一种SiC MOSFET自适应驱动电路及自适应驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC MOSFET自适应驱动电路及自适应驱动方法，嵌入式系统输入PWM，输出PWM1和PWM2，PWM1和PWM2经隔离放大电路分别对应连接NPN管和PNP管的基极，NPN管和PNP管的集电极分别对应连接供电电源的正极端和负极端，NPN管和PNP管的发射极均连接SiC MOSFET的门极，SiC MOSFET的源极接地；通过隔离采样电路和微分电路分别获得SiC MOSFET漏极的电流变化率和电压变化率；嵌入式系统根据PWM的电平以及SiC MOSFET漏极的电流变化率和电压变化率，实时调整PWM1和PWM2的脉冲宽度，进而对SiC MOSFET在开关过程中产生的尖峰电流或浪涌电压进行有效的调节和控制，实现SiC MOSFET的自适应快速通断操作。

An adaptive drive circuit and method for SiC MOSFET

【技术实现步骤摘要】
一种SiCMOSFET自适应驱动电路及自适应驱动方法
本专利技术涉及电力电子
，更具体地说涉及一种SiCMOSFET自适应驱动电路及驱动方法。
技术介绍
SiCMOSFET是一种电压驱动型开关器件，具有通断速度快、耐压高和导通电阻低的特性，且工作频率高，导通和关断的耗时可达到ns级别，但是SiCMOSFET在快速导通过程中容易产生较大的尖峰电流，在快速关断过程中容易产生较大的浪涌电压，导致SiCMOSFET运行轨迹超出安全工作区(SOA)，从而影响到SiCMOSFET自身的可靠性和安全性，同时对外部器件也将产生严重的电磁干扰。基于此，通常采用增加门极驱动电阻阻值的方法，来减少SiCMOSFET导通时的尖峰电流，但该方法在降低了SiCMOSFET导通速度的同时也增加了导通损耗；通常在SiCMOSFET外部增加缓冲吸收电路，来降低SiCMOSFET关断时的浪涌电压，但是该方法增加了实施的难度和成本，同时缓冲吸收电路自身也有能量损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SiCMOSFET自适应驱动电路及自适应驱动方法，其能够降低SiCMOSFET在快速导通过程中的电流变化率及在快速关断过程中的电压变化率，可有效抑制SiCMOSFET在快速开关过程中产生的尖峰电流或浪涌电压，该操作实施简单，且开关损耗较小；同时，在SiCMOSFET关断后对门极电位进行钳位操作，以防止误导通的发生，进一步增加SiCMOSFET的可靠性。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种SiCMOSFET自适应驱动电路，包括嵌入式系统、隔离放大电路、推挽功率放大电路、电压隔离采样电路和电流隔离采样电路；所述嵌入式系统输入有PWM信号，所述嵌入式系统输出PWM1信号和PWM2信号，所述嵌入式系统的PWM1信号输出端和PWM2信号输出端经隔离放大电路分别对应连接所述推挽功率放大电路中的晶体管的基极，两所述晶体管的发射极均连接SiCMOSFET的门极，且两所述晶体管的集电极分别对应连接供电电源的正极端和负极端，所述SiCMOSFET的源极接地，所述电压隔离采样电路的采样端连接至所述SiCMOSFET的漏极，所述电流隔离采样电路的采样端通过采样元件连接至所述SiCMOSFET的漏极；还包括用于对所述SiCMOSFET的漏极电压采样值进行微分处理，得到电压变化率的电压微分电路及用于对所述SiCMOSFET的漏极电流采样值进行微分处理，得到电流变化率的电流微分电路；所述嵌入式系统用于根据所述PWM信号的电平以及所述SiCMOSFET在导通过程中的电流变化率和所述SiCMOSFET在关断过程中的电压变化率，实时调整所述PWM1信号和PWM2信号的脉冲宽度，从而控制所述SiCMOSFET的导通或关断。两所述晶体管分别对应为NPN管和PNP管。所述隔离放大电路包括VCC端和VEE端，所述VCC端对应连接所述供电电源的正极端，所述VEE端对应连接所述供电电源的负极端，所述NPN管的集电极连接所述隔离放大电路的VCC端，所述PNP管的集电极连接所述隔离放大电路的VEE端。还包括用于对所述SiCMOSFET的导通脉冲和关断脉冲分别进行滤波处理的滤波电路；所述滤波电路包括电阻Ron、电阻Roff和电容C，所述电阻Ron和所述电阻Roff的第一端分别对应连接所述NPN管的发射极和所述PNP管的发射极，所述电阻Ron和所述电阻Roff的第二端均连接所述SiCMOSFET的门极，且所述电阻Ron和所述电阻Roff的第二端还均通过所述电容C接地。