宽禁带MOSFET管驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及MOS管驱动领域，尤其涉及宽禁带MOSFET管驱动电路，包括：信号生成模块，用于利用多组重构脉冲信号，对输入PWM信号边缘进行重构，生成边缘具有台阶波形的PWM信号；信号处理模块，用于将生成的PWM信号处理为宽禁带MOSFET管的驱动信号；所述信号生成模块与信号处理模块的输入端相连。能够提高宽禁带MOSFET开关性能，有效避免栅极电压振荡、电压尖峰过冲和振铃等现象，并且抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
宽禁带MOSFET管驱动电路
本专利技术涉及MOS管驱动领域，尤其涉及宽禁带MOSFET管驱动电路。
技术介绍
碳化硅、氮化镓材料因其具有禁带宽度大、临界击穿场强高、热导率大、饱和电子漂移速度高和介电常数低等优点，得到广泛应用。近年来，美国CREE公司、日本ROHM公司等公司均推出了商业化的宽禁带MOSFET管(SiC、GaN等)，具有低导通电阻，高导热率，高击穿电压和高饱和速度等优异性能，能够提高功率变换器转换效率并降低其功率密度，可以节省空间、减轻重量并降低散热要求。宽禁带MOSFET管存在正向阈值电压与负向安全电压较小的特点，在高频开关过程中，容易受到米勒效应影响，引起栅极电压振荡而导致其误开通或栅源极击穿，严重时损坏开关管。另外，应用于高频大功率场合，宽禁带MOSFET管在开关过程中产生电压尖峰过冲和振铃等现象，严重危害系统运行。与常规硅器件不同，宽禁带MOSFET管的栅极开通电压必须达到18～20V才能完全开通，发挥其低开通损耗的优势。目前，针对宽禁带MOSFET的驱动器及开关特性的研究已成为热点。如何提高宽禁带MOSFET开关性能，设计具有抗干扰能力强、开关尖峰小及可靠性高等特点的驱动器非常关键。
技术实现思路
本专利技术提供的宽禁带MOSFET管驱动电路，能够提高宽禁带MOSFET开关性能，有效避免栅极电压振荡、电压尖峰过冲和振铃等现象，并且抗干扰能力强。本专利技术提供的宽禁带MOSFET管驱动电路，包括：信号生成模块，用于利用多组重构脉冲信号，对输入PWM信号边缘进行重构，生成边缘具有台阶波形的PWM信号；信号处理模块，用于将生成的PWM信号处理为宽禁带MOSFET管的驱动信号；所述信号生成模块与信号处理模块的输入端相连。进一步地，所述信号生成模块，包括：数字信号处理器，用于跟踪输入PWM信号，生成多组用于重构输入PWM信号的重构脉冲信号；增益放大器，用于将各组重构脉冲信号进行电压放大；信号叠加处理器，用于将放大后的各组重构脉冲信号进行叠加，构成边缘具有台阶波形的PWM信号；所述数字信号处理器、增益放大器和信号叠加处理器依次相连。更进一步地，所述重构脉冲信号包括：上升重构脉冲和下降重构脉冲；所述数字信号处理器，具体用于：采用硬件输入同步锁定机制和微边沿定位技术，对输入脉冲PWM信号的上升沿和下降沿进行跟踪；按时序依次对应构造上升重构脉冲和下降重构脉冲。再进一步地，所述信号生成模块，还包括：缓冲器单元，用于生成跟踪输入PWM信号的上升沿和下降沿的跟踪信号，并传递至数字信号处理器；所述缓冲器单元与数字信号处理器相连。在上述技术方案中，所述信号处理模块，包括：PWM电平转换电路，用于将具有台阶波形的PWM信号转换成正负电平PWM信号；高频信号放大电路，用于将正负电平PWM信号进行放大至达到驱动宽禁带MOSFET管的幅值；高速信号隔离电路，用于将放大后的正负电平PWM信号进行电气隔离传输和输出电流增强，得到隔离PWM信号；输出推挽电路，用于进一步提高隔离PWM信号的输出电流能力；所述PWM电平转换电路、高频信号放大电路、高速信号隔离电路和输出推挽电路依次相连。进一步地，所述信号处理模块，还包括：线性电源转换电路，用于为PWM电平转换电路供电；所述线性电源转换电路与PWM电平转换电路相连；所述PWM电平转换电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻的一端与信号生成模块的输出端相连，另一端与第三电阻的一端相连；所述第三电阻的另一端与高频信号放大电路的输入端相连；所述第二电阻的一端与第一电阻的另一端相连，另一端与线性电源转换电路输出端相连；所述第四电阻的一端与第三电阻的另一端相连，另一端与线性电源转换电路输出端相连。更进一步地，所述高频信号放大电路，包括：高速运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第三电容和第四电容；所述第五电阻的一端接地，另一端与高速运算放大器的引脚2相连；所述第七电阻的一端与PWM电平转换电路的输出端相连，另一端与高速运算放大器的引脚3相连；所述高速运算放大器的引脚2依次连接第六电阻和第一电容后，与高频信号放大电路的输出端相连；所述高速运算放大器的引脚3连接第八电阻后接地；所述高速运算放大器的引脚4分别连接-8V电源和通过第四电容接地；所述高速运算放大器的引脚6与高频信号放大电路的输出端相连；所述高速运算放大器的引脚7分别连接+23V电源和通过第三电容接地。再进一步地，所述高速信号隔离电路，包括：光电耦合器和第九电阻；所述第九电阻的一端与高频信号放大电路的输出端相连，另一端与光电耦合器的引脚2相连；所述光电耦合器的引脚1与+23V电源相连，引脚4与-8V电源相连，引脚6与输出推挽电路相连。还进一步地，所述输出推挽电路，包括：第一三极管、第二三极管、第一瞬态二极管、第二瞬态二极管、第五电容、第六电容、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；所述第十电阻的一端与光电耦合器的引脚6相连，另一端分别与第一三极管的基极和第二三极管的基极相连；所述第一三极管的集电极分别连接+23V电源和通过第五电容接地，发射极通过第十一电阻与宽禁带MOSFET栅极相连；所述第二三极管的发射极通过第十二电阻与宽禁带MOSFET栅极相连，集电极分别连接-8V电源和通过第六电容接地；所述第十三电阻的一端与第十一电阻远离第一三极管的一端相连，另一端连接-8V电源；所述第一瞬态二极管和第二瞬态二极管的阳极分别相连；所述第一瞬态二极管的阴极连接宽禁带MOSFET栅极；所述第二瞬态二极管的阴极连接宽禁带MOSFET源极。又进一步地，所述线性电源转换电路，包括：第二电容、第三三极管、第十四电阻和第三瞬态二极管；所述线性电源转换电路的输入端分别连接-8V电源、第三三极管的集电极和第十四电阻的一端；所述第三三极管发射极与-5V输出电源相连，基极分别与第十四电阻的另一端和第三瞬态二极管的阳极相连；所述第三瞬态二极管阴极接地；所述第二电容的一端连接-5V输出电源，另一端接地。本专利技术中能够使用信号生成模块生成脉冲的开关边缘具有台阶波形的PWM信号，然后信号处理模块再将具有台阶波形的PWM信号转化为驱动信号；从而可有效降低开关尖峰电压、减小开关噪声和电磁辐射。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的电路结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，包括：/n信号生成模块(1)，用于利用多组重构脉冲信号，对输入PWM信号边缘进行重构，生成边缘具有台阶波形的PWM信号；/n信号处理模块(2)，用于将生成的PWM信号处理为宽禁带MOSFET管的驱动信号；/n所述信号生成模块(1)与信号处理模块(2)的输入端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，包括：
信号生成模块(1)，用于利用多组重构脉冲信号，对输入PWM信号边缘进行重构，生成边缘具有台阶波形的PWM信号；
信号处理模块(2)，用于将生成的PWM信号处理为宽禁带MOSFET管的驱动信号；
所述信号生成模块(1)与信号处理模块(2)的输入端相连。


