一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，属于碳化硅MOSFET器件的驱动领域。方法包括：当半桥电路中上下管碳化硅MOSFET均未动作时，控制反激式电源输出电压；当半桥电路中上下管碳化硅MOSFET开始动作时，根据半桥电路上下管碳化硅MOSFET当前开关状态控制反激式电源占空比，调节反激式电源的输出电压，对碳化硅MOSFET进行驱动。本发明专利技术对碳化硅MOSFET开通时产生的正电压串扰进行降压补偿，对关断产生的负电压串扰进行增压补偿，从而减小了电压串扰；避免了由于串扰叠加导致短时间内栅源电压过大或过小对碳化硅MOSFET器件产生不可逆转的损耗，在不牺牲碳化硅MOSFET高速开关特性的前提下，保证其能够安全稳定的工作。

A flyback power control method for silicon carbide MOSFET Driver

【技术实现步骤摘要】
一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法
本专利技术属于碳化硅器件的驱动领域，更具体地，涉及一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法。
技术介绍
碳化硅MOSFET相比较传统的硅MOSFET，具有开通关断速度快，开关损耗小，导通电阻低等特点，适用于工作在更高工作频率的领域，同时其高温特性相比传统硅器件好，可以工作在更高的温度环境。但目前碳化硅MOSFET还存在以下缺陷：一方面，由于开关速度快和高电压工作环境，会通过系统内的杂散电容和杂散电感在栅源极带来很大的信号干扰，含有杂散参数的实际碳化硅MOSFET半桥电路模型如图1所示，极高电压上升率和电流上升率带来的串扰如公式(1)所示：当上桥臂开通时，会在下桥臂激励出一个正向的电压串扰，当上桥臂关断时，会在下桥臂激励出一个负向的电压串扰，栅源极实际驱动电平如图2所示，当正向扰动+Vgs_noise过大超过碳化硅MOSFET的门槛电压Vgs(th)时，会导致MOSFET误导通，造成电源短路；当负向扰动-Vgs_noise过大超过碳化硅MOSFET允许的最大负压时，可能会造成栅源极损坏甚至击穿。另一方面，碳化硅MOSFET的导通电阻取决于其栅极的驱动电压，同样工作环境下，栅极电压越高，导通电阻越小，通态损耗越低。图3为ROHM公司生产的某碳化硅MOSFET功率模块的导通电阻和栅极电压的关系，可见在同样的结温下，栅极电压越大则导通电阻越小，但是栅极电压过高会导致MOSFET击穿造成永久性损坏，因此找到一个既能保证碳化硅MOSFET稳定安全工作又可尽可能减小通态损耗的工作状态就显得十分重要。为了解决上述提到的问题，目前主流的解决方案主要用以下几种：一、增大栅极的驱动电阻，通过提高电阻的方法降低电流的上升率，降低电压串扰，但是由于电流上升率的降低，会使得碳化硅MOSFET的开关速度减慢，无法发挥碳化硅MOSFET的真正优势；二、在栅极和源极之间增加电容，通过提高碳化硅MOSFET的输入电容从而减小串扰，这种方法和方法一的缺点相同，输入电容的增大导致栅源极充电时间增长，电压上升率减慢，使得碳化硅MOSFET的开关速度减慢。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，其目的在于抑制高速开关带来的电压串扰，并减小碳化硅MOSFET的导通电阻。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，包括以下步骤：S1.检测碳化硅MOSFET构成的半桥电路当前工作状态，当半桥电路上下管碳化硅MOSFET均未动作时，进入步骤S2；当半桥电路上下管碳化硅MOSFET任一个开始动作时，进入步骤S3；S2.控制反激式电源输出正电压为碳化硅MOSFET额定开通栅源电压；输出负电压为碳化硅MOSFET额定关断栅源电压；S3.根据半桥电路上下管碳化硅MOSFET当前开关状态控制反激式电源占空比，调节反激式电源的输出电压，对碳化硅MOSFET进行驱动；其中上下管碳化硅MOSFET由不同的反激式电源独立控制。进一步地，步骤S3具体包括：01.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于稳定开通状态下，提高下管反激式电源的占空比，将下管栅源正电压增大，使碳化硅MOSFET导通电阻减小；02.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于开通状态并且准备关断前，减小上管反激式电源的占空比，将上管栅源负电压增大，使得下管关断时，在上管栅源处产生的负压串扰与上管栅源负电压叠加后不超过碳化硅MOSFET的可承受最大负电压；同时减小下管反激式电源占空比，为下管碳化硅MOSFET关断做准备；03.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于稳定关断状态，增大下管反激式电源的占空比，将下管栅源负电压减小，使得上管开通时，在下管栅源处产生的正压串扰与下管栅源负电压叠加后不会超过碳化硅MOSFET的开通门槛电压；04.当下管碳化硅MOSFET处于关断状态，上管碳化硅MOSFET处于稳定开通状态下，增大上管反激式电源的占空比，将上管栅源正电压增大，使得碳化硅MOSFET导通电阻减小；05.当下管碳化硅MOSFET处于关断状态，上管碳化硅MOSFET处于开通状态并且准备关断前，减小下管反激式电源的占空比，将下管栅源负电压增大，使得上管关断时，在下管栅源处产生的负压串扰与下管栅源负电压叠加后不会超过碳化硅MOSFET的可承受最大负电压；同时，减小上管反激式电源占空比，为上管碳化硅MOSFET关断做准备；06.当下管碳化硅MOSFET处于关断状态，上管碳化硅MOSFET处于稳定关断状态下，增大上管反激式电源的占空比，将上管的栅源负电压减小，使得下管开通时，在上管栅源处产生的正压串扰与上管栅源负电压叠加后不会超过碳化硅MOSFET的开通门槛电压；上述过程中，栅源负电压不低于碳化硅MOSFET可承受最大负电压，栅源正电压不高于碳化硅MOSFET可承受最大正电压。进一步地，上管或下管的稳定开通的判断依据为栅源电压变为正电压后延时Δt1时间；其中，Δt1大于正向电压串扰的周期，所述周期由半桥电路中碳化硅MOSFET的寄生参数确定。进一步地，上管或下管处于开通状态并且准备关断前的判断依据为下管或上管门极的关断信号触发延迟设定时间Δt2后，驱动电路输出负电压。进一步地，上管或下管的稳定关断的判断依据为栅源电压变为负电压后延时Δt3时间，Δt3大于负向电压串扰的周期，所述周期由半桥电路中碳化硅MOSFET的寄生参数确定。进一步地，增大的反激式电源占空比根据半桥电路中使用的碳化硅MOSFET可承受最大负压和反激式电源的变压器参数决定。进一步地，减小的反激式电源占空比根据半桥电路中使用的碳化硅MOSFET导通门槛电压和反激式电源的变压器参数决定。进一步地，反激式电源的工作频率远高于碳化硅MOSFET构成的半桥电路的工作频率。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本专利技术通过在串扰发生时产生相反的电压增量，使得栅源之间电压工作在安全电压范围，即对碳化硅MOSFET开通时产生的正电压串扰进行降压补偿，对关断产生的负电压串扰进行增压补偿，从而减小了电压串扰；相比较传统输出定电压的反激式电源，避免了由于串扰的叠加而导致短时间内栅源电压过大或过小对碳化硅MOSFET器件产生不可逆转的损耗甚至损坏，在不牺牲碳化硅MOSFET高速开关特性的前提下，保证其能够安全稳定的工作。(2)本专利技术在碳化硅MOSFET稳定开通状态下，通过反激式电源提高栅源电压达到碳化硅MOSFET可承受的最高水平，由于碳化硅MOSFET导通电阻随着栅源电压增大而减小，从而有效减小了碳化硅MOSFET的导通损耗。附图说明图1是本专利技术提供的碳化硅MOSFET半桥电路实际电路模型；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.检测碳化硅MOSFET构成的半桥电路当前工作状态，当半桥电路上下管碳化硅MOSFET均未动作时，进入步骤S2；当半桥电路上下管碳化硅MOSFET任一个开始动作时，进入步骤S3；/nS2.控制反激式电源输出正电压为碳化硅MOSFET额定开通栅源电压；输出负电压为碳化硅MOSFET额定关断栅源电压；/nS3.根据半桥电路上下管碳化硅MOSFET当前开关状态控制反激式电源占空比，调节反激式电源的输出电压，对碳化硅MOSFET进行驱动；其中上下管碳化硅MOSFET由不同的反激式电源独立控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.检测碳化硅MOSFET构成的半桥电路当前工作状态，当半桥电路上下管碳化硅MOSFET均未动作时，进入步骤S2；当半桥电路上下管碳化硅MOSFET任一个开始动作时，进入步骤S3；
S2.控制反激式电源输出正电压为碳化硅MOSFET额定开通栅源电压；输出负电压为碳化硅MOSFET额定关断栅源电压；
S3.根据半桥电路上下管碳化硅MOSFET当前开关状态控制反激式电源占空比，调节反激式电源的输出电压，对碳化硅MOSFET进行驱动；其中上下管碳化硅MOSFET由不同的反激式电源独立控制。