所述嵌入式系统内设置有所述SiCMOSFET导通时所述电流变化率的第一预设值和第二预设值，所述电流变化率的第一预设值为dimax1/dt，所述电流变化率的第二预设值为dimax2/dt，且dimax1/dt<dimax2/dt。所述嵌入式系统内设置有所述SiCMOSFET关断时所述电压变化率的第一预设值和第二预设值，所述电压变化率的第一预设值为dumax1/dt，电压变化率的第二预设值为dumax2/dt，且dumax1/dt<dumax2/dt。所述采样元件为采样电阻，所述电流隔离采样电路的采样端分别连接所述采样电阻的两端；或者，所述采样元件为电流传感器，所述电流隔离采样电路的采样端连接所述电流传感器的信号输出端。所述NPN管替换为N沟道的Mosfet管，所述PNP管替换为P沟道的Mosfet管；或者，主要由GaN开关器件及PNP管或P沟道MOSFET管组成与所述推挽功率放大电路具有相同功能的电路。一种SiCMOSFET自适应驱动方法，包括如下步骤：步骤A1，设定控制阈值：步骤A1.1,设定SiCMOSFET导通时尖峰电流的控制阈值：在嵌入式系统内预设电流变化率的第一预设值和第二预设值，所述电流变化率的第一预设值为dimax1/dt，所述电流变化率的第二预设值为dimax2/dt，dimax1/dt<dimax2/dt；其中，所述电流变化率为所述SiCMOSFET的漏极电流i经隔离采样和微分处理后得到的电流变化率di/dt；步骤A1.2,设定SiCMOSFET关断时浪涌电压的控制阈值：在所述嵌入式系统内预设电压变化率的第一预设值和第二预设值，所述电压变化率的第一预设值为dumax1/dt，电压变化率的第二预设值为dumax2/dt，dumax1/dt<dumax2/dt；其中，所述电压变化率为所述SiCMOSFET的漏极电压u经隔离采样和微分处理后得到的电压变化率du/dt；步骤A2,控制所述SiCMOSFET的通断：所述嵌入式系统中输入有PWM信号，当所述PWM信号为高电平时，所述嵌入式系统驱动所述SiCMOSFET快速导通；当所述PWM信号为低电平，所述嵌入式系统驱动所述SiCMOSFET快速关断；步骤A3，按步骤A2的操作使所述SiCMOSFET导通时，所述嵌入式系统输出PWM1信号和PWM2信号，所述嵌入式系统根据所述SiCMOSFET的电流变化率di/dt与所述电流变化率的第一预设值dimax1/dt和第二预设值dimax2/dt之间的关系，实时调整所述PWM1信号和所述PWM2信号的脉冲宽度，采用所述PWM1信号对第一快速开关器件进行控制，采用所述PWM2信号对第二快速开关器件进行控制，所述嵌入式系统的调整方法依次包括如下步骤：步骤A3.1:所述嵌入式系统判断所述电流变化率di/dt是否小于所述电流变化率的第一预设值dimax1/dt，若是，则所述PWM1信号和所述PWM2信号均维持高电平；若否，执行下一步骤；步骤A3.2:所述嵌入式系统判断所述电流变化di/dt是否小于所述电流变化率的第二预设值dimax2/dt，若是，则所述嵌入式系统对所述PWM1信号进行脉宽调制，所述PWM1信号经所述第一快速开关器件输出相应宽度的脉冲，以调节SiCMOSFET的门极电压，从而控制SiCMOSFET的导通速度，此时所述PWM2信号维持高电平，所述第二快速开关器件关断；若否本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC MOSFET自适应驱动电路，其特征在于：包括嵌入式系统、隔离放大电路、推挽功率放大电路、电压隔离采样电路和电流隔离采样电路；/n所述嵌入式系统输入有PWM信号，所述嵌入式系统输出PWM1信号和PWM2信号，所述嵌入式系统的PWM1信号输出端和PWM2信号输出端经隔离放大电路分别对应连接所述推挽功率放大电路中的晶体管的基极，两所述晶体管的发射极均连接SiC MOSFET的门极，且两所述晶体管的集电极分别对应连接供电电源的正极端和负极端，所述SiC MOSFET的源极接地，所述电压隔离采样电路的采样端连接至所述SiC MOSFET的漏极，所述电流隔离采样电路的采样端通过采样元件连接至所述SiC MOSFET的漏极；/n还包括用于对所述SiC MOSFET的漏极电压采样值进行微分处理，得到电压变化率的电压微分电路及用于对所述SiC MOSFET的漏极电流采样值进行微分处理，得到电流变化率的电流微分电路；所述嵌入式系统用于根据所述PWM信号的电平以及所述SiC MOSFET在导通过程中的电流变化率和所述SiC MOSFET在关断过程中的电压变化率，实时调整所述PWM1信号和PWM2信号的脉冲宽度，从而控制所述SiC MOSFET的导通或关断。/n...

