G极开关管S1_H、上管开通电阻Rgon_H、上管关断电阻Rgoff_H、第二上管G极开关管S2_H按顺序依次串联。作为上述技术方案的补充，所述的上管S极驱动电路包括上管负压电源VSS_H和两个控制S极电压状态的第一上管S极开关管Sa1_H、第二上管S极开关管Sa2_H；所述的上管负压电源VSS_H、第一上管S极开关管Sa1_H和第二上管S极开关管Sa2_H按顺序依次串联。作为上述技术方案的补充，所述上电容CH的一端连接在开通电阻Rgon_H与关断电阻Rgoff_H之间的G极驱动电路上，另一端连接在第一上管S极开关管Sa1_H与第二上管S极开关管Sa2_H之间的S极驱动电路上。作为上述技术方案的补充，所述的下管G极驱动电路包括下管正压电源VGS_L、两个控制G极电压状态的第一下管G极开关管S1_L、第二下管G极开关管S2_L和下管开通、关断电阻Rgon_L、Rgoff_L，所述的下管正压电源VGS_L、第一下管G极开关管S1_L、下管开通电阻Rgon_L、下管关断电阻Rgoff_L、第二下管G极开关管S2_L按顺序依次串联。作为上述技术方案的补充，所述的下管S极驱动电路包括下管负压电源VSS_L和两个控制S极电压状态的第一下管S极开关管Sa1_L、第二下管S极开关管Sa2_L；所述的下管负压电源VSS_L、第一下管S极开关管Sa1_L和第二下管S极开关管Sa2_L按顺序依次串联。作为上述技术方案的补充，所述下电容CL的一端连接在下管开通电阻Rgon_L与下管关断电阻Rgoff_L之间的G极驱动电路上，另一端连接在第一下管S极开关管Sa1_L与第二下管S极开关管Sa2_L之间的S极驱动电路上。本专利技术还提供一种SiC功率器件驱动电路的控制方法，其将SiC功率器件驱动电路的一个周期分为t0～t1、t1～t2、t2～t3、t3～t4四个阶段，下管Q2为主动管、上管Q1为被动管时的控制逻辑如下：t0～t1的第一阶段：第二下管G极开关管S2_L和第二下管S极开关管Sa2_L导通，下管Q2的栅源极电压为0V，此时处于关断状态；第二上管G极开关管S2_H和第一上管S极开关管Sa1_H导通，上管Q1的栅源极电压为-Uss_H，为防止第二阶段中下管Q2开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，包括G极驱动电路、S极驱动电路以及设在G极驱动电路与S极驱动电路之间的电容，其特征在于，/n所述的G极驱动电路包括正压电源V

【技术特征摘要】
1.一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，包括G极驱动电路、S极驱动电路以及设在G极驱动电路与S极驱动电路之间的电容，其特征在于，
所述的G极驱动电路包括正压电源VGS、两个控制G极电压状态的第一G极开关管S1、第二G极开关管S2和开通、关断电阻Rgon、Rgoff，所述的正压电源VGS、第一G极开关管S1、开通电阻Rgon、关断电阻Rgoff、第二G极开关管S2按顺序依次串联；
所述的S极驱动电路包括负压电源VSS和两个控制S极电压状态的第一S极开关管Sa1、第二S极开关管Sa2；所述的负压电源VSS、第一S极开关管Sa1和第二S极开关管Sa2按顺序依次串联；
所述电容的一端连接在开通电阻Rgon与关断电阻Rgoff之间的G极驱动电路上，另一端连接在第一S极开关管Sa1与第二S极开关管Sa2之间的S极驱动电路上。


2.根据权利要求1所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述的桥臂包括上管Q1和下管Q2，上管Q1连接Q1驱动电路，下管Q2连接Q2驱动电路；
所述的Q1驱动电路包括上管G极驱动电路、上管S极驱动电路以及设在上管G极驱动电路与上管S极驱动电路之间的上电容CH；
所述的Q2驱动电路包括下管G极驱动电路、下管S极驱动电路以及设在下管G极驱动电路与下管S极驱动电路之间的下电容CL。


3.根据权利要求2所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述的上管G极驱动电路包括上管正压电源VGS_H、两个控制G极电压状态的第一上管G极开关管S1_H、第二上管G极开关管S2_H和上管开通、关断电阻Rgon_H、Rgoff_H，所述的上管正压电源VGS_H、第一上管G极开关管S1_H、上管开通电阻Rgon_H、上管关断电阻Rgoff_H、第二上管G极开关管S2_H按顺序依次串联。


4.根据权利要求3所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述的上管S极驱动电路包括上管负压电源VSS_H和两个控制S极电压状态的第一上管S极开关管Sa1_H、第二上管S极开关管Sa2_H；所述的上管负压电源VSS_H、第一上管S极开关管Sa1_H和第二上管S极开关管Sa2_H按顺序依次串联。


5.根据权利要求4所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述上电容CH的一端连接在开通电阻Rgon_H与关断电阻Rgoff_H之间的G极驱动电路上，另一端连接在第一上管S极开关管Sa1_H与第二上管S极开关管Sa2_H之间的S极驱动电路上。


6.根据权利要求5所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述的下管G极驱动电路包括下管正压电源VGS_L、两个控制G极电压状态的第一下管G极开关管S1_L、第二下管G极开关管S2_L和下管开通、关断电阻Rgon_L、Rgoff_L，所述的下管正压电源VGS_L、第一下管G极开关管S1_L、下管开通电阻Rgon_L、下管关断电阻Rgoff_L、第二下管G极开关管S2_L按顺序依次串联。


7.根据权利要求6所述的一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路，其特征在于，所述的下管S极驱动电路包括下管负压电源VSS_L和两个控制S极电压状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈骞，王异凡，陆翌，裘鹏，柯人观，周竞，宣佳卓，许烽，倪晓军，丁超，王朝亮，郑眉，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33