2.根据权利要求1所述的宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，所述信号生成模块(1)，包括：
数字信号处理器(11)，用于跟踪输入PWM信号，生成多组用于重构输入PWM信号的重构脉冲信号；
增益放大器(12)，用于将各组重构脉冲信号进行电压放大；
信号叠加处理器(13)，用于将放大后的各组重构脉冲信号进行叠加，构成边缘具有台阶波形的PWM信号；
所述数字信号处理器(11)、增益放大器(12)和信号叠加处理器(13)依次相连。


3.根据权利要求2所述的宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，所述重构脉冲信号包括：上升重构脉冲和下降重构脉冲；
所述数字信号处理器(11)，具体用于：
采用硬件输入同步锁定机制和微边沿定位技术，对输入脉冲PWM信号的上升沿和下降沿进行跟踪；
按时序依次对应构造上升重构脉冲和下降重构脉冲。


4.根据权利要求2所述的宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，所述信号生成模块(1)，还包括：
缓冲器单元(14)，用于生成跟踪输入PWM信号的上升沿和下降沿的跟踪信号，并传递至数字信号处理器(11)；
所述缓冲器单元(14)与数字信号处理器(11)相连。


5.根据权利要求1所述的宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，所述信号处理模块(2)，包括：
PWM电平转换电路(21)，用于将具有台阶波形的PWM信号转换成正负电平PWM信号；
高频信号放大电路(22)，用于将正负电平PWM信号进行放大至达到驱动宽禁带MOSFET管的幅值；
高速信号隔离电路(23)，用于将放大后的正负电平PWM信号进行电气隔离传输和输出电流增强，得到隔离PWM信号；
输出推挽电路(24)，用于进一步提高隔离PWM信号的输出电流能力；
所述PWM电平转换电路(21)、高频信号放大电路(22)、高速信号隔离电路(23)和输出推挽电路(24)依次相连。


6.根据权利要求5所述的宽禁带MOSFET管驱动电路，其特征在于，所述信号处理模块(2)，还包括：
线性电源转换电路(25)，用于为PWM电平转换电路(21)供电；
所述线性电源转换电路(25)与PWM电平转换电路(21)相连；
所述PWM电平转换电路(21)，包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；
所述第一电阻(R1)的一端与信号生成模块(1)的输出端相连，另一端与第三电阻(R3)的一端相连；
所述第三电阻(R3)的另一端与高频信号放大电路(22)的输入端相连；
所述第二电阻(R2)的一端与第一电阻(R1)的另一端相连，另一端与线性电源转换电路(25)输出端相连；
所述第四电阻(R4)的一端与第三电阻(R3)的另一端相连，另一端与线性电源转换电路(25)输出端相连。


7.根据权利要求5所述的宽禁带MOSFET管驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启宏，肖刚，陈凯风，张立炎，周克亮，肖朋，刘莉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42