【技术特征摘要】
1.一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：包括嵌入式系统、隔离放大电路、推挽功率放大电路、电压隔离采样电路和电流隔离采样电路；
所述嵌入式系统输入有PWM信号，所述嵌入式系统输出PWM1信号和PWM2信号，所述嵌入式系统的PWM1信号输出端和PWM2信号输出端经隔离放大电路分别对应连接所述推挽功率放大电路中的晶体管的基极，两所述晶体管的发射极均连接SiCMOSFET的门极，且两所述晶体管的集电极分别对应连接供电电源的正极端和负极端，所述SiCMOSFET的源极接地，所述电压隔离采样电路的采样端连接至所述SiCMOSFET的漏极，所述电流隔离采样电路的采样端通过采样元件连接至所述SiCMOSFET的漏极；
还包括用于对所述SiCMOSFET的漏极电压采样值进行微分处理，得到电压变化率的电压微分电路及用于对所述SiCMOSFET的漏极电流采样值进行微分处理，得到电流变化率的电流微分电路；所述嵌入式系统用于根据所述PWM信号的电平以及所述SiCMOSFET在导通过程中的电流变化率和所述SiCMOSFET在关断过程中的电压变化率，实时调整所述PWM1信号和PWM2信号的脉冲宽度，从而控制所述SiCMOSFET的导通或关断。


2.根据权利要求1所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：两所述晶体管分别对应为NPN管和PNP管。


3.根据权利要求2所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：所述隔离放大电路包括VCC端和VEE端，所述VCC端对应连接所述供电电源的正极端，所述VEE端对应连接所述供电电源的负极端，所述NPN管的集电极连接所述隔离放大电路的VCC端，所述PNP管的集电极连接所述隔离放大电路的VEE端。


4.根据权利要求3所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：还包括用于对所述SiCMOSFET的导通脉冲和关断脉冲分别进行滤波处理的滤波电路；所述滤波电路包括电阻Ron、电阻Roff和电容C，所述电阻Ron和所述电阻Roff的第一端分别对应连接所述NPN管的发射极和所述PNP管的发射极，所述电阻Ron和所述电阻Roff的第二端均连接所述SiCMOSFET的门极，且所述电阻Ron和所述电阻Roff的第二端还均通过所述电容C接地。


5.根据权利要求1所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：所述嵌入式系统内设置有所述SiCMOSFET导通时所述电流变化率的第一预设值和第二预设值，所述电流变化率的第一预设值为dimax1/dt，所述电流变化率的第二预设值为dimax2/dt，且dimax1/dt<dimax2/dt。


6.根据权利要求1所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：所述嵌入式系统内设置有所述SiCMOSFET关断时所述电压变化率的第一预设值和第二预设值，所述电压变化率的第一预设值为dumax1/dt，电压变化率的第二预设值为dumax2/dt，且dumax1/dt<dumax2/dt。


7.根据权利要求1所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：所述采样元件为采样电阻，所述电流隔离采样电路的采样端分别连接所述采样电阻的两端；或者，所述采样元件为电流传感器，所述电流隔离采样电路的采样端连接所述电流传感器的信号输出端。


8.根据权利要求2-7任一项所述的一种SiCMOSFET自适应驱动电路，其特征在于：所述推挽功率放大电路中的所述NPN管替换为N沟道的MOSFET管，所述推挽功率放大电路中的所述PNP管替换为P沟道的MOSFET管；或者，主要由GaN开关器件及PNP管或P沟道MOSFET管组成与所述推挽功率放大电路具有相同功能的电路。


9.一种SiCMOSFET自适应驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A1，设定控制阈值：
步骤A1.1,设定SiCMOSFET导通时尖峰电流的控制阈值：在嵌入式系统内预设电流变化率的第一预设值和第二预设值，所述电流变化率的第一预设值为dimax1/dt，所述电流变化率的第二预设值为dimax2/dt，dimax1/dt<dimax2/dt；其中，所述电流变化率为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏安俊，汪凤翔，陶鹏，黄东晓，于新红，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35