2.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅MOSFET驱动的反激式电源控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
01.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于稳定开通状态下，提高下管反激式电源的占空比，将下管栅源正电压增大，使碳化硅MOSFET导通电阻减小；
02.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于开通状态并且准备关断前，减小上管反激式电源的占空比，将上管栅源负电压增大，使得下管关断时，在上管栅源处产生的负压串扰与上管栅源负电压叠加后不超过碳化硅MOSFET的可承受最大负电压；同时减小下管反激式电源占空比，为下管碳化硅MOSFET关断做准备；
03.当上管碳化硅MOSFET处于关断状态，下管碳化硅MOSFET处于稳定关断状态，增大下管反激式电源的占空比，将下管栅源负电压减小，使得上管开通时，在下管栅源处产生的正压串扰与下管栅源负电压叠加后不会超过碳化硅MOSFET的开通门槛电压；
04.当下管碳化硅MOSFET处于关断状态，上管碳化硅MOSFET处于稳定开通状态下，增大上管反激式电源的占空比，将上管栅源正电压增大，使得碳化硅MOSFET导通电阻减小；
05.当下管碳化硅MOSFET处于关断状态，上管碳化硅MOSFET处于开通状态并且准备关断前，减小下管反激式电源的占空比，将下管栅源负电压增大，使得上管关断时，在下管栅源处产生的负压串扰与下管栅源负电压叠加后不...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，刘子睿，孔武